Brevet FR2007763A1 — publié le 19700109

t 2007763 La Présente invention concerne un procédé ët un appârëil de commande de l'effet de direction d'une hélice directrice à pas variable, de préférence une hélice directrice logée dans un tunnel orienté transversalement à la coque d'un navire. 5 Des installations d'hélice directrice du type précité sont décrites par exemple dans le brevet Français N° 1.216.550 et elles assurent une rotation du navire lorsque l'hélice directrice fait passer un courant d'eau dans le tunnel transversal au navire L'hélice directrice eét habituellement agencée de manière à être 10 entraînée par un moteur électrique mais on peut utiliser d'autres types de moteurs d'entraînement. Les pâles de l'hélice directrice sont fixées de façon réglable sur un moyeu de manière à permettre un réglage du pas à l'aide d'un dispositif hydraulique, par exemple un vérin hydraulique comportant un piston disposé dans le 15 moyeu, des distributeurs assurant la commande de l'alimentation en huile sous pression. Le dispositif hydraulique de réglage est agencé de manière à être commandé à distance à partir du pont du navire. En modifiant la position des pales, on peut régler différents pas de l'hélice directrice, entre une valeur maximale 20 dans une direction et une valeur maximale dans la direction opposée, sans inverser le sens de rotation de l'hélice. Une hélice directrice, notamment lorsqu'elle est disposée dans Tin tunnel transversal à la coque, fonctionne souvent dana des conditions qui varient sous l'effet de mouvements du navire 25 et également de corps étrangers, par exemple de la glace, passant dans le tunnel. Du fait que des installations d'hélice directrice de types connus sont agencées en principe de manière que le pas de l'hélice puisse être réglé directement à partir du pont, il existe toujours un risque que le pas soit réglé à des valeur» qui 30-dans certaines conditions de fonctionnement, provoquent une pur-charge du moteur d'entraînement de l'hélice, ce qui signifie que l'installation d'hélice peut ne pas être utilisée de façon optimale. Une surcharge peut provoquer un arrêt du moteur et une perte de la capacité de direction du navire. 35 L'invention a pour but de fournir un procédé et un appareil de commande de l'effet de direction d'une hélice directrice à pas réglable en vue d'obtenir un effet de direction maximal ou minimal désiré dans toutes les conditions de fonctionnement, sans risque de surcharge du moteur d'entraînement de l'hélice. 69 13852 2 2007763 La consommation d'énergie de l'hélice directrice.est déterminée par le pas et par la vitesse ainsi que par les conditions de fonctionnement, par exemple par des obstacles constitués par des blocs de glace passant dans le tunnel. 5 Le problème technique à résoudre suivant l'invention consis te à limiter la consommation d'énergie de l'hélice directrice à des valeurs non dangereuses pour le moteur d'entraînement et appropriées pour obtenir^l'effet de direction, désiré. Le procédé selon l'invention est essentiellement caractérisé 10 en ce que le mécanisme de réglage du pas des pales de l'hélice est commandé par un signal produit par un dispositif approprié de commande, ce signal représentant la différence entre d'une part un signal de "valeur de référence" représentant une puissance de sortie désirée du moteur d'entraînement de l'hélice et produit 15 par un générateur réglable manuellement et d'autre part un signal de "valeur réelle" représentant la puissance réelle de sortie du moteur d'entraînement. L'appareil selon l'invention est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend un générateur de signaux réglable manuelle-20 ment et agencé pour émettre un signal de "valeur de référencé" correspondant à une puissance désirée de sortie du moteur d'entraînement de l'hélice, un détecteur de chargs agencé pour produire un signal de "valeur réelle" correspondant à la puissance réelle de sortie du moteur d'entraînement, un dispositif de com-25 mande agencé, pour recevoir les signaux en provenance du générateur et du détecteur de charge et pour produire, eh fonction des signaux reçus, un signal de commande du mécanisme hydraulique de réglage du pas des pales d'hélice de manière que celles-ci soient réglées à un pas correspondant à la puissance désirée de sortie. 30 La poussée transversale de direction du navire, qui est pro- duite par l'hélice directrice, est essentiellement déterminée par la puissance de sortie utilisée par l'hélice. Il est par conséquent avantageux de contrôler cette puissance de sortie directement de manière qu'elle reste dans les limites admissibles pour 35 le moteur d'entraînement. Lorsque l'hélice directrice est agencée, comme dans la plupart des cas, de façon à être entraînée par un moteur électrique à courant alternatif; dont la tension et la.vitesse de rotation sont maintenues à peu près constantes, le détecteur de charge 40 peut comprendre de façon appropriée un transformateur d'intensité f 3852 2007763 branché dans la ligne de connexion du moteur, du fait que la puissance de sortie du moteur est proportionnelle, dans les dites conditions, à l'intensité du courant. Pour l'entraînement de l'iiélice directrice, comme indiqué 5 plus haut, on utilise habituellement un moteur électrique, par exemple un no+eur asynchrone qui est alimenté en courant par un générateur entraîné par le moteur principal du navire. Dans certains cas, il peut cependant être avantageux que le générateur soit entraîné par une source d'énergie séparée. A différents 10 points de vue, il est évidemment avantageux qu'un dispositif de commande d'une hélice directrice selon l'invention puisse aisément être formé de composants électriques bien connus et confirmés. Les différents composants doivent être reliés par des câbles électriques qui sont aisément adaptés aux conditions locales et 15 qui sont relativement insensibles à des détériorations mécaniques D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, en référence au dessin unique annexé qui représente un schéma synoptique de l'appareil selon l'invention. 20 Une hélice directrice 1 comportant des pales 5 fixées de fa çon réglable sur un moyeu 3 est reliée par l'intermédiaire d'un couple conique 7 à un moteur d'entraînement 9, dans ce cas un moteur électrique asynchrone. Le pas des pales de l'hélice 5 est réglable à l'aide d'un mécanisme hydraulique 41 comprenant un vé-25 rin 13 muni d'un piston 15 à double effet, un distributeur d'huile 17 à commande électro-magnétique, une pompe à huile 19 combinée à un réservoir 21 ainsi que les tuyauteries 23 nécessaires pour l'interconnexion des composants du mécanisme hydraulique 11. Le distributeur électro-magnétique 17 est agencé pour relier les 30 tuyauteries 23» suivant les signaux électriques reçus, soit de manière que l'une des deux chambres du vérin hydraulique 13 qui sont séparées par le pistozi 15 soit reliée à la pompe à huile 19 tandis que 1 ' autre -- chambre est reliée au réservoir 21, ou bien de manière à empêcher un écoulement d'huile vers ou à partir du vé-35 rin hydraulique 13» le piston 15 étant alors maintenu dans une position fixe. Le piston 15 est relié aux pales 5 de l'hélice d' une manière connue, chaque position du piston 15 du vérin hydraulique 13 correspondant à un réglage de pas déterminé de l'hélice directrice i. 13852 4 2007763 Pour la commande de l'effet de direction de l'hélice directrice 1, un générateur de signaux 25 commandé manuellement à partir du pont du navire à l'aide d'un levier 27, est agencé pour émettre des signaux électriques de "valeur de x'éférence" qui sont 5 transmis à un dispositif de commande 29. lies signaux de "valeur de référence indiquent le sens désiré de l'effet de direction ainsi que la puissance désirée de sortie du moteur d'entraînement 9» A partir d'une posi-tion de zéro, qui correspond à un pas nul s t à une marche au ralenti de 1'hélice directrice 1, le levier 10 27 est manoeuvrable de façon à obtenir tout effet de direction désiré dans la direction bâbord ou la direction tribord avec une puissance comprise entre la valeur de ralenti et la valeur maximale admissible pour le moteur 9. Dans la ligne de connexion 31 du moteur d'entraînement 9, il est prévu un détecteur de charge 15 33? qui comprend dans ce cas un transformateur d'intensité comme composant essentiel, ce détecteur étant agencé pour produire les signaux électriques de "valeur réelle" appliqués au dispositif de commande 29. Lorsque le moteur d'entraînement 9 est réglé à une tension et à une vitesse constantes pour entraîner l'hélice 1, le 20 détecteur de charge 33 émet des signaux électriques de "valeur réelle" qui sont directement proportionnels à l'intensité du courant passant dans la ligne de connexion 31 et par conséquent également à la puissance de sortie du moteur 9* le dispositif de commande 29 comprend un relais polarisé excité simultanément par 25 les signaux reçus en provenance du générateur 25 et du détecteur de charge 33. Le relais polarisé est agencé d'une manière connue de façon à commander d'autres relais en vue de l'émission de signaux électriques appliqués au distributeur électromagnétique 17 en vue d'amorcer des augmentations ou des réductions du pas des 30 pales 5 de l'hélice 1. Le dispositif de commande 29 comprend également d'autres relais, commandés simultanément par des signaux produits par le généra+evir 25 et par un dispositif 35 de détermination du sens de direction, le dispositif 35 étant également agencé pour détecter mécaniquement les positions du piston 15 35 dans le vérin hydraulique 13» D'une manière comme, le dispositif 35 ramène les pales 5 de l'hélice 1 dans la position de pas nul lorsque le moteur d'entraînement 9 s'arrête, en faisant en outre en sorte que le moteur 9 ne puisse pas être.redémarré tant que les pales 5 de l'hélice -1 n'ont pas été ramenées dans la position 40 de pas nul, ceci pour des questions de sécurité. 13852 5 2007763 L'appareil selon l'invention fonctionne en principe de la manière suivante: le moteur d'entraînement 9 est mis en marche alors que les pales 5 de l'hélice 1 se trouvent dans la position de pas nul; au-dessus de sa vitesse de ralenti, "le moteur 9 ne 5 produit qu'une puissance relativement faible nécessaire pour vaincre les pertes par frottement dans la transmission mécanique aboutissant à l'hélice et pour faire tourner l'hélice directrice 1. Le détecteur de charge 33 émet un signal électrique de "valeur réelle" qui est proportionnel à la puissance minimale de sortie 10 du moteur 9» ce signal étant appliqué au dispositif de commande 23. Lorsque le levier 27 est déplacé de sa position neutre dans une position correspondant à un effet de direction désiré, par exemple un effet de direction "tribord à pleine puissance", le générateur de signaux 25 transmet un signal électrique de "valeur 15 de référence" au dispositif de commande 29, ce signal correspondant à la puissance maximale admissible pour le moteur d'entraînement 9 et représentant également le sens de l'effet désiré. Les signaux électriques de "valeur réelle" et de "valeur de référence" produits par le générateur 29 sont comparés l'un avec l'autre et, 20 tant que le signal de "valeur de référence" produit par le générateur 25 est plus grand que le signal de "valeur réelle" produit par le détecteur de charge 33, le dispositif de commande 29 produit un signal électrique appliqué au distributeur électro-magnétique 17 de façon que ce dernier relie les tuyauteries 23 de ma-25 nière que de l'huile sous pression débitée par la pompe 19 soit introduite dans le côté du piston 15 du vérin 13 qui produit un déplacement du piston tel que le pas des pales 5 de l'hélice augmente dans la direction désirée. Lorsque le pas augmente, l'hélice 1 consomme plus d'énergie fournie par le moteur 9 et le signal 30 de "valeur réelle" en provenance du détecteur de charge 33 augmente. Lorsque le pas a augmenté à une valeur telle que l'hélice' 1 absorbe la puissance maximale admissible du moteur 9, le signal de "valeur réelle" émis par le détecteur de charge 33 prend une valeur égale à celle du signal de "valeur de référence" émis 35 par le générateur 25 et le dispositif de commande 29 ne produit plus de signal de sortie destiné au distributeur 17. Le distributeur 17 arrête alors la circulation de l'huile dans le vérin hydraulique 13 et le piston 15 et les pales 5 de l'hélice sont bloqués dans les positions atteintes. Ensuite, lorsque les condi-40 tions de marche de l'hélice 1 changent de façon que la consomma 13852 6 2007763 tion d'énergie de l'hélice augmente, par exemple lorsque des morceaux de glace pénètrent dans le tunnel transversal du navire, le signal de "valeur réelle" émis par le détecteur de charge 33 augmente, en devenant supérieur au signal de "valeur de référence" 5 émis par le générateur 25. Le dispositif de commande 29 produit alors un signal appliqué au distributeur électro-magnétique 17, ce qui a pour effet de brancher les tuyauteries 23 de manière qu' elles alimentent en huile le vérin hydraulique 13 de telle sorte que le pas de l'hélice directrice 1 soit réduit. La réduction de 10 pas se poursuit jusqu'à ce que les signaux de "valeur réelle" et de "valeur de référence" en provenance du détecteur de charge 33 et du généra+eur de signaux 25 redeviennent égaux et que le signal de sortie du dispositif de commande 29 destiné au distributeur électro-magnétique 17 soit supprimé, ce qui provoque le ver-15 rouillage en position du mécanisme de réglage du pas de l'hélice. Tout risque de surcharge du moteur 9 est par conséquent éliminé. Naturellement, l'invention n'est nullement limitée aux modes d'exécution représentés et décrits qui n'ont été choisis qu'à titre d'exemples. Ainsi, le moteur d'entraînement 9 peut être un 20 moteur à courant continu ou un moteur Diesel et, dans ce cas, le détecteur de charge 33 doit être évidemment d'un autre type. 13852 n i 2007763 Revendications 1 - Procédé de commande de l'effet de direction d'une hélice directrice à pas variable comportant des pales réglables à l'aide d'un mécanisme hydraulique, caractérisé en ce qu'or commande 5 le mécanisme de réglage de pas des pales de l'hélice par un signal produit par un dispositif de commande, ce signal représentant la différence entre d'une part un signal de "valeur de référence" représentant une puissance désirée de sortie du moteur d* entraînement de l'hélice et produit par un générateur, de signaux 10 réglable manuellement et d'autre part un signal de "valeur réelle" représentant la puissance réelle de sortie du moteur d'entraînement. 2 - Appareil de commande d'une hélice directrice à pas variable ayant des pales réglables au moyen d'un mécanisme hydrau- 15 lique suivant le procédé défini dans la revendication 1, appareil caractérisé en ce qu'il comprend un générateur de signaux réglable manuellement et agencé pour émettre un signal de "valeur de référence" correspondant à une puissance désirée de sortie du moteur d'entraînement de l'hélice, un détecteur de charge agencé 20 pour produire un signal de "valeur réelle" correspondant à la puissance réelle de sortie du moteur r'entraînement, un dispositif de commande agencé pour recevoir les signaux en provenance du générateur et du détecteur de charge et pour produire, en fonction des signaux reçus, un signal de commande du mécanisme hydrau-25 lique de réglage du pas des pales d'hélice de manière que celles-ci soient réglées à un pas correspondant à la puissance désirée de sortie. 3 - Appareil suivait la revendication 2, dans lequel l'hélice directrice est agencée pour être entraînée par un moteur élec- 30 trique à courant alternatif, essentiellement à tension et vitesse constantes, appareil caractérisé en ce que le détecteur de charge comprend un transformateur d8 intensité branché dans la ligne de connexion du moteur d'entraînement.