Brevet FR2240862A1 — publié le 19750314

La prdsente invention concerne les hélices et pompes utilisées pour la propulsion des navires, et en particulier les dispositifs de propulsion transversale ou poussée latérale qui sont utilisés essentiellement dans des buts de manoeuvre, lorsque les navires se trouvent dans des espaces limités, par exemple lorsqu'ils sont dans des bassins. Il y a plusieurs types connus de tels dispositifs et la présente invention concerne ces types de dispositifs de poussée dans lesquels la poussée sur le navire est crée par pompage d'eau par une turbine ou hélice (géné- ralement azialement) qui est loge à l'intérieur d'une conduite ou tunnel. Dans les dispositifs connus de ce type, la turbine est entraînée par un moteur electrique, un moteur Diesel, une turbine à vapeur ou une autre machine motrice qui est mécaniquement couplée à la turbine par un arbre et, dans de nombreux cas, par l'intermédiaire de pignons. Rn variante la turbine peut être reliée à la machine motrice par un système de transmission hydraulique, tel qu'une pompe hydrostatique et un moteur.Dans ces dispositifs connus le changement dans la direction de poussée est obtena-de plusieurs façons différentes comme par exemple en renversant le sens de rotation de l'hélice, en renversant le pas des ailettes de turbine ("hélice à pas réglable") ou en déviant l'écoulement vers la turbine ou venant de cette dernière, à son entrée ou à sa sortie, Les dispositifs connus employant ces principes présentent cependant divers inconvénients particuliers.Le premier des deux types sus-mentionnés de dispositifs de poussée, qui accomplit un changement de direction par renversement de l'dcoule- ment dans le tunnel de l'hélice, nécessite des mécanismes de renversement complexes qui sont colt eux et de fonctionnement lent, car, sinon, la manoeuvre de renversement de l'écoulement de la colonne d'eau dans le tunnel transmettrait des charges d'inertie et des couples excessivemeet élevés à la fois à 1' hélice et an mécanisme d'entraînement.Par ailleurs, les dispositifs de poussée existant du troisième type; dans lesquels l'eau refoulée par l'hélice est susceptible d'être déviée, présentent l'avantage de pouvoir rapidement changer la direction dé poutsée mais souffrent de l'inconvénient suivant : ils né- cessitent une paissance d'entrée élevée par poussée unitaire puisque les organes déviateurs imposent une résistance hyàrau- lique excessive à l'écoulement. La présente invention a pour objet de pallier ou d'amoindrir les inconvénients ci-dessus en combinant l'efficacité hydraulique associée à un écoulement unidirectionnel à travers la turbine avec un dispositif de renversement de pousse qui est simple, robuste et impose le minimum de résistance à 1' écoulement. Selon l'invention, le dispositif de poussée latérale pour navires comprend des organes de passage de fluide comprenant une conduite d'entrée et deux conduites de refoulement se branchant à partir de celle-ci; les organes de passage dtsnt agencés pour être montés dans la coque du navire sous sa ligne de flottaison de sorte que la conduite d'entrée communique avec un orifice d'entrée formé dans le bas de la coque et les conduites de refoulement avec des orifices de refoulement formés dans des côtés opposés de la coque, une turbine ou hélice montée dans ladite conduite d'entrée pour tourner autour de l'are longitudinal de celle-ci et reliée à cet effet à des organes d'entratnement, et des éléments réglables déviateurs de fluide situés dans lesdits organes de passage à la janction des conduites d'entrée et de refoulement, de sorte que, en fonction du réglage des éléments déviateurs l'on peut faire passer l'écoulement de fluide venant de la turbine soit totSlement, soit en partie, vers l'une des deux conduites de refoulement en donnant de ce fait au navire une poussée latérale nette dans la direction opposée de celle de 1' écoulement de fluide sortant de la conduite de refoulement. L'invention vise également un navire comprenant un dispositif de poussée latérale comportant des organes de passage de fluide comprenant une conduite d' entrée et deux conduites de refoulement se branchant à partir de celle-ci, lesdits organes de passage étant disposés dans la coque du navire sous sa ligne de flottaison de sorte que la conduite d'entrée communique avec un orifice d'entrée formé dans le bas de la coque et les conduites de refoulement avec des orifices de refoulement for més dans des côtés opposés de la coque; une turbine ou hélice montée dans ladite conduite d'entrée pour tourner autour de l'axe longitudinal de celle-ci et reliée à cet effet à des organes d'entraînement; et des éléments réglables déviateurs de fluide situés dans lesdits organes de passage à la j onction des conduites d'entrée et de refoulement, de sorte que, en fonetion du réglage des éléments déviateurs, on peut faire passer l'écoulement de fluide venant de la turbine soit tota lement > soit en partie vers l'une des deux conduites de refouliement, en donnant de ce fait au navire une poussée latérale résultante dans la direction opposée de celle de l'écoulement sortant de la conduite de refoulement. l'invention sera mieux comprise à la lecture de la descriptian détaillée qui suit et à l'examen des dessins annexés qui représentent, à titre d' exemples non limitatifs, plusiaurs modes de réalisation de l'invention. la fig. 1 est une vue schématique en coupe à travers 1' étrave d'un navire illustrant un dispositif de propulsion latérale selon un premier mode de réalisation de l'invention. la fig. 2 est une vue schématique en coupe similaire à la fig. 1, montrant les éléments déviateurs du dispositif de propulsion tournés de 90 par rapport à leurs positions de la fig. 1. La fig 3 est une vue schématique en coupe similaire à la fig. 1 montrant les éléments déviateurs tournés de 180 par rapport à lueurs positions de la fig. 1. la fig. 4 est une vue schématique en coupe similaire à la fig. 1, illustrant un second mode de réalisation du dispositif de propulsion transversale, La fig. 4a est une vue schématique en coupe prise selon la ligne I de la fig. 4. La fig. 5 est une vue schématique en coupe similaire à la fig. 4 > montrant les éléments déviateurs tournés de 900 par rapport à lueurs positions de la fig. 4. la fig. 6 est une vue schématique en coupe similaire à la fig. 4 montrant les éléments déviateurs tournés de 180~ par rapport à leurs positions de la fig. 4. la fig. 7 est une vue en coupe illustrant les éléments dd- aviateurs d'une variante des premier et second modes de réali- sation. Un dispositif de propulsion transversale ou poussée latérale comprend une turbine 1 à écoulement axial montée avec. son axe sensiblement vertical, sur le plan central ou près de ce plan d'un navire 10 à l'intérieur d'une conduite 2, et reliée à des organes d' entrainement il de façon à pouvoir tourner. Pour obtenir le moment de giration maximum sur le navire, où le dispositif de poussée est utilisé pour effectuer la poussée sur la proue, la position de la conduite 2 doit être aussi loin à l'avant du navire qu'on peut l'agencer de façon appropriée. L'écoulement venant de la turbine l passe à travers la conduite 2 vers des éléments déviateurs de fluide réglables, indiqués généralement par la référence 3, placés de façon que l'écoulement en provenant puisse passer, totalement ou en partie, vers l'inde quelconque de deux conduites de refoulement 4 ou 5, ou être divisé également entre elles. les conduites 2, 4 et 5 peuvent être de section soit circulaire, soit carre, soit rectangulaire.Les conduites 4 et 5 sont sensiblement horizontales et sont disposées à angle droit par rapport S l'axe longitudinal du navire. L'écoulement sortant de la conduite 4 entratne sur le navire une poussée latérale dans une direction tandis que l'écoulement sortant de la conduite 5 entrasse une poussée dans une direction opposée. lorsque l'é- écoulement est également divisé entre les conduites 4 et 5, la poussée latdrale résultante sur le navire est nulle. Afin de réduire au minimum la dimension et le poids de l' unité de poussée, et pour réduire les pertes hydrauliques dans les éléments déviateurs 3, ces derniers comprennent une cascade d'aubes déviatrices 6, et un ou des- éléments de support 7. il y a plusieurs constructions ou modes de réalisation possibles pour les éléments déviateurs 3, qui permettent le guidage efficace de l'écoulement et son changement de direction lorsqu'on le désire, et l'on va en décrire deux à titre d'exem- pie. Dans le premier mode de réalisation (figs. l, 2 et 3), les éléments déviateurs 3 sont faits en une seule pièce et comprennent un élément de support creux 7 de forme sensiblement cylindrique qui est situé à la jonction des conduites d'entrée et de refoulement avec son axe sensiblement vertical de sorte que l'on puisse le faire tourner d'environ 1800= autour du m'eme axe que la turbine 1 au moyen d'un servo-moteur 12. La cascade d'aubes déviatrices 6 est située dans 11 élément de support 7, les aubes déviatrices individuelles étant disposées obliquement les unes au dessus des autres avec leurs axes longitudinaux sensiblement horizontaux Une découpe oblique est façonnée à travers l'élément de support sensiblement parallelement à'la cascade d'aubes déviatrices, de sorte que l'écou- lement de fluide venant de la turbine s'écoule vers le haut à travers l'élément de support et est dévié dans l'une ou l'autre des conduites de refoulement par la cascade d'aubes déviatrices. Lorsqu'ils sont placés comme représenté sur-la figure l, les éléments déviateurs dirigent tout l'écoulement, avec une perte d'écoulement minimum, vers la conduite de refoulement 4 uniquement, puisque l'élément de support 7 ferme hermétiquement et de façon efficace l'écoulement vers l'autre conduit 5. Lorsque 1' on fait tourner de 90=0 les éléments déviateurs, comme reprd- senté sur la figure 2, l'écoulement-venant de la turbine 1 peut passer vers les deux conduites de refoulement 4 et 5 donnant ainsi au navire une poussée latérale résultante nulle. Lorsque l'on fait tourner les éléments déviateurs de 90 sup plémentaires, comme cela est représente figure 3, tout l'écou- lement passe, de nouveau avec une perte minimum vers la conduite de refoulement 5 puisque le passage vers la conduite 4 est effectivement fermé de manière étanche par l'élément de support 7.En adoptant des positions intermédiaires entre celles représentées sur les figures 1, 2 et 3, l'eau s'écoule inegalement vers chaque conduite et l'on peut obtenir des valeurs intermédiaires de la poussée latérale nette sur le navire. Uh couple relativement faible est nécessaire pour faire tourner les éléments déviateurs d'une position extrême à l'autre position extrême, en passant par la position neutre, et l'on peut obtenir ainsi, en quelques secondes, un renversement total très rapide de la poussée sur le navire. EL outre, par un choix convenable des dimensions des éléments déviateurs, on peut garder à un minimum la résistance à l'écoulement venant de la turbine pour toutes les positions des éléments déviateurs en assurant ainsi que la puissance sur l'arbre demande-par la turbine et la charge hydraulique sur les ailettes de turbine > restent sen siblement inchangées indépendamment de la position des élé- ments déviateurs. Dans le secondmode de réalisation représenté sur les figures 4 à 6, les éléments déviateurs sont rendus rotatifs autour d'un axe sensiblement horizontal perpendiculaire au plan contenant les axes des conduites de refoulement 4 et 5. Avec cet axe de rotation, les éléments déviateurs sont formes de deux dispositifs déviateurs 8 et 9 susceptibles de tourner séparément, placés de l'avant à l'arrière respectivement à l'arbre 13 d'entratnement de l'hélice (fig. 4a). Chacun de ces dispositifs déviateurs comprend une plaque supérieure courbe 10 et deux plaques latérales ll formant ensemble un carter rotatif pour une cascade d'aubes déviatices; lorsque les deux jeux d'aubes déviatrices sont placées comme représenté sur la fig. 4a tout l'écoulement venant de la turbine est dirigé vers un côté du navire. Quand l'un seulement des deux jeux d'aubes déviatrices est tourné de 90 , la moitié de l'écoulement sortant de la turbine passe vers l'autre côtd du navire à travers ce jeu d'aubes déviatrices tandis que l'autre moitié del'écou- lement continue de passer à travers l'autre jen d'aubes déviatrices vers le premier côté, en ne produisant ainsi aucune poussée latérale résultante sur le navire (fig. 5). La rotation du second jeu d'aubes déviatrices de 90 (fig. 6) entrai- ne le passage de tout l'écoulement vers l'autre côté du navire. En fonctionnement, chaque jeu d'aubes déviatrices fonctionne- rait successivement en minimisant ainsi le couple total de mise en oeuvre nécessité à tout instant. Quelque soit le mode de réalisation des éléments déviateurs adoptés ceux-ci peuvent être rendus très robustes pour minimiser la possibilité d'endommagement dans les mers fortes. outre, la position de la turbine aussi bas que possible dans le navire permet une immersion et une hauteur d'aspiration positives nettes maximum, tout en permettant un fonctionnement efficace du dispositif de poussée en mers houleuses, alors que les unités du type à tunnel transversal avec une hélice à pas réglable ou inversable pourraient être inefficaces. Dans un autre mode de réalisation (non représenté) on peut former un certain nombre de trous dans le côté de l'élément de support 7 de forme cylindrique, ces trous étant placés de façon à permettre le passage du fluide vers les deux conduites de refoulement 4 et 5 lorsqu'on fait tourner les éléments déviateurs de 90 vers leur position intermédiaire comme cela est représenté figure 2. Dans une variante des modes de réalisation décrits ci-dessus, représentée fig. 7, des éléments déflecteurs comprenant des grilles d'aubes 14 sont prévus auz estrémitds eztérieures des conduites de refoulement pratiquement horizontales 4 et 5. En utilisant ces éléments déflecteurs, il est possible de dévier les jets de refoulement de sorte qu'ils puissent chacun acquérir une composante de vitesse semblable vers l'avant ou 1' ar- rière par rapport au navire. Il est possible par ce moyen d'utiliser l'unité de propulsion transversale décrite ci-dessus, pour donner au navire une petite poussée vers l'avant ou l'ar- rière ainsi que la poussée latérale pour laquelle le dispositif est principalement installé.Ceci peut Aetre utile pour manoeuvrer sans l'utilisation des moteurs de propulsion prineipaur et pour une propulsion d'urgence dans le cas d'une défaillance du moteur principal de propulsion. les modes de réalisation décrits ci-dessus présentent l'avan- tage d'être de construction simple et robuste, ce qui permet 1' utilisation d'une turbine classique à coulée pleine et d'une cascade déviatrice à bas prix En outre, on a seulement besoin de faibles valeurs de puissance d' entrée par poussée unitaire pour une unité de dimension donnée, du fait de l'utilisation d'une turbine unidirectionnelle efficace et des faibles pertes d'écoulement dans la conduite. On évite également les couples transitoires élevés en assurant de ce fait le prix le plus bas et la sécurité de marche maximum des organes d'entraî- nement et du système de transmission, tout en obtenant, en même temps, une bonne rapidité du renversement de poussée, avec la faible puissance requise de déviation. la -position basse verticale de la turbine dans le navire assure que l'immersion et que la hauteur positive nette d'aspiration sont maximum en diminuant ainsi les problèmes de cavitation et en permettant un fonctionnement du dispositif efficace et str meme dans les mers agitées.La construction simple facilite également l'en tretien puisqu'il n' a pas d'engrenages ou de mécanisme de transmission hydraulique dans le moyeu de la turbine comme c'est habituel avec de nombreux dispositifs connus. l'unité peut être conçue pour que tous les joints et les paliers de poussée et les engrenages de transmission et d'entraînement puissent être entretenus, et si nécessaire réparés, alors que le navire est en mer. Basin, les aubes déviatrices supplémentaires fixées aux extrémités de la conduite transversale de chaque c & é du navire permettent d'obtenir du dispositif une poussée vers l'avant et l'arrière. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représenté, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans qu'on s'écarte pour cela de l'esprit de l'invention. BRE}EDIC4TIONS 1 - Dispositif de poussée latérale pour navire caractérisé en ce qu'il comprend des organes de passage de fluide (2,4,5) comprenant une conduite d'entrée (2) et deux conduites ae refoulement (4,5) se branchant à partir de celle-ci, les organes de passage t2,4,5) étant agences pour astre montés dans la coque du navire sous sa ligne de flottaison de sorte que la conduite d'entrée (2) communique avec un orifice d'entrée formé dans le bas de la coque et les conduites de refoulement avec des orifices de refoulement formés dans des côtés opposes de la coque, une turbine (1) montée dans ladite conduite d'entrée (2) pour tourner autour de l'axe longitudinal de celle-ci et- reliée å cet effet à des organes d'entraînement (ll) et des éléments réglables déviateurs de fluide (3) situés dans lesdits organes de passage (2,4,5) à la jonction aela conduite d'entrée (2) et des conduites de refoulement (4,5), de sorte que, en fonction du réglage des éléments déviateurs (3) on peut faire passer l' écoulement de fluide venant de la turbine (1) soit totalement soit en partie vers l'une des dieux conduites de refoulement (4,5) en donnant de ce fait au navire (lO) une poussée latérale résultante dans la direction opposée à celle de l'écoulement de fluide sortant de la conduite de refoulement. 2 - Dispositif de poussée latérale selon la revendication 1, caractérisé en ce que les conduites de refoulement (4,5) sont agencées pour être montées dans la coque du navire (lO) avec leur axe longitudinal à angle droit par rapport à 1' axe longitu dinar du navire. 3 - Dispositif de poussée latérale selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la conduite d'entrée (2) est agencée pour être montée au voisinage de l'étrave du navire (10) au centre ou près du centre de l'étrave, avec son axe vertical. 4 - Dispositif de poussée latérale selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les éléments déviateurs (3) comprennent une cascade d'aubes déviatrices (6) qui permettent le guidage de l'écoulement de fluide venant de la conduite d'entrée (2) vers l'une ou l'autre des deux conduites de refoulement (4,5) ou vers les deux en fonction du réglage des éléments déviateurs (3). 5 - Dispositif de poussée latérale selon le revendication 4, caractérisé en ce que les éléments déviateurs (3) sont montés à rotation dans les conduites de refoulement (4,5) autour du même axe que la turbine (l). 6 - Dispositif de pousse latérale selon la revendication 4, caractérisé en ce que les éléments déviateurs (3) sont montés à rotation autour d'un axe qui est à angle droit par rapport aux deux axes longitudinaux de la conduite d'entrée (2) et des conduites de refoulement (4,5), la cascade d'aubes déviatrices (6) étant formée de deux jeux séparés d'aubes déviatrices (8,9) disposés axialement un sur chaque côté de l'arbre d'entrainement de la turbine (13). 7 - Dispositif de poussée latérale selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les éléments déviateurs (3) sont fonctionnellement reliés à un servo-moteur (12) pour effectuer le mouvement de rotation de ceux-ci. '8 - Dispositif de poussée latérale selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des éléments déflecteurs (14) sont prévus aux bords extérieurs des conduites de refoulement (4,5) pour dévier les jets de refoulement pour obtenir une composante de poussée dans une direction soit vers l'avant soit vers l'arrière par rapport au navire (lu). 9 - Navire eomprenant un dispositif de poussée latérale caractérisé en ce qu' il comprend des organes de passage de fluide (2,4,5) comprenant une conduite d'entrée (2) et deux conduites de refoulement (4,5) se branchant C partir de celle-ci, lesdits organes de passage étant situés sous la coque du navire (lO) en dessous de sa ligne de flottaison de sorte que la conduite d'entrée communique avec un orifice d' entrée formé dans le bas de la coque et les conduites de refoulement avec des orifices de refoulement formés dans des côtés opposés de la coque; une turbine (1) montée dans ladite conduite d'entrée (2) pour tourner autour de l'axe longitudinal de celle-ci et reliée à cet effet à des organes d' entrainement (fi); et des éléments réglables déviateurs de fluide (3) situés dans lesdits organes de passage à la jonction de la conduite d'entrée (2) et des conduites de refoulement (4,5) de sorte que, en fonction du réglage des éléments déviateurs (3) on peut faire passer l'écou- lement de fluide venant de la turbine (1) soit totalement soit en partie vers l'une quelconque des deux conduites de refoulement (4,5) en donnant de ce fait au navire (10) une poussée latérale résultante dans la direction opposée à celle de l'écou- lement de fluide sortant de la conduite de refoulement.