Brevet FR2270461A1 — publié le 19751205

L'invention concerne un propulseur hydraulique à hélice comportant un-rotor à pales hélicoidales centré sur l'axe d'un anneau ou d'une tuyère cylindrique. Elle concerne plus précisément et également un propulseur à hélice pour navire, comportant une tuyère à corps annulaire profilé à hélice centrale, fixe ou orientable ou rétractable Elle concerne encore les pompes hélicoidales de fluides, qui, pour la commo dité de ltexposé, seront assimilées, dans leur fonction de mise en mouvement relatif d'une veine fluide et du canal fermé dans lequel cette veine est enfermée, aux propulseurs à tuyère à hélice. Â cet égard les propulseurs à tuyère à hélice et les pompes hélicoldales ne constituent, en pratique, que deux applications différentes d'un mEme objet que concerne l'invention et ci-après dénommé propulseur hydraulique. On connut des propulseurs hydrauliques, et donc des pompes hélicoidales, comportant une hélice du type défini au début. De tels propulseurs ont leur hélice entrntnée par un arbre auquel on amène la force motrice, soit par un moteur logé dans ' bulbe,soit par un renvoi d'angle par un arbre logé dans un montant de fixation du bulbe. Il en résulte alors des per turbations d'écoulement et des pertes de charge dues aux mon tants de fixation du bulbe et à son encombrement, surtout dans le cas le plus fréquent où il contient le moteurs En outre, les montants et le bulbe sont causes d'incidents en présence de corps étrangers.On connatt bien les avantages, du point de vue rendement, des propulseurs à tuyère à hélice, mais on ne dispose pas de moyens commodes de les faire fonctionner à faible vitesse, ce qui est très utile pour les fonctions de positionnement dynamique, de propulseur d'étrave et pour toute autre fonction de propulsion en régime ou à faible vitesse avec un rendement hydrodynamique et un rendement global maximaux. Le but de l'invention est de proposer un nouveau propulseur hydraulique ayant les qualités requises de rendements en régime et à faible vitesse, exempt de cause de perturbations de la veine fluide par l'effet du bulbe et de montants introduits dans le veine, ayant un bon profil hydrodynamique pour la veine fluide0 Un autre but est d'améliorer encore le rendement des propulseurs hydrauliques du type décrit au début. Un autre but est de pourvoir disposer d'lm propulseur facile à asservir à toutes les vitesses, depuis la vitesse nulle y comprise, jusqu'à la vitesse maximale ou à la poussée maximale, et ce par de nombreux moyens et suivant diverses lois de réglage. Un autre but encore est de disposer d'un propulseur offrant une grande variété d'applications, notamment marines, aussi bien en position fixe, que pivotante ou rétractable et ayant également extérieurement un bon profil hydrodynamique. Ces buts sont atteints, dans l'appareil selon l'invention, par le fait que le rotor comporte une couronne circulaire périphérique, liée solidairement à l'extrémité des pales, guidée dans l'anneau ou la tuyère et le rotor est entraSne en rotation par l'intermédiaire de la couronne. La couronne comporte avantageusement une denture périphérique, par laquelle elle est attaquée par au moins une roue dentée d'entrainement constituant avantageusement mécanisme réducteur, La couronne est avantageusement guidée axialement dans la paroi interne de la tuyère par un palier et guidée longitudinalement dans une zone, délimitée par un évidement annulaire,aménagée dans la paroi de la tuyère. Si le propulseur est destiné à un navire, il est avantageux que les moteurs d'entranement soient disposés dans des logements aménagés dans le corps annulaire de la tuyère. Il est également, surtout dans ce dernier cas, avantageux que les moteurs d'entrainement soient des moteurs hydrauliques. De tels moteurs permettent des vitesses de rotation d'arbre très lentes. Un tel avantage s'ajoute à l'avantage de ltentraSne- ment par couronne et roues dentées périphériques qui permet une démultiplication importante. Dans ce cas, on obtient en outre l'avantage de pouvoir reporter à distance sur le navire ou sur la plateforme le moteur d'entraSnement de la pompe hydraulique génératrice. Dtautres caractéristiques et particularités ressortiront de la description, qui sera donnée ci-après uniquement à titre d'exemple, d'un mode de réalisation de l'invention. On se reportera aux figures annexées, dans lesquelles : - la figure 1 représente une vue axiale d'un propulseur de navire selon l'invention, - la figure 2 représente la vue transversale du mbme propulseur avec coupe partielle suivant II de la figure 1, l'héli- ce ntétant toutefois pas coupée, - la figure 3 représente, à plus grande échelle et en détail, une coupe, axiale, interrompue dans la partie centrale, du même propulseur suivant la ligne brisée III de la figure 1, - les figures 4, 5, 6 et 7 représentent des exemples d'application de l'appareil à la propulsion de navires et d'une plateforme flottante. - la figure 8 représente un autre mode de réalisation de l'invention dans son application aux pompes hélicoidales de circulation de fluide. Le propulseur représenté sur les figures 1, 2 et 3, comporte un b ti-carter de tuyère 1 rigide et fortement nervuré présentant des renflements 2 pour le logement des moteurs et des engrenages, comme il sera exposé plus loin. Le bti-carter 1 est conçu pour recevoir les différents organes du propulseur et pour transmettre à la coque d'un navire la force de propulsion par une pièce de fixation 3. Le b ti-carter 1 a, dans ses parties arrières et extérieurement dans sa partie centrale, le profil connu des tuyères de ce type. Le profil de la tuyère est complété par un capot avant 4 démontable, donnant accès aux moteurs -et aux organes du circuit hydraulique de puissance. L'hélice, désignée dans son ensemble par 10, constitue un rotor d'axe il en l'air sur lequel sont disposées des pales hélicodales 12o Une couronne circulaire 13 périphérique du rotor est liégé par construction à l'extrémité des pales 12, qu'elle encercle. Elle est guidée par le palier 19 dont il sera parlé plus loin qui la maintient longitudinalement dans un logement 21 aménagé dans la paroi interne du carter dans la zone de jonction du carter 1 proprement dit et du capot avant 4.La couronne circulaire 14 est-concue pour entraSner directement en rotation les pales 12 dont elle est solidaire, Elle comporte à cet effet des moyens extéfleurs d'entraînement. Dans le mode de réali- sation représenté, ces moyens extérieurs dtentrainement sont constitués par les dents d'une denture 14 périphérique par laquelle elle est attaquée par des roues dentées d'entrainement 15 entrai neeMchacune par un moteur 16 disposé dans un logement correspondant 2. Ces moteurs sont montés et centrés sur un flasque 5, assemblé au bSti 1 avant pose du capot 2, et qui contribue également au raidissement du capot avant 2. Les roues dentées 15 sont montées directement sur arbre de sortie des moteurs 16 qui porte sur deux paliers à roulements 17, 18 respectivement assemblés au carter 1 et au flasque 5. La couronne 13 est guidee axialement dans la tuyère par un palier à rouleaux croisés dont la bague intérieure 19 est fixée sur la couronne 13 et dont la bague extérieure 20 est centrée et fixée sur le bAti à un emplacement aménagé dans le logement circulaire 21. Le bati comporte encore des organes de lubrification, non représentés, du palier 19-20 et des dentures 14-15. La zone de logement de la couronne 13 est délimitée par un évidement annulaire défini par des bords en retrait 6 et 7 du carter 1 et du capot 4, prévus aux limites aval et amont de la couronne 13. L'étanchéité au voisinage des points aval et amont de la couronne est assurée par des joints à lèvres 22, 23, complétés par une chicane. En variante, on pourra, notamment pour les grandes puissances, préférer le fonctionnement des paliers et des engrenages 14, 15 dans l'eaux En ce cas le palier à rouleaux 19,20 sera avantageusement remplacé par/palier lisse 20 portant une couronne lisse 19. Les roulements 17 et 18 seront alors des roulements étanches et la traversée du flasque 5 par l'arbre du moteur 6 sera parfaitement étanchéifiée. Il sera avantageux que les moteurs 16 soient des moteurs hydrauliques,car la transmission hydraulique permet un réglage ou un asservissement facile de la vitesse de rotation depuis la vitesse nulle jusqu'au maximum nominal0 La tuyère selon l'inventhon par sa souplesse, par e l'absence d'arbre et de mécanisme transmission dans la veine fluide et donc par son faible encombrement peut recevoir toutes les applications connues de tous types de propulseurs. Plusieurs moteurs de faible puissance unitaire pourront entre répartis sur la couronne, ce qui réduit le volume des protubérances de leurs logements et améliore le profil hydrodynamique du propulseur. En outre, le fait d'entraîner la grande couronne par des roues dentées de faible diamètre permet d'obtenir un effet réducteur tres avantageux0 C'est ainsi que la figure 4 représente schématiquement le propulseur des figures 1, 2 et 3 monté, comme il est connu en soi pour les propulseurs à tuyères, comme propulseur de navire devant le safran d'un gouvernail. La figure 5 représente le même monté en propulseur gouvernail. La figure 6 représente toujours le même propulseur monté à bord d'un véhicule amphibie, dans lequel il est aisé- ment rétractable gracie à un vérin de relevage 31o La figure 7 représente la partie inférieure immergée d'une plateforme flottante d'exploitation en mer comportant des propulseurs selon ltinvention servant à la déplacer ou à la maintenir en place par positionnement dynamique par asservissement, comme il est connu en soi Le propulseur des figures 1, 2 et 3 peut également constituer un excellent propulseur d'étraves Enfin, la figure 8 représente une pompe hélicoidale montée au centre d'un anneau 41 réuni par brides à une canalisation 42 dans laquelle un fluide doit être transporté dans le sens de la flèche F0 Cette pompe, à l'exception du carter, remplacé par un anneau, est de construction mécanique semblable à celle du propulseur des figures 1 à 3, sauf qu'elle peut titre actionnée sans inconvénient par un seul moteur latéral à l'anneau. Suivant les usages auxquels on destine le propulseur, il pourra en être construit Oe toutes tailles et de toutes puissances, depuis quelques kilowatts jusqu'à quelques milliers de kilowtts,per exemple 3 000 kilowatts, donnant des poussées de quelques centaines de daS à plus de 50 000 daN, REVENDICATIONS 1. Propulseur hydraulique à hélice comportant un rotor à pales hélicoidales centré sur l'axe d'un anneau ou d'une tuyère cylindrique et muni d'une couronne circulaire périphérique liée solidairement à 11 extrémité des pales et guidée dans l'anneau ou la tuyère, le rotor étant entraîné en rotation par l'intermédiaire d'une denture périphérique portée par la couronne et par laquelle elle est attaquée par au moins une roue d'entraînement avec laquelle elle constitue un mécanisme réducteur, caractérisé en ce que les moteurs d'entraînement du rotor sont disposés dans des logements aménagés dans le corps annulaire de l'anneau ou de la tuyère. 2. Propulseur à hélice selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moteurs d'entraînement sont des moteurs hydrauliques. 3. Propulseur à hélice pour navire, comportant une tuyère à corps annulaire profilé à hélice centrale, de l'un des types fixe, orientable, rétractable, caractérisé en ce qu'il comporte les caractéristiques de l'une quelconque des revendications 1 et 2. 4. Pompe hélicoldale de circulation de fluide comportant un anneau et un rotor à hélice, caractérisée en ce qu'elle comporte les caractéristiques de l'une quelconque des revendications 1 et 2. 5. Propulseur à hélice selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moteurs d'entraînement sont des moteurs hydrauliques.