Brevet FR2418395A1 — publié le 19790921

le dispositif faisant l'objet de la présente invention a été mis au point pour résoudre en général le problème de l'inversion du mouvement d'un arbre mené (ou utile) tout en maintenant inchangé et sans l'arrêter le mouvement de l'arbre menant. L'application du dispositif sera examinée en tant que cas particulier non limitatif au problème de l'inversion du sens de rotation de l'hélice d'un navire dans lequel l'installation de propulsion est constituée par des moteurs Diesel ou des turbines à gaz non réversibles, c'est-i-dire incapables d'inverser leur propre sens de rotation. Le système généralement adopté pour inverser le sens de rotation d'un arbre mené est du type mécanique : l'arbre menant peut entre relié à l'arbre mené, soit directement,soit par l'intermédiaire d'un système d'engrenages d'inversion (inverseurs8. La transmission de la commande directe à l'inverseur et vice versa est obtenue au moyen de dispositifs d'accouplement dégageables de types variés (embrayages, dispositifs à friction, joints hydrauliques). Cette solution, facile à réaliser et économique si les puissances en jeu ne sont pas excessives, devient difficile, coûteuse et encombrante quand on atteint des puissances de l'ordre de grandeur de celles utilisées pour la propulsion des navires.Cette solution devient encore plus difficile si l'inertie de l'arbre mené est importante, car dans ce cas, l'énergie qui doit etre dissipée par l'organe d'accouplement au moment de l'inversion pour amener l'arbre mené à la mdme vitesse que 11 arbre menant peut atteindre des valeur telles que les organes en question peuvent etre soumis à une surchauffe et même à des dégats. L'inversion du sens de rotation de l'hélice, pour les navires ayant une hélice à pas fixe, est nécessaire pour deux raisons a) permettre au navire de reculer, mEme pendant des durées pro ongées, avec une hélice tournant jusqu'à 70 fe du nombre maximum de tours. La puissance développée dans ces conditions atteint envi- ron un tiers de la puissance maximale de marche avant b) permettre l'arrêt rapide du navire (manoeuvre anti-collision) au moyen de l'action de freinage exercée par l'hélice tournant en sens inverse et à 50 % de la vitesse rotative maximale, tandis que le navire lui-mtme continue à avancer sous l'effet de sa propre inertie. Pour cette manoeuvre, il faut utiliser un couple égal à 80 % de celui de la puissance maximale en marche avant. Depuis longtemps, le problème a été résolu de manière satisfaisante pour les appareils moteurs à vapeur en ajoutant à la turbine un aubage de marche arrière. Dans les appareils à moteur Diesel, le problème est également résolu, meme si ce n' est pas d'une façon aussi satisfaisante, par l'adoption de moteurs réversibles capables de distribuer leur puissance dans les deux sens de marche. La réversibilité permet en fait d'effectuer avec une marge suffisante la manoeuvre désignée au point a) ci-dessus, mais est beaucoup moins satisfaisante en ce qui concerne la manoeuvre du point b).En fait, le moteur ne peut pas etre entraSné en marche arrière stil n'a pas été d'abord arrêté ; dans la phase de démarrage en marche arrière, le moment de torsion est apporté non par le moteur comme cela devrait entre le cas, mais par son dispositif de démarrage ; enfin, les moteurs Diesel, du fait de leur nature, ne peuvent pas tourner de façon stable en dessous d'un nombre minimal de tours qui est à titre indicatif de l'ordre de 55 % de celui du régime maximal. Dans les navires dont la manoeuvrabilité est très élevée, on adopte fréquemment des moteurs Diesel non réversibles couplés à des hélices à pas variable. Mais le cas où le problème apparat résolu de manière moins satisfaisante est celui des appareils moteurs ne comprenant que des turbines à gaz du fait qutil n'existe pas à l'heure actuelle sur le marché de turbines à gaz réversibles bien que le problème ait été étudié par divers constructeurs. Récemment, il a été proposé de superposer des pales de marche arrière aux pales normales de marche avant de la turbine à gaz ; dans ce cas et en déviant le flux de gaz sur les premières pales ou sur les sécondes pales, l'inversion du mouvement de l'arbre mené devient possible.Cette solution entraîne cependant desecoplications majeures sur les parties délicates ainsi qu'une détérioration du rendement en fonctionnement normal en marche avant, due aux pertes de gaz dans les dispositifs déviateurs du flux et aux pertes de ventilation sur les pales additionnelles. En conséquence, et jusqu'ici, le problème des installations de propulsion à turbines à gaz a été résolu en général en adoptant l'hé- lice à pas variables ou encore en utilisant des inverseurs à engrenages. D'ailleurs, l'hélice à pas variable présente l'inconvénient (par rapport à l'hélice à pas fixe) de conter plus cher, d'avoir un moyeu d 'hélice de diamètre plus grand qui est susceptible de réduire le rendement propulsif de l'hélice elle-mme, et de devoir mener le navize en bassin pour les réparations, le contre et les révisions des parties du mécanisme de commande des pales. En raison de ces caractéristiques négatives, on connait de nombreux exemples d'appareils moteurs à gaz à hélice à pas fixe pourvus d'inverseurs à engrenages dans lesquelles la turbine commande le réducteur, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un train d'engrenages d'inversion. Pour permettre le passage de la commande directe à la commande par l'intermédiaire d'un train d'inversion, on utilise une paire d'embrayages à disque ou une paire de joints hydrauliques ddgagea- bles : lorsqu'on engage un des éléments de la paire et que l'on dégage l'autre, il est possible d'inverser lé sens de rotation de l'hélice. Dans le cas où l'on utilise des embrayages à disque, on constate que dans la manoeuvre d'arrêt rapide à partir de la vitesse maximale, il apparat des difficultés provenant de la grande quan- tité de chaleur que l'embrayage dissipe. En particulier, l'embrayage qui est généralement refroidi par air, atteint des températures très élevées entraînant une forte usure des surfaces de contact. Â cela doivent s'ajouter la complication et le coût du train d'engrenages d'inversion. Dans le cas où, en plus de deux embrayagesyon utilise des joints hydrauliques, il est possible d'effectuer les manoeuvres en remplissant d'huile l'un des joints et en vidant l'autre : la dissipation de chaleur correspondant à la manoeuvre d'arrtt rapide du navire est transmise pa l'huile d'alimentation du joint. Le système est complété par un joint auto-synchronisateur destiné à relier directement la turbine à gaz aux engrenages du réducteur en contournant le joint hydraulique de marche avant pendant la navigation normale, évitant ainsi la perte de puissance correspondant au rendement du dit joint. De l'expérience acquise dans la construction d'appareils moteurs pour navires à haute manoeuvrabilité avec des moteurs Diesel, des moteurs Diesel et turbines à gaz ou avec des turbines à vapeur, et tenant compte des expériences connues sur le plan mondial, il en résulte que les exigences idéales d un dispositif oléodynamique dtinversion du sens de rotation de l'hélice sont les suivantes :: 1) une simplicité de construction obtenue par une limitation du nombre des composants ; 2) la possibilité d'insérer le joint oléo-dynamique et de dégager la commande directe rapidement et avec sécurité pour effectuer l'arrêt rapide du navire 3) une grande capacité de dissipation de la chaleur de la part du Joint permettant l'garrot du navire sans surchauffe du joint et de l'huile qu'il contient ; 4) possibilité de fonctionnement en cas d'alerte, lorsqu'il y a une avarie du joint oléo-dynamique ou du joint auto-synchronisateur ; 5) accessibilité des organes de l'inverseur en vue d'éventuelles opérations de réparation, de contre ou de révision sans qu'il soit nécessaire de mener le navire dans un bassin. le but général de la présente invention est de réaliser un dispositif oléo-dynamique d'inversion du sens de rotation d'un arbre mené, en particulier pour commander les hélices à pas fixe de navires propulsés par des moteurs à combustion interne non réversibles, et qui soit susceptible de satisfaire les exigences qui viennent d'être énumérées. Dans ce but, l'invention vise à réaliser un dispositif de transmission de la rotation entre un arbre menant et un arbre mené du type dans lequel arbre menant est pourvu d'une chambre menante qui pompe un liquide dans une chambre menée fixée sur l'arbre mené, caractérisé par le fait qu'il est prévu, dans un canal qui relie les deux chambres, un aubage déflecteur annulaire mobile entre une première position dans laquelle il n'interfère pas de manière importante avec le flux de liquide sortant de la chambre menante, et une seconde position dans laquelle il dévie ledit flux de liquide pour inverser pratiquement le sens de sa composante tangentielle. En d'autres termes, l'invention propose, gracie à un aubage, de dévier le flux de liquide sortant de la chambre menante de manière à pénétrer dans la on ambre menée dans la direction qu'il suivrait si les pales déviatrices ne s'y trouvaient pas et si la chambre nenante tournait en sens inverse. Les caractéristiques de structure et de fonctionnement de l'invention et ses avantages par rapport à la technique connue apparaitront encore plus évidents à l'examen de la description qui suit, donnée à titre d'exemple et avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels - la fig. 1 est une vue en coupe d'une forme de réalisation de l'invention appliquée au domaine de la propulsion navale - la fig. 2 représente un détail qui illustre l'aubage déflec teur en un état de fonctionnement différent de celui représenté sur la figure 1 - les figs. 3 et 4 représentent deux vues en coupe selon les plans III-III et IV-IV des figures 1 et 2, respectivement - la fig. 5 est une vue en coupe d'un détail illustrant une autre forme de réalisation possible de l'aubage déflecteur de l'invention ;; - les figs. 6 et 7 sont deux vues en coupe selon la ligne VI-VI de la figure 5 illustrant respectivement deux états de fonctionnement différents de l'aubage, et -la fig. 8 est une vue selon la flèche B de la figure 5. Si l'on se réfère tout d'abord à la figure 1, le dispositif de l'invention est constitué par une chambre menante 1 solidaire d'un arbre menant 2, d'une chambre menée 3 solidaire d'un arbre mené 4, d'une enveloppe résistant à la pression de l'huile 5 et de l'aubage d'inversion 6 avec son servo-moteur de commande correspondant constitué par des vérins hydrauliques 7. le système est complété par une pompe à huile 8 destinée au remplissage du joint et par une soupape télé-commandée 9 destinée à la régulation de la quantité d'huile qui doit traverser le joint pour évacuer les calories dissipées par le joint lui-meme. Grâce à l'action du servo-moteur 7, l'aubage inverseur 6 peut prendre deux positions différentes : dans la première position (figures 1 et 3), celui-ci ntinterfère pas avec le flux d'huile entre 1 et 3 et la chambre menée 3 tourne dans le même sens que la chambre menante 1 comme l'indiquent les flèches F de la figure 3 dans la seconde position, par contre, il dévie le flux d'huile de manière que la chambre menée 3 tourne en sens inverse de celui dans lequel tourne la chambre menante 1, comme l'indiquent les flèches F1 et F2 de la figure 4. En agissant sur le servo-moteur 7, il est donc possible d'obtenir que l'arbre mené 4 tourne dans un sens ou dans l'autre alors que l'arbre menant 2 tourne toujours dans le mOrne sens. L'énergie développée au cours de la manoeuvre d'inversion est éliminée par l'huile qui traverse le joint : si la pompe à huile 8 et la soupape de décharge 9 ont des dimensions suffisamment importantes, il est possible d'affronter les cas dans lesquels l'éner- gie sus-mentionnée atteint des valeurs très élevées. il a été étudié une application particulière pour le cas où, comme cela se produit dans la propulsion navale, il est demandé a) de dissiper de grandes quantités d'énergie pendant l'inversion du fait de l'inertie de l'arbre secondaire ou d'autres causes ; b) de relier directement l'arbre menant à 11 arbre mené pour éliminer directement la perte de rendement du joint oléo-dynamique pendant des périodes prolongées au cours desquelles il n'est pas demandé de manoeuvres d'inversion c) de désolidariser rapidement la liaison directe entre 11 arbre menant et l'arbre mené pour effectuer des manoeuvres improvisées rendues nécessaires. Pour cette application, le système d'inversion est constitué par - un joint oléo-dynamique inverseur du type décrit ci-dessus - un joint auto-synchronisateur d'un type déjà connu et capable de relier rigidement l'arbre menant à l'arbre mené - un système d'alimentation en huile du joint inverseur. Dans le cas particulier de l'application à la propulsion de navires, il est approprié que le joint oléo-dynsmique ne soit pas dimensionné pour transmettre la puissance totale du moteur de propulsion, mais seulement la puissance requise pour effectuer des manoeuvres0 De cette manière, il est possible de maintenir dans des limites plus modestes l'encombrement et le codt du joint : en navigation normale, on utilisera plut le joint auto-synchronisateur qui, du fait qu'il est susceptible d'être inséré à la fin de la manoeuvre sans avoir à arrdter le moteur de propulsion, reliera directement; l'arbre menant à l'arbre mené.Dans ces conditions de fonctionnement, la pompe à huile de remplissage du joint pourra entre arrêtée pour ne pas consommer inutilement de l'énergie. Il est important de noter que si la pompe devait entre maintenue en fonctionnement pour des besoins particuliers (par exemple une navigation dans le brouillard), il nit y aurait pas de pertes de ventilation à l'intérieur du joint du fait que les deux chambres (menante et menée) tournent solidairement, alors que, comme cela est bien connu, les pertes de puissance dans les joints oléo-dynamiques sont proportionnelles à la d fférence de vitesse de rotation entre les deux chambres Sur la figure 1, il est représenté à titre illustratif et non limitatif une appl-oation du type de celle qui a été décrite ci-dessus et qui est particulièrement appropriée à la propulsion navale avec turbines à gaz et en général aveA moteurs non réversibles. Dans la présente Ilustration, un moteur non réversible 10 com mande par l'intermédiaire d'un réducteur à engrenages à double réduc- tion (paires d'engrenages 11, 12 et 13, 14) un -e utile A5 qui dans le cas de la propulsion navale constituerait l'axe de ccmmande d'unehélice à pas fixe. Sur l'axr de l'engrenage 12 est fixé le joint cléo-dsvnamique inverseur décrit ci-dessus dont la chambre menante 1 est solidaire de l'engrenage 12 alors que la chambre menée 3 est scli- daire de l'engrenage 130 La chambre menante 1 peut entre directement reliée à l'engre- nage 13 au moyen d'un joint auto-synchronisatear 16, auquel cas la chambre menante 1, l'engrenage 13 et la chambre menée 3 tournent solidairement. Les figures 5 à 8 des dessins représentent un autre mode de réalisation possible d'un aubage dtinversion applicable au joint oléo-dynamique de l'invention. Dans cette forme de réalisation, les pales sont constamment insérées dans les canaux existants entre la chambre menante et la chambre menée, mais chaque pale est formée par une paire de sections terminales fixes 18, 19 et par une paire de sections centrales orientables 20, 21. Quand les sections 18, 19, 20 et 21 sont en alignement comme l'illustre la figure 6, le flux d'huile entre 1 et 3 nrest pratiquement pas dévié et il en résulte que la chambre menée 3 tourne dans le mtme sens que la chambre menante 1 (figure 6). Quand par contre les sections centrales 20 et 21 sont disposées dans la position de la figure 7, l'aubage dévie le flux d'huile de manière que la chambre menée 3 tourne en sens inverse de celui de la chambre i. Le changement de position des sections 20 et 21 peut être effectué par exemple au moyen des tringleries 22 et 23c il est évident que le mEme résultat peut entre également obtenu avec un nombre différent et une disposition différente des sections mobiles et fixes. Bien qu'il ait été illustré et décrit à titre d'exemple deux modes de réalisation possibles de l'invention, on comprendra qu'il est possible d'y apporter des variantes et des modifications sans pour autant sortir du champ d'application de l'invention elle-mme. En outre, l'invention est applicable à des domaines différents de celui de la propulsion navale, et plus précisément dans tous les cas où il est nécessaire d'obtenir une inversion brusque du sens de rotation d'un arbre qui est entraîné par un moteur non réversible. REVENDiCÂTiONS 1.- Dispositif de transmission de la rotation entre un arbre menant et un arbre mené, du type dans lequel 1' arbre menant porte une chambre menante i:i pompe un liquide dans une chambre menée portée par l'arbre mené, caractérisé par le fait qu'il est prévu, dans un canal situé entre les deux chambres, un aubage déflecteur annulaire mobile entre une prenière position dans laquelle il n'interfère pas d'une manière importante avec le flux de liquide sortant de la chambre menante, et une seconde position dans laquelle il dévie ledit flux de liquide pour inverser pratiquement le sens de sa composante tangentielle. 2.- Dispositif selon la-reverdication 1, dans lequel ledit aubage comprend une se rie de pales dont chacune peut outre déplacée entre deux positions extrêmes, une première position à l'intérieur dudit canal et une seconde position en dehors de celui-ci. 3. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ledit aubage comprend une série de pales disposées dans ledit canal et de configuration variable entre deux positions extrêmes une première position dans laquelle elles n'interfèrent pas d'une manière importante avec le flux de liquide sortant de ladite chambre menante, et une seconde position dans laquelle elles dévient ledit flux de liquide pour inverser pratiquement le sens de sa composante targentielleO 4.- Dispositif selon la revendication 1, dans lequel est prévue entre la chambre menante et l'arbre mené une channe cinématique de prise directe avec interposition d'un joint auto-synchronisateur. 5.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est appliqué à la commande drhélices actionnées par des groupes moteurs non rdversibles.