Brevet FR2567096A1 — publié le 19860110

Il est connu que pour la propulsion des navires, il est interessant d'utiliser des hélices à pales orientables, ceci permet d'obtenir la marche avant et la marche arrière des navires sans avoir besoin d'inverser le sens de rotation des hélices, en conséquence le couple de propulsion transmis du moteur à l'hélice par l'arbre d'hélice agit toujours dans le meme sens; ceci permet également de mettre l'hélice au pas zéro et de faire tourner le moteur et l'hélice sans exercer de poussée ni vers l'avant ni vers l'arrière. Les hélices à pales orientables permettent d'ajuster le pas de l'hélice pour obtenir à la vitesse désirée pour le navire le nombre de tours le plus économique pour la rotation du moteur.Les hélices à pales orientables se composent généralement d'un moyeu dont les pales sont solidaires en pouvant tourner chacune autour d'un axe qui est généralement perpendiculaire à l'axe de l'arbre d'hélice, tout en coupant cet axe. Pour les hélices à pales orientables éxistantes, l'arbre d'hélice est relié au moyeu, généralement par un flasque, du coté du moyeu qui est dirigé vers l'avant du navire. La ou les commandes de variations de pas se font par l'intérieur de l'arbre d'hélice qui est creux; ces variations de pas se font par déplacement axial d'une pièce située à l'intérieur du moyeu, pièce qui oriente la rotation des pales en fonction de sa position axiale.L'objet de la présente invention est un mécanisme pour commande d'orientation de pales d'hélice de navire pour lequel l'arbre d' hélice est relié au moyeu du coté du moyeu qui est situé vers l'arrière, 1' arbre d'hélice traversant le moyeu, la pièce qui porte les éléments destine à réaliser l'orientation des pales par déplacement axial de cette pièce étant traversée par l'arbre d'hélice et étant centrée, tout en ayant une section non circulaire, dans la face du moyeu qui est dirigée vers l'avant, cette pièce peut également être simultanément centrée sur l'arbre d'hélice par un alésage circulaire.La pièce qui porte les éléments destinés à réaliser d'une manière connue l'orientation des pales par déplacement axial de cette pièce est solidaire d'une douille qui est ajustée glissante et concentrique sur l'extérieur de 1' arbre d'hélice, l'extérieur de cette douille servant de tourillon lors de son passage dans le palier d'étambot ou dans le palier de chaise. L'extrémité de cette douille, à la sortie du palier d'étambot coté intérieur du navire est munie d'un palier flottant, de préférence avec roulements à billes ou à rouleaux coniques, dont le carter extérieur peut se déplacer axialement tout en étant retenu en rotation, le déplacement axial de ce palier flottant se faisant à l'aide d'un ou de plusieurs verins mécaniques ou hydrauliques.C'est le déplacement axial du palier flottant solidaire de la douille qui glisse axialement sur l'arbre d'hélice qui permet de déplacer axialement la pièce située dans le moyeu qui commande l'orientation des pales donc le pas de l'hélice. Les avantages du mécanisme pour orientation des pales d'hélice à pales orientables selon l'invention sont multiples:Le premier est de pouvoir utiliser pour le réglage du pas soit des verins mécaniques, soit des verins hydrauliques, ces vérins pouvant être des verins classiques de série donc économiques et àciles à entretenir, tant par le prix des pièces de rechangeS que par l'accessibilité de ces pièces qui sont toutes situées à l'intérieur du navire à coté de la ligne d'arbre, un changement complet de vérin peut être éxécuté en quelques minutes sans avoir besoin d'immobiliser le navire dans un port. Le deuxième avantage est de ne pas avoir besoin de forer l'arbre d'hélice et de ne pas avoir besoin de flasque forgée sur cet arbre située à l'extérieur du navire. Le troisième avantage est de pouvoir utiliser pour les douilles qui tourillonnent dans les paliers en synchronisme avec les arbres d'hélices, douilles dont les longueurs n'ont rien de commun avec les longueurs des arbres d'hélices, des aciers alliés traités particulièrement bien adaptés aux glissements dans les paliers; les alésages de ces douilles peuvent etre munis de rainures de graissage appropriées pour faciliter les glissements axiaux sur l'extérieur de l'arbre d'hélice.Pour les navires à plusieures hélices pour lesquelles il y a un palier de chaise et un palier d'entrée dans la caque, seules les deux douilles qui tourillonnent dans les paliers sont ajustées glissantes sur l'arbre d'hélice, ces deux douilles coaxiales sont alors rigidement réunies entre elles par un simple tube d'acier qui a du jeu par rapport à l'arbre d' hélice. Les figures ci annexées représentent à titre indicatif et non limitatif un mécanisme pour commande d'orientation de pales d'hélice de navire selon l'invention. La figure 1 est une coupe passant par l'axe de l'arbre de l'hélice allant de l'hélice à l'entrée du palier de chaise d'un navire à deux lignes d' arbres, avec vue partielle des tubes de jonction entre le palier de chaise et le palier de coque.La figure 2 est une coupe passant par l'axe de l'hélice allant d'une vue partielle des tubes de jonctions entre le palier de chaise et le palier de coque ainsi qu'une vue allant de la sortie du palier de coque vers l'intérieur du navire jusqu'à la première bride de l'arbre d'hélice située à l'intérieur du navire.Cette vue montre le palier flottant avec les attaches des verins standards pour réglage de pas; les vérins étant standard, soit mécaniques ( vis, écrou et motoréducteur), soit hydrauliques, seules les axes et les attaches de ces vérins sur le boitier flottant sont représentés sur cette figure; l'autre extr- mité de chaque vérin est articulée d'une manière connue à un point fixe solidaire de la coque, soit directement soit par ltintermédiaire du carter du réducteur, du moteur ou d'un palier de la ligne d'arbre. La figure 3 est une coupe selon les plans III III des figures 1 et 4. La figure 4 est une vue partielle similaire à la figure 1 mais montrant un autre mode de fixation de l'arbre d'hélice sur la face arrière du moyeu d'hélice.La figure 5 est une vue partielle similaire aux figures 1 et 4 mais montrant un autre mode de fixation de 1' arbre d'hélice sur la face arrière du moyeu d'hélice. la figure 6 est une coupe par le plan VI VI de la figure 5. Les figures 1, 3,4 et 5 correspondent à une hélice à quatre pales, il est évident que sans rien changer au caractère de 1' invention, il est possible de réaliser des hélices à deux, trois, cinq ou meme six pales, seule la section de la pièce coulissante et les parties correspondantes du moyeu changent. 1 et 2 sont deux des quatre pales avec leurs pieds 3 et 4 et leurs contre pieds 5 et 6, chaque ensemble pale, pied et contre pied tourne - d'une manière connue sur le moyeu 7 autour des axes 8 et 9.Ce sont les déplacements axiaux de la pièce 10 ( un carré pour une hélice à quatre pales) qui orientent les pales autour des axes 8 et 9, ceci d'une manière connue à l'aide de rainures, de dés et de tourillons, non représentés dans un but de simplification; 1 1 sont les axes de ces tourillons qui sont encastrés dans la pièce 10, les dés sont logés dans des rainures qui sont fraisées dans les contre pieds 5 et 6. Les figures 1, 2,4 et 3 représentent la position des pales pour la marche arrière, en marche avant les axes 11 de la figure 1 passent relativement symétriquement de l'autre coté des axes 8 et9. L'arbre d'hélice 12 a une position axiale bien définie par rapport au navire, ceci par l'intermédiaire de la butée axiale de la ligne d'arbre. Dans le cas de la figure 1, l'arbre 12 se termine par un filetage conique 13 qui est vissé dans la partie arrière 14 du moyeu 7; le sens du filetage est tel que le couple résistant de l'hélice et le sens de rotation de la ligne d'arbre ont tendance à serrer l'arbre 12 dans la partie 14 du moyeu 7. le contre écrou 15 avec son joint torique 16 et ses vis d'arrêt 17 et 18 assurent d'une part l'étancheité vis à vis de l'eau et d'autre part empeche le moyeu 7 de se dévisser de l'arbre 12 dans les cas très improbables d'une invention de couple sur l'hélice; cette invention de couple de torsion est d'autant plus improbable que , en cas de choc d'une pale contre un obstacle pendant la rotation de l'hélice, ce choc a tendance à visser encore plus fort la partie 14 du moyeu 7 sur l'arbre 12. I1 est à noter que ce montage par vissage conique d'un arbre dans un moyeu est couramment utilisé avec succès pour les trains de tiges dans l'industrie pétrolière. 19 et 20 sont les étancheiti classiques entre le moyeu 7 et le support de palier 21 qui est lui meme centré dans la chaise 22. 23 est le palier de chaise dans lequel la douille 24, qui est montée glissante sur l'arbre 12, tourillonne.La douille 24 qui peut être en aci allié traité est vissée et freinée positivement en 25 dans la pièce 10 et en 26 su le tube de prolongation 27, le même tube de prolongation 27 est vissé et freiné positivement en 28 dans la douille 29 qui est montée glissante sur l'arbre 12 et tourillonne dans le palier de coque 30 qui est centré dans le support de palie 31 lui meme centré dans la coque par la douille 32 qui est soudée à la coque du navire. Les alésages des douilles 24 et 29 ainsi que l'alésage de la pièce 10 sont munis d'une manière connue de rainures de graissage en spirales pour faciliter le glissement axial de ces douilles 24, 29 et de cette pièce 10 sur l'arbre d'hélice 12, dans un but de simplification ces rainures ne sont pas représentées sur les figures annexées. Le tube 33 réuni entre eux d'une façon rigide et étanche les supports de paliers 21 et 31.Le tube 34 réuni entre eux d'une façon rigide et étanche la chaise 22 et la douille de coque 32. Les roulements 35 et 36 fixés sur la douille 29 à l'aide de l'entretoise 37 et de l'écrou 38 supportent le corps de palier flottant 39 dont le chapeau 40 est muni de trou dans lesquels les broches 41 et42, solidaires de la douille de coque 32, peuvent coulisser en empêchant le corps de palier 39 de tourner. Les pièces 43 et 44 avec le joint torique 45 assurent l'étanchéité entre l'extérieur de la douille 29 et l'intérieur du navire.Le chapeau de palier 46 est muni de deux tetons 47 et 48, de préférence diamétralement opposés1 ces teutons sont les axes des emboi de verins 49 et 50, verins qui permettent de déplacer axialement le corps de palier 39, donc la douille 29, le tube 27, la douille 24 et la pièce 1G, déplacem axial qui permet de régler l'orientation des pales de l'hélice. Un déplacement axial des douilles 24 et 29 dans les paliers 23 et 30 peut se faire sans aucun iuconvénient, aussi bien en marche qu'à l'arret, les matières et les traitemen des douilles 24 et 29 peuvent entre choisis en conséquence.Les pièces 51, 52 e sont un dispositif d'étancheité tournant classique entre douille 29 et chapeau de palier 46. La pièce 54 avec le joint torique 55 assurent l'étancheité entre 1' intérieur de la douille 29 et l'extérieur de l'arbre 12. 92 est la bride de l'arbi 12 qui est située à l'intérieur du navire, la ligne d'arbre se reprend sur cette bride 92 Les positions des pièces indiquées 47, 48, 54 et 55 correspondent à la marche arrière du navire, les positions 47', 48', 54', 55' correspondent à la marche avant du navire, toute position intermédiaire peut être choisie à l'aide de s verins 49 et 50. La figure 4 représente une autre forme de liaison entre arbre 12 et moyeu 7.L'extrémité 56 de l'arbre 12 reçoit une douille 57 avec flasque 58 qui est rigidement reliée au moyeu 7 par les entraineurs 59 et les vie 60. L'écrou 61 comprime axialement les uns contre les autres les deux bagues coniques 62 et 63 ainsi que l'entretoise 64. Par injection d'huile sous pression dans la chambre 65, les iineaux de frettage à froid 66 et 67 80D écarté s et compriment la douille 57 sur l'arbre 56 , ceci afin d'obtenir un entrainement par frettage à froid entre douille 57 et bout d'arbre 56; lorsque le fréttage est établie par la pression d'huile, l'écrou 68 est bloqué contre le tube 69 et l'épaulement de l'anneau de frottage 67, la pression d'huile est retirée et le frettage à froid est maintenu.Pour le démontage, la pression d'huile est réinjectée dans la chambre 65 pour libérer l'écrou 68 afin de pouvoir le dévisser; les cones 62 et 63 ont des angles supérieurs à l'angle de frottement, en conséquence les anneaux 66 et 67 se raprochent l'un de l'autre dès que la pression d'huile est retirée et que l'écrou 68 est déesérr, le frettage de la douille 57 sur l'arbre 56 disparait et le démontage peut être fait. Les joints toriques 70 et 71 assurent l'étanchéité de la chambre 65 lors de l'injection de l'huile sous pression. 93 est le capot de fermeture avec le joint torique 94.Sur la figure 5 l'arbre d'hélice 12 qui traverse la pièce 10, 3 et 5 étant le pied et le contre pied de la pale 1, se termine par un filetage cylindrique trapézoidale à fort pas 72, ce filetage 72 est vissé dans la partie 73 du moyeu 7, cette partie 73 se termine vers l'arrière par un épaulement 74 dans lequel est centré le bouchon cylindrique 75 avec son joint torique d'étancheité 76, ce bouchon 75 étant vissé sur le filetage 77 de l'extrémité de l'arbre d'hélice 12, le pas du filetage 77 est inverse du pas du filetage 72. La face d'appui 78 de la partie de l'arbre 12 qui a le filetage 72 est conique avec un angle de l'ordre de 100 et la face intérieure d'appui 79 de l'épaulement 74 est également conique avec un angle sirntlaire, mais opposé, à celui de la face d'appui 78 de l'arbre 12. Les segments 80, 81, 82, 83 d'une bague conique sont situés entre les faces d'appui 78 et 79 de l'arbre 12 et de l'épaulement 74, ces segments sont en acier traité et leurs surfaces sont enduites de laque de molycote afin d'obtenir un coefficient de frottement minimum entre les faces d'appui coniques 78, 79 et la douille 75.Les vis à téton 84 ont pour but d' empêcher les segments 80, 81, 82 et'83 de se rapprocher de trop les uns des autres lors du serrage du filetage 72 de l'arbre dthelice 12 dans la partie 73 du moyeu 7; serrage qui se fait automatiquement par le couple de transrnission de puissance du moteur à 1'hélice. Les tiges filetées 85 avec rondelles 86 et écrou 87 sont vissées en 88 dans les segments 80, 81, 82 et 83 lors du vissage de la douille 75 sur le filetage 77 de 11 arbre 12; après ce vissage ces tiges filetées 85 sont remplacées par les vis 89 qui servent de bouchons d'étancheité. Pour le démontage de l'hélice, la douille 75 est dévissée et retirée, les vis 89 sont remplacées par les vis 90 qui permettent en les vissant de pousser vers le filetage 77 les segments 80, 81, 82 et 83 ce qui retire les contraintes de serrage du filetage 72 dans la partie 73 du moyeu 7, ceci permet de dévisser sans difficulté l'arbre 12 du moyeu 7. I1 est à noter qu'un montage par filetage cylindrique de technologie voisine est utilisé avec succès depuis longtemps dans le domaine des dragues suceuses pour le montage et le démontage de. désintégrateurs. Une inversion de couple de torsion dans le filetage 72 est pratiquement impossible mais pour le cas très improbable oS une erreur occasionnerait un dévissage intempestif dus filetage 72 dans la partie 73 du moyeu 7, l'épaulement 91 de la douille 75 empecherait l'hélice de sortir de l'arbre 12. I1 est évident que sans rien changer au caractère de l'invention, la partie arrière du moyeu 7 pourrait etre renduesolidaire de l'arbre d'hélice 12 soit par des cannelures, soit par des clavettes, soit par frettage d'un cône dans un autre à l'aide de pression d'huile genre S. K. F. I1 est à noter que les douilles 24 et 29 ainsi que le tube de liaison 27 ne travaillent pratiquement qu'en traction, seul les couples dus aux frottement dans les paliers 23 et 30, couples qui sont très faibles avec un bon graissage, donnent une légère torsion à ces pièces; les douilles 24 et 29 peuvent sans inconvdnientf entre réalisées en fonte centrifugée avec surfaces trempée. comme pour les glissières de machines outils. REVENDICATIONS 1) Mécanisme pour commande d'orientation de pales d'hélice de navire par déplacement axial d'une pièce (10) située à l'intérieur du moyeu de 1' hélice caractérisé en ce que l'arbre d'hélice (12) est relié-au moyeu (7) du coté du moyeu qui est situé vers l'arrière, l'arbre d'hélice (12) traversant le moyeu (7), la pièce (10) qui porte, d'une manière connue, les éléments destinés à réaliser l'orientation des pales par déplacement axial de cette pièce(10) étant traversée par l'arbre d'hélice (12) et étant centrée, tout en ayant une section non circulaire, dans la face du moyeu (7) qui est dirigée vers l'avant.La pièce (10) étant solidaire d'une douille (24) qui est ajustée glissante et concentrique sur l'extérieur de l'arbre d'hélice (12), l'extérieur de cette douille (29,24) servant de tourillon lors de son passage dans le palier de coque (30) ou dans le palier de chaise (2 3) L'extrémité de cette douille (29), à la sortie du palier de coque (36) coté intérieur du navire, est muni d'un palier flottant, de préférence avec roule- ments à billes ou à rouleaux coniques (35, 36), le carter extérieur (39) de ce palier flottant pouvant se déplacer axialement tout en étant retenu en rotation (40, 41,42), le déplacement axial de ce palier flottant se faisant à l'aide d'un ou de plusieurs verins mécaniques ou hydrauliques (49, 50). 2) Mécanisme pour commande d'orientation de pales d'hélice de navire selon revendication 1) caractérisée en ce que la pièce (10) dont le déplacement axial permet de régler l'orientation des pales est centrée sur l'arbre d'hélice (12). 3) Mécanisme pour commande d'orientation de pales d'hélice de navire selon revendications 1) ou 2) caractérisé en ce que, en cas de plusieurs hélices avec palier de chaise (23) et palier de coque (30), les douilles (24 et 29) concentriques à l'arbre d'hélice (12) et tourillonnant dans les paliers (23, 30) sont réunies entre elles par un tube (27) qui a du jeu par rapport à l'arbre d'hélice (12). 4) Mécanisme pour commande d'orientation de pales d'hélice de navire selon revendications 1), 2) ou 3) caractérisé en ce que l'arbre d'hélice (12) se termine par un filetage conique (13) qui est vissé dans la partie arrière (14)d moyeu (7), un écrou (15) avec joint torique (16) vissé sur une extrémité cylindrique filetée de l'arbre (12) servant d'4tancheité et de sécurité en cas dévissage accidentel de l'hélice sur le filetage conique (13) de l'arbre (12) 5) Mécanisme pour commande d'orientation de pales d'hélice de navire selon revendications 1), 2) ou 3) caractérisé en ce que la partie arrière du moyeu(7 reçoit une douille (57) avec flasque (58) qui est frettée à froid sur l'extrémité (56)de l'arbre (12) à l'aide de bagues coniques (62, 63) et d'anneaux de frettage (66, 67) écartés hydrauliquement puis arrêtés mécaniquement à l'aide d'un écrou (68). 6) Mécanisme pour commande d'orientation de pales d'hélice de navire selon revendications 1), Z) ou 3) caractérisé en ce que l'arbre d'hélice (12) se termine par un filetage cylindrique (72) vissé dans la partie arrière (73) du moyeu (7), cette partie (73) se terrninant vers l'arrière par un épaulement (74) dans lequel est centré un bouchon cylindrique (75) avec son joint torique d'étanchéité (76), ce bouchon (75) étant vissé sur le filetage (77) de l'extré mité de l'arbre d'hélice (12), le pas du filetage (77) étant inverse du pas du filetage (72).La face d'appui (78) de la partie de l'arbre (12) qui a le le filetage (72) étant conique avec un angle de l'ordre de 10. et la face intérieur d'appui (79) de l'épaulement (74) étant également conique avec un angle similaire mais opposé. Les segments (80,81,82 et 83) d'une bague conique ayant les mêmes cones que les épaulements d'appui (78, 79) étant situés entre les faces d'appui (78, 79), ces segments étant en acier allié traité et leurs surfaces étant enduites de laque de molycote ou similaire; des vis à têton (84) étant situees-entre les segments (80,81,82 et 83); des tiges filetées (85) avec rondelles et écrou (87) étant vissées en (88) dans les segments (80, 81,82 et 83) lors du vissage de la dowlle (75) sur le filetage (77) de l'arbre (12); après ce vissage, ces tiges filetées (85) étant remplacées par les vis (89) servant de bouchons d'étancheité Pour le démontage de l'hélice, la douille (75) est dévissée et retirée, les vis (89) sont remplacées par les vis (90) qui permettent en les vissant de pousser vers le filetage (77) les segments (80, 81, 82 et 83) ce qui retire les contraintes de serrage du filetage (72) dans la partie (73) du moyeu (7). Pour le cas très improbable ou une erreur occasionnerait un dévissage accidentel du filetage (72) dans la partie (73) du moyeu (7), ltépaulement (91) de la douille (75) empêcherait l'hélice de sortir de l'arbre (12).