Brevet FR2584144A1 — publié le 19870102

I "Hélice ou similaire à pales rapportées" La présente invention concerne notamment les hélices fixes comprenant des pales rapportées sur un moyeu central, applicables à la propulsion des bateaux, et elle englobe aussi, plus généralement, tous dispositifs tournants avec aubage, possédant une structure similaire avec un moyeu central et des pales. Les hélices fixes de bateaux sont actuellement réalisées par une seule pièce de fonderie, en un matériau tel que fonte, cupro-aluminium ou acier inoxydable, cette pièce de fonderie réunissant en un seul bloc le moyeu d'hélice et les différentes pales réparties autour du moyeu. Le moule de fonderie utilisé est réalisé soit à l'aide d'un modèle en bois reproduisant le moyeu d'hélice et une pale, soit à l'aide d'un modèle métallique reproduisant l'hélice complète, soit à l'aide de plaques modèles. La première solution est la plus fréquemment employée. Elle est la moins coûteuse pour la construction du modèle, mais pour sa mise en oeuvre elle devient la solution la plus onéreuse, la plus longue et la moins précise. En effet, le fondeur doit faire successivement autant d'empreintes qu'il y a de pales, soit trois ou quatre dans la majorité des cas, en décalant plusieurs fois angulairement le modèle autour de l'axe du moyeu. Dans les trois cas ici indiqués, on trouve également l'inconvénient d'avoir des modèles "rigides", fixant définitivement le pas de l'hélice et la forme de chaque pale. Ainsi, on est amené à multipiier énormément le nombre des modèles utilisés. Dans le cas de la troisième solution, on a une possibilité de modification du pas par inclinaison de l'axe du moyeu d'hélice par rapport à l'origine, mais cette possibilité reste limi- tée; de plus, la nouvelle valeur du pas n'est obtenue en réalité que sur un seul rayon, égal habituellement à 0,7 fois le rayon de l'hélice. Le problème est du même ordre pour le moyeu: il n'y a pas de possibilité de modification, ni du diamètre, ni des positions d'attache des pales sur celui-ci. Là encore, on est donc amené à multiplier les modèles de fonderie. L'hélice obtenue brute de fonderie est ensuite soigneusement ébarbée, mais elle ne peut être utilisée à ce stade. Hormis l'usinage du moyeu, les pales doivent être meulées sur toute leur surface, ceci sur les deux faces. Cette opération est faite manuellement par du person- nel qualifié, dans des conditions de travail très pénibles. Suivant la classe de l'hélice (définie par les normes AFNOR et ISO), on fait encore une opération de réglage du pas par crantage plus ou moins serré, avant meulage. L'hélice est enfin équilibrée statiquement, et dynamiquement le cas échéant. Dans l'utilisation des hélices actuelles, réalisées comme indiqué ci-dessus, la conception monobloc présente aussi des inconvénients en cas de détériorations telles que ruptures ou déformations de pales dues à des chocs sur des rochers, des piles de ponts, dans les écluses, sur des troncs d'arbres flottants, etc..., ce genre d'avaries étant fréquent en navigation fluviale. Dans de telles éventualités, il faut réparer l'hélice ou la refaire complètement; les réparations sont coûteuses et immobili- sent longtemps le bateau. La présente invention vise à éliminer l'ensemble des inconvénients précédents, en fournissant une structure nouvelle pour des hélices ou similaires, procurant une simplification des opérations de fabrication et un abaissement sensible des prix de revient, permettant un véritable ajustement du pas à la fabrication et aussi ultérieurement, et réduisant aussi fortement les coûts et les délais de réparation. A cet effet, l'invention a pour objet une hélice ou similaire à pales rapportées, comprenant d'une part un moyeu d'hélice à la périphé- rie duquel sont ménagés des logements, et d'autre part des pales initiale- ment séparées du moyeu, chaque pale possédant une embase munie d'une partie de forme complémentaire de l'un des logements du moyeu apte à être introduite dans l'un de ces logements, des moyens de fixation étant prévus pour réaliser une liaison entre chaque pale et le moyeu, en immobilisant les pales dans les positions désirées. De préférence, les logements du moyeu d'hélice ainsi que les parties complémentaires formées sous les embases des pales, possèdent une forme générale cylindrique, ce qui permet d'orienter chaque pale pour la placer dans la position angulaire désirée, donc d'ajuster le pas de l'hélice. Selon un mode de réalisation de l'invention, une première gorge annulaire de section semi-circulaire est creusée dans la paroi latérale cylindrique de chaque logernent du moyeu, et une seconde gorge annulaire de section semi-circulaire est creusée tout autour de la partie complémen- taire de ce logement formée sous l'embase de la pale correspondante, les deux gorges étant mises en coïncidence lors de l'introduction de ladite partie dans le logement, de manière à former une cavité torique, et les moyens de fixation pour la liaison entre chaque pale et le moyeu comprenant des billes introduites dans la cavité torique. Les billes, garnissant toute la cavité et disposées à la manière des billes d'un roulement sans cage, permettent avant blocage d'ajuster le pas de l'hélice ou de le modifier, en faisant tourner chaque pale autour de l'axe du logement cylindrique correspondant du moyeu. Le moyeu comporte avantageusement, pour chaque logement cylindrique, un trou partant de la surface extérieure du moyeu et débouchant dans la gorge annulaire du logement, ce trou permettant l'introduction des billes dans la cavité torique et recevant ensuite des moyens de blocage agissant sur les billes de manière à les presser contre les parois de la cavité to- rique. Plus particulièrement, il peut s'agir d'un trou taraudé recevant une bille supplémentaire ainsi qu'une vis de blocage qui, lors de son serra- ge, agit sur les billes logées dans la cavité torique par l'intermédiaire de la vis supplémentaire. La bille supplémentaire, qui prend appui entre deux billes de la cavité torique, se comporte alors comme un coin qui pousse les autres billes les unes contre les autres, en ies forçant à se placer en quinconce et les bloquant ainsi contre les parois de la cavité torique. On opère ainsi un blocage total des pales sur le moyeu par coin- cement, en annulant tous les jeux, et l'on s'affranchit en outre de tous les problèmes de vibrations. En desserrant simplement la vis de blocage, on peut de nouveau libérer la pale, pour réajuster sa position et éventuellement la retirer en vue d'une réparation ou d'un remplacement. Dans ce but, un deuxième trou peut être percé entre la surface extérieure du moyeu et la gorge annulaire de chaque logement cylindrique, pour faciliter l'évacuation des billes hors de la cavité torique par action d'un fluide ou par action mécanique, des moyens étant prévus pour normalement obturer ce trou. Des moyens de sécurité de deux types peuvent être prévus: D'une part, au moins un pion est avantageusement prévu pour lier en rotation dans la position relative désirée, l'embase de chaque pale et le moyeu, le ou chaque pion étant enfoncé dans des trous corres- pondants percés dans l'embase de la pale et à la périphérie du moyeu. Les pions ainsi disposés renforcent le blocage en rotation des pales par effet de coincement des billes, et ils permettent de repérer la position des pales par rapport au moyeu, ce qui rend possible la détection de toute modification du pas de l'hélice par l'utilisateur. D'autre part, un bouchon fileté intérieurement, servant de frein de vis, est de préférence vissé sur la vis de blocage des billes et serré contre la surface extérieure du moyeu, ce bouchon se comportant comme un contre-écrou qui évite tout desserrage accidentel de la vis de blocage. Des moyens d'étanchéité, notamment réalisés sous la forme de joints annulaires, sont enfin prévus pour éviter l'entrée d'eau dans le dispositif de fixation de chaque pale, ceci notamment entre l'embase de la pale et le débouché à l'extérieur du logement correspondant du moyeu, ainsi qu'au niveau des bouchons obturant les entrées des divers trous du moyeu. Les avantages de l'invention résultent essentiellement du fait que celle-ci propose une hélice à pales rapportées, donc fabriquées séparé- ment et non pas réalisées d'une seule pièce avec le moyeu: Ainsi, il devient possible d'envisager une standardisation aisée des pales d'une part, et des moyeux d'autre part. De ce fait, on rentabilise le montage automatique sur plaques modèles, ou on supprime le nombre élevé des modèles en bois, selon le procédé de fonderie choisi. La standar- disation permet de réduire le nombre de modèles d'hélices, donc permet de faire un stockage des pales et des moyeux, d'o une production de petites séries ern fonderie. Ces premiers avantages amènent déjà une réduction importante des coûts des hélices brutes, tout en permettant des combinaisons très nombreuses entre pales et moyeux. Ces avantages s'appliquent aussi à l'usinage des parties assurant la liaison entre le moyeu et les pales, ainsi qu'entre le moyeu et l'arbre d'hélice. Il s'agit d'un usinage faisable sur des machines-outils peu coûteu- ses, puisqu'il n'y a que des opérations de tournage et de perçage. En équipant ces machines d'outillages spéciaux de positionnement et de serrage, en travaillant avec des informations automatiques en fin de course d'outil, on réduit considérablement le temps d'usinage, et ce dernier peut être fait en temps masqué par un opérateur qui n'est pas nécessaire- ment très qualifié et qui travaille sur deux machines. En ce qui concerne les pales, moulées séparément, on peut obtenir des pales brutes de fonderie à surface optimale, le profil des pales étant ajusté par oxydécoupage à la demande. Ceci présente, de plus, un très grand intérêt: les pales brutes pour hélices tournant en eau libre et pour hélices montées sous tuyère seront identiques, ce qui amène une suppression supplémentaire du nombre nécessaire de modèles de fonderie en bois. Dans le procédé de fonderie utilisant des plaques modèles, on pourra réaliser des pièces brutes de fonderie avec une grande précision, donc approcher de très près les cotes finies désirées, ce qui a pour conse- quence de réduire considérablement le temps de meulage; de plus, cette opération s'apparentera beaucoup plus à du toilage, pouvant être effectué par des opérateurs sans qualification particulière. On peut même n'envisa- ger q'un grenaillage, le meulage n'étant pratiqué que pour équilibrer l'hélice statiquement. En résumé, la structure d'hélice proposée par l'invention diminue les temps et coûts de fabrication des hélices, supprime les opérations i5 d'usinage actuellement ies plus pénibles, et permet des réalisations de qualité, en ce qui concerne la précision dimensionnelle, tout en employant une main-d'oeuvre moins qualifiée. Par ailleurs, les pièces usinées ou semi-usinées étant tenues en stock, et compte tenu des multiples possibilités offertes par la standar- disation des pièces, des délais très courts de livraison pourront être garan- tis à l'utilisateur. Ceci vaut non seulement pour l'acheteur d'une hélice neuve, mais présente en outre un avantage incontestable pour l'utilisateur en cas de détériorat;en d'une hélice. Il suffit alors de remplacer la ou !es pales endommagées, ce qui peut être fait dans un délai très court, et pour un prix de réparation beaucoup plus bas qu'actuellement, l'utilisa- teur n'ayant de toute façon à changer que la ou les pales endommagées, et non pas toute l'hélice. Tout en visant principalement la réalisation d'hélices fixes, l'invention permet de régler le pas de l'hélice, et ceci d'une façon identi- que sur tous les points de chaque pale, le pas étant ainsi rendu véritable- ment ajustable. L'ajustement du pas de l'hélice peut se faire ainsi à la fabrication, et aussi durant toute la vie de l'hélice, ce qui rend possibles des corrections du pas visant à adapter l'hélice à un moteur thermique d'entraînement dont les caractéristiques peuvent changer au cours du temps. Le réglage ou l'adaptation du pas s'effectuent très simplement, puisqu'il suffit de desserrer des vis de blocage pour rendre temporairement aux pales leur liberté de mouvement en rotation. Enfin, la conception proposée, avec pales rapportées sur le moyeu, ne modifie pas la configuration extérieure de l'hélice, de sorte que les facteurs ou paramètres qui entrent en ligne de compte dans la détermina- tion de l'hélice ne sont pas affectés par cette conception, qu'une hélice conforme à l'invention peut être facilement montée en remplacement d'une hélice classique, et que sur le plan esthétique également l'allure de l'hélice n'est pas du tout modifiée. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé repré- sentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de cette hélice à pales rapportées: Figure 1 est une vue en perspective éclatée, c'est-à-dire avant montage des pales, d'une hélice de bateau conforme à la présente inven- tion; Figure 2 est une vue en perspective de cette hélice dans son état définitif, après montage des pales; Figure 3 est une vue en demi-coupe passant par l'axe du moyeu de cette hélice, avec indication partielle de l'une des pales Figure 4 est une demi-vue en coupe du moyeu seul, suivant la ligne IV-IV de figure 3; Figure 5 est une vue partielle et très schématique, montrant un détail des billes réalisant la liaison entre chaque pale et le moyeu. Le dessin représente une hélice fixe de bateau à trois pales (I), montées à intervalles angulaires réguliers de 1200 sur un moyeu (2), les pales (1) étant des pièces réalisées séparément et rapportées sur le moyeu (2) comme l'indique clairement la figure 1. Le moyeu (2) est pourvu d'un passage (3) creusé suivant son axe (4) pour son montage autour d'un arbre porte-hélice non représenté. A la périphérie du moyeu (2) sont ménagés trois logements (5) de forme générale cylindrique; une gorge annulaire (6), de section semi-circulaire, est usinée dans la paroi latérale cylindrique de chaque logement (5). Chaque pale (1) possède une embase (7), sous laquelle fait saillie une tête (8) de forme générale cylindrique, et de diamètre correspondant à celui d'un logement (5). Une gorge annulaire (9), de section semi-circu- laire, est creusée à la périphérie de la tête (8). Le montage de chaque pale (1) sur le moyeu (2) est réalisé en introduisant la tête (8) dans l'un des logements (5), jusqu'à ce que l'embase (7) de la pale (1) vienne s'appliquer contre la périphérie du moyeu (2). La gorge annulaire (9) de la tête (8) se trouve ainsi mise en coïncidence avec la gorge annulaire (6) du logement (5), de sorte que les deux gorges (6,9) forment ensemble une cavité torique parfaite, comme le montre la figure 3. La liaison entre la pale (1) et le moyeu (2) est assurée par des billes (10) introduites dans la cavité torique formée par les deux gorges (6,9), de manière à garnir toute cette cavité, les billes (10) étant jointives. Ces billes (10) sont introduites dans la cavité torique par un trou taraudé (I l) du moyeu (2), parallèle à l'axe (4) qui part d'une face extrême (12) du moyeu (2) et débouche au fond de la gorge (6). Les seules billes (10) logées dans la cavité torique laissent à la pale (1) la possibilité de pivoter par rapport au moyeu (2), à la manière d'un roulement à billes, ce qui permet d'ajuster le pas de l'hélice, ou de ie modifier. Pour bloquer la pale (1) en rotation par rapport au moyeu (2), une bille supplémentaire (13) est introduite dans le trou taraudé (11), et une vis de blocage (14) est serrée dans ce trou taraudé (11). Comme le montre la figure 5, la poussée (P) de la vis (14) sur la bille supplémen- taire (13) provoque un appui de la bille supplémentaire (13) entre deux billes (10) logées dans la cavité torique. La bille supplémentaire (13) se comporte comme un coin qui pousse les billes (10) les unes contre les autres, les force à se mettre en quinconce et les presse alternati- vement sur les surfaces intérieure et extérieure de la cavité torique, c'est-à-dire sur les fonds des deux gorges (6,9), ce qui assure un blocage total par coincement. La vis de blocage (14) dépassant légèrement à l'extérieur du moyeu (2), un bouchon fileté intérieurement (15) est vissé sur l'extrémité de la vis' (14) et appuyé contre la surface extérieure (12) du moyeu (2), pour freiner la vis (14) en agissant comme un contre-écrou. A l'opposé du trou taraudé (11), est encore percé un trou (16) partant de l'autre face extrême (17) du moyeu (2) et débouchant aussi dans la cavité torique, au fond de la gorge (6). Le trou (16) facilite l'éva- cuation des billes (10) par soufflage d'air comprimé, ou par admission d'un liquide, ou encore par introduction d'une tige. Un bouchon vissable (18) obture normalement l'entrée du trou (17). Pour renforcer le blocage de la pale (1) sur le moyeu (2), et pour repérer la position de la pale (1) par rapport au moyeu (2), sont prévus deux pions (19). Des trous (20) sont percés dans l'embase (7) de la pale (1), puis contre-percés dans le moyeu (2) après réglage du pas, pour recevoir les deux pions (19) qui, une fois mis en place, lient en rotation la pale (1) et le moyeu (2) - voir figure 3. Pour assurer l'étanchéité, il est prévu un joint annulaire (21) monté entre l'embase (7) de la pale (1) et le moyeu (2), ainsi que deux joints (22,23) placés respectivement aux entrées des deux trous (11, 16), en association avec les bouchons (15,18). Enfin, l'ensemble des cavités internes du moyeu (2) est garni de graisse épaisse, avant obturation. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de cette hélice à pales rapportées qui a été décrite cidessus, à titre d'exemple; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. En particulier, l'invention n'est nullement limitée à des hélices fixes à trois pales, et elle s'applique également à la réalisation des hélices à pas variable, simplement en supprimant ou en n'utilisant pas le système de blocage de chaque pale par rapport au moyeu. Les moyens particuliers de blocage des pales, décrits ci-dessus dans le détail, peuvent être remplacés par tous équivalents permettant de conserver les mêmes avantages essentiels. La conception décrite est également transposable à tous dispositifs tour- nants avec aubage, tels que: roues à aubes de turbines, rotors d'éoliennes, agitateurs rotatifs à pales pour liquides, etc... qui possèdent une structure similaire avec un moyeu et des pales, qu'il s'agisse de dispositifs moteurs ou récepteurs. REVENDICATIONS 1. Hélice ou structure similaire, avec un moyeu central et des pales, caractérisée en ce qu'elle comprend d'une part un moyeu d'hélice (2) à la périphérie duquel sont ménagés des logements (5), et d'autre part des pales (1) initialement séparées du moyeu (2), chaque pale (1) possédant une embase (7) munie d'une partie (8) de forme complémentaire de l'un des logements (5) du moyeu (2), et apte à être introduite dans l'un de ces logements, des moyens de fixation (10 à 15) étant prévus pour réaliser une liaison entre chaque pale (1) et le moyeu (2), en immobi- lisant les pales (1) dans les positions désirées. 2. Hélice ou similaire à pales rapportées selon la revendication 1, caractérisée en ce que les logements (5) du moyeu d'hélice (2), ainsi que les parties complémentaires (8) formées sous les embases (7) des pales (1), possèdent une forme générale cylindrique. 3. Hélice ou similaire à pales rapportées selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'une première gorge annulaire (6) de section semicirculaire est creusée dans la paroi latérale cylindrique de chaque logement (5) du moyeu (2), et en ce qu'une seconde gorge annulaire (9) de section semi-circulaire est creusée tout autour de la partie (8) complé- mentaire de ce logement (5) formée sous l'embase (7) de la pale (1) cor- respondante, les deux gorges (6,9) étant mises en coincdence lors de l'introduction de ladite partie (8) dans le logement (5), de manière à former une cavité torique, et les moyens de fixation pour la liaison entre chaque pale (1) et le moyeu (2) comprenant des billes (10) introduites dans la cavité torique. 4. Hélice ou similaire à pales rapportées selon la revendication 3, caractérisée en ce que le moyeu (2) comporte, pour chaque logement cylindrique (5),un trou (11) partant de la surface extérieure (12) du moyeu (2) et débouchant dans la gorge annulaire (6) du logement (5), ce trou (11) permettant l'introduction des billes (10) dans la cavité torique et recevant ensuite des moyens de blocage (13,14) agissant sur les billes (10) de manière à les presser contre les parois de la cavité torique. 5. Hélice ou similaire à pales rapportées selon la revendication 4, caractérisée en ce que le trou précité du moyeu (2) est un trou taraudé (11) recevant une bille supplémentaire (13) ainsi qu'une vis de blocage (14) qui, lors de son serrage, agit sur les billes (10) logées dans la cavité torique par l'intermédiaire de la bille supplémentaire (13). 6. Hélice ou similaire à pales rapportées selon la revendication , caractérisée en ce qu'un bouchon fileté intérieurement (15>, servant de frein de vis, est vissé sur la vis de blocage (14) des billes (10) et serré contre la surface extérieure (12) du moyeu (2). 7. Hélice ou similaire à pales rapportées selon la revendication ou 6, caractériséeen ce qu'un joint d'étanchéité annulaire (22) est placé à l'entrée de chaque trou taraudé (Il) du moyeu (2). 8. Hélice ou similaire à pales rapportées selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisée en ce qu'un deuxième trou (16) est percé entre la surface extérieure (17) du moyeu (2) et la gorge annu- laire (6) de chaque logement cylindrique (5), pour faciliter l'évacuation des billes (10) hors de la cavité torique par action d'un fluide ou par action mécanique, des moyens (18) étant prévus pour normalement obturer cet autre trou (16) du moyeu (2). 9. Hélice ou similaire à pales rapportées selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'un joint d'étanchéité annulaire (23) est également placé à l'entrée de cet autre trou (16) du moyeu (2). 10. Hélice ou similaire à pales rapportées selon l'une quelconque des revendications I à 9, caractérisée en ce qu'il est prévu en outre au moins un pion (19) liant en rotation, dans la position angulaire désirée, l'embase (7) de chaque pale (1) et le moyeu (2), le ou chaque pion (19) étant enfoncé dans des trous correspondants (20) percés dans l'embase (7) de la pale (1) et à la périphérie du moyeu (2).