Brevet FR2673908A1 — publié le 19920918

La présente invention consiste à réaliser un dispositif de maintien et de contrôle de l'étanchéité et de la lubrification des lignes d'arbres de transmission des moteurs des bateaux sous toutes leurs formes ainsi que les produits qui en sont dérivés. Dans l'état actuel de la technique, de nombreux procédés sont utilisés pour étancher et pour lubrifier les éléments qui constituent les lignes d'arbres des bateaux. L'étanchéité est généralement assurée par une lèvre en élastomère maintenue en pression sur l'arbre de l'hélice ou sur un disque poli solidaire de l'arbre en question ; la lubrification est dans la plupart des cas réalisée au moyen de bagues hydrolubes en élastomère- et d'un circuit d'eau lubrifiante. Le circuit d'eau est alimenté par une prise d'eau "cuillère" placée sous la coque et orientée de telle façon que la pression dynamique due à la vitesse du bateau fasse monter l'eau dans le circuit en question ; l'alimentation en eau peut également être réalisée par prélèvement sur le cricuit de refroidissement du moteur. Ces solutions d'étanchéité et de lubrification des éléments qui constituent les lignes d'arbres des bateaux comportent un certain nombre d'inconvénients qui sont analysés comme suit - l'étanchéité est loin d'être absolue ; il s'agit en fait d'une étanchéité dite "contrôlee" ; - les systèmes sont tributaires d'installations connexes et annexes qui sont nombreuses, lourdes et encombrantes ; ces paramètres ayant pour consequence d'centrale ner un prix de revient global relativement élevé - les systèmes ne fonctionnent que s'ils sont alimentés en eau ; ils sont inopérants en cas d'échouage ou en cas de mise à l'eau - sur les bateaux munis de la prise d'eau "cuillère" placée sous la coque, on devra s'assurer que l'eau remonte bien au niveau des éléments à lubrifier, même à pleine vitesse ; - etc. L'invention est constituée par un volume parallélépipèdique, cylindrique, polyédrique ou par une cavité structurale du bateau qui est muni d'une double garniture mécanique d'étanchéité et qui est rempli d'un liquide lubrifiant dit "de barrage" ou liquide "tampon". La substance liquide qui remplit ce volume peut être une huile ou tout autre corps liquide lipidique ou lubrifiant d'origine animale, végétale, minérale ou synthétique. Dans sa définition la plus simple, comme le montre schématiquement et à titre d'exemple la figure 1, le dispositif selon l'invention se présente sous la forme d'un volume cylindrique (1) solidaire de la coque du bateau. Ce volume cylindrique ou cylindre (1) comporte deux garnitures mécaniques d'étanchéité (2) ; il est traversé par un arbre tournant (3) qui relie l'hélice immergée et le moteur installé à bord du bateau et assure ainsi la fonction de presse-étoupe. Chaque garniture mécanique d'étanchéité (2) est constituée d'un joint dynamique radial composé de matière plastique et équipé d'une âme elastique métallique. Les matières plastiques qui constituent les éléments de frottement des garnitures mécaniques d'étanchéité (2) sont généralement composées de tétrafluoréthylène chargé de graphite, de fibres de verre, de bronze ou de matières antifriction qui présentent les meilleures caractéristiques de résistance à l'usure et à la température. Cependant, on sait qu'un fluide sous pression a toujours tendance à s'échapper par les interstices d'un joint quel qu'il soit lorsque celui-ci a atteint un niveau d'usure ou de fatique déterminé par les limites élastiques ou de résistance du matériau qui le constitue ; l'usure de chaque joint (2) est donc rattrapée automatiquement par l'âme élastique qui le compose et qui est constituée par un ressort expandeur métallique intégré d'un modèle connu. Le choix des joints constitue une option en matière d'ingéniérie industrielle et même si ceux-ci ont éte spécialement étudiés et spécifiquement adaptés à l'utilisation prévue, le fait de changer de joint ou de multiplier leur nombre (série de joints) ne constitue pas une modification de l'invention. A titre indicatif, le choix du joint radial à âme élastique est réalisé lorsque l'arbre (3) est animé d'un mouvement tournant assujetti de mouvements oscillants ou alternatifs ; par contre, le choix du joint à frottement latéral est effectué lorsque les éléments de frottement ne risquent pas d'être écartés l'un de l'autre par un mouvement alternatif ou longitudinal trop important de l'arbre (3) en question. Des pièces métalliques rapportées (4) de modèles connus maintiennent les garnitures mécaniques d'étanchéité (2) en place et font office de brides d'entrée et de sortie d'étambot. Comme il est indiqué précédemment, le cylindre (1) est rempli d'un liquide lubrifiant (5) dit "de barrage" ou liquide "tampon" et il est fixé à la coque (6) du bateau par tous moyens connus. Un circuit sous pression (7) alimente le cylindre (1) de liquide lubrifiant (5) au moyen d'une pompe qui peut être celle du moteur du bateau, celle d'une centrale hydraulique intégrée, celle d'un circuit autonome animé par un groupe électrogène ou par tout autre moyen. Le liquide lubrifiant (5) peut également être fourni et maintenu sous pression par un réservoir en charge de faible capacité ; cette dernière formule est avantageuse car elle est d'une mise en oeuvre aisée, elle est économique et elle fonctionne en permanence par simple gravité. L'étanchéité du cylindre (1) qui assure la fonction de presse-étoupe est donc assurée par la triple protection représentée par les deux garnitures d'étanchéité (2) à rattrapage d'usure automatique et par un liquide lubrifiant de barrage (5) qui fournit une contrepression à la pression exercée par la masse liquide extérieure au bateau. Le circuit d'alimentation sous pression (7) de liquide lubrifiant de barrage (5) est contrôlé par un ensemble instrumental (8) constitué par un manomètre a index et par un voyant comme le montre à titre d'exemple la figure 2 ou par tout autre système électronique ou digital de détection et de lecture de pression de modèle connu. Un manque d'étanchéité (ou fuite) engendre une baisse de pression dans le circuit (7). Le contrôle de l'étanchéité et de la lubrification du dispositif est donc assuré par le contrôle de la pression du liquide lubrifiant de barrage (5). Lorsque le circuit sous pression (7) est alimente par un réservoir en charge, un manque d'étanchéité (ou fuite) engendre une baisse du niveau du liquide lubrifiant de barrage (5) dans le reservoir en question. Le contrôle de l'étanchéité et de la lubrification du dispositif est donc assuré par le contrôle du niveau de liquide lubrifiant de barrage dans le réservoir en charge ; ce contrôle s'effectue par la simple lecture du niveau qui est facilitée par le fait que le réservoir est translucide. En cas d'utilisation de l'huile du moteur du bateau ou de l'huile de la centrale hydraulique intégree comme liquide lubrifiant de barrage (5), l'ensemble du dispositif constitué par le cylindre (1) équipé et par l'arbre (3) est maintenu à faible température par conductibilité avec la masse liquide extérieure ; dans ce cas, le dispositif en question assure la fonction de refroidisseur d'huile. Un autre aspect de l'invention consiste à équiper le dispositif tel qu'il a été défini de palliers (9) lubrifiés par le liquide de barrage (5) comme le montrent à titre d'exemples les figures 2, 3, 6, 7 et 8. Ces palliers sont réalisés au moyen de bagues de bronze ou de bagues bimétalliques constituées d'un feuillard en acier garni de bronze au plomb de modèles connus. Un ou deux palliers peuvent équiper le dispositif dont il est question. Lorsqu'il y a un seul pallier, celui-ci peut être installé indifféremment côté hélice ou côté moteur en fonction des nécessites. D'autres aspects de l'invention concernent des systèmes de montage ou d'adaptation du dispositif sur le bateau. La figure 1 montre à titre d'exemple, le dispositif dans sa difinition la plus simple : le cylindre (1) est directement fixé à la coque (6) par soudage ou par polymérisation (selon la nature des matériaux) ; cette solution est adoptée lorsque le cylindre et la coque en question sont réalises avec le même matériau. La figure 2 montre à titre d'exemple, un développement du dispositif illustré par la figure 1 : un tube ou manchon épaulé (10) est fixé à la coque (6) au moyen d'une embase (11) et d'un joint de modèle connu (12) adaptés à la courbure ou à la sphéricité de la coque en question ; cette solution est adoptée lorsque les divers éléments sont réalisés avec des materiaux différents ; la figure 2 montre egalement que le cylindre (1) est installé à l'intérieur du manchon (10) équipé de joints toriques (13) (ou de tous autres joints équivalents) qui assurent l'étanchéité et la démontabilité de ltens-emble. Dans le cas ou l'arbre (3) a fait l'objet d'une usure importante ou de rainures profondes, on adapte et on colle un manchon de protection (3m) en acier "chrome dur" de modèle connu sur l'arbre (3) en question. Ce manchon de protection d'arbre (3m) ne modifie pas la dimension du joint installé ; par contre, il en augmente considérablement l'efficacité et la longévité. Il est spécifié que les pièces rapportées de montage (4) qui sont des brides de modèles connus sont présentées à titre indicatif et peuvent revêtir de nombreux autres aspects sans modifier la nature de l'invention. Un "kit" de montage (ensemble ou sous-ensemble "prêt à être monté") comporte les éléments suivants - un cylindre (1) éventuellement équipé d'un ou de deux palliers (9) - deux garnitures mécaniques d'étanchéité ou joints (2) - éventuellement, des brides de montages (4) adaptées au type de bateau ou de ligne d'arbre ; - un système d'alimentation (7) de liquide lubrifiant de barrage (5) "prêt à être monté" sur le cylindre (1) et équipé d'un réservoir translucide de charge - un manchon épaulé (10) équipé de ses joints (12 et 13) et "prêt à être monté sur la coque (6) ; - éventuellement, deux manchons de protection d'arbre (3m) - un lot d'ingrédients divers (visserie, colle époxyde, liquide lubrifiant). La figure 3 montre à titre d'exemple, une variante des figures 1 et 2 : le manchon (10) est directement fixé à la coque (6) du bateau par soudage ou par polyméri- sation (selon la nature des matériaux) ; le cylindre (1) est ensuite introduit à l'intérieur du manchon en question auquel il est fixé au moyen des brides de serrage et des pieces rapportées (4) ou par tout autre moyen. La figure 4 montre à titre d'exemple, un autre système de montage du dispositif qui consiste à réaliser un volume sous la forme d'un boitier situé en totalité à l'intérieur du bateau. Ce boitier est constitué d'un carter (14) fixé par tous moyens connus à la coque (6) par l'intermédiaire d'une pièce de jonction (15) adaptée à la forme de la coque en question et d'une pièce rapportée (4) qui fait office de sortie d'étambot. Le carter (14) et la piece de jonction (15) comportent deux garnitures mécaniques d'étanchéité ; ils sont traversés par un arbre tournant (3) qui relie l'hélice immergée et le moteur installé à bord du bateau. L'ensemble assure la fonction de presse-étoupe. Chaque garniture d'étanchéité est constituée d'un joint à frottement latéral composé d'un élément de frottement (16) solidaire du carter (14) ou de la pièce de jonction (15) et d'un élément de frottement (17) solidaire de l'arbre (3). Une bague intermédiaire métallique (18) maintenue en place par une vis de blocage (19) participe au montage de l'ensemble. Comme précédemment, le volume en question est rempli d'un liquide lubrifiant de barrage (5) fourni par le circuit sous pression (7). La figure 5 montre à titre d'exemple et vue de dessus, une variante du système de montage illustré par la figure 4 qui consiste à intégrer le dispositif selon l'invention aux structures intérieures du bateau. Cette intégration qui est effectuée dès la conception du bateau est réalisée soit par l'adaptation du carter (14) et de la pièce de jonction (15) aux structures intérieures en question représentées par la coque (6) et par la cloison ou membrure (20), soit par l'adaptation de cette même cloison ou membrure (20) au carter (14). Par ailleurs, comme le montre également la figure 5, lorsque le carter (14) est équipe d'un ou de plusieurs palliers, les bagues intermédiaires (18) maintenues en place par les vis (19) sont au nombre de deux et sont espacees de telle façon qu'un montage de coussinets ou de roulements à billes (21) puisse être réalisé entre les bagues intermédiaires (18) en question par tous moyens appropriés (entretoises, bagues complementaires, etc.) ; le carter (14) est alors dimensionne en conséquence. Il est rappelle que toute autre forme de montage de palliers ou d'installations de garnitures d'étanchéité peut être realisée sans modifier la nature de l'invention ; les figures qui illustrent sous différents aspects le dispositif en question sont données-à titre d'exemples. Les figures 6 et 7 montrent à titre d'exemples un système d'adaptation du dispositif selon l'invention qui consiste à remplacer les bagues hydrolubes qui équipent habituellement les systèmes existants par des volumes cylindriques (1) qui font office de presse-étoupe et éventuellement de pallier simple ou de pallier double. Le remplacement est rendu possible par le fait que les diamètres des volumes cylindriques (1) en question sont identiques à ceux des bagues hydrolubes qui sont installées dans les tubes d'étambot. il s'agit donc bien d'un système d'adaptation plus que d'un système de montage puisqu'il est réalisé en utilisant les installations en place. La mise en oeuvre des brides rapportées (4) et du circuit (7) du liquide lubrifiant de barrage (5) fait l'objet de travaux d'adaptation mineurs qui sont spécifiques aux différentes catégories de bateaux ou aux différents modèles de lignes d'arbres ; ces travaux d'adaptation mineurs n'entrent pas dans le cadre de la presente invention. Un "kit" d'adaptation (sous-ensemble "prêt à être monté") comporte les éléments suivants - un cylindre (1) en deux parties comme le montrent les figures 6 et 7 ou en une seule pièce comme le montrent les figures 1, 2 et 3 ; éventuellement, le cylindre (1) en question est équipé d'un ou de deux palliers (9) - deux garnitures mécaniques d'étanchéité (2) ; - un circuit d'alimentation (7) de liquide lubrifiant de barrage (5) avec son réservoir de charge qui peut être installé à divers endroits du cylindre (1) - éventuellement, deux manchons de protection d'arbre (3m) ; - un lot d'ingrédients divers (visserie, colle époxyde, etc.). La figure 8 montre à titre d'exemple et vu de dessus, un autre système d'adaptation du dispositif selon l'invention dans lequel le volume qui assure la fonction de presse-étoupe équipé de palliers est constitué par une cavité structurale du bateau. Des manchons (10) sont inserés à la coque (6) et à la cloison ou membrure (20) par tous moyens connus ; des cylindres (1) équipes de garnitures mécaniques d'etan chéite (2) et éventuellement de palliers (9) sont installés et collés à l'intérieur des manchons (10) en question ; un cloisonnage (22) structural ou rapporté reçoit une porte de visite (23) qui n'apparait qu'en pointillé sur la figure 8 en question afin d'en faciliter la compréhension ; cette porte de visite (23) est fixée d'une façon étanche par tous moyens connus au cloisonnage (22) et notamment par les trous de fixation filetés (24) ; de plus, elle est équipée des branchements du circuit sous pression (7) qui fournit le liquide lubrifiant de barrage (5). Les particularités avantageuses qui sont specifiques à l'invention sont analysées comme suit - le maintien de l'étanchéité est assuré par la double garniture mécanique d'étanchéité (2) constituée de joints ou de séries de joints - le maintien de l'étanchéité est également assure par le liquide lubrifiant de barrage (5) ou liquide "tampon" issu du circuit (7) qui exerce une contrepression à la pression appliquée par la masse liquide extérieure par l'intermédiaire d'une garniture mécanique d'étanchéité (2) - il ressort de ces deux précédents éléments que l'étanchéité est quasiment absolue grâce à la triple protection représentée par les deux garnitures mécaniques d'étanchéité (2) à rattrapage d'usure automatique et par le liquide lubrifiant de barrage (5) qui fournit une contrepression à la pression exercee par la masse liquide extérieure au bateau ;; - le contrôle de l'étanchéité par le contrôle de la pression du liquide lubrifiant de barrage (5) est permanent et instantane grâce à l'ensemble instrumental (8) le manomètre donne la valeur de la pression à tout moment ; le voyant indique une éventuelle chute de pression sans donner la valeur de cette chute ; l'index donne une indication par rapport à une autre période de lecture ; ces différentes formes de contrôle sont complémentaires - la lubrification des garnitures mécaniques d'étanchéité (2) est assuree par le liquide lubrifiant de barrage (5) qui cree un film lubrifiant entre les éléments de frottement déjà cités - le dispositif selon l'invention remplit à la fois la fonction de presse-étoupe et la fonction de pallier simple ou de plusieurs palliers - la lubrification du ou des palliers (9) est assurée par le liquide de barrage qui crée un film lubrifiant entre les éléments mécaniques mis en présence et déjà cites ;; - le contrôle de l'étanchéité comme celui de la lubrification sont effectués par la simple lecture du niveau de liquide de barrage d'un réservoir en charge - les éléments qui constituent le dispositif font appel à des techniques mécaniques précises qui ont été largement éprouvées dans de nombreux secteurs de l'industrie (hydraulique, manutention, robotique, freinage, etc.) - la presence de palliers (9 ou 21) permet à l'arbre (3) de travailler dans les meilleures conditions et garantit aux garnitures mécaniques d'étanchéité, l'absence de deformations axiales ou latérales qui sont préjudiciables à leur efficacite et à leur longévité - le nombre de "postes de fabrication" spécifiques à l'invention est réduit à la réalisation du volume cylindrique (1) et dans certains cas à la realisation de pieces rapportées (4) qui peuvent être identiques comme le montrent à titre d'exemples les figures 1, 2 et 3 ; les autres éléments du dispositif en question sont représentés par des équipements de modèles connus largement répandus dans de nombreux secteurs industriels comme cela a déjà été énoncé précédemment et sont de prix moderés, voire réduits - l'ensemble constitue par les deux palliers (9) et les garnitures mecaniques d'étanchéité ou séries de joints (2) autorise à l'arbre de transmission (3) des déplacements longitudinaux dus à l'action conjuguée de la poussée de l'hélice et de la souplesse des supports en élastomère du moteur, lors de l'inversion de marche du bateau - en cas de montage rigide de la ligne d'arbre, le dispositif selon l'invention remplace avantageusement un pallier d'étambot par un pallier simple ou par un pallier double assurant les mêmes fonctions ; de même, en cas de montage de plusieurs arbres de transmission avec accouplements souples ou flexibles, le dispositif en question remplace l'installation de deux palliers - grâce à la triple protection représentée par les garnitures mécaniques d'-etan chiite et par le liquide de barrage sous pression, l'étanchéité est garantie indéfiniment en cas de non utilisation du bateau ; cet aspect avantageux est accentué par le fait que les palliers et les joints en question, protégés par un film lubrifiant, ne sont pas en contact avec la masse liquide exterieure ; - i7 est possible de realiser des boitiers (14 et 15) normalisés et standardisés adaptables à toutes les catégories de bateaux - en cas d'adoption des boitiers en question, aucune modification n'est à apporter au perçage de la coque tel qu'il a été réalisé à l'origine ; cela est illustré par les figures 6 et 7 qui montrent à titre d'exemples que le carter (14), la pièce de jonction (15) et la pièce rapportée (4) s'adaptent parfaitement à la sortie de la coque (6) sans tenir compte du diamètre du perçage en question. Les débouchés industriels de l'invention sont très importants. Ils sont énoncés dans le titre même de l'invention et concernent aussi bien les bateaux déjà construits que ceux qui sont à réaliser. De plus, l'adaptabilité aux installations existantes et la possibilité de réaliser des "kits" de montage ou d'adaptation favorisent la pénétration du marché qui est considérable. REVENDICATIONS 1) Dispositif de maintien et de contrôle de l'étanchéité et de la lubrification des lignes d'arbres de transmission des moteurs de bateaux, caractérisé en ce qu'il est constitué par un volume (1) solidaire de la coque muni d'une double garniture d'étancheité (2), rempli d'un liquide lubrifiant de barrage (5) et traversé par un arbre tournant (3) reliant l'hélice immergée et le moteur du bateau en question et qu'il assure ainsi la fonction de presse-étoupe. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étanchéité du volume (1) qui remplit la fonction de presse-étoupe est assurée par la triple protection représentée par les deux garnitures mécaniques d'étancheité (2) et par le liquide lubrifiant de barrage (5) qui fournit une contrepression à la pression exercée par la masse liquide extérieure au bateau. 3) Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérise en ce que le contrôle de l'étanchéité et de la lubrification du presse-étoupe est assurée par le contrôle de la pression du liquide lubrifiant de barrage (5). 4) Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le contrôle de l'étanchéité et de la lubrification du presse-étoupe est assuré par le contrôle du niveau de liquide lubrifiant de barrage (5) d'un réservoir en charge. 5) Dispositif selon la revendication 1, caractérise en ce que le liquide de barrage (5) est maintenu à basse température par conductibilité de l'arbre (3) avec la masse liquide extérieure et que le presse-étoupe assure ainsi la fonction de refroidisseur d'huile. 6) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volume (1) solidaire du bateau et qui remplit la fonction de presse-étoupe, assure également la fonction de pallier simple (2) ou de plusieurs palliers (2) lubrifiés par le liquide de barrage (5). 7) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volume cylindrique (1) qui remplit la fonction de presse-étoupe est installé à l'intérieur d'un manchon (10) solidaire de la coque équipé de joints toriques (13) ou équivalents qui assurent l'étanchéité de la démontabilité de l'ensemble. 8) Dispositif selon la revendication 1, caracterise en ce que le volume (1) qui assure la fonction de presse-etoupe est constitué par un boitier réalisé en plusieurs parties (14 et 15) qui s'adaptent aux structures du bateau en question. 9) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les diamètres des volumes cylindriques (1) qui assurent la fonction de presse-étoupe sont les mêmes que ceux des bagues hydrolubes qui équipent actuellement les tubes d'étambot des lignes d'arbres des bateaux, ce qui permet de loger intégralement le dispositif en question à la place des bagues hydrolubes existantes. 10) Dispositif selon les revendications 1 et 8, caractérisé en ce que le volume qui remplit la fonction de presse-étoupe est constitué par une cavité structurale du bateau (6, 20 et 22) qui remplace le boitier en plusieurs parties (14 et 15).