Brevet FR2823177A1 — publié le 20021011

SYSTEME DE REFRIGERATION POUR UN PROPULSEUR IMMERGE DE NAVIRE, EXTERNE A LA COQUE DESCRIPTION Domaine de l'invention L'invention concerne le domaine des navires, submersibles et insubmersibles, et en particulier leur propulsion au moyen de propulseurs placés entièrement sous l'eau, par exemple sous ou à côté de la coque d'un navire submersible, tel qu'un bateau, ou un sous-marin. Art antérieur et problème posé Dans le domaine de la propulsion des navires, submersibles ou insubmersibles, il est connu de mettre en oeuvre plusieurs techniques différentes de propulsion, utilisant des propulseurs complètement immergés. Parmi celles-ci, on cite la propulsion par jets hydrauliques, appelés communément hydrojets)', et illustrés par la demande de brevet français déposée par le déposant de la présente demande et publiée sous le numéro 2 766 262. Ce type de propulseur permet à un navire d'effectuer n'importe quelle manoeuvre au port, de le stabiliser en route et de lui faire faire du positionnement dynamique, sans utilisation d'un autre mécanisme. Il est en général orientable sur 3600 autour d'un axe vertical et peut même être incliné autour d'un axe horizontal, notamment en ce qui concerne les sous-marins. D'autre part, on connaît un autre type de propulseur immergé qui utilise la propulsion au moyen d'une hélice. Celle-ci est entraînée par un moteur électrique placé dans une nacelle orientable et fixée à côté ou sous la coque du navire. L'hélice est généralement fixée ou accouplée directement à l'arbre du moteur électrique. On éprouve, dans ce dernier type de propulseur, le besoin de refroidir le moteur électrique, quel que soit le type du moteur utilisé. Le but de l'invention est de proposer un système de réfrigération pour tous les moteurs électriques à courant alternatif équipant des propulseurs immergés. Résumé de l'invention A cet effet, l'objet principal de l'invention est un propulseur immergé pour un navire, placé de façon externe par rapport à la coque du navire, le propulseur comprenant : - une nacelle suspendue ou fixée latéralement à la coque du navire et carénée ; - un moteur électrique pour la propulsion, placé dans la nacelle ; et - une hélice montée sur l'arbre d'hélice, montée tournante par rapport à la nacelle et orientée substantiellement horizontalement. Selon l'invention, le système de réfrigération comprend une pompe intégrée dans le moyeu d'hélice, en communication avec des canalisations de liaison reliant la pompe avec des canaux internes de culasses de réfrigération du moteur à réfrigérer, eux-mêmes en communication avec des entrées d'eau par des liaisons d'entrées. Les entrées d'eau sont avantageusement constituées chacune d'un filtre tangentiel autonettoyant. Dans une réalisation préférentielle de l'invention, on utilise au moins une entrée d'eau reliée à une première liaison d'entrée qui débouche elle-même dans un premier canal interne d'une culasse de réfrigération dans le stator électrique du moteur, ce premier canal interne étant relié à la pompe par une première canalisation de liaison. Dans ce cas, le système se complète avantageusement d'un espace échangeur air/eau, dans lequel passe au moins une liaison d'entrée. Il est aussi intéressant d'utiliser des ouïes reliées aux premières canalisations des eaux et débouchant à l'extérieur de la nacelle, dans le but de permettre une réfrigération du moteur, lorsque celui-ci ne tourne pas. Dans le but de réfrigérer les parties rotoriques, le système selon l'invention comprend, de préférence, au moins une deuxième entrée d'eau placée dans l'arbre d'hélice et débouchant dans un deuxième canal interne d'une culasse de réfrigération dans le rotor du moteur qui est relié à la pompe par au moins une deuxième canalisation de liaison traversant l'arbre d'hélice. Description détaillée d'une réalisation de l'invention L'invention et ses différentes caractéristiques techniques seront mieux comprises à la lecture de la description qui est accompagnée d'une unique figure représentant, en coupe, un propulseur équipé d'un système de réfrigération selon l'invention. Le propulseur, représenté sur cette figure, comprend principalement une hélice 1 montée solidaire d'un arbre d'hélice 2, un moteur électrique 10 et une nacelle 20, à l'intérieur de laquelle est placé le moteur électrique 10. On précise que le sens de déplacement du propulseur n'est pas déterminé, l'hélice 1 pouvant constituer l'avant ou l'arrière de celui-ci. L'arbre d'hélice 2, qui peut également être l'arbre du moteur électrique, est monté tournant dans la nacelle, grâce à des paliers d'extrémité 4 et 5, dont deux extrémités 21 et 22 de la nacelle. Le moteur 10 est positionné à l'intérieur de la nacelle 20, au moyen d'une garniture d'étanchéité 9, placée entre le moteur 10 et une surface interne de positionnement 23 de la nacelle 20. Le moteur 10 entraîne l'arbre d'hélice 2 au moyen d'un accouplement à dentures sphériques 8. Un joint tournant 19, ou tout autre organe permettant une certaine incidence de l'axe de l'arbre d'hélice 2 par rapport à l'axe du rotor du moteur 10R, est placé autour de l'arbre d'hélice 2 à côté de l'hélice 1. Un tel joint tournant 19 a une partie fixe montée dans un logement dans la partie d'hélice 22 de la nacelle 20 et un grain mobile est fixé sur l'arbre d'hélice 2. Quel que soit le type de moteur électrique, le système de réfrigération peut être utilisé. Il comprend, tout d'abord, plusieurs entrées d'eau 30, placées sur le côté de la nacelle 20. Chacune d'entre elle est, en fait, constituée d'un filtre tangentiel de protection. De ce fait, toutes les prises d'eau sont effectuées de façon tangentielle par rapport aux écoulements générés par l'hélice 2. Les filtres de protection sont donc autonettoyants. En regard de ces entrées d'eau 30, débouchent des canalisations d'entrée 31 et 32. Une de ces dernières passe dans un espace 33 qui est en fait un échangeur eau/air, placé entre le moteur 10 et la nacelle 20. Cet échangeur eau/air permet de réfrigérer l'air qui circule à l'intérieur de la nacelle 20, grâce à des passages 24 de la paroi latérale du stator 10S et à l'effet de pompage au niveau de l'entrefer du moteur 10. Chacune de ces canalisations d'entrée 31 et 32 pénètre à l'intérieur du stator 10S du moteur 10. Elle débouche dans un premier canal interne 34 d'une culasse de réfrigération US entourant le stator électrique 18S. De l'autre côté du stator 10S, se trouve une canalisation de liaison 36, qui traverse la partie arrière 22 de la nacelle 20, pour déboucher en regard d'une pompe placée dans le moyeu 7 de l'hélice 1. En effet, une telle pompe est constituée de canaux radiaux 38 pour expulser l'eau et d'une entrée annulaire 39 du moyeu 7. Un espace 37 subsiste entre le moyeu 7 et la partie d'hélice 22 de la nacelle 20 et assure une étanchéité relative limitant la recirculation interne 38 de ladite pompe. Ainsi, il est facile de comprendre que, lorsque l'hélice 1 est entraînée en rotation par le moteur électrique 10, l'eau qui a pénétré naturellement dans la pompe s'en trouve éjectée par les sorties de pompe 38. Une aspiration se produit donc dans l'entrée annulaire 39 et la canalisation de liaison 36. En conséquence, la même aspiration se fait sentir aux premières entrées d'eau 30 et le circuit de réfrigération du stator est donc opérationnel. La réfrigération du rotor 10R du moteur s'effectue par un autre circuit qui comprend, entre autre, au moins une deuxième entrée d'eau 40, placée au milieu de l'arbre d'hélice 2, dans le cas présent, du côté de l'hélice 2. Cette deuxième entrée d'eau 40 peut également être équipée d'un filtre tangentiel autonettoyant. En regard de celle-ci, débouche une deuxième canalisation d'entrée 41 qui traverse longitudinalement une partie de l'arbre d'hélice 2 pour en déboucher, après un coude, dans un espace 42 et rentrer dans le rotor 10R du moteur. Elle y débouche dans un deuxième canal interne 43 d'une culasse de réfrigération 11R du rotor 10R. Une deuxième canalisation de liaison 44 débouche également dans ce deuxième canal interne 43 pour rejoindre l'arbre d'hélice 2. Elle traverse ce dernier longitudinalement en partie pour déboucher au niveau de la pompe et, plus exactement, en regard de l'entrée annulaire 39 de la pompe. Ainsi, lorsque l'hélice 1 est entraînée en rotation, la dépression régnant dans l'espace de pompe 30, met également en dépression le deuxième canal interne 43 du rotor 10R. Cette dépression est également transmise à la deuxième entrée d'eau 40, par l'intermédiaire de la deuxième canalisation d'entrée 41. Ainsi, le circuit de réfrigération du rotor 10R du moteur est opérationnel. Il est également prévu plusieurs ouïes 50, débouchant à la fois à l'extérieur de la nacelle 20 et sur une ou plusieurs canalisations de liaison 36. Ainsi, lorsque le moteur ne tourne pas et qu'aucune dépression artificielle n'est produite dans les canalisations de liaison 36, une circulation naturelle d'eau peut avoir lieu, surtout si le propulseur est encore en déplacement relatif par rapport à l'eau. On ne décrit pas ici le mécanisme d'orientation du propulseur, tant en gisement qu'en site. REVENDICATIONS 1. Système de réfrigération pour un propulseur immergé de navire, placé de façon externe par rapport à la coque du navire, le propulseur comprenant : une nacelle (20) suspendue ou fixée latéralement à la coque du navire et carénée ; un moteur électrique (10) pour la propulsion, placé dans la nacelle (20,20) ; et - une hélice (1) montée sur un arbre d'hélice (2), entraînée par le moteur (10), et montée tournante par rapport à la nacelle (20) et orientée substantiellement horizontalement, caractérisé en ce qu'il comprend une pompe intégrée dans le moyeu (7) de l'hélice (1), en communication avec des communications de liaison (36,44), reliant des canaux internes (34,43) de culasses de réfrigération (lis et 11R) du moteur (10) à réfrigérer, les canaux internes étant eux-mêmes en communication avec des entrées d'eau (30,40) par l'intermédiaire de liaisons d'entrée (31,41). 2. Système de réfrigération selon la revendication 1, caractérisé en ce que les entrées d'eau (30, 40) sont constituées chacune d'un filtre tangentiel autonettoyant. 3. Système de réfrigération selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une première entrée d'eau (30), reliée à une première liaison d'entrée (31,32), débouchant dans un premier canal interne (34) d'une culasse de réfrigération (IIP) du stator (10R) du moteur, entourant le stator électrique (18S) du moteur (10), relié à la pompe par une première canalisation de liaison (36). 4. Système de réfrigération selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un espace échangeur air/eau (33), dans lequel passe au moins une des premières liaisons d'entrée (31,32). 5. Système de réfrigération selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend des ouïes (50) reliées aux premières canalisations de liaison (36) et débouchant à l'extérieur de la nacelle (20). 6. Système de réfrigération selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une deuxième entrée d'eau (40) dans l'arbre d'hélice (2) et débouchant dans un deuxième canal interne (43) d'une culasse de réfrigération (llR) du rotor (1OR) du moteur (10), par l'intermédiaire d'une deuxième canalisation d'entrée (41) et reliée à la pompe par une deuxième canalisation de liaison (44) traversant également l'arbre d'hélice (2).