Brevet FR2823799A1 — publié le 20021025

centrifugé perpendicuiairement revient à chaque extrémHé du moyeu central de distribution. La présente invention concerne un propuiseur à poussée réversibie et modulable par centrifugation de vapeur d'eau à savoir la vapeur sortant directement de la turbine destinée à la mise en rotation du rotor constitué de deux empilements de flasques en couronnes coniques montés en sens inverse l'un de l'autre. Depuis quelque temps il existe une technologie de propulsion par centrifugation de différents fluides allant de l'air ambiant aux gaz d'échappement de turbomachine. Cette centrifugation dans des empilements de flasques en couronnes coniques alvéolés crée des différences de pressions importantes entre l'intrados et l'extrados de chaque flasque ce qui génère une poussée globale importante. Depuis peu cette poussée peut-être répulée en intensité et inversée en direction par un système de couiissement d'un tube(7) central d'obturation qui neutralise la poussée de certains éléments en obturant I'entrée des alvéoles(l) situées entre les flasques(2) coniques. Le propuiseur étant constitué de deux systèmes d'empilement assemblés en opposition donc générant des forces opposées, la poussée globale sera donc fonction du nombre d'éléments alimentés en fluide appartenant à l'un ou l'autre système. Le dispositif de propuision selon l'invention utilise le même principe de poussée mais il a la particularité de mettre en _uvre une turtine(11) à vapeur de type particulier pour la mise en rotation du propulseur et d'exploiter directement la vapeur sortant de cette turtine comme fluide à centrifuger avant de la laisser s'échapper dans le condenseur. De ce fait, ce type de propulseur est installé directement dans la structure du condenseur(l3). Aujourd'hui la propulsion dite nucléaire utilise un réacteur qui produit de la vapeur laquelle alimente des turbines à vapeur classiques qui entrânent l'arbre d'hélice du bateau aprés une réduction importante de la 2 0 vitesse de rotation et des turUines qui entranent un alternateur qui produit toute l'électricité du bateau dont celle utilisée par les moteurs électriques qui entrâment des hélices auxiliaires ( ex: hélices d'étraves). Avec cette nouvelle technologie de propulsion il n'y a plus d'hélice. La poussoe est transmise directement à la structure du bateau par la stnucture(l3j du condenseur. Ainsi, le o lés condenseurs du bateau pourront comporter plusieurs propulseurs à poussée réglable et même réversible. De plus, afin de pouvoir orienter la poussée sur 360 ce qui est indispensable pour la man_uvrabilité d'un navire, des propuiseurs perpendiculaires aux précédents fourniront au moment nocessaire une poussoe latérale. En agissant sur les intensités de ces deux axes de poussée, il sera simple d'obtenir une poussée globale orientable sur 360 . L'intensité de la poussée de chaque propulseur est pilotée à la fois par le coulissement du tube(7) central d'obturation des entrces d'alvéoles qui neutralise la poussée des éléments d'un des deux systèmes en opposition, et au moyen d'électrovannes placces à l'entrce des turbines(ll) et agissant sur le débit de l'alimentation en vapeur de chaque turbine destinée à la mise en rotation de ces propuiseurs centrituges. Les dessins annexés illustrent l'invention. La figure 1représente en coupe selon l'axe(4) central de rotation du rotor l'ensemble du propulseur avec sa turtine de mise en rotation installé dans le condenseur. Les flèches symbolisent la circulation de la vapeur. 3 5 La figure 2 représente la structure globale du condenseur(l3) dans la quelle sont installés des propuiseurs parallèles et perpendiculaires, ainsi que la distribution de vapeur issue d'un générateur de vapeur. La figure 3 montre deux éléments de flasques coniques avec leurs cloisons(14) de séparation des alveoles(1) - 2 La figure 4 montre une vue par dessus d'un élément de flasque conique dont les cloisons sont droites. La figure 5 montre la même vue par dessus mais avec des cloisons(14) courbes. En référence à ces dessins, I'ensemble de propuision comporte plusieurs propuiseurs à poussee réglable et réversible installés directement dans la structure du condenseur. Certains de ces propuiseurs ont leur axe disposés perpendiculairement aux premiers de manière à pouvoir obtenir une poussée globale orientable en conjuguant les poussées individuelles de chaque propuiseur. Chaque propuiseur comporte une turUine(11) à vapeur multiétage destinée à la mise en rotation de l'arbre(4) d'entranement sur lequel est monté le rotor constitué des deux systèmes inversés d'empliement des flasques coniques(2). Les flasques sont séparés entre eux par des cloisons(14) radiales droites ou courbes créant des alvéoles(1) centrifuges entre ces flasques coniques. Ces flasques coniques sont en couronnes, de manière à ce que la vapeur puisse passer dans le large moyeu centrai et ainsi pouwir être distribuee sans problème dans tous les alvéoles quelle que soit leur position dans l'un ou l'autre des deux systèmes d'empilement. Les flasques comportent une première partie perpendiculaire à l'axe, destinée seulement à la mise en rotation de la vapeur puis une partie conique avec une pente de 45 environ, o se génère la poussee. A l'entrée de chaque alvéoie, se trouve un déflecteur(3) destiné à diriger la vapeur centrifugee directement contre l'intrados du flasque. La centrifugation rapide maintient le flux de vapeur plaqué sur l'intrados compte tenu de son obliquité jusqu'à' I'échappement en périphérie qui se produit perpendiculairement à l'axe(4) du fait de l'accélération trés importante (= w: R). Il est important de rappeler le rôle de l'accélération y c'est à dire de la l'aérodynamique. Il en est de méme pour le décollement du flux donc de. la dépression créée sur l'extrados. En effet chaque molècule est soumise à une accélération trés importante ce qui n'est pas le cas lors d'un écoulement classique autour d'un profil d'aile. Ceci explique pourquoi il est possible d'obtenir une différence de pression importante entre les deux faces des flasques(2). 2 5 Un manchon cylindrique() d'extraction constitué de pales paralleies à l'axe favorise l'extr tion de la vapeur hors des alvéoies(1) compte tenu de l'incidence de ces paies par rapport au rayon du rotor et surtout de l'écoulement du flux en sortie d'alvéoles. L'extrados se trouvant donc en dépression, chaque flasque subit une différence de pression importante qui génère une poussoe qui se transmet à la structure(10) par l'intermédiaire d'entretoises(6) la raitachant à l'arbre d'entramement(4). Celui-ci devra donc comporter un efficace dispositif de butee axiale(9) et ce dans les deux sens du fait de la réversibilité de la poussée. Compte tenu du nombre de flasques coniques par système, de leur dimension et de la dÉférence de pression créée entre leurs deux faces! la poussée globale d'un propuiseur peut facilement atteindre plusieurs dizaines de tonnes. Par simplicité de réalisation chaque propuiseur pourra étre placé et fixé entre deux parois parallèles du condenseur(13) en partie haute, c'est-a-dire au-dessus des tubes de condensation. Un espace suffisant 3 5 perrnettant l'échappernent de la vapeur autour des propuiseurs devra être réservé. Du fait que l'on favorise la dépression sur l'extrados des flasques plutôt que la surpression sur l'intrados, la pression de la vapeur en sortie des alvéoles sera donc trés faible puisqu'elle aura été détendue dans la - 3 turbine puis dans les alvéoles centrifuges du propuiseur dont la section augmente avec le rayon du rotor. Ainsi l'exploitation de cette technologie ne pose pas de problèmes nouveaux vis à vis de la conception des condenseurs classiques. La réversibilité et la modularité de la poussée est pilotée f ilement depuis l'extérieur du dispositif par un botier(12) de commande agissant sur le déplacement de l'axe(8) du tube d'obturabonp) coulissant à l'intérieur du moyeu central. Ce tube en obturant l'entrée des alvéoles neutralise la poussée générée par celies-ci. N'étant plus alimentée en fluide, il n'y a plus de dmérence de pression puisque les deux faces des flasques se trouvent en dépression du fait de l'expuision du fluide par la centrifugation. Les cônes des deux systèmes étant posiflonnés en sens inverse, ils génèrent des poussées en sens lo inverse qui normalement s'annulent entre elles. Ainsi en neutralisant les alvécles de l'un ou l'autre système, seuis les alvéoies alimentés en vapeur génèrent une poussée. En exploitant ce principe simple il est donc facile de générer avec précision la poussée désirée dans la direction désirée sachant que la poussée globale sera la somme des poussoes générées par tous les propuiseurs, parallèles et perpendiculaires installés dans le condenseur. Un deuxième dispositH de régulation de la pou ée sera constitué, de manière plus classique, par des électrovannes qui agiront directement sur le débit de vapeur alimentant la turdine(11) de mise en rotation des rotors. Ces électrovannes seront placées sur les tuyaux d'arrivée de la vapeur issue des générateurs de vapeur. La poussoe principale d'un navire, la plus fréquemment utilisée, étant dirigée vers l'avant, il peut donc être intéressant d'installer des propuiseurs dont les deux systèmes d'empilements ne sont pas symétriques c'est à 2 0 dire avec un nombre plus important d'éléments de flasques coniques générant une poussoe vers i'avant que ceux générant une poussée vers l'arrière. Il est même possible en respectant le même concept, d'exploiter des propulseurs spécifiques qui ne génèrent une poussée que dans un sens. Leur rotor n'est alors constitué que d'un seul empilement de flasques coniques dont le sommet des cônes sera dirigé dans ia direction souhaitée. La régulation de l'intensité de la poussée se fera soit par le coulissement du tube d'obturation, soit 2 5 pius simplement par l'électrovanne commandant le débit de vapeur alimentant la turtine associce. Compte tenu des surfaces importantes développées par les empilements de flasques coniques et des diflérences de pression entre leur deux faces (intrados et extrados) auxquelles elles sont soumises on atteint très vite les poussoes trés importantes nécessaires à la propuision de ces gros navires que sont les porte- avions nucléaires, les brise-glace nucléaires et autres sous-marins nucléaires. Il est bien évident que la 3 0 vapeur exploitée par ce type de propuiseur peut être produite par des chaudières classiques ce qui augmente encore le champ d'application de cette technologie. Le propulseur selon l'invention est particulièrement destiné à la propuision de navires dits à propuision nucléaire tels que portavions, sous-marins, brise-giace en leur évitant tous les désagréments bien connus des héiices. REVENDICATIONS 1) Propuiseur à poussée réversible et modulable par centrifugation de vapeur d'eau caractérisé en ce qu'il exploite la vapeur d'eau s'échappant de la turbine(11) destinée à générer sa mise en rotation rapide pour créer des dmérences de pression importantes entre les deux faces des flasques(2) coniques alvéolés appartenant aux deux systèmes d'empiiements inversés. 2) Propuiseur selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est installé directement dans la structure du condenseur(13) destiné à condenser la vapeur exploitée par les turbines. 3) Propuiseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la vapeur passe directement de la turbine au propuiseur puis s'échappe directement dans le condenseur. 4) Propuiseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la poussée est modulée en intensité et inversée depuis iextérieur du condenseur par le débit vapeur alimentant la turbine d'une part et d'autre part par le coulissement du tube d'obturation(7) qui fait que l'on peut alimenter en vapeur le nombre d'éléments désiré et ce, qu'ils appartiennent à l'un ou à l'autre des deux systèmes dont les cônes sont inversés afin de créer une poussoe dans le sens désiré. ) Propulseur selon la revendication 1 caractérise en ce qu'un condenseur peut recevoir plusieurs propuiseurs paraiièles afin que leurs poussoes se cumulent. 6) Propuiseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'ensembie du dispositif est complété par des propuiseurs instailés perpendiculairement aux premiers de manière à ce que les poussées se conjuguent et permettent de générer une poussée globale orientabie sur 360 . 7) Propuiseur selon la revendication i caractérisé en ce que les deux systèmes de flasques coniques peuvent ne pas être symétriques si la réversibiiité sur la totalité de l'intensité de la poussée n'est pas indispensable. 8) Propulseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que certaines unités peuvent ne comporter