Brevet FR2926533A1 — publié le 20090724

Domaine de l'invention La présente invention concerne un dispositif de transmission de couple destiné à un navire pour transmettre sélectivement un couple d'entraînement d'un moteur principal ou d'un moteur auxiliaire à un arbre porte-hélice du navire, comportant une boîte de vitesses entraînée par le moteur principal, cette boîte pouvant être reliée à l'arbre porte-hélice par un premier embrayage et par un second embrayage qui relie le moteur auxiliaire à l'arbre porte-hélice. Etat de la technique Il est connu de loger de tels embrayages et boîtes de vitesses dans un boîtier commun. Mais selon cette solution, la boîte de vitesses est sollicitée de manière négative par les influences dynamiques des embrayages, par l'intermédiaire du boîtier commun. De plus, de tels boîtiers communs sont relativement longs et c'est pourquoi, par exemple, ils ne sont pas pratiques au montage ou pour réaliser l'étanchéité à l'huile. Si les embrayages et/ou le moteur auxiliaire sont prévus à l'arrière du navire, c'est-à-dire du côté de la boîte de vitesses tourné vers l'hélice, cela se traduit en outre par un chemin de transmission des forces relativement long à partir du moteur principal ou de la boîte de vitesses entraînée par celui-ci, jusqu'à l'hélice du navire. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un dispositif de transmission de couple pour un navire, améliorant l'entraînement sélectif de l'hélice par le moteur principal ou par un moteur auxiliaire. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un dispositif de transmission de couple, caractérisé en ce que la boîte de vitesses est logée dans un boîtier, le premier et/ou le second embrayage est/sont logés dans un boîtier d'embrayage distinct de la boîte de vitesses, et le premier embrayage, le second embrayage et/ ou l'embrayage auxiliaire sont installés du côté de la boîte de vitesses à l'opposé de celui de l'hélice. L'invention concerne également un système d'entraînement de navire comportant un tel dispositif de transmission de couple. Le dispositif de transmission de couple selon l'invention destiné à un navire comprend une boîte de vitesses entraînée par le moteur principal, un moteur auxiliaire ainsi qu'un arbre porte-hélice pour entraîner l'hélice. La boîte de vitesses est reliée à l'arbre porte-hélice par un premier embrayage. Celui-ci peut être notamment un embrayage de coupure, commutable, par exemple un embrayage à disques ou un embrayage à friction, sec, et il permet alors de découpler toute la boîte de vitesses par rapport à l'arbre porte-hélice ce qui réduit la perte de puissance par le frottement du palier ou analogue et ainsi le développement du bruit. Cela est notamment avantageux dans le cas d'un mode de déplacement lent réalisé exclusivement avec le moteur auxiliaire. Dans les mêmes conditions, le premier embrayage peut également être un embrayage synchronisé qui s'embraye et se débraye automatiquement en reliant automatiquement la boîte de vitesses à l'arbre porte-hélice lorsque la vitesse de rotation de sortie de la boîte de vitesses dépasse la vitesse de rotation de l'arbre porte-hélice. Le moteur auxiliaire peut être relié à l'arbre porte-hélice par un second embrayage. Celui-ci peut également être réalisé sous la forme d'un embrayage de coupure, commutable par exemple sous la forme d'un embrayage à disques ou d'un embrayage à friction, sec. Il permet alors de découpler le moteur auxiliaire de l'arbre porte-hélice ce qui réduit la puissance perdue par le frottement du palier ou des moyens analogues. Cela est avantageux notamment pour un déplacement normal assuré exclusivement par le moteur principal. Dans les mêmes conditions, le second embrayage peut également être un embrayage synchronisé qui s'ouvre et se ferme automatiquement et relie le moteur auxiliaire automatiquement à l'arbre porte-hélice si la vitesse d'entraînement auxiliaire dépasse la vitesse de rotation de l'arbre porte-hélice. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, le premier et le second embrayage peuvent être ouverts ou fermés sélectivement pour ainsi transmettre le couple d'entraînement du moteur principal ou du moteur auxiliaire à l'arbre porte-hélice du navire. Selon un mode de réalisation particulièrement préférentiel, les deux embrayages peuvent être fermés de façon à transmettre à l'arbre porte-hélice le couple d'entraînement du moteur principal et celui du moteur auxiliaire. La boîte de vitesses est logée dans un boîtier, alors qu'au moins le premier et le second embrayage et de préférence les deux embrayages, sont logés en commun dans un boîtier distinct du boîtier de la boîte de vitesses. Grâce à cette disposition selon l'invention de la boîte de vitesses et du ou des embrayages, dans des boîtiers distincts, les fonctions de boîte de vitesses et de commutation ou d'embrayage sont avantageusement découplées et ne s'influencent pas l'une l'autre de manière négative. Selon l'invention, le premier embrayage, le second embrayage et/ou le moteur auxiliaire et de façon préférentielle l'ensemble de ces trois éléments, sont installés sur le côté de la boîte de vitesses à l'opposé de l'extrémité de l'arbre porte-hélice, côté sortie, prévue pour recevoir une hélice ; en d'autres termes, à l'état installé, ces trois éléments se trouvent du côté avant du navire. Selon un mode de réalisation préférentiel, les deux embrayages sont montés entre la boîte de vitesses et devant le moteur auxiliaire du côté avant du navire ; selon un autre mode de réalisation préférentiel, le premier embrayage est à côté de la boîte de vitesses et le second embrayage à côté du moteur auxiliaire. Grace à l'installation côté avant du premier embrayage, du second embrayage et/ou du moteur auxiliaire, on diminue le chemin des forces entre la boîte de vitesses et le moteur principal et l'hélice ce qui diminue les contraintes appliquées à l'arbre porte-hélice. D'autre part, le déplacement des embrayages et du moteur auxiliaire du côté avant du navire devant la boîte de vitesses, permettent une meilleure utilisation de la place disponible. Le boîtier d'embrayage distinct du boîtier de la boîte de vitesses, permet une souplesse avantageuse de conception des différents ensembles et en même temps diminue les interactions. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, la boîte de vitesses comporte un arbre creux de transmission, entraîné à partir du moteur principal, par exemple par un ou plusieurs étages à pignons et/ou étages planétaires et cet arbre creux est traversé par l'arbre porte-hélice. Cela se traduit par une réalisation particulièrement compacte qui permet une disposition alignée de la boîte de vitesses (c'est-à-dire de l'arbre creux de transmission ou arbre creux de boîte de vitesses) de l'arbre porte-hélice, du premier embrayage, du second embrayage et/ou du moteur auxiliaire. Le premier embrayage est de préférence relié à la boîte de vitesses et/ou à l'arbre porte-hélice par un accouplement mobile angulairement et/ ou axialement, par exemple un accouplement à membrane ou à denture. Cela permet de compenser avantageusement les tolérances et les décalages liés aux éléments de base de la boîte de vitesses ou de son boîtier par rapport au premier embrayage ou au boîtier qui reçoit le premier embrayage. En particulier, dans une telle réalisation, le premier embrayage peut être relié par un élément élastique en rotation notamment par un arbre de torsion de préférence creux, assurant la liaison avec la boîte de vitesses et/ou l'arbre porte-hélice, pour compenser les déformations du navire ou de la base, les oscillations en rotation de la boîte de vitesses ou de l'arbre porte-hélice ou analogues. L'arbre porte-hélice peut être réalisé en une seule pièce ou de préférence en plusieurs segments d'arbre reliés les uns aux autres. Si l'arbre porte-hélice se compose de plusieurs segments d'arbre reliés par exemple par des liaisons par brides, cela facilite la fabrication et le montage des différents ensembles. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, le premier et/ou le second embrayage sont montés sur un arbre de la boîte de vitesses ou sur l'arbre porte-hélice et/ou le second embrayage est monté sur l'arbre porte-hélice ou sur l'arbre de sortie du moteur auxiliaire. A titre d'exemple, le premier et/ou second embrayage est logé dans au moins un palier radial-axial de préférence en outre dans un palier radial sur l'arbre porte-hélice et le second embrayage est monté dans au moins un palier radial-axial sur l'arbre de sortie de l'entraînement auxiliaire. Ce montage de l'un ou des deux embrayages sur l'un des arbres du dispositif de transmission de couple permet de diminuer ou d'éviter avantageusement les tensions liées aux différents coefficients de dilatation thermique des arbres et des embrayages. L'arbre porte-hélice peut être monté par exemple dans la boîte de vitesses, notamment dans l'arbre creux de transmission (ou arbre creux de boîte de vitesses), dans le boîtier de la boîte de vitesses et/ou dans le boîtier d'embrayage avec un montage radial simple ou multiple et/ ou axial. En plus ou en variante, l'arbre porte-hélice peut également être monté dans un autre boîtier, distinct, pour réduire l'interaction des paliers, de la boîte de vitesses ou de l'embrayage par les vibrations, l'usure par friction ou des effets analogues. Le dispositif de transmission de couple selon l'invention est avantageusement court. La distance maximale entre le boîtier de la boîte de vitesses et celui de l'embrayage correspond au plus à huit fois et de préférence au plus à sept fois, le diamètre minimum de l'arbre porte-hélice. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, le boîtier de la boîte de vitesses et celui de l'embrayage sont reliés élastiquement notamment de manière étanche à l'huile. La liaison élastique minimise les influences réciproques entre le boîtier de la boîte de vitesses et celui de l'embrayage tout en utilisant en même temps de façon avantageuse, un même système de graissage. Le moteur principal peut se composer d'une ou plusieurs turbines à gaz et/ou moteurs Diesel qui constituent un mode d'entraînement particulièrement économique du navire pour le déplacement normal. Le moteur auxiliaire peut se composer d'un ou plusieurs moteurs électriques qui permettent notamment un déplacement silencieux en marche lente. Notamment, si le moteur principal et le moteur auxiliaire sont associés tous deux à l'arbre porte-hélice, pour fournir un couple moteur maximum, on peut avoir des sollicitations très élevées par le couple. Selon un mode de réalisation préférentiel, le dispositif de transmission de couple est réalisé pour transmettre des couples d'entraînement importants de l'hélice, notamment d'au moins 250 kNm et de préférence d'au moins 300 kNm. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté en partie schématiquement dans l'unique figure annexée, ainsi : la figure 1 montre un système d'entraînement de navire équipé d'un dispositif de transmission de couple correspondant à un mode de réalisation de l'invention. io Description d'un mode de réalisation préférentiel Le système d'entraînement de navire représenté partiellement à la figure 1, se compose d'un dispositif de transmission de couple correspondant à un mode de réalisation de la présente invention. 15 Un arbre porte-hélice est composé de plusieurs segments d'arbre 1, 2, 3 reliés par des brides et cet arbre porte une hélice à son extrémité côté arrière du navire. Un moteur ou entraînement principal réalisé sous la forme d'une turbine à gaz (non représentée) peut entraîner un arbre 20 creux de transmission 11 relié de manière solidaire en rotation par l'intermédiaire d'un étage de pignons 10 de boîte de vitesses. La vitesse de rotation de la turbine est convertie par des étages de pignons et/ou des étages planétaires non détaillés pour arriver à la vitesse de rotation souhaitée pour l'hélice. L'arbre creux de transmission 11 est monté à 25 rotation dans deux paliers 19, 20 des deux côtés de l'étage de pignons 10 de la boîte de vitesses, dans un boîtier 6 ; ce boîtier est d'une part relié solidairement à la base du navire par exemple par vissage ou par soudure. Du côté avant du navire (à droite selon la figure 1), le palier 20 est un palier radial-axial ; le palier 19 côté arrière du navire est un 30 palier radial simple. L'arbre creux de transmission 11 est fixé à un arbre de torsion 13 creux, par l'intermédiaire d'un accouplement à membrane 12 mobile angulairement et axialement qui compense les décalages axiaux et angulaires. L'arbre de torsion est lui-même relié solidairement en 35 rotation à un support de disques extérieurs 16 d'un premier embrayage de coupure 14 commutable. Le support de disques extérieurs 16 est reçu dans un palier radial-axial 21 tourné vers la boîte de vitesses et dans un palier radial 22 non tourné vers la boîte de vitesses sur le segment d'embrayage 3 de l'arbre porte-hélice en étant ainsi logé dans le boîtier d'embrayage 7. Les disques intérieurs reliés solidairement au segment d'embrayage 3 de l'arbre porte-hélice coopèrent, lorsque le premier embrayage 14 est fermé, par une liaison par friction avec les disques extérieurs, solidaires en rotation du support extérieur 16 pour transmettre le couple d'entraînement de la turbine à gaz à la boîte de vitesses et au segment de transmission 2 de l'arbre porte-hélice qui traverse l'arbre creux 11 de boîte de vitesses. Le montage solidaire/libre 21, 22 réalisé par l'accouplement à membrane, mobile angulairement et axialement ainsi que par l'arbre de torsion 13 creux, déformable élastiquement permet de compenser avantageusement les déformations et les tolérances de la base du navire. Le segment de transmission 2 de l'arbre porte-hélice, relié par une liaison par brides au segment d'embrayage 3, est logé dans un palier radial 23 du boîtier d'embrayage 7 et dans un palier 18 distinct, logé dans le boîtier 8 relié à la base du navire. Un arbre de sortie 4, 5 en plusieurs parties réunies par des liaisons par brides du moteur auxiliaire (non représenté) réalisé sous la forme d'un moteur électrique, porte à son extrémité tournée vers l'hélice, un jeu de disques intérieurs et il est monté dans un palier 25 du boîtier d'embrayage 7. Un jeu de disques extérieurs coopérant avec les disques intérieurs est solidaire en rotation d'un support de disques extérieurs 17 d'un second embrayage 15 ; cet embrayage est monté du côté avant du navire dans un palier radial-axial 24 et du côté arrière du navire ; il est solidaire en rotation du segment d'embrayage 3 de l'arbre porte-hélice, monté dans le palier radial 23. Lorsqu'on ferme le second embrayage 15 également logé dans le boîtier d'embrayage 7, les disques intérieurs et les disques extérieurs transmettent, par une liaison par friction, le couple moteur du moteur électrique à l'arbre porte-hélice. Dans ces conditions, le premier embrayage 14 est fermé et l'hélice est seulement entraînée par le moteur électrique sans que la boîte de vitesses ne tourne ce qui est avantageux en particulier pour un déplacement lent et silencieux. Si inversement, on ne ferme que le premier embrayage 14, en laissant le second embrayage 15 ouvert, la turbine à gaz n'agit que sur l'hélice sans que le moteur électrique ne soit entraîné avec perte. Si en revanche, on ferme les deux embrayages 14, 15, la turbine à gaz et le moteur électrique appliquent tous deux un couple moteur à l'arbre porte-hélice 1, 2, 3 et fournissent ainsi la force motrice maximale. Si enfin les deux embrayages 14, 15 sont ouverts, l'arbre porte-hélice peut tourner sans perte. Le palier radial-axial 21, 24 des embrayages 14, 15 pour l'arbre porte-hélice ou arbre de sortie, diminue avantageusement l'influence négative d'une dilatation thermique s'exerçant sur les deux embrayages 14, 15. Les deux paliers 21, 24 déplacent les embrayages 14, 15 dans la direction axiale sous l'effet d'une dilatation thermique. Le décalage engendré est compensé par l'accouplement à membrane 12 qui assure la compensation axiale et angulaire. Les deux boîtiers 6, 7 sont reliés l'un à l'autre par une liaison souple 9, étanche à l'huile, de sorte que les embrayages 14, 15 et la boîte de vitesses utilisent une même alimentation en huile. NOMENCLATURE 1 Segment de l'arbre porte-hélice 2 Segment de transmission de l'arbre porte-hélice 3 Segment d'embrayage de l'arbre porte-hélice 4 Segment d'un arbre de sortie d'un moteur électrique 5 Segment de l'arbre de sortie d'un moteur électrique 6 Boîtier de la boîte de vitesses 7 Boîtier d'embrayage 8 Boîtier de palier 9 Liaison souple étanche à l'huile 10 Etage de pignons de boîte de vitesses 11 Arbre creux de boîte de vitesses 12 Accouplement à membrane mobile angulairement et axialement 13 Arbre creux de torsion 14 Premier embrayage 15 Second embrayage 16 Support de disques multiples extérieurs du premier embrayage 17 Support de disques multiples extérieurs du second embrayage 18 Palier radial 19 Palier radial 20 Palier radial-axial 21 Palier radial-axial 22 Palier radial 23 Palier radial 24 Palier radial-axial 25 Palier radial30 REVENDICATIONS 1 °) Dispositif de transmission de couple destiné à un navire pour transmettre sélectivement un couple d'entraînement d'un moteur principal ou d'un moteur auxiliaire à un arbre porte-hélice (1, 2, 3) du navire, comportant une boîte de vitesses (10, 11) entraînée par le moteur principal, cette boîte pouvant être reliée à l'arbre porte-hélice par un premier embrayage (14) et par un second embrayage (15) qui relie le moteur auxiliaire à l'arbre porte-hélice, caractérisé en ce que la boîte de vitesses est logée dans un boîtier (6), le premier et/ou le second embrayage est/ sont logés dans un boîtier d'embrayage (7) distinct de la boîte de vitesses, et le premier embrayage, le second embrayage et/ou l'embrayage auxiliaire sont installés du côté de la boîte de vitesses à l'opposé de celui de l'hélice. 2°) Dispositif de transmission de couple selon la revendication 1, caractérisé en ce que la boîte de vitesses comporte un arbre creux (11) entraîné par le moteur principal et traversé par l'arbre porte-hélice. 3°) Dispositif de transmission de couple selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier embrayage (14) est relié par un accouplement mobile angulairement et/ ou axialement, notamment par un accouplement à membrane (12) ou un accouplement denté à la boîte de vitesses et/ou à l'arbre porte-hélice. 4°) Dispositif de transmission de couple selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier embrayage (14) est relié par l'intermédiaire d'un élément élastique en rotation, notamment par l'intermédiaire d'un arbre de torsion (13) à la boîte de vitesses et/ou à l'arbre porte-hélice. 5°) Dispositif de transmission de couple selon la revendication 1, caractérisé en ce quel'arbre porte-hélice comporte plusieurs segments d'arbre (1, 2, 3) reliés les uns aux autres notamment par des liaisons par brides. 6°) Dispositif de transmission de couple selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier embrayage (14) est monté sur un arbre de transmission, notamment sur l'arbre creux de boîte de vitesses ou sur l'arbre porte-hélice et/ou le second embrayage (15) est monté sur l'arbre porte-hélice et/ou l'arbre de sortie (4, 5) du moteur auxiliaire. 7°) Dispositif de transmission de couple selon la revendication 6, caractérisé en ce que le premier et/ou le second embrayage sont montés dans un palier radial-axial (21, 24) et/ou dans un palier radial (22) sur l'arbre (3, 4) du dispositif de transmission de couple. 8°) Dispositif de transmission de couple selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre porte-hélice est logé dans le boîtier (6) de la boîte de vitesses, dans le boîtier d'embrayage (7) et/ou dans un autre boîtier (8), distinct. 9°) Dispositif de transmission de couple selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distance maximale entre le boîtier (6) de boîte de vitesses et le boîtier d'embrayage (7) correspond au plus à huit fois et notamment au plus à sept fois le diamètre minimum de l'arbre porte-hélice. 10°) Dispositif de transmission de couple selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier et/ou le second embrayage (14, 15) sont des embrayages à disques. 11°) Dispositif de transmission de couple selon la revendication 1, caractérisé en ce quele boîtier (6) de la boîte de vitesses et celui (7) de l'embrayage sont reliés élastiquement (9), notamment de façon étanche à l'huile. 12°) Dispositif de transmission de couple selon la revendication 1, 5 caractérisé en ce que le moteur principal est une turbine à gaz et/ou un moteur Diesel. 13°) Dispositif de transmission de couple selon la revendication 1, caractérisé en ce que 10 le moteur auxiliaire comprend au moins un moteur électrique. 14°) Entraînement de navire comprenant un moteur principal et un moteur auxiliaire pour entraîner sélectivement un arbre porte-hélice d'un navire ainsi qu'un dispositif de transmission de couple selon les 15 revendications 1 à 13. 20