Brevet FR3054999A1 — publié le 20180216

Unité de propulsion pour véhicule marin comprenant un système de freinage et de blocage de l'arbre d'entrainement La présente invention concerne le domaine des unités de propulsion pour des véhicules marins, tels que des navires, des sous- marins ou encore des plates-formes pétrolières. Ces unités de propulsion, également connue sous la dénomination anglo-saxonne « propulsion oriented drive », ou « POD », comprennent de manière générale un carter mobile monté en liaison pivot par rapport à une coque du véhicule marin. La coque peut par exemple être la poupe ou encore la proue d'un navire. En cas fort courant, l'hélice de l'unité de propulsion du navire peut être entrainée de manière à endommager le palier à roulement de l'arbre d'entrainement de l'unité de propulsion. Dans ces conditions de forts courants marins, il est donc nécessaire de pouvoir freiner, voire bloquer l'arbre d'entrainement de l'hélice de l'unité de propulsion. De plus, lorsqu'une des unités de propulsion est défaillante, il est nécessaire de bloquer la rotation de l'arbre d'entrainement de l'unité de propulsion défaillante, afin de permettre au navire de rentrer au port en utilisant uniquement l'unité de propulsion en bon état, ceci afin d'éviter d'endommager davantage l'unité de propulsion défaillante. Les unités de propulsion utilisées pour le bris de glace, notamment dans les eaux de mers glacées, ont une contrainte supplémentaire de dimension axiale. Il existe donc un besoin de fournir un système permettant à la fois le freinage et le blocage de l'arbre d'entrainement d'une unité de propulsion, sans augmenter sa dimension axiale. L'objectif de l'invention est donc de pallier les inconvénients précités et de proposer un système de freinage et de blocage de l'arbre d'entrainement d'une unité de propulsion d'un véhicule marin. La présente invention a pour objet une unité de propulsion destinée à être montée sur un véhicule marin, comprenant un carter 3054999 2 mobile capable de pivoter autour d'un axe par rapport à la coque du véhicule marin, un arbre d'entrainement monté rotatif par rapport au carter mobile et supporté par deux paliers à roulement et un élément de propulsion solidaire en rotation de l'arbre d'entrainement. 5 L'unité de propulsion comporte, dans sa partie avant, au moins deux systèmes de freinage et de blocage de l'arbre d'entrainement situés dans une zone entre le palier de roulement amont et l'élément de propulsion. Lorsque l'unité de propulsion est immergée, par exemple en mer, la zone entre le palier de roulement amont et l'élément de 10 propulsion est remplie d'eau de mer. Les systèmes de freinage et de blocage sont disposés à l'intérieur de l'unité de propulsion et sont immergés dans cette zone, évitant ainsi tout risque de poussières et d' échauffement lors du freinage et/ou du blocage de l'arbre d' entrainement. 15 Avantageusement, chacun des systèmes de freinage et de blocage comprend un actionneur destiné à commander le frottement d'une garniture d'un patin de frein sur un disque de frein solidaire en rotation de l'arbre d'entrainement en cas de freinage et/ou blocage dudit arbre d'entrainement. 20 En cas de freinage et/ou blocage dudit arbre d'entrainement, la garniture vient, par exemple, en appui radial sur la surface extérieure cylindrique du disque de frein. Avantageusement, en position de repos, le patin de frein est éloigné radialement du disque de frein par un organe d'éloignement, 25 tel que par exemple un ressort. Selon un mode de réalisation, l'actionneur comprend un système de vis sans fin entrainée en rotation par un motoréducteur et destiné à fournir un mouvement linéaire de translation à un bras d'actionneur pourvu d'un organe de freinage en contact avec le patin 30 de frein. Par exemple, la surface intérieure de l'organe de freinage et la surface extérieure du patin de frein sont respectivement inclinées par rapport à l'axe du bras d'actionneur. En d'autres termes les deux surfaces en contact sont en concordance de forme. 3054999 3 Les deux systèmes de freinage et de blocage peuvent, par exemple, être identiques entre eux et disposés de manière symétrique par rapport à l'arbre d'entrainement. En variante, selon un autre mode de réalisation, l'unité de 5 propulsion comprend au moins trois systèmes de freinage et de blocage situés au plus à 120° les uns des autres autour de l'arbre d' entrainement. Le fait de disposer un ou deux systèmes de freinage et de blocage localisé(s) sous le niveau de l'arbre de propulsion autour de 10 l'arbre d' entrainement permet de supporter radial ement l'arbre d'entrainement en cas de démontage du palier à roulement amont situé à l'avant de l'unité de propulsion, par exemple lors d'opérations de maintenance en cale sèche. Le système de freinage et de blocage est situé entre l'élément 15 de propulsion, par exemple une hélice ou un rotor de pompe sous tuyère, et le palier de ligne d'arbre situé du côté de l'hélice. Le système de freinage se situe donc sous le carter mobile dans le flux d'eau de mer circulant autour de l'unité de propulsion lorsque le véhicule marin se déplace normalement. 20 D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un ensemble de 25 propulsion selon un exemple de réalisation de l'invention, et - la figure 2 est une vue de détails d'un système de freinage dans l'ensemble de propulsion de la figure 1. Dans la suite de la description, les termes « longitudinal », « transversal », « vertical », « avant », « arrière », « gauche » et 30 « droite », s'entendent par rapport au repère orthogonal usuel des véhicules marins représenté sur les figures, et comprenant : - un axe X, perpendiculaire au plan de la figure 1 et dirigé par l'axe de tangage du véhicule marin 2, lorsque le véhicule marin est disposé selon un plan normal de fonctionnement. On entend par « plan 3054999 4 normal de fonctionnement », le plan contenant les directions longitudinale et transversale du véhicule marin lorsque ce dernier évolue sur mer calme et dans des conditions normales de chargement ; - un axe Y, horizontal par rapport à la figure 1 et orienté selon 5 l'axe de roulis du véhicule marin, lorsque le véhicule marin est disposé selon un plan normal de fonctionnement ; et - un axe Z, vertical par rapport à la figure 1 et orienté selon l'axe de lacet du véhicule marin, lorsque le véhicule marin est disposé selon un plan normal de fonctionnement. 10 On entend par « véhicules marins », les navires, sous-marins ou encore les plates-formes pétrolières. Tel qu'illustré sur la figure 1, un navire 2 comporte une coque 4 comprenant un alésage débouchant dans lequel est monté un siège cylindrique 6. Le siège 6 est encastré dans la coque 4 grâce à des 15 moyens de fixation (non représentés). Par exemple, le siège 6 peut être assemblé avec la coque 4 au moyen de boulons, de points ou de cordons de soudure, ou encore par frettage. L'axe du siège cylindrique 6 est sensiblement parallèle à une direction verticale définie par rapport au navire 2 selon l'axe Z. Le siège cylindrique 6 20 comporte une bride de fixation 8 de forme sensiblement annulaire ou ovale et orientée perpendiculairement à la direction axiale du siège 6. Le navire 2 représenté sur la figure 1 comporte un ensemble de propulsion 10 monté sur la coque 4. L'ensemble de propulsion 10 comporte notamment une unité de propulsion 12 et un palier de 25 gouverne 14. L'unité de propulsion 12 fait saillie vers l'extérieur par rapport à la coque 4. En d'autres termes, l'unité de propulsion 12 est principalement située dans la partie extérieure de la coque 4, destinée à être immergée, par exemple en mer. Au moyen du palier de gouverne 14, l'unité de propulsion 12 comporte un carter mobile 16 30 capable de pivoter autour d'un axe A, par rapport à la coque 4. Le carter mobile 16 comporte une partie basse 18 présentant sensiblement la forme d'un tube cylindrique oblong. À l'intérieur de la partie basse 18, un arbre d'entrainement d'hélice 20 est monté rotatif par rapport au carter mobile 16. Plus particulièrement, l'arbre 3054999 5 d'entrainement 20 est capable de pivoter autour de son propre axe 22. Pour ce faire, la partie basse 18 comporte deux paliers à roulement rotatifs 24 et 26 orientés perpendiculairement par rapport à la direction de l'axe d'hélice 22 et reliant mécaniquement la partie 5 basse 18 avec l'arbre d'entrainement 20. Pour entraîner l'arbre d'entrainement 20 en rotation par rapport au carter mobile 16, une machine électrique 28 est disposée à l'intérieur de la partie basse 18. La machine électrique 28 comporte un stator 30 monté sur la partie basse 18 et un rotor 32 monté sur l'arbre 10 d'entrainement 20. L'arbre d'entrainement 20 entraîne en rotation un support d'hélice 34 sur lequel est montée une hélice 36. Bien que, dans le mode de réalisation présenté en référence aux figures, l'unité de propulsion 12 comprenne une hélice, on peut tout à fait envisager 15 qu'elle puisse comprendre, sans sortir du cadre de l'invention, un tout autre élément de propulsion, comme par exemple un rotor de pompe. Dans l'exemple de réalisation illustré, l'hélice 36 est montée sur une extrémité située à l'avant de l'unité de propulsion 12, par rapport au véhicule marin 2. L'hélice 36 se situe donc en amont du 20 carter mobile 16 dans le flux d'eau de mer circulant autour de l'unité de propulsion 12 lorsque le véhicule marin 2 se déplace normalement. En d'autres termes, l'hélice 36 fonctionne en traction. Toutefois, on peut envisager sans sortir du cadre de l'invention de disposer l'hélice sur l'extrémité opposée, de sorte que celle-ci 25 fonctionne en poussée. Une telle variante diffère donc de l'exemple illustré notamment en ce qu'on inverse la position, sur l'unité de propulsion, de l'extrémité entrainée, sur laquelle est monté le support d'hélice 34, et de l'extrémité non entrainée de l'arbre 20. Le carter mobile 16 comporte une partie supérieure 38 30 mécaniquement reliée à la partie inférieure 18 au voisinage d'une extrémité proximale 40. Par exemple, la partie supérieure 38 et la partie inférieure 18 peuvent être assemblées au moyen de boulons, de points et/ou de cordons de soudure (non représentés). La partie 3054999 6 supérieure 38 et la partie inférieure 18 peuvent également être deux parties d'une seule pièce de fonderie. L'unité de propulsion 12 comporte, dans sa partie avant, deux systèmes 40 de freinage et de blocage de l'arbre d'entrainement 20. 5 Les systèmes 40 de freinage et de blocage sont identiques entre eux et sont disposés de manière symétrique par rapport à l'arbre d'entrainement 20. En variante, on pourrait prévoir de disposer trois systèmes de freinage autour de l'arbre d'entrainement 20, à plus de 120° les uns des autres. Le fait de disposer un ou deux systèmes de 10 freinage 40 en dessous de l'arbre d'entrainement permet de supporter radialement l'arbre d'entrainement en cas de démontage du palier à roulement 24 situé à l'avant de l'unité de propulsion 12, par exemple lors d'opérations de maintenance en cale sèche. La figure 2 représente en détails un des systèmes 40 de 15 freinage et de blocage de l'arbre d'entrainement 20. Le système 40 de freinage et de blocage est disposé à l'intérieur de l'unité de propulsion 12 entre le palier à roulement 24 situé à l'avant de l'unité de propulsion et l'hélice 36. Tel qu'illustré, le système 40 de freinage et de blocage 20 comprend un actionneur 42. Dans l'exemple de réalisation illustré, et à titre non limitatif, l'actionneur 42 comprend un système de vis sans fin 46 entrainée en rotation par un motoréducteur 44, destinée à transformer le mouvement de rotation fourni par le motoréducteur en un mouvement linéaire. 25 L'actionneur 42 est pourvu, à une de ses extrémités, d'une came 48 destinée à fournir un mouvement linéaire de translation à un bras d'actionneur 50. L'extrémité du bras d'actionneur 50, opposée à l'extrémité en contact avec la came 48, est reliée par une articulation 52, à un organe de freinage 54 dont la surface 30 intérieure 54a est inclinée par rapport à l'axe du bras d'actionneur 50. L'organe de freinage 54 est en appui sur un patin de frein 56 pourvu d'une garniture de frein 58 destinée à venir en appui radial sur la surface cylindrique extérieure 60a d'un disque 60 solidaire en 3054999 7 rotation de l'arbre d'entrainement 20 et fixé sur le support d'hélice 34. La garniture 58 est réalisée, par exemple, en matériau de friction. La surface extérieure 56a du patin de frein 56 est inclinée par rapport à l'axe du bras d'actionneur 50. En position de repos, le patin 5 de frein 56 est éloigné radialement du disque de frein 60 par un organe d'éloignement (non représenté). Ainsi, lorsqu'il est nécessaire de ralentir l' arbre d'entrainement 20, le système 40 de freinage et de blocage est actionné pour provoquer le déplacement linéaire du bras 10 d'actionnement 50. L'organe de freinage 54 vient glisser sur la surface extérieure inclinée 56a du patin de frein 56 qui se déplace radialement vers le disque 60 grâce à la coopération des deux surfaces inclinées 54a, 56a, respectivement de l'organe de freinage 54 et du patin de frein 56. De manière générale, le système 40 de freinage et de 15 blocage est actionné pour provoquer le frottement de la garniture 58 du patin de frein 56 sur le disque de frein 60 solidaire en rotation de l'arbre d'entrainement 20. Les surfaces 54a, 56a sont réalisées, par exemple, en matériau limitant la friction, tel que, par exemple, du PTFE, du bronze, de l'acier inoxydable, ou tout autre matériau limitant 20 la friction. On entend par « actionneur », tout système mécanique capable de transformer une énergie qui lui est fournie en énergie mécanique. L'actionneur peut être électrique ou hydraulique. De manière générale, l'actionneur permet d'actionner le bras d'actionneur afin de provoquer 25 le frottement radial de la garniture sur le disque de frein. On pourrait également prévoir un frottement axial de la garniture sur le disque de frein. Le système 40 de freinage et de blocage est disposé dans une zone 62 remplie d'eau, lorsque l'unité de propulsion est immergée. 30 Ainsi, la friction de la garniture 58 du patin de frein 56 sur le disque de frein 60 ne génère pas de poussières à l'intérieur de l'unité de propulsion 12. De plus, grâce à sa position dans la zone 62 remplie d'eau de mer, entre le palier à roulement 24 amont et l'hélice 36, un 3054999 8 tel système de freinage et de blocage ne génère pas de problèmes de chaleur lors du freinage ou du blocage de l'arbre d'entrainement. Afin de bloquer compléter l'arbre d'entrainement 20, il suffit d'augmenter la course du bras d'actionnement 50. 5 Un tel système de freinage et de blocage trouve une application particulièrement intéressante dans les unités de propulsion utilisées pour le bris de glace, nécessitant un encombrement réduit. La présente invention ne se limite pas à la structure particulière du système de freinage et de blocage. En effet, on pourrait 10 prévoir un tout type d'actionneur disposé dans l'unité de propulsion entre le palier à roulement amont 24 et l'hélice et permettant de venir appuyer sur l'arbre d'entrainement par l'intermédiaire d'un patin de freinage. Grace à la présente invention, on peut freiner, bloquer et 15 supporter radialement l'arbre d'entrainement, tout en évitant la formation de poussières lors du freinage et du blocage de l'arbre d' entrainement. REVENDICATIONS1. Unité de propulsion (12) destinée à être montée sur un véhicule marin (2), comprenant un carter mobile (16) capable de pivoter autour d'un axe (A) par rapport à la coque (4) du véhicule marin, un arbre d'entrainement (20) monté rotatif par rapport au carter mobile (16) et supporté par deux paliers à roulement (24, 26) et un élément de propulsion (36) solidaire en rotation de l'arbre d'entrainement, caractérisée en ce qu'elle comporte, dans sa partie avant, au moins deux systèmes (40) de freinage et de blocage de l'arbre d'entrainement (20) situés dans une zone (62) entre le palier de roulement amont (24) et l'élément de propulsion (36). 2. Unité de propulsion selon la revendication 1, dans lequel chacun des systèmes (40) de freinage et de blocage comprend un actionneur (42) destiné à commander le frottement d'une garniture (58) d'un patin de frein (56) sur un disque de frein (60) solidaire en rotation de l'arbre d'entrainement (20) en cas de freinage et/ou blocage dudit arbre d'entrainement. 3. Unité de propulsion selon la revendication 2, dans lequel en cas de freinage et/ou blocage dudit arbre d'entrainement, la garniture (58) vient en appui radial sur la surface extérieure cylindrique (60a) du disque de frein (60). 4. Unité de propulsion selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, dans lequel, en position de repos, le patin de frein (56) est éloigné radialement du disque de frein (60) par un organe d'éloignement. 5. Unité de propulsion selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel l'actionneur (42) comprend un système de vis sans fin (46) entrainée en rotation par un motoréducteur (44) destiné à fournir un mouvement linéaire de translation à un bras d'actionneur (50) pourvu d'un organe de freinage (54) en contact avec le patin de frein (56). 3054999 10 6. Unité de propulsion selon la revendication 5, dans lequel la surface intérieure (54a) de l'organe de freinage (54) et la surface extérieure (56a) du patin de frein (56) sont respectivement inclinées par rapport à l'axe du bras d'actionneur (50). 5 7. Unité de propulsion selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les deux systèmes (40) de freinage et de blocage sont identiques entre eux et sont disposés de manière symétrique par rapport à l'arbre d'entrainement (20). 8. Unité de propulsion selon l'une quelconque des 10 revendications 1 à 6, comprenant au moins trois systèmes (40) de freinage et de blocage situés à au plus 120° les uns des autres autour de l'arbre d'entrainement (20). 9. Unité de propulsion selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'élément de propulsion (36) 15 est monté sur une extrémité située à l'avant de l'unité de propulsion (12), par rapport au véhicule marin (2), en amont du palier à roulement (24) situé à l'avant de l'unité de propulsion (12) et en amont des systèmes (40) de freinage et de blocage de l'arbre d' entrainement (20). 20 10. Unité de propulsion selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'élément de propulsion (36) est une hélice ou un rotor de pompe sous tuyère.