EP0317431B1 - Navire pourvu d'au moins un propulseur à réaction - Google Patents

Navire pourvu d'au moins un propulseur à réaction Download PDF

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EP0317431B1 EP88402881A EP88402881A EP0317431B1 EP 0317431 B1 EP0317431 B1 EP 0317431B1 EP 88402881 A EP88402881 A EP 88402881A EP 88402881 A EP88402881 A EP 88402881A EP 0317431 B1 EP0317431 B1 EP 0317431B1
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Jean-Pierre Guezou
Jacques Pichard
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H11/00—Marine propulsion by water jets

Definitions

  • the invention relates to a ship provided with at least one jet engine comprising a casing containing, between an inlet tangent to the hull and a rear water outlet, an upstream duct, a pump rotor, stationary straightening vanes. and a hub carried by the blades which forms with the casing an outlet nozzle.
  • Patents US-A-4631032 and FR 2 031 627 describe propellants in which the liquid, pressurized by a divergent for one or by a pump, is accelerated by transformation of the static pressure into dynamic pressure via a nozzle.
  • the pressure thus applied to the converging walls of the nozzle results in an internal drag force which reduces the thrust of the propellant accordingly.
  • the object of the invention is to remedy this drawback, and to do this, the speeding up of the water is obtained only by injection of gas, the outlet section between the blades (7) and the outlet (4) being constant.
  • the supply circuit comprises an outer annular tank formed around the blades in the casing and connected to the injection pipes.
  • This arrangement ensures the uniformity of the pressure of the gas around the blades and a certain regulation of this pressure.
  • the outer cover can open directly into the injection pipes which then consist of an annular passage between the casing and the downstream edge of the blades. It can also be connected to the injection pipes, formed in this case by an annular passage between the hub and the downstream edge of the blades, by channels provided in the blades and an inner cover formed in the hub at the blades. Finally, it can be connected to the injection pipes formed this time by an annular passage along the downstream edges of the blades by channels provided in the blades.
  • means are provided for varying the convergence of the nozzle.
  • the additional energy expenditure necessary for the compression and introduction of the gas may not always be justified and it is therefore useful to be able to restore the nozzle to its conventional convergence in order to use it without injecting gas.
  • a thruster which comprises, between an inlet tangent to the hull 3 and a rear outlet 4, an upstream duct 5, a pump impeller 6, stationary straightening vanes 7 carrying a hub 8 which forms with the rear part 9 of the casing a nozzle 10.
  • FIG. 2 shows in more detail the outer cover 14 constituted by an annular casing 14a connected at the front at 14b and at the rear at 14c to the main casing of the propellant.
  • the inner wall of the annular cover is constituted by an outer ring 18 secured to the vanes 7 like the inner ring 19.
  • a second annular casing 20 secured to this assembly is fixed on the shell 21 of the hub 8 at 22 to form an inner cover 23.
  • the outer 18 and inner 19 rings, as well as the vanes 7, are traversed by channels 24 which therefore connect the outer cover 14 to the inner cover 23.
  • the outer cover 14 and the downstream edge of the blades and of the ring 18 are separated by an annular tube in the form of a slot 25 which opens at low incidence into the nozzle 10.
  • the downstream edge of the blades and the ring 19 are separated from the rear partition of the inner cover 23 by an annular tube in the form of a slot 26 which opens at a low angle into the nozzle 10.
  • the casing 9 has been shown at the bottom of FIG. 2 in a position 9a such that the section of the nozzle is constant from the blades to the outlet 4.
  • the section of the ring delimited downstream of the blades by the hub 8 and the casing 9A is the same or roughly the same as the section of the outlet 4.
  • the portion of casing 9 has been shown at the top of FIG. 2 in a position 9B conventional for thrusters of this type, that is to say clearly more convergent, so that the section of the outlet 4 is much smaller than the section of the ring located downstream of the blades.
  • the passage of a section to the other is done by the mechanism 17 in a known manner.
  • FIGS 5, 6 and 7 show another embodiment of the invention in which the blades have on their rear edge rectilinear tubes in the form of a slot 29 allowing an injection of air parallel to the flow of water passing through the blades .
  • These slots 29 are connected to the external supply cover 14 by channels 30 provided in each of the vanes 7 and in the external ring 31, which are curvilinear channels of practically constant section.
  • the inner ring 32 which is not pierced, is connected directly to the shell 21 of the hub 8 at 33.
  • the successive sections of the nozzle increase by an amount materialized in FIGS. 2 and 5 by the triangular zone located below the dashed line drawn in the vicinity of the casing 9A and it is therefore also necessary to start the compressor 16, the role is precisely to compensate for this increase in volume with air injected at the blades, air whose pressure will decrease as it travels through the nozzle 10 to reach atmospheric pressure at outlet 4 and whose volume will therefore increase in inverse proportion.
  • one or the other of the external and internal injections can be used in combination with the injection via the slots 29 since it suffices to do this by connecting these slots 29 of FIGS. 7 to the channels 24 of FIGS. 2 to 4.

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Description

  • L'invention concerne un navire pourvu d'au moins un propulseur à réaction constitué d'un carter contenant, entre une entrée tangente à la coque et une sortie arrière d'eau, un conduit amont, un rotor de pompe, des aubes redresseuses fixes et un moyeu porté par les aubes qui forme avec le carter une tuyère de sortie.
  • Les brevets US-A-4631032 et FR 2 031 627 décrivent des propulseur dans lesquels le liquide, mis en pression par un divergent pour l'un ou par une pompe, est accéléré par transformation de la pression statique en pression dynamique par l'intermédiaire d'une tuyère. Mais la pression ainsi appliquée sur les parois convergentes de la tuyère a pour résultante une force de traînée interne qui diminue d'autant la poussée du propulseur.
  • L'invention a pour objet de remédier à cet inconvénient, et pour ce faire, la mise en vitesse de l'eau est obtenue uniquement par injection de gaz, la section de sortie entre les aubes (7) et la sortie (4) étant constante.
  • On conçoit que de la sorte, la section de la tuyère étant constante, la traînée interne est annulée au profit de la poussée du propulseur.
  • Selon un mode de réalisation privilégié de l'invention, le circuit d'alimentation comprend une bâche annulaire extérieure formée autour des aubes dans le carter et reliée aux tubulures d'injection.
  • Cette disposition assure l'uniformité de la pression du gaz autour des aubes et une certaine régulation de cette pression.
  • La bâche extérieure peut déboucher directement dans les tubulures d'injection qui sont alors constituées par un passage annulaire entre le carter et le bord aval des aubes. Elle peut également être reliée aux tubulures d'injection, constituées dans ce cas par un passage annulaire entre le moyeu et le bord aval des aubes, par des canaux prévus dans les aubes et une bâche intérieure formée dans le moyeu au niveau des aubes. Elle peut enfin être reliée aux tubulures d'injection constituées cette fois par un passage annulaire le long des bords aval des aubes par des canaux prévus dans les aubes.
  • Ces diverses dispositions peuvent naturellement être combinées deux à deux et même être mises en oeuvre toutes trois simultanément. prévus dans les aubes.
  • Ces diverses dispositions peuvent naturellement être combinées deux à deux et même être mises en oeuvre toutes trois simultanément. Elles présentent l'avantage d'assurer une très bonne répartition du gaz dans l'eau et donc d'éviter tout phénomène perturbateur pouvant engendrer des vibrations ou d'autres irrégularités de fonctionnement.
  • Selon encore un perfectionnement entrant dans le cadre de l'invention, des moyens sont prévus pour faire varier la convergence de la tuyère. En effet, la dépense d'énergie supplémentaire nécessaire pour la compression et l'introduction du gaz peut ne pas être toujours justifiée et il est donc utile de pouvoir rendre à la tuyère sa convergence classique pour l'utiliser sans injection de gaz.
  • Un certain nombre de modes de réalisation de l'invention sont maintenant décrits à titre d'exemples non limitatifs en référence aux dessins annexés dans lesquels :
    • la figure 1 est une vue en coupe schématique partielle de la partie arrière d'un navire conforme à l'invention,
    • la figure 2 est une vue en coupe à plus grande échelle de la partie arrière de l'un des propulseurs de ce navire,
    • la figure 3 est une vue de l'arrière montrant la structure des aubes du propulseur,
    • la figure 4 représente deux aubes successives en coupe selon une surface cylindrique matérialisée par la ligne IV-IV de la figure 2,
    • la figure 5 est une vue en coupe à la même échelle de la partie arrière d'un autre mode de réalisation du propulseur,
    • la figure 6 est une vue de l'arrière montrant la structure des aubes de ce propulseur,
    • et la figure 7 représente deux aubes successives de ce même propulseur en coupe selon une surface cylindrique matérialisée par la ligne VII-VII de la figure 5.
  • On voit à la figure 1 la poupe 1 d'un navire et la partie voisine longitudinale de sa coque 2 entre lesquelles est monté l'un des deux propulseurs du navire, propulseur qui comprend entre une entrée tangente à la coque 3 et une sortie arrière 4 un conduit amont 5, un rouet de pompe 6, des aubes redresseuses fixes 7 portant un moyeu 8 qui forme avec la partie 9 arrière du carter une tuyère 10.
  • La figure 2 représente plus en détail la bâche extérieure 14 constituée par un carter annulaire 14a relié à l'avant en 14b et à l'arrière en 14c au carter principal du propulseur. La paroi intérieure de la bâche annulaire est constituée par un anneau extérieur 18 solidaire des aubes 7 comme l'anneau intérieur 19. Un second carter annulaire 20 solidaire de cet ensemble est fixé sur la coquille 21 du moyeu 8 en 22 pour former une bâche intérieure 23.
  • Les anneaux extérieurs 18 et intérieurs 19, ainsi que les aubes 7, sont traversés par des canaux 24 qui relient donc la bâche extérieure 14 à la bache intérieure 23.
  • La bâche extérieure 14 et le bord aval des aubes et de l'anneau 18 sont séparés par une tubulure annulaire en forme de fente 25 qui débouche sous une faible incidence dans la tuyère 10. De la même manière le bord aval des aubes et l'anneau 19 sont séparés de la cloison arrière de la bâche intérieure 23 par une tubulure annulaire en forme de fente 26 qui débouche sous une faible incidence dans la tuyère 10.
  • Pour illustrer clairement ces deux tubulures annulaires en forme de fente 25 et 26, on a représenté en traits mixtes à la figure 3 l'arête avant 27 de la bâche extérieure et l'arête avant 28 de la bâche intérieure.
  • On notera que le carter 9 a été représenté au bas de la figure 2 dans une position 9a telle que la section de la tuyère est constante depuis les aubes jusqu'à la sortie 4. En d'autres termes, la section de l'anneau délimité en aval des aubes par le moyeu 8 et le carter 9A est la même ou à peu près la même que la section de la sortie 4. Au contraire, la portion de carter 9 a été représentée au haut de la figure 2 dans une position 9B classique pour les propulseurs de ce type, c'est-à-dire nettement plus convergente, de telle sorte que la section de la sortie 4 est bien inférieure à la section de l'anneau situé en aval des aubes. Le passage d'une section à l'autre se fait par le mécanisme 17 de façon connue.
  • Les figures 5, 6 et 7 représentent un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel les aubes présentent sur leur bord arrière des tubulures rectilignes en forme de fente 29 permettant une injection d'air parallèle au flux de l'eau traversant les aubes. Ces fentes 29 sont reliées à la bâche d'alimentation extérieure 14 par des canaux 30 prévus dans chacune des aubes 7 et dans l'anneau extérieur 31, qui sont des canaux curvilignes à section pratiquement constante.
  • Dans cette réalisation l'anneau intérieur 32, qui n'est pas percé, est relié directement à la coquille 21 du moyeu 8 en 33.
  • On sait que pour les navire de ce type, la poussée est obtenue classiquement par l'accélération de l'eau dans la tuyère 10 lorsque le carter est dans la position 9B, la tuyère offrant alors des sections décroissantes. Mais la traînée interne résultant de la pression exercée par l'eau précisément contre le carter 9B diminue d'autant la poussée du propulseur.
  • Si l'utilisateur du navire désire bénéficier d'une poussée supérieure, il lui faut agir de sorte à déplacer, par le mécanisme 17, le carter de la tuyère de la position 9B à la position 9A et la traînée se trouve annulée.
  • Par contre, les sections successives de la tuyère augmentent d'une quantité matérialisée aux figures 2 et 5 par la zone triangulaire située au-dessous du trait mixte tracé au voisinage du carter 9A et il faut donc aussi mettre en marche le compresseur 16 dont le rôle est précisément de compenser cette augmentation de volume par de l'air injecté au niveau des aubes, air dont la pression va diminuer au fur et à mesure de son cheminement dans la tuyère 10 pour atteindre la pression atmosphérique à la sortie 4 et dont le volume va donc augmenter en proportion inverse.
  • Les essais effectués par 1a demanderesse ont montré qu'une injection d'air aboutissant à un volume d'air égal au volume de l'eau à la pression atmosphérique aboutit à un croissement relatif de poussée de plus de 50% par rapport à la poussée obtenue avec le carter dans la position 9B et sans injection d'air. Il est possible d'obtenir des augmentations de poussée de l'ordre de 75 % par injection d'une quantité d'air encore supérieure pouvant atteindre trois fois le volume de l'eau, toujours à la pression atmosphérique.
  • On comprend que des navires de haute performance pour lesquels le rendement n'est pas un facteur déterminant peuvent ne pas comporter de mécanismes du genre 17, le carter 9 étant alors définitivement monté dans la position 9A.
  • Par contre, dans les cas les plus fréquents, des pointes de poussée dépassant de 50 à 75 % la poussée maximum nominale du navire ne sont nécessaires que dans des circonstances exceptionnelles, en particulier pour les déjaugeages qui sont des phases de fonctionnement du navire perturbatrices et pour des accélérations brutales qui peuvent se révéler utiles de temps en temps. C'est pourquoi, il est apparu avantageux de pouvoir n'utiliser l'injection d'air conforme à l'invention que pendant ces périodes relativement brèves puisqu'elle correspond à une baisse de rendement due à l'énergie consommée par le compresseur.
  • En ce qui concerne maintenant les variantes de réalisation de l'invention, il est à noter que l'injection extérieure décrite à la figure 2, spécialement pour de petits navires, pourrait en principe être utilisée seule, auquel cas les canaux 14, la bâche intérieure 23 et les fentes 26 ne sont plus nécessaires. Théoriquement, l'injection intérieure par les fentes 26 pourrait également être utilisée seule auquel cas les fentes 25 sont à supprimer.
  • Enfin, l'une ou l'autre des injections extérieure et intérieure, ainsi que les deux, peuvent s'utiliser en combinaison avec l'injection par les fentes 29 puisqu'il suffit pour ce faire de relier ces fentes 29 des figures 5 à 7 aux canaux 24 des figures 2 à 4.

Claims (7)

  1. Navire pourvu d'au moins un propulseur à réaction constitué d'un carter contenant, entre une entrée (3) tangente à la coque (2) et une sortie arrière d'eau (4), un conduit amont (5), un rotor (6), des aubes redresseuses fixes (7), un dispositif d'injection de gaz comprimés et un moyeu (8) porté par les aubes qui forment avec le carter (9) une tuyère de sortie (10), caractérisé en ce que l'accélération du liquide entre les aubes (7) et la sortie (4) est obtenue uniquement par injection de gaz, la section de passage du mélange eau-gaz entre ces aubes (7) et cette sortie (4) étant constante dans le but de supprimer la poussée interne.
  2. Navire selon la revendication 1 caractérisé en ce que le gaz est de l'air.
  3. Navire selon la revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit d'alimentation comprend une bâche annulaire extérieure (14) formée autour des aubes (7) dans le carter et reliée aux tubulures d'injection (25,26,29).
  4. Navire selon la revendication 3, caractérisé en ce que la bâche extérieure (14) débouche directement dans les tubulures d'injection, constituées par un passage annulaire (25) entre le carter et le bord aval des aubes.
  5. Navire selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que la bâche extérieure est reliée aux tubulures d'injection, constituées par un passage annulaire (26) entre le moyeu (8) et le bord aval des aubes, par des canaux (24) prévus dans les aubes (7) et une bâche intérieur (23) formée dans le moyeu (8) au niveau des aubes.
  6. Navire selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la bâche extérieure (14) est reliée aux tubulures d'injection, constituées par un passage annulaire (29) le long des bords avals des aubes, par des canaux (30) prévus dans les aubes.
  7. Navire selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que des moyens (17) sont prévus pour faire varier la section de sortie de la tuyère (10).
EP88402881A 1987-11-16 1988-11-16 Navire pourvu d'au moins un propulseur à réaction Expired - Lifetime EP0317431B1 (fr)

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