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EP1826117B1 - Système de propulsion électrique de navire à trois lignes d'arbres - Google Patents

Système de propulsion électrique de navire à trois lignes d'arbres Download PDF

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EP1826117B1
EP1826117B1 EP07102658A EP07102658A EP1826117B1 EP 1826117 B1 EP1826117 B1 EP 1826117B1 EP 07102658 A EP07102658 A EP 07102658A EP 07102658 A EP07102658 A EP 07102658A EP 1826117 B1 EP1826117 B1 EP 1826117B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
propeller
propulsion system
ship
propulsion
ship propulsion
Prior art date
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Not-in-force
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EP07102658A
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German (de)
English (en)
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EP1826117A1 (fr
Inventor
René-Pierre Saint M'Leux
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STX France SA
Original Assignee
STX France SA
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Filing date
Publication date
Application filed by STX France SA filed Critical STX France SA
Publication of EP1826117A1 publication Critical patent/EP1826117A1/fr
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H1/00—Propulsive elements directly acting on water
    • B63H1/02—Propulsive elements directly acting on water of rotary type
    • B63H1/12—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially in propulsive direction
    • B63H1/14—Propellers
    • B63H1/28—Other means for improving propeller efficiency
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/12—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven
    • B63H21/17—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven by electric motor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H23/00—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
    • B63H23/32—Other parts
    • B63H23/34—Propeller shafts; Paddle-wheel shafts; Attachment of propellers on shafts

Definitions

  • the present invention relates to an electric ship propulsion system and, more particularly, a propulsion system for a large ship at high cruising speed.
  • the demand of the shipowners, in terms of passenger ship, for a cruise ship function for example, is to get ships bigger and bigger in size, in order to increase the number of passengers per cruise and at the same time , offer them a maximum of cabins that have a view of the sea.
  • passenger vessels of the "Panamax” or “Overpanamax” type that is to say ships respectively able or not to transit through the Panama Canal
  • passenger vessels of the "Panamax” or “Overpanamax” type that is to say ships respectively able or not to transit through the Panama Canal
  • passenger vessels of the "Panamax” or “Overpanamax” type that is to say ships respectively able or not to transit through the Panama Canal
  • engines having a respective power of about 20 MWatts generally have an electric propulsion with two shaft lines with engines having a respective power of about 20 MWatts.
  • propulsion by shaft line is meant a propulsion system in which a motor located inside the hull of the ship, delivers its power to an external propulsion means, via a transmission shaft.
  • a ship propulsion system with three shaft lines is described in the document GB 1 331 497 .
  • pod is meant a submerged propulsion assembly, outside the hull of the vessel and containing the engine propulsion. This solution has the advantage of fulfilling the functions of steering and propulsion by the use of a steerable pod. In addition, the larger number of thrusters improves the redundancy of the system in case of degraded or defective operation.
  • the central shaft line poses potential problems with regard to the dimensions and the performances to be achieved.
  • a first level of generated problems is of vibratory type, which means that important vibrations are formed because of the disturbance of the wake by the skeg, ie by the extension of the keel of the ship at the level of the hull of the transom of the ship.
  • the object of the present invention is to propose an electric ship propulsion system with three shaft lines that overcomes the drawbacks mentioned above, that is to say having an acceptable vibratory level, as well as a hull game and a power output. propulsion sufficient.
  • the present invention thus relates to an electric ship propulsion system comprising two lines of conventional propeller side shafts and rear transverse thrusters.
  • a third propeller shaft line is provided centrally, along the axis of the vessel, this third shaft line having its axis which passes over the tunnels of the transverse rear thrusters.
  • the propulsion of the central shaft line is provided by a propeller pump and, more particularly, the propeller pump consists of a helix and a ring of flow orienting fins placed upstream of the propeller pump. helix, a nozzle surrounding the propeller assembly / aileron crowns.
  • the presence of a propeller-type propulsion makes it possible to overcome the problems of the dimensions of the propeller by keeping a power equivalent to a conventional propeller, and to avoid acoustic and vibratory disturbances by a flow orientation. at the output of the pump-propeller. This avoids cavitation problems.
  • the pump-propeller propulsion principle has long been applied to submarine propulsion systems, and that the positioning of a propeller-pump in the wake of a submarine -marine provides a good performance, while reducing acoustic disturbances. Indeed, the pump-propeller works in liquid flow, while a conventional propeller works in liquid thrust.
  • the diameter of the propeller of the central propulsion is less than the diameter of the propellers of the lateral propulsions and, according to a particular embodiment, the diameter of the central propeller of the order of 4800 mm. .
  • the play at the hull of the central helix is of the order of 500 mm.
  • Propulsion by pump-propeller because of its smaller dimension propeller propulsion classic and, because of the presence of the nozzle which channels the wake pump output, allows to bring the entire propulsion of the hull of the ship, without generating vibrations.
  • a wake regulating bulb is placed upstream of the central helix.
  • the wake disturbed by the skeg is channeled to the pump-impeller inlet, so as to improve the performance of the pump-propeller.
  • the wake regulating bulb consists of a substantially cylindrical piece.
  • the presence of flow orienting fins makes it possible to simplify the shape of the regulating bulb easily and thus to produce a simple and inexpensive piece for propulsion with a central shaft line.
  • the propulsion system 1 is seen from below at the rear part of the ship.
  • This system 1 is installed under the hull of the transom 2, at the rear of the ship, and consists of two propulsions with side shaft lines 3 (that is to say along lines parallel to the central axis 5 of the ship and arranged symmetrically on both sides of it) and propulsion with central shaft line 4.
  • the two lateral shaft lines 3 are therefore conventionally arranged on either side of the central axis 5 of the ship, equidistant from the latter. They consist of a shaft 6 and a propeller 7 conventional, as known to those skilled in the art. Rudders 8 are represented in the continuity of the two shaft lines 3, these rudders 8 ensuring the maneuverability of the ship.
  • the motors and feed means have not been shown to make the figure readable.
  • the central shaft line 4 consists of an axis 9 connected to a pump-propeller 10, consisting of a nozzle 11 surrounding a propeller 12 and flow orienting fins 13, and a flow regulating bulb or skeg 14.
  • the bearings 19 of the pump-propeller 10 are also shown.
  • This central shaft line 4 is located in the thin plane 15 of the ship, a thin plane important because of the size of the ship and necessary for the landing of the ship.
  • the figure 1 highlights the function of the skeg 14 with respect to the junction with the thin plane 15.
  • Rear transverse thrusters 16 are represented in their respective tunnels 17 at this thin plane, the shaft 9 passing above these two tunnels 17 and centrally on the thrusters 16 and their junctions 18, to the feed motors .
  • the rear transverse thrusters 16 are represented so as to show the positioning of the axis 9 of the central shaft line propulsion 4 above the tunnels 17 of the transverse rear thrusters 16.
  • the figure 3 shows a three-dimensional view of the rear part of the ship, with a propulsion system as described according to the invention. This figure highlights the relative position of the propellers 7 and the pump-propeller 10 relative to the transom 2 of the ship. The play at the hull of the pump-propeller 10 is much less important than for the conventional propellers 7.
  • this propulsion system advantageously makes it possible to maintain a hull at the submerged transom 2 or with V-shapes to avoid the problems of slamming (shocks occurring on the flat part at the bottom of the ship when it falls back into the sea after emergence) back.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

  • La présente invention concerne un système de propulsion électrique de navire et, plus particulièrement, un système de propulsion pour navire de grande taille et à vitesse de croisière élevée.
  • La demande des armateurs, en terme de navire à passagers, pour une fonction de navire de croisière par exemple, est d'obtenir des navires de plus en plus grand en taille, afin d'augmenter le nombre de passagers par croisière et en même temps, leur proposer un maximum de cabines qui disposent d'une vue sur la mer.
  • Simultanément, il est demandé de réaliser des navires à passagers ayant une vitesse de croisière de plus en plus élevée, en particulier supérieure à 25 noeuds.
  • Actuellement, les navires à passagers de type "Panamax" ou "Overpanamax" (c'est à dire des navires respectivement capables ou non de transiter par le canal de Panama) ont généralement une propulsion électrique à deux lignes d'arbre avec des moteurs ayant une puissance respective d'environ 20 MWatts.
  • De telles puissances de propulsion par ligne d'arbre, combinées avec l'augmentation de la taille des navires ou la vitesse de croisière ne sont pas suffisantes pour répondre à la demande des armateurs.
  • Par "propulsion par ligne arbre", on entend un système de propulsion dans lequel un moteur situé à l'intérieur de la coque du navire, délivre sa puissance à un moyen de propulsion externe, par l'intermédiaire d'un arbre de transmission.
  • Un système de propulsion de navire comportant trois lignes d'arbre est décrit dans le document GB 1 331 497 .
  • De plus, vouloir augmenter la puissance par ligne d'arbre est de nature à poser des problèmes techniques relatifs à la surpuissance du moteur. On se trouve également confronté à des problèmes de taille d'hélice de propulsion et de jeu à la coque pour la maîtrise des vibrations, ce qui empêche d'obtenir un bon rendement propulsif et des pulsations faibles.
  • Sur des navires de fort tonnage et afin d'obtenir une puissance de propulsion suffisante et nécessaire, il est bien connu de mettre en oeuvre cette propulsion en faisant usage d'une combinaison de plusieurs propulseurs azimutaux, encore appelés "pods", ceci par opposition aux propulsions par ligne d'arbre.
  • Par le terme "pod", on entend un ensemble de propulsion immergé, extérieur à la coque du navire et contenant la motorisation de la propulsion. Cette solution présente l'avantage de remplir les fonctions de gouverne et de propulsion par l'utilisation d'un pod orientable. De plus, le nombre plus important de propulseurs permet d'améliorer la redondance du système en cas de fonctionnement dégradé ou défectueux.
  • Cependant, certains armateurs ne souhaitent pas installer ce type de système de propulsion sur leur navire et imposent une installation par ligne d'arbre avec utilisation d'hélices classiques et de propulseurs latéraux arrières. Cette contrainte, ajoutée aux risques générés par l'augmentation de la puissance par ligne d'arbre, amène donc à répartir la puissance souhaitée sur trois lignes d'arbre.
  • Et cette solution conduit à répartir trois lignes d'arbre en une selon une position centrale (c'est-à-dire selon l'axe médian longitudinal du navire) et en deux lignes latérales (c'est-à-dire parallèles à cet axe médian longitudinal).
  • Ces deux lignes d'arbre latérales se retrouvent dans des dispositions classiques connues et déjà appliquées.
  • Par contre, la ligne d'arbre centrale pose potentiellement des problèmes au regard des dimensions et des performances à atteindre.
  • Un premier niveau de problèmes générés est de type vibratoire, ce qui signifie que des vibrations importantes sont formées du fait de la perturbation du sillage par le skeg, c'est à dire par le prolongement de la quille du navire au niveau de la carène du tableau arrière du navire.
  • Ce problème est résolu classiquement par des bulbes régulateurs de sillage, comme cela est pratiqué sur les navires à une seule ligne d'arbre tels que, par exemple, sur les navires de transports de gaz liquéfié. Pour ce faire, il est nécessaire de prévoir une pièce chaudronnée complexe, coûteuse et volumineuse.
  • La situation est plus problématique dans le cas où les navires sont équipés de propulseurs transversaux arrières car la ligne d'arbre doit passer au-dessus des tunnels de ces propulseurs, ce qui rapproche l'hélice de la coque et ne permet plus de maintenir les jeux à la coque requis pour atteindre les niveaux vibratoires généralement demandés, sauf à diminuer fortement le diamètre de l'hélice et donc la part de puissance prise par cette hélice centrale.
  • La présente invention a pour objet de proposer un système de propulsion électrique de navire à trois lignes d'arbre palliant aux inconvénients cités précédemment, c'est à dire présentant un niveau vibratoire acceptable, ainsi qu'un jeu à la coque et une puissance de propulsion suffisants.
  • La présente invention a ainsi pour objet un système de propulsion électrique de navire comprenant deux lignes d'arbres latérales à hélices classiques et des propulseurs transversaux arrières.
  • Selon l'invention, une troisième ligne d'arbre à hélice est prévue de manière centrale, selon l'axe du navire, cette troisième ligne d'arbre ayant son axe qui passe au dessus des tunnels des propulseurs transversaux arrières.
  • De manière avantageuse, la propulsion de la ligne d'arbre centrale est assurée par une pompe hélice et, plus particulièrement, la pompe-hélice est constituée d'une hélice et d'une couronne d'ailerons orienteurs de flux placés en amont de l'hélice, une tuyère entourant l'ensemble hélice /couronnes d'ailerons.
  • De cette manière, la présence d'une propulsion de type pompe-hélice permet de pallier les problèmes de dimensions de l'hélice en gardant une puissance équivalente à une hélice classique, et d'éviter les perturbations acoustique et vibratoire par une orientation du flux en sortie de la pompe-hélice. Cela permet d'éviter les problèmes de cavitation.
  • Il est à noter qu'en tant que tel, le principe de propulsion par pompe-hélice est appliqué depuis longtemps à des systèmes de propulsions de sous-marins, et que le positionnement d'une pompe-hélice dans le sillage d'un sous-marin permet d'obtenir un bon rendement, tout en réduisant les perturbations acoustiques. En effet, la pompe-hélice travaille en débit de liquide, alors qu'une hélice classique travaille en poussée de liquide.
  • Selon une réalisation de l'invention, le diamètre de l'hélice de la propulsion centrale est inférieur au diamètre des hélices des propulsions latérales et, selon un mode de réalisation particulier, le diamètre de l'hélice centrale de l'ordre de 4800 mm.
  • Selon une caractéristique particulière de l'invention, le jeu à la coque de l'hélice centrale est de l'ordre de 500 mm. La propulsion par pompe-hélice, du fait de sa dimension inférieure aux propulsions par hélice classique et, du fait de la présence de la tuyère qui canalise le sillage en sortie de pompe, permet de rapprocher l'ensemble de propulsion de la coque du navire, sans générer de vibrations.
  • De manière avantageuse, un bulbe régulateur de sillage est placé en amont de l'hélice centrale. Ainsi, le sillage perturbé par le skeg est canalisé en entrée de pompe-hélice, de manière à améliorer les performances de la pompe-hélice.
  • Selon une réalisation préférée de l'invention, le bulbe régulateur de sillage est constitué d'une pièce de forme sensiblement cylindrique. La présence des ailerons orienteurs de flux permet de simplifier aisément la forme du bulbe régulateur et, ainsi, de réaliser une pièce simple et peu coûteuse pour une propulsion à ligne d'arbre centrale.
  • La lecture de la description ci-après aidera à la compréhension de l'invention. Cette description, donnée uniquement à titre d'exemple, est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
    • la figure 1 montre de manière schématique en vue de dessous d'un système de propulsion selon l'invention,
    • la figure 2 montre une vue en coupe longitudinale d'une ligne d'arbre centrale selon l'invention,
    • la figure 3 montre une vue tridimentionnelle de la partie arrière d'un navire équipée du système de propulsion selon l'invention.
  • Sur la figure 1, le système de propulsion 1 selon l'invention est vu de dessous au niveau de la partie arrière du navire. Ce système 1 est installé sous la carène du tableau arrière 2, en partie arrière du navire, et est constitué de deux propulsions à lignes d'arbre latérales 3 (c'est-à-dire selon des lignes parallèles à l'axe central 5 du navire et disposées symétriquement de part et d'autre de celui-ci) et d'une propulsion à ligne d'arbre centrale 4.
  • Les deux lignes d'arbre latérales 3 sont donc disposées classiquement de part et d'autre de l'axe central 5 du navire, à équidistance de ce dernier. Elles sont constituées d'un arbre 6 et d'une hélice 7 classiques, tels que connus de l'homme du métier. Des safrans 8 sont représentés dans la continuité des deux lignes d'arbre 3, ces safrans 8 assurant la manoeuvrabilité du navire. Les moteurs et moyens d'alimentation n'ont pas été représentés afin de rendre la figure lisible.
  • Sur les figures 1 et 2, la ligne d'arbre centrale 4 est constituée d'un axe 9 relié à une pompe-hélice 10, constituée d'une tuyère 11 entourant une hélice 12 et des ailerons orienteurs de flux 13, ainsi que d'un bulbe régulateur de flux ou skeg 14. Les paliers 19 de la pompe-hélice 10 sont également représentés.
  • Cette ligne d'arbre 4 centrale est situé dans le plan mince 15 du navire, plan mince important du fait de la taille du navire et nécessaire pour l'attinage du navire. La figure 1 met bien en évidence la fonction du skeg 14 par rapport à la jonction avec le plan mince 15.
  • Des propulseurs transversaux 16 arrières sont représentés dans leurs tunnels respectifs 17 au niveau de ce plan mince, l'arbre 9 passant au dessus de ces deux tunnels 17 et de manière centrée sur les propulseurs 16 et leur jonctions 18, vers les moteurs d'alimentation.
  • Selon la figure 2, les propulseurs transversaux arrières 16 sont représentés de manière à montrer le positionnement de l'axe 9 de la propulsion à ligne d'arbre centrale 4 au dessus des tunnels 17 des propulseurs transversaux arrières 16.
  • Il apparaît ainsi évident que le positionnement d'une ligne d'arbre centrale 4 avec propulseurs transversaux arrière 16 est contraignante en terme de positionnement très limitatif et oblige alors à rapprocher l'hélice vers la coque du navire.
  • La figure 3 montre une vue tridimentionnelle de la partie arrière du navire, avec un système de propulsion tel que décrit selon l'invention. Cette figure met en évidence la position relative des hélices 7 et de la pompe-hélice 10 par rapport au tableau arrière 2 du navire. Le jeu à la coque de la pompe-hélice 10 est beaucoup moins important que pour les hélices classiques 7.
  • Ainsi, ce système de propulsion permet de manière avantageuse de maintenir une carène au tableau arrière 2 immergée ou avec des formes en V pour éviter les problèmes de slamming (chocs se produisant sur la partie plane au fond du navire quand il retombe dans la mer après émergence) arrière.

Claims (8)

  1. Système de propulsion électrique de navire comprenant deux lignes d'arbres latérales (3) à hélices classiques (7) et des propulseurs transversaux arrières (16), caractérisé en ce qu'une troisième ligne d'arbre (4) à hélice (12) est prévue de manière centrale, selon l'axe (5) du navire, et en ce que cette troisième ligne d'arbre (4) a son axe (9) qui passe au dessus des tunnels (17) des propulseurs transversaux arrières (16).
  2. Système de propulsion électrique de navire selon la revendication 1, caractérisé en ce que la propulsion de la ligne d'arbre centrale (4) est assurée par une pompe hélice (10).
  3. Système de propulsion électrique de navire selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pompe-hélice (10) est constituée d'une hélice (12) et d'une couronne d'ailerons orienteurs de flux (13) placés en amont de l'hélice, une tuyère (11) entourant l'ensemble hélice (12)/couronne d'ailerons (13).
  4. Système de propulsion électrique de navire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diamètre de l'hélice (12) de la ligne centrale (4) est inférieur au diamètre des hélices (7) des lignes latérales (3).
  5. Système de propulsion électrique de navire selon la revendication 4, caractérisé en ce que le diamètre de l'hélice (12) de la ligne centrale (4) est de l'ordre de 4800 mm.
  6. Système de propulsion électrique de navire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le jeu à la coque de l'hélice (12) de la ligne centrale (4) est de l'ordre de 500 mm.
  7. Système de propulsion électrique de navire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un bulbe (14) régulateur de sillage est placé en amont de l'hélice (12) de la ligne centrale (4).
  8. Système de propulsion électrique de navire selon la revendication 7, caractérisé en ce que le bulbe (14) régulateur de sillage est constitué d'une pièce de forme sensiblement cylindrique.
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EP1826117A1 EP1826117A1 (fr) 2007-08-29
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DE (1) DE602007008628D1 (fr)
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FR (1) FR2897836B1 (fr)

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