Dispositif et procédé de réglage de la vitesse d'un navire

Abstract

 La présente invention porte sur un dispositif de réglage de la vitesse d'un navire, caractérisé par des moyens d'optimisation (16 à 22) de la configuration des moyens propulsifs (15) dudit navire.
La présente invention porte également sur un procédé de réglage de la vitesse d'un navire.

Description

[0001] L'invention concerne un dispositif et un procédé de réglage de la vitesse d'un navire équipé de moyens propulsifs.

[0002] Les moyens propulsifs concernés par le présent document comprennent au moins chacun des éléments suivants :

• un moteur à combustion interne à sens de marche réversible,
• un réducteur entraîné par le moteur,
• un embrayeur de type à friction permettant de désolidariser le moteur du réducteur,
• une ligne d'arbre entraînant une hélice à pales fixes,
• un frein de type à friction permettant de ralentir et d'immobiliser la ligne d'arbre.

[0003] Le réglage de la vitesse en avant et en arrière des navires équipés d'un appareil propulsif de ce type s'obtient en agissant sur la vitesse et le sens de rotation du moteur et en conséquence de l'hélice, la modification de ces deux paramètres pouvant nécessiter la manoeuvre conjuguée ou successive de l'embrayeur et du frein. La modification de l'allure de marche du moteur nécessite la connaissance préalable du couple résistant qui sera imposé au moteur après modification de l'allure car il est évident qu'un couple résistant qui apparaîtrait supérieur au couple moteur disponible risquerait de conduire à l'arrêt du moteur. Les manoeuvres du frein et de l'embrayeur provoquent la transformation d'une partie de l'énergie mécanique transitant par ces organes en énergie calorifique. Si la limite de dissipation de cette énergie calorifique est dépassée, il y a d'abord dégradation des couples transmissibles par ces organes puis détérioration irréversible de certains de leurs éléments constitutifs.

[0004] La conduite du navire exige donc la prise en compte simultanée de nombreux paramètres, ceci pouvant être rendu encore plus complexe si l'appareil propulsif comporte par exemple deux moteurs entraînant une ligne d'arbre par l'intermédiaire d'un réducteur assurant la transmission de puissance de l'un et/ou de l'autre moteur vers la ligne d'arbre. Dans ce cas et si l'allure de marche demandée le permet, l'un des moteurs peut par exemple être débrayé et arrêté.

[0005] Les allures de marche du navire et les situations les plus fréquentes sont les suivantes :

• les manoeuvres en avant et en arrière,
• la marche avant, de l'arrêt à la vitesse maximum,
• le freinage et l'arrêt du navire sur une distance minimum, situation désignée par l'anglicisme crash-stop,
• l'indisponibilité subite d'un moteur quand l'appareil propulsif comporte plusieurs moteurs.

[0006] La présente invention a donc pour but un procédé de réglage de la vitesse d'un navire permettant d'apporter une assistance à la conduite du navire en automatisant le choix de la configuration de l'appareil propulsif la meilleure pour assurer l'allure de marche demandée tout en respectant les limites des performances des moteurs, des freins et des embrayeurs ainsi que leur disponibilité.

[0007] Conformément à une caractéristique essentielle de l'invention, le procédé de réglage de la vitesse d'un navire, ledit navire étant équipé de moyens propulsifs et de moyens d'optimisation de la configuration desdits moyens propulsifs, lesdits moyens propulsifs comprenant au moins un moteur à combustion interne à sens de marche réversible, un réducteur de vitesse entraîné par ledit moteur, un embrayeur de type à friction permettant de désolidariser le moteur dudit réducteur associé, une ligne d'arbre entraînant une hélice à pales fixes et un frein permettant de ralentir et d'immobiliser la ligne d'arbre, ledit procédé comportant les étapes consistant à:

• choisir une vitesse de consigne pour le navire,
• capter la vitesse actuelle du navire et les paramètres représentatifs du fonctionnement du moteur, du réducteur, du frein, de l'embrayeur et de l'hélice, et étant caractérisé en ce qu'il comporte des étapes supplémentaires consistant à:
• comparer les valeurs obtenues de ladite vitesse actuelle du navire et desdits paramètres représentatifs du fonctionnement du moteur aux valeurs des mêmes paramètres qui résulteraient du respect de la vitesse de consigne du navire,
• envoyer des ordres de modification d'état du moteur, du frein et de l'embrayeur nécessaires à l'obtention desdites valeurs desdits paramètres résultant de ladite consigne de vitesse du navire, lesdits ordres de modification d'état du moteur, du frein et de l'embrayeur étant déterminés de telle sorte que les performances maximum qui en résultent pour le moteur, le frein ou l'embrayeur n'excèdent pas les performances maximum autorisées pour ces composants.

[0008] Le procédé de réglage de la vitesse d'un navire de l'invention satisfait également à l'une des caractéristiques suivantes:

• lesdites valeurs desdites limites de performances du moteur, du frein et de l'embrayeur sont calculées avant l'envoi de chaque ordre de modification d'état, ledit calcul consistant, pour le moteur, à déterminer le couple maximum potentiellement disponible et la loi d'obtention de ce couple en partant de l'état actuel du moteur, et, pour l'embrayeur et le frein, à déterminer le potentiel d'énergie thermique pouvant encore transiter par ces composants compte tenu de leur état thermique actuel et du nombre de manoeuvres qu'ils ont déjà effectué,
• une manoeuvre d'embrayage est réalisée conjointement à une manoeuvre d'augmentation du couple moteur de manière à permettre audit couple moteur de s'établir tout en minimisant l'énergie calorifique générée par l'embrayeur.

[0009] Conformément à une autre caractéristique essentielle de l'invention, le dispositif de réglage de la vitesse d'un navire, notamment pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, est destiné tout particulièrement à un navire comportant des moyens propulsifs comprenant au moins un moteur à combustion interne à sens de marche réversible, un réducteur de vitesse entraîné par ledit moteur, un embrayeur de type à friction permettant de désolidariser le moteur dudit réducteur associé, une ligne d'arbre entraînant une hélice à pales fixes et un frein permettant de ralentir et d'immobiliser la ligne d'arbre, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'optimisation de la configuration des moyens propulsifs.

[0010] Un avantage du procédé de réglage de la vitesse d'un navire de l'invention est qu'il est susceptible de calculer en permanence les possibilités de manoeuvres.

[0011] Un autre avantage du procédé de réglage de la vitesse d'un navire de l'invention est qu'il est susceptible d'indiquer à l'opérateur les configurations optimales de l'appareil propulsif.

[0012] Un autre avantage du procédé de réglage de la vitesse d'un navire de l'invention est qu'il est susceptible d'adapter automatiquement la configuration aux consignes de vitesse du navire.

[0013] D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description du dispositif et du procédé de réglage de la vitesse d'un navire, description faite en liaison avec les dessins joints dans lesquels:

• la figure 1 représente schématiquement et à titre d'exemple un appareil propulsif,
• la figure 2 illustre un schéma d'acquisition conforme à l'invention.

[0014] La figure 1 représente schématiquement à titre d'exemple un appareil propulsif 15 comportant deux moteurs 1, 2, liés chacun à un unique réducteur de vitesse 5 par l'intermédiaire d'embrayeurs 3, 4 de type à friction permettant d'isoler sélectivement chaque moteur du réducteur.

[0015] Le réducteur est constitué de deux roues dentées d'entrée 9 et 10 liés aux embrayeurs 3 et 4. Ces roues coopèrent avec une unique roue de sortie 11.

[0016] La sortie du réducteur 5 entraîne une ligne d'arbre 7 liée à une roue 11.

[0017] La ligne d'arbre 7 est munie à son extrémité opposée au réducteur d'une hélice à pales fixes 8.

[0018] Un frein à friction 6 constitué d'un disque 13 susceptible d'être immobilisé par des mâchoires de serrage 14 est relié à la roue 11 par l'intermédiaire d'une roue d'entrée 12.

[0019] La figure 2 illustre, conformément à l'invention, un schéma d'acquisition des valeurs de consignes, des valeurs des paramètres de fonctionnement des composants de l'appareil propulsif 15 ainsi que du traitement permettant de générer les ordres de modification d'état schématisé par les blocs numérotés de 16 à 22.

[0020] A titre d'exemple, nous allons décrire l'exécution d'une manoeuvre consistant à passer de marche avant à marche arrière.

[0021] Le navire étant en marche avant, le moteur 1 est embrayé et assure la propulsion, le moteur 2 est débrayé et fonctionne au ralenti dans le sens de rotation correspondant à la marche arrière du navire. On enregistre dans le bloc 16 les valeurs de consigne, soit le nouveau sens de marche et la vitesse finale et éventuellement l'indisponibilité de certains organes.

[0022] On transmet ces valeurs au bloc 17 où on en déduit par traitement les valeurs que doivent avoir les paramètres de fonctionnement des composants de l'appareil propulsif pour respecter les valeurs de consigne. On enregistre dans le bloc 18 les paramètres de fonctionnement actuels des composants de l'appareil propulsif 15, comprenant en particulier les températures des organes de friction pour les embrayeurs et le frein, ainsi que la vitesse actuelle du navire et on calcule le couple de restitution que l'hélice fournira lorsqu'elle sera débrayée du moteur 1. On détermine dans le bloc 19 la nature et les valeurs théoriques des ordres de modification d'état à envoyer à l'appareil propulsif, déduites par comparaison des valeurs issues des traitements effectués dans les blocs 17 et 18. On détermine dans le bloc 20 les limites de performances des composants de l'appareil propulsif 15 à partir des valeurs fournies par le bloc 18. On compare dans le bloc 21 les valeurs théoriques issues du bloc 19 aux valeurs limites issues du bloc 20 et on détermine les ordres de modification d'état finalement compatibles avec l'état actuel des composants de l'appareil propulsif.

[0023] Les limitations peuvent par exemple porter sur l'énergie calorifique dissipable par le frein, celle-ci pouvant être inférieure à ce qui serait produit par l'effet du couple de restitution de l'hélice. Il sera alors nécessaire de limiter le couple de freinage ou de ne pas freiner et d'attendre le ralentissement naturel du navire pour obtenir une énergie de restitution de l'hélice acceptable par le frein. Si à ce moment le frein est indisponible, il faudra vérifier que le couple actuel de restitution de l'hélice est compatible avec le couple potentiel du moteur 2 tournant dans le sens convenable et pour lequel on adaptera la prise de couple de l'embrayeur de manière à laisser le temps au moteur 2 de produire un couple utile suffisant après avoir débrayé le moteur 1, cette production pouvant être accélérée par des moyens connus.

[0024] Les ordres de modification d'état sont alors mis à disposition du bloc 22 qui les transmet pour exécution aux différents organes de l'appareil propulsif 15 tout en informant la personne chargée de la conduite du navire. Cette personne peut à ce moment laisser se poursuivre l'exécution ou modifier ou invalider tout ou partie des ordres déterminés par la chaine de traitement.

[0025] Le dispositif de réglage de la vitesse d'un navire de l'invention, notamment pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, est destiné tout particulièrement à un navire comportant des moyens propulsifs 15 comprenant au moins un moteur à combustion interne 1, 2 à sens de marche réversible, un réducteur de vitesse 5 entraîné par le moteur, un embrayeur 3, 4 de type à friction permettant de désolidariser le moteur du réducteur associé, une ligne d'arbre 7 entraînant une hélice 8 à pales fixes et un frein 6 permettant de ralentir et d'immobiliser la ligne d'arbre.

[0026] Conformément à l'invention, le dispositif de réglage de la vitesse d'un navire comprend des moyens d'optimisation 16 à 22 de la configuration des moyens propulsifs 15.

[0027] Il résulte de ce qui précède que le procédé de l'invention comporte les étapes connues consistant à:

• choisir une vitesse de consigne pour le navire,
• capter la vitesse actuelle du navire et les paramètres représentatifs du fonctionnement du moteur, du réducteur, du frein, de l'embrayeur et de l'hélice.

[0028] Le procédé de l'invention comporte également des étapes supplémentaires consistant à:

• comparer les valeurs obtenues de ladite vitesse actuelle du navire et desdits paramètres représentatifs du fonctionnement du moteur aux valeurs des mêmes paramètres qui résulteraient du respect de la vitesse de consigne du navire, et
• envoyer des ordres de modification d'état du moteur, du frein et de l'embrayeur nécessaires à l'obtention desdites valeurs desdits paramètres résultant de ladite consigne de vitesse du navire, lesdits ordres de modification d'état du moteur, du frein et de l'embrayeur étant déterminés de telle sorte que les performances maximum qui en résultent pour le moteur, le frein ou l'embrayeur n'excèdent pas les performances maximum autorisées pour ces composants.

[0029] De plus, le procédé est tel que les valeurs des limites de performances du moteur, du frein et de l'embrayeur sont calculées avant l'envoi de chaque ordre de modification d'état.

[0030] Ce calcul consiste, pour le moteur, à déterminer le couple maximum potentiellement disponible et la loi d'obtention de ce couple en partant de l'état actuel du moteur.

[0031] Ce calcul consiste, pour l'embrayeur et le frein, à déterminer le potentiel d'énergie thermique pouvant encore transiter par ces composants compte tenu de leur état thermique actuel et du nombre de manoeuvres qu'ils ont déjà effectué.

[0032] Enfin le procédé de l'invention comporte une manoeuvre d'embrayage réalisée conjointement à une manoeuvre d'augmentation du couple moteur de manière à permettre au couple moteur de s'établir tout en minimisant l'énergie calorifique générée par l'embrayeur.

[0033] Les paramètres d'entrée et de sortie susceptibles d'être pris en compte dans le procédé de réglage de la vitesse d'un navire de l'invention sont donnés ci-après à titre d'exemple.

[0034] Les paramètres d'entrée concernant au moins un des moteurs sont, par exemple, la vitesse avant, la vitesse arrière, la position avant, la position arrière, la disponibilité du moteur, l'indisponibilité du moteur, le cran d'injection, la vitesse du ou des turbocompresseurs, la pression d'air de suralimentation.

[0035] Les paramètres d'entrée concernant au moins un des embrayeurs sont, par exemple, la position embrayée, la position débrayée, la disponibilité de l'embrayeur, l'indisponibilité de l'embrayeur, le nombre de manoeuvres, les températures des organes de friction, les paramètres de sécurité.

[0036] Les paramètres d'entrée concernant au moins un des freins sont, par exemple, la position ouverte, la position fermée, la disponibilité du frein, l'indisponibilité du frein, le nombre de manoeuvres, les températures des organes de friction, les efforts de réaction sur les parties fixes liées à la coque, les paramètres de sécurité.

[0037] Les paramètres d'entrée concernant au moins un des réducteurs sont, par exemple, la disponibilité du réducteur, l'indisponibilité du réducteur, les paramètres de sécurité.

[0038] Les paramètres d'entrée concernant l'hélice sont, par exemple, la vitesse de l'hélice en avant, la vitesse de l'hélice en arrière.

[0039] Les paramètres d'entrée concernant le navire sont, par exemple, la vitesse du navire en avant, la vitesse du navire en arrière, le déplacement.

[0040] Les paramètres de sortie concernant au moins un des moteurs sont, par exemple, l'ordre de position avant, l'ordre de position arrière, l'ordre de démarrage, l'ordre de vitesse à une valeur donnée, l'ordre de stop.

[0041] Les paramètres de sortie concernant au moins un des embrayeurs sont, par exemple, l'ordre d'embrayage, l'ordre de débrayage.

[0042] Les paramètres de sortie concernant au moins un des freins sont, par exemple, l'ordre d'ouverture, l'ordre de fermeture.

[0043] Les paramètres de sortie concernant le navire sont, par exemple, la vitesse du navire en marche avant, la vitesse du navire en marche arrière.

[0044] Ces paramètres de sécurité pour un organe peuvent être, par exemple, le niveau de pression d'huile de graissage ou la température d'un palier.

Revendications

1. Procédé de réglage de la vitesse d'un navire, ledit navire étant équipé de moyens propulsifs (15) et de moyens d'optimisation (16 à 22) de la configuration desdits moyens propulsifs (15), lesdits moyens propulsifs comprenant au moins un moteur à combustion interne (1, 2) à sens de marche réversible, un réducteur de vitesse (5) entraîné par ledit moteur (1, 2), un embrayeur (3, 4) de type à friction permettant de désolidariser le moteur dudit réducteur associé, une ligne d'arbre (7) entraînant une hélice (8) à pales fixes et un frein (6) permettant de ralentir et d'immobiliser la ligne d'arbre, ledit procédé comportant les étapes consistant à:

- choisir une vitesse de consigne pour le navire,

- capter la vitesse actuelle du navire et les paramètres représentatifs du fonctionnement du moteur, du réducteur, du frein, de l'embrayeur et de l'hélice,

et étant caractérisé en ce qu'il comporte des étapes supplémentaires consistant à:

- comparer les valeurs obtenues de ladite vitesse actuelle du navire et desdits paramètres représentatifs du fonctionnement du moteur aux valeurs des mêmes paramètres qui résulteraient du respect de la vitesse de consigne du navire,

- envoyer des ordres de modification d'état du moteur, du frein et de l'embrayeur nécessaires à l'obtention desdites valeurs desdits paramètres résultant de ladite consigne de vitesse du navire, lesdits ordres de modification d'état du moteur, du frein et de l'embrayeur étant déterminés de telle sorte que les performances maximum qui en résultent pour le moteur, le frein ou l'embrayeur n'excèdent pas les performances maximum autorisées pour ces composants.

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel lesdites valeurs desdites limites de performances du moteur, du frein et de l'embrayeur sont calculées avant l'envoi de chaque ordre de modification d'état, ledit calcul consistant, pour le moteur, à déterminer le couple maximum potentiellement disponible et la loi d'obtention de ce couple en partant de l'état actuel du moteur, et, pour l'embrayeur et le frein, à déterminer le potentiel d'énergie thermique pouvant encore transiter par ces composants compte tenu de leur état thermique actuel et du nombre de manoeuvres qu'ils ont déjà effectué.

3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel une manoeuvre d'embrayage est réalisée conjointement à une manoeuvre d'augmentation du couple moteur de manière à permettre audit couple moteur de s'établir tout en minimisant l'énergie calorifique générée par l'embrayeur.

4. Dispositif de réglage de la vitesse d'un navire notamment pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes et destiné tout particulièrement à un navire comportant des moyens propulsifs (15) comprenant au moins un moteur à combustion interne (1, 2) à sens de marche réversible, un réducteur de vitesse (5) entraîné par ledit moteur, un embrayeur (3, 4) de type à friction permettant de désolidariser le moteur dudit réducteur associé, une ligne d'arbre (7) entraînant une hélice (8) à pales fixes et un frein (6) permettant de ralentir et d'immobiliser la ligne d'arbre, caractérisé en ce que le dispositif comprend des moyens d'optimisation (16 à 22) de la configuration des moyens propulsifs (15).

Dessins