Hélice, Types d’hélices et Construction d’hélices

Une hélice est une structure en forme de ventilateur rotatif utilisée pour propulser le navire en utilisant la puissance générée et transmise par le moteur principal du navire.

La puissance transmise est convertie à partir du mouvement de rotation pour générer une poussée qui donne de l’élan à l’eau, entraînant une force qui agit sur le navire et le pousse vers l’avant.

Un navire se propulse sur la base du principe de Bernoulli et de la troisième loi de Newton. Une différence de pression est créée du côté avant et arrière de la pale et l’eau est accélérée derrière les pales.

La poussée de l’hélice est transmise pour déplacer le navire à travers un système de transmission qui consiste en un mouvement de rotation généré par le vilebrequin du moteur principal, l’arbre intermédiaire et ses paliers, l’arbre du tube arrière et son palier et enfin par l’hélice elle-même.

Un navire peut être équipé d’une, deux et rarement trois hélices en fonction de la vitesse et des exigences de manœuvre du navire.

Matériau et construction de l’hélice

Les hélices marines sont fabriquées à partir de matériaux résistants à la corrosion car elles sont directement opérationnelles dans l’eau de mer qui est un accélérateur de corrosion. Les matériaux utilisés pour la fabrication des hélices marines sont un alliage d’aluminium et d’acier inoxydable.

Les autres matériaux populaires utilisés sont les alliages de nickel, d’aluminium et de bronze qui sont 10 à 15% plus légers que les autres matériaux et ont une résistance supérieure.

Le processus de construction de l’hélice comprend la fixation d’un certain nombre de pales au moyeu ou au bossage par soudage ou forgeage en une seule pièce. Les lames forgées sont très fiables et ont une plus grande résistance, mais sont chères par rapport aux lames soudées.

Une hélice marine est construite par des sections de surfaces hélicoïdales agissant ensemble pour tourner dans l’eau avec un effet de vis.

Types d’hélices

Les hélices sont classées en fonction de plusieurs facteurs. La classification des différents types d’hélices est illustrée ci-dessous:

A) Classification par nombre de pales attachées:

Les pales d’hélice peuvent varier de l’hélice à 3 pales à l’hélice à 4 pales et parfois même à 5 pales. Cependant, les plus couramment utilisés sont les hélices à 3 pales et 4 pales.

Cependant, les plus couramment utilisés sont les hélices à 4 pales et à 5 pales.

L’efficacité de l’hélice sera la plus élevée pour une hélice avec un nombre minimum de pales, c’est-à-dire une hélice à 2 pales. Mais pour atteindre le facteur de résistance et compte tenu des lourdes charges soumises par le navire, les hélices à deux pales marines et météorologiques ne sont pas utilisées pour les navires marchands.

Hélice à 3 pales

Une hélice à 3 pales présente les caractéristiques suivantes:

• Le coût de fabrication est inférieur à celui des autres types.
• Sont normalement constitués d’alliage d’aluminium.
• Donne une bonne performance à grande vitesse.
• L’accélération est meilleure que les autres types.
• La manipulation à basse vitesse n’est pas très efficace.

4 Hélice à pales

Une hélice à 4 pales présente les caractéristiques suivantes:

• Le coût de fabrication est plus élevé que les hélices à 3 pales.
• les hélices à 4 pales sont normalement constituées d’alliages d’acier inoxydable.
• Ont une meilleure résistance et durabilité.
• Donne une bonne maniabilité et des performances à basse vitesse.
• A un meilleur pouvoir de tenue dans les mers agitées.
• l’hélice à 4 pales offre une meilleure économie de carburant que tous les autres types.

5 hélice à pales

Une hélice à 5 pales présente les caractéristiques suivantes:

• Le coût de fabrication est plus élevé de tous.
• Les vibrations sont minimes de tous les autres types.
• les hélices à 5 pales ont une meilleure tenue en mer agitée.

6 hélice à pales

• Le coût de fabrication est élevé
• Les vibrations sont minimes par rapport à tous les autres types.
• les hélices à 6 pales ont une meilleure tenue en mer agitée.
• Avec une hélice à six pales, le champ de pression induit sur l’hélice diminue

Les grands porte-conteneurs sont principalement équipés d’hélices à 5 ou 6 pales.

B) Classification Par pas de la pale:

Le pas d’une hélice peut être défini comme le déplacement qu’une hélice effectue pour chaque tour complet de 360. La classification des hélices sur la base du pas est la suivante.

Hélice à pas fixe

Les pales de l’hélice à pas fixe sont fixées en permanence au moyeu. Les hélices à pas fixe sont coulées et la position des pales et donc la position du pas est fixe en permanence et ne peut pas être modifiée pendant l’opération. Ils sont normalement fabriqués en alliage de cuivre.

Les hélices à pas fixe sont robustes et fiables car le système n’intègre aucune connexion mécanique et hydraulique comme dans les hélices à pas contrôlé (CPP). Les coûts de fabrication, d’installation et d’exploitation sont inférieurs à ceux du type à hélice à pas contrôlé (CPP). La manœuvrabilité de l’hélice à pas fixe n’est pas aussi bonne que celle du CPP.

Ce type d’hélices est monté sur un navire qui n’a pas de bonnes exigences de manœuvrabilité.

Hélice à pas réglable

Dans une hélice à pas contrôlé, il est possible de modifier le pas en faisant tourner la pale autour de son axe vertical au moyen d’un agencement mécanique et hydraulique. Cela aide à conduire les machines de propulsion à charge constante sans mécanisme d’inversion requis car le pas peut être modifié pour correspondre à la condition de fonctionnement requise. Ainsi, la maniabilité s’améliore et le rendement du moteur augmente également.

Cet inconvénient inclut la possibilité de pollution par les hydrocarbures car l’huile hydraulique dans le bossage qui sert à contrôler le pas peut s’échapper. C’est un système complexe et coûteux à la fois du point d’installation et du point de fonctionnement. De plus, le pas peut rester bloqué dans une position, ce qui rend difficile la manœuvre du moteur.

Lire aussi: Hélice à pas contrôlable (CPP) Vs Hélice à Pas Fixe (FPP)

Cependant, l’efficacité de l’hélice pour l’hélice CP est légèrement inférieure à celle de l’hélice FP de même taille en raison du moyeu plus grand pour accueillir le mécanisme de pas de pale et les tuyauteries.

Dimension de l’hélice: En règle générale, une hélice de plus grand diamètre sera plus efficace. Mais la dimension réelle de l’hélice dépendra du type de navire pour lequel elle sera utilisée et des facteurs suivants:

1. Construction de la caisse arrière et conception du navire
2. Dégagement requis entre la pointe et la coque du navire
3. État général du ballast du navire. Pour les pétroliers et les vraquiers, la taille de l’hélice sera petite par rapport aux conteneurs
4. Le tirant d’eau de conception du navire

Dimension de l’hélice Valeur approximative

• Pour le porte-conteneurs d / D = 0,74
• Pour le vraquier et le pétrolier d / D = 0.65

Où d – diamètre de l’hélice, tirant d’eau de conception D

Comment fonctionne une hélice de navire?

Pour les véhicules roulant à terre, le système de propulsion qui les entraîne est différent. Dans ces systèmes, le moteur alimente l’arbre qui est fixé au pneu du véhicule pour qu’il avance sur la carrosserie du véhicule. Cependant, pour les navires qui sont déplacés dans l’eau, il n’existe pas de tels pneus ou surfaces où ils peuvent rouler.

Le navire est déplacé dans l’eau et l’hélice est utilisée pour entraîner le navire en avant ou en arrière, selon le sens de rotation ou le pas de l’hélice. Le moteur du navire est relié à l’hélice du navire via un agencement d’arbre.

Lorsque le moteur fait tourner l’hélice, les pales rayonnantes qui sont fixées à un pas particulier forment une spirale hélicoïdale, semblable à une vis. Ce faisant, il transforme la puissance de rotation en poussée de nature linéaire.

Cette poussée linéaire agit sur l’eau de telle sorte que lorsque les pales de l’hélice tournent, elle crée une pression entre la surface située à l’avant et à l’arrière de celle-ci. Par conséquent, une masse de fluide est accélérée dans une direction créant une force réactive qui aide le corps attaché à l’hélice (qui est le navire) à avancer.

Pour que le navire se déplace en sens inverse, le moteur et donc l’hélice tournent dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. Cela inversera la poussée et le navire se déplacera vers l’arrière. Cependant, le moteur de l’hélice FP est toujours conçu pour une rotation dans le sens des aiguilles d’une montre lorsque vous naviguez devant, par conséquent, prolonger le fonctionnement en arrière n’est pas efficace.

Pour les navires équipés d’une hélice CP, la direction du moteur n’est pas affectée, de sorte que l’efficacité en arrière du navire est meilleure que celle d’une hélice à pas fixe.

Types d’arbre d’hélice

Le moteur du navire est relié à l’hélice via différents arbres reliés entre eux, qui peuvent être nommés comme:

1. Arbre de poussée
2. Arbre intermédiaire
3. Arbre de queue

Arbre de poussée:

Le vilebrequin du moteur est d’abord relié à l’arbre de poussée qui traverse le palier de butée dont la fonction principale est de transférer la poussée à la structure du navire. Le carter du palier de butée est de construction similaire à celle de la plaque de lit du moteur principal et le palier est lubrifié par de l’huile du système de lubrification du moteur principal. Le matériau de l’arbre de poussée est généralement un lingot d’acier forgé massif.

Arbre intermédiaire:

L’arbre de poussée est ensuite relié à un arbre intermédiaire long qui vient en pièces et réuni à l’aide d’accouplements forgés solides. La longueur et le nombre d’arbres intermédiaires réunis dépendent de l’emplacement du moteur principal, car un navire plus grand aura plus de distance entre le moteur principal et l’hélice. Le matériau de l’arbre intermédiaire est généralement un lingot d’acier forgé massif.

Arbre de queue:

L’arbre de queue, comme son nom l’indique, est la partie terminale de l’agencement de l’arbre et porte l’hélice. L’arbre de queue lui-même est porté sur un palier de tube de poupe lubrifié avec des joints d’étanchéité lorsqu’il se connecte et dépasse de la salle des machines du navire en pleine mer, transportant l’hélice.

Le système de lubrification peut être de type à base d’huile ou d’eau. L’arbre de queue transmet la puissance du moteur et la transmission du mouvement à l’hélice. Le matériau de l’arbre de queue est généralement un alliage d’acier inoxydable duplex à haute résistance.

Raison du fonctionnement intensif de l’hélice

Une hélice est fournie avec la puissance du moteur pour faire tourner et propulser le navire dans la direction souhaitée. Si la quantité d’énergie fournie à l’hélice ne génère pas la même vitesse de révolution, l’hélice est considérée comme étant dans un état de fonctionnement important qui peut être dû à la raison suivante:

• Dommages aux pales de l’hélice
• Augmentation de la résistance de la coque due à l’encrassement de la coque entraînant un changement de wakefield
• Pendant une mer agitée / lourde
• Navire naviguant à contre-courant
• Navire naviguant dans un état de ballast léger
• Navire Naviguant En eau peu profonde
• Navire à poupe plate

Références : Q&A sur moteur diesel marin par Stanley g. & Architecture navale par Roseaux

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