Le rapport de réduction d'un réducteur marin correspond au nombre de tours moteur par tour d'hélice : un réducteur de 4:1 accouplé à un moteur tournant à 2200 rpm entraîne l'hélice à 550 rpm. Pour sélectionner un réducteur, choisissez le rapport qui place l'hélice à sa vitesse de conception au régime nominal du moteur, puis confirmez que la puissance admissible du réducteur à cette vitesse d'entrée, sa poussée admissible et sa cloche conviennent au moteur et au navire.
Points essentiels
- La vitesse de l'arbre d'hélice est égale au régime nominal du moteur divisé par le rapport de réduction.
- Les rapports plus élevés entraînent une hélice plus grande et plus lente, ce qui procure généralement davantage de poussée à faible vitesse du bateau ; les rapports plus faibles conviennent aux petites hélices sur des coques plus rapides.
- La capacité d'un réducteur est principalement limitée par le couple ; les fiches techniques l'expriment donc souvent en puissance par unité de régime (kW par r/min) ou en puissance maximale à une vitesse d'entrée donnée.
- Le couple moteur en N·m est égal à 9550 × puissance en kW ÷ rpm, et le couple de sortie augmente approximativement en proportion du rapport.
- Le palier de butée du réducteur reprend la poussée de l'hélice ; sa poussée nominale doit donc être adaptée à l'hélice et au service du navire.
- La cloche, l'accouplement d'entrée et la bride de sortie doivent correspondre au carter de volant moteur et à l'accouplement de l'arbre d'hélice.
À quoi sert réellement le rapport de réduction d'un réducteur marin ?
Les moteurs diesel développent leur puissance à des régimes bien supérieurs à la vitesse de rotation optimale d'une hélice. Un réducteur échange de la vitesse contre du couple : il abaisse le régime de l'arbre selon son rapport et, hormis de faibles pertes dans les engrenages et les roulements, multiplie le couple par le même facteur. Un réducteur marin assure également la marche avant et la marche arrière au moyen de ses embrayages, et contient le palier de butée qui transmet la poussée de l'hélice à la coque.
Une hélice plus grande et plus lente est généralement plus efficace pour les navires lents et fortement chargés, comme les chalutiers, les remorqueurs et les barges, car elle accélère une plus grande masse d'eau dans une moindre mesure. C'est pourquoi ces bateaux utilisent souvent des rapports de 4:1 ou plus, tandis que les coques plus légères et plus rapides fonctionnent avec des rapports plus faibles et des hélices plus petites.
Comment calculer la vitesse de l'arbre d'hélice ?
Divisez le régime nominal du moteur par le rapport du réducteur. Le tableau utilise des associations réelles de moteurs et de réducteurs pour montrer comment le rapport modifie la vitesse de l'arbre.
| Moteur et régime nominal | Réducteur et rapport | Vitesse de l'arbre d'hélice au régime nominal | Applications courantes |
|---|---|---|---|
| 6CTA8.3-M205 de type Cummins, 2328 rpm | Advance HC300, 2.04:1 | environ 1141 rpm | Coques à déplacement rapides ou semi-planantes |
| Moteur à 2200 rpm | Advance 120C, 2.96:1 | environ 743 rpm | Petits bateaux de pêche et de travail |
| Weichai WD618.C-16, 1700 rpm | Advance HC138, 3:1 | environ 567 rpm | Bateaux de transport fluvial |
| SDEC D683, 2200 rpm | Advance 135A, 4:1 | environ 550 rpm | Chalutiers et bateaux de travail |
| Weichai WD618.C-16, 1700 rpm | Advance HC138, 4:1 | 425 rpm | Barges fortement chargées |
| Moteur à 2200 rpm | Advance D300A, 5.05:1 | environ 436 rpm | Remorqueurs et navires lents à forte poussée |
L'association du D683 avec un rapport de 4:1 a été utilisée lors de la remotorisation d'un chalutier de 24 m, et les associations WD618 et HC138 proviennent d'une flotte de transport fluvial dont les rapports de 3:1 et 4:1 ont été choisis bateau par bateau pour s'adapter à chaque coque et à chaque hélice.
Comment choisir le bon rapport pour mon hélice ?
Le rapport et l'hélice se choisissent ensemble. Lors d'une remotorisation conservant l'hélice existante, l'objectif est simple : choisir le rapport qui reproduit l'ancienne vitesse de l'arbre d'hélice au régime nominal du nouveau moteur. Si l'ancien moteur tournait à 1800 rpm avec un réducteur de 3:1 (600 rpm à l'arbre), un nouveau moteur au régime nominal de 2200 rpm nécessite un rapport d'environ 3.67:1 pour conserver la même vitesse d'arbre. On choisit ensuite le rapport disponible le plus proche, puis on vérifie ou ajuste le pas de l'hélice.
Pour une construction neuve ou une nouvelle hélice, la démarche se fait généralement dans l'autre sens :
- Déterminer le plus grand diamètre d'hélice permis par la coque et le jeu en bout de pale.
- Estimer la vitesse d'arbre adaptée à ce diamètre, en fonction de la vitesse de la coque et de la charge, à l'aide d'un logiciel de conception d'hélices ou d'abaques.
- Diviser le régime nominal du moteur par cette vitesse d'arbre pour obtenir le rapport idéal.
- Choisir le rapport standard le plus proche dans la famille de réducteurs et affiner le pas de l'hélice.
Les rapports standard sont proposés par paliers. Le Fada FD120 est proposé en 1.48, 1.94, 2.45, 2.96 et 3.35:1, et l'Advance HC138 en 2.52, 3.0, 3.57, 4.05 et 4.45:1. Le pas de l'hélice compense la faible différence entre le rapport idéal et le rapport disponible.
Le réducteur est-il assez robuste pour la puissance et le couple de mon moteur ?
Un réducteur est principalement limité par le couple qu'il peut transmettre ; sa puissance admissible diminue donc lorsque la vitesse d'entrée baisse. Les fabricants l'expriment couramment de deux façons : sous forme de puissance maximale à un régime donné (par exemple, le Fada FD120 est donné pour 340 HP à 2500 rpm et le HC138 pour 375 HP à 2500 rpm), ou sous forme de capacité de transmission en kW par r/min. Cette capacité peut également varier selon les rapports au sein d'une même famille ; vérifiez donc toujours la ligne correspondant au rapport exact dont vous avez besoin.
Pour comparer un moteur à un réducteur, divisez la puissance du moteur en kW par son régime nominal en rpm :
- Un moteur de 320 hp métriques (environ 235 kW) à 2200 rpm nécessite environ 0.107 kW par r/min.
- Un moteur de 170 kW à 1700 rpm nécessite 0.100 kW par r/min.
La capacité nominale du réducteur pour le rapport choisi doit être au moins égale à cette valeur, avec une marge adaptée à la catégorie de service du moteur. La même vérification peut se faire directement sur le couple : le couple moteur en N·m est égal à 9550 × kW ÷ rpm ; ainsi, 235 kW à 2200 rpm correspondent à environ 1020 N·m au volant moteur, et avec un rapport de 4:1, l'arbre de sortie transmet environ quatre fois cette valeur, déduction faite de faibles pertes.
Vérifiez également la plage de vitesse d'entrée. Les Advance 135A, D300A et HC300 indiquent 750–2500 rpm, et le 120C indique 1000–2500 rpm ; les régimes nominal et de ralenti du moteur doivent se situer dans la plage du réducteur.
Qu'en est-il de la poussée, des brides et des accouplements ?
Une fois le rapport et la capacité correctement choisis, les interfaces mécaniques déterminent si l'ensemble peut être assemblé sans difficulté.
| Contrôle | Pourquoi c'est important | Exemples de valeurs issues des fiches techniques |
|---|---|---|
| Poussée nominale de l'hélice | Le palier de butée du réducteur transmet la poussée de l'hélice à la coque | 120C: 25 kN; HC300: 50 kN; D300A: 60 kN |
| Cloche (dimension SAE) | Doit correspondre au carter de volant moteur | HC300 et D300A : SAE 0 ou SAE 1 |
| Accouplement d'entrée | Transmet le couple du volant moteur et amortit les vibrations de torsion | Dimensionné selon le couple moteur et les fixations du volant moteur |
| Bride de sortie | Doit correspondre à l'accouplement de l'arbre d'hélice | Confirmer le diamètre de la bride et le cercle de perçage |
| Entraxe | Détermine le décalage vertical entre les arbres d'entrée et de sortie | 120C et FD120 : 180 mm ; HC138 : 225 mm ; D300A : 355 mm |
| Poids et dimensions | Influencent la conception du bâti moteur et l'assiette | D300A : environ 680 kg ; FD120 : environ 225 kg |
L'entraxe est souvent négligé lors des remotorisations. Il modifie le décalage vertical entre le vilebrequin et l'arbre d'hélice ; un réducteur dont l'entraxe diffère de l'ancien peut donc nécessiter de relever ou d'abaisser le bâti moteur pour maintenir l'alignement de la ligne d'arbre.
Sur les installations bimoteurs, les deux réducteurs doivent avoir le même rapport, et le sens de rotation de l'hélice doit être prévu pour chaque bord. De nombreux inverseurs-réducteurs marins peuvent entraîner la sortie dans les deux sens avec un rapport identique, mais confirmez cette possibilité pour le modèle exact avant de spécifier des hélices à pas à droite ou à gauche. Lors de la remotorisation du yacht à deux moteurs, le rapport des réducteurs a été choisi proche de ceux d'origine afin de conserver les hélices existantes.
De quelles informations un fournisseur a-t-il besoin pour sélectionner un réducteur adapté ?
Envoyez le modèle du moteur, sa puissance et son régime nominaux, la dimension SAE du carter de volant moteur, la catégorie de service, le diamètre et le pas de l'hélice, le diamètre de l'arbre ainsi que le modèle et le rapport de l'ancien réducteur s'il s'agit d'une remotorisation. Les ingénieurs MARS utilisent ces données pour vérifier le rapport, la capacité et les interfaces, et peuvent faire fonctionner le moteur et le réducteur ensemble au banc avant expédition, avec un rapport écrit et une vidéo. Demandez une sélection de réducteur en fournissant les données de votre moteur et de votre hélice.
Questions fréquentes
Que signifie un rapport de réducteur de 3:1 ?
Le moteur effectue trois tours pour chaque tour de l'arbre d'hélice. À un régime moteur de 2200 rpm, l'hélice tourne à environ 733 rpm, avec un couple de sortie équivalant approximativement à trois fois le couple moteur.
Un rapport de réduction plus élevé est-il préférable ?
Pas en soi. Un rapport plus élevé convient à une hélice plus grande et plus lente ainsi qu'aux navires lourds et lents, tandis qu'un rapport plus faible convient aux petites hélices sur des coques plus légères et plus rapides. Le bon rapport est celui qui correspond à votre hélice et à votre coque.
Puis-je utiliser un réducteur donné pour 2500 rpm sur un moteur à 1800 rpm ?
Oui, si 1800 rpm se situe dans la plage de vitesse d'entrée du réducteur et si sa capacité à 1800 rpm couvre la puissance du moteur. La capacité étant limitée par le couple, la puissance admissible à 1800 rpm est inférieure à la valeur annoncée à 2500 rpm.
Que se passe-t-il si le rapport du réducteur est incorrect ?
Si le rapport est trop faible pour l'hélice, le moteur ne peut pas atteindre son régime nominal et fonctionne en surcharge ; s'il est trop élevé, le moteur entre en surrégime avant que toute sa puissance soit absorbée. Les deux situations gaspillent du carburant, et la surcharge réduit la durée de vie du moteur.
Ai-je besoin d'un nouveau réducteur lors d'une remotorisation ?
Pas toujours, mais l'ancien réducteur doit avoir une capacité suffisante pour le nouveau moteur, une cloche compatible et des composants internes en bon état. De nombreux exploitants le remplacent en même temps pour éviter une seconde sortie d'eau.
