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RÉSUMÉ
Cet article traite des moteurs 2 temps lourds en application marine, et plus particulièrement des systèmes auxiliaires nécessaires au fonctionnement des moteurs, systèmes qui sont mis en œuvre par les installateurs de ces moteurs dans les navires. L’ensemble des circuits de fluides est ainsi passé en revue, incluant les imposants systèmes de dépollution. L’article conclut par l’évolution qui sera donné à ces systèmes, tous acteurs de la transition énergétique.
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Patrice FLOT : Président - TAMRIS études et conseils, Cabriès, France
INTRODUCTION
Un moteur à combustion interne est une machine qui transforme un carburant et l’air comburant en énergie mécanique. Ces deux fluides doivent être conditionnés pour entrer dans les cylindres. En outre, pour fonctionner, cette machine doit pouvoir être démarrée, lubrifiée, refroidie, dépolluée, maintenue, ce qui nécessite d’adjoindre différents systèmes qui se matérialisent par des circuits spécifiques et leurs équipements.
L’article dresse une revue des circuits auxiliaires de fluides liquides et gazeux, qui sont indispensables au fonctionnement du moteur 2 temps lourd, dit aussi moteur lent, en application maritime et qui sont disposés en salle des machines à proximité de celui-ci. Ils sont remarquablement plus nombreux et plus complexes que les circuits d’une voiture ! Contrairement à ces derniers, il y a plusieurs circuits d’huile, plusieurs circuits d’eau et plusieurs circuits d’air ou de gaz qui ont chacun leurs fonctions propres.
Les schémas fluides de principe sont donnés, ainsi qu’une description des principaux équipements que l’on trouve habituellement sur ces circuits. Une partie de ceux-ci sont déjà bien connus des exploitants de moteurs semi- rapides, du fait de l’emploi des mêmes carburants, dans le même environnement (HFO, marine). Le dernier chapitre aborde les systèmes de dépollution des gaz d’échappement ainsi que la récupération d’énergie qui peut être effectuée essentiellement à partir de la chaleur de ces gaz.
L’article [BM 2 653] présente des éléments sur le marché et les volumes de marché de ces moteurs, ainsi qu’une description détaillée de leur constitution mécanique.
Le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire des termes, des sigles et des expressions importants de l’article.
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1. Circuits d’eau
Si les moteurs automobiles ont en général un seul circuit d’eau, les moteurs lents, eux, en ont près d’une dizaine ! Chacun de ces circuits est dédié à une fonction nécessaire au moteur (refroidissement, réchauffage, traitement d’eau, nettoyage) et ils peuvent être interconnectés.
1.1 Refroidissement
Le refroidissement est nécessairement réalisé par 3 circuits : eau de mer, eau douce à basse température, eau douce à haute température.
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Le circuit d’eau de mer assure l’ensemble du refroidissement du moteur indirectement, par l’intermédiaire de différents fluides plus faciles à opérer. Pour limiter les contraintes de maintenance liées à l’eau de mer, les circuits sont très courts et impliquent un minimum d’équipements. Une disposition classique de ce circuit est constituée d’une prise d’eau de mer et de sa vanne de sectionnement, une pompe à eau de mer, un échangeur centralisé eau de mer/eau douce et un rejet à la mer également avec vanne de sectionnement.
Une autre disposition, dite « box cooler », fait l’économie des vannes de sectionnement et de la pompe à eau de mer ; un compartiment inférieur du navire est noyé dans l’eau de mer, et différents échangeurs sous forme d’épingles sont suspendus par le plafond et plongés dans ce compartiment. Une circulation d’eau de mer est assurée par des ouïes d’entrée et de sortie ménagées dans la coque du navire. Des électrodes et des émetteurs ultrason peuvent être associés aux épingles pour limiter la corrosion galvanique, et les incrustations de coquillage. Les figures 1, 2, 3 et 4 illustrent cette disposition.
Un inconvénient de la technologie box cooler est la quasi-impossibilité de nettoyer les épingles sans une mise à sec du navire. Il faut donc prévoir suffisamment de marge dans le dimensionnement de celles-ci de façon à pouvoir attendre les passages programmés du navire en cale sèche.
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Le circuit d’eau douce à basse température, généralement réglé par régulation entre 25 et 35 °C,...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - JACOBSEN (D.M.S.), PEDERSEN (J.M.), SVENSSON (J.), MAYER (S.) - Cylinder Lube Oil Experiences and New Development for the MAN B&W Two-stroke Engines. - Article n° 73 congrès CIMAC d'Helsinki (2016).
-
(2) - SVEISTRUP JACOBSEN (D.M.), SVENSSON (J.), SJÖHOLM (J.), AABO (K.), ANDERSSON (H.) - Fuel 2020 – Are You Ready for the 0,50 % Sulfur Fuel Cap ? - Article n° 374 congrès CIMAC de Vancouver (2019).
-
(3) - FLOT (P.), MESLATI (A.), DIGNETON (M.) - Improving Efficiency and Emissions of Otto Gas Engines, by continuously monitoring Fuel Gas Quality. - Article n° 26 congrès CIMAC de Vancouver (2019).
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(4) - HANSEN (J.P.), KALTOFT (J.), BAK (F.), GORTZ (J.), PEDERSEN (M.), UNDERWOOD (C.) - Reduction of SO2, NOx, and Particulate Matter from Ships with Diesel Engine. - Danish Environmental Protection Agency, Edition Miljostyrelsen (2014).
-
(5) - CONFUORTO (N.), GREGORY (D.) - A pratical guide to exhaust gas cleaning systems for the maritime industry. - EGCSA...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Moteur 2 temps léger – Caractères spécifiques et domaines d'application.
-
Moteur 2 temps lourd – Domaines d'application et caractères spécifiques structurels.
-
Moteurs à gaz pour les transports. Véhicules routiers, engins et bateaux.
NORMES
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Produits pétroliers – Combustibles (classe F) – Spécifications des combustibles pour la marine. - ISO 8217-2017 - 2017
ANNEXES
Annexe VI de MARPOL et code NOx 2008 et directives d'application (IMO réf. KC664F, édition 2017).
IGC Code, recueil international de règles relatives à la construction et à l’équipement de navires transportant des gaz liquéfiés en vrac (IMO réf. EA104F, édition 2016).
IGF Code, recueil international de règles relatives à la sécurité aux navires qui utilisent des gaz ou d’autres combustibles à faible point d’éclair (IMO réf. E109F, édition 2016).
Rule Note NR529 DT R03 E – Gas Fuelled Ships (Bureau Veritas, January 2020).
HAUT DE PAGE2.1 Concepteurs de moteurs lents
J-ENG , Japan Engine Corporation
MAN Energy Solutions
WinGD, Winterthur Gas Diesel
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