Guidage axe/arbre vertical

[invite2f04639b]

Bonjour,

Quelqu'un a-t-il une idée pour effectuer le guidage d'un arbre vertical?

Bien entendu, je cherche la solution la plus rigide et la moins onéreuse. J'ai en tête les solutions suivantes mais je ne sais pas quelle est la meilleure ou si elles sont sensées:
- roulement à billes simple, palier,
- roulement à billes double,
- roulement conique(s), en x, en o
- roulement à aiguilles + butée a billes
- crapautine...

Que me conseillez-vous? Comment connaitre la rigidité? Les limites de contraintes?

Mon arbre vertical sera l'axe d'un éolienne Darrieus.

Cordialement,
-----

[polo974]

Bonjour,

Quelqu'un a-t-il une idée pour effectuer le guidage d'un arbre vertical?

Bien entendu, je cherche la solution la plus rigide et la moins onéreuse. J'ai en tête les solutions suivantes mais je ne sais pas quelle est la meilleure ou si elles sont sensées:
- roulement à billes simple, palier,
- roulement à billes double,
- roulement conique(s), en x, en o
- roulement à aiguilles + butée a billes
- crapautine...

Que me conseillez-vous? Comment connaitre la rigidité? Les limites de contraintes?

Mon arbre vertical sera l'axe d'un éolienne Darrieus.

Cordialement,

En porte à faux ou haubannée...

cas 1: argh...
cas 2: plus simple mais rigidité déconseillée...

mais de toute façon:
pourquoi une darrieus,
à quelle hauteur,
dans quelles coditions (vent, dégagement, ...)
quelle dimension

[invite2f04639b]

Merci Polo.

C'est pour le fun.

Alors je n'ai pas de dimensions exactes pour l'instant, mais j'aimerai faire un truc de plusieurs mètres (moins de 12 m à priori, mat compris).
J'ai envie d'utiliser un petit axe en acier de 20 ou 30 cm de longueur sur 70 mm de diamètre pour un max de rigidité et diminuer les coûts. Ce petit axe sera la liaison entre le mat haubané (ou un treillis) et la turbine qui sera creuse (pour diminuer aussi les coûts).

D’après ce que je comprends de rdm, cet axe peut être considéré comme une poutre en console de 20 cm et 70 mm de diam. avec 1 tonne en bout (dans le pire des cas). Il y aura alors une flèche de moins de 0.1 mm calculé avec:

http://www.steelbizfrance.com/prog/poutres/formptr.aspx

avec un moment d'inertie de 120 cm4 calculé avec ce formulaire:

http://www.arcelorprojects.nl/FR/calculation2.htm

Le moment fléchissant admissible est de 15 KNm en nuance S460... donc j'en déduis que l'axe comme poutre admet en faite 75 KN soit 7,5 tonnes, donc largement suffisant .

Bref, quel est le système de guidage digne d'un tel axe???

Je me pose la question.

[polo974]

Merci Polo.

C'est pour le fun.
...
Bref, quel est le système de guidage digne d'un tel axe???

Je me pose la question.

On tombe bien dans le cas:

En porte à faux... cas 1: argh...

roulement conique(s), en x
mais ça va pas être des petits...

la charge radiale envisagée est 3 ou 5 fois celle d'une roue de voiture, avec un déport 10 à 20 fois plus important...
à la très grosse louche, dans le brouillard...
c'est juste pour donner une idée de la chose

[A voir en vidéo sur Futura]

[robur712]

Bonjour,

Quelqu'un a-t-il une idée pour effectuer le guidage d'un arbre vertical?
....
Que me conseillez-vous? Comment connaitre la rigidité? Les limites de contraintes?

Mon arbre vertical sera l'axe d'un éolienne Darrieus.

Cordialement,

Bonjour RexFutura;

Trop peu d’informations pour répondre à ta question.
Un croquis donnant l’architecture et les dimensions générales du système envisagé serait le bienvenu!

Cette demande a déjà été faite par polo974....

[invite2f04639b]

Ok, je retiens les roulements en x, mais pourquoi donc? En regardant les forces radiales que peuvent supporter les roulements a billes, la tonne est facilement admissible, non?

Alors voilà le schéma du machin en pièce-jointe.

C'est trés simple, il n'y a même pas de frein, pas de système de blocage, peut-être par la suite...

En ce qui concerne les ordres de grandeur, je suis tenté par une turbine de 3 m de haut et 2 m de large, mais j'imagine les conséquences de plus grandes dimensions, c'est aussi la raison de mon poste .

Dans le pire des scénarios, je suppose des vents de 180 m/s. En utilisant la formule de la pression du vent sur une surface:

pression = 1/2 x densité volumique de l'air ( en kg/m^3 ) x vitesse au carré ( en metre/seconde)

Et la formule Force = Pression x Surface on a:

Force = Pression x Surface

d'où :

F = 1/2 x 1.293 x (180 000/3600)² x ( 3 x 2 )
= 1.293 x 3 x 50²
= 9 697, 5 N soit 1 tonne environ

Une question annexe, est-ce une bonne considération de calculer la pression du vent sur la surface balayé par la turbine? En effet, à 180 km/h elle sera certainement bloquée...

Voili, voilu,

[polo974]

Ok, je retiens les roulements en x, mais pourquoi donc?
...
Voili, voilu,

un montage en o donne un effet de rotule, ce qui n'est pas franchement (même franchement pas) désiré.
un montage en x, s'y oppose, c'est donc lui qu'il te faut.

[el_bodeguero]

Bonjour,
Vu que la charge est quand meme tres loin des 2 paliers, je me demande si il ne serait pas plus judicieux (a vue de nez, sans calculs) de mettre un groupe de roulements en O en haut et un roulement a rouleaux en bas.

[polo974]

Sauf qu'on ne peut rien fixer au plafond, car il n'y en a pas

[el_bodeguero]

Sauf qu'on ne peut rien fixer au plafond, car il n'y en a pas

Eolienne en l'air
en dessous Groupe en O
encore en dessous rlt a rouleaux

[polo974]

vu qu'il a défini un arbre gros et court, non, je ne pense pas, mais on peut effectivement reprendre le sujet au début...

au début, était le vent, ... (non j'arrête...)

[robur712]

Bonjour,

Quelqu'un a-t-il une idée pour effectuer le guidage d'un arbre vertical?



Que me conseillez-vous? Comment connaitre la rigidité? Les limites de contraintes?

Ci-joint le petit croquis d’une éolienne que j’avais réalisé il y à quelques années.
Dimensions : longueur des pales 2 m ; distance entre pales 2 m
Le mat est un tube de diamètre extérieur 100 mm; hauteur totale du mat 5 m ( haubanné sous la partie tournante.
Guidage : en partie supérieure 1 roulement à une rangée de bille à contact radial 20 x 47 x 12
Largement capable de supporter la charge axiale ( dérisoire ) que constituait la masse du rotor.

En partie inférieure : 4 roulettes de Roller...
Couple résistant de l’ensemble du guidage : négligeable ...

Pour les efforts éolienne calée par grand vent
Surface de référence = surface des pales
Cz max 1.6
[urlxxxxxxxxxxx
Les anciens devraient pourtant le savoir:
http://forums.futura-sciences.com/te...s-jointes.html

[Zozo_MP]

Bonjour Rex

Dans le pire des scénarios, je suppose des vents de 180 m/s.

180m/s = 10800 m/s = 10.8 km/s
10,8 km/s *60 = 648 km/heure

Je crois me rappeler qu'un ouragan souffle à un max de 400 km/h.
Pour les tornades la vitesse des vents seraient de 500 km/h au sommet du vortex et 300 km/h pour les courants ascendants.
D'ailleurs dans les îles (fussent-elles 974) on remet tout à l’horizontal lorsqu'il y a des tempêtes tropicales.

Mais mes calculs doivent être erronés.


Petite remarque déjà citée par robur (que je salue) les liaisons haubanées génèrent beaucoup de vibrations du fait de la précession de l'axe du fait du haubanage et de la quasi impossibilité d'équilibrer les tôles de formes et le vent qui joue de manière non uniforme sur les haubans.

Donc de mon point de vue pas de montage en X ou en O mais préférer des roulements à rotule (bille ou rouleau) en haut et en bas.

Rajouter en bas du mat un montage un peu particulier (variante moderne et fiable de la crapaudine) qui est un cône creux monter sur une butée à bille. Le mat est muni à son extrémité d'un bille ou demi sphère (genre Calottes sphériques igubal de chez Igus). Ainsi le frottement dû à la précession ne se fait que sur la sphère et le cône ce qui limite considérablement l'usure puisqu'il n'y a pas de rotation au niveau de la sphère.
La rotation et la compression verticale étant intégralement encaissée par la butée à bille.
Ne pas oublier que la compression est très importante sur tous les systèmes haubanés (PB bien connu sur les pieds de mat des voiliers avec des compressions de plusieurs tonnes comme un rien).

Donc il faut choisir avec haubans ou sans hauban mais dans ce dernier cas avec des problèmes de bras de levier important donc des ancrages-poids nettement plus conséquent.

Cordialement

[invite2f04639b]

Merci bcp pour toutes les réponses.

Le vent maximum utilisé dans les calculs est bien 180 km/h et non pas 180 m/s. Comme Robur l'a précisé, il est peut-être plus judicieux de considérer la surface des pales pour calculer la pression du vent, ce qui ne change pas vraiment la donne... (dans l’hypothèse 15% de solidité pour mes pales).

Je résume les possibilités:
1. Montage en x en bas, au lieu d'un en o () pour éviter les effets de rotules,
2. Montage en o en haut, et roulement a rouleaux en bas,
3. Roulement à billes en haut et système de roulettes en bas,
4. Roulement rotule en haut et en bas avec un système type crapautine moderne pour gérer la précession.

Alors je ne suis pas sur d'avoir compris le cas 4. Un petit éclaircissement serait-il possible sur ce cas? Il semble contourner le problème de flexion en accompagnant la précession de l'axe, oui?
Mais, je ne comprends pas comment un roulement a rotule en haut et en bas peuvent accompagner l'arbre d'un manière cohérente. En tout cas, le mouvement de précession pourrait être récupérer à la génération d’électricité!!, super!!!

Je continue avec les cas 1, 2, 3. Je suppose que dans l'ordre de rigidité décroissante on a: 2, 3, 1.
Au niveau coût, a vu de nez, dans l'ordre croissant on a: 3, 1, 2.

Bon, je me les garde sous le coude, il y aura peut-être quelque chose qui va les départager au final.

A suivre et merci encore!!!

[robur712]

Je résume les possibilités:
1. Montage en x en bas, au lieu d'un en o () pour éviter les effets de rotules,
2. Montage en o en haut, et roulement a rouleaux en bas,
3. Roulement à billes en haut et système de roulettes en bas,
4. Roulement rotule en haut et en bas avec un système type crapautine moderne pour gérer la précession.

.... En tout cas, le mouvement de précession pourrait être récupérer à la génération d’électricité!!, super!!!

La rigidité du système impose un axe de diamètre relativement important ce qui conduit à utiliser de "gros" roulements sur le palier inférieur.
Le couple résistant de ces "gros" roulements et de leur système d’étancheité risque de ne pas être négligeable par rapport au couple moteur.
De mémoire, mon éolienne ( 2 pales long. 2m corde 0.25 m distance entre pales 2 m ) fournissait une centaine de watts en sortie alternateur pour un vent de 20 km/h.
Je peux éventuellement me renseigner auprès des utilisateurs ( qui ont construit la partie électrique ).

je ne vois trop ce que vient faire la précession dans cette affaire ? pour une toupie ou un gyroscope OK, mais pour un rotor Darrieus

[Zozo_MP]

Bonjour Robur

je ne vois trop ce que vient faire la précession dans cette affaire ? pour une toupie ou un gyroscope OK, mais pour un rotor Darrieus

Excuse moi j'étais partis sur les grandes Darrieus qui sont haubanées par le dessus, et ne relisant le tout le fil je me suis rendu compte que dans le Dessin du message #6 de Rexfutura, le haubanage se faisait en dessous de la turbine.

Ma remarque, valable pour les grandes éoliennes Darrieus, tombe de fait toute seule.
Par contre l'effet bras de levier entre le roulement du haut et du bas devient nettement plus conséquent.

Sauf une seconde erreur de ma part je ne vois pas cette donnée prise en compte dans les chiffres des messages de Rexfurura surtout pour des vents de 180 km/h.

Cordialement
.

[invite2f04639b]

Bonjour Robur,

En effet, les gros diamètres coûtent bonbon, mais la tenue des roulettes supportant un charge radiale importante pose peut-être problème. Avec ce montage, deux roulettes supportent 500 kg, soit 250 kg chacune environ...

Au sujet de la précession évoquée par Zozo_mp je me suis probablement emporté. Mais s'il y a une précession quelque part, pourquoi ne pas l'utiliser aussi pour générer de l’électricité? Faut pas se priver!!

[invite2f04639b]

Bonjour Robur
Par contre l'effet bras de levier entre le roulement du haut et du bas devient nettement plus conséquent.

Sauf une seconde erreur de ma part je ne vois pas cette donnée prise en compte dans les chiffres des messages de Rexfurura surtout pour des vents de 180 km/h.
.

En effet, je n'ai pas pris en compte cet effet bras de levier, pour la simple raison que je ne vois pas de quel effet de levier vous êtes en train de parler...

[polo974]

En effet, je n'ai pas pris en compte cet effet bras de levier, pour la simple raison que je ne vois pas de quel effet de levier vous êtes en train de parler...

Ton cadre faisant 3m de haut, on peut estimer que le vent va exercer sa force à mi hauteur, donc à 1m5, comme la largeur est de 2m, la surface balayée est de 6m2 (l'équivalent d'une voile de planche à voile...).

Tu reprends les formules classiques te donnant la pression amont et la pression aval, et tu en déduis la force.

d'un coté 1m5, de l'autre .3m, ça va pousser...

[robur712]

En effet, les gros diamètres coûtent bonbon, mais la tenue des roulettes supportant un charge radiale importante pose peut-être problème. Avec ce montage, deux roulettes supportent 500 kg, soit 250 kg chacune environ...

Bonjour RexFutura,

Avec un vent de 180 km/h, chacun des paliers de l’éolienne supporte une charge radiale de l’ordre de 2500 N.
Base de calcul : 2 pales longueur 3 m , allongement 8 ; éolienne à l’arret.
Dans le pire des cas, il n’y a qu’une roulette qui supporte la charge.
Les galets sont muni de deux roulements dont la capacité de charge statique vaut 1370 N.

Il est de plus possible de jumeler les galets ( soit un total de 8 galets pour le palier inférieur ).
On trouve des galets à moins de 5 euros pièce !

Au sujet de la précession évoquée par Zozo_mp je me suis probablement emporté. Mais s'il y a une précession quelque part, pourquoi ne pas l'utiliser aussi pour générer de l’électricité? Faut pas se priver!!

????

[Zozo_MP]

Bonjour Robur

J'avais bien vu ton montage avec quatre galets, mais je ne vois pas l’intérêt (à part la simplicité d'usinage) par rapport à des roulements à billes (un en haut et un en bas), surtout que cela prendra du jeu plus facilement avec des galets.

Tu en dire plus STP c'est toujours intéressant de voir pourquoi on choisit une option plutôt qu'une autre.

Cordialement.

PS : je n'ai jamais parler de produire du courant avec une quelconque précession (surtout que celle à laquelle je pense doit être de l'ordre du centième au 2 mm max).

[invite2f04639b]

Ton cadre faisant 3m de haut, on peut estimer que le vent va exercer sa force à mi hauteur, donc à 1m5, comme la largeur est de 2m, la surface balayée est de 6m2 (l'équivalent d'une voile de planche à voile...).

Tu reprends les formules classiques te donnant la pression amont et la pression aval, et tu en déduis la force.

d'un coté 1m5, de l'autre .3m, ça va pousser...

Ah oui, c'est vrai que la force de traînée existe et mieux vaut passer par le moment... Alors d'après une recherche Google, il suffit que je multiple la force que j'avais initialement calculer par le coefficient Cz qui vaut 1,1 pour un plaque, donc j'arrive à 1100 Kg (11000 N, 11 KN) en gros (ce qui me parait énorme enfin bon). Le moment est:

Moment vent= Force vent x Distance, soit 11 KN x 1,5 m = 16,5 KN.m

Donc le guidage en bas doit admettre un moment de cette ordre de grandeur. Comment transformer ce moment en force radial sur le point d'appui, i.e. le roulement? A la louche, la force radiale va être repartie sur la moitié de l’épaisseur e du roulement, disons e= 40 mm, les moments s’égalisent donc on a:

Force radiale = Moment x 2 /e
= 33 KN.m / 0.04 m
= 825 KN

... soit 82,5 tonnes... Hmm pas mal

Toujours à la louche, si les roulements en x sont écartés de 40 cm, cela fait 8,25 tonnes à repartir sur les deux roulements, c'est mieux, ouf...

Sinon l'idée original de Robur semble ok (je n'y connais rien). As-tu mis une protection, une bague, une bride sur ton mat afin de le protéger du roulement des galets?

[robur712]

J'avais bien vu ton montage avec quatre galets, mais je ne vois pas l’intérêt (à part la simplicité d'usinage) par rapport à des roulements à billes (un en haut et un en bas),

Bonsoir Zozo,
Ce sont des contraintes de coût , de moyens d’usinage limités et de nature de la matière première disponible qui m’ont conduit à retenir la solution des galets .
Je disposais d’un tube diamètre 100, un roulement adapté à cette dimension et l’usinage des pièces nécessaires à son installation dépassait largement mon budget...

... surtout que cela prendra du jeu plus facilement avec des galets.

Il semble que non, mais cette éolienne destinée à valider les calculs de puissance et le système de génération d’électricité, n’a pas était utilisée de façon continu.

Cordialement.

[invitee0c50df4]

Bonjour aux fervents des axes verticaux !
Je me questionnais justement à ce sujet et cherchais sur le Net depuis peu et suis tombé sur ce site et votre discussion d'avril dernier.
Moi, je pense avoir trouvé la solution: pour supporter verticalement la charge pouvant devenir très imposante, un roulement à rouleaux coniques disposés entre 2 surfaces à angle. Je n'ai jamais vu ça, je l'ai imaginé et techniquement, c'est sûrement plus coûteux qu'un roulement à billes, si imposant soit-il, mais pour de grosses charges, les types de roulement connus ne les supportent pas. Pour le support horizontal, si, comme sur le croquis fourni, il n'y a pas de fixation à l'extrémité supérieure de l'éolienne, des roulements à rouleaux, 2 espacés selon la capacité de l'axe vertical, mais le moment fléchissant devient très grand avec la force du vent. Il est préférable d'avoir un point d'ancrage à l'extrémité supérieure. Tu pourrais y placer un roulement conique, mais s'il subit de trop grosses charges verticales, dues aux forces vers le bas de l'axe, tu devras peut-être songer au même type de roulement dont j'ai parlé au début.
Je cherche encore des informations au sujet des roulements existants, si je trouve quelque chose, je vous fais signe. Faites de même !

À bientôt ! RDLaTortue

[polo974]

Un roulement à rouleaux coniques, tout à fait standard...
Mais le sujet est assez dormant.

[invite2f04639b]

Bonjour RDLaTortue,

Oui, quelle est la différence avec des roulement coniques en x?

A la suite de la discussion du forum, j'en ai finalement conclu qu'il était bien plus simple de faire dans le classique en éliminant le moment fléchissant, c'est à dire:
1. soit mettre le roulement au milieu du rotor, par exemple comme dans la darrieus suivante:
http://www.archiexpo.fr/prod/vencopo...75-160096.html
Dans cette solution, il est peut-etre possible d'utiliser un moyeu de camion, par exemple de ce genre la:
http://www2.northerntool.com/trailer...s-hub-sets.htm
2. Soit mettre un roulement en haut et un en bas.

Ensuite, il vient l'usure des roulement à billes. A ma grande surprise, il me semble que ces bêtes la s'usent assez rapidement mine de rien...
Pour cette raison et pour le fun j'avais pensé à des roulements à air "homemade"... substantiellment, ce sont deux plaques horizontales l'une sur l'autre. L'une des plaques à un trou au milieu. Lorsque l'une des plaques tourne alors un coussin d'air se forme entre les deux plaques: l'air est éjecté par la force centrifuge et aspirer par le trou d'une des plaques (comme une pompe centrifuge en gros). L'avantage c'est que les frottements sont réduits à pas grand chose, et qu'il n'y a pas de points d'usure. Mais bon là, du coup je vois pas très bien comment cela puisse être rigide.

Dans tous les cas, après mettre résigné a faire dans le classique (c'est à dire soit la solution 1 ou la solution 2), je me suis penché sur les forces centrifuges que peuvent subir les pales du rotor. Eh là, cela devient encore plus délirant... autant dire que je ne comprends pas comment certains puissent écrire que les darrieus n'ont pas besoin de freins, mais cela est un autre sujet...

[invitee0c50df4]

Bonjour RexFutura !

À rouleaux coniques comme celui-ci, http://www.nachi.de/files/img/kegelr...ager/B-056.jpg , ça ne supporte pas de grosses charges axiales. Seulement un % assez faibles de la charge radiale.

Celui-ci me semble meilleur : http://www.nachi.de/files/img/axial-...ager/B-037.jpg , c’est à rouleaux sur rotule axial. Mais encore ici, il ne supporte qu’environ 50% de la charge radiale. J’ai vu ça dans des spécifications à un autre endroit, il me semble.

Ce dont je parle, il faudrait que je me mette au dessin, j’espère que tu vas comprendre, ce sont des rouleaux coniques presqu’horizontaux qui ne supporteraient qu’une charge radiale minime, mais une très grande charge axiale, dans notre cas, une charge verticale due à l’axe de l’éolienne, soit tout le contraire de ce qui existe sur le marché. J’en suis presque rendu à écrire en Chine pour savoir s’ils en fabriquent.

Ton idée avec un « roulement à air » n’est pas bête, moi, j’avais pensé à quelque chose du genre mais avec de l’huile ! Mais comme ça ne tolèrerait pas beaucoup de mouvement à angle, ça prendrait une rotule (ou un disque compressible) entre l’axe vertical et le roulement en question. Ça nous prendrait encore ici un très bon contrôle des charges axiales (horizontales dans notre cas). J’ai essayé de trouver autre chose, surtout que la solution que je cherche, je veux qu’elle soit applicable à de très grosses éoliennes verticales. Imagine, des gens parlent d’un défit technologique de faire tourner une grosse masse verticale...

C’est pour ça que je parle d’un roulement à rouleaux coniques disposés entre 2 surfaces à angle à la base de l’axe, mais tout ça doit être horizontal et maintenu horizontalement (dans le sens radial de l’axe vertical de l’éolienne) par des roulements à rouleaux. Ces roulements sont disponibles et sont alors parallèles à l’axe de l’éolienne : http://upload.wikimedia.org/wikipedi..._type-n_ex.png

Je cherche toujours sur le Net pour voir s’il y a quelqu’un quelque part qui a fabriqué ce dont je parle. Je pense à faire comme un illustre personnage, le fabriquer en bois ! ! !

À bientôt ! J’espère que ça pourra te servir ! Salut ! RDLaTortue

[polo974]

À rouleaux coniques ... , ça ne supporte pas de grosses charges axiales. Seulement un % assez faibles de la charge radiale.

ça tombe bien, car à moins d'avoir construit une version blindée d'éolienne à axe vertical, la charge radiale est plus élevée.

sinon, il y a les butées à rouleaux coniques...

[invitee0c50df4]

Bonjour polo974 !
Les butées à rouleaux coniques dont tu parles, sont-elles massives ? Peuvent-elles supporter une grosse charge ? Peux-tu nous dire où elles sont disponibles ?
Merci et bonne journée ! RDLaTortue

[polo974]

Bonjour polo974 !
Les butées à rouleaux coniques dont tu parles, sont-elles massives ?
Peuvent-elles supporter une grosse charge ?

2 questions non dimensionnées, donc impossibles à répondre...

Peux-tu nous dire où elles sont disponibles ?
Merci et bonne journée ! RDLaTortue

google("butées à rouleaux coniques")

sinon, faire le tour des catalogues des fabricants.

et pour des gros trucs (genre axe de pivot d'une éolienne industrielle) il y a aussi les couronnes de giration (à bille ou à rouleau, simple ou double rangée)...