conception volant d'inertie...

[jdec]

Bonjour

Je suis en train de réfléchir à la conception d'un volant(ou plusieurs) d'inertie afin de palier aux à coups et de lisser le besoin en énergie mécanique qui me servira a faire fonctionner ma génératrice de courant. (pour mon atelier de campagne, ou j’espère pouvoir l'alimenté grâce au ruisseau qui passe a coté de la grange)

l'idée de principe serais que je lance la génératrice et les volants a l'aide de gros démarreurs, puis que mon maigre cours d'eau qui une fois aménagé alimentera une petite roue à aube puisse subvenir a l'entretien de la charge du/des volants

bien entendus le maximum seras fait afin de favorisé la facilité de maintenance avec des moyens artisanaux, tout en gardant un maximum de rendement, et une certaine efficience.

- Ma première question se porte sur le montage vertical (charge répartie sur 1 point) ou horizontal (charge répartie sur 2point) du volant.
le montage se fera dans tous les cas à l'aide de roulements/pallier lubrifiés. quel est le partis qui offre le moins de pertes?

- le deuxième point est sur le matériau du volant en lui même. quel est le mieux en terme d’efficacité?
Si j'ai bien compris ce que j'ai lus sur le net,
- plus c'est lourd en périphérie, mieux c'est. ok mais limité en vitesse de rotation sous peine de déchirement du volant,
- plus ca tourne vite plus ca peut emmagasiner donc restituer d’énergie. ok donc un matériau plus léger qui seras donc moins soumis au déchirement a cause de la force centrifuge et donc avec un nombre de T/Min plus élevé? par contre je suputte qu'on y perd en couple non??

quelqu'un saurais t'il m'expliquer et ou me fournir les formules de cacul ou un endroit ou les trouver afin que je puisse définir mes vitesses de rotation, diametre , materiau(x) et masse du volant, estimé ma perte de rendement une fois le volant monté en charge?

mon troisième point serais de pouvoir définir comment entretenir la charge de mon volant selon la perte qu'il a subis. je sais pas trop comment l'expliquer, mais disons que je surdimensionne le volant histoire qu'il ne se vide jamais en dessous de 30% de sa charge pour passer les point dur, que dois je mettre au minimum plus une pondération de 1.2(par générosité) pour que mon volant se recharge en un temps de moins de 10s par exemple?

Je suis très débrouillard mais un peu une loque en math/ physique ou je commence à me remettre à niveau afin de rentré en bts quand je serais près. Donc je vous serais reconnaissant de vulgarisé un peu les explications histoire que mon maigre bagage me permette avec un peu de travail de ne pas trop patauger ...

Merci
-----

[invite07941352]

Bonjour,
Votre idée ne fonctionne pas . Au rendement près en moins , vous récupérez l'énergie communiquée aux volants et ensuite il ne vous restera que le filet d'eau .
En clair, les volants ne servent à rien dans votre cas .
Ils servent à lisser des variations de puissance , comme le volant moteur des moteurs à combustion interne , en emmagasinant et rendant constamment ce qui a été fourni .
En aucun cas, ils ne peuvent " fournir " de l'énergie gratuite .

[jdec]

Oui ca je l'ai compris, mais peuvent t'il restituer une charge acquise sur un temps donner, la stoquer (pr exemple 30min) puis la restitué en moins de temps mais avec plus de couple et de vitesse? quitte a alourdir et agrandir l'installation mais que ca marche en cascade. avec plusieurs volants

[invite07941352]

Re,
Vous allez avoir un bilan négatif : vous lancer des volants avec des démarreurs supposés électriques qui consomment de l'électricité pour en refabriquer avec une génératrice ...
Le tout avec des rendements pas terribles .Disons même mauvais .
Des volants vous aideraient , si vous aviez un débit irrégulier sur le ruisseau à courte échelle de temps , disons de l'ordre de la minute , au prix d'une certaine complication .
Je vous conseille de commencer par calculer ce que peut vous fournir votre "chute" d'eau , en théorie .

[A voir en vidéo sur Futura]

[calculair]

bonjour,

Catmandou à raison, votre volant restuera l'énergie captée à la chute d'eau au mieux ( pas de perte par frottement)

La puissance récupérée du volant peut être supérieure, mais cela ne durera pas. En terme d'énergie voir la phrase ci dessus.

L'energie cinétique stockée par un volant est E = 1/2 J W^2

ou J est le moment d!nertie J = 1/2 M R^2 pour un volant de masse M de rayon R constitué d'un disque plein


W = 2 pi N ou N = tours /s

N'oublié pas que le volant ne fabrique pas d'énergie, il faut lui donner pour le lancer.....

[jdec]

la chute d'eau peu me délivré en sortie une force de 720dan/M à 1000t/min tout au long de l'année meme en période seche. (calculé en fonction des aménagements que je vais y faire et du débit minimal moyen de ces 30 dernieres années pondéré au négatif de 20% du plus bas débit du siecle merci un copain qui bosse dans l'aménagement fluvial et a son réseau^^)
bref ca fait quand même un peu même au meilleur de l'été

dans les faits si ma roue tournant de manière perpétuelle, a 1000 tours minutes et avec un moment de 720dan/M alimente en continus (après lancement par un démarreur de 19Tonne par exemple donc en gros ca consomme pinuts car c'est qu'un démarrage au printemps en gros) des volants a inertie pendant un temps de valeur x fin que le(s) volant(s) atteigne(nt) sa vitesse constante V1 avec une force inertique X1 quel ratio de force puis je lui "pomper" par volant sans que cela fasse caler le système qui devrais pouvoir se relancer de lui même si ce ratio ne dépasse pas son besoin de mise en service "a vide" en gros, le démarrage électrique est juste la pour donner une impulsion au démarrage et gagner les peut etre 10h d'accélérations du système jusqu’à sa constante avant de pouvoir l'embrayé sur la génératrice( qui est quand même balaise et demande un certain tr/min d'ou le fait que je ne la met pas en direct sur l'arbre de la roue).

je sais pas si c'est compréhensible mais ca ne fait que quelques jours que je réfléchis à la mise en pratique de ce que j'ai dans ma tete et j'ai pas forcément le bon vocabulaire pour y poser a l'écrit.

[jdec]

Oui ca je l'ai compris, mais peuvent t'il restituer une charge acquise sur un temps donner, la stoquer (pr exemple 30min) puis la restitué en moins de temps mais avec plus de couple et de vitesse? quitte a alourdir et agrandir l'installation mais que ca marche en cascade. avec plusieurs volants

ok pas possible car ca demande une accélération qui est donc un apport energetique (ressort?) bref a revoir si possible ou a evincé.

[jdec]

Re,
Vous allez avoir un bilan négatif : vous lancer des volants avec des démarreurs supposés électriques qui consomment de l'électricité pour en refabriquer avec une génératrice ...
Le tout avec des rendements pas terribles .Disons même mauvais .
Des volants vous aideraient , si vous aviez un débit irrégulier sur le ruisseau à courte échelle de temps , disons de l'ordre de la minute , au prix d'une certaine complication .
Je vous conseille de commencer par calculer ce que peut vous fournir votre "chute" d'eau , en théorie .

En effet je cherche par le biais de volant car mon systeme d'autoregulation du débit au niveau de ma vache a eau prend en moyen 1min30 a 2 min pour se mettre en place

[jdec]

bonjour,

Catmandou à raison, votre volant restuera l'énergie captée à la chute d'eau au mieux ( pas de perte par frottement)

La puissance récupérée du volant peut être supérieure, mais cela ne durera pas. En terme d'énergie voir la phrase ci dessus.

L'energie cinétique stockée par un volant est E = 1/2 J W^2

ou J est le moment d!nertie J = 1/2 M R^2 pour un volant de masse M de rayon R constitué d'un disque plein


W = 2 pi N ou N = tours /s

N'oublié pas que le volant ne fabrique pas d'énergie, il faut lui donner pour le lancer.....

Ok Merci a vous deux pour votre patience.
Je comprend bien que je ne peux tirer plus sur un système et ce indéfiniment car ca le voudrait dire surnuméraire et c'est actuellement pas possible, on le ditt de partout.
Par contre si je lui en prend un peu mais pas assez pour le faire caler.
Par ex mes volant produit un force inertique de 200 en a besoin de 120 pour se relancer de lui meme et je lui en prend que 75 sur ce qu'il ne lui sers a rien ca fera ralentir/forcé le système mais ca devrais etre viable non?

[calculair]

Bonjour,

Ce n'est pas très clair pour moi...

Je crois comprendre que la chute d'eau fait tourner une roue à 1000 tours /minute soit à 1000 /60 = 16,6 tours /s et le couple appliqué est de 720 daN.m ( deca Newton metre )

Pa puissance disponible serait de P(watt) = Couple x 2 pi N = 7200 x2 x3,14 x 16,6 = 753,6 kW. C'est une centrale EDF ?

Si c'est des deci Newton sur le couple cela ferait 100 fois plus faine soit encore 7,5 kW ce qui est pas mal...

Les 19 tonnes c'est quoi ? la masse du volant ? qu''il faut lancer à 16 t/s ?

[invite07941352]

Re,
La roue est elle réalisée ? Peut on la voir en photo ? Quel type ? Quelles dimensions ?
C'est vous qui avez décidé des 1000 tr/mn ? Pourquoi pas 5 000 tr/mn ?

[fabang]

Oui ca je l'ai compris, mais peuvent t'il restituer une charge acquise sur un temps donner, la stoquer (pr exemple 30min) puis la restitué en moins de temps mais avec plus de couple et de vitesse? quitte a alourdir et agrandir l'installation mais que ca marche en cascade. avec plusieurs volants

Un volant d'inertie ne peut pas restituer avec plus de vitesse. S'il est connecté au système, il a la vitesse du système, et si c'est lui qui fournit de l'énergie, sa vitesse tombe.
Dans ton raisonnement il faut que tu acceptes cette variation de vitesse. Par exemple le système tourne à 1000tr/mn, il y a un appel d'énergie, la turbine ne peu pas fournir suffisamment, c'est le volant qui aide, mais la vitesse diminue, par exemple jusqu'à 900tr/mn. En perdant 10% de sa vitesse, le volant restitue 19% de son énergie cinétique.
Les chiffres de couple et vitesse que tu donnes sont délirants tu es à 750kW. En admettant que tu veuilles parler de 7,5kW ce qui serait cohérent pour une installation domestique, ça fait déjà une belle génératrice.
Pour tenir 3s en passant de 1000tr/mn à 900tr/mn en fournissant 7,5kW, il faudrait un volant stockant 118kJ à 1000/tr/mn.
Pour tenir 30 minutes il devrait stocker 71MJ. Je pense que tu ne vois pas ce que ça représente. (Environ 10m de diamètre et 108tonnes), ça donne à réfléchir. Je pense que pour un tel volant les forces de friction air et roulement dépasse la puissance dont tu dispose.

[jdec]

Re:

Le projet en est au stade de terrassement avant pose de l'étude bref j'ai acheter mon taudis et défriché autour, maintenant je commence a voir ce que je vais vraiment en faire. D'ou mes question car je peux aménager mon terrassement en conséquences de ce qu'il me faudra vraiment

Non la roue n'est pas réalisé, mais d’après ce que mon ami dans le fluvial m'as dit, c'est ce que je pourrais en tirer de manière la plus simple sans trop de fluctuation avec une roue "classique" en bois et non en fero titane super hihg tech. je veux pas dépareiller avec le bâtiment.
Pour les plans de ce a quoi elle vas ressembler exactement je fouille encore et j’attends le retour d'une connaissance qu'est charpentier de marine américain (charpente bois).
D’après mon ami qu'a déjà participé à la rénovation de quelques moulins, c'est avec le dimensionnement final de la roue avec sa masse et un système de moto-qqch que je devrais pouvoir développé les chiffres de 720daN/M a 1000tr/min avec une appréciation de +-20% a première vue de nez et ce en sortie indirecte de ma roue du coup, mais je vais me brancher la dessus.
Je dis devrais car j'ai lancé le tam tam dans mes contacts pour continuer la peche au ressources techniques...

suis un peu un payou mais avec la technologie et les moyens techno-techniques qui sont maintenant des truc de fou quand on tombe dessus LE bon truc.

le 19T est hors sujet, c'est juste que je pense mettre un démarreur de camion PL de 19T comme démarreur du systeme (j'ai pas les bras pour mettre un démarreur a corde de tondeuse ^^ )

pour les unités c'est bien ca, mais non ce n'est pas une centrale EDF, même si a terme je remplacerais ma petite génératrice par une grosse d'environs 75 ou 80kwA mini, car ce sera mon bourbi pour quand je serais vieux(ou même avant) et vus comment c'est perdus, je ferais pas tirer une ligne edf (qui coute la peau des co.....) jusque la bas pour en plus payer un abonnement ruineux et avoir des coupures tous les hivers a cause des diverses chutes de neiges ou tempêtes. donc je prévois quand même gros car entre la maison et surtout l'atelier faut quand meme un peu de sauce ...

Après je peux toujours revoir la roue et sa suite mécanique a la baisse ca me fera des économies

je cherche en même temps de données sur les génératrices de la taille qui m’intéressent afin de pouvoir dimensionné moins titanesque, en attendant je cherche a VALIDE avant tout un PRINCIPE

[jdec]

Un volant d'inertie ne peut pas restituer avec plus de vitesse. S'il est connecté au système, il a la vitesse du système, et si c'est lui qui fournit de l'énergie, sa vitesse tombe.
Dans ton raisonnement il faut que tu acceptes cette variation de vitesse. Par exemple le système tourne à 1000tr/mn, il y a un appel d'énergie, la turbine ne peu pas fournir suffisamment, c'est le volant qui aide, mais la vitesse diminue, par exemple jusqu'à 900tr/mn. En perdant 10% de sa vitesse, le volant restitue 19% de son énergie cinétique.
Les chiffres de couple et vitesse que tu donnes sont délirants tu es à 750kW. En admettant que tu veuilles parler de 7,5kW ce qui serait cohérent pour une installation domestique, ça fait déjà une belle génératrice.
Pour tenir 3s en passant de 1000tr/mn à 900tr/mn en fournissant 7,5kW, il faudrait un volant stockant 118kJ à 1000/tr/mn.
Pour tenir 30 minutes il devrait stocker 71MJ. Je pense que tu ne vois pas ce que ça représente. (Environ 10m de diamètre et 108tonnes), ça donne à réfléchir. Je pense que pour un tel volant les forces de friction air et roulement dépasse la puissance dont tu dispose.

OK merci FABANG
en effet je visualie pas forcément bien des que je sur des mesure de distance et de masse. par contre tes 10m et 108 Tonnes ca je vois et en effet ca fait gros. je vais faire vérifier a mon pote ces données des fois qu'il ai des virgules qui aient glissés. donc si je revient a ce que tu dis et a mon premier poste, c'est donc la vitesse qui est plus prédominante dans la capacité de charge d'energie d'un volant, et ce bien plus que sa masse?

[fabang]

Restons calme, les infos que tu donnes (720daN/M 1000Tr/mn) c'est pour 750kW (On est presque au Méga Watt).
Heu! il est balaise ton ruisseau et la roue à aubes aura de la gueule c'est sur.
Pas besoin de démarreur ni de volant d'inertie avec un torrent pareil. La régulation tu la fais directement en pilotant l'excitation de la génératrice.

[jdec]

Heu merci fabang, mais c'est pas la peine de te foutre de ma tete hein...

je l'ai dit je suis une burne en meca et physique par contre je veux bien essayer de comprendre ou a defaut apprendre tout ce tu voudrais bien faire rentrer dans ma caboche. j'ai mon projet pour amenager mon atelier et mon futur chez moi. apres qui accepte de m'aider ou ne serais ce que me donner des pistes a suivre je suis prenneur.

[fabang]

Je ne me paie pas ta tête. Pour la régulation instantanée de la génératrice on peut piloter l'excitation, et pour le débit d'eau une vanne coulissante, c'est simple à réaliser et ça se pilote en quelques secondes. Au pire une grosse résistance chauffante peu éviter le délestage brutal de la génératrice. Pas besoin de volant d'inertie.
Les chiffres que je te donnais n'étaient pas des blagues. C'est toi qui nous donnes 750kW, et que tu veux tenir 30minutes par inertie, je n'y peux rien, pour faire ça c'est un volant de plus de 100T et de 10m de diamètre.
Donc si tu veux avance, il faut donner les bons chiffres.
Part dans l'autre sens, évalue ton besoin, trouve une génératrice proche de ce besoin (Sur le site de Leroy Somer par exemple), et remonte jusqu'à la définition de la roue à aube nécessaire.
Tu verras, tu n'auras pas besoin de démarreur, ni de volant d'inertie.

[piot21]

Bonjour jdec,

Votre estimation de départ n'est pas réaliste. Vous parlez d'un "maigre cours d'eau" et d'une "petite roue à aubes". Un maigre cours d'eau produit une maigre puissance, de l'ordre de quelques kW. Une roue à aubes a une vitesse optimale qui est autour de 10-15 tr/mn (et non 1000, ce qui serait plus proche des turbines Kaplan ou Pelton!)

Il faut commencer par le commencement : estimer la puissance de votre cours d'eau, accessoirement vérifier que vous pouvez l'utiliser (c'est très réglementé, et la préfecture vous fera démonter votre installation si vous n'avez pas suivi les règles).

La puissance hydraulique brute c'est P = g*Q*h avec g la gravité (9,81 m/s^2 qu'on arrondit à 10 pour les estimations à la louche), Q votre débit en m^3/s et h la hauteur de chute amont/aval en m, le résultat étant en kW (on a supprimé le terme de masse volumique rhô, 1000 pour l'eau, qui aurait donné un résultat en watt). Sachant que là-dessus, vous aurez dans le réel diverses pertes et que la puissance nette sera au mieux de 0,7 fois la puissance brute, plus probablement 0,5 fois pour une roue bien conçue avec peu de pertes au multiplicateur et au générateur.

Exemple numérique : vous avez 200 litres par seconde de débit moyen annuel (module) dans le cours d'eau (ou la dérivation du cours d'eau vers votre moulin), soit 0,2 m^3/s ; vous avez 2 m de chute ; vous pourrez exploiter en moyenne une puissance brute P de 4 kW. Sachant que l'eau vive est capricieuse : débit plus fort en saison de pluie (mais perte de chute car souvent le niveau aval remonte plus que le niveau amont de la chute), assec à l'étiage, etc. Par ailleurs, si votre roue est une roue de dessous (=à aube qui trempe dans l'eau), vous ne récupérez que le terme énergie cinétique (donc oubliez la hauteur, et le rendement est faible), si c'est une roue de dessus (à auget qui se remplit) vous récupérez une partie seulement de la hauteur (l'eau quitte l'auget avant d'atteindre l'aval).

Bref, pas la peine de réfléchir à un générateur et un volant sans déjà améliorer votre projet hydraulique à la base. Je vous conseille ce site fait par un ancien ingé en hydraulique (récemment décédé mais le site fonctionne encore je pense). En le potassant, vous trouverez toutes les formules pour déjà estimer votre puissance et choisir un modèle de roue.
http://www.hydroroues.fr/

PS : faire son courant avec une roue est difficile. Du 50 Hz implique du 3000 tr/mn, il faut un générateur avec beaucoup de paires de pôles pour descendre à une vitesse de synchronisme acceptable par rapport à la vitesse lente à l'arbre de la roue).

[Nicophil]

Bonsoir,

Je vous conseille ce site fait par un ancien ingé en hydraulique (récemment décédé mais le site fonctionne encore je pense). En le potassant, vous trouverez toutes les formules pour déjà estimer votre puissance et choisir un modèle de roue.
http://www.hydroroues.fr/

http://www.hydroroues.fr/histoire.htm#MOULIN A EAU

Effectivement jusqu’à l’invention de la machine de Watt, l’industrie tout entière est mue par la roue du moulin à eau.

[jdec]

bonsoir.
Toutes mes excuses pour les chiffre ils sont en effet pas bon. mon pote me renvois les bons résultats dans le week end, il m'avais envoyer les calculs d'un truc qu'a rien a voir.

bref j'en ai profité pour me mettre a peu près a jour avec ces unité que je ne connais pas, et en attendant les bon chiffres de ce que je peux tirer de mon cours d'eau j'ai regarder ma génératrice actuelle.

c'est une 7KvA avec un cos de 0.8 donc qui développe 5.6kW
c'est une leroy sommer avec une vitesse de fonctionnement a 1500 tr/min
par contre la plaque indique:
-220V à 18.5A donc 4.07KW
-380V à 10.8A donc 4.104 KW

donc a 100% de son fonctionnement je ne peu tirer en même temps le max de ce qu'elle produit en 220+380 vus que 4.07+4.104=8.174>5.6kW je me trompe?? si jamais je le fait il vas se passer quoi?? des risques pour la génératrice?

Pour dimensionner l’alimentation du coté mécanique. il me faut donc un tr/min de 1500 avec une puissance >/= à 5.6KW et c'est bon ou rien a voir?

a terme me faudrait avoir une alimentation idem a ce que fournis EDF pour un abonnement de 220-380V à 60A mini donc si j'ai bien panner ce que j'ai lus sur les forums, et le site des roues a aube (qu'est génial en passant) ca correspondrais a une génératrice de 27.36KvA avec un cos de 0.8 ce qui a l'air courant dans les annonces que j'ai pus voir. donc j'ai plus qu'a chercher une génératrice de 28kvA ou plus pour avoir ce qu'il m faut. je me trompe pas?

encore un doute qui subsiste. le cos dont on parle tant, plus il est proche de 1 mieux c'est ou c'est l'inverse?

en touts cas merci pour votre patience

[piot21]

Bonsoir jdec,

Je vous conseille un nouveau lien, ces très bon guides suisses (et francophones) sur la conception d'un projet hydro-électrique, le programme PACER.
http://www.bfe.admin.ch/kleinwasserk...x.html?lang=fr

En langage assez simple et accessible, vous avez toutes les explications et les formules depuis l'évaluation hydraulique du site jusqu'aux choix de dimensionnement de turbines / génératrices. (Les développements récents des génératrices à aimants permanents et petite électronique de puissance ne sont pas dedans, mais au stade de votre projet, ce n'est pas grave, il faut déjà vous familiariser avec la logique d'une installation en petite hydro.)

[fabang]

La génératrice est en triphasé, 220Vx18,5AxRacine(3) ce qui fait bien 7kW.
C'est 220V association des bobinages en triangle, ou 380V association des bobinages en étoile, mais c'est pas les deux en même temps.

[jdec]

ok Merci fabang.

Peux tu m'éclairer sur ce qu'est cette racine(3) dont tu parle?

Est ce que si je la branche en 380V je peux en ne prenant qu'une phase et un neutre avoir du 220 comme en général ou non?

D’ailleurs est ce que la génératrice conçois un neutre? le bornier est bizard car avec 9 poles.

[fabang]

Il serait préférable de répartir les charges sur les trois phases, ou de trouver une génératrice monophasée.
Donnes nous la référence de la génératrice.

[jdec]

ok pour la répartition sur trois phases afin de ne pas les déséquilibrer. ou le fait de trouver une génératrice monophasé.


c'est une type TA132n°serie M2 n°fabrication 41346
exitation SEP 14 1
Service s.1 protection P.1
echauffement isolants classe E

Et pour le neutre?

[fabang]

Je n'ai pas encore trouvé la doc. Il s'agit probablement d'un modèle ancien qui n'est plus au catalogue.
Parmi les 9 broches tu as certainement les broches de raccordement du boitier de pilotage de l'excitation (Il faudra le trouver ou le fabriquer)
J'ai peut être ce doc qui peu s'en rapprocher
http://www.leroy-somer.com/documenta.../B3_209_fr.pdf

[jdec]

ok.

De mon coté j'ai bien un bloc avec pleins de slot de branchement que j'ai eu avec la generatrice mais aucune doc dessus.

J'ai reussis a avoir leroy somer, ils m'ont donner les coordonnées d'une boite qui pourrais avoir la doc ou m'expliquer comment faut la brancher. je les appels demain, en plus ils sont pas tres loin de chez moi.

[jdec]

Bonjour

J'ai reçus de la part d'un technico commercial de chez SUDER I ESO Centre Ouest (qui fait partie avec LSomer du groupe emmerson industrie) la brochure technique de ma génératrice

bref je vais déjà en faire une première lecture ce soir avant de vous posez mes éternelles questions. j'ai également reçus la bonne note de calcul de ce que je dois pouvoir tirer du cours d'eau mais je vais la vérifier histoire d’éviter de republier une grosse d'aube.

[jdec]

De retour.

Finalement, je n'ai pas pus acheter ma grange et son cours d'eau donc le projet est tombé à l'eau. Je cherche toujours à comprendre comment se branche ma génératrice, mais je pense ouvrir un sujet bien a part pour cela bientot.