Machine à vapeur et différents moteur

[invited18d955e]

Bonjour,
je suis en 1er année de DUT GMP, mais connaissance en mécanique sont assez faible, j'ai donc décidé de me lancer dans de minis projets de manière à apprendre des bases de la mécanique tout en faisant une activité autre que les mathématiques, la statique ou la construction^^

J'ai de nombreuse idée de projet, celui qui m’intéresse particulièrement est la machine à vapeur, mais également le moteur Stirling et les différents moteurs électriques que j’étudie progressivement (ayant vu un collègue brillant contrôler la mise en marche d'un moteur et sa vitesse de rotation depuis sont pc) . J'ai tous d'abord fait des recherches pour bien comprendre leur fonctionnement théorique. Puis j'ai regardé en pratique comment cela était réalisé. Pour la machine à vapeur le principe me semble évident. Mais pour le moteur Stirling je ne comprends pas très bien le fonctionnement du système de refroidissement (j'ai entendu parler de la décompression qui refroidissait le gaz...).
Je connais aussi très bien le fonctionnement des moteurs essences pour l'avoir étudié et démonté à mon IUT, mais la mise en oeuvre d'un tel moteur serait impossible et dangereux pour moi donc pas de réalisation possible.
Comme tous ces sujets ne peuvent pas traité en même temps, je vais les traiter un par un, en commençant par la machine a vapeur.

L'entrée sous pression de la vapeur dans le cylindre et contrôlé par ce que l'on appel un tiroir, ce tiroir est entraîné par l'intermédiaire d'une bielle relié au volant. Le système que je souhaite fabriquer et une machine a vapeur double effet, le volant ne doit jamais tourner uniquement grâce a l'inertie. Je sais que le tiroir doit maintenir une des ouverture ouverte pour que la vapeur entre et une seconde fermé pour que l'air ou vapeur pendent le cycle puisse sortir du coté opposé du cylindre. (j'espère que mon explication est compréhensible ^^).

1er question: Comment contrôlé de manière synchronisé le mouvement du piston et du tiroir, y a t'il un model mathématique pour que le mouvement du volant puisse les synchroniser? ( en les liant à une distance différente du centre de rotation du volant et avec un certain angle par rapport à la liaison de la bielle du piston)
2ème question: Sur quel paramétré la pression dans la chaudière influe t'elle? (Vitesse de rotation du volant, couple?)

Voilà si vous ne comprenez pas mes question merci de m'en informé pour plus de détail n'hésité pas également.

Merci d'avance pour vos réponses. Il me reste encore 2 questions majeur concernant ce projet, notamment au sujet de l'étanchéité au niveau des sorties des axes et de la raison pour laquelle la pression exercé autour du tiroir ne gène pas énormément le mouvement.

Ps: je compte réaliser ça majoritairement avec des pièces de récupérations (tiges en acier, tubes, ou encore cocote minute...), mais étudiant également la fonderie certaine pièce spécifique pourront être fabrique avec le procédé du loast foam.
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[polo974]

Il y a plein de vieux livres (1850 à 1950 en gros) qui parlent de la vapeur à piston et de la commande des tiroirs.
Il y en a pas mal qui sont scannés et dispos sur le web.
Il en a été pas mal question ces dernières années sur ce forum, donc un peu de recherche...

Sinon, en résumé court: came.

(au fait, il faut aussi faire sortir la vapeur de temps en temps... )

Maintenant, il y d'autres systèmes sans système commandé d'admission et d'échappement qui peuvent être sympa sans passer par la case turbine: le scroll par exemple...

[inviteede7e2b6]

Volksvagen n'avait pas proposé ça sur la Corrado à une époque ?

http://aebergon.perso.neuf.fr/photos...ompresseur.jpg

[invite0324077b]

j'avais posé la question de l'utilisation d'un compresseur scroll en moteur a vapeur sur ce forum ... les reponse m'ont apris que le scroll a été breveté il y a tres longtemps pour servir de moteur a vapeur , et il n'a pas été utilisé car trop compliqué a construire pour l'epoque

c'est presque 1 siecle plus tard que le scroll a reaparu comme compresseur frigorifique , mais dont la mise au point a été compliqué

avec des faible moyen il vaut mieux commencer par un classique piston et tiroir

pour tout savoir sur le moteur a vapeur a piston , il n'y a pas grand chose sur internet , j'ai eu la chance de trouver des vieux livres dans les broquante on y trouve tout les detail

les livres d'avant 1900 sont presque tous disponible a la bibliotheque de france et telechargable sur galica.bnf.fr

c'est dans les plus vieux livres qu'il y a les detail les plus interresssant pour la realisation amateur ... dans les livres plus recent il y a des description de moteur plus moderne mais moins de renseignement pratique sur la realisation

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitee0b658bd]

Bonjour,
si tu veux faire quelque chose de trés simple quoique d'un rendement faible tu peut t'interesser au moteur Manson
http://www.moteurairchaud.com/manson/index.php
3 pieces en mouvement, difficile de faire plus simple pour un moteur à pistons
fred

[invite0324077b]

ce moteur manson est original

apparament encore plus simple que le stirling ... mais mefiance : ca ressemble a un stirling avec depaceur ayant le meme mouvement que le piston ... bizare pour qu'un stirling marche bien le depaceur doit avoir un mouvement dephasé par rapport au piston moteur

j'ai peur que ce moteur manson soit impossible a optimiser

la feraille n'est pas gratuite ... reduire le nombre de piece n'est pas la meilleure voie pour faire une machine economique , si la simplicité se paye par une dimension superieure de la machine ... et quand en plus le rendement est mauvais on le paye encore plus cher par la consomation de combustible

meme pour recuperer de la chaleur actuellement perdue il ne faut pas la considerer comme gratuite : il faut la considerer aussi comme utilisable par une bonne machine : la vrai machine a vapeur est actuellement la meilleure en rendement et en poid , helas pas encore chere parce que pas fabriqué en serie , mais ca finira par revenir

le stirling est moins bon en rendement quand la vapeur est possible , mais a quelques avantage en simplicité ... il est meilleur en rendement a forte temperature ou la vapeur d'eau n'est plus possible

continue sur la machine a vapeur : c'est la meilleure voie : les fonction sont bien separé : chaudiere en acier soudé sans exigence de precision mecanique contrairement au stirling ou la partie chaude est integré au moteur... moteur a vapeur usiné avec precision , mais bien plus petit qu'un stirling

[invited18d955e]

Merci tous le monde, effectivement je n'ai regardé que les discutions récentes et non les anciens j'en suis désolé. Verdifre je vais étudier se système et je poserais des questions si je ne le comprends pas. Je vais aussi chercher ses documentations sur la vapeur... Encore merci

[invited18d955e]

Chatelot16 merci pour tes informations =)

[invitee0b658bd]

Bonjour,

ce moteur manson est original

apparament encore plus simple que le stirling ... mais mefiance : ca ressemble a un stirling avec depaceur ayant le meme mouvement que le piston ... bizare pour qu'un stirling marche bien le depaceur doit avoir un mouvement dephasé par rapport au piston moteur

c'est en fait un mauvais moteur stirling à cycle ouvert
cependant je ne suis pas sur qu'il soit systematiquement mauvais, dans les applications de cogénération, selon la proportion d'energie mecanique/energie thermique désirée il peut avoir sa place en ayant l'avantage d'une grande simplicité. Bien sur il est disqualifié par beaucoup d'autres si on cherche une grande proportion d'energie mécanique
De plus , juste pour se faire la main et faire un petit truc qui tourne cela peut être un bon point d'entrée
fred

[invite0324077b]

en regardant bien le moteur manson n'est pas plus simple que le vrai stirling

le manson n'a qu'une bielle , mais une bielle de plus n'est pas la chose la plus compliqué a faire

remarque importante sur les moteur a air chaud ou a vapeur

moteur a vapeur , il ,faut pomper de l'eau pour la faire entrer dans la chaudiere sous pression et le moteur recoit de la vapeur a la meme pression mais avec un volume enormement superieur : le moteur meme peu performant produit toujours plus de puissance qu'il n'en faut pour remplir la chaudiere : on est sur que ca marche

moteur a air chaud (erikson) : il faut un piston qui comprimé de l'air dans une chaudiere , l'air en ressort a la meme pression , mais avec un plus grand volume : ca fait tourner un moteur qui fait une plus grande puissance que le compresseur , mais pas enormement plus : si le rendement du compresseur et du moteur ne sont pas assez bon , ca ne tourne jamais ... avec le manson je vois venir le meme probleme

la grosse astuce du stirling est de faire passer l'air du coté chaud au coté froid avec un deplaceur qui consomme tres peu d'energie : on est beaucoup plus sur d'avoir un resultat positif qu'avec le moteur erikson ou manson

[invited18d955e]

Salut,
j'ai bien compris le fonctionnement du moteur Manson, mais je ne comprends pas certaine chose, le circuit de refroidissement n'est qu'un petit bac d'eau, mais cette eau finira bien par chauffer non? enfin je dis peu être n'importe quoi^^ De plus es ce que quelqu'un pourrait m'expliquer comment réalisé les étanchéités en pratique? je veux dire celle entre l'air extérieur et la zone de sortie de la bielle et a l’intérieur du cylindre entre les des cotés du piston. Pour la machine à vapeur projet que je compte réaliser, es ce que quelqu'un peu mexpliquer pourquoi la pression exercé par la vapeur des deux coté du tiroir ne l’empêche pas de bouger? (voir lien ci-dessou), si vous n'avez pas compris mes questions je les reformulerais.

http://upload.wikimedia.org/wikipedi..._in_action.gif

merci d'avance.

[invitee0b658bd]

Bonjour,

'ai bien compris le fonctionnement du moteur Manson, mais je ne comprends pas certaine chose, le circuit de refroidissement n'est qu'un petit bac d'eau, mais cette eau finira bien par chauffer non?

c'est trés juste, un moteur thermique , quel qu'il soit à besoin d'une différence de temperature pour fonctionner, le plan que tu as vu concerne un "jouet" qui ne fonctionne bien qu'un temps limité. Si on désire le faire fonctionner mieux il faut apporter une source froide permanente ( dans ce cas on prends généralement l'atmosphere avec des aillettes de radiateur correctement dimentionnées).
Le rendement maxi d'un moteur thermique est determiné par le fameux rendement de carnot (je te laisse faire les recherches) qui prend en compte la temperature de la source chaude et la temperature de la source froide.

Pour la machine à vapeur projet que je compte réaliser, es ce que quelqu'un peu mexpliquer pourquoi la pression exercé par la vapeur des deux coté du tiroir ne l’empêche pas de bouger? (voir lien ci-dessou), si vous n'avez pas compris mes questions je les reformulerais.

la presson exerce deux forces egales et opposées sur les faces laterales du tiroir, les forces s'annulent donc.
de l'autre coté, une face est soumise à la pression de la capeur d'admision pendant que l'autre est soumise à la pression de l'echappement, le tiroir est donc plaqué sur la "glace" du distributeur (glace car c'est une surface parfaitement polie)
fred

[invitee0b658bd]

re,

la grosse astuce du stirling est de faire passer l'air du coté chaud au coté froid avec un deplaceur qui consomme tres peu d'energie : on est beaucoup plus sur d'avoir un resultat positif qu'avec le moteur erikson ou manson

le redement theorique du moteur stirling est en effet superieur à celui de ses concurents et on peut voir cela sur les cycles thermodynamiques cependant les difficutés de réalisation du moteur stirling font que cet avantage theorique s'estompe rapidement. (le rendement est excellent avec un gaz de travail tel que l'hydrogene mais les problemes d'etanchéité sont monstrueux) et les echnageurs thermiques sont délicats et imposent des volumes morts qui nuisent à l'efficacité
fred

[invited18d955e]

Et comment lubrifier le cylindre? faut-il le faire automatiquement (je ne sais pas comment faire sa) ou simplement rajouté de temps en temps un peu d'huile ou dégrippant?

Merci reff

[invited18d955e]

Bonjour,

c'est trés juste, un moteur thermique , quel qu'il soit à besoin d'une différence de temperature pour fonctionner, le plan que tu as vu concerne un "jouet" qui ne fonctionne bien qu'un temps limité. Si on désire le faire fonctionner mieux il faut apporter une source froide permanente ( dans ce cas on prends généralement l'atmosphere avec des aillettes de radiateur correctement dimentionnées).
Le rendement maxi d'un moteur thermique est determiné par le fameux rendement de carnot (je te laisse faire les recherches) qui prend en compte la temperature de la source chaude et la temperature de la source froide.

la presson exerce deux forces egales et opposées sur les faces laterales du tiroir, les forces s'annulent donc.
de l'autre coté, une face est soumise à la pression de la capeur d'admision pendant que l'autre est soumise à la pression de l'echappement, le tiroir est donc plaqué sur la "glace" du distributeur (glace car c'est une surface parfaitement polie)
fred

tu as parfaitement répondu à mes questions, merci beaucoup je vais continuer a chercher. =)

j'ai aussi surfé sur le forum à la recherche des anciens articles sur la vapeur effectivement il y a de nombreuse informations et d’ailleurs bon nombre d'entre elles viennent de toi^^ Je te remercie donc de nouveau pour cette foule d'informations instructives^^

Reff

[invite0324077b]

pour les petit moteur a vapeur de modelisme on se contente d'envoyer un peu d'huile dans la vapeur a l'entré du moteur : il y a des graisseur a condensation fait pour ca : un petit reservoir sous pression communique avec la vapeur , la vapeur s'y condense l'eau va au fond et l'huile deborde dans le circuit de vapeur : le moteur est donc lubrifié regulierement sans mecanique compliqué

pour les gros moteur on prefere une pompe avec plusieur petit piston pour envoyer de huile a tous les point a graisser

huile etait un gros inconvenient pour les moteur a condenseur : ca encrassait le condenseur et meme la chaudiere , tout devait etre accessible pour nettoyage

[invite0324077b]

le tiroir plat classique se fait ecraser sur la glace par la pression de vapeur , ca fait un certain frottement

l'usure n'est pas grave car ca se rode tout seul , meme usé ca reste toujours etanche

il y a eu quelque amelioration du tiroir plan : equilibrage de la pression de vapeur par une autre face de glissement , mais equilibrage partielle pour laisser une force suffisante pour l'etancheité : ca fait un systeme compliqué que je trouve inutile pour un petit moteur

un gros progrés a été fait avec le tiroir cylindrique : classique sur toute les locomotive a vapeur moderne , un peu moins etanche que le tiroir plan mais beaucoup moins de frottement

remarque : la puissance d'un moteur a vapeur ne depand pas de la cylindré mais du debit de vapeur , et qu'estce qui limite le debit : le tiroir : pour doubler la puissance d'un moteur il suffit de doubler la dimension du tiroir , sans augmenter la cylindré du piston ca doublera la puissance simplement en tournant 2 fois plus vite

les vieux moteur a vapeur avaient des petit tiroir et tournaient tres lentement ... les dernieres locomotives a vapeur avaient des tiroirs plus gros que les cylindre et tournaient tres vite

en plus le tiroir cylindrique est facile a realiser

il y a eu des systeme de distribution compliqué pour chercher le meilleur rendement , mais c'est finalement simplement avec des gros tiroir cylindrique et un moteur directement fixé sur la chaudiere pour reduire les tuyaux qu'on a obtenu les meilleurs rendement

[invite0324077b]

http://www.wreck.fr/guilcher/chap05.pdf

[invited18d955e]

le tiroir plat classique se fait ecraser sur la glace par la pression de vapeur , ca fait un certain frottement

l'usure n'est pas grave car ca se rode tout seul , meme usé ca reste toujours etanche

il y a eu quelque amelioration du tiroir plan : equilibrage de la pression de vapeur par une autre face de glissement , mais equilibrage partielle pour laisser une force suffisante pour l'etancheité : ca fait un systeme compliqué que je trouve inutile pour un petit moteur

un gros progrés a été fait avec le tiroir cylindrique : classique sur toute les locomotive a vapeur moderne , un peu moins etanche que le tiroir plan mais beaucoup moins de frottement

remarque : la puissance d'un moteur a vapeur ne depand pas de la cylindré mais du debit de vapeur , et qu'estce qui limite le debit : le tiroir : pour doubler la puissance d'un moteur il suffit de doubler la dimension du tiroir , sans augmenter la cylindré du piston ca doublera la puissance simplement en tournant 2 fois plus vite

les vieux moteur a vapeur avaient des petit tiroir et tournaient tres lentement ... les dernieres locomotives a vapeur avaient des tiroirs plus gros que les cylindre et tournaient tres vite

en plus le tiroir cylindrique est facile a realiser

il y a eu des systeme de distribution compliqué pour chercher le meilleur rendement , mais c'est finalement simplement avec des gros tiroir cylindrique et un moteur directement fixé sur la chaudiere pour reduire les tuyaux qu'on a obtenu les meilleurs rendement

Justement comment faire quelques chose d'étanche sans que se soit serré, c'est sa que je trouve difficile à comprendre^^ aussi pour l'huile ayant vu le système sur les carters de moteur essence, hors de question de faire une lubrification interne. Aussi acheté une huile spécial pour la lubrification en mélangent avec la vapeur pourquoi pas mais cela dépend du prix sachant que je souhaité faire un maximum de récupération (et il faut me croire j'en ai de la ferraille ^^ ). Aussi pour le tiroir je compté d'origine déjà lui donner une forme cylindrique pour raison pratique.
Ton information à propos de la vitesse de rotation me semble logique, je n'avais même pas pris en compte se paramétre et cette information me sera précieuse, merci beaucoup.

J'ai tout de même un truc à te demandé, la taille du cylindre n'influe t'elle pas sur la puissance (couple) du moteur?

[invited18d955e]

Heu désolé je n'ai apparemment pas bien lu, mais il me semble que la surface en contacte avec la vapeur sous pression avais une importance pour la puissance de la machine... Merci pour tes réponses =)

[invite0324077b]

quand je disait qu'on ne trouvait rien sur le net c'etait il y a longtemps ... maintenant il y a vraiment des bons livres qui sont passé au scanner !

http://trains.tassignon.be/legein/legein_2.htm

on y voit clairement comment on peut obtenir de la detente avec le bon vieux tiroir plan simple

[invite0324077b]

il y a longtemps on avait peur de la vitesse , donc a vitesse fixé la puissance est proportionnel au couple donc a la surface du piston

mais aujourd'hui on n'a pas peur de faire tourner des moteur tres vite : donc on peut reduire le poid de ferraille en passant le meme debit dans un piston plus petit et plus rapide

il ne faut pas oublier que le cylindre doit etre maintenu a une temperature suffisante pour eviter la condensation de la vapeur a l'interieur , un gros cylindre perd plus de chaleur

pour l'etancheité des cylindre et des distributeur cylindrique : segment : exactement comme les moteur a explosion : inutile de fabriquer des segment specialement pour la vapeur

[invited18d955e]

Oui donc c'est bien se qui me semblé on perd de la force mais on gagne de la vitesse. Il y aurait donc moins de parte d'énergie avec un cylindre de plus petite dimension? De que se sois la vitesse ou le couple qui est le plus élevé en sortie il me suffi de l'adapter (vitesse élevé, couple faible ==> Réducteur par engrenage ==> Vitesse plus faible, couple plus élevé.

Si le rendement est plus élevé quand on privilégie la vitesse par rapport au couple, alors je ferais comme sa^^

ps:corrigé moi si je dis des bêtises svp c'est important.

[invited18d955e]

quand je disait qu'on ne trouvait rien sur le net c'etait il y a longtemps ... maintenant il y a vraiment des bons livres qui sont passé au scanner !

http://trains.tassignon.be/legein/legein_2.htm

on y voit clairement comment on peut obtenir de la detente avec le bon vieux tiroir plan simple

ouf sa fait de la lecture, je vais être sélectif et je chercherais dedans au besoin parce que sinon j'en ai pour quelque année à tous assimiler ^^

[invited18d955e]

re,
Es ce qu'un tuyau de plomberie (en cuivre) de 2cm de diamétre peu faire office de cylindre?

Reff

[invited18d955e]

exemple de tube: http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier...tings_4062.jpg

Merci. Reff

ps: désolé pour le flood

[invitee0b658bd]

Bonjour,
cela va dependre fortement des pressions auquelles tu va travailler. De plus le cuivre étant trés bon conducteur de la chaleur, ce n'est peut être pas le materiau idéal pour faire le cylindre.
ce type de tube te poses donc deux problemes , 1) un probleme de rdm, 2) un probleme thermique
fred

[invited18d955e]

Je pense que je vais partir sur un model très petit qui vas plus servir de test qu'autre chose. Pour un model plus grand je verrais après puisque de nouveau problème me gêneront surement.

Très bien, alors et je dis sa par hypothèse, avec une pression allant de 2 à 3 bars (maximum donc), en sachant que plus le cylindre et petit et plus cela tournera vite, si j'utilise un tube en acier cette foi de diamètre 20mm et de longueur 30mm (on m'a dit que le parcours du piston avait aussi une importance sur la vitesse), es ce que cela irait?

Comme je l'avais dit j’étudie aussi la fonderie et s'il faut je m’entraînerais en réalisant le corps de la machine (cylindre + logement du tiroir). J'aimerais savoir si l'utilisation du bronze est possible (alliage qu'il m'est possible de réaliser).

Merci d'avance pour vos réponses.

[invited18d955e]

Diamètre du tube en acier 1 ou 2mm ( je sais qu'il s'agis la du domaine des sciences des matériaux et que se sont des notions complexes qui demandent de nombreux paramètres), mais je veux juste une idée, un ordre de grandeur, chose qui est possible et certaine de pouvoir résister à assez long terme pour d'aussi petite dimension ^^

Merci bcp.

[invite0324077b]

il y a eu des cylindres en cuivre a l'origine des machine a vapeur : tres basse pression , grande dimension ... c'etait une epoque ou la fonte n'existait pas

actuelement le cuivre n'a aucun interet

un tube en acier serait interressant pour faire une construction par soudure

pour la petite dimension que tu veux inutile d'assembler des morceau par soudure : prendre un bloc et percer dedans