Conception ventilateur centrifuge industriel

[levraidd]

Bonjour à tous,

Dans le cadre d'un projet de conception d'organe de machine, j'aimerais dimensionner un ventilateur centrifuge industriel entrainé par courroie.

Le but de mon post est de me rassurer (ou non) dans la démarche que j'adopte et de voir si vous pensez que ça tient la route.
Je vous explique ci-dessous comment j’en arrive à un premier dimensionnement de l’arbre machine (c'est résumé).
J’aimerais vérifier cet arbre à la viabilité et à la fiabilité. Ceci doit se faire au départ d’un schéma rendu libre correct reprenant tous les efforts appliqués à l'arbre. J'ai quelques interrogations quant aux efforts appliqués.

Voici le style de machine à laquelle j’aimerais arriver :

CIMG0010 - Copy.JPG

Suivant le débit voulu (87500m³/h), j'ai sélectionné, dans un catalogue, une roue centrifuge sur base des courbes de fonctionnement.
Mes caractéristiques sont alors:
Rayon moyen : 701mm
Vitesse de rotation roue : 700 tpm
Presstion relative (delta P): 1200 Pa
Pmanométrique : 22,5 kW (je prends ça comme puissance indiquée)
Rendement : 84%
Poids de la roue: 263 kg
Bout d'arbre ISO conseillé: diamètre 75mm

Avec ces caractéristiques, je calcule la puissance à l'arbre:
Pa= Pmano/rendement= 22,5/0,84= 26,785 kW
Cind (couple indiqué) = Pmano/w= 22500/73,3[rad/s] = 306,94 Nm
Fr (force radiale ramenée à l'arbre) = Cind/ Rm = 306,94/0,701= 437,86 N
Force axiale = 1200.PI.0,701²= 1852,53N
Poids= 2630N

En parallèle, j’ai réalisé un calcul de courroie et poulies pour l’entrainement de l’arbre suivant le moteur défini, qui me donne une tention de +- 2380N.

Je choisi de réaliser un arbre de type étiré pour la facilité d'usinage. Ainsi, pour la conception de l'arbre et en vue du montage sur paliers isolés roulements à billes, je choisi un diamètre de roulement multiple de 5 supérieur au diamètre du bout d'arbre: 80mm (règle de conception issue d'un de mes livres. La portée entre les paliers = 5x diamètre roulement = 400mm (règle de conception provenant d’un de mes livres aussi). Afin de se laisser un peu d'espace pour la réalisation du bâti, du carénage etc., je prends une portée entre paliers de 450mm.
Le reste de la longueur de l'arbre est tributaire de l'encombrement de la machine.
Voici le premier montage :

Img2.jpg


Dans le respect de la mécanique statique, un de mes roulements assure une liaison cylindrique et l'autre une liaison pivot rotoïde.
Je dessine le schéma rendu libre de l'arbre suivant:

img6.jpg

Pensez-vous que ce schéma est correct et reprend bien tous les efforts appliqués à l'arbre pour les calculs de résistance?
Pour vérifier l'arbre à la torsion, puis-je utiliser le moment de torsion Mt= Pa/w (Puissance à l'arbre / vitesse)? Ou faut-il prendre un compte un éventuel couple résistant supplémentaire (roue/courroie)?
La tension de courroie (T) est-elle appliquée correctement à l’arbre? J'imagine que je dois tenir compte de l'angle que forme la courroie avec le plan de l'arbre et décomposer la force suivant ses composantes x et y?

img5.jpg

Avec les diagramme de résistance des matériaux M,N,T, j'ai trouvé que la section dangereuse (qui reprend le plus de contraintes) se situe au roulement A (celui de gauche).

img8.jpg

J'imagine que pour les calculs des contraintes, je ne dois pas utiliser de coefficient de concentration de contraintes étant donné qu'a cette section "dangereuse", je n'ai pas de variation brusque de volume (le palier est monté sur manchon de serrage, donc pas d'épaulement de l'abre).
Cependant je me pose quand même la question vu qu'aux extrémités l'arbre présente des épaulements + clavettes pour montage de la roue et de la poulie. Mais c'est pas à cet endroit que je vérifie la résistance volumique. J'ai un gros doute là-dessus, pouvez-vous m'aider?


Avis, informations et conseils sont les bienvenus .

Un fois que j'aurai vérifié cet arbre, il faudra que je passe aux choix des roulements et à la vérification de ces derniers également.

Merci d'avance!
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[fabang]

Le poids de la roue semble bien élevé. Ce serait le poids d'un disque d'acier plein de 3,5cm d'épaisseur. Une turbine constituée d'éléments en tôle de 3mm devrait faire dans les 70kg.

[Sanglo]

Bonjour,

Je choisi de réaliser un arbre de type étiré pour la facilité d'usinage

C'est une fausse idée,
Les aciers quels qu'ils soient(sauf cas bien particuliers) ne présentent pas de difficulté d'usinage et ont des caractéristiques mécaniques supérieures à un acier étiré.
Un étiré est aussi plus cher qu'un acier laminé.

A++

[levraidd]

Hello,

Merci pour vos réponses.
Concernant le poids de la roue voici un extract, ci-dessous, du catalogue pour la roue choisie. Je vois poids turbine: 263Kg. Pensez-vous qu'il s'agit de l'ensemble avec le collecteur?
Dans ce cas, comment puis-je évaluer le poids réel de la roue seule dont j'ai besoin?

Concernant l'arbre étiré, merci pour l'info. Cela dit, le fait d'avoir un minimum de variation de section volumique (variation de diamètres pour les épaulements) limitera les concentrations de contraintes (Von Mises) et l'effet d'echelle s'appliquant à la résistance volumique non? Quel est votre avis?
Des idées pour le reste de mes interrogations?

[A voir en vidéo sur Futura]

[fabang]

De mon coté j'avais pris l'information 701mm pour le diamètre, hors il est de 1250mm. Ça explique un peu le fait que je trouvai la turbine 4 fois trop lourde.
Je pense quand même qu'il s'agit du poids de l'ensemble turbine + carter.

[Sanglo]

Re

Après avoir consulté la documentation sur le ventilateur que tu cites je ne comprend plus ta démarche.
Le ventilateur que tu prends en exemple est un ventilo double aspiration et la roue se trouve entre deux paliers alors que dans tes schémas elle est en porte à faux.

Tu parles tout d'abord d'un type de ventilateur ... puis tu en cite un autre comme exemple !!!

Comprenne qui pourra.

A++

[levraidd]

Mon cahier de charges m'impose une roue en porte à faux par rapport aux paliers (je vous passe les détails svp, c'est long).
Je me base sur les courbes de fonctionnement et les caractéristiques de la turbine renseignée dans ce catalogue et non sur les montages proposés.
La roue est exploitable seule.
Si je ne devais pas étudier un montage custom, et prendre un montage tout fait + bâti fourni, il n'y aurait pas de questions à se poser du tout, on est d'accord.

Les questions initiales que je pose sont dans un cadre: sachant que le montage est du type que je renseigne au début du post et que j'ai besoin d'un débit tel que rensigné (ainsi que d'autres critères que j'ai épargé afin de ne pas avoir un post excessivement long).

Je cherche à vérifier la résistance volumique de cet arbre en fonction des valeurs données et non de motifier l'organisation générale des organes mécaniques.

Bonne soirée

[levraidd]

Je me dois de faire un ajout a la dernière reponse.
Mon but est surtout, de placer correctement les efforts sur un arbre monté en porte à faux afin de le calculer à la résistance volumique.
Initiallement, je ne comptais pas exploser le ventilateur de ce catalogue. Je me suis basé sur ces valeurs, pour avoir des données d'une roue quelconque (peut-importe la roue) et démarrer une démarche qui mènera à la conclusion: oui l'arbre tient; ou non, il est trop chargé (ou mal chargé justement, c'est là que vous pointez).
Ainsi même si la roue est une double aspi, dans un premier temps, ça m'importe peu. Je veux uniquement calculer l'arbre d'entrainement sur base de données quelconques de départ.
J'aimerais ensuite en faire une démarche paramètrée automatisée via un software qui permettrait de faire varier, à souhait, les caractéristiques de la roue et le diamètre de l'arbre.
C'était une erreur de présenter ce ventilateur, je comprends que ça crée des interrogations. J'avais pioché la dedans car je n'ai pas trouvé rapidement de catalogue idéal de roue seule.

Pouvez-vous me reinseigner comment calculer cet arbre à la torsion. Je peux prendre uniquement le Mt= Pa/w (Puissance à l'arbre / vitesse) ou y a-t-il d'autres efforts de torsion que je devrais prendre en compte?

Bonne soirée

[Jaunin]

Bonjour,
J'ai un doute, ne faut-il pas tenir compte du moment d'inertie de la roue de 260 [kg] et des clavettes aux matage.
Cordialement.
Jaunin__

[levraidd]

Concernant la clavette, je pense qu'il y a un coefficient de securité en fonction de la rainure qui s'appliquera aux contraintes calculées dans l'arbre.
Mais pour calculer ces contraintes il me faut l'effort torsion total qui s'applique sur l'arbre.

Si il faut tenir compte du moment d'inertie de la roue, comment agit-t-il par rapport au Mt?
Rien coté courroie j'imagine?

Merci

[Sanglo]

Bonjour,

Si tu considères un ventilateur avec roue en porte à faux ton estimation du poids de la roue est complètement irréaliste.
Tu te base sur le poids de la roue du ventilateur RZR 1250
Pour 263 kg, la turbine a un diamètre de 1250 mm ... et une largeur de 1600 mm (voir les dimensions dans le pdf d'où tu as tiré les courbes postées dans ton message).
Comme c'est une turbine de ventilateur à double aspiration, pour un ventilo simple aspiration on n'est déjà plus qu'à 131.5 kg mais toujours avec une largeur de 800 mm

Je te laisse le soin d'apprécier le poids d'une turbine simple aspiration avec une largeur normale.

A++

[sitalgo]

B'jour,

Mais pour calculer ces contraintes il me faut l'effort torsion total qui s'applique sur l'arbre.

Tu n'auras jamais plus que le couple maxi que peut fournir le moteur ramené à l'arbre.

[Jaunin]

Bonjour,
Votre axe, image 5 #1 est loin d'avoir les bonnes dimensions.
Un arbre ne doit pas avoir plus de 0.25° degrés d'angle de torsion.
Cordialement.
Jaunin__