Hydrolienne en bois

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Une Tutoriel de avatarFluminis dans les catégories Énergie, Eau. Dernière modification le 30/04/2017 par Clément.

Hydrolienne en bois baptiste hydrolienne 30.jpg

Hydrolienne de 20 kg, aux dimensions de 1m x 0.8m x 0.6m, conçue pour fonctionner à faible courant (1 m/s), en bois et PVC

Licence : Attribution - Partage dans les Mêmes Conditions (CC BY-SA)


Liste des matériaux

  • tube de PVC de diamètre intérieur 44mm, diamètre extérieur 50mm, de longueur 1m
  • tube de PVC de diamètre intérieur 40mm, diamètre extérieur 34mm, de longueur 40mm
  • 1.5m x 1m de bois (robinier par ex), d'épaisseur 8mm
  • petit moteur réversible
  • 2m de courroie agrafable, d'épaisseur 4mm, de largeur 11mm
  • chevilles en bois de diamètre 6mm
  • vis de diamètre 4mm et écrous
  • 0.4m x 0.2m de bois d'épaisseur 16mm

Liste des outils

  • scie
  • scie sauteuse
  • perceuse
  • marteau
  • lime

Etape n°1 - Les liaisons pivot

Nous avons tenté de développer un modèle de liaison pivot à partir de bois et de PVC. Nous comptions sur le faible coefficient de frottement PVC/PVC, dû à l’état de surface intéressant que le PVC possède en sortie d’usine. On utilise 3 pavés de bois et un tube de PVC. Deux diamètres de PVC seront nécessaires : le PVC de plus grand diamètre doit avoir son diamètre intérieur le plus proche possible du diamètre extérieur du tube de PVC de diamètre plus petit. Il faut construire exemplaires de liaison.

Commentaires :

  • Il est difficile d’usiner un trou avec un diamètre précis qui corresponde au diamètre du tube de PVC. On adapte les deux diamètres au moyen des vis en jaune sur le schéma, dont on a limè le bout pour éviter qu’il n’altère le PVC.
  • La planche en rose saumon représente le bâti de l’hydrolienne, construit précédemment. Le schéma ci-après montre le positionnement des 4 liaisons
  • Les deux liaisons pivot qui vont accueillir l’arbre de rotation intermédiaire (en vert sur les schéma précédent) doivent être mobiles, pour ajuster les distances entre les axes de rotation en fonction des courroies. On usine des trous oblongs par plusieurs perçages successifs, et on finit le travail à la lime.

Etape n°2 - Les arbres de rotation

L’arbre de rotation principal va accueillir l’ensemble des pales. Il faut usiner des trous rectangulaires adaptés aux dimensions des pales pour un maintien en position efficace. Il faut donc usiner 8 trous débouchants dans le tube de PCV de diamètre le plus grand. Il faut être précis sur le positionnement des trous : c’est une opération un peu délicate. Les trous sont ensuite usinés par une succession de perçages et de limages. On adapte l’arbre aux liaisons pivot en mettant en position des tubes de PVC de diamètre plus petit à l’intérieur de l’arbre de rotation principal. Ces bouts de PVC sont maintenus dans le tube de plus grand diamètre à l’aide de vis. Il sera nécessaire d’adapter le bout qui va entrer dans l’arbre principal, car il va buter sur une pale. L’un des bouts doit être plus long : il va accueillir une poulie par la suite.

L’arbre de rotation secondaire accueille les courroies. Il est constitué d’un tube de PVC de diamètre plus petit, auquel on adapte des diamètres plus grands pour guider les courroies et mettre en position une poulie.

Etape n°3 - Les pales

Chaque pale est constituée de 4 planches : 2 planches de 76 x 453 mm et 2 planches de 36 x 50 mm. Toutes les planches ont une épaisseur de 16 mm. On réalise dans chaque planche 2 encoches de 8 mm de profondeur, de dimensions 20 x 76 mm (voir plan des pales).

Pour fixer les planches entre elles, on utilise des chevilles de 6 mm de diamètre. On réalise dans chaque encoches 2 trous de 5.5mm de diamètre. On recouvre de colles les parties qui vont être mises en contact puis on insère les chevilles dans les trous (un marteau est très utile pour cette étape).

Commentaires :

  • Attention : Avant de fixer les planches des pales entre elles, il faut les glisser dans l’arbre de rotation. Les trous accueillant les chevilles peuvent être faits avant.
  • Pour l’emplacement des encoches, se référer au plan.

Etape n°4 - Les poulies

On en a déjà parlé précédemment : deux poulies sont nécessaires pour augmenter le diamètre et assurer une transmission de mouvement adéquate. L’une est adaptée à l’arbre secondaire, l’autre à l’extrémité de l’arbre principal. Nous avions dimensionné les poulies pour obtenir une vitesse de 3000 tours par minute en sortie du prototype, dans un cas idéal où la vitesse d’entrée est de 25 tpm. Nos tests nous ont permis d’atteindre 150 tpm, pour une vitesse d’entrée de 19 tours par minute. Nous avons utilisé un tour pour usiner ces poulies dans un bloc de bois. Une solution moins précise mais plus abordable est d’utiliser une scie sauteuse pour usiner le contour de la poulie, une scie cloche pour réaliser le trou intérieur, et un ciseau à bois pour tailler l’encoche qui guidera la courroie. On peut fixer les poulies par rapport à l’arbre de rotation en adaptant un bout de bois comme indiqué sur le schéma.

Etape n°5 - Les courroies

Nous nous sommes servi de 2m de courroie achetés sur un site spécialisé, dont nous avons adapté la longueur. Des solutions plus low-tech sont envisageables, telles qu’une matière en caoutchouc type chambre à air. Libre à vous d’adapter la longueur selon votre besoin..

Etape n°6 - Adaptation du moteur

Nous avons utilisé un moteur à courant continu de perceuse, utilisé en mode génératrice (les mcc sont réversibles) pour convertir le mouvement de rotation en puissance électrique. Nous ne maîtrisions pas bien cette partie électrique, et il s’avère que la vitesse de rotation en sortie de l’hydrolienne n’est pas suffisante pour permettre au moteur de débiter un courant satisfaisant. L’adaptation du moteur au mécanisme repose sur le même principe que les liaisons pivot : au lieu d’accueillir un tube de PVC, la le bâti de liaison va soutenir le moteur, maintenu en position à l’aide des deux vis de serrage dont nous avons fait mention précédemment (en jaune sur le schéma de liaison pivot).

Nous avons adapté le diamètre de l’arbre de rotation du moteur à l’aide d’une pièce usinée au tour. C’est un assemblage de deux pièces en bois monté par serrage sur le moteur. Il faut utiliser du bois solide car cette pièce sera soumise à de fortes contraintes.

Etape n°7 - Le galet tendeur

Pour bien tendre les courroies, il peut être utile d’ajouter un galet tendeur, en liaison pivot par rapport au bâti. Dans notre cas, nous avons eu besoin d’adapter un galet tendeur, car les efforts étaient tels que la courroie glissait sur le bois par endroit (elle n’était pas assez tendue).

Le schéma représente une vue de coupe du galet. Sur le schéma, la partie hachurée en orange correspond à l’endroit où passe la courroie qui va de l’arbre principal à l’arbre secondaire. Le passage de cette courroie est désigné par les rectangles oranges (H symbolise le brin haut de la courroie, et B son brin bas). Il n’est pas guidé pour éviter des frottements supplémentaires. On observe que le brin bas de la courroie est tendu par le mécanisme. La courroie qui va de l’arbre secondaire au moteur, représentée en bleu sur le schéma, n’est pas en contact avec le galet.

Etape n°8 - Les flotteurs

Nous avons simplement utilisé des bouteilles en plastique que nous avons attachées au bâti à l’aide de ficelles. Pour déterminer le volume nécessaire, vous pouvez peser votre hydrolienne ou effectuer des tests. A titre indicatif, nous avons utilisé 6 bouteilles de 1.5L.

Etape n°9 - Images d'utilité 2

Encore des images d'utilité et des graphiques

Etape n°10 - Images d'utilité

Des images utiles et graphiques

Notes et références

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