Vis d'Archimède

[Herv12]

C'est une machine asynchrone il me semble ?

Il vous reste la possibilité de raccorder par un relais (commandé avant le freinage mécanique) des condos et des resistances pour faire le freinage.
A expérimenter sur une petite machine pour voir ce que ça fait

Normalement vous devez pouvoir utiliser les condos de redressement du cosphi de l'installation, reste a ajouter les résistances. Il faut pas forcément faire ralentir la machine, juste empêcher qu'elle monte trop en régime en attente de la fermeture de la vanne.
A+

[dB-)]

Pour m'être frotté à un de ces Binz (génératrice asynchrone + condensateurs + ballast), je le déconseille fortement en grosse puissance !!!

Ce système, avec surcompensation de réactif par des condensateurs pour auto-exciter une génératrice asynchrone, est rustique et fonctionne extrêmement bien en petite puissance (quelques kW), de part la tolérance des petites génératrices et le faible coût des condensateurs, mais uniquement avec une vitesse à peu près constante.

Il devient par contre complexe à gérer et coûteux en grosse puissance : trop peu de réactif = pas d'amorçage, trop de réactif = surtensions et claquage des condensateurs ou des bobinages, or l'apport de réactif d'un condensateur dépend de la fréquence, donc en freinage et décélération il faut obligatoirement gérer cela par un automate ou un contrôleur dédié, avec gradins de condensateurs commutés par des contacteurs spéciaux.

Sans gestion, quand l'ensemble ralentit, la fréquence diminue, donc l'apport de réactif aussi, ce qui produit un désamorçage de l'excitation (à moins de gaver de condensateurs, ce qui provoque des surtensions ensuite) : plus de freinage, ça repart en accélération, puis ça se réamorce, etc etc ... avec au final un joli "pompage" ou "yoyo", qui ne fait pas sérieux et fatigue tout le monde, mécanique comprise !

Cerise sur le gâteau, si on laisse le stator connecté sur le ballast jusqu'à une faible vitesse, ou parfois simplement au fil des mois, le magnétisme rémanent du rotor disparaît, et le système ne se réamorcera plus jamais seul ! J'ai ainsi dû "re-magnétiser" il y a quelques mois le rotor d'une génératrice asynchrone, qui était "à plat" après 6 mois d'arrêt. Pour ce faire, un bon coup de 24 Vdc avec deux batteries de voiture en série, sur un des bobinages stator, génératrice évidemment arrêtée, et non alimentée ... Prévoir les lunettes car ça flashe et crache quelques micro gouttelettes de cuivre fondu ! J'utilise pour cela un fil de deux ou trois mètres de 2.5², qui devient vite rouge et fond si on insiste :-) mais qui protège ainsi la génératrice de 25 kW. Et bien sûr pas possible de re-magnétiser en marche, sauf à imaginer une usine à gaz, avec alimentation des bobinages du stator en synchronisme avec la rotation ...

A ma connaissance, ce système génératrice asynchrone/condensateurs/ballast n'est pas utilisé au delà de 25 kW environ. J'ai refait il y a 3 ans une ancienne installation de 25 kW, non reliée au réseau, en remplaçant la platine Leroy Somer (détruite) par un automate, mais le fonctionnement reste capricieux, et un remplacement par un alternateur est prévu à terme. Or on parle ici de 100 ou 200 kW ... donc peut être 150 kVar de batteries de condensateurs !

Sinon, l'idée d'un frein magnétique ou à huile, beaucoup plus simple, a déjà été abordée ici et là.

Enfin, certaines turbines disposent d'un frein à disque ventilé et plaquettes, type automobile, très progressif et qui arrête la turbine en une dizaine de secondes : simple (trop ?), économique, et facile à régler.

dB-)

[dB-)]

Bonsoir,

je revois cette photo de l'arbre brisé qui est extrêmement impressionnante !

Peut-être me trompe-je (!), mais cet arbre semble dimensionné juste, si l'on se réfère aux anciennes formules de "dans l ' temps", qui donnent un diamètre de 200 mm pour un arbre court, en "acier comprimé", devant transmettre 200 kW à 30 tr/min.

Il est vrai qu'on trouve un diamètre de 130 mm avec les méthodes de calcul plus récentes : critère de Von Misès, acier à 670 MPa élastique, coefficient de concentration de contrainte de 1.2 en torsion et coefficient de sécurité de 2.

En tout cas, mieux vaut ne pas être à coté quand ça pète, ça doit faire un beau claquement et peut être projeter quelques éclats d'acier ! L'arbre cassé en biais a ensuite probablement agit comme un décapsuleur en tournant, et descellé le réducteur de son massif béton.

dB-)

[zib01]

bonjour
Je n'ai aucune expérience sur les vis , mais sur des turbines hélice kaplan et francis allant de 150 kw à 80 mw je n'ai jamais vu de machine freiné pour eviter les survitesse . Je peux vous dire qu'une machine de 80 mw de plusieurs centaines de tonnes de masse tournante qui monte en survitesse ça dépoussière .
Par contre elles sont freinées contre la sous vitesse pour protéger le pivot pour les machines verticales et les paliers pour les machine horizontales juste avant la rupture du film d'huile mais c'est tout

[dB-)]

Bonsoir,

a) l'ancienne formule de calcul des arbres courts, dits en "acier comprimé" au début XXème siècle, était (*) :

D = 96 * (1.36 * P / N)^(1/3)

D : Diamètre minimum, en mm
P : Puissance transmise, en kW
N : Vitesse de rotation, en tr/min

Pour 200 kW à 20 tr/min ça donnait :

D = 96 * (1.36 * 200 / 20)^0.33 = 230 mm !!!

b) avec un tableur basé sur le critère de Von Misès

- pour un acier allié, avec une limite d'élasticité de 680 Mpa, 200 kW @ 20 tr/min, donc un couple de 200 000 / (20 * Pi / 30) = 95 000 N.m, pas d'effort axial ni de flexion (accouplement à plots élastiques), juste de la torsion, un coefficient de sécurité de 2, et un coefficient de concentration de contraintes de 1.2, je trouve un diamètre de 150 mm.

(*) formule rencontrée dans de nombreux livres du XIXème et début XXème siècle, comme par exemple "Notes et formules de l'ingénieur" (De Laharpe, 23ème édition, 1938, page 616), pour le calcul d'arbres de couche en rond plein, uniquement sollicités en torsion, car les poulies étaient près des paliers, avec peu de surcharge (patinage des courroies), et une contrainte limitée à 4.10 kg/mm²

Remarque : le couple de 95 000 N.m (soit quand même 9t5 au bout d'un mètre) est encaissé par l'ancrage du multiplicateur de vitesse.

dB-)

[Toubab]

L'ancienne formule de calcul des arbres courts, dits en "acier comprimé" au début XXème siècle, était :

D = 96 * (1.36 * P / N)^(1/3)

wouahh ! la c'est de la formule magique !
as tu une idée des hypothèses qui sont derrière et de sa provenance ? (juste la torsion ? quel Re ?)

ca a au moins le mérite d'être hyper simple à utiliser

[dB-)]

Bonjour,

dans les calculs ci-dessus je n'ai considéré que le couple "normal" en fonctionnement, juste pour passer 200 kW à 20 tr/min.

Avec un frein, il faut ajouter la contrainte supplémentaire lors du freinage, laquelle prend en compte l'inertie de la vis et le temps de décélération (calcul à suivre)

Si par exemple tout est calculé pour une décélération en 10 s, et que l'on freine en 3 s, la contrainte est triplée et tout vole !

Bonne journée

dB-)

[moulino51]

Bonjour Teoz,

Dans les moteurs a eau classiques, on arrive assez bien a estimer la vitesse d'emballement (voir les différents posts)

Connais tu la vitesse d'emballement de cette vis ?

Quelles sont les données et les risques évalués par le constructeur ? (en gros, ou est le point faible évalué en sur-vitesse : Multi ? Génératrice ?)

Gé

[Herv12]

Bonjour Db, et meilleurs Vœux pour 2014,

Concernant l'utilisation des condensateurs résistances, c'est dans l'esprit empêcher la sur vitesse le temps que la vanne se ferme, pas pour la production.
Il n'est pas certain que ça se mette a pomper de manière importante du fait entre autres des inerties en jeu, de l'aspect stable et progressif de la charge (résistances) qui ne perturbe pas l’équilibre du réactif et a un effet amortisseur. Pas de problème d'amorçage qui existe de fait, puisque on était en production juste avant. Les resistances devraient être calculées de manière à être en légère sur-vitesse ce qui garantit l'auto-exitation avec les condensateurs utilisés normalement pour compenser le cosphi. Cette phase ne durant que le temps de la fermeture de la vanne, on peut accepter une surtension momentanée.

Et un pompage s'il est relativement modéré est de toute façon mieux qu'un arrêt brutal.

J'ai écrit cela dans le but d’imaginer une solution économique et aisée à mettre en œuvre sans trop de modifs (A voir, car je n'ai pas de valeur économiques en tête pour ces dimensions de prix de résistances, contacteurs VS installation d'un frein hydraulique...). Entièrement d'accord avec vous sur le fait qu'il faut être prudents pour ces puissances, c'est pourquoi j'avais écrit qu'il fallait essayer sur une machine plus petite avant.

Par contre et en lien avec le post de moulino51, je ne sais pas trop le comportement que va avoir la vis dans sa phase de coupure. Comme vous l'aviez évoqué le 5 a 21h50, s'il y a assez d'eau en amont on peut supposer que la vitesse va franchement monter, surtout s'il n'y a pas de couple résistant.

A+

[moulino51]

Par contre et en lien avec le post de moulino51, je ne sais pas trop le comportement que va avoir la vis dans sa phase de coupure. Comme vous l'aviez évoqué le 5 a 21h50, s'il y a assez d'eau en amont on peut supposer que la vitesse va franchement monter, surtout s'il n'y a pas de couple résistant.

Dés que nous aurons une réponse, sur la vitesse d'emballement de ce type de matériel, l’estimation sera ajoutée dans : soit un sujet "Ressources" ou dans un post déjà existant, car cela est toujours un + pour la connaissance des différents moteurs a eau.

Bonne soirée a tous

Gé