Roues à aubes Sagebien, Zuppinger, dessus, dessous, ...

[dB-)]

Bonjour,

je crois qu'il y a en gros 4 types de roues :

a) la roue ludique, que tout bon bricoleur réalise sans aucun calcul, place ensuite sur un petit ruisseau, et qui va évidemment tourner, en entraînant parfois avec un système manivelle-bielle la silhouette en bois d'un bucheron fendant une bille de bois : je trouve ça super, et j'en ai évidemment fait une quand j'étais gosse (ainsi qu'un petit avion en bois, s'orientant seul au vent en haut d'un piquet, et dont l'hélice entraînait aussi la silhouette d'un scieur de bois). Ces roues là ne font que des heureux !

b) la reconstruction à l'identique des magnifiques roues qui équipaient les moulins, à l'époque dans le but de production d'une force motrice à faible vitesse, pour entraîner des meules à grain, olives, chiffons, .. ou des soufflets de forge, martinets, pompes de relevage d'eau, et autres mécanismes lents (jamais pour de l'électricité, ou très accessoirement). Cette reconstruction se fait aujourd'hui essentiellement pour son coté historique, patrimoine, passionnel, souvent par des professionnels spécialisés dans ce secteur, parfois par des associations ou des passionnés, qui passeront avec plaisir des heures à observer les roues alentour, et éplucher les vieux bouquins comme ceux mis en ligne ci-dessus, pour en tirer la substantifique moelle ! Ces roues, souvent très coûteuses à refabriquer, ne font aussi que des heureux par leur beauté, la majesté de leur rotation lente, le bruit de l'eau qui dévale, l'impression de puissance, et la possibilité de produire accessoirement un peu de courant (avec un très mauvais rendement de l'eau à l'électricité).

c) la roue "mixte" ancienne-moderne, que l'on implante à la place de la roue disparue, parce qu'on voudrait bien à la fois redonner un peu de cachet au moulin, et quand même produire un peu d'électricité ... (même en étant conscient du mauvais rendement obtenu). Pourquoi pas, mais dans ce cas il ne faut pas espérer faire tenir en 20 pages une description de la réalisation :

- choix du meilleur type de roue en fonction de la hauteur de chute et du débit : au moins 3 types, roue de dessus, de poitrine, ou en dessous
- calcul des aubes : très différentes pour les 3 types de roues, et adaptées ensuite au cas par cas à la chute, au débit, à la vitesse de rotation
- nombre de rayons, étoiles : fonction de la construction de la roue, bois, acier, mixte, et de sa taille
- calcul de l'arbre : si les paliers sont à ras, le calcul en torsion est déterminant, sinon il faut vérifier aussi la flexion
- calcul des paliers (rotulés ou larges), du multiplicateur, du générateur, des câbles, disjoncteurs, contacteur, etc ...

Autant d'éléments délicats à calculer, c'est pourquoi il y a tant de livres touffus sur cette question, et quasiment tout est dans les ouvrages ci-dessus.

Par exemple le livret MHyLab détaille le calcul d'une roue par dessus, c'est on ne peut plus clair ! A noter aussi la photo de sa page de couverture : il semble que la roue soit montée sur un moyeu comportant un multiplicateur épicycloïdal, équipant par exemple les mini-pelles, tracteurs, élévateurs, etc ... (il est évidemment utilisé d'origine en réducteur)

Roue et multiplicateur.png

Montage très astucieux, il faut juste largement sur-dimensionner ce type de matériel, prévu à l'origine pour un usage intermittent (voir entre autres ce sujet)

d) les roues "modernes" (contemporaines ?), que l'on voit fleurir un peu partout, et qui sont présentées comme des solutions performantes pour produire de l'électricité : je n'y crois pas. Une roue à aubes, quelle qu'elle soit, avec sa prise à l'air, sa partie active allant de 10 à 50% seulement de la périphérie, sa vitesse lente, sa sensibilité au gel, son exposition aux soleil, etc etc ... ne sera jamais aussi efficace, performante, économique et fiable qu'une turbine immergée, et cela même pour une chute de 90 cm et un débit de 2 m3/s.

Bon W.E.

dB-)

[CF21]

@ dB) : oui, c'est une bonne typologie.

Si Ledid veut se faire accompagner dans la durée sur son projet, on essaiera de répondre ici collectivement à ses questions au fur et à mesure qu'elles se posent. A l'arrivée, on devrait pouvoir tirer du fil de discussion un livret. Je pense que cela peut être synthétique. Celui de MHylab est pas mal pour les roues de dessus seulement, mais incomplet, et encore trop théorique. Par exemple les considérations détaillées sur le remplissage du godet intéressent celui qui veut comprendre la logique de calcul, mais celui qui a un projet a juste besoin d'un profil pas trop mauvais de l'auget et d'une formule de dimensionnement simple à appliquer. La plupart d'entre nous sommes incapables de vérifier les équations ni de comprendre les données utiles dans les 5 pages de démonstration sur ce point précis. C'est donc plus un travail d'ingé qui s'adresse à des ingés qu'un mode d'emploi pas à pas.

[PERRET]

Bonjour @ CF21,

Le calcul d'un arbre en exemple correspond à celui d'une roue du type représentée en photos par F. Platbrood.

Cette roue est supporté par deux paliers situés de chaque côté des flasques de la roue.
Dans ce cas, l'effort de flexion sur l'arbre reste faible et ne nécessite pas de calculs complémentaires.

Il en est tout autrement si la roue est montée en porte à faux (livret MHyLab) ou si les paliers sont très écartés de la roue.

Roue à aubes - 3.jpg

[CF21]

@ Claude : voilà une photo intéressante pour faire réfléchir à deux fois avant de se lancer.

Le fait est que près de chez moi, et sans citer les constructeurs, j'ai observé pour le moment :
- une roue mal dimensionnée au débit (ce dernier est bridé par des toles, sans doute pour que la roue ne file pas dans la rivière)
- une roue qui ne tourne pas du tout
- une roue en projet depuis 2 ans qui a coûté un bras, dont les voisins se plaignent du bruit et qui n'injecte toujours pas
- diverses roues anciennes en ruine car non entretenues, donc à refaire plus ou moins complètement (contrairement aux turbines qui reposent dans la vase de leur chambre mais peuvent repartir après 50 ou 100 ans)

Donc, la prudence est clairement de mise. Mais si le propriétaire a envie, eh bien il ne faut pas se priver, juste être lucide sur les contraintes de ce genre de dispositif.

Pour revenir à l'arbre, et typiquement dans une optique de synthèse, je me demandais s'il existe des abaques ou des formules très simplifiées (au-delà du cas de la roue de FP en photo), sans passer par des données trop complexes qu'on trouve dans la littérature (la passionné lambda d'hydro ne va jamais calculer à la décimale près le module d'élasticité, la limite de glissement, le moment de torsion et autres joyeusetés imbittables de la mécanique, il a juste besoin d'une estimation à la louche avec une marge de sécurité, quitte à surdimensionner). Vous sembliez donner une formule de ce genre, justement, mais c'est la référence à la puissance que je ne comprenais pas (car cette puissance n'est que vaguement corrélée aux dimensions de la roue).

[Moulin-Croix]

Bonjour à tous...
Je suis nouveau propriétaire d'un moulin et j'aimerai savoir si une personne pourrais m'aider à calculer le couple de ma roue:
Débit: 80 litres/seconde
Chute: 3 mètres
Roue diamètre: 2m50
Roue largeur: 1m00
Roue 24 augets en aciers galvanisé

Puis j'aimerai savoir quel est la méthode la plus appropriée pour reprendre ce couple. (Courroie, chaine, pignon,....)

Merci à tous de votre aide... la roue tourne...

[dB-)]

Bonsoir,

il y a déjà eu quelques discussions sur le forum à propos des transmissions de roues à aubes, il faudrait lancer une recherche.

Par exemple la recherche avec "transmission roue aubes" retourne ceci

Si votre roue a été bien conçue, son arbre est censé supporter le couple moteur habituel, plus les quelques situations problématiques : accoup électrique sur le générateur (se répercutant sur la transmission), blocage net par une branche, accumulation de glace, ... Vous aurez alors une idée du couple maximal en utilisant "à l'envers" les formules déjà sur le forum, et donnant le diamètre en fonction du couple, par exemple ici

Autre méthode, pour estimer le couple maximal de la roue, à l'arrêt, avec tous les augets remplis, il faut connaître le volume moyen d'un auget (facile à mesurer, en le remplissant avec des seaux d'eau). Si par exemple un auget contient 100 l d'eau, le couple à l'arrêt sera de 100 * 9.81 * (24/2) * 0.4 * (2.50 / 2) = environ 600 daNm.

dB-)

[CF21]

Bonjour

Pas vraiment mécanicien, mais il me semble que la formule classique est :

P = C. omega

et donc

C = P / omega

Avec P la puissance en watt (W), C le couple en newton mètre (N.m) et omega la vitesse angulaire en radian par seconde (rad/s)

Pour la puissance de la roue, prenons un rendement (élevé) de 0,7, cela fait P = 0,7*9,81*3*0,08 = 1650 W environ

Pour la vitesse de rotation mettons 10 tr/mn, cela fait 10*2pi/60 = 1,05 rad/s

Pour le couple cela donnerait donc C = 1650/1,05 = 1560 N.m environ.

Mais.. pas vraiment (ou vraiment pas au choix) mécanicien comme indiqué, je laisse d'autres donner leur avis et corriger mon propos si nécessaire. Il vaudrait mieux des valeurs réalistes de puissance et de vitesse de rotation, mais dur à estimer car cela dépend des qualités constructives de la roue. La vitesse de rotation en tour / mn est assez simple à observer.

Bonne suite.

PS : en marge j'ai trouvé ce document (pdf) sur le calcul couple diamètre d'arbre (pour des engrenages)
http://www.hpceurope.com/docFichesTechn ... Couple.pdf

[PERRET]

Bonjour,

Ci-dessous quelques pages concernant les entrainements.
Les formules sont dans 2 systèmes :
- Système international SI
- Système des mécaniciens SM

Formulaire BAUER - Page 7.jpg

Formulaire BAUER - Page 8.jpg

La différence entre les deux systèmes provient essentiellement, dans le système SI, de l'utilisation du newton en remplacement du kg.

Si cela peut vous aider dans vos calculs, imprimez les deux pages.

[dB-)]

Bonjour,

je ne suis pas d'accord avec CF21 (une fois n'est pas coutume !) concernant le calcul du couple de cette roue, calcul qui se base sur un rendement qu'on ne connait pas, et sur une vitesse de rotation qu'on ne connait pas non plus, donc tous deux évalués "au doigt mouillé" : à ce moment là autant dire tout de suite prenons un couple de tant !

Je reprends ma méthode :

- d'après la chute de 3 m et le diamètre de la roue de 2.50 m, on a à faire à une roue de dessus
- dans ce type de roue, c'est le poids de l'eau, présente sur environ une moitié de la roue, qui intervient
- pour calculer le couple maximal, on peut supposer que la moitié des augets sont remplis
- ce qui n'est pas totalement exact, mais donne une marge de sécurité

Voir ensuite la feuille ci-dessous (ça va quand même plus vite avec un crayon et une feuille de papier !)

Couple d'une roue poids.jpg

Cela peut paraître compliqué, sur le terrain c'est tout simple :

- compter le nombre n d'augets de la roue : 1, 2, 3 ...
- bloquer la roue, et remplir complètement l'auget qui est à l'horizontale de l'axe
- utiliser pour cela des seaux d'eau de volume connu : 1, 2 , 3 ...
- "étanchéifier" si besoin l'auget avec une bâche plastique
- on obtient ainsi le volume V (en litres) d'un auget
- mesurer la distance Rp entre le centre de la roue et le "centre" d'un auget

Le couple maximal est simplement : C = 3.1 * n * V * Rp

Ce couple maximal permet de dimensionner l'arbre en torsion, ce qui suffit la plupart du temps car la roue est suspendue sur deux paliers placés à ras de la roue, le couple permet aussi de dimensionner la transmission.

Je complète dès que j'ai une minute avec le calcul du diamètre de l'arbre

Bonne journée

dB-)

[CF21]

@dB) : pas de souci, je vais cogiter le calcul proposé dès que j'ai une minute, cela m'intéresse!