Forum de la petite hydroélectricité

c'est génial

Bonjour,

Suite à 30ou40 ans d’inactivité sous l’eau, il me faut remplacer :
-l’arbre d’une turbine de 25kW de 75mm de diamètre
-axes de commandes d’ouverture du vannage
(ces arbres sont petites longueurs était vraiment corrodés : j'ai du les couper en morceau pour les sortir plus facilement (ou plutôt moins difficilement!) et pour extraire roue et poulie)

A première vue ces arbres sont doivent répondre à pas mal de critères :
-résistance à la flexion du au poids de la poulie de 300kg
-résistance à la torsion pour transmettre la puissance
-résistance à la fatigue du aux vibrations et aux flexions
-résistance à la corrosion
-bon état de surface pour les paliers lisses et le presse étoupe
-bonne usinabilité
-coût!

J’avais pensé à de la tige de vérin chromé (Ni-Cr) qui tient dans l’eau : bon état de surface, ne rouille pas (pour les presses étoupes ça doit être nickel !), mais en acier ordinaire assez mou du CK45=XC48 (LA1730). D’un autre coté il me semble que les arbres de transmission se font en acier durci type 110kg.

Savez-vous en quoi étaient faits les arbres et axes de ces vielles turbines ? Était-ce de l’acier ordinaire mais généreusement dimensionnée ? Par quel type d’acier les refaire aujourd’hui ?

Merci pour vos idées !

Bonjour,

je vous déconseille d'utiliser des tiges de vérins pour réaliser les nouveaux axes de turbines : j'ai réparé pas mal de vérins pendant ma période "maintenance de robots de démolition", et ces tiges réalisées en inox sont plutôt "molles", elles se marquent lors d'impacts, et plient "facilement".
Sur certaines turbines que j'ai démontées, il était utilisé (d'après les étincelles de la meuleuse) un acier "standard", tout simplement genre rond serrurier ou acier au carbone basique XC38 ou XC48.

Sur d'autres installations, les étincelles étaient beaucoup plus blanches, et je trouvais le temps bien long pour tronçonner l'arbre ... probablement un acier presque "rapide" : vous avez dû percevoir cela au tronçonnage de vos axes : acier basique, ou de bonne qualité ?

Sinon "disquez" un bout d'arbre, et comparez avec les étincelles obtenues en disquant un IPE ou autre, on arrive normalement à se faire une petite idée :

- poussière noire ou étincelles rouge sombre : fonte (et un bruit "mou", si vous voyez ce que je veux dire !)
- étincelles rouges ou oranges : fer ou acier courant
- étincelles jaunes ou blanches : acier rapide de bonne qualité (et un son clair)

Vous pouvez aussi essayer de percer un bout d'arbre : percez d'abord un morceau de fer plat serrurier, et avec le même foret percez ensuite un morceau de l'arbre déposé : vous verrez tout de suite s'il y a une différence !
Sinon, le calcul d'un arbre de turbine est assez classique, ci-dessous un calcul que j'avais effectué il y a un an ou deux (c'est fou ce qu'un logiciel de calcul arrive à générer comme données, juste à partir de 2 ou 3 dimensions ...) :
Encore une remarque : l'arbre de vannage que je vois sur la photo est comme neuf ! pourquoi le changer ?

Cordialement

dB-)

Après une grosse recherche sur internet couplé avec mes souvenirs d’école voilà un peu de théorie :

Type d’acier :

S235JR
Le rond de serrurier NFA45003 (aujourd’hui nommé EN10060 (c’est la folie il y a 4 appellations différentes pour chaque chose !)) est constitué d’un acier de construction à usage général : S235JR.
Re>=215 N/mm² (limite élastique : on peut tirer 21kg sur un fil de 1mm² de section avant déformation irréversible) (d’ailleurs le S235JR veut dire que la limite élastique est de 235N/mm²)
Rm>=340 N/mm² (résistance à la rupture : d'abord le fil se déforme à partir de 21kg en s’allongeant, puis il cède vers 34kg) Inox 303
Re ?
Rm>=500 N/mm² XC48
Je parle ici de tige de vérin chromé superficiellement (+ du nickel si le vérin doit travailler en milieu humide, le chrome seul ne résistant pas) et dont l’âme est en acier de construction à usage général au carbone : XC48 (appelé CK45 en Allemagne).
Re>=370 N/mm²
Rm>=630 N/mm² (c’est du « 60kg » /mm²) 40CMD8
Acier plus technique : acier pré-traité 40CMD8 (il est vendu avec un traitement thermique déjà réalisé) : du coup les caractéristiques mécaniques sont grandement améliorées.
Re>=830 N/mm²
Rm>=980 N/mm² (c’est du « 110kg » /mm²) Discutions :

En effet, j’ai déjà tordu une tige de vérin sur une pelle mécanique de 8t (mais je l’avais bien cherché : j’ai pris appui avec le vérin du bras de la pelle sur le mur du canal pour tirer de gros bloc de rocher dans la rivière….), c’est d’ailleurs en portant remplacer la tige de 70mm de diamètre que met venu l’idée d’en utiliser pour faire des axes. En fait c’est tellement dimensionné, que je pense qu’un acier doux pourrait suffire et de l’acier traité semble surdimensionné ? (j’avais le calcul en torsion mais pas en flexion du au poids de la poulie, mais plus il est dur moins il y aura de flexion et mieux ça devrait être). Il faudrait voir en quoi étaient fait les axes d’origines qui sont toujours là après des décennies !
Flexion: Dans votre calcul vous mettez un effort de 300kg à l’extrémité de l'arbre, après le palier et cela conduit, à une flexion de l'arbre de 2mm entre les palier et 1.5mm au niveau de la poulie : c'est bien cela? Ça ne fait pas beaucoup? Quelle est la flexion acceptable?

Très bonne idée pour le test de perçage et meulage pour identifier le type d'acier!!!!!
Remarque1 : je parlais de tige de vérin en acier et non en inox, mais la résistance doit se situer entre l’acier de serrurerie et le XC48.
Remarque2 : l'axe de commande (en fait il y en a 3 en tout) ne sortait pas et était oxydé au niveau de palier et surtout du presse étoupe, alors je l'ai coupé en morceau... (je vous avais mis en photo dans le premier post celui qui était coupé seulement en 2 morceaux mais les autres c'est "massacre à la disqueuse!!!"

Bonjour,

oui, les tiges de vérins ne sont pas toutes identiques, je ne connais que celles en inox massif, à mon avis trop "molles" pour réaliser un axe de turbine. Une tige en acier chromée/nickelée superficiellement conviendrait probablement, si vous avez la possibilité d'en obtenir à bon prix, sinon je ne vois pas l'intérêt.

Le plus simple est donc de réaliser un essai de tronçonnage ou perçage, pour déterminer le type d'acier qui était utilisé. D'ailleurs j'ai oublié aussi la bonne vieille scie à main, avec laquelle on voit immédiatement, en essayant de scier deux pièces de même largeur, si l'une est en acier rapide !

Dans le calcul indiqué, l'arbre était soumis :

- à gauche au poids de la roue (environ 300 kg, radial, vers le bas)
- et à l'aspiration de la roue (environ 600 kg, axial, vers la gauche)
- à droite essentiellement à la traction des courroies (environ 400 kg, radial, à 70° vers le haut)
- le poids de la poulie (environ 60 kg vers le bas) était négligé
- et à la résistance axiale de la butée (axial vers la droite)
- sur toute sa longueur, à la torsion due au couple moteur de la roue et au couple résistant de la poulie (environ 75 kg.m)

La combinaison de ces forces déforme l'arbre, comme indiqué sur les diagrammes. Je ne sais pas exactement quel était le maximum de déformation admissible : le logiciel indique les résultats à problème en rouge, donc tant que c'est noir on ne réfléchit pas trop !!

dB-)

Bonjour
Puisque nous y sommes, je voudrais vous soumettre un petit problème de même nature.
J'ai une petite francis horizontale ( roue de diamètre 600 mm ) en chambre d'eau sous 2.2 m de chute.
Cette turbine émet un bruit dont je n'arrive pas à déterminer l'origine.
Ce bruit qui rappelle celui d'une corne de brume ( moins puissant quand même !!! ) se produit aléatoirement ,quelque soit le degré d'ouverture des directrices, par des séries de 1 ou 2 secondes pendant une minute ou deux et puis plus rien pendant des heures, sans que j'aie pu déterminer une quelconque corrélation avec un évènement extérieur.
Un turbinier mélomane pourra-t-il me répondre ?
Mais peut-être que ce bruit a la même origine que celui que décrit From.

Cordialement

Gilles 21

Bonsoir,

une corne de brume ??

Y-aurait pas un chasseur coincé dans la turbine ??.. C'est la saison !

(d'où l'intérêt d'une grille avec écartement de 30 cm environ)

Qu'est-ce qu'on rigole quand même avec ces turbines

dB-)

J'ai regardé, pas vu de chasseur, mais le bruit ressemble plutôt à une sirène de bateau, alors c'est peut-être les péniches sur la rivière qui trématent .
Gilles 21

Une corne de brume, c'est beau le soir au fond des chambres d'eau !

Mais une borne et des grumes, pas beau au fond des chambres d'eau!

J'aurais bien dis un bruit de palier, mais maintenant avec ma bague magique en PVC, ça baigne dans l'huile.

Un bruit de vortex sans doute ? solution : un ballon de foot dans la chambre d'eau.

J.trouvetout

Bonjour Gilles,

Je suis très content, et même ému, de constater que je ne suis plus seul : j'ai constaté un phénomène identique pour lequel une discussion très intéressante avait été lancée :
http://dbhsarl.eu/forum/viewtopic.php?f=5&t=80
Je vous invite à lire les explications vers la fin, ça semble être convaincant.

Je suis un peu obsédé par les bruits : comme je n'y connais finalement pas grand chose, surtout en électricité, donc je m'inquiète souvent.
Après quelques années de crampes d'estomac j'ai constaté les choses suivantes :

-quand j'ai pu faire en sorte que les bruits suspects soient écoutés en direct par un expert, dont j'attendais une lumineuse explication, je n'ai obtenu que des moues dubitatives, et des "mhoo, ouuiii, offf...c'est rien ça " ou bien "j'entends rien de spécial elle fait aucun bruit cette turbine"... Voire "encore un bruit imaginaire ? tu commences à me faire ch**** ".
-le plus intéressant est de poser la question ici : ça permet d'apprendre un tas de trucs, parfois sur des sujets qui n'ont rien à voir.
-des bruits apparaissent , existent un moment, disparaissent. Je n'en ai jamais élucidé aucun avec certitude, sauf un.
-a partir d'une certaine persistance dans le temps , je finis par m'en foutre complètement : c'est le cas du "buzzer" dont vous parlez. (D'ailleurs maintenant qu'on en parle, j'ai l'impression que je ne l'ai plus entendu depuis un fameux bail.) Si le bruit devait être annonciateur d'une catastrophe imminente, j'estime qu'au bout de deux ans d'annonce c'est une fausse alerte...

Actuellement je suis content, car le bruit du moment est identifié : c'est un roulement de butée à bille qui "gratte",surement parce que je l'ai remonté à l'envers.

N'empeche, si vous allez plus loin dans votre enquête, je suis interéssé par vos conclusions.
F.