Machine a vapeur 2kW : des plans ?

  • Auteur de la discussion Daniel13
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D

Daniel13

Compagnon
Bonjour,
Chaque fois que je brûle des végétaux dans mon jardin, je pense aux calories gaspillées; De fil en aiguille, quequ'un a-t-il l'expérience d'une machine à vapeur en poste fixe des quelques kW ?
Existe t-il des plans ? Des réalisations ?
Sinon, pourquoi tant de maquettes et si peu de vraies machines ?
Ca me brancherait bien une vraie pour faire tourner une scie, une fendeuse de buches, un alternateur ...
 
M

moissan

Compagnon
si il y avait des bons plans tu les aurait deja trouvé

cette idée m'interresse beaucoup ... j'ai accumulé les vieux livres sur les machine a vapeur de toutes les epoque , et il est temps d'utiliser les technique moderne pour faire la synthese ... la simplicité des vieux moteur et la performance grace au technique actuelle

le moteur a vapeur n'est qu'une petite partie de l'affaire ... il faut aussi la chaudiere et le condenseur pour faire une bonne machine
 
M

moissan

Compagnon
http://www.stuartmodels.com/inprod_acces.cfm
1855 livres 2315 euro rien que pour le kit a usiner ... ça fait beaucoup

surtout que c'est 2 cylindre en paralele ... tant qu'a faire 2 cylindre autant faire un compound (double expansion ) pour chercher le rendement maximum

les stuart sont des beau gros modele reduit ... je prefere un style plus utilitaire , plus simple a usiner
 
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J

Jope004

Compagnon
Bonsoir,

Voici une machine à 2 cylindres qui alimentait une usine entière en force motrice, qui a cessé son activité probablement dans les années 60.

Machine.JPG

Un très beau volant d'inertie !
On voit au fond en haut l'arbre de transmission.

Chaudiere.JPG

Une bien petite chaudière ! Mais quand on suit le tuyau de vapeur haute pression, c'est bien elle.
 
M

moissan

Compagnon
j'ai du mal a croire que cette petite chaudiere fasse marcher ce moteur ... en plus le changement de diametre du tuyaux est bizare ... ça ne serait pas plutot que la grosse chaudiere a été demolie et que cette petite ne servait que pour faire marcher certaine chose quand la grosse etait arreté ?
 
J

Jope004

Compagnon
Je n'étais pas là pour la voir fonctionner, mais je ne pense pas qu'il y ait eu une autre chaudière.
Je ne suis pas entré dans cette ruine, mais on ne voit par les fenêtres aucune trace d'autre chaudière, ni de tuyaux sectionnés.
C'était une fabrique de tourteaux de nourriture pour animaux, qui ne demandait peut-être pas une grosse puissance.
 
D

Daniel13

Compagnon
Pourquoi pas un travail collaboratif sur le sujet ?
Seul hic, je n'ai pour l'instant pas grand chose à mettre dans le panier de la mariée !
Juste pour donner mon état d'esprit :
Proto-ooct-2011.jpg
0,5 l/100 km à 40 km/h (vitesse maxi 55km/h)
25 cc 4 temps, 7 vitesses.
Bon, simplissime à réaliser, mais super économique et rigolo.
La machine à vapeur c'est sans doute une autre paire de manches, mais c'est un tel rêve !
Si en plus on prévoit la cogénération ...
 
M

metal89

Ouvrier
Les locomotives de dernière génération avaient un rendement thermique-->mécanique de 8% (15 % pour les meilleures). Les moteurs marins double ou triple expansion à condensation avaient un rendement de 15 à 25%. Les très gros modèles réduits (loco 7 ''1/4) un rendement de 1.5 % (les anglais font des compétitions sur ce thème). Donc pour un 2kW stationnaire optimisé si on table sur 3% de rendement il faudra une chaudière de 2/0.03= 66,6 kW thermiques. Les végétaux devront être secs (entre 10 et 20% d'humidité résiduelle) sous peine de ne récupérer que très peu de chaleur et de fabriquer des goudrons et des acides lors de la combustion.
Un moteur à vapeur est donc intéressant si on a de la chaleur perdue de process à récupérer mais c'est pas vraiment économique. Pour les végétaux c'est bien plus intéressant de les broyer et de les laisser composter sous forme de mulch ou de BRF (bois raméal fragmenté) cela évite d"appauvrir le terrain et on a de beaux arbres, de belles fleurs ou de beaux légumes.
La puissance mécanique pour faire avancer un vélo sur le plat à 20 km/h est de 60 à 80W ce qui rend l'opération marrante et réalisable même avec un rendement thermique -->mécanique médiocre.

Patrick
 
D

Daniel13

Compagnon
J'avais en tête 10% de rendement.
3% cela explique pourquoi si peu de réalisations.
Ah, ce deuxième principe ...
 
V

vax

Modérateur
moissan a dit:
http://www.stuartmodels.com/inprod_acces.cfm
1855 livres 2315 euro rien que pour le kit a usiner ... ça fait beaucoup

surtout que c'est 2 cylindre en paralele ... tant qu'a faire 2 cylindre autant faire un compound (double expansion ) pour chercher le rendement maximum

les stuart sont des beau gros modele reduit ... je prefere un style plus utilitaire , plus simple a usiner


Message reçu (merci pour mes économies).

Quel dommage de voir une belle installation à l'abandon.....
 
P

punchy

Compagnon
Daniel13 a dit:
Juste pour donner mon état d'esprit :
25 cc 4 temps, 7 vitesses.
Bon, simplissime à réaliser, mais super économique et rigolo.
Peut tu en parler ? Crée un post, ça sera mieux.
:wink:
 
M

moissan

Compagnon
rien n'empeche de faire un petit moteur a vapeur a haut rendement

mais il ne faut pas faire un modele reduit de gros moteur : il faut etudier le moteur pour sa dimension

c'est comme pour faire un moteur de groupe electrogene : un bon petit moteur comme le honda GX200 ou ses imitation chinoise n'est pas un modele reduit de gros moteur

depuis carnot on sait que pour un bon rendement il faut une temperature chaude elevé ... donc la forte pression qui va avec ... les modele reduit de locomotive se contentent souvent de pression faible pour la securité

il faut aussi une temperature froide le plus basse possible : les locomotive on toujours un echappement de vapeur a la pression atmospherique : ce qui veut dire une temperature basse de 100°C : il y a beaucoup a gagner avec un condenseur a basse temperature ... il y a eu quelques locomotive a condenseur , mais rare et finalement le poid et l'encombrement du condenseur rendait la chose non rentable ... par contre les bateau et les centrale thermique on toujours été a condenseur

autre defaut des vieux moteur : tuyau de vapeur trop petit : il y a eu d'enorme progrés dans les derniere machine a vapeur simplement en augmentant les diametre de passsge et en montant le moteur a vapeur directement au dessus de la chaudiere

le tuyau entre chaudiere et moteur est une double source de perte : frottement dans le tuyaux donc perte de pression au debit maxi ... defaut d'isolation thermique donc refroidissement et condensation d'une partie de la vapeur

j'ai decouvert la vapeur quand j'etait petit avec le livre de JC porterie , steam vapeur dampf , et depuis je collectionne les livres de toutes les epoques sur tout les type de machine a vapeur

il est temps maintenant d'en faire la synthese , et de faire une petite machine a vapeur a haut rendement tout a fait originale

la chaudiere sera a tube d'eau comme les babcok et wilcox : c'est tres pratique pour la haute pression : les assemblage de petit tube sont beaucoup plus solide que les chaudiere de type locomotive ... le reservoir en haut n'est pas soumis au feux

l'inconvenient de ces chaudiere en 1900 etait la perte de chaleur par la maconnerie en brique autour : aujourd'hui il existe des brique legere suffisament bien isolante pour regler ce probleme

le moteur sera du genre triple expension

si la vapeur arrive au moteur juste a la temperature correspondant a la pression ça condense lamentablement pendant la detente ... de nombreux moteur a vapeur avaient des enveloppe de vapeur autour des cylindre : cylindre non pas refroidi mais chauffé a la vapeur pour eviter la condensation de la vapeur pendant la detente

il y a eu aussi la surchauffe : faire passer la vapeur sortant de la chaudiere dans des tubes chauffé par le foyer

les centrale nucleaire on des resurchauffe : la vapeur detendue par les premier etages de turbine , va refaire un tour dans un echangeur se resurchauffer avant de continuer la detente dans le reste de la turbine

il y aura donc a la fois surchauffeur dans la chaudiere , et chauffage a vapeur des 2 premier cylindre

ça sera un peu compliqué , mais il ne faut pas oublier que ça augmentera beaucoup la puissance ... donc permetra de faire beaucoup plus petit pour la même puissance , donc diminuera plutot le prix total de matiere

les 2 premier cylindre haute pression seront minuscule : facile a tailler dans des bloc de fonte

helas si je fait des plans il ne pouront pas etre parfait du premier coup , il y a trop de chose que je ne peux pas calculer exactement ... il faudra donc comme toujours faire un premier proto qui fera se qu'il peut et des version suivante amelioré
 
M

moissan

Compagnon
autre remarque : ce qui fait la puissance maxi d'un moteur a vapeur ce n'est pas la cylindré : c'est surtout la section de passage dans le tiroir ou autre systeme distributeur

les vieux moteur tourne lentement ... même si on y met un vilbrequin capable de tourner plus vite , la vitesse est limité par le debit pouvant passer par le tiroir ... si on fait une cylindré 2 fois plus petite avec la meme section de passage du tiroir , ça tourne 2 fois plus vite et fait la même puissance avec le même rendement

il ne faudra donc pas s'etonner de voir un petit moteur a vapeur tournant a 1500 ou 3000 t/mn

les locomotives a vapeur les plus rapide avaient des tiroir plus gros que les cylindre !
 
M

moissan

Compagnon
il faut dire que ça fait longtemps que je creuse

l'idée de VAX d'un petit bateau a vapeur est interressante

le moteur a vapeur a une carcteristique interressante pour bateau : il tourne facilement a la bonne vitesse pour une helice , et dans les 2 sens

et qualité principale : il peut avoir une puissance de pointe largement plus forte que sa puissance nominale ou son rendement est le meilleur : c'est trés bien pour les maneuvres

un moteur de 5kw a son rendement maxi peut facilement faire 20KW pendant quelque seconde pour eviter de taper ou il ne faut pas
 
D

Daniel13

Compagnon
Et les pistons annulaires concentriques ça n'est pas possible pour conserver les calories au maxi ?
J'ai dit une conerie ?
Faut dire que je suis particulièrement inculte sur ce sujet. :oops:
 
M

moissan

Compagnon
si il y a condensation pendant la detente ce n'est pas parce qu'il y a perte de chaleur , c'est la consequence thermodynamique de toute detente de gaz ... quand on comprime ça chauffe ... quand on detend ça refroidi

pour eviter la condensation pendant la detente , il faut surchauffer tres fortement par le foyer avant d'rriver au moteur ... et comme la temperature neccessaire est trop forte pour etre supportable par les materiaux on peut se contenter d'une surchauffe a une temperature raisonable , et chauffer a la vapeur les chemise des cylindre

la temperature de chaque cylindre est differente : le dernier a une temperature plus basse ... il serait stupide de les imbriquer : le cylindre basse pression refroidirait les autre

c'est justement un des avantage de partager la detente en plusieur cylindre : haque cylindre se met a la temperature qu'il faut

il y a eu des machine monocylindre a grande detente qui on été assez bon pour leur epoque : les machine corliss : l'admission de vapeur se faisait par des espece de robinet commandé par une systeme de distribution a declic : la vapeur etait envoyé a plein debit dans le cylindre au debut de la course , puis l'admission se fermait et detente le reste de la course : ça demande un cylindre grand pour faire la grande detente , et solide pour supporter la grande pression au debut

avec une detente multiple c'est beaucoup mieux , seule le premier cylindre a besoin d'etre assez solide pour suporter la grande pression , et ça ne coute pas cher car il est petit ... le dernier cylindre grand pour finir la detente n'a pas besoin d'etre epais car il ne supporte qu'une faible pression

une photo de moteur corliss
https://www.usinages.com/threads/chaudiere-babcock-et-wilcox.46568/#p507231
helas on ne voit pas le systeme de distribution , par 4 robinet 2 en haut pour l'admission dont on ne voit pas la commande et 2 en bas pour l'echapement , on voit une biellete de commande
 
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V

vax

Modérateur
moissan a dit:
il faut dire que ça fait longtemps que je creuse

l'idée de VAX d'un petit bateau a vapeur est interressante

le moteur a vapeur a une carcteristique interressante pour bateau : il tourne facilement a la bonne vitesse pour une helice , et dans les 2 sens

et qualité principale : il peut avoir une puissance de pointe largement plus forte que sa puissance nominale ou son rendement est le meilleur : c'est trés bien pour les maneuvres

un moteur de 5kw a son rendement maxi peut facilement faire 20KW pendant quelque seconde pour eviter de taper ou il ne faut pas

Et on a toute la masse refroidissante que l'on désire pour faire un condenseur avec un vide digne de ce nom... après on à les éjectair mais c'est plus aussi simple !!!!!!!
 
D

Daniel13

Compagnon
Si on a une grande capacité de refroidissement, ne peut-on pas utiliser la dépression due à la condensation de la vapeur en phase finale et utiliser la pression atmosphérique pour le retour du piston ?
Encore une connerie ?
Je ferais mieux de chercher un ouvrage sérieux sur le sujet. Moissan, as-tu quelque chose en ligne à m'indiquer ?
 
M

moissan

Compagnon
bien sur vax ! cet pour ça que les bateau a vapeur on toujours un condenseur ... il y a eu les condenseur a melange ou l'on injecte de l'eau de mer dans le condenseur ... probleme , l'eau de mer apporte de l'air dissous qui ne se condense pas : il faut donc une pompe a air qui aspire cet air et maintient le vide suffisant

il y a eu les condenseur a surface qui on l'avantage de ne pas melanger l'eau de mer et de laisser marcher la chaudiere avec de l'eau toujour pure en circuit fermé ... il y avait aussi une pompe a air mais beaucoup moins puissante , juste pour evacuer l'air qui peut s'introduire par les fuite

tant que les chaudiere marchait a basse pression , temperature inferieure a 130° on n'avait pas peur de remplir la chaudiere avec de l'eau de mer ... il suffisait de vidanger assez souvent une partie de l'eau de la chaudiere pour ne pas y concentrer le sel ... au dessus de 130°C la corrosion devient catastrophique et il faut de l'eau pure , donc un condenseur a surface

les premier moteur a vapeur de watt etait deja a condensateur a surface , et même souvent avec une chaudiere a 100°C donc sans pression : c'est surtout la depression du condenseur qui faisait la puissance motrice

plus tard on a augmenté les temperature et pression de chaudiere , et on a abandonné la condensation : echapement du moteur dans la cheminé pour faire du tirage comme les locomotive a vapeur ... puis retour a la condensation pour gagner du rendement

la vapeur c'est vraiment un domaine ou tout a été fait
 
M

moissan

Compagnon
Daniel13 a dit:
Si on a une grande capacité de refroidissement, ne peut-on pas utiliser la dépression due à la condensation de la vapeur en phase finale et utiliser la pression atmosphérique pour le retour du piston ?
Encore une connerie ?

ça doit etre completement en circuit fermé pour eviter de laisser rentrer de l'air dans la vapeur

disont simplement que quand la detente de la vapeur arrive a la pression atmospherique , ça ne pousse plus si l'echappement se fait a l'air libre comme une locomotive ... si l'echappement se fait dans une condenseur ou il y a presque le vide , il y a encore presque 1 bar qui pousse encore le piston !

Je ferais mieux de chercher un ouvrage sérieux sur le sujet. Moissan, as-tu quelque chose en ligne à m'indiquer ?
helas je n'ai rien ou l'on trouve tout de A a Z ... les vieux livres de 1800 sont interressant pour la somme de renseignement pratique qui s'y trouve , mais tout n'est pas expliqué correctement puisque justement on ne savait pas tout ... les livres plus recent ont souvent deja oublié ce qui avait deja existé

le livre steam vapeur dampf de JC porterie est peut etre le plus interressant pour commencer : on y trouve le principal
http://www.priceminister.com/nav/Livres/kw/porterie+vapeur
 
Dernière édition par un modérateur:
M

metal89

Ouvrier
Si vous vous débrouillez en anglais il y a le site archives.org.http://archive.org/
Livres en téléchargement gratuit car sans droits d'auteur.
genre de mots-clés dans la case Search : steam engine boilers
La série des bouquins de Terrel Croft est remarquable

http://archive.org/search.php?query=steam croft
en particulier celui-ci de 1922 alors que les techniques étaient matures
http://archive.org/details/steamengineprin00crofgoog
cliquer sur All Files: HTTPS puis choisir le format PDF.

Vous verrez dans le bouquin qu'il y avait des moteurs rapides à soupapes

Il y a des tables de propriété de vapeur sur le site suivant qui permettent de se faire une idée pression-température. On peut y voir qu'il ne faut pas chauffer trop fort pour avoir de la vapeur saturée à 20 bars
http://www.thermexcel.com/french/tables/vap_eau.htm

Pour les surchauffeurs le problème est que les gaz secs sont de mauvais conducteurs de la chaleur, donc le coeff d'échange est mauvais et on compense par une surface importante, pas très grave pour du stationnaire mais très pénalisant pour de l'embarqué comme les locomotives.

Le très gros avantage des moteurs à vapeur c'est que ce sont des moteurs à couple constant . Il produisent un couple à l'arrêt dès qu'on injecte de la vapeur (et qu'elle ne condense pas dans le cylindre froid!). Ce n'est pas le cas des moteurs à combustion interne dont le couple est très faible à basse vitesse et varie beaucoup avec la vitesse. C'est d'après ce que j'ai lu ce qui a longtemps limité l'usage des moteurs à combustion interne en ferroviaire.
Voilà, si cela peut amener de l'eau au moulin

Patrick
 
M

moissan

Compagnon
metal89 a dit:
en particulier celui-ci de 1922 alors que les techniques étaient matures
http://archive.org/details/steamengineprin00crofgoog
cliquer sur All Files: HTTPS puis choisir le format PDF.

merci du tuyaux ! bon livre ... dommage qu'il soit en anglais ... mais il faut bien s'y faire

pas moyen de rien inventer tranquilement ! je croyais avoir un systeme de distribution original a grille coulissante pour faire moins de frottement que les tiroirs classique : c'est deja fait ... page 93
 
V

vax

Modérateur
Dans nos sous marins (pas de vapeur surchauffée comme sur les portes avions) c'était un circuit spécial qui refroidissait les condenseurs (laissant le circuit secondaire fermé) pourtant il y avait quand même des éjectair pour parfaire le vide.

Je vois Moissan que tu as plusieurs longueurs d'avance sur la théorie... penses-tu vraiment que nos chimères soient réalisable de nos jours ?
Un petite barques de 5 ou 6 mètres pour se promener gentiment sur une mer fermée ?

Perso je ne vise pas des pointes à 15 noeuds ! Mais 6 noeuds minimum pour pouvoir pécher tranquillement (je sais au dessus de 4 noeuds les poissons ne suivent plus mais il faut bien luter contre un petit courant tout de même !).

Je rêvais de me faire un petit 4 cylindres oscillants en V (une histoire d'esthétique...) Mais de plus en plus je me dirige vers un triple expansion... à condensateur bien sûr !
 
A

arnaud2

Ouvrier
une petite question qui me turlupine depuis un moment

serait il possible de fabriquer maison un groupe turbo-alternateur comme dans les centrales nucléaire (biensur en plus petit , 3 voir 4kw , pas le machin de 50m de long et de 300 tonnes)
par exemple un turbo de voiture alimenté a la vapeur avec un condenseur , il suffirat de le démonter , de viré la partie "compresseur" et de mettre un alternateur dessus

ca doit avoir un rendement meilleur et moins d'entretien qu'une machine alternative
 
M

moissan

Compagnon
une turbine n'a pas forcement un meilleur rendement qu'un moteur a piston

pour faire une bonne turbine il faut un grand nombre de roue successive ... les loi de la physique sont telle que plus c'est petit plus il faut un grand nombre d'etage ... ce qui rend presque impossible de faire une bonne turbine de petite puissance

alors que rien n’empêche de faire un bon moteur a piston même petit

avec les piston je sais calculer assez de chose pour faire quelque chose qui marche ... pour les turbine j'en suis incapable
 
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