Analyse structure et implantation éolienne airbreeze : Objectif : En vue de la future implantation de l éolienne Airbreeze en milieu marin. On vous demande d étudier ses composants mécaniques, et, d en proposer des solutions alternatives pour améliorer leur durée de vie. Problématique : Quels sont les différents types de liaisons que nous rencontrons dans un objet manufacturé : éolienne Air Breeze? Comment est réalisée la liaison nacelle/mât et le guidage en rotation du rotor de l éolienne? Quelles seraient les propositions de solutions alternatives? Activités 1: Etude de la liaison Nacelle/mât. Hypothèse: Afin de simplifier l'étude, on néglige le manchon en caoutchouc placé entre le mât et le corps de pivot. Son utilité est de réduire la transmission des vibrations de l'éolienne en fonctionnement. Voir Plan Document ressource. 1- Lorsque le pivot et la mâchoire de pivot sont assemblés sur le mât, quelles sont les types de surfaces en contact? Caractériser le type de contact obtenu. 2- Caractériser le type de liaison ainsi obtenue. - Comment est effectuée la mise en position des éléments? - Comment est effectué le maintien en position du montage? - Quelles contraintes de montage sont recommandées par le constructeur. 3 Solution alternative. Serait-il possible d'envisager l'utilisation d'une liaison par adhérence plus classique avec une seule pièce rainurée et un système de serrage? (exemple serrage selle vélo) On introduit ici le manchon en caoutchouc. Explicitez votre réponse. Eolienne Airbreeze Page 1
Activité 2 : Etude de la liaison Rotor/nacelle. 1-A partir du modèle numérique et du plan de l'éolienne, repérer et nommer sur la figure cidessous les éléments qui interviennent dans la réalisation du guidage en rotation du rotor (éléments roulants, arrêts...). (colorier sur le plan ci-dessous). 2.1 Modéliser à l'aide du logiciel PyVot la solution existante. (Remarque: on modélisera l'arrêt sur la bague intérieure gauche par un élément fileté). Aider vous du document ressource pour paramétrer votre étude : Ensuite, Lancer l'outil d'analyse. 2.2 - Structure du montage: Analyser et schématiser la modélisation des liaisons? (schéma de structure) 2.3 - Résistance aux charges: Noter la répartition des efforts sur les roulements? 2.4 - Conclusion: Ecrire si le montage est correct. 2.5 Compléter le schéma suivant en indiquant les types d'arrêts trouvés. 3-Proposer une nouvelle solution technologique. Le but est de réduire le nombre de pièces et d'usinages. Eolienne Airbreeze Page 2
Activité 3 : Etude de l action du vent sur les pales : La vitesse de rotation maxi de l éolienne est atteinte pour un vent d une vitesse V = 50 m/s. On se propose d étudier l action du vent sur les pales de l éolienne. 1-Le vent effectue une pression de 1600Pa sur chaque pâle à vitesse maxi.calculer cette pression en N.m -2. 2-Calculer la surface de la pâle à l aide de la formule suivante. surface de la pale : surface de la pale (en m 2 ). : corde de la pale (en m). : longueur de la pale (en m). Longueur : 54,5 cm Corde pale : 6.5 cm. Hypothèse : On modélise l action du vent en un point centré sur la surface de la pâle. 3-Calculer l effort en Newton que subit chaque pâle lors de son utilisation. 4-Déterminer le couple de déformation que subit le mât (hauteur 10m). Eolienne Airbreeze Page 3
Sollicitation mécanique : Lors de son utilisation, l'effort du vent déforme les pales de l'éolienne. La simulation et modélisation suivantes sont réalisées à l aide de Solidwork s. Paramètre étude : Vent : Vitesse = 50 m/s => pression = 1600 Pa 1. Ecrire le type de sollicitation (contrainte de déformation mécanique) que subit la pâle au cours de son utilisation. 2. Quelle autre type de sollicitation mécanique subit la pâle de l éolienne lorsque le rotor tourne à vitesse maximale. Résultat : Contrainte maxi : 82 MPa Eolienne Airbreeze Page 4
Problématique 2 : Le milieu marin étant très néfaste pour les matériaux, l entreprise cherche à faire le meilleur choix pour les pales. A l aide du logiciel CES Edupack et en suivant une démarche structurée, vous allez définir le ou les meilleurs matériaux pour la fabrication des pales. Activité 4 : Choix de matériaux : paramètres liés à votre étude CES Edupack doivent être en relation avec les données suivantes : «Tableau des Contraintes du cahier des charges fonctionnel» Définition et nature des Grandeur de la contrainte Influence sur contraintes Matériau Procédé Contraintes mécaniques - Limite élastique mini (Contrainte maxi : 82 MPa Coefficient de sécurité : 2) 2x82 = 164 MPa - Etat de surface Très lisse - Géométrie Forme galbée (solid 3d) Contraintes économiques 45000 éoliennes en 5 ans - Série - Coût minimal Séries de 9000 x 3 = 27000 pales par an Procédé utilisé actuellement : moulage précis par injection. Vous devez aussi respecter les contraintes de développement durables suivantes: Définition et nature des Grandeur de la Influence sur contraintes contrainte Matériau Procédé Contraintes environnementales - Résistance au milieu ambiant - Pollution lié à la durabilité du matériau Milieu salin (très bonne résistance) Réutilisable 1. En respectant les données du tableau ci-dessus, paramétrer à l'aide du document ressource CES Edupack. 1.2 Citer un autre procédé de fabrication possible pour la réalisation de la pâle. 1.3 Citer un matériau adapté à l'utilisation de pâle de l'éolienne. Synthèse activité 4: - Synthétiser vos résultats à l'aide de la relation produit-procédé-matériau appliquée à la pâles du l éolienne.(voir document ressource). Eolienne Airbreeze Page 5