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3juin/100

Machine des Jeux de Génie du Québec – Ensemble turbine et génératrice (2010)

Nom du projet: Machine des Jeux de Génie 2010 – Ensemble turbine et génératrice

Concept: Production d'électricité à partir de l'eau

But: Concevoir une turbine et une génératrice capables de produire un maximum d'énergie électrique à partir d'un flux d'eau.

Raison d'être: Compétition Machine des Jeux de Génie 2010

Équipe: Julien Boisvert, Arthur Carré, Jérôme Demers, Jean-François Duval, Philippe Lavoie, Pierre-Luc St-Yves, Matthieu Tanguay

Mention: Troisième (3e) position

Photos:


Album: http://jfduval.ca/?page_id=54&album=10

Détails:

Dans le cadre de la compétition Machine des Jeux de Génie 2010, nous avons travaillé à la conception d'un ensemble turbine et génératrice. De par le règlement, notre système devait entrer dans une boîte d'un pied cube, ne pas accumuler d'eau et la génératrice ne devait pas utiliser de matériaux ferromagnétiques, à l'exception des aimants permanents.

L'eau entre dans la turbine par le haut. Ensuite, lors de la grosse courbe descendante, la section du tuyau augmente avec un double angle de 15 degrés afin d'augmenter la pression de l'eau et de réduire sa vitesse. L'entrée d'eau dans le colimaçon se fait de manière tangentielle aux pales de l'hélice. Ensuite, avec le colimaçon, la vitesse de l'eau est dirigée pour lui donner un effet de tourbillon (on veut que l'eau tourne le plus possible). Elle frappe sur les pales afin de transmettre son énergie cinétique au groupe alternateur.

À la sortie de l'hélice, l'eau passe dans un aspirateur-diffuseur (double angle de 8 degrés) afin de créer un effet de succion en dessous de l'hélice, ce qui a pour but d'augmenter son efficacité et d'assurer que le régime reste laminaire.

La génératrice est un modèle à flux axial. Le rotor est composé de deux disques comportant chacun 9 aimants NdFeB grade 52. Le stator dispose d'emplacements pour 9 bobines. Le cœur de la génératrice est vide afin d'accueillir la turbine, ce qui donne un design très compact et simple à réaliser.

La génératrice a été simulée sous MatLab à partir d'équations d'électromagnétisme et de résultats de simulations effectuées avec le logiciel Finite Element Method Magnetics (FEMM), ce qui a permis d'optimiser la conception des bobinages. Avec les données obtenues, nous avons réalisé nos bobinages manuellement en enroulant du fil #30 sur des pièces de HDPE qui ont pu être retirées par la suite. Lors de l’enroulage, de la colle contact a été appliquée à chaque spire pour assurer la cohérence structurelle. Une fraiseuse numérique a été utilisée pour la fabrication des anneaux du stator et du rotor dans des pièces de polycarbonate.

Notre objectif était de produire 5W avec cet ensemble turbine et génératrice. Lors de nos essais maison, nous n'avons atteint que 1.2W, ce qui était décevant. Toutefois, lors des essais à la compétition, avec le vrai système de réservoir, nous avons atteint le 3W. Les principales causes de cette réduction de puissance sont des problèmes avec un joint d'étanchéité (entre le colimaçon et l'hélice) et le sous-dimensionnement des aimants (et l'absence de matériaux ferromagnétiques pour fermer le circuit (interdits par le règlement)).

Spécifications techniques:

  • Conception 3D sous SolidWorks
  • Turbine à hélice avec colimaçon et aspirateur
  • Prototypage 3D et usinage conventionnel
  • Génératrice monophasée à aimants permanents
  • Simulations numériques

Vidéo:

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