Here we go! | Moteur Stirling maison
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Moteur Stirling maison

Fabrication d’un moteur Stirling

Dans le cadre de mon projet sur l’énergie dont je parlerais plus longuement plus tard, je dois construire un moteur Stirling. Un moteur Stirling est un moteur thermique qui fonctionne grâce à une différence de température. Pour ceux qui sont intéressés par le fonctionnement, vous trouverez un des sites que j’utilise à cette adresse. Le moteur que je vais fabriquer juste après les vacances est celui-ci (ici on chauffe le tube en verre):

 

stirling_opitec_after


Vous l’aurez compris il y a beaucoup de boulot… Après avoir essayé de le fabriquer à Supméca (ce qui a été très difficile parce que malgré les apparences, on a besoin de bons outils) c’est un tout nouveau espoir qui m’a été permis à BRL. J’ai discuté un peu de mon projet et Ian (un technicien du labo) s’est avéré très intéressé par la construction et par le moteur. J’ai donc ramené les pièces que j’avais avec moi et en avant !

 

stirling_brl_2


Comme vous pouvez le voir sur la photo, j’ai fait les bielles (en utilisant une lime), il y a une roue motrice manquante (j’ai demandé à quelqu’un de faire une gorge à Supméca et depuis impossible de remettre la main dessus, j’ai raté les trous sur les blocs d’aluminium (le premier avec la machine de l’école dont la précision a été dégommée par les élèves, le second en ne comprenant pas les instructions et à ce propos, si vous devez faire un trou avec une mèche de centrage, n’allez pas jusqu’au bout !) et il y a deux nouveaux blocs d’aluminium que j’ai fait moi-même.

 

stirling_brl_1


J’ai d’abord récupéré un gros bout d’alu que j’ai grossièrement coupé avec la machine appropriée. Ensuite, j’ai mis la pièce dans la rectifieuse pour obtenir la bonne taille avec 1 millimètre en trop et j’ai fait les finitions au tour. On obtient donc une très belle pièce, même plus belle que la pièce originale !

stirling_brl_4


Ensuite, grosse bouffée de concentration et c’est parti pour les trous en suivant minutieusement les instructions (pas trop quand même) et je suis plutôt content du résultat, tout particulièrement pour quelqu’un qui n’a jamais vraiment utilisé ces machines avant (joies de vivre en appartement avec des voisins charmants). Une des grosses étapes qu’il me reste c’est de faire la seconde roue motrice.

 

stirling_brl_3


On commence par faire une coupe très grossière pour obtenir une pièce de dimensions raisonnables pour le grand tour.

 

stirling_big_sawing


Une fois que la pièce est coupée, on la met dans le grand tour pour faire une grosse réduction de diamètre.

 

stirling_big_lathe


Ensuite, le moyen le plus pratique pour récupérer le cylindre de diamètre plus faible est de le scier à la main ! Pas besoin de vous dire qu’il m’a fallu mettre de l’huile dans mes engrenages (non je rigole sur la scie, qu’est-ce qu’on se marre ici) et faire preuve d’endurance ! Mais le résultat est que j’apprécie d’autant plus cette petite pièce anodine qui m’en aura bien fait baver.

 

stirling_sawing


Il me faut maintenant réduire le diamètre de la pièce plus finement avec l’Emco avant de passer à la mise en forme.

 

stirling_emco_fly_wheel


C’est parti pour la mise en forme! Beaucoup de patience pour ôter dans les 2 centimètres de matière avec un pas de coupe de 0,3 millimètre. Une fois qu’on approche grossièrement (à 0,5 millimètre près) les dimensions finales, il faut passer aux finitions et usiner avec un pas de 0,1 millimètre et une vitesse angulaire plus élevée. La première face est finie, mais je dois d’abord faire le trou avant de retourner la pièce. En effet, j’ai sculpté ma roue dans l’acier en prenant l’axe de rotation du tour comme axe de révolution de la roue. Si je retourne la pièce avant de la percer, la roue risque d’avoir un axe de rotation différent de l’axe de symétrie de sa répartition de matière, ce qui va déséquilibrer le mécanisme.

 

stirling_emco_hole


Après avoir percé les trous, j’ai retourné la pièce pour mettre le bon diamètre et faire les finitions. J’ai tenté de faire des passes de 0,1 millimètre à haute vitesse pour obtenir quelque chose de très lisse et au touché c’est impec ! Je suis vraiment content du résultat.

 

stirling_fly_wheels


Je les pèse ensuite pour vérifier que l’acier que j’ai pris ne me donne pas des caractéristiques différentes ce qui déséquilibrerait le système.

 

stirling_fly_wheels_weight


Une différence de 0,3%, ce qui est très honorable ! Ensuite je fabrique le support en bois pour m’aider à réaliser les perçages. Mais quels perçages? Et bien ma roue motrice est utile car son inertie assure le mouvement pendant un temps mort du moteur. Seulement, la composante la plus importante de cette inertie est due à la masse située le plus à l’extérieur du disque. Tandis que la masse à l’intérieur ne participe que faiblement et n’est utile que pour augmenter les frottements de l’axe sur le palier en laiton. Voici donc le guide et quelques trous :

 

stirling_fly_wheels_holes


Je fais une série de pointages, une série de trous de 2mm, une de 7,5mm et une de 9,5mm. Et voilà le travail :

 

stirling_fly_wheels_finishstirling_fly_wheels_finish2

Maintenant je m’attaque au cylindre moteur. Je suis allé chercher du laiton à côté et j’ai d’abord coupé à la main un bout de 60cm pour m’assurer une prise dans le tour de 3 fois le diamètre (environ) en comptant aussi le bout que je dois garder. Ensuite, j’usine! C’est une matière très étrange à travailler, ça fait de la poudre au lieu de copeaux et quand on passe le doigt dessus on dirait que c’est en permanence un peu graissé. Du coup c’est le matériau à utiliser pour limiter les frottements.

 

stirling_cylinder_unfinished


Je commence par faire la finition de l’extérieur avec un pas de 0,1mm (la finition externe est très importante dans la tenue mécanique de la pièce, ce n’est pas qu’esthétique!). Et ensuite, comme d’habitude, centrage, pré-trou (3,5mm), trou de 11,7mm et finition de 12mm à 250tr/min, avec plein d’huile et avec une vitesse de translation très faible (manuelle donc pas de pas à vous donner ^^).

 

stirling_cylinder_hole


Ensuite, je coupe le bout moche qui me servait à tenir la pièce, je donne la bonne longueur au cylindre avec l’Emco et je nettoie l’intérieur du cylindre avec un coton tige et c’est fini! Le piston coulisse parfaitement en empêchant l’air de passer! Top!

 

stirling_cylinder_finished


Tant qu’on est sur le cylindre, il me faut percer une ouverture pour mettre le tube qui servira aux chambres de communiquer. Je fais donc un perçage de 3mm débouchant suivi d’un perçage de 8mm borgne avec fond plat.

 

stirling_piston_tube


Dans les petites choses qu’il me restait à faire, il me fallait couper le bloc support en deux, pour pouvoir fixer le tube dont je parle juste au-dessus.

 

stirling_sawing_milstirling_bloc_cut

Il faut aussi percer les roues motrices pour pouvoir les fixer sur leur axe à l’aide de goujons.

 

stirling_Ian


Ensuite, je dois coller à l’Araldite les paliers lisses dans les alésages. J’ai demandé conseil à un technicien car l’ajustement entre le palier et l’alésage à un jeu très minimal et que je me demandais comment mettre la colle entre les deux. Donc je remplis une seringue, je fais des anneaux autours des paliers et je fais glisser le palier dans l’alésage en nettoyant avec un coton tige et une lame de scalpel le surplus. Et le résultat est très satisfaisant!

 

stirling_araldite_1


Et bien voilà, nous y sommes, après quelques petites finitions et ajustements, j’ai tout assemblé (sauf le tube en Pyrex qui est en France).

 

stirling_half_final2stirling_half_final



Je tiens à remercier Ian Horsfield qui a été d’une extrême gentillesse et d’excellents conseils. Il a su me donner le goût de la fabrication et un bon sens indispensable. Merci également à Sam Coupland pour son coup de main pour le collage. Quelle expérience que cette fabrication…