Traité théorique et pratique des moteurs a vapeur by FUNDACIÓN JUANELO TURRIANO

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TRAITE

DES MOTEURS

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IUPRIM El\ lE DE J . CLAYll RU~ U IN T-DENOÍT.

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TRAITÉ THJt ORI QU E ET PR ATIQ UE DES

MOTEURS A VAPEUR CO)IPRENANT

LES NOTIONS PRÉLUIINAJRES DE PUYSIQUE ET DE M&CANIQUE APPLIQUÉES A L'ÉTUDE DE LA \'APEUR D'EAU, UN APERCU 111STORIQUE DE L'INVENTION DES IIAClllNES A VAPEUR, LES

DOCOIIENTS

RELATIFS

A L'ÉTABLISSEIIENT

DES

GÉNÉRATEURS

LEURS

APPAREILS

DE 5URETÉ 1

L'ÉTUDE COllPLETE D'UN AIOTEOR A VAPEUR ET DE SES ORGAN ES PRINCIPAUX, LES DIVERS IIODES DE DISTRIBUTION, D'APPAREILS ALIMENTAIRES ET DE CO ND ENSATION 1 LA DESCRJPTION DE TOUS LES SYSTEllES DE MACHINES A VAPEUR, VERTICALES, HORIZONTALES 1 A BALANCIER, A DEUX ET A TROIS CYLINDRES, DES LOCOIIOBILES, DES LOCOIIOTIVES , DES APPAREILS DE NAVIGATION, ETC . , ETC .

PAR JftOÉft J Btn,

ANCIEn

.A.RMENG.A.UD

PllOFEi5EUR

.i.O COl'ISERVATOIRE

A I NÉ

laJPi:.!lJAL

DES

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E T WÉ T IEBI

TOME PREMIER

PAR IS CHE Z L' AUTEUR, ROE SAI T- SÉBASTIEN, lt 5 Et chez les principaux Libraires de la FraDce et de i•Étraoger

1861

PRÉFACE

Les macp.ines a vapeur ont pris depuis plusieurs année~ un te! développemenl, les applications en sont devenues tellement nombreuses, qu'il est per_m is de -les considérer comme la base fondamentale de rindustrie, et, peut-etre mérne, .de la civilisation du monde entier. Ne sont-elles pas, en effet, la cause des prodiges accomplis, e_n moins d'un demi-siecle, dans les relations internalionales comme dans to utes les branches industrielles? Un nouvel agent moteur peut venir un jour se subs~iluer a la vapeur d'eau, et sera peut-etre plus économique, ou d'une application plus facile; mais _on n'en devra pas rnoins la grande._ initiative a la machine a vapenr qui a frayé la route e_n créant en tcius lieux des forces disponibles considérahles, pe_rmeltant d'exécuter des travaux gjgantesques et de franchir des espaces immenses, avec une rapidilé' jusqu'alQrs ipconnue. . . C'est pour elle et par elle que les ateliers de construc_tion se sont multipliés e_t agranµis, que l'outillage s'est p_erfectionné, que les usines de toule espece onl 1:ec;u la plus grande extension. Nous sommes loin de celte époque ou l'ingénieux Papin écrivait, en exposanl son systeme ele machine a feu qu'il proposait d'. appliquer a la navigalion : ..... _« Nos lubes ( le~ cyÚndres a vape{1r )_, au contr~ire, ne charg:eraient le ·vaisseau que d'un poids tres-faible; ils occuperaient peu_de place; 011 pourrnit se les procurer en quantité suffisante s'il existait une fois une fabrique pour les confectionner ...... » Quelle satisfaclion n'éprouverait-il pas d'app1:endre que ses hautes conceplions se sont ainsi réalisées, s'il luí élait permis de voil' ces énorrnes cylindrcs, J'ondus d'une seule fJiece, ayanl 2 a 3 metres de tliamctre et correspondant a des puissunces de 6 a 800 chevaux el plus! Mainlenant on exécule des machines 11 vapeur presque parlout, on en rcnconlre de to1:1L cóté, dans tous les pays; mais, malgTé toutes les applications que l'on en a faites, il y a encorc des mécaniciens, des contre-máilres, des chefs d'atelier, tres-lJabiles ouvriers d'aillem'.s, qui ne connaissent pas suffisammenl les ·p rjncipes essentiels sur lesquels elles reposent; un grand. nombre_de fobricants qui s'en serventles ignorent bien davanlagc. Faut-il s'en prendre aux lrailés memes qui montrent cet ágent puissa.n t peut-elre trop sous le cóté scientifiq~e, ou bien a une sorte · d'insouci1mce ou de prévenlion pour la lectu{·e des ouvrages ele mécauique? Nous pourrions dter des localités, éloignées a la vérité, ou toul récemmenl des macl1ines bien construites

MOTEURS A VAPEUR.

avaient élé envoyées de France, sans monteur, el étaient restées complétemen t aban<lonnées, parce que personne n'avait pu régler le tiroir de distribulion. En essayant un nouveau travail sur les moteurs a vapeur, nous avons pensé qu'il élait indispensable de le metlre a la porlée .de tous, et que, pour cela, la méthode emp-loyée dans nolre Recueil induslriel ( que l'on nous permelte de le dire ), nous ayanl bien réussi, devait étre surlout appliquée ·daos ce lrailé spécial qui est plus particulicrement destiné aux praliciens. C'est déja ce que nous avons fait pour celui des moteurs hydrauliques qui a paru en 1858. Ainsi, en exposant la théorie de la vapeur, en démontrant ses propriélés physiques et mécaniques, nous avons cherché a réduire, aufant que possible, les cnlculs arides a de simples opérations d'arilhmélique que loul le monde peut répéler, et qui sont encore simplifiées par tles tables et des trncés graphiques. De méme, en décrivaul les _divers types de ' machines a vapeur, que nous avons eu le soin de choisir chez les constructeurs les plus expérimen tés, nous nous sommes atlaché, non-seulemenl a en bien faire voir toules les particulnrilés, mais encorc a en démontrer les parties délicates qui exigent le plus d'altention, comme par exemple les modes de distribulion et de détente qu'il importe lanl de bien connaitre. Nous avons voulu qu'un tel trailé pul servir de guide au_ssi bien a ceux des industriels qui ne possedenl que de faibles notions sur ces moteurs, qu'aux mécaniciens, chefs et ouvriers qui s'en occupent spécialement. Une classificalion mélhodique et ralionnelle nous a paru nécessaire dan.,s un ouvrage de cette imporlance; c'est pourquoi nous l'avorn; divisé en plusieurs sections, qui se subdivisent elles-mémes en chapitres. Mais nous tenons a bien faire comprendre surtout la pensée qlÜ nous a inspiré pour faire celte classification. La mélhode suivie par les ,9uvrages deslinés a l'enseignement élémentaire est évidemment la seule qui convienne pour préparer !'esprit a J'appropriation facile des notions qui s'y lrouvent développées, et qui tendrnt f1 la connaissance complete d'un loul, dont les divers éléments s'encbainent el se succedent en se démontrant l'un par l'autre. C'est cette méthode, qui ne permel de procéder qu'en passant du connu a l'inconnu, que nous nous sommes efforcé de suivre rigoureusement. Ainsi) a pres les notions relatives aux propriélés de .la chaleur et de la vapeor, et apres un apen;u historique sur l'invention des « pompes a feu », nous commen<;ons l'étude des générateurs qui s'appliquent indifféremrrient it tons les syslemes de machines a vapeur, comme aussi aux appareils de cbauffage el aulres. Cetle élude comprend les tlispositions de chaudieres le plus généralement en usage, la construction de leurs fourneaux, de leurs grilles, de leurs cheminées, avec les observalions pratiques pour les entrelenir_el les diriger, et avec les éléments qui -serven! a en ~éterminer les proportions ; elle est tout naturellement suivie des détails relalifs aux a'J)pareils nccessoires, tels que manomelres, indicateurs de niveau, soupapes de sureté, etc. Nous arrivons alors a expliquer les principes généraux de la machine a vapeur, en faisanl connailre les divers organes qui la constiluenl, leur relation, le jeu de

PRÉFACE.

Vil

leur mécanisme et les regles qui permetlent d'en calculer la puissance. Persuadé que les exemples sont pour les induslriels ce qu'ils recherchent le plus, nous lcut· faisons passer successivement en revueles différenls syslemes en usage, soit comme machines horizontales dont on rencontre aujourd'hui tant d'upplicalions, soit comme machines verticales a directrices ou a balancier, a un seul et a deu·x cylindres, avec et sans contlensation, etc. Tous les modeles que nous avons pris pour types dans chaque espece sonl puisés aux meilleures sources. Nous avons du ne mentionner que comme mémoire les tlisposilions qui sont a peu pres complétemenl abandonnées, ou ne rappeler que celles qui reuferment des caracteres parliculiers, en les désignant par des vignettes imprimées dans le texte, et, au besoin, en renvoyant a la Publication industrielle des machines, outils et appareils. , · Les modes de distribution et de détente qui remplissent les conditions les plus avantageuses sont nécessairement décrits avec tout le développement que comporte leur ingénieux mécanisme; ils méritent d'autant plus qu'on s'y arre le avec attenlion qu'ils formentla base essentielle de la bonne marche des machines. Aussi, afin d'en rendre la construction inlelligible, ulile et en meme temps inléressante, les dessins qui les représentent sont accompagnés <le tracés géomélriques a l'aide desquels il devient fucile d'en régler les posilions par rapport a celles du piston moteur. C'est particulierement l'élude des distrihutions qui nous démonlrait la nécessité des définitions progressives et logiquement graduées; car si un mécanisme de dislribulion présente quelques difficultés praliques pour le bien régler, son analyse géométrique en présenle peut-etre davantage. Les procédés que oous avons adoptés pour arriver a faire comprendre le jeu de tous les distributeurs,. depuis le tiroir simple jusqu'aux syslemes a dé tente les plus compliqués, consistent, aulanl que possible, dans l'emploi de tracés géométriques, au lieu de l'analyse numérique qni, quoique plus rigoureuse, est loin d'avoir le mérite de l'étude descriptive pour fixer les raisonnemenls dans !'esprit. Les diverses dispositions de condenseurs, de pompes a air et d'appareils d'alimeutation les plus récenls et les plus répandus, sont également examinées avec beaucoup de soin el dessinées dans toules leurs parties. ·Nous ne devions pas omellre, dans !'examen des moteurs fixes, le ·systeme a simple effet, dit de Comouailles, que nous avons cru <levoir reporter a pres la descripÜon des machines a deux cylindres, a cause de la complication de leur mécanisme, du mode de tlistribution et de l'appareil particulier appelé cataracte. La comparaison de ce systeme avec les autres esl u lile a connaitre, surtout sous le rapport du travail et des applications. Un chapitre spécial est consacré aux proportions rigoureuses a élablir dans la construction de ces móteurs, sur leur rentlement en effet utile, sur l'estimalion des dépcnses de vapeur et de combnstibl e, etc. Ces documenls sont complélés par des tables et par un résumé des expériences faites soi_t sur les différents genres de générateurs, soit sur les machines a vapeur le mieux exécutées. Les régulateurs, les volants, qui jouent un role important dans ces moteurs, ont

l\IOT~URS A VAPEUR.

VIII

. dO faire aussi le sujet d'un arlicle spéqial, el pnrticulieremenl les volanls, donl les principes onl élé développés avec la simplicité indispensable pour les besoins de la pralique. · 1 ous donnons ensuile des exemples de machiues locomobiles, qui se rép~ndent chaque jom de plus en plus dans les fermes comme duns les chanliers <.le construclion. Puis nous abordons les machines locomolives qui, par les amélioralions successives qu'elles ont subies, sont devenues des moleurs puissanls, capables nonseulement ,de marcher a de grandes vilesses, mais encore de traioer de forles charges et au besoin de gravir des rampes plus ou moins prononcées. Elles sont suivies des appareils de navigation a roues et a hélice, des modeles les plus récenls exéculés par les conslructeurs spéciaux les plus expérirnenlés. Enfin, apres avoir décrit les machines a aclion directe, telles que les marteauxpilons que l'on appliqu·e· maintenant dans toules les usines mélallurgiques, les machines rolalives qui~ malgré qu'on s'en occupe depuis longlemps, sonl encore a l'élat cl'essni, et les nouveaux moleurs qui emploient comme agenl principal l'air, l'acide carhonique ou d'aulres gaz, nous terminons par un chapitre important, relalif a la résislance des matériaux dans son application particuliere a la construction des chau<.lieres et des machines a vapeur. Les pieces qui font parliculicrement l'objet de celle élude sont, quanl aux machines: les arbres moteurs, les bielles el balanciers, les tiges de pislon, les hoiles a étoupe, les coussinels, les poulies, les engrenages, ele. A l'égard des généraleurs, ce son! les épaisseurs de tóle, les assemblages, les diamétres des rivets, etc. Ernpressons-nous d'ajouler que, loin de nous en tenir aux données puremeol tbéoriques, nous tenons compte au contraire des dimensions réetlement adoptées en pralique. On comprend qu'un travail aussi com-plexe, qui embrasse autant ele sujets divers, la plupart exigeant des développemenls étendus, ne pouvait élre contenu dans un seul vol u me comme les moleurs hy<.I rauliqu~s ; il nous a paru · nécessaire <.l.e Je diviser en denx parlies qui se suivent et se relient eulre elles, en formant alors deux forts volumes de Lexle in-4°, et un atlas de pres de oO planches in-folio. Dans l'espérance de nous elre approché du bul que nous nous sommcs proposé, et qui, sans aucun doute, est réclamé par les besoins de l'élude générale et de l'induslrie, nous adressons tous nos remercirnents aux personnes qui ont bien vonlu nous preler leur concours, soit par leurs conseils, soil en metlant a nolre disposition <.les malériaux précieux, fruils de leurs laborieux lravaux (1), et qui donnent a notre reuvre ce caractere pralique que nous recherchons clans tous nos ouvrages. ARMENGAUD AiNK. (1) Pour la gé11é1ali lé des appareils el des procédés donl nous donnons la descriplion, nous n'enlendoos au cuoemenL en élablir par ce fail la vul arirnlion absolue; le droil de propriélé et de priorilé des auteur. re:1le, de loule fayon, une queslion expressémenl réservée. 0

MOTEURS A VAPEUR PREMIERE SECTION NOTIONS PRÉLii\11 AIRES DE PHYSIQUE ET DE

IÉCANIQUE

A P P L I QUÉ ES A L' É TU DE DE LA V A PE U 11 D' E A U

CHAPITRE PREMIER PROPRJÉTÉS PHYSJQUES DE LA

APEUR D'EAU

Les f9nclions <les moleurs a vapeur reposent sur les propriélés mécaniques <lu flui<le aériforme que co11slilu e l'eau a son changemenl physique, el que l'on désigne par l'état de vapeur. Avant d'éludier la conslruclion de ces machines, il est done indispensable de rcndre un comple exact <.les ci.rconstances qui accompagnent ce phénomcne du passage de l'eau de son élal liquid e a l'éla l de vapeur, en faisanl connailre les contlilions sui ant lesq uelles i.l s'effeclne, les efiets ph ysiques immédials qui en résullent, les moyens d'en apprécier l'intensité, el, enfin, le mode d'inlervenlion <lu principal agent impondérable, la chaleur ou le calorique, el les substances combustibles qui le uéveloppenl. Ainsi, pour les moleu1•s a vapeur comme pour les moleurs hydrauli<¡ues, la puissance molrice est emprunlée aux agenls naturels _q ui sonl: le CALORIQUE el la PESA TEUR. Le calorique transforme un liquide inerte, el seulement pesant, en un gaz expansif prenanl sa puissance dans son propre milieu. La pesanteur agit, avec ce m éme liquide, comme a l'aide d' un récepleur auquel elle a confié sa puissancc, lorsqu'il a élé primilivement élcvé par les forces de la nature, pour la rcslituer au momenl oú ce méme liquiue peut etre utilisé comme chute. La comparaison <le ces <lcux agenls impon<l érables, mis en jeu pour oblenir de la force motrice, nous conduit a faire une remarque lres-inléressa nte : c'esl que, dans les deux cas, l'un des deux agents, le calorique, a é lé la cause premiere de l.

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l\'IOTEURS A VAPEUR.

l'eITel mécanique obten u, atlendu que l'eau élevée, et pro pre a déterminer uue chute utilisable, ne l'a élé que par l'action de la chaleur qui l'a foil s'évaporer pour la laisser ensuite retomber en pluie el former les sources. Il est bien certain que, sans celle cause, l'eau ne serait connne du monde qu'a l'élat de niveau uniforme, précisément par l'effet de la pesanteur qui s'oppose a ce qu'elle soit élevée aulrement qu'en développant préalablemenl une puissance mécanique quelconque d'une inlensité correspondante. Ainsi, on peut dire que, pour les deux systemes de moleurs a eau et a vapewr, le calorique fournil la premiere dépense physique. Avec les moleurs hydrauliques, il opere le changement d'élal en combattant l'aclion de la pesanteur qui resliluera plus tard cette aclion dépensée apres le retour de l'état de vapeur a l'état liquide; Avec les moteurs a vapeur l'aclion du calorique est immédiate, et celle de la pesanteur est éliminée pour l'inslanl. Mais il sera facile de reconnailre que, meme dans ce dernier cas, les lois de la pesan leur in terviennent encore pour mesurer, en quelque sorte, les effets produi ls par le calorique, qui sonl toujours exprimables en poids élevés comme tout travail mécanique produil. 11 est done tres-facile de comprendre celte transformalion des puissances naturelles et leur liaison tellernent inlime que les effels en sonl égaux et se fonl une exacte compensalion.- C'est ce qui peut permettre d'expliquer l'erreur ou sont tornbées quelques personnes qui pensaient créer un moteur avantageux, en élevant de l'eau a l'aide d'un vide arlificiel engendré par la condensation de la vapeur, pour déeenser ensuite cetle eau, en la laissanl relomber sur un récepteur de sa puissance molrice. Or, il est évident qu'un volume u'eau élevé, en dépensant une certaine quanlité de vapeur, ne peul pas développer, en retombant, une puissance plus considérable que celle qui eul élé produite en se servant direclement de celle vapeur : il vaut done mieux adopter ce dernier moyen.

DÉFINITION DE LA VAPEUR

1. Les corps de la nature se présentent sous trois élals différents qui sonl : L'élal liquide, l'élat solide el l'élat gazeux ou aériforme. Sans les circonslances particulieres qui maintiennent ordinairement quelquesuns de ces corps plulot dans un état que daos un aulre, et qui font dire que les uns sont solides, les aulres liquides et d'autres gazeux, on dirait, avec plus de raison, que les corps n'ont pas d'élal absolu, et qu'ils peuvent se présenler indifféremment sous les lrois étals, ce qui est vrai. L'élal normal du milieu dans lequel nous existons estla seule cause de la distinclion admise dans le langage usuel. On dit que l'eau est un liquide; les métaux, des solides; l'air, un gaz, etc., et cependant l'eau peul devenir solide et gazeuse, et les

PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DE LA VAPEUR.

métaux, des liquides et meme des gaz. Si l'air ne semble pas posséder la propriélé de se liquéfier ou de se solidifier, c'est probablement parce que nous n'en connaissons pas les moyens, quoiqu'ils puissenl exisler: d'ailleurs, <l'au\res gaz sont connus pour atteindre a ces cbangements d'élat. En résumé, l'état pbysique d_'un corps (l'air mis a part pour l'instant) n'est qu'une question de température. 11 est cerlain que si celle de la terre ne dépassail nulle part 1 degré seulement au-dessous du zéro du \hermomelre cenligrade, l'eau serait classée parmi les solides. Dans le cas contraire, ou la température de notre milieu alteindrait un degré suffisant, l'eau s'appellerail 'Lln gaz. Ceci expliqué d'une maniere générale, nous ue nous occuperons que de ce qui concerne les changemenls d'élat de l'eau, dont la vapeur est l'agent principal des rnoleurs qui font l'objet de n9fre Traité theoriqu,e et pratiqu,e. Quelle que puisse elre la simplicité a laquelle nous désirons ramener l'élude de la vapeur, il ne nous est pas possible <le faire que celte élude n'exige quelques connaissances en physique dont les développements ne peuvent trouver place ici. Nous devons done admeltre que l' on possede ces connaissances qui sont a peu pres les su ivantes : Lhéorie de la pesan teur, hydrostalique, équilibre des gaz et phénomenes de la chaleur. D'ailleurs nous ne manquerons pas, quand il sera nécessaire de le faire, de rappeler les lois fondamentales de ces diverses parties de la physiquc.

PB.INCIPES DE LA FOB.MATION DE LA VAPElJ'B. D 1 EAlJ'

2. Si l'on expose a l'air libre une certaine quanlilé d'eau contenue dans un vase ou répandu_e sur le sol, celte eau diminue insensiblement de volume et disparait meme complétement apri'>s un temps suffisant, si elle n'a pas été renouvelée . . On dit que celte eau s'est évaporée ou transformée en vapeur, c'est-a-dire en gaz, invisible comme l'air et qui s'est rnélangée avec lui. Si, au lieu de laiss.er simplement levase conlenanl de l'eau exposé a la température de l'air ambiant, on le place sur un foyer incandescenl, l'eau s'écbauffe peu a pe~, se met a bouiltir, et finalement disparait jusqu'a complete siccité du vase qui la conlient, tant qu'il n'en est pas fourni d'autre et que le feu est maintenu assez longtemps. On dit, cette fois, que l'eau s'est va;porisée, c'est-a.-dire qu'elle a encore été transformée en vapeur, mais rapidement et avec le phénomene de l'ébullition. La transformalion de l'eau en vapeur, ou son cbangement de l'élat liquide a l'élat gazeux, s'effectue done, a nos yeux, dans deux conditions différentes qui sont : 1° L' évaporation lente a l'air libre et sans aucune effervescence; 2° La vaporisation, qui désigne la transformation en vapeur rapide et tumultueuse. · Ces deux modes, différents en apparence, ne constituent pas ceµendant des propriélés différentes de la vapeur. L'étude nous démonlrera que ces condilions prouvent uniquement que la vapeur se forme a toules les températures, el que, dans les

l\IOTEURS A VAPEUR.

deux cas, l'eau ne fail que céder, pour passer de l'état liquide a l' éla l gazeux, a une force répulsive de ses molrcules, qui cherchen! Louj ou rs a s'éloigner l'un r. de l'auh'e en surmonlanl la résistañce du milieu ambiant. C'esl la formalion de la vapcur dans le vide qui monlre bien celle vérilé el qui, suirnnl l'appréciation lout extérieure de nos sens, pourrail co nstiluer un lroisi em_e mode de formalion de la rnpeur, tandi s qu'il n'esl que l'explicalion d'un se ul el unique ph énom cne générnl. ous lrou verons é~alemen l que celle force ex pausive des moléc ules liquides s'accroit au fur et ft mesure qu e la lempéralure du liquide augmenle.

FORJ\IAT ION DE

LA VAPEUR D'EAU

DA '

VIDE

3. Les expériences les plus concluanlcs ont permis de reconnailre que la formilli on de la vapeur es l une propriélé permanente des liquid es qui prcndra ien l immédialemenl cet élal sil~ pression ex lérieure du mili eu oú ils se trouvenl ne s'y opposail pas, daos les cond ilions ordinaires de leur lem pérn lure. En effe l , l'ea u se vaporise iustanlanément lorsqu' elle es l inlrnduile dans un e pace enli eremcn t privé d'air et oú il n'exi ste pas de pression, autrement dit dans le vid e; d'un corps fiuitle el apparen l, il ne reste qu'un gaz imisible comme l'air, el ce pré11omene s'accomplit quelle que soil la température du liquitle. Ce cnrieux phénomcne est démonlré par les physiciens a l'aide d'une expérience lrcs-remarc¡nnble, peul-elre la plus salisfaisanle que l'on pui se imaginer. Deux haromelres a mercure élan t disposés comm e Fig. l. !'indique la fig. fre, et tous deux marquant d'abord, comme cehJ.i B, la pression a lmosph ériqu e, on fail passer clans l'un, soil celui A, un e gou lle d'eau soigneuse-76"0 ment privée d'air par la tlistillalion ,-e t que l'"on y peul inlrotluire il l'aide d'une pipelte recourbée par la parlie inférieure d u Lube tle cri stal. La goutle d'eau, en raison tle sa légerelé spécifique, ne larde pas a a lleinclre le sommel de la colonnc de mercurc el a pénélrer daos la cbarubre baromélrique ou , ide de Torricelli. i\Iais, en mémc lemps, il se produit un phénomeme A remarquable : la colon ne de mcrcure s'abaisse et la go ulle d'cau disparait, en partie ou en lolalilé, d'aprrs cerlaines condilions que nous ferons con nailre tout a ' l'hcure. Unoi qu 'il en soil, l'ahaissemcnl de la colonne de mercure esl a sez consiclérab le pour qu'il ne puisse pas ctre allribué au simple poids dn liquid e inlrocluit qui n'aurail pu déprimer celle colonne qu e cl ' une quanlilé in ignifianle en raison de la grande ~iffércuce de densilé des denx liquid ~s. 11 ne

PROPRIÉTÉS PHYSIQl ES DE LA VAPEUR.

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peul pas davantage elre aHribué a une cerlaine quanlilé d'air atmosphériq ne qui se dégagerail de l'eau, puisque celle-ci en a été purgée préalablemenl par la dislillalion. Il faut done conclnre de cette expérience qu'il s'est formé dans la chamhre baromélrique un corps gazéiforme doué d'une force expansive capable J'avoir opéré la dépression a que l'on peut apprécier facilement a l'aide ctu · baromelre B resté parfait. Orce gaz, c'_esl la vapeur meme de l'eau dont les molécules, n'éprouvant plus les effels ,de la pression almosphérique, qui n'exisle pas da.ns la chambre baromélrique, se soul éloignées les unes des autres en exen;an l un effort répulsif précisémen.t mesuré par la déprrssiou baromélrique a qui en est le résnllat. Ainsi, en príncipe, le passage de l'eau, de l'élal lic¡uide a l'élat gazeux ou de vapeur, est le résullat d'nne dislension nalurelle <.les molécules, qui ne se manifcsle qu'autant qu'elle esl capable de surmonter la pression Ju milieu ambianl.

I ' FLUENCE DE LA TEMPiRATURE SR LA FORMATIO

DE LA VAPEUR

4. La formation inslanlanée de la vapeur dans le vide élant un fait élabli d'une maniere générale, si mainlenant on lient comple Je la lempéralure a laquelle l'eau a été introduile dans le baromelre, on acquiert la cerlitude que la lendance a la vaporisalion varie avec celle lempéralure, et que la dépression éprouvée par la colonue baromélrique est d'aulant plus considérable que la lempérnlurc esl ellememe plu élevée. En d'aulrts termes, la force élaslique de la vapeur croit avec la lempérature de l'eau qui l'a émise . Pour mieux fixer les idées sur cette proposilion importante, supposons que, dans l'expérience précédente (flg. 1), on ait inlroduit dans le baromclre nn décigramme d'eau a la lempéralure de + 20 degrés cenligrades; l'observalion permet <le reconnailre que · la dépression de la colon ne de mercure eút élé de 17 millimetres environ (en admellant que l'eau ne se soil pas refroidie daos son passage au travers du mercure); on pourrait d~re, par conséquent, que la pression exercée par la vapeur formée est équivalenle i1 une pelile colonne de mercure de cetle hauleur: soil l7/ 760 de la colonne enlicre ou un peu plus de 1/ 50 de la pression almosphérique tolale. Si ce méme poids d'eau eut élé a 1>0 degrés, la colonne barométrique se serait abaissée de 89 millimetres; et a 100 degrés, elle se serail complélemenl annulée en s'abaissant jusqu'au niveau de la cuvelte C, ce qui revienta dire que la force éla tique de la vapeur serait mesurée exaclement par la pre sion almosphérique. 1>. Avaul de développer plus complélement ces principales propriélés de la vapeur ú'eau, il sera peut-ctre ulile de mieux caraclériser ce que l'on doit enlendre par de la vapeur, el sa conslilulion réelle comparée a l'idée que l'on pourrait s'en fairc, n'ayant pas examiné la queslion de lres-pres.

i\'IOTEURS A VAPEUR.

La vapeur, avec sa propriété expansive et dans la phase de formalion ou nousl'av-0ns supposée, est bien réellement un flnide transparent, invisible comme l'air. On appelle souvenl vapeur les brouillards gris ou blancs qui s'échappent d'un vasc ou de l'eau est en ébullition, ou de la cheminéc d'une locomolive, etc.; rnais c'est la une désignation •inexacte au point de vue de la réalité, car ces brouillards ne sonl qu'une immense agg loméralion de bulles microscopiques formées d'une couche d'eau liquide enfermant de la vapeur, et qui l1agent dans l'air atrnosphér.ique, mais dont !'ensemble ne possede pas la plus légere force élastique. Ces brouillards sont, en quelque sorle, l'élat transiloire ou se trouve la vapeur réelle repassanl a J'élat liquid e par l'effel d'un refroidissemenl relativement lent. L'atmosphere mou lre souvent ce phénomene du brouillard, lorsqu'une cause quelconque _vient a con denser parliellement la vapeur rl'eau a l'état gazéiforme qu'elle renferme toujours en quantité plus ou moins considérable.

l\IAXIl\lUM DE

FORCE ÉLAST IQUE DE

LA VAPEUR

6. Puisquel_'.eau ne se vaporise qu'autant que la pression exlérieure qu'elle supporle ne s'y oppose pas, il est clair que, 1..lans l'expérience ci-dessus du barometre, cetle vaporisation devra s'arretcr aussitót que la vapeur déja formée aura acquis précisémenl la lension q1:1i limite, pour une tempéralure donnée, la distension des molécules du liquide. C'es l en effet ce qui arriye. Car si l'on a introduit dans le baromelre _une quantité suffisaníe de liquid e, tout ne se transforme pas eu vapeur; et la dépression du mercure ayant en lieu, il reste encore au sommet de la colonn e une cerlaine quanlilé d'eau a J'état liquid e. Que fau l-il pour que ce résultat soi t atteint? Que le volume d'eau introduit conserve une certaine relation avec celui de la chambre barométrique, y compris l'abaissement de la colonne de mercure. Lorsque ces condilions ont été remplies et qu'il a élé inlroduit assez d'eau pour que la totalilé ne soit pas passée en vapeurr on dit que l' espace est satwré, qu,e la vapeu,r esta son maximwm d'expansion ou, de force élastiqu,e. Ceci revient done a dire qu'une pression suffisante s'est développée pour faire équilibre a la tendance que l'eau possedc pour se transformer par la force expansive de ses molécules, et pour sa tempéralure acluelle. Si, dans ce lte situalioo, 011 parvient d'une maniere quelconque a agrandir l'espace occupé par la vapeur, de nouvelles quantilés d'eau se vaporisenl; et on peut non-seulement la faire disparaitre, mais encore, si l'ori continue d'étendrc l'espace qu'elle occupe, elle le remplit encore sans que jamais sa pression soit cornplélement annulée. Dans le cas contraire, ou l'on restreint cet espace, l'eau passée a l'état de vapeur · revienta l'état liquide; et si l'on persiste jusqu'au point de réduire cet espace au volume méme de l'eau primilivement admise, le retour a l'étal liquide est complct pour la masse entiere.

•

PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DE LA VAPEUR.

Ces propriélés, qui sont la conséquence inévitable de ce que nous avons dita .p'l·opos de l' équilibre entre la lension de la vapeur formée et l' expansion nalurelle des molécules de la masse fluide, sont rendues complé lement évidentes a l'aide d'un instrument que l'on appelle baro:metre a longue cuvette . C'est un véritable tube barométriqne A, mais dont la cuvetle Fig. 2. esl formée d'un récipient évasé terminant un- autre tube B rempli de mercure, et dans lequel le tube A peut s'enfoncer de quantités tres-sensibles. Comme la bauteur de la colonne de mercure est invariable, ayant pour base fixe le niveau de la surface libre dans la cuvetle, il s'cnsuit que, si l'on enfonce plus ou moins le tube A a daos la cuvette, c'est la chambre barométrique qui dimiuue ou qui augmente daos le meme rapport. Par conséquent, si comme précédemment on a fait passer une C! de liquide au-d essus de la colonne de mercure, et que goutte A l'on modifie la posilion du tube A, l'espace libre offert a.la vapeur dégagée s'agrandit ou se réduit suivant que l'on remonte le tube ou qu'on le fait descendre. En remontanl le tube, la goutte d'eau diminue peu a peu et finit par disparaitre complétement. En conlinuant d'agrandir ainsi la chambre baromélrique, on voit la colonne de mercure, d'abord déprimée par la force élastique de la vapeur, remonler pres de son point de hauteur normale, mais saos jamais y revenir exactement, en supposant meme que le tube puisse elre indéfinimeut remonté, ce qui indique que la vapeur continue d'occuper les espaces successifs qui lui sont offerts, en y exen;ant loujours une pression dont l'intensité varie en raison inverse de leurs volumes. En enforn;ant, au contraire, le tube daos la cuvette a.pres l'expérience précédente, on voit peu a peu l'eau reparailre, et meme compléternent, si l'on abaisse le tube de fa~on a rédui.re le vide de Torricelli a celui de la goutte d'eau meme. Ce résultat expérimenlal a fait dire aux physiciens que la vapeur d'eau; quoique possédant, comme les gaz, une force expansive indéfinie qui la fait se dilaler autant que l'on augmente le volume du vase qui la contient, n'est pas, comme la plupart de ces gaz, iudéfiniment compressible, et qu'elle a un maximum de force élastique ou de compression au-dessus duquel elle cesse de résister, et revienl a l' élat liquide en se condensant. Mais il n'est cependant pas prouvé, qu'en cela, elle n'ait pas des propriétés tout a fait identiques a celles des gaz; car a part ce fait, que rien ne permet d'af~rmer, que les gaz résisteraient indéfiniment a la compression, on a pu observer que plusieurs se liquéfient réellement lorsqu'on les soumet a une pression suffisante. Tel est l'acide carbonique, par exemplé, qui devient liquide sous une pression de 4o atmospheres. D'autres gaz se liquéfient meme a des pressions beaucoup moindres.

l\IOTEURS A VAPEUR. Quoi qu'il en soil, la vapeur u'eau permct d'observer facilement ce qui ne se renconlrc que peu ou poinl avec les gaz permanenls, c'esl-a-dire la condensatioñ qui se manife te lorsque l'on essaie de la comprimer au dela d'une cerlaine limite. C'est ccllc limite que l'on a désignée par le moxirnwn ele {orce élastique, el 'llli varíe avec la tcmpéralure du liquide qui l'a émise. JI résulle de la définilion mémc et de l'expérience que, dans le vide, quand la quan lité de liquide _esl s,ufOsan le, la vapeur altein l immédiatemcn t son· maxi.mum de force élaslique partir duque) la vapori _a lion s'arrele, si tonlefois l'espace n'éprouve pas de modiflcalions. En disant aussi que dans ce momenl l'espace est saturé, celle expression rend bien l'idée que l'on doil se faire du mode de formation de la vapeur qui ne peut conlinucr de se dégager qu'aulant que sa propre pression ne s'oppose pasa ce que les molécules liquides conlinuenl de se dislendre.

RELATIO

ENTRE LA FORCE ÉLASTIQUE DE LA VAPEUR ET

A TEMPÉRATURE

7. l\Iainlenant que l'on a pu concevoir le principe de la formalion de la vapeur, mise en évidence par son développemenl daus le vide, il devienl facile de faire voir les condilions tle l'accroissemenl de sa puissance suivant sa températurc. Dan l'expéricnce cilée plus haul, l'inslrnment élanl le baromelre, qui ne permel pas de mcsurer une pression plus grande qtie celle de l'atmosph crc éq uilibrée par sa colon ne de mercure, on ne pouvai l pas observer les elTe ts tic la vapeur sous uuc lcmp éra ture plus élevée que iO0 tlegrés, daos lequel cas la pression de la vapeur esl capablc d'annuler enlieremenl la colonne de mercure. Les expérienccs ne pouvaicul done porler que sur une séric de tempéralures compriscs de zéro (la dernicre limite de liquéfaclion de l' cau) jusqu'a 100 dcgrés, ou l'inslrumcnl ccsse de fonclionncr, puisque le mercure se lrouve ramené au memc niveau dans la cuvelle el dans le lube vertical. Cepcndant ce prcmier résnllata cu une lres-grancle imporlance, puisqu'il a fourni une. connai sanee exac le des propriélés générales de la vapeur d'eau, et qu'il a permi , en oulrc, de couslilucr une unilé de mesure de sa puissance. To:.11 en conscrvanl la facullé ue mesurer la prcssion de la vapeur par la hauleur de I_a colonne de mcrcure déprimée, on a choisi, comme grande unilé, la pression de l'almosphere laqu elle celle de la vapeur devicnl égale une certaine tempéralure, ainsi qu'on l'a vu précédemment. Par conséquent, on dil que la pression de la vapeur e t égale a une atrnosphere lorsqu'ellc e l capablc de remplacer la colonne baromélrique pour faire équilihre au poids de l'air exlérieur. Cellc pression exprirnée en poids et par unilé de sur-· face csl égale, comme on sail,

1kQ333 par ceu limelre carré .

PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DE LA VAPEUR.

C'est tout simplemeol le poids d'uoe colonne de mercure ayant 76 cenlimetres ele bauteur et 1 centimelre carré de base. 8. Si, comme nous l'expliquerons plus loin, l'eau ne penl pas dépasser la tcmpéralure de 1.00 degrés du lhermomelrc centigrade lorsqu'on la cb:rnffe a l'air libre, les choses se passcnt lout eliffércmment lorsqu'elle se lrouve confinée daos un vase clos d'ou la vapeur ne puisse pas s'échapper dans l'atmosphere au fur et it mesure de sa formation. Elle pcut alors s'élever de température et elonner de la vapcur dont la pression augmentc, pour ainsi dire, ineléfiniment. Pour élablir une premiere démonstration de ce fait, les physiciens ont recours a une expérience tres-simple dont nous devons dire quelques mots. On prend un tube A (fig. 3), recourbé en U, el donl Fig. . 3 l'unc des branches, plus longue que l'autre, est ouverte a l'air libre, landis que l'aulre est exaclement fermée. On le rcmplit parliellement ele mercurc, en y in lroduisant aussi une goulle d'eau qui vienl se loger en a, au sommet de la colonne de mercure dans la branche fermée. Si, les choses étnnt ainsi disposées, on plonge l'inslrument dans un bain d'huile dont la tempéralure soit plus élevée que 100 degrés (ce qui esl facile), la vapeur se forme en se eléveloppan t de a en mn, en repous_san t le mercure qui s'éleve dans la grande branche du lube jusqu'a une cerlaine bauteur en s l . Il devient alors évident que la vapeur possede une pression supérieure a celle de l'a_tmosphere, puisqu'a l'état liquide elle supporlail déjn. celte pression qui lui était transmise par le mercure, qu'elle a néanmoins repoussé en se transforman t en rnpeur. Sa pression vérilable est done égale, en résumé, a celle de l'almosphere plus celle de la colon ne de mercure H me ·urée de la surface libre s la la ligne borizontale mn passant par le sommet de la colonne de mercure daos la courle branche du tube. Admeltons comme exemple que, elans l'expérience précitée, la colonne de mercure excécl.ante ait alteint une hauteur H égale a 45 cenlimctres; comment dcvrat-on s'exprimer pour évaluer la pression de la vapeur qui s'est formée? · Avec un barometre indiquant que la pression almosphériquc est équilibrée au moment de l'expérience par une colonne de mercurc de 76 ceutimetres de bauteur, la vapeur aura surmonté la résistance d'une colonne égale a 76

121 centimetres.

Pour établir la relation entre cette hauteur de pression et celle de l'atmosphere, on dira:

•

121 76

= 1,592. 2

l\IOTEURS A VAPEUR.

C'esl-a-dire que la pression de la vapeur est égalc a 1 atmosphcre plus 592 millicmes. . Qu:mt a la prcssion exprimée en poids el par unilé de surface, il suffira de connaitre la densilé du liquide soulevé ( le mercure) el d'en délerminer le poids pour la bauleur trouvée et par centimelre carré, cetle superficie prise pour unilé. Celle densilé élan l de 13,598, soit 13gr.593 pour 1 centimetre cube, on aurail : 13,598

121

1645 grammcs.

On dil alors que la vapeur exerce une pression représentée par un poids égal a 1k645 sur un centimctre carré. REM ARQUE. - Afin qu'il ne se présente pas de doute a !'esprit au sujel de la condilion du vide supposé précédemment pour la formation de la vapeur, circonslance qui ne se reproduit pas daos l'expéri ence qui vient d' etre ciiée, il suffil de rappeler qu e le v1<le ne rnodifie pas aulrement le phénomene de la formation de la vapeur que <le permcllre celle formation inslanlanément, et aux plus basses lempératures, meme celle de la glace. Par couséq uent, les propriélés observées sonl exactemenlles memes daos les deux cas. 'il élail possible de se transporler dans un li eu ou la pression baromélriq\le alleio-nit une hauleur de 121 cen timclres, on pourrail faire l'expérience avec un baromclre et oblenir des résullals absolum en l identiques. 9. i l'expérience qui précede a permis d'observer la pression de la vapeur pour des lcmpéralures qu i dépassent un peu 100 degrés, il n'en a pas élé de m eme pour des tempéralures. sensiblemen l plus élevées; car alors on devait craindre que les inslrumenls ne fussenl pas assez résistanls, a llendu que la pression de la vapeur alleint lres-rapidement des pressio ns considérables. Les pre111iers ob ervaleu·r s franrais qui s'occuperenl de celte queslion d' une maniere approfo ndie furenl les célebres Arago el Dulong, auxquels l'Académie des ciences confia l'ulile et importan le mission de délerm in er la force élaslique de la vapeur d'eau suivant une élendue la plus o-rande possiblc <le l'échelle des températurcs. Ce Lravai l ne fut terminé qu'en 1830. Voici comment les illuslrcs sava nts procédcrent pour ohtenir de hautes températures el mesurer les forces élasliques correspo ndantes de la va peur. L'eau éta il renfermée dans une cbaudierc en forle tole disposée a l'intérieur d'un fournea u en briques. Ce vase étan l parfaitemenl clos par rapport a l'atmosphcre, des canons de fusil, ouverls en haul el fermés en bas, élaient scellés dans le comercle, el descendaíen t, l un jusqu'au foud du liquide el l'autre seulernent dans la parlie supérie ure du Yase ou la vapeur se confinait; ils élaient tous deux remplis de mercure, lequel se meltail n écessairemenl en équilibre de température avcc le fluide dans lequel plongeaienl les tu bes, lempérature que l'on pouvait mesurer avec des tbcrn1omelres conven ablemen t disposés pour ne pas éprouver de refroidissemeu l. Pouvant connailre ainsi a chaque instant la tempéralure du liquide et de la va-

PROPRIÉTÉS PHYSTQUES DE LA VAPEUR.

peur qu'il émellait, celle vapeur élait mise en commnnication avec nu appareil propre a en mesnrer la tension correspondante. Cet instrument consistait en ce que l'on a nommé plus Fig. 4. tard wn manometre a air comprimé. Il se compose, en príncipe, d'un tnbe A, fig. 4, fermé a son extrémité supéricnre et plongeant par son ·exlrémité ouverle dans une cuvetle B contenant du mercure. Une garnilure faite avec soin pour l'ajustcment du lube avec la cuvelte ernpeche toute communication avec l'exlérieur. Un second Lube C, par un e tlisposilion semblable, pénelre dans la cuvelte, sans plonger dans le mercure, et commuuique par son aulre ex lrém ilé avec levase qui renforme le flu ide don t on ven t mesurer la for~e élaslique. Pour comprentlre le jeu du manometre, supposons qu'au tlébut de l'expérience ces tliverses capacités soient en parfaite communicalion et que le toul soil rempli d'air almosphérique, il est clair que la surface du mercure dans la cuvelle se trouvern également pressée en tous ses poinls et que son niveau sera par conséquent le meme a l'iritérieur du -tube A, qui y plonge, qu'a l'extérieur. l\Iais bienlót, la température du liquide commern;ant a s'élever, il se forme de la vapeur qui chasse peu a peu de la chaudiere l'air qu'elle contenait et auquel on a laissé une issue momentanée. Tant que la tempéralnre n'a pas atteint le poinl oú la vapeur dépasse la tension de l'almospbere (7), le niveau du mercure ne change aucunement; mais a partir de cet instant; par.la disposition spéciale de~ vases clos, la tempéralure du liquide et de la va_Peur augmente, ainsi que la force élaslique du fluide aériforme; on voit alors le mercure s'élever dans le tube, par l'effet de cet exces de lension qui se manifeste dans la cuvelte, au-dessus du mercure comme · dans le récipient ou la vapeur se forme. l\Jais le mercure, en s'élevant dans le tube, comprime nécessairement l'air qu'il renferme, et qui ne peut s'en échapper; cetle compression ne peut etrc qu'égalc, en force élaslique, a celle de fa vapeur, en verlu de l'égalité de pression transmise par les liquides, sauf une correction afaire a cause du poids de la colonne de roercure soulevée. Celte compression de l'air au-dessus de la colonne de mercure sert done de mesure a la force élaslique de la vapeur; elle est d'autant plus facile a reconnaitre, que l'air se comprime en suivant une loi bieu connue sous le nom de loi de 1lfariotte, et que l'on énouce ainsi : Les voli11rnes des gaz sont inversernent proportionnels a'l.~X pressions cj_u'ils supportent. Nous reviendrons sur celte loi, que nous cilons seulemenl pour l'intelli gence de l'expérience acluelle. Par conséquent, en prenant pour unité le volume de l'air contenu dans le tube au début de l'opération sous la prcssion atmosphérique, lorsque le mercure, en

' 12

:MOTE H.

A VAPE R.

s'élevant dans le tube, aura réduil le volume d'air a moilié, on en condura qu'il supporte une pressiQn double, ou 2 a1mospheres; Quand il sera réduil au tiers, une pression triple ou 3 atmospberes; u quart, une pre sion quadruple ou 4 almospheres, etc. Le manomclre ainsi disposé pcrmet done de connaitre a chaque ins1ant la force élastique de la vapeur formée, en meme 1emp que les thermomelres donnenl sa lempérature. La réside enlierement le príncipe des expériences cilées, en en éliminant le délail de tou les les disposilions parliculicres et minu lieuses tendant a empecher le erreurs el a as urer la parfaile exaclilude <les résullals. 11 nous suf/ira tl'ajouler qu'en prenant pour unilé de ten ion celle de l'almosphcre qui esl représenlée par la hauteur barornélrique ordinaire d'environ 76 centimelres, les expériences onl été poussées jusqu'a 24 atmospheres. Ces expérience , ainsi que d'autres exéculées pour une série de lempéralures autles ous de 100 degrés cenlésimanx, ont permis de former une table tres-complete des forces élasliques correspondan tes de la vapeur d'eau, et une formule qui en représenle la loi, et qui a perrnis de calculer les quantilés inlerpolaires. Nous donnons la parlie de celle table qui esl plus spécialement relalive aux limites de la pratique. Elle se divise d'aillenrs en deux parlies, dont l'une renferme les force élasliques de la vapeur pour des lempératures de O a 1.00 degrés, el l'aulre, les tempéralures qui correspondenl a des forces éla ligues variant de 1 a 50 atmospheres. Les résullals de 24 a 50 onl élé 1rouvés, évidemment, au moyen de Ja formule déduite de l'expérience. D'apres la définition ci-dessus (6), ces forces éJastiques sont des maxima, c'esta-dire celles ou, pour chaque tempéralure, la vapeur sature l'espace et ou elle commencerail a repasser a l'élat liquide si l'on essa ait de la comprimer.

PROPRJÉTÉS PHYSIQUES DE LA VA P EUR. PRE.l\llERE TADI,E. DES F0RCl!S ÉLASTIQUES MAXIMlJM DE LA YAPEUR D'EAU P0UR LBS TEMPÉRATURES DE

DEGRÉS

la vapeur

cenligrade.

o 2 3 /¡

6 7 8

9 10 41

12 13 14

15 16 i7 18 19

20 21 22 23 2-l 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42

43 44

45 46

48 49 50

sur

de en millimetres.

PRESSION

TENSIO

thermome1re

5,059 5,393 5,748 6,123 6,523 6,9n 7,396 7,871 8,375 8,909 9,475 10,074 10,707 11,378 12,087 42,837 t3,H30 U,468 15,353 16,2 8 17,3-14 18,317 19,447 20,577 21,805 23,090 24,452 25,881 27,390 29,045 30,643 32,410 34,26 1 36, 188 38,254 40,40' 42,743 45,038 47,759 50,147 52,998 1;5,772 58,792 61,958 65,627 68,751 72,393 76,205 80,195 84,370 88,743

O• A 100 DEGBÉS CENT!GRADES.

DEGRÉS

TENSIO '

PRESSIO '

sur

cenlimctre carré thermomctre en kilog.

0,0069 0,0074 0,0078 o, O 4 0,0089 0,009¼ 0,0101 0,0107 U,0114 0,0122 0,0129 0,0 137 0,0116 0,0155 0,0 165 0,0170 0,0186 0,0197 0,0209 0,0222 0,0:!35 0,0250 0,0265 0,0281 0,0297 0,0314 0,0334 0,0353 0,0374 0,0396 O,OH8 0,0440 0,0165 0,0492 0,031!0 0,0549 0,0581 0,0612 0,0646 0,0681 0,0720 0,0758 0,07 99 0,0818 0,0892 0,0934 0,0983 o,10as 0,1090 O, tt 66 0,1206

la vapeur

cenlimetre carré

centigrade.

en millimetrcs.

en kilog.

51 52 53

93,301 98,075 103,060 108,070 11 3,710 119,390 125,310 131,500 137,940 U4,660 151,700 158,960 165,560 174,470 182,7 10 191 ,270 200,180 200,UO 219 060 229,070 239,450 250,230 2/ll.430 273,030 285,070 297,57~ 310,490 323,890 337,760 352,080 367,000 382,380 398,280 4 14,730 H l ,710 449,260 467,380 4 6,090 505,380 525,28 5,7,80 566,95 588,74 611 , t8 634,27 G5 ,05 682,59 707,63 733,46 "760,00

0,12676 0,13325 0, ·13999 0,14710 0,15i49 0,16220 0,17035 0,17866 0,18736 0,196113 0,20610 0,21586 0,22639 0,23758 0,24823 0,25986 0,27196 0,28454 0,29761 0,311 21 0,32532 0,33996 0,35518 0,37094 0,39632 0,40428 0,42184 O,U004 0,458 8 0,47834 o,~9860 0,51950 0,54110 0,56345 0,58652 0 ,61036 0,63498 0,66040 0,6 661 0,'/1364 0,6-1152 0,77026 0,79986 0,83035 0,86172 0,89402 0,92736 0,96138 0,9944 1,oa253

55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74

75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99

100

MOTE URS A VAPEUR.

O E U X I E~I E

TA D L R.

DES TEMPÉRATURES DE LA VAPEUR D'l!AU POUR DES TENSIONS DE

FORCES 'l'EMPÉRATUHES

PRESSION

FORCES TEMPÉRATURES

correspondantes élastiqucs correspondan les sur données par cxprim écs en donnécs par 1 centimélre ca1Té le Lhcrmomctre a tmosphcres le thermomc tre en centigrade de 76 cent. CCllligradc a mercare . de mercure . ¡¡ mercurc. kilogrammcs.

élas1iqucs cxpr imécs en atmospMres de 76 cent. de mercare.

rno

1 1 1/2 2

112,2

121,1, 128,8 135, 1 140,6

2 1/2 3 3 1/ 2

45,4

.1,

4 1/ 2 5

119,06 153 ,08

5 1/2 6 (l 1/2 7 7 1/2

156,8

160.2 163;48

l66,5 169,37

172,1

9 10 H

18 1,6

177, 1 186,03 190

·1,033 ,t ,511!)

2,066 2,58:'.

3,099 3,610 4,132 4,6 1,8

5, 165 5,68 1 6,198 6,71 i 7,23 •1 7,747

8,261, 9,297 10,33 H,363 12,396

13 111 1.'\

16 17 18

19 20 21 22

23 ~M.

25 30 35

,,o

/45 50

193,7 197,19 200,48 203,60 206,57 209,I, ~!12,-1

214,7 217,2 219,6 221,9 224,2 226,3 236,2 21~,85 2;l2, :i5 259,:i2

265,89

ATMOSPIIÉ RES,

PRESS I ON sur 1 cen timc1re carré

rn ki logrammes .

13,1,29 U ,462 15,Hfü

16,528 17,561 18,594 19,627 20,660 21 ,693 22,7:!6

23,759 24,792 25,8~5 30,990 36,155 lii ,320 46,485 5 1,650

Une troisieme table a é.té élahli e au rnoyen du calcul pour des prcssions de 100 a 1000 a tmospheres . Quoique de l'avis meme des savants les nombres qu'elle renferme comme température ne puisscnt elre cerlains puisqu'ils n e sont pas sanctionnés par l'cxpérience, nous la reproduirons néanmoins pour servir de terrn e de comparaison. TROISIEME TABLE. DES TEMPÉI\ATURES DE LA VAPEUR D'EA U POUR DES TENSIONS DE

PRESSIO N

FORCES

100 A 1000 ATMOSPIIEBES.

P nES SIO N

FORCES

sur élasliques TEMPÉRATUnES sur élasliques TF.MPÉRATURES i cenlimetre c.irré 1 centimetre carré exprimées exprimécs correspondan tes. correspondan tes. en en en en kilogra111mes. atmosphc res . kilogrammes. almospheres.

100 200 300 1,00 500

3 11 ,36 363,58 397,65 /123,57 441,,70

103,30 206,60 309,90 1, 13,20 5Hi,50

600 700 800 900 1000

462,71 q7SJ15 492,47 505,16 5"6,76

619,8 723 ,1 826,4 929,7 1033,0

Mais les deux premieres tables préscntent, au contrairc, toute la garantie qu e la pratique exige. Des r echerches plus récen lcs, ducs a 1\1. Regnault, membre de l'In-

PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DE LA VAPEUR.

slilut, il résulle en effet que, sauf el e légeres uifférences allribuables aux mélhodes différentes d'inlerpolation, on peut compter généralemenl sur leur exactilude. 10.·En examinari t ces tables avec un peu d'atlenlion, on est frappé d'un résultat tres-remarquable : c'est la promplitude avec laquelle la tension de la vapeur s'accroit, comparative ment asa température, et co ~nhien ces deux effe ts sonl loin d'etre proporlionnels. · . On peul rendre cependant celte vérité beaucoup plus apparente encore a l'aide <l'un tracé gráphique qui, tout élant co nslruit au rnoyen des-nombres de la table; melle résultat qu'on peut en déduirc complélement en évidence. La premiere idée d'un tracé de ce genre apparlienl a l\I. Clérnenl-Désormcs, sur les indications de qui M. Leblanc, notre prédécesscur, a exéculé un tableau que l'on peut voir dans les galeries du Conscrvaloire eles ar ls et méliers de Paris. Celui que nous reproduisons, fig. 5, comprenden ou tre une courbe spéciale des tcnsions de Oa 1 atmosphere, d'apres la table drcssée par M. Regnault. Fig. 5.

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Le príncipe du tracé est d'une tres-grande simplicité. L'échelle verticalé AB cst divisée en parlies égales indiquant les tempfratures .successives de O a 200 degrés. La li gne horizontale BC es.l divisée de mcme en par lies égales qui correspon uent a el es pressions exprimées en atmospheres. Des, poinls ont été pos·és sur le diagramme a la renconlre de ces lignes verticales et horizontales, c'esl-a-dire de ces ahscisses el ordonnées pas~ant par les tempéralures el les lensions qui se trouvent en regard

l\JOTEURS A VAPEUR.

les unes des autres dans les tables précé<lentes, et ces points ont été réunis par la · courbe AC. Une deuxieme courhe DE a élé tracée pour correspondre aux tensions comprises enh·e O et 100 degrés-, et pouvoir apprécier les résullats plus facilement par l'agrandissement de l'échelle. En effet la longueur tolale du tableau, qui correspond en BC a Hí atmospberes, n'en· représente qu'une seule a l' égard de la deuxieme . courbe DE, dont l'échelle grad uée des tensions esl en FE et représente a la fois · des fruclions d'almospbcre de 760 miltimetres Je mercure, et des hauleurs absolues de ce meme liquide exprimées en cenlimctres. Ainsi, pa~· la clouhle graduution <le celle échelle, ou peut reconnaílre simultanément que Je la vapeur a une lempérature déterminée corresponda une lelle fraction d'almosph ere et a un nombre correspondant tle cenlimetrcs de mercure. Prenons, par exernple, la température 70 degrés sur l'échelle DF, et de son inlerseclion b avec la courbure DE élevons une verlicale j usqu'a l'échelle E F, nous lrouvons ainsi que celte verlicale correspond sur l'échelle i'l. une hauteur de merc'ure de 23 cenlimetres el a 0,3 d'atmosphcres. Cherchons, de meme, avec la grande courhe el l'écbelle AB, quelle est la tension corresponaunt it 160 degrés; par l'interseclion en a, élevant une verticale, nous lisons sur l'échelle supérieure 5,9 atmosphcres. 11 est éviclenl que l'opéralion inverse, consislant a tronver les températures pour une tension proposée, se fait exactemen l de la merne fac;on, la <lisposilion <l.u tablean ne sé pretant pas moins a !'une qu'a l'autre. La struclure <le ces courbes suflit pout faire comprenJre l'accroissement rapide tle la tension de la vapeur, puisque, pour qu'il J'Ctt proportionnel, il faudrait que lr.s poin ls de rencon lre des ligues passant par les lempératures et les tensions se lrouvassent silués sur une ligne droite qui serait tracée de A en C. IÍ est bien loin d'en ctre ainsi, puisque la table indique que la force élastique de la vapeur étant de 382 millimetres de mercure, ou une demi-atrnosphcre, environ, a une t_empérature de 82 degrés; elle altein t le double ou 1 atmosphere a 100 degrés, 2 almospheres a 121 degrés, 3 atmospheres a 135 degrés, et enfin elle parvient a 24 atmospheres avant que sa température se s~it élevée u 225 <legrés. La vapeur est done une puissance donl il ne fout user qu'avec heaucoup de préCqulion, puisque, arrivée dans de certaines limites, quelques deg1:és de tempéralure suffisent pour douhler sa pression et amener de grands désaslres. C'est ce que tous les mécaniciens savent et que les chauffeurs surtout ne devraient jamais ouhlier pour leur propre sécurité.

DENSITÉ DE LA VAPEUR n'EAU

H. La Jensité de la vapeur est tres-importante a connaitre pour l'étude des machines, puisqu'elle conduil a l'appréciation des quantilés d'eau a fournir pour l'alirnentation d' un rnoteur déterminé.

PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DE LA VAPEUR.

.Avant de donner la simple nomenclalure des valeurs qui correspondent au'x densilés diverses de la vapeur suivanl ses différenles lensions et températures, une explica lion est nécessaire pour établir nellement l'état ou elle se trouve quand 011 1ui applique une <lensité quelconque. Un volume de vapeur d'eau peut etre snpposé dans deux situalions différenles: 1º Renfermé daos un vase avec une cerlaine quantité du liquide qui l'a émis; 2° Renfermé dans un vase qui s'en trouve cornplétement rempli et ne conlient ancune parlie liquide. PREMIERE coNDITION. - Levase conlenant du liquide et de la vapenr déja formée, ~i l'on conlinue <le fournir de la chaleur, qu'arrivera-t-il? L'eau engendrera de nouvelle vapeur qui viendra se joindre a celle déja forn_1ée; mais comrne la vapeur occupe beancoup plus d'espace que l'eau vaporisée, il en rés ultera que, le volurne primilif n'augrnenlant que d'une quanlité insensible, sa pression s'accroilra nolablernentJ el d'nne favon analogue a celle d'un gaz que l'on comprime daos une capacité délerminée. Cet ·effet se combine, d'ailleurs, avec la lendance a la dilatation qu'éprouve la vapeur primilivernenl formée par l'élévalion de température. DEux11tME co:--101r10N. - Un vase ne conlenant que de la vapeur et poinl de liquide, si l'on éleve la température de celle vapeur, elle éprouvera une tendance a la dilatalion cornme un gaz permanent, et sa tension :mgmenlera dans le meme rapporl. Mais, dans ce dernier cas, la p·rogression des forces élasliques ne sera plus aussi tapide que dans le prernier, puisqu'elle résulle de l'effort de la dilatation qui, dans certaines limites, est proportionnelle a l'élévalion de la lempérature. CoNSÉQUENCES. - Puisque, daus la premiere des condilions, l'espace occupé par la vapeur, reslant sensiblement le meme, se charge de nouvelles quanlités d'eau évaporées au fur et a mesure que la tempéralure el la tension s'élevent, il est clair que la densité de celte vapeur varie en meme temps, ce qui n'arrive pas dans la seconde con<lilion oú la vapeur teml a se dilater seulement el ne se charge pas. Done la densité parliculiere de la vapeur cl'eau est prise dans la premiere des deux condi lions, oú chaque tension nonvelle correspond aussi a de nouvelles quantilés <l'eau vaporisées. ous devons a Gay-Lussac les nolions les plus completes a cet égar<l. Cet illustre savanl s'esl livré a des rechercbes expérimen tal es qui lui ont permis de déterminer une formule a l'aide de laquelle il a calculé une table des <lensités de la vapeur <l'eau, en se basant sur celles de MM. Arago et Dulong, rclativement a la relation en tre la , température el la lension. Pour bien comprendre l'applicalion des densilés, il faut se rappeler : 1° Que ces densités correspondent aux volumes occupés par la vapeur a son maximum lle force élasliqu e, a partir duque! une compression mécanique la ferait repassf'r a l'état liquide (6); 2° Qn'un poids déterminé de vapeur correspon<l exaclement a celui de l'eau qui l'a formée. l.

1'10TEURS A VAPEUR. PREltIIE RE TABLE. DES DENSlTÉli ET

VOLOMES DE LA VAPEOR D'BAO AO MAXIMOM nE FORCE ÉLASTIQOE DE

0° A i 00 DEGRÉS ,

La densilé de l'ean liquide ~ o• prise poor unité .

"'eo:

< o:

·~,.

."'

TE SION en millimélrc.

YOL ME.

O,OOGOOM O 573 609 646 686 727 772

4 82323 174495 -• 64332 i54S<l2 145886 4374 8 i29b87 i2224t tt5305 i08790 102670 99202 91564 . 86426 81686 77008 729 13 6R923 6520 1 61654 58224 55206 52260 49487 46877 4Uif 42084 39895 37838 35796 34041 32é.l91 30650 2911 2 27636 26253 24897 23704 22513 214\?9 20343 •~396 i 459 17572 16805 15938

--o 1 2 3 4

5,059 5,393 IS,748

15 16

6,123 6,523 6,947 7,396 7, 71 8,375 8,909 9,475 40,074 10,707 H,378 12,087 12,837 43,630

47 18

15,353

6 7 8

rn 11 12 13 14

i9 20 21

22 23 24 25 26 27

28 29 30 31

32 33 34

35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48

49 50

14,468 16,~8

47,314 48,317 19,417 20,577 21,805 23,090 24,452 25,881 27,390 29,04!; 30,643 32,HO 34,261 36,488 38,254 40,404 42,743 45,038 47,579 50,147 52,99 55,772 58,792 61 ,958 65,627 6 ,751 7~,393 76,205 80,l95 84,370 88,H2

. .,,... . "'. o:

DE 'SITÉ.

818

867 919 0,00000974 o,oooorn32 1092 H 57 1224 i 299 1372 1451 1531 1622 1718 48 11 1914

2021 2133 0;00002252 2376 2507 2643 2794 2938 3097 3263 3435 3619 3809 4017 4219 0,00004442 4666 49t6 5156 5418

5691 6023 6274 6585 69 10 7242 7602 0,00007970

15185

44472 -1 3809 43154 i 21'1 6

< o:

51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73

74 75 76 77 78 79 80 81 82 · 83 8t

85 86 87 88

89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99

too

TENSION en millimlltrc.

93,301 98,075 103,060 108,270 H3,7i0 119,390 425,3i0 i31 500 137,940 Ut ,660 151,700 15 ,960 -166,560 174,470 182,7 10 191,270 200, 180 209,410 219,060 229,070 239,450 250,230 261 ,430 273,030 285,070 297,570 310,490 323,890 337,760 352,080 367,000 3 2,~ O 398,280 4t4,7a0 431 ,7 10 449,260 467,3 O 486,090 505,380 IS25,~80 545,800 566,950 58 ,740 611 ,180 634,270 658,050 682,590 707,630 733,460 760,000

DENSITÉ.

VOLUME.

0,00008354 8753 9174 0,00009606 0,00010054 40525 41011 H 523 12044 12599 -1 3 179 • 3760 H374 -1 5010 15668 i6356 17060 17797 -1 8566 19355 20174 21013 21889 22794 23789 24702 25699 26739 27789 0,00028889 30025 31195 32399 33637 34916 36237 37590 38984 40417 4l891 0,00043405 44956 46556 48201

41971 H4M 10901 i0410 9946 9501 9082 8680 8303 7937 7594 7267 6957 6662 6382 6114 5860 5619 1,386 5167 4957 4759 4569 4387 4204 4048 3891 3741 3599 3462 333i 3206 3087 2973 2864 2760 2660 2565 2474 2387 2304 2224

4988ti

51613 53388 55 191 57055 0,00058955

2U8

2075 2005 1938 1873 1812

n51 1696

PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DE LA VAPEUR. DEUXIEl.UE TABLE. DES DENSITÉS ET VOLUMES

.; e:

...<

e: .., "" l:l ...

FORCES élasliqucs exprimées enalmo pb.

LA VAPEUR D'EAU DE 1 A 50 ATMOSPBERES,

t-5

VOLUME.

DENSITÉ.

s... < e:

.., ""

"'..."'

FORCES élasliques exprimées en:itmospb.

DENSITÉ.

IVOLU,IE

--rno H2,2 121,4 128,8 135,1 U0,ij U5,4 149,1 153,1 15G,8 160,2 163,5 166,5 169,4 172,1 177,1 181 ,6 186,0 190,0

1 ,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 9 40 H 12

{696 1167,8 897,9 731,39 619,19 537,96 476,26 427,18 368,16 355,99 328,93 305,98 286,12 268,82 253,59 227,98 207,36 190,27 475,96

0,0005895 0,0008563 0,0011147 0,0013673 0,0016150 0,0018589 0,0020997 0,0023410 0,0025763 0,0028091 0,0030~02 0,0032683 0,00349H 0,0037217 0,0039134 0,0043865 0,0048226 0,0052557 0,0056834

i93,7 197,2 200,5 203,6 206,6 209,4 2-t~, ..

214,7 · 217,2 219,6 221,9 224,2 226,3 236,2 244,8 252,5 259,5 265,9

14 15 16

17 18 49 20

21 22

23 24

25 30 35 40 45 50

o,006rn1 0,006527 0,0069H 0,00135_9 0,007769 0,008178 0,008583 0,00 986 0,009387 0,009785 0,010182 0,010575 0,010968 0,012903 0,014663 0,016644 0,0184S7 0,02030ti

163,74 153,10 1U ,OO 135,90 128,71 122,28 H6,51 Hl ,28 106,53 rn2,rn 9 ,21 94 ,56 91,17 77,50 68,20 60,08 54,1)6 49,31

TROISI.El'IIE TABLE. DES

...<

-~ "'"'... 311,36 363,58 397,65 423,57 444,70

DENSITÉS ET YOLUMES

FORCE élastiques exprimées en almosph.

100 200 300

'ºº 500

DE LA VAPEUR D'EAU DE 100 A 1000 ATMOSPBERES,

. ..., e:

DENSJTÉ.

VOLUME.

< e:

..,.... --;¡¡

0,037417 0,068635 0,097671 0,12534 0,15202

26,72 14,570 10,238 7,978 6,S78

462,71 478,'15 492,~7 505,46 516,76

FORCE élastiques exprimées en atmosph .

DEN !TÉ

YOLU:UE.

600 700 800 900 1000

0,17791 0,20348 0,2279 0,25:?2 0,276

5,621 4,921 4,387 3,965 3,622

L'emploi de ces tables est facile a comprendre; on verra néanmoins des exemples nombreux de leur application en traitan t directement des machines memes. Quant a présent, faisons remarquer que toules les valeurs qu'elles annoncent ne résultant pas d'expériences directes pourraienl fort bien ne pas tlre en accord complet avec les fails réels. l\Iais en y constatanl ce lle propriélé , que les densilés de

lVIOTEURS A VAPEUR.

la vapeur d'eau augmenlent avec la lension et la tempéralure, ou en déduit qu'il esl probable qu'u une température suffisnmmenl élevée, elle serait égale a celle de l'eau; c'esl-a-dire qu'une cerlaine quanlilé d'eau pourrait passer en vapeur sans augmenler de volume; « elle aurail alors une tension, dit M. Pouillet, dans son cxcellent Traité de physique, de plusieurs cenlaines el peul-clre de qu elques milliers d'almospbcres. » Ce savanl nous apprend que M. Cag11ard de la Tour a fail une expérience par laqu elle il démontre un fail qui parail elre sur le chemin de ce résullal hypolhétique. Elle consiste en ce un tube de verre tres-forl, rempli d'eau a peu pres au quart de sa capacité, puis purgé d'air, el cnsuile scellé; ce lube est exposé a une tempéralure gradu ellement croissanle; alors, a un cerlain degré de chaleur, l'eau semble di ·parailre, le tube est comme vicie; mais, en refroidissant un peu, le liquide reparait presque subilement. .. ; <;' esl a une tempéralure voisine de celle de la fusion du zinc (f) que cet effel se produil, c'esl-a-dire que l'eau se vaporise complélement dans un espace quadruple de son volume a l'élal liquide ... ))

ÉBUL LITION DE L'EA.U

12. Les propriélés fondamentales de la formalion de la vnpeur d'eau exigent, pour clre ,bien comprises, que le pbénomene de l'ébullilion soit aussi parfailem ent expliqué. l\Iuis ce phénomenc nécessilant, pour clre reudu compréhensible, un e pnrlie des notions qui précedent, c'esl pour cela qu'il ne vienl qu'a leur suite. Tout le monde sa it ce qui se passe quand on chaulie, pendanl un lcmps suffisanl, un vase conlenant de l'eau en libre communicalion avec l'almosphere. On Yoit d'aborci apparailre un brouillard qui semble émaner de la surface du liquide el qni Jevient de plus en plus intense au fur el a mesure que l'eau s'écbauffe davanlage. Puis il se produit ensuile un frémissement qui fail dire que le liquide chante; enHn des bulles, semblables a des bulles d'air, parlent de la surface du vase la plus rapprochée du foyer et Yiennent se résoudre a la surface en donnant encore naissance a du brouillard. Ces bulles ne sonl autre chose que des molécules du liquide qui se transforme en va peur, el qui, éprouvanl de la part de ce liquiue et de l'almosphere qui le presse une résislance égale de toule parl, lui oppose aussi une résislance égale el prend la forme sphérique suivanl laquellc on voit celle Yapeur s'élevcr dans le sein de la masse liquide. Or, de la simple obsenalion de ce fail, on peut tirer une conséquence immédia le :·c·est que la ,•apeur ne peul se conslilucr en bulles qu'autant que sa pression est suffisanle pour surmonter celle de la masse liquide et de l'ulmosphere qui agil sur la su rface libre. Par conséq uen l, si cette pression, que nous désignerons par celle de l'ébullilion, ( 1) On estime que le zinc fond 11 la lcmpéralure de 360 degrés cenligrades.

PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DE LA VAPEUR.

correspond a une meme tempéralure déterrninée, il e&t évident que le liquide devra toujours aUeindre cette température, si la pression almosphérique est invariable, pour que l'ébullilion se manifeste. C'est -en effel ce qui a rigoureusement lieu. Cbaque fois que l'eau boul a l'air libre, sa tempéralure e!'>t loujours la meme pour une meme pression baromélrique. Si on a lrouvé que de l'eau a 100 degrés cenlésimaux engendre de la vapeur a la pression de l'atmosphere, c'esl tout simplemenl parce qu'on a choisi le terme de son ébullition sous une pression barométrique de 76 centimetres de mercure pour marquer le cenlieme degré du thcrmomelre centésima!. L'éhullilion d'tm liquide ne peut done avoir lieu qu'aulant que la vapeur qu'il esl capahle d'émellre fait équilibre a la pression qu'il supporte de la parl du rnilieu ambiant ou il se lronve el de la masse meme du liquide, ou plutot de sa proprc cha1·ge au-dessus de la surface chauffée. Celle définilion du phénomene suffit pour faire comprendre-que le chiffre de la tempéralu~e a laquelle se produit l'ébullilion d'un liquide est variable et change avec la pression du milieu, puisque la vaporisation peut se produire a tous les degrés. De l'eau a la température de la glace fondanle donnerait uaissance dans le vide a une ébu llilion si ce vide pou;ait clre parfail; mais, en pralique, il est toujours incomplet, el alors l'ébullilion ne se produil qu'a quelques degrés au-dessus de zéro. Sur le sommet du mont Blanc, ou la pression atmosphérique est réduite a 417 millimelres enviran, au lieu de 760, qu'elle marque au barometre a la hauleur du niveau de lamer, l'eau entrerai t en ébullilion a la tempéralure de 84 degrés, pour 'laquelle on a vu, par l'une des tables précédenles ( p. 13 ), que la force élastique de la vapeur élait de 414 mil., soit un peu plus que la moilié d'une pression atmosphérique. Enfin, l'eau est d'autant plus chande, quand elle bout, que la pression qu_'elle supporte est plus considérable, ét vice versa, ce qui fait que l'eau que l'on fait bouillir dans une vallée esl plus élevée de tempéralure que celle qui bout sur une montagne et réciproquement. Ajoutons, comme corollaire, que, dans des silualions semblables, tous les liquid es donnent des vapeurs de forces expansives égales au moment de leur éhullilion. C'esl un axiome, puisque l'ébullilion indique précisément que la force élaslique de la vapcur est devenue ép;ale a celle du milieu ou elle se produit. 13. FIXITÉ DE LA TEMPÉRATURE AU POINT n'ÉBULLITION. - Qur.lle que soit la température ou se produil l'ébullilion, elle resle invariable toul le temps que celte ébullition dure, aulrement dit, le liquide cesse de s'échauITer a partir du mornenl 011 il comrnence a bouillir, toujours a condilion que la pression du milieu ne change pas. 11 est facile de se rendre compte de ce fait en songeanl que toule nouv9lle quantilé de chaleur fournie se ·lrouve absorbée par la formalion de la vapeur, puisque le liquide a alleinl une temp ératurc ou i-1 ne peut plus subsister sans changer d'élat. Done, dans les conüilions ordinaires ou nous nous trouvons pour faire bouillir de l'eau, elle atleint, quand elle esl pure, 100 <legré!- el conserve celte tempéralure <l'une fai;on parfailement invariable. Elle n'alleintlrail réellemenl celte tempéra-

l\10TEURS A VAPEUR.

ture qu'a la hauleur du niveau de lamer, et ne dépasse pas 09°, 8 c1ans la pluparl des villes de l'Europe qui sont nécessairement plus élevées. Celle clifférence est sans imporlauce pour le point qui nous occupe. · · Pour que la température s'élev.11, il faudrait créer une atrnospbere faclice d'une pression plus considérahle que celle arnbianle, ce que l'on oblient justement pour les machines a vapeur en fermant herméliquement levase qui conlient le liquide. La vapeur dégagée se comprime alors el ne permet au liquide d'en former de nouvclle que sous une lempéralure plus élcvée. C'esl ce qui s'est procluit clans les cxpériences de 1\11\I. Arago et Dulong cilées précédemmeut (ü). ous pouvons ajouler que-, si levase dans lequel de l'ean se V'aporise reste clos et qu'il ne soit pas fait de dépense de vapeur, l'ébullilion ne peut méme pas avoir lieu, puisque la pression augmentan ta chaque instan t cm pécbe lés bulles de se développer. · Fig. 6.

f4. MARMirn DE PAPJ . - Pour établir la démonslralion expérimenlale de ce pbénomene, on peut cmployer l'appareil connu sous le nom de marmite de Papin, son in!enleur, nolre célebre compalriole, et dont il sera parlé a propos de l'hisloire des machines a vapeur. Cet appareil consiste simplement dans un vase A, fig,. 6, en mélal et d'une 1resgrande résislance, parfailement clos, mais muni cependant a son couvercle d'une faible ouverlure bouchée par une soupape qu'un levier B, disposé comme celui d'une balance romaine, mainlienl fortemenl appnyée sur son siége.

PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DE LA VAPEUR.

On connait cette disposition, qui n'est autre que la soupape de stireté acluelle, et qui se cornpose du levier 'B <lont la pression s'exerce sur la soupape a, située entre le poinl <l'atlache et d'arliculation du levier el le poids C dont il est cbargé a son cxtrémilé. La soupape ne peut done s'élever au-dessus de son siége qu'en surmon: tant la résislance opposée par le levier en raison de sa charge et du rapport de .ses deux bras. Le couvercle du vase A est aussi tres-solidenient maiotenu par une fermeture composée de !'arcade a élriers D, rnunie <l'une vis de pression a l'aide de laquelle ou fait ,appuyer le couvercle sur le bor<l de la marmile, apres avoir pris soin d'y placer une rondelle de métal malléable pour faire un joint étanche. L'appareil ainsi coostruit de fac;on a résisler a une forte pression inlérieure, on remplit d'eau environ un tiers de sa capacité; puis l'ayant exactement clos, on le place sur un fourneau quelconque. · L'eau s'éleve alors gra<luellement <le lempérature. Mais comme la vapeur qui se forme ne peut s'en échapper que sous la condilion que sa pression soit capable de soulever la soupape, elle se comprime et l'ébullition ne peut avoir lieu. Si, au moment ou la pression inlérieure semble atleindre le point ou elle devient capable de faire détacher la soupapc de son siége, on leve cetle soupape, ou que l'on ouvre brusquement un robinet placé sur le couvercle, l'ébullition se manifeste et la vapeur s'échappe impétueusement sous la fo~me <l'un jet qui peut atteindre plusieurs melres de hauteur (8 ou 10 metres), suivant la plus ou moins grande énergie tle la pression dans le récipient. Le liquide se refroiditjusqu'a 100 degrés et ne tarde pasa passer compléteme~t en vapeur si l'aclion du foyer esl conlinuée et que l'ouverture de la soupape reste libre. Les pressions que la vapeur peut atteindre dans celle con<lilion sont tres-consi<lérables, el dépendent d'ailleurs du poids don lona chargé la soupape. Saos anliciper sur les délails qui seroot donnés ullérieurement sur cet important appareil, nous pouvons <lonner acluellemént quelques délails sur les conditions qu'il <loit remplir pour oblenir une pression déterminée. Fig. 7.

ci>

--- - - -- -- ----8 - -- - -- ----- __ ..J

. (i

Soit, fig. 7, la dispos~lion de la soupape, daos laquelle nous désignerons par: B, la distance du centre d'articulation ou du point d'attache a celui du poids, ou le grand qras du levier; b, la distance du meme point au centre de la soupape, ou le pelil bras du levier; d, le diametre de l'orifice que ferme la soupape; p, l'intensilé du poids suspendu au levier;

MOTEURS A VAPEUR. 24 P, la presgion lotale exercée par la vapeur et ele basen haut sous la soupape, sur une surface de cercle elonl le diametre est d. Nous lrouvons d'abonl, par la disposilion du levier, que la pression P' qu'il exerce sur la soupape, et de haul en bas, est égale, d'apres les propriétés générales des le iers, a·

,P 1

B b

X-,

le levier élaut supposé lui-meme pour l'instant sans pesanteur. Pour que la soupape soil maio tenue sur son siége jusqu'a la pression déterminée, il faut que les efforls P' el P soient égaux. 1\Iais l'efforl P esl toujours tres-fucile a connailre, puisqu'il résulle de celle pression el de la dimension ou elu eliametre <le l'ori0ce d donl on peut calculer la !;uperficie. Par con ·é4uent, l'opératiorí se résume a chercher cet effort P d'apres les condilions données, el a le subsliluer a celui P' dans l'équalion précéelenle qui permet1ra ae calculer l'une eles trois dimensions p, B ou b, les eleux autres élanl fixées apriori. ExEMPLE : oit elonné de trouver les condilions d'une soupape elevanl lenir une -pression inlérieure ele 20 atmospberes. On suppose que le diamclre d elu trou sera égal a 1 cenlimelre. « le grand bras B du levier - 30 « « « le pelit bras b ~u levier 2 Quelle sera l'inlensilé elu poiels p? ne pression de 20 almospheres représenle un eifort égal a 1k0333 x 20 = 20k666 par cenlimelre carré ('i); par con équent, le diamelre ue la soupape élant de 1 cenlimelre, la pression qui ' exercera ele basen haul sera égale au proeluit ele la seclion corresponclanle, en cenlimelrcs carrés, par la pression ci-clessus, pression qu'il faut diminuer de celle exlérieure que l'atmospbere exerce nécessairement Je hnul en bas sur la face supérieure ue la soupupe, et qui est égalc i1 t. On a done pour l'effort eITectir P : P

= (20 -

1) J ,0333 X 0,78iS4, X 1.2

15k42.

Il en résulle qu'en disposant la relalion précédenle suivanl p pour inconnue, on aura pom sa valeur : b p = P' ou P B = iok42

x 30

= fk 028.

Tcrminons ce premier aperc;u en faisant remarquer qu'il.surftrait de déplacer le poicls sur le levier pour changer les condilions du problcme et le résultat, puisque les bra elu le,,ier n'auraient plus le meme rapport entre eux. En résumé, la soupape devicnl done la seule cause de la limite que la pression puisse alleinclre dans l'expérience de la marmile de Papin, abslraction faite, bien

;

• PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DE LA VAPEUR. enlenclu, de la propre résistance du vase. On a oblenu ainsi des pressions de 40 el meme de ñO almo pheres, c'esl-a-Jire de 1:1 vapeur exel'(;ant l'effort énorme d'em iron ñO kilogrammes par cenlimclre carré, ou ñ00,000 kilog. par metre carré . 15. INFLUENCE DES SUBSTANCES EX DI' OLUTION sun LA TEMPÉIIATUfiE DU POINT D'ÉBULLITlON. -Pal'mi les diverses causes qui penvenl intervenir pour fairc varier de quclques degrés l'ébullilion de l'eau, rclalivement h une meme pression du milieu, nous cilerons les dissolulions de seis et aulres substances qui relanlent le poinl J'ébullilion, dans de cerlaines limites, suivant le Jegré Je saluralion. Ainsi, l'eau salurée de sel marin est plus cbaude au moment de ·on éhullilion que lorsqu'el!e est purc, 011 meme lorsqu'elle conlient des corps simplemcnt en suspension qui ne sont point combinés chimiquement avec elle. Considéré sous le point de vue pralique qui nous occ11pe, ce phénomene n'a cependant pas un e tres-grande importance, puisque, en supposant la saluralion complete, la tempéral11re, au point d'ébullilion, n'est élerée que de 9 degré , et que, d'aille~rs, cet étal de saluration complete se présenle raremeot dans l'emploi de l'eau pour les machines a vapeur. Cepeodant, les appareils de navigalion et cerlaines machines flxes siluées pres de la mer sonl alimenlés a l'aide de ses eaux qui conliennent du sel en proporlions notables. 1\Iais, dans cecas, la principale ohjection n'est pas la modiücalion de Lempéralure, mais bien le danger d'explosion par suite des dépóts qui se formeraient, si on laissait arriver le dcgré de saluralion saos nelloyer le généraleur. 16. MoDE DE VAPOfil ATIO~ D'UN LIQUIDE Q , CONTIENT LlES SUBSTANCES Él'l\ANGERES. Lorsqu'on soumel a la vaporisalion un liquide qui conlient eles ,substances élrangeres a l'étal de mélaoge, mais sans qn'il y ait combinaison chimique in lime, la vaporisalion s'effeclne successivemenl pour chacune d'elles el dans l'ordre des températures correspondaot lt leurs poinls respeclifs d'ébullilion. Si l'on sonmet, par exemple, a l'aclion de la chaleur de l'eau qui conlienne des subslances plus volaliles qu'elle-meme, ces subslances se dég·agent d'abord, la rnasse du liquide reslilnt a la lempératnre qui convienl a leur ébullilion; puis, quand l'eau n'en conliendra plus, elle s'élc era de tempéralure jusqu'lt son point d'ébullilion. . Daos le cas coulraire, ou les subslances seraient moins volaliles que l'cau, celle-ci se vaporise d'abord avec la tempéralure propre tle son ébullition, sous la réserve tle la légere modiflcalion qui peut résuller du mélange ou de la dissolnlion-, comme il vienl d'etre dit (1ñ) . Il sera tres-facile de comprendre ce fait en remarquant qu'aussilól que la masse liquid e a acquis la lempéralure du poinl d'ébullilion tlu liquide le plus volalil, ce dernier, pour s'érnporer, s'approprie les nouvelles qunnlilés de chaleur fournies, qui ne peuvent plus néces,sairement coopérer a l'élévalion tle la Lempéralure de la masse enliere . Aussi consitlcre-t-on comme pure de l'ean vaporisée, quelles que soient les subslances élrangerns qu'elle retenait, puisque celles-éi oul du disparaitre ou tlevronl disparaitre, mais jamais en meme lemps que l'eau. J.

• 26

l\fOTEURS A VAPEUR.

Telles sont au moins ]es co ndilions pratiques que nous ponvons prendre en con. sidération a l' égard du sujet qui nous occupe aclueJlement. Les machines a vapeur montrenl conslamment des exemples du principe de l'isolemenl de l'eau, par_la vaporisation, des subslances qui s'y trouvent mélangées ou en disso]ulion. En effet, tout le monde connnit ce fait de l'incrustalion des chauclieres a vapeur, par suite des dépóls séd imentaires résullant de l'abaudon continuel que l'eau fail, en s'évnporanl, des différenles snbstances calcaires el salines qu'elle contient toujours en proporlions diverses . L'alimenlalion des cbaudieres a,1ec l'eau de lamer donne lieu a des dépóts considérables de sel marin qui s' esl séparé de l'eau au momenl de l'évaporalion. C'esl ce qui donne lieu a des ex traclions répélées qu'il est indispensable de faire pour éviler les acciden ls. COND:E;NSA.TIO N DE LA. VAPEUR.

17. On appelle condensalion de la vapeur son r etour a l'élat liquide. Bien que celle queslion puisse elre plus amplemenl lraitée apres avoir parlé avec détail de l'interven lion de la chal eur dans les deux phases du clrnn gement d'élat, il peut é tre u lil e d'en dire u n mol qnanl a présenl, et comme fait exlérieur. Déja nous avons vu qu'une simple compression.au-dessus du maximurr¡ de force élastique (6) suffil pour faire rcpasser de la vapeur en parlie ou ·en totalilé a l'élat liquid e, su ivant que celle compression n'es t que momenlanée ou qu'elle se conlinue jusqu'au point ele ramencr le volume du fluide a celui qu'il occupail a l'élat liquide, bien enlendu , sa ns ajouler de nouvelle cbaleur. l\Iais, dans les machines, ce n'esl pas de celte fac;on, qui es t véritablemenl la liqué{action de la vapeiw, que la deslruclion de la vapenr s'opere. La condensalion consiste en un re{roidissement de la vapeur au moyén d'une certaine quanlilé cl'eau froide qui s'empare de la chaleur qui la, maintenail a·l'élat de finide élaslique, el donnanl pour résultat un e qu anlil é d'eau chaude dont la vapeur qu'elle est capable cl'émcllre a un e force élasliqu e infinimenl moindre que celle qui a élé détruile, el méme a ussi faible qu'on le désire, suivant la température el le volum e de l'eau froide ajoul ée. Celle propriélé de la conclensa lion est de la plus grande imporlance, puisqu'elle permel de se débarrasser presque inslanlanément du fluid e puissant qui vient de prod uirc un effct, mais c¡ui vie ndrait ensuile le neutraliscr s'il· consenail ses propriélés expansive . 11 ne manque a l'air atmospbériqu e e t aux a utres gaz que la propriélé de se condenser fac ilcmen t pour devenir des agents moteurs qui pourraient alors remplacer avec avantage la vapeur d'eau, puisqu'ils exislent naturellemenl a la tempéralure ordinaire, a l' élal de fluides élasliques. Nous verrons bientól que de puissantes machines ont pu elre exécutées avec la pressiou almospbérique pour agent moleur, en faisanl interve nir la vapeur d'cau comme aulre. almospbere auxiliaire, ·mais qui possede la précieuse propriélé de se

PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DE LA VAPEUR.

délruire en laissant un vide clevant lequel l'atmosphere ambianle peul alors manifester son irrésistible pnissance. 18. AnsonrrION. - Pour clore ce premier aperyu sur le phénomene de la condensalion_, nous cilerons une expérience clésignée par les physiciens ·sous le nom de l'absorption, qui est deslinée, d'abord, a démontrer la faculté que l'on possede de créer un vide au moyen de la contlensalion de la vapeur, et ensuite, de meltre en garcle contre les accidenls qui peuvent résulter de celte propriélé meme.

Dans les expériences de chimie et dans beaucoup d'opérations industrielles il se présente une disposilion d'appareils analogue a celle que représente la fig. 8 cidessus. Cette disposition consiste dans un récipient clos A, placé au-dessus cl'un four..'.. neau B, et contenant un liquide que l'on tloit metlre en ébu\lilíon; puis un conduit tubulaire D qui part du récipient et descend .plonger dans une cuve C contenant un liquide froid, soit de l'eau, au lravers de laquelle passe la vapeur qui se dégage du récipient A. Aussitót que l'ébullilion commence, la vapeur produile chasse peu a peu l'air renfermé dans lout l'appareil, et le force ele s'écouler par le conduit Den repou,s sant devc}nt lui le liquide dont le niveau est nécessairement le meme dans le tube que dans la cuve C, puis enfin a sortir lui-meme en s'élevant sous forme de bulles dans la masse liquide de la cuve. L'air étant complétement expulsé, c'e.st la vapeur qui remplit alors exclusivement l'appareil et se dégage exactement <le la meme fayon que l'air. Si, dans cet état de choses, on éteint1e fon, tout en conservanl la communicalion .l ibre par le ~onduit D, la vapeur, se refroidissant peu a peu, pcrd tle sa force élastique. Or, comme ce lle force · élaslique faisail simplement équilibre a la pression atmosphérique, plus a celle de la hauteur de l'eau dans la cuve C, celte pression

MOTEURS A ·vAPEUR. '28 extérieure deve nue dominante commence a se manifester par l'cau qui monte dan·s le lube D. Puis, la pression de la vapeur continuant ele diminu er sans elre remplacée par aucune aulre, puisque l'air est depuis lon glemps parli, l'eau conlinue de s'élevc r dans le tube, parvient asa parlie horizonlale, et enfin pénelre dans la masse de vapeur que contien t encore la cbaudicrc A. Celle vapeur ne tarde pas a etre délruile complétement, d'oú le vide se trouve créé dans l'appareil, c'est-lt-dire l' absence de tout fluide expansible. On voit alors l' eau conlinuer son ascension, mais avec impéluo~ilé, et remplir complétement tout l'apparei l si le volume co nl enu dans lacuve le permet. En résumé, cel effe l, tfes-simple a comprendre, se produil chaque fois qn'une capacité qui conlient ele la vapeur esl mise en com munif.:alion avec un réservoir de liquid e suppor lan l une pression suffisanle, et que ce lle vapeur se lrouve délruile par la condensalion a la condilion, toulefois, que la hauteur verlicale de la commun icalion n'exceel e pas, rempli e du liquid e de la cuve, la pression qu e cclle-ci suppor te. Dans l'ex périence précédente, il est cerlain qu e, si la dislance du niveau de la surfacc libre, dans la cuve, a la partie horizonlale du conduit D ava it dépassé 10 mclrP.s, le liquide de"la cuve, élanl el e l' eau, n'eul pu pénélrer dans la chaudiere ou le vide aurait persislé. Ainsi, si l' absorption es l a craindre, le viu e peut ne l' etre pas moins, atlendu que la pression alrn osphériqu e, qui a le pouvoir d' élever l' eau dans le réservoir supérieur, peul aussi l' enfoncer s'il manque de résislance et que le vide y soit fail. Chaque fois que ce derni er accidenl est a craindre on place sur le r écipienl un pelit in slrurnenl appel é 1·eniflard, qui se compose d' un e soupapc s'ouvrant de dehors en dedans, el qui perrnet la rentrée de l'air dans l'appareil. On peu L auss i, pour se préserver de l' absorption, employer un robinet E que l'on fcrme avan l la condensalion de la vapeur. La condr. nsa lion de la vapeur est done un moyen ele créer un vide et d'élever des vol u mes de liquide, pour ainsi dire, quelconqu es, a une· hauteur égale a celle qui corres pond, pour chaque liquide de densilé elifférenle, ft la pression almosphérique. En effel ce que nous venons de signaler comme des accidenls, absorplion et vid e, conslilu enl, dans bien des cas, des moyens précieux dans leu r applicalion.

AC TIO N CALOR IFIQ UE DANS LA FORM,ATION DE LA VAPEUR D'EAU.

19. Les phénomenes de dilatation et de chan gemenl d'é lat eles corps onl pour agenl principa!", ou, pour mieux dire, pour seule canse apparente, le calorique ou la chnleur qui~ en pénétrant dans la ma$Se de$ molécules constilutives, les oblige a se séparer el augmcnte les interslices qui semblent exister nalurellement entre elles . Le foil extérie ur pourrait elre défini en disant: que la chaleur repousse les molécules el'un corps les un es des autres pour pou voir se loger et s'y metll'e en équi.:. libre d'intensilé avec le milieu ou l'espace occupé par la masse du corps; et que de

PROPR.f ÉTÉS PHYSIQllES DE LA VAPEUH.

cclle inlervenlion il résulle un effort répulsif égal el contraire a la propre force de cohésion des molécules de ce corps. De cetle défini lion, ainsi que du fait observé, on conclut que plus la quanlité de chaleur est grande et plus l'effet de répulsion est considérable. Enfin, cel effct de tlislension des molécules par une quanlilé de c)1aleur en exces, .aprcs amir eu pour résultal une simple dilatation ou augmenlalion de volume, <levienl un changement tl'élat : c'est-a-dire qué de solide un corps devient liquide, et de ce second élal il devienl gazeux ou a l'état de vapeur. De ce que l'on a vu que ce second cba11gement avait lieu pour les liquides dans le vide, et sans l'intervention appareute du calorique, il n'en faut pas conclure que celle inlervenlion fait défaut. Ce serait une erreur. L'aclion du calorique est toul aussi réelle que tlans loul aulre mode de formation de la vapeur; et, comme nous l'avons fait remarquer, le vide n'a pour résullat que de donner lieu prcsque instanlanémen t a ce qui se serait produi L len temen t a l'air libre. La pression de Fatmosphcre n'est qu'un effort a -combatlre par des quantilés de chaleur plus :eonsidérables a employer pour former de la vapeur sous son influence. Quaf\l a la chaleur nécessnire pour qu.e le phénom ene se produise dans le baro_melre, elle est prise dans la masse meme du liquiue et a l'instrumenl lui-meme, au lieu d'etre fournie par un foyer. , n.insi, pas tl'exception pour la forrnation de la vapeur. Quel que soit le mode émployé pour la prod_uire, le calorique intervient, et toujours avec la meme intensité, pour des vapeurs' égales en tension. I:.'élude des aclions calorifiques appliquées a la formalion de la vapeur d'eau peut se diviser en plusieurs parlies uislincles que pous allons énumérer et étudier dans ,les deux chnpilres suivanls, sous le point de vue pralique ou nous nous sommes plácé. 1. 0 Définition de l'unilé de chaleur; 2° Capacilé pour la chaleur ou calorique spécifique; 3° Chaleur latente ou de changement d'étal; .4º Quantilés de cbaleur fonrnies par la combustion. L'examen de ces qualre points principaux, de ce que l'on appelle en phys1que .la calorimétrie, doit nous conduire a pouvoir apprécier les quantités pratiqu_es de -combuslible a employer ou a dépcnser pour faire ·ae la vapeur, et aussi les quantilés de chaleur qu'il faut lui relirer lorsqu'il s'agit de la délruire.

FIN

CHAPITRE

PRUIIBR

CHAPITRE 11 CAPACITÉ CALORIFIQUE DES CORPS. UNI'l'_É 'DE CHALEUR

20. L'observalion générale du mode d'"échauffernent des corps permet de reconnaitre ce fait, nous dirons, tout extérieur : c'est que, pour amener des quantités différentcs a:une meme substance a la meme ternpéralure, il faul dépenser des poids d' un meme combustible, proporlionnels a celui de ces substances. Ainsi par exemple, si pour élever un cerlain poids d'eau de O degré a 20 degrés on es t o}Jligé de bruler 10 kilogrammes de charbon, il fauJra, toutes choses égales d'ailleurs, en bruler 20 pour opérer sur un poids double du meme liquide. Ce lle observalion, ramenée aux données exactes de la science, condui t a ce résullat posilif; savoir: Que, pour élever de i degré un meme poids d'une meme substance homogene déterminée, il faut dépenser une meme quantité de chaleur; Et de plus, daos de cerlaines limites : · Que les quanlités de chaleur a fournir sont proportionnelles au poids de ce méme corps el a l'élévation de lempérature . . Cela posé, il devenait facíle de créer une valeur représentative qui ful capD:ble de servir d'unité comparative entre les dívers échanges de chaleur qui s'effecluent entre des corps différenls, et aussi de permeltre d'apprécier les quantités de chaleur fournies par les sources calorÜiques. Il suffisait pour cela de choisir une substance homogene et de prendre pour poinl de comparaison la quantité de chaleur exacle qu'il faut lui fournir pour élever sa lempéralure d'une valeur déterminée. Agíssant d'apres ces príncipes on adopte pour unité de cbaleur la quanlité qui est nécessaire pour faire varier la lempérature de i kilogramme d'eau de i degré centigrade. Celle unilé, appelée calorie, sert de comparaison pour tous les échanges de chaleur observés. ~ar conséquent, si l'on prend i kilogramme d'eau a O degré et r¡u'on le porte a 1 <legré, on dit qu'on lui a fourni une unité de cltaleur; a 2 degrés, 2 unités, etc. De meme 1 kilogramme d'eau a une température qu elconque, au-dessus de O degré, esl cousidéré comme possédant autant d'unités de chaleur que le chiffre de sa ternpéralure. 11 s'agit ici de l'eau liquide et de sa chaleur sensible au thermometre, mais non pas de celle totale réellement contenue, pour une meme température, par ce kilogram·m e d'eau. Nous verrons plus loin que la plus grande partie de la chaleur que renferme un corps est latente, et constitutive de son état liquide ou gazeux.

CAPACITÉ CALORIFIQUE.

Supposons, cornme exemple, que l'on plonge un boulel rouge dans un vase contenanl de l'eau, et qu~ l'on observe l'élévalion de tempéralure qui résullera pour l'eau du refroidissement du boulet abandonnanl sa chaleur a son profil; en ne considéraut que l'eau, sans tenir co1npte des pedes Je calorique par sa dispcrsion en eau rnporisée el par le rayonnemeul, on évaluera ,!isémcn l la quanlilé de chaleur gagnée par la masse liquide, par son poids réel et son élévation de tempéralurc. Soit oO kilogrammes d'eau a 12 degrés qui en alteindraient 4o par suite de l'immersion d'un corps plus chaud. D'apres ce qu'il vient d'clre dil de la correspondance entre les températures en degrés el les quanlilés de chaleur, on trouvera la quanlilé de calories gagnée par l'eau, en faisanl le prodtlil de la différence entre les tempéralures observées par _le poids Je la masse exprimée en kilogratnmcs. Appelant : P, le poids de l'eau en kilogrammes; t, la t~mpérature pri mi ti ve; t', la température acquise; n, la quanlilé ele calories gagnées. On trouve: n

= (t' - t) P; <l'ou:

= (4f> - 12) oük = 1650 calories.

Le raisonnement serait exaclem,ent le meme s'il s'agissait de connailre une quantilé de calories per<lues par l'irnmersion d'un corps plus froid que l'eau. Si, par exemple, on plonge dans la masse d'eau de oO kilogrammes a 4o ilegrés un corps lres-froid qui abaisse sa température a 10 degrés, quel sera le nombre de calories perJues par l'eau quand l'équilibre aura eu_ lieu? Ou tróuverait de meme :

= (45 -

10) 50

17o0 calories.

CALOB.IC2UE SPÉOIFIC2UE

21. Ou dit qu'un corps a une capaoilé plus ou moins grande pour la chaleur suivant qu'il faut lui en fournir une plus ou moins grande quantilé pour faire varier sa tempéralure d'un meme nombre de degrés. Si l'on met en comparaison deux poids égaux de deux subslances différentes_, et que l'on trotne qu'il faul fournir a l'une des masses le double de chalcur qu'a l'autre pour élcver lems températures respectivcs de 1 <legré, ou en conclut que la capacité de l'un, pour la chaleur, est uouble de cclle de l'autre. On pourra done dire que la capacité la plus faible étan l représenlée par 1, la plus forle sera représentée par 2. l{éciproquement, la capacité calorifique sera encore caraclérisée en observant le rapporl eles temp éralures acquises par des masses égales de subslances différeutes auxquelles on a communiqué des quantilés de chaleurs égales; celles qui s~roqt les plus froides auront nécessairernent les capacilés calorifiques les plus grandes. De

l\IOTEURS A VAPEUR.

plus, les rapports numériqucs de ces capacilés seront représenté3 par les températuees exprirnécs en degrés, mnis d'une foc;on inverscment pr~portionnelle. Supposons, comme exemple, que l'on plonge <.lans trois masses égales de liquides différents des boulels égaux d'un meine mélal, chauffés a la meme tempéralure, el que l'on lrouve que les masses liquides se sont élevées de tempéra tures de 1 deg-ré, 2 degrés, 3 degrés, on pourra dire que leurs cnpacités calorifiques sont inrnrsemenl proporlionnelles a ces accroissemenls de lempérnture, c'est-a-dire comme 3 : 2 : 1. Ainsi la capacité d'un corp~ pour la chaleur, óu son calorique spécifique, est représenlée par un nombre semb!a ble a un coefficient, se rapportant a l'unilé pour laquelle le calorique spécifique d'une cerlaine substance sert de point de déparl. Pour les liquides el les corps solides on a choi~i l'enu, en admellant, -ainsi qu'on ' l'a vu précédemment (20), que l'nnilé de chaleur corresponJ a la quantilé qn'il esl nécessaire d'en fournir a 1 kilogramme pour élevcr la lempérnture de 1 <legré. L'air almosphériqne a élé choisi pour les gaz, avec lesqucls l'eau doit néanmoins servir égaleme nl de comparaison, afin d'oblenit· des valeurs praliques absolues. 22. Lorsque l'on cherche la capacité calorifique d~s gaz entre eux, on les compare .en rnlumes égaux, mais suivant deux condilions diITérentes. Lorsqu'on chauffc un gaz, il se uilale"' et tend a augmenter de volume. S'il esl soumis a une pression constante, celte augmenlation a lieu librement suivant la valeur de son coefficient de dilatalion. Si, au conlraire; l' espace qu'il occupe est inexlensible, son volume reste le meme, rnais sa pression augmente. Par conséquent, les physiciens se sont préoccupés de savoir si, dans ces deux condilions, les capacilés calorifiques des gaz ne seraient pas différenles; el c'est pourquoi les tables qui donneot les résullals de leurs travaux indiqu ent dcux colonnes basées sur ccltc considéralion. Du poin! de vue praliquc ou nous nous sommes placé, celle distinclion n'a peutelre pus une imporlance sérieuse, <l'aulant plus que les différences ne sont pas elles-mcmes tres-considérables. Mais nous avions bcsoin d'en faire menlion, afin de , bien faire comprendre les tables suivanles <]lle nous avons formées d'apres les illuslres savanls auxquels nous somrnes rcdevables de ces uliles recherches. Disons encore que nous ne cilerons que les snbslances susceptibles de figurcr comme emploi dans les organes moleurs qui nous occupent. 23. Pour l'inlclligence part'aite de ces tabl es, il nous suffira de définir nellement ce que l'on cnlend par la valeur numérique du coefficient de chaleur spécifiq:uc, ou simplernent par la capacité calorifique d'un corps. Élan t con ven u d'appcler iwiilé ele chalei¿r, ou calorie, la quanli té de calorique qui éleve la lempéra lure de i'kilogramme d'eau de 1 ueg-ré, on a fait des comparaisons avec un !res-grand nombre <.le subslances, et on a trouvé que celle meme quanlité de chaleur produisait sur 1 kilogramme de chacune d'elles des modificalions de l~mpéra lure bien différenlcs . Sur la presque lolalité, l'élévation de tempéralure est beaucoup plus considérable que pour l'eau. Or; la définili?n mcme que nous venons d'élablir ( 21) de lu capacité calorifique

CAP ACITÉ CALORI FIQUE.

33 montre que le rapport entre l'élévation de tempéra ture de l'eau, c'esl-a-dire un degTé ou l'unité, et l'é}évalion de tempéralure de la subslance que l'on considere sera précisérnenl égal au rapport inverse des capacités de l'eau et de celle substance. Par conséquent, e représentant la capacité de l'eau et t son élévation de lempéralure, e' 18: capacité de la subslance que l'on compare, et t' son élévation de température, on aura : e' t t : t' : : e' : e, ou -, = - . t

(;

l\fais, t et e ayant cbacun l'unilé pour valeur, la capacité e' de la subslance donnée sera égale a : 1

e'=-. t' Cetle derniere relation fournit, en résumé, la déílnilion suiv:mte La valeu,1· nwmérique c' du coefficient de chaleur spéci(ique d'ime substance déterminée est égale au quotient de l'iunité divisée JJar l'accroissement de températttl'e qu'une calorie produirait sur 1 kilogrammie de cette substance.

Les valeurs inscrites dans les tables suivantes sont précisément les quolients précités pour chaque substance correspondau le. On verra plusloin quelques exemples de l'emploi de ces valeurs. PREMIERE

TABLE

CAPAClTÉS DES GAZ DÉTBRlliNÉl!S

PAR MM. Dl!LAROCIIB ET BÉRARD, Cl!LLES DE L'AIR ATMOSPBÉRIQUE ET DE L'EAU PRISES POUR UNITÉ.

DÉSIGNATlON DES

G A Z,

C.\PACITÉS CALORIFIQOES

CAPACITÉS

celle de l'air é1an1 1 , poor des

pour des Dl3, SC • égales I'eau prise pour uullé.

volumcs égatL't.

mas es égales.

Air almospbériqae . · ······· Hydrogéne . ..... •.......... Oxygene ••.. ...•.•.•.. . ...

0,9035 0,9765

1 ,0000 H,3-tOI 0,8848

0,2669 3,2936 0,2361

Vapeur d'eau ••.•• • ........

1 ,9600

3,1360

0,8~70

1,0000

RAPPORT

DES CAPACITÉS

pour des volumes constants.

1,421

1,~07 1 ,415

prcssions constantes.

1,00 1 ,00 1 ,00

D'apres Dulong.

Cette table nous monlre que, parrni les gaz, et a poids égaux, c'e¡;t l'hydrogene qui est le plus difficile a écbauffer, puisqu'il faut lui fournir c.louze fois plus de chaleur qu'a l'air atmospbérique pour éleYer sa température d'une merne quanlilé. . 5 I.

MOTEURS A VAPEUR.

A pres l'hydrogene vienl la vapeur_d'eau, dont la capacité est presque double de celle de l'air, el non loin d'équivaloir a celle de l'eau. Les deux dernieres colonnes du tableau indiquent, d'aprcs Dulong, les variations que subissent les capacités calorifiques des gaz correspondanls, suivant qu'on les considere sous une pression constante ou sous des volumes in variables pcntlant . qu'ils sont soumis a la chaleur. On voit que ceUe capaci té étanl 1, sous des pressions constantes, elle devient sensiblement 1,4 si le gaz doit se comprimer sous l'efforl <l e dilalalion qu'il exerce en s' échauffan L I Du reste, celle queslion, qui esl tres-complexe, ne pourrait pas avoh ici toute son exlension. Qu'il nous suffise de l'avoir signalée en passant, renvoynnl pour l'approfondir aux ouvrages spéciaux. DEUXIEI.UE TABLE

CAPACIT É S CALORIFIQUES DE D!VEllSES SUBSTANCES CELLE DE L' EAU PRISE POUR UNITÉ .

DÉSIGNATIONS DES SUBSTANCES.

Eau .. . . ....... •. .. •.... . . . . . . . . . .. . • ... Fer... .. .. . .. ... . . .. . . . . .. . ..... . ... . .. . Id. de o• a 1eo• . .. . .. . .. ... . . .. ....... . O• á 300• •... . . ... . .. . • .. .. . . • . . . Id. Fon le blanche . .. ....... . .. ........•... . . Acier . . ..... .. .... .. . : . ........ • ..•..... Cuivre . .. . .. . . ..... . .. . . .. .. .. . . . . .... . . Id. de oo á 100• . .. . . . . • . . . . . . . . . . . f) O :1 3000 . . .. .. . .. . , . . . , .. • . . . Id. . .• . . . • . . . . ... ... . .. • . - . . . .. · . - . Laiton. . .. . .. . ... . .. . . . . . . • . . . . . ... . . . Plom!J .. . ... . .. .. . . ................... •· Iá. • . •. . ... . . . . . . ...... · . • · · · · •· · · · · Étai n•.. . . ... . .. . . . . . . . . . ..... . . .. ...•.. Id. . . ... .. .. .. . ••..• . . -. . • . . , . • · · · · • Zinc•. . . . ..... .. . . ....... . . ... .. .. • •• . . . Id. . •. . ..• . . . .•.. . . . . .... ..•. · . • • . · · • Vcrre de o• á 100° . .. . . . ........... . .. . . Id. . . . . . . . . . . .. . ....... . .......... . Id. O• á 300• ..... . .. .. .. ... ... . .. . Char!Jon de bois .. . ......... . .. •.. ,. .... . Hou illes el coke ( moycnnes) . . . . . .•.... .. .. llois di vers...... . . . .. . ...... .. • . . . .. - • • •

/d .

CAPAC!TÉS calorifiques.

1,0000 0,HOO 0,1098 0, 12 18 , 0,1298 O,H 8 a 0,127 0,0949 0,0940 0,1013 0,095 15 0,0939 1 0,0293 o,oau 0,05 14 0,05623 0,0927 0,09555 0,1770 0,1900 o, 19768 0,2415 0,20 o,soo a o,650

OBSERVATEURS.

Dulong el Pelit. Id . Id.

Id. Id.

Regnaull. Id.

Dulong et _Pelil. _Id. Id. Id.

RcgnaullDulong et Pelit. Regnault. Dolong el Petil. Regnault. Duloug el Pelit. Regnaull. Dulong et Petit. Regna 11lt. Id. Id . i\layer.

Ce deuxieme lableau, relalif aux capacités calorifiqu es des principales malieres cmployées daos la construclion et !'industrie, nous indique que c'est l'eau qui parmi elles posseue la plus grande et qui s'échauffe, pár conséquent, le plus diffi--

CAPACITÉ CALORIFIQUE.

35 cilement et a'vec le plus cle frais. Apres elle vienl le bois, et, comme plus pelile capacité, le plomb.

APPLICATIONS DES COEFFICIENTS DE CAPA CITÉ CALOBIFI211E

24. La connaissance de la capacilé calorifique cl_es corps et sa représenlalion par des valeurs numériques conduisent a des problemes d'applicalion tres-iuléressanls el surlou t lres-u liles. On peut résumer ainsi les ptfocipaux: 1° Chercher la quanlilé de cbaleur qu'il faut fournir a un corps pour élever sa lempéralure cl'un nombre de clegrés clélerminé; et, réciproquement, ce qu'il faut lui relirer pour abaisser sa tempéralure; 2° Trouver la lempérall1re d'un mélange, les corps élant égaux ou iuégaux de masses et de capacilés calorifiques; 3° Chercher les effets de dilalalion proc1uils par des quantilés de chalenr c1éterminées sur des gaz ou cles vapeurs, etc. · Nous allons e sayer d'indiquer quelques exemples de ces diITérentes fa~ons d'envisager la queslion, réservanf, néanmoins, pour plus tard, ce qui e l relalif aux efTels de dilatalion, ce qui peut elre parliculicrement inléres~ant en parlant de l'cmploi de la vapeur surchauffée et des moleurs qui marcbent par les gaz permancnls.

RECHERCHE DE LA QUANTITÉ A

UNE

VARIAT IO

DE CHALEUR QUI

DONNÉE DE

CORRESPO~D

TEMPÉRATURE

25. D'apres la définilion de la capacilé el de l'unité de chaleur, on a vu (tO) que la quanlilé de cbaleur qu'un corps quclconque gagne ou perd, suiranl qu'il ·'échauffe ou qu'il se refroidit d'un nombre de degrés déterminé, est a la fois proporlionnelle asa masse et asa capacité calorifique, aUendu que, si 1 kilogramme d'eau absorbe 1 calorie pour s'écbaufTer de 1 clegré; il en absorberait 2 'pour 2 degrés, ele.; ou bien 2 1 ilogrammes en absorberaient 2 pour 1 degré; en fin 1 kilogramme d'une substance clonl la cbaleur spécifique serait O,o absorbcrait une demi-unilé pour que sa lempéralure s'éleval de 1 degré, etc. Par conséquent, en conservant la nolalion du paragraphe 20, la formule générale du récbau[emenl ou du refroidissement est celle-ci : n

tPc,

ou n

(t' -

t) P e,

(A)

t' - t ou simplement t représenlant la différence de tempéralure ou la quanlité de degrés a gagner ou a perclre. PREMIER EXE)IPLE. Combien 50 kilogrammes d'eau a -lo degrés absorberaienl-ils de calories pour s'élever a 60 degrés?

MOTEURS A VAPEUR.

36 Soliition :

n = (60 - HS) x o0 x 1 = 22o0 calories. Le résultat serait évidemmenl idenlique pour abaisser la température de 60 degrés a rn degrés. DEux1EME EXEMPLE. - De combien de degrés éleverait-on o00 kilogrammes d'eau auxquels on fournirail 3000 unilés de chaleur? Soliition . La formule précédenle fournil celle relalion : n t= - · P e'

. , 3000 d , d ou t = o00 X = 6 egres. 1

Tno1s1EME EXEMPLE. - Combien 1.00 kilogrammes de fer dégagent-ils de calories en se refroidissant de 200 degrés? Soltition. La table précédenle indiquant que le fer a 0,11 pour capacité calorifique, on lrouve : n = 200° x 1.QOk x 0,H = 2200 calories , QuATR IEME E.:<EMPLE. - Quelle est la capacité calorifique d'un corps, dont 100 kilogrammes dégagenl 1000 unilés de cbaleur en se refroidissant de oo degrés? Soliition. La princi pale relalion précé1.I'enle (A) fournit encore : e=

t;;

DÉTERl\U A.TION

d'ou e= 00 ~0~00

DE LA

0,1819.

TEl\IPÉRA.TURE n'uN

l\IÉLA.

26. Ce problcme peut avoir des solulions diverses suivant que les subslances que l'on mélange ont des capacilés égales ou différentes. Nous allons donner des exemplcs des deux cas. Cependant il esl possible d'établir une formule générale qui ne fera que se simplifier si les masses ou les capacilés sont égales. Si l'on mélangé deux subslances donl les poids soienl P et P', les tempéralures t et t', el les ca paci lés e et e', il en rés ullera une tcmpéralure fin ale x pour laquelle on raisonnera ainsi : Apres le mélange, les deux masses seronl a la meme tempéralure; l'une se sera refroiuie d'un nombre de degrés qui, d'apres la regle précédente, sera représentée par t - x;

d'ou la quantilé de calories perdues sera égale a: I

(t-x)Pc.

L'aulre masse aura gagné, au conlraire : (x - t1 ) P' e'.

CAPACITÉ CA LORIFIQUE.

• 37

Mais puisque ce que l'unc des masses a perdu l'autre l'a gagné, ces deux relations sont égales et fouruissent l'équalion suivanle :

(t - x ) P e = (x - t') P' e' ,

(B)

de laquelle on tire :

tPe + t'P' e' P e + P' c' '

(C)

X =-----

x étant la valeur cherchée de la tempérnlure du mélange. l\iais il est évidcnt que, si les capacilés ou les masses sont égales, celte expression se trouvera diminuée de lous les signes qui les représenlent. Si, par exemple, les masses des corps mélangés élaient égales, on aurait P = P' • ' el alor.s la relalion prendrail la forme suivanle :

tPe + t'Pe' P e + P e' ;

(te d' , l' f ou on ire: (e

+ t' e') P + e') p '

daos laquelle P doit nécessairement disparailre, ce qui revient alors

+ t' e'

X= - - - ,

e + e'

(D)

c'esl-a-dire qu'il n'y a plus a s'occuper de la masse. Si les capacilés étaient égales, la mcme r éduclion s'opérerait a l'égard de e el e' qui scraient égaux et disparaitrnient. La formule prendrnit la forme suivanle: X=

tP + t'P! p + P' .

(E)

En fin, si les masses et les capacilés se trouvaient égales en mcme temps, l'expression serail réduite a ceci : t + t' (F) - . X = - 2 En résumé, on voit que la premiere expression générale ci-dessus (B) safüfait a la rechercbe de la température d'un rn élange dans toules les conditions. On peut , d'ailleur , supposer encore la forme renverséc, c'csl-iH.lire se proposer de trouver les proportior;is d'un mélange pour oblenir une température délerminée. Pour exercer les lecleurs qui ne connaissent pas ces principes, nous allons passer en revue une série d'exernples daos les différents cas, en commen~anl par les plus simples. · PREMIER EXEMPLE • .illa.sses ~t eapaeités égales. - Trouver la température x du mélangc de deux masses d'eau égales, l'une ayant une lempéralure t = 25 degr~s, et l'autre celle t' = 40 degrés. Solution (formule F) : t + t' 25• + 40• = 32,5 degrés. x = -----¡- = 2 DEUXIEME EXEMPLE.

Capaeités égales. - Quelle sera la tempéralure résultant du rué-

MOTEURu A VAPEUR.

Jange Lle 10 kilogrammes tl'eau méme liquide? olution (formule E) :

a 12 clegrés

. = t P + t'P' = (12• p

..r;

+ P'

10) 10

+ +

avec

(o0 1o

kilo 0 -rammes

X fo )

a oO

<legrés clú

= 3 fl S I ª éc; i, e et>r __

TR01s1EME EXEMPLE . ,1Iasses égales . - On verse o00 kilogrammes d'eau a. 90 <legré dans un vase en cuivre de meme poids el a la Lempérature ambiante de 1o degrés; trouver la lempérature du vase et de l'eau au momenl de l'équilihre, en supposant les perles de chaleur aulles. olution (fo rmule D). La lable donne 0,O!JiS pour la capacilé du cuivre. On a, par conséquenl :

. = to + t' e' = (90° e

.r;

X 1)

+ (io• X + 0,095

0, 090) = 83 ~ d a é ,v eºr s.

. Ainsi, la tempéralure ne se serail abaissée que ele 6°,0 pour amener les o00 kilo.rrammes de cuivre de 1o clegrés a 83•,o, ce qui résulle ele l'énorme différence enl·re les capacités del eau et du cuivre. QuATRIEME EXE:UPLE . Toutes les conditions clifférentes . - Ou plonge une masse de fer pesant rno kilogrammes, el a une lempératurc de 300 degrés, dans 100 kilogrammes d'eau a 10 degrés; tt quelle tempéralure sera l'eau au momcnt de l'équilibre de tcmpéra lure? Les différentcs données du problemc se résnmenl ainsi :

Capacilés ..... Tempéralures. Poitls ........ .

Eau . . .......... . .. .... . . .. .. .. e Fer . . . . . . ... ...... .. ... ... . .. e' -

,0,11 10° Fer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . t' = 300° Eau .................. ... ...... P = 1001. Fer .... . ........ . ............. P' = io0k

} Eau . . ......................... t

Solution (formule C) :

. _ tPc .v - - Pe

+ t' P' c' _ + P' e' -

(10•

x 100k xi ) + (300• x io0k x 0,11) _ 51 0,.1, d ~'é (100k x 1) + (1o0k x 0,11) ' eºr s.

C1 ·o IEME EXEMPLE. Mélange de ga::. - Les regles précédenles s'appliquenl également aux mélanges des corp dont les quanlilés ont été exprimées en Yolumes. Ainsi'On a vu plus haut que les capacités relatives des gaz avaient élé délerminées de celle mani ere, en prenant l'air alrnosphérique pour unilé. Proposons-nous done de lrouver la tem pératurc x d u mélange de deux volumes cl'hydrogene et d'oxygene dans les condilions suivantes :

eapac1 lés... .. º

Hydrogene ................. . e , . Oxygene .................. . e'

= 0,9030 = 0,9760

CAPACITÉ CALORIFIQUE. Tempéralures.

Volumes ..... .

Hydrogene .................. Oxygene. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hydrogene .......... ·. . . . . . . . Oxygene. . . . . . . . . . . . . . . . . ..

39 t t' V ,'

= 10" = 45° = 1m. c. = Qm. 800 0•

olution (forJ?ule C) :

a:=

Vt c

V't' e' e/V'

({m.c. X 10° X 0,9035)

(0,9030 X 1)

DÉTERMINATIO

+ (0m· ·800 X 45° X + (0,9760 X 0,800) 0

DE LA COMBI AISO

n'u

0,9760 )

26º2.

MÉLA GE.

27. 11 esl aussi fréquent, en pralique, de chercher dans quelle proportion un mé- • lange doit elrc fait, pour obtenir une tempéralure tlélerminée, que de fuire l'opéralion inverse dont on vient de voir quelques exemples. Bien qu'il suffise, pour celte autre recherche, d'ordonner conveuablement la formule (B) ci-dessus ou celle (C), el que celte opér:iliou ne présente aucune difficullé, nous en donnerons, néanmoins, de nouveaux exernples . _PnE:MIER EXEMPLE. Dans quelle masse d'cau a 12 uegrés faudrait-il plono-er une masse de plomb a 1DO degrés et pesant 7o kilograrnrne , pour que !'ensemble ne dépassAt pas 20 degrés au moment oú l'équilibre de lempérature sara éla.bli entre · le liquide el le métal? Celle fois, c'est le poids P de la mas ·e el' eau qui e t l'inconnuc; et si nous conservons la notation de la formule (B), x, qui est la température du mélange, égalera 20 degrés. · Par conséquent, la formule fondamenlale (B) élaul: (t -

P e = (x - t') P'c',

on en tire ainsi simplemenl la valeur de P: (x - t') P'__ e' r = _;___.;.__

(t -

x) e

Celle derniere valeur esl alors l'expression générale qui comienl a tous les problemes de l'espece de celui que nous venons de proposer et dont on va connaitre la solution." Remarquons seulemenl que, pour ce cas parliculier ou t1 est plus fort que x, el x plus fort que t, on fera bien de changer de place les quantilés complexes entre parentheses pour ne pas avoir: de valeurs négatives, ce qui, du reste, n'aurait rien changé au résultat; d'autre -part, x n'étant plus l'inconnue, uous remplacerons ce signe par T, indiquanl loujours la tempéralure donnée pour le mélange. L'expression ci-dessus modifiée ainsi devient : (t' - T) P' e' p - -'-----'---

(T -

t) e '

(G)

l\IOTEURS A VAPEUR.

Au moyen de cetle formule, si on y int!·oduit les données du probleme, avec la capacité calorifique du plomh = 0,0293 (2me table, page 34), on trouve pour la masse d'eau cherchée :

p = (H>O• - 20•) W x 0,0293 = 35kil.709. (20• - 12•) X 1 Ce poids d'eau, relativement faible, concorde bien avec la petite capacité calorifique du plomb qui n'est que les trois cenliemes environ de celle de l'eau . . DEUXIEME EXEAIPLE. - Que] poids P d'eau froide a t = 12 degrés faudrail-il ajouter a P' = 100 kilogrammes du meme liquide a t' = O degrés, pour oblenir un mélauge a T = 20•? Solution. Comme ici la capacité est la meme pour les deux masses, la formule cidessus (G) devient

-T) P'. P -_ (t'(T _ t) ,

d' , p _ (80 - 20) x 100 _ ""1'!0 - lv ou _ 12 20

k_jl o- • .0 0 rammes.

Ces exemples suffiront pour faire bien comprendre l'utililé et les applications du coefficient de calorique spécitique; ils conduisent, du reste, a la résolution des problemes dans lesquels enlrent les quanlilés de cllaleurs laten les dont nous allons nous occuper mainlenant. Hillons-nous d'ajouter, toutefois, que les expériences qui ont permis de délerminer les capacilés calorifiques des différents corps ne corresponden t, pour la plupart, qu'a une étendue de température Iimilée, el qu'il peut arriver que ces capacilés varienl lécrerement en dchors de ces limites. l\fais, en pralique, ces incerliludes n'ont pas une importance réelle, rl'auta1:1t plus que les corps soumis a la cbaleur en perdent toujours, par des causes acci<lenlelles, des quanlités beaucoup plus considérables que celles qui provieudraient d'inexaclitude <lans les coefficieuts.

CHALEURS LATENTES 00

CALORIQUE

CHA ' GEMENT D'ÉTAT

28. Au moment du chano-emenl d'état d'un corps, soit dans le passage de l'élat solide a l'élat liquide ou de ce dernier a l'élat gazeux, on observe un phénomene calorifique lres-curieux el digne de remarque. Ou reconua1t que la lempérature de ce corps reste fixe pendan! tout le temps que dure le changement d'état, et, par conséquent, que les quantités de chaleur qu'on luí fournil en meme temps ne sont point sensibles au thermometre. L'explication de celle parlicularilé est qu'un corps absorbe, pour changer <l'élat, une certaine quanlité de chaleur qui s'y lrouve exclusivement employée, et qui ne contribue nullemenl a modifier sa lempérature. De la, le uom de latente donné a

CHALEUR.S LATE JTES.

celle quanlité de chaleur qui esl eITeclivement cachée, puisqu'elle n'est pas perceptible par ~'in lrumenl ordinairemenl employé pour révéler sa présence. · Réciproquement, si un corps opere inversemenl l'un <les <leux cbangemenls <l'état, c'esl-a-<lire que <le gazeux uu fiquicle il redevienne liquide ou solide, on peut tres-bien ohserver une cerlaine quanlilé de chalcur qu'il dégage sans que sa température s'en tron e diminuée Lout le lemps que s'effectue l'opération. C'esl, e n effct, le dégagement de la chaleur laten le qui tui était nécessaire pour se mainlenir i, l'élat qu'il vient de quitter.

CA LORIQUE

SIO

29. Le premier exemple a ciler po111· la dérnonslrulion <le l'exislence du calorique lalent esl le pnssagc de l'eau tL l'é la~ de glace, ou, r éciproquement, son retour a l'élat liquitle, soit la fu ion de la glace. vant meme les expériences, que nous dirons qtLantitatives, on avail reconnu qu'il existait aussi bien de l'eau solide (de la o-lace) que de l'enu liquide a la lempéralure de O degré, quoiqu ' il ffit nécessaire de chauCfer celle glace pour la faire fondre. Ceci suffi ail déja pour ré,élcr l'exi Leuce de ce calorique uniqu erhent ab orbé pour effecluer le changement cl'étal; mais il re tait a délerminer quelle élail son imporlance. Alors des rechercbes lres-précises onl démonlré que, si 'on mel en présence 1 kilogrnmme de glnce i.t la lernpéralure <le zéro avec un kilo o-ramme <l'eau a í9 deo-rés, la fusion s'étanl opérée on oblient 2 kilogrammes d'eau liquide a la tempéralure zéro. Par conséquent, toute la chalen!· sensible que contenail l'eau liquide s'e l lrouvée compléleme1H absorbée pour le changernenl d'élat du l ilogramme de glace, qui ne 'r Lpoinl élevée de lempéra~ure, l:rndis que l' eau it í9 deo-rés s'esl abaissée a zéro. Le rnéme résultat scrait oblenu si, au lieu ele 11 ilogramme d'eau ü 79 degrés, on employail pour faire l'expérience 79 kilogrammes ü i e.legré. En nous reportanl a ce qui a élé dit (20) sur les capacités de chaleur, nous oyons que le kilogramme cl'eau a 79 <legrés repré enlait un mcme nombre d'unilé de chaleur ou de calories qui ont élé employées a la fusion clu 1 ilogramme de glace; cl'oú l'on conclul (expériences de l\Ji\I. de la Provoslaye et Desains) : Qu,'un kilograrnrne de glace a :;éro absorbe pow· se {ondre 70 unités ele chalew· elite LATE'.'ITE , ou, plus exaclemenl, 79,25 1mités · Qi&'u,n kilogramme d' éau liquide a une températiire qtLclconqlle contient, au,-dessus de ::;éro, crntant ele Galories q1&e ele deg1·és de température, plus 79,25. Ce pbénomene du calorique latenl <le fusiou est commun a tous les corps, qui possetlcnt chacun leur quanlilé parliculicre de calorique absorbé par unité de' poids. 30. Comme, dans les machines 11 vapeur, l'eau n'inlervient que dans son second changement d'étal, nous ne nous élendrons pas plus lon glemps sur le pre111icr J.

1\IOTEUR A YAPEUR. dont il vient d'elrc queslion, el q11'il 11ous a pnru indispensable de faire connaitre. Donnons seulement des exemples ponr clore ce sujel. PnEMIEI\ EXEMPLE UR LE CAL0RJQUE LATENT DE LA FUSIO~ DE I.A GLACE. - Proposonsnons de lrouver la quanlilé d'ean n: employer pour Jaire fondre un certain poids tl e glace supposée ii O <legré, ainsi que le mélange aprcs la fusion; soit: Clace . . ....................... ... .... P = 2o kiloo-rammes. Eau.............. . .................. P' = le poids cherché. Tempérnlure de l'ea u .................. l = 15 degrés. Calorique de fusion ............... . .... l = 79,~o calorics. Solulion. Il faut aulant de fois 79,20 nnilés que de kilogrammes de glace; d'aulre

part, ce nombre d'unilés est égal au produit du poids d'eau cherché par sa lempérulure, c'est-a-dire: Pl = P' t. Par conséquent, on lronve : 2o x 79,20

= P' x

10°· d'ou, P' '

2o x 79,20 = 132 08 k'do rammes = ---'-10

DEUXIE~IE EXEMPLE. - Si l'on jelte P = 10 kilogrammes de glace u zéro daos P' = 100 kilogramJOes d'eau u 18 degrés, quelle tempéra ture x aura le mélange a pres la fusion? 'oluilion. La glace pren<lra pour se fondre 10 fois l, qui seront a relrancher des quanlilés dé cbaleur sensibles Je l'eau, c'esl-a-dire t.le 100 fois 18 degres; et la tempéralure x cherchée est le quolienl de cclte différencc divisée par la somme des poids P et P'. On lrouvera done : _ (t P') -

x -

(Pl) _ (18° X 100) -

(10 X 79,20) _

100 + 10

d o- , 9,1 6 e0 res.

Remarque wr l'exemple précédent. Il cst facile de lrouver la quanlilé tolale de chaleur n que dégagcrait celle masse liquide en passant a l'état solide et a la température zéro. On aurait en effet : n

= (P + P') l + (P + P')

x; ou (P

P') ·x (l

+ x) ;

d'ou:

(10

100)

(79,20

18°)

10697,o calorie·s.

Pour rendre ce résnllat plus sensible, ajoutons que celle quanlité de cbaleur serait capahle d'élever de 1. degré 10697 kilogrammes d'eau.

CHALEURS LATENTES.

CALORIQUE LATE.T DE VAPORISATION

. 31. Des effels complélement idenliqucs aux précédenls se passenl pour le deuxieme changement d'élat des corps. Lorsque du Iiqui<le se transforme en vapcur, il absorbe 11ne tres-grande quanlité de chalenr qui n·cst aucunemcnl sensible au lbermomelre, atlendu que la vapeur a exactcrnenl la meme iempéra,lurc ·que le liquide d'ou clic émane. La différence exislanl entre ce qui se passc ponr la fusion et la vaporisalion, c'est que les quanlilés de chaléurs latentes ahsorbécs sont heaucoup plus considérables, a poids égaux, pour le deuxieme changement d'élal. Mais ions deux présen lent ccl le parli culari lé que l'ahsorpiion de chalcur laten le a lieu, que! que soil le rnode de fusiou ou de vaporisalion, lente ou rapide. De la vapcur qui se forme füiremcnl dam l'almosphere el par simple évaporation prend selisiblemcnt la m()me quantilé de chaleur lalcnlc que celle provenant de l'éhulli1ion d"nne mass·e liquide sournise a la rnerne prcssion amhiante. Quand de la vapcur se forme du sein el'une massé liquide cxposéc a l'action d'un foyer, elle prenel sa chalcur latente a la masse liquide, qui, par conséqnent, cesse de s'élever ele tcmpéralure, ainsi que nous l'avons vu précédcmmcnl (13). Mais si celle vap_eur se forme cl'un liquide placé hors de toute so11rcc active de chaleur, le caloriquc latent est pris a la fois snr· la massc liquide, sur levase qui la conlienl et aux ohjets environnanls. JI peul rnemc en résulter nn rcfroidisscment 1res-sensihle pour ces corps cnvironnanls et pour la rnasse liquide si l'évaporalion peut elre conlinuée sans récupération ac chalcur. l\'Ialgré notre désir de ne pas an(icipcr sur la physique pme, nous ne pouvons nous dispenser ele ciler ici une expériencc qui met parfailemcnl en lumicrc ce phénomene de l'absorplion de chaleur lalcnle par la vaporisation, qnelles que soicnl les circonslances qui l'accompagnent et la tcmpéralure ou elle se produit. On place sons le récipienl d'une machine pneumaliquc (fig. 9, p. suiv'anle) une coupelle a contenant de l'eau it Ja iempéralure ordinuire, ce vase lui-mcmc disposé au-clessus d'un hassin b rempli d'acidc sulfuriquc concentré. Puis on commence a exlraire l'air par le fonclionnemenl de la mar.bine . . Au fur et a mesure que le vide se fait el que la pression diminuc a l'intérieur de la clochc, l'eau entre en élrnllilion, s'évapore, et el'aulant plus rapiél.ement que l'action de la machine Í.:sl elle-meme plu¡;. promple. !\fo.is les vapeurs formées, qui ne tarderaienl pasa arreler la vaporisalion si elles reslaienl dans Ja cloche, sont cnlevées en parlie pur la machine, et le reste est absorbé par l'acide sulfurique. Par conséquent, le vide se rnainlienl sous le récipienl el l'évaporation conlinue. l\fais, apres quelques inslaills, ce qui reste d'eau dans la coupclle cst complétement congelé et ne forme plus qn'un glac;on. L'explicalion de ce curieux phénomene esl ioul cnlicre dans la définilion qu'on vient de Jire sur la chaleur latente. C'esl la vapeur qui, en se forrnant, a _p ris son

41,

l\IOTE RS A VAPEUR.

calorique de vaporisalion a la masse d'eau elle-mem e, jusqu'au point cl'ahais er a ternpéralure a celle de la glace. Fig. 9.

32. i\Iainlenanl il nous rcsle a donner la valeur de ce caloriquc lalent de vaporisation uoi1l les effels extérieurs sonl rendus manifesles au moren d'expérieuces tres-simple . Le savanl I. Regnaull, parn1i différenls ex périmentaleurs de mérile, s'esl livré a des recherches trcs-précises snr la chaleur latente de rnporisulioo. Le résullat général ue ses Lravaux sur le caloriqne la len l de vaporisalion de l'cau esl consigné dans le tal>l ea u suivanl : TABLE DE

QOANTITÉS

CALORIQOE

LAT ENT

QUI SE FORME ºT

CHALEUR

TEIIPÉRATORES

0°

YAPORISATION POOR A

230

CHALE RS

TEIIPÉR \ TIJRES .

la1e11Ies.

DES

VAPEUR

DEGRÉS.

TEII PÉRATORES .

latentes.

CIIALEURS latentes.

607

55 1

460

000

544

-170

486

593

400

537

-1 80

479 472

494

t.86

529

190

579

-12ü

G~:!

200

464

e;2

-130

515

2 10

457

565

-140

508

220

419

558

-1 50

501

230

442

Les valeurs renfermées daos les colonnes <lu lableau sous le litre de chaleurs la-

CHALE RS LATE TES. tentes ineliquent le nombre de calories absorbées par 1 kilogramme <le vapenr d ean, <le chaque ternpérature correspondante, au rnomenl <le sa formalion. Par con équent, ce sont ces memes quanlilés de calories qui seraienl reslituées au rclour de · la vapeur a l'élat liquitle. Lon°-Lemps on avait atlmi que la quanlilé de calorique ]alenl élait la mérne, quelle que soit la lernpéra lnre ele la formalion· de la vapeur; mais ce résullnl meme <les recherches <le ~J. Rcguaull nous pronve que celle ielé_e n'est pas exacte, et que la quanlilé e.le calorique absorbé par la Yapori ation Jiminue daos une cerlaine progression en raison inrnrse de celle eles lempéra lures. • Pour ne choisi r qne e.les exemples les plus usuels, faisons remarquer que la vapeur d'eau a 100 degrés pren<l 037 unilés de chaleur latente, tandis qu'elle n'cn absorbe que oO l a 150 elt'grés. APPL1C.ATION DU CALORIQUE L.ATENT DE V.APOB.ISATION

33 . L'ensemhle de l'élude de la chaleur, emplo ée pour former induslriellement <le la vapeur d'eau, est donblement imporlanle pour la connaissance eles quanlilés ele combustibles i1 dépenser et pour celle tle la coudensalion <le celte meme vapeur lorsqu'elle a produit son effel dans les machines motrices. 1ous avons Jonc eles cxemples a monlrer pour les deux cas. Pnrn1rn EXEMPLE. - Quelle quanlilé totale n d'unités de chaleur <loit-on fournir a un poic.l P = 25 kilogrammes <l'eau a t = 1O degrés <le lempéralure, pour transformer celle eau en vapeur sous la pression de 1 atmosphere? ovtbtion. La -vapeur qui se forme sous une pression ele 1 almosphere ayant 100 degrés (7 ) ou T de lempéralure sensible au lbermom elre, chaque kilogramrne d'eau absorbera en unilés de chaleur: T - l, plus la chaleur latente l correspondanl a la températnre t, <l'apres le tableau précétlcnt. On aura done pour le nombre lolal <l'unités de chaleur:

(H)

n= (T-t+l) P; expression géuérale qui donne ponr l'exemple proposé :

n = (100° - 10°

037)

1D6W calories.

DEUXIEME EXEMPLE. dlélange d'eau et ele vapeur . - Une quanliló donnée de vapeur élant mise en présence d'un cerlain poids d'eau froide a une lempéralure déterminée, et capable de la condenser complélemenl, trouver la température du mélange . oit la meme quanlité de vapeur que ci-dessus, ajoulée a:

P' t

= =

200 kilogrammes d'eau, 1D degrés, sa tempéralure;

cetle quantilé de vapeur élant ainsi représenlée par:

l\iOTEURS A VAPEUR. P T

= 25 kilogramrnes; = 100 dcgrés, sa ternpéralure;

quelle sera la température x du m élange? Solution. La masse lolale, ou le poid!¡ de la vapeur ajouté a celui de l'eau, contiendra nécessairement leurs quanlités totales de chaleur; il suftira done de diviser la somrne de ces quanlités d.c chaleur par la masse totale pour trouver la température x cherchée. On tronvera par conségu·enl : (T X=

l) P

+ (tP')

P+P'

(1)

;

expression gén érale donnanl pour l'exemple propasé le résullat suivant: x

(100°

+ 537) 2

X 25k

+ (15°

tí" + 200 k

X 200k)

, 84, 11 degres.

Ceci fait qéja comprendre qn'il ·faut employer, relativement, de tres-grands volumes d'eau froide pour faire r epasser de la vapenr a l'élat liquide et pour que l'cau résullant du mélan ge ne soit pasa -une température trop élevée . Soit donné de résoudre le probleme imerse, c'esl-a-dire TH01s1i::ME EXEMP LE. trouver la quanlilé d'ean a ajouler a un poids donné de vapeur pour que l'eau résullanl du mélangc ne _clépasse pas une température donnée. oi t : P

= l = P' = t = t' =

15 1 ilogrammes, le poids de Iá. vapeur; HiO dcgrés, sa température; 501, son calorique latenl (d'apres la table précédentc); le poids d'eau cherché; 10 degrés, sa tcmpérature; 25 degrés, b tempéralure du mélange.

olution. En tenaul simplement compte de ce que t' remplace x, c'esl exaclement la formule ci-uessus (I) qu'il suffit de disposer suivant P' pour inconnue. II vienl: t' P + t 1 P' = (T + l) P + t P'; u'oú:

= (T +

t') P_

t' -

(J)

Celte derniere expression est celle que nous relrouverons chnque fois qu'il s'agira de délcrminer la condensalion d'une machi ne a vapeur; nons engageons done· nos lecleurs a la bien prendre en considéralion .

CHALEURS LATENTES.

Pour l'exemple que nous nous sommes proposé, elle donne le réStlllat ci-dessus :

Mi - 25) X ÍO _ v~ kil O' _ - ni 6 0 0 rammes. 250 100 C'est-a-dire, en résumé, qu'il faudrait employer 576 kilogrammes d'eau froide a 10 degrés pour détruire 25 kilogrammes <le vapeur a 150 degrés, et que l'eau de condensalion ne dépassat pas 25 degrés. Toules choses égales, d'ailleurs, il est évident qu'il faut d'autant plus d'eau pour <:ondenser de la vapeur que c~lte eau est elle-meme plus élevée de température et que le mélange doit elre plus froid. 11 est bors ,de doute que, dans cerlaines circonstances, il est impossihle de con<lenser directement la vapeur des machines ou appareils it condensation faute d'eau en assez grand volume et assez froide. • · Nous verrons que les machil].es de navigation sont souvent exposées a voir leur -c ondensation suspend'ne ou du moins ne fonctionnant pas convenablement, non pas faute d'eau, puisqu'elles en prennent a lamer, mais parce que cclte eau peut ctre tres-chaude, sous les zones tropicales, par exemple. Ce que nous avi911s a dire des chaleurs latentes peut se borner la, quant a présent; les applications directes aux machines feront suffisamment comprcncfre lout ce qu'il peut etre utile de connailre ~ cet ·égarcl. I _

P -

(100

FIN DU CHAPITRE DEUXIli:alE.

CHAPITRE 111 SOURCES DE CHALEUR

QU ANTITÉS DE CHALEURS FOURNIES PAR LES COMBUSTIBLES 1

34. Apres l'étmle eles quantilés de chaleur nécessafres pour élever la lempérature eles corps et procluire leurs changemenls · d'état, il vient tout nalurellement celle eles sources de chaleur' sous le point de vue des quantilés qu'elles en penvent fournir; c'esl la queslion économique complete du calorique comme emploi et procluclion. La science nous apprend que la combustion cl'un corps esl la combinaison chimique de ce corps avec l'ox •gene, phénomene accompagné rl'un tres-gra nd clégagement de lumi ere et de chalenL Considérés sous ce point de vue, lous les corps de la nature seraient eles combustibles, puisqu'ils possetlent lous, plus ou moins, la propriélé de se combiner avec l'oxygcne; mais tous ne présentent pas, au momenl de cellc combinaison, les propriélés que l'on recherche pour un combuslible, c'e 1a-dire la somme de chaleur dégagéc plus grantle que cellc nécessaire pour opérer la combuslion, cetle combuslion persistant meme en dehors du foyer oú elle s'opcrc, el le prix de revient du corps lui-m cmc. Pom sortir des généralités et s'appuyer sur des exémples, disons que du hois, du charbo n , ele l'b yd ro gene, quelques nutres substnnces, brulcnt 1;o ur ainsi dire spontanémenl, ou au moins achevent leur combuslion complétement a partir du momenl oú nn seul point de lcur masse a été porté i\ un e Lempérature 'suffisante. D'ault·es corps, les métaux par exemple, qui. se combiuent tres-b ien avec l'oxygcne, cessent de brüler aussitót qn'on les sort du foyer oú la comhinaison s'opcre, foyer que l'on es l obli gé, par conséquent, d'alimenter a l'aide d'un autre corps plus facilemcnt comb ustibl e. En résumé, les corps combustibles, on plus simplement les combustibles i11ditstriels sonl peu nombreux et cornprennent: Les hois, ou en général les vég-élaux ; Les charbons végélaux et roinéraux; La tourbe. Ces corps sont ceux qui présenlent dans leur composilion la plus grand e quantité ele carbone el d'hydrogene, les deux seuls corps simples qui posscdcnt, isolémenl, toutes les propriélés requises pour le phénomene d'une combuslion indnstriell e, et la propriété d'etre, par conséquent, d'excellenls comhustihlcs.

SOURCES DE CHALEUR.

Les snbstances animale , tclles que la chair, les graisscs et lrs os, sont anssi lrescombuslibles; mais leur compo ilion lri·s-complexc esl cause que l'absorplion de chaleur propre a la séparalion de ces clivers élémenl , au mome11t Je la combusliou, est considéralile, et qu'un poids do11né tle malieres animales ne fournil pas une aussi grande quantilé de chaleur ulilisablc que les combuslibles réels dont la composilion csl plus simple. D'ailleur!-, les s11bstances animales ont assez <l'emplois Í)récieux ponr ne poinl les nliliser comme combuslihles, bien que cela ait eu lieu ncci den lellcmen 1. 35. olre examen des combustibles ne pc11t elre que lres-succinct, n'ayanl pour bnl que de faire coanailre les quanlilés de chaleur que chacun d'eux peut fonrnir a l'unilé tle poids. L'eslimation Je ces quanlités de chaleur est enlieremenl basée sur l'unilé calorifique Jont il a élé donné précédemment la dé0nilion. Ainsi, supposons que l'on ait pris un kilogramme d'un corp comb11slible quelcon11uc, el que l'on ail lrouvé que la chaleur qui s'en est dégagée pe11dant sa combu . lion complete a élevé 2000 kilogrnmmes d'eau de 1. degré; si l'expérience e l failc avcc loule la précic,ion suffisanle pour que l'on puisse ctre sur qne toule la chaleur déga crée a élé pri e par l'cau, on <lira que 1. kilogrammc de ce combustible a fourni, en brulant, 2000 calorics ou unilés de chaleur, puisque nous savons (20) que c' est a cclle valeur que l'on estimeraíl la quanlilé de chaleur néces aire pour foirr. varier ele 1. degré en plus la lempéralure de 2000 kilogrammes d'eau. La quanlilé de chaleur dégagée el ainsi mesurée prend le-nom de puissance calorifique clu combustible auquel elle correspond. Des expérienccs tre -précises onl élé failes en vue de déterminer ainsi les puissances calorifiques de tous les corps. Elles ont montré que ces puissances étaient non-seulement différentes pour les corps c.lifférenls, mais aussi tres-variables pour le meme corps quand sa cornposilion cst susceplible de varier. Or, les combustibles inc.l11striels, étanl tous des corps de composilion complexe, présentent lous celte parlicnlarilé des puissan~es calorifiqués variables pour une meme subslance. II e t claii· que les bois, par exemple, sonl différenls cl'e sences et varienl de composilion pour la meme espece, sans parler de leur élal plus ou moins complct de dessiccalion. Les houilles, quoique rnoins variables de composilion, le sont néanmoins. Le charbon de bois, l'nn des combnslibles le plus purs, présenle aussi quclques uifférences dues asa préparalion plus ou moin parfaite. 36. Cependanl, ces différences doiventelre considérées plulót comme scienlifiques qu'industrielles: c'est-a-c.lire qu' il existe pour chuque combustible une puissance calorifique moyenne dont nous pouvons nous conlenler pour en faire l'applicalion que nousnous sommes proposée. Ce sonl ces chitJres dont le lableau suivant donne un résum~, el auquel nous avons ajouté les puissances calori_fiques de l'hydrogene pur et de l'hydrogrne bicarhoné ou gaz d'éclairage, quoique ces deux corps ne soienl pas encore considérés cornme cómbuslible indnslriels. 7 J.

l\IOTEURS A VAPE R. TABLE DES PUISSANCtS CALORIFIQUJ!S

NATUfiE DES COi\lBUSTIDLES

Hydro¡;cne pur (par kilog. )...... ... . ...... . Id. ( par mime cube ). . . . . . . . . . . . . ll ydrogcnc bicarboné ( p3r kilo¡;.) . ... . .. . . .. . I d. ( par mctre cuue ) . . .. .. . Carbone pur ... . .... ...... . . .... .. .... . Charbon de bois ( ruoycnne) .. " .... . ..... . Boi 1rcs-sec. . .................... . ... . Boí (élal ordinaire ) (moycnne) . .. ...... ... . l:louillc (moyeune ).. . . . ....... . . .. . . . .. ... . Cokc (~ 0 .1 5 de cend res ; ...... . . ..... . ... . Tourbe ordinairc ( moycnnc ) ... .. •.... . . . .... Huilc de colza é¡mréc .. . .. .. ... .. .. ... ... .. Alcool ~ 420 Beaurué ........... . .... ... . .. ..

DES

COllBUSTlBLES

PUi ANCE calo, ifiquc cxpriméc en calorie dé¡;agécs par la combustiou de i ·kil. de chaquc su1Js1a11cc.

l. ' DUSTRIELS.

' O)IS des observaleurs.

MM.

34162 3067 H 857 151i 7 8080 7000 3700 2800 7600

F3vre el Silbermann. I d. Id. Id.

I d. Id. 111.

ltl.

Id.

Péclel. Rumfort. I d.

6000

Oulon¡;. Péclcl.

3600 9307 6855

numror1. Dulon¡;.

Id .

Les valeurs indiquées par ce tahleau correspoudenl évidemment aux quantilés rnaximum J e chaleur pour chaque combustible. Par conséquent, c'cst ce que nou s appellerons les puissanccs caloriliqucs lhéoriqucs, sur lesquellcs la pralique ue peut utiliser que des effels plu s ou moins granJs. • Il n e fauurait pas penser , toulefo is, qu e ces valeurs sool excm ples d'inexacliludes légercs; la diversilé des r és ullats obtenus par des expérimenlaleur1s, également babiles, prouve le conlr_a ire; el, d'ailleur~, il n'est pas probab le qu'a,•ec le pbénomcne compliqué de la comb ustion d'uu corps on puisse trouver des nombres toujours les méme et · Loujours imariables pour un mcme corps. C'est sur~out dans les emplois inclustricls que les combustibles, qui ne sonl évidemment choi is ni préparés comme pour uue expérience, présenlenl eles différences qui se mblcnt éloi gner toul e poir de comp ter sur de puissances calorifiques d'un e exactitud e math émalique. Telles qu' elles sonl, ces valeurs peuvent renure tl es services incontestables, ainsi qu'on le verra par la su ite. Leur <l eg ré d'approximalion esl cl'ailleurs presque toujours plus que sufiisanl pour la pralique. Ccpenuan l il serait peul-elre n éces aire de faire de nouvelles expériences a cause de quelques générateu rs perfectionnés d'a ujourd'hui, ou l'o n sem ble ohtenir uu e ulilisalion ex traordin aire dn comhustible, ainsi que nous le verrons plus loin. Le ch iffre de la puissance calorifique d'un combustible joue le mci:ne role dans le générateurs a rnpeur que le jaugeagc de la dé pense d'cau pour les moteurs h drauliques; dans les dcux cás c'est évidemmenl le poinl qui sel'L de base au renJement. Il es t done lres-impoÍ·tanl qu;il n'cxisle la aucune incertitucle.

SOURCES DE CHALEUR.

ñ1

APPL ICATION DES PUISSANCES CALORIF_IC2UES

37. Avant rle nous elre occupé des sources, nous avions pu nous rendre compte des échangcs de cbaleur entre différents corps et, surtont, des quantilés ele chaleur ;1 fournir a ces corps pour produire des élévations de tempéralme cléterminées et les changemcnls d'élat. l\faintenanl nous sommrs en mesure <l'eslimer les quanlítés <le combustible a dépenser pour effectuer ces memes opéralions. Nous ferons d'aborcl une remarque tres-importante. Dans les exemples suivanls, nous cherchons les quanlilés <le chaleur utites, c'esl-a-dire celles rigoureusemenl n écessaires, et non compris ce qui se trouvc perdu, quelle que soil l'excellence clu foyer et la disposilion des nppareils.

RECilERCHE DE LA DÍPENSE DE COMBUSTIBLE POUR PRODUIRE UNE iLtVATION DONNÍE DE TEMPtRATURE

38. PREMIER EXEMPLE. - Quelle quanlilé u lile de chai-bon de bois faul-il dépenscr pour élever de 10 degrés la lcmp érature de 100 kilogrammes d'eau? Solution. Toules les notio11s précédentes nous indiquanl ele quelle foc;on l'on peut délcrminer la quanlilé n de cnlories a foumir·, il esl tres-simple <le lrouver que le poicls 1J de charbon, donl la puissance calorifiqne sera i 1,, égale :

= ü:

En aclmeltant, d'apres la table précé<lente, 7000 pour de bois ordinaire, on trouve pour l'exemple proposé :

corresponclanl au charhon ·

_ 10 X 100 _ Oki~4 2 7000 '

p -

On ~e devrait, en effet, dépcnscr que ce poi<ls de charbon si toulc la chnleur du combustible pouvail etre exclusi\éement absorbé~ par la masse d'eau a échauffer. Mais, en supposanl méme que levase qui conlient le liquide el le foyer n'absorbent pas de calorique, élant préalahlement échauffés, il resterait encare des perles de toutc nature qui augmentent nolablement la quanlilé lhéorique ci-dessus lrouvée. Aclmellons, pour exemple, que les <lispo:,ilions soienl lelles que l'on puisse ntiliser 0,6, on brulerait <lonc réellement:

O,flt. o, 6

Qk237 de chnrbon.

Qucl poids ulile <le houille doit-ou bniler pour liquéfier DHXIÉME EXEMPLE. 50 kilogrammes de glace "'a O degré et porler le liquide a la tempéralure de 100 dcgrés?

1\IOTEURS A VAPEUR.

Solution. La quanlil é n d e calori es

a fournir (t

é lanl (29),

l) P,

on aura:

PUIS A.NCE

(10'0-+í í9 )-X-50 600

= 1k1-~ · , 1 l'1t:

YAPORISATOIRE n'uN POIDS

11 0.1 ·¡¡ 1 e.

DON ' É DE

CO;\1BUST IBL E

39. Quel poids P de va pcur a 100 degrés produirait-on en d é pensant 1 kilogramm e ulile de houille, l' ea u a cha uffer é tanl préalabl e me nt a rn degrés? Ceci es l le prohl c1 11 r. le plus imporlant de l'application du calorique dans les machines ü vape ur; c'es l celui qui es !, ainsi qu e nous le verrons, le pivol aulour duqucl lournen l t ous les perfcclionncments qui ont é té imagiués el qui le seronl c n co re a l' éga rd de ces mote urs. Voyons d'abord la réponse directe que fournil la_ lh éo rie. Solution . On a vu précédemment (33, H) que la quanlité de calories a fournir a un cerCain poitls d' ea u, pour le va poriser, é tail ex primée par : -n

(T - t

l) P;

ce nombre de calories devant c tr.e éga l a celui d égagé par le poius p de comb ustible proposé, el dont la puissanr.e ealorifique es t ·u, on frouve :

pu= (T -

+ l)

d'ou le poids P ch er ché, d' ea u vaporiséc, esl égal

p - T-

pu t

_ l -

1 k X 7600 _ ki,) 100 - 1o + 537 - 12 . ..1.

Ce qui r ev ienl u dire qu e : -l hilogramme · de houille peul, THÉOHIQ EME. 'T, vaporiser enviran 12 kilogrammes d'eau dont la température serait primitivement de 15 degrés . Si b va pe ur avait élé s upposée plus élcv ée de lemp ér a ture, la quantilé d e combustible eúl é.té auss i un peu plus forte, mais seulemen l d'une faible quantilé, altendu que la cbaleur latente, qui es l la plus considéraule, varíe peu, et en sens in ve rse. Nous n'ajoulerons pas d'autre exemple a ce dernier, qui suffil pour é lablir la base de toules les discussions relali\'es a ce point. Mu is il es l esse nli el de fa ire lout de suite un e r emarqu e sur ce r ésulla t comparé a ceux ohlenus en prntique. Cénéralemen l, . on vaporise 7 kilogrammes d'cau aYec les bons généralcurs ,,apeur; on produit aussi souvent moins; mais on a produit plus, el rn éme , dans cerlains cas, presque au tant que ce chiITre th éoriqu e de 1.2 kilogrammes, qui semble ne pouvoir elre a lleint que lres-difficilement, si ce n'esl jamais. Cependant, cela pe ut avo ir li e u, muis rnremen t, l'aid e de disposilions parlicn-

SOURCES DE .CHALEUR.

tieres ou d'un arlifice qui consiste, par excmple, a acliver la combuslion par un courant d'air additionncl qui vient opérer Ja lransforrnation complete du charbon en acide carbonique, et empecher qu'aucune particule quelconque de matiere combustible ne s'échappe du foyer sans élre brulée, et par conséquenl, sans fournir la chaleur qui en résulle. C'est ce qu'on appelle brúler la fwm ée, laquelle n'est aulre chosc, en grande parlie, que du charbon non brülé, et, par couséquenl, non utilisé. Au reste il n'est pas inutile de se souvenir que la quantité de calories, 7600, indiquée au tableau précédent, pour 1 kilográmme tle houille, est une moyenne, et peut elre, par conséquent, dépassée quelquefois. Pour poser les limites absolues, supposons l'ernploi du carbone pur qui fournirait 8000 unités de chaleur, et nous trouvons que f kiJogramme de ce meilleur combu~lible ne fournirait enr.ore, comparativement a la houille, que: k 12,21 X 8000. _ - 12 84 de ,apeur. 7600 1

40 . Nous n'avons pas indiqué d'exemples de l'emploi des autres combustibles, allendu que les opéralions a faire sont évidemmenl idenliques dans tous les cas: il suftit de changer la valeur de ib, c'csl-a-dire le coefficient de puissance calorifique. Tout ce qu'il pourrait elre inléressant d'examiner, c'est le prix de revient de l'unité de chaleur avec chaque combustible différent, ce que Péclet a fail avec beaucoup de soin dans son excellent Trai té ele la chaleMr. lVIais il est aussi remarquablc que l'emploi de tel ou tel combuslihle dépentl beaucoup moins de sa valeur ·vénale que de la facilité plus ou moins grande avec laquelle on peut se le procurer dans chaque localité. Ainsi un pays, comme la France, la Belgique ou l'Anglete.rre, qui possede de la houille et relatiYement peu de hois, préfere généralement ce premier combustible, qui est aussi celui qui donne le plus de chaleur sous uu volume moindre et qui · pcut produire dans un foyer une élévalion de 1empérature plus intense. D'autre part, de cerlains services, tels que la navigation, choisiront loujours le combustible le plus riche, a cause de la moindre place qu'il occupe. l.\fois, toutes choses ég·ales d'ailleurs, un étahlissement industrie] possede parfois un combustible issu naturcllement de sa fübrication propre qui se trouve presque gratuitement asa disposilion, ce qui fail qu'il l'emploie sans avoir a rechercher s'il esl plus ou moins riche que tel ou te! autre. C'est ainsi que nous voyons les scieries alimenter le foyer de leurs générateurs avec de la sciure de bois et des copeaux, les lanneries utiliser la fannée, les sucreries des colonies employer la bagasse ou paille de canne seche, ele. · Done, le prix de l'unilé de chaleur n'aurait un vérilable intérél que dans une silualion oú tous les combustibles seraient également disponibles, ce qui, on peut le dire, n'arrive jamais. FIN

Cl:IAl'ITRE

TROISIEME

CHAPITRE IV , PROPR I ÉTÉS MÉCANIQUES DE LA VAPEUR

CONDITIONS DE L'ÉCOULEMENT ET DE LA DÉPENSE DE LA VAPE17R

4·1. Tonl ce que l'on a vu jusqu'ici sur· la Yapeur d'eau pe ut elre regard é comme conslilnanl ses propriélés physiqucs, c'est-a-dire les ph énomenes n:i.lurels créés par l'inlervenlion du ca loriquc, qui lrun forme un corps en un fluicle aéril'orrne, pouva 11t elre consid éré co1n me tcl et possédant Lous les caracteres ,les gaz perrnan enls. Comme ces derr ·ers, el commc les fluidos, en gé néral, la vapeur cs t susce ptible de mouvemenls el d'effcls qu i ne proviennenl plus, celle fois, des aclions mulu cll es des élémcnts pondérablcs ou non qui les conslilucnl, mais bien el es e({o1'ls méoaniques qn'on lui foil npporlcr ou q u' elle cs l cll c-meme capahlc de produirc. i nous adoptons l'eau pour point de com paraiso n, nous rcmarqn ons que ce liquid e, ayanl ses propriélés ph ysiqu cs, co rnmc den silé, capacité calorifique, ele., posscue aussi les propr iélés mécaniques Jues a l'aclion de la pcsanteur, et qui la fonl consid érer sous le rapport de ses mo 11 vcmen ls, de la vitr.sse qu'ellc peul ac q11érir e t eles effor ls qu' clle pe ut lransmellre en cédant u l'influeuce de la pesa nl eur terrestre et de sa proprc matierc. Il en esl lout a fail de méme oc la vapeur et des gaz, en gé néral, qui peuvent se monvoir, acquérir Lle la vilcsse el cnfin exercer des efforls méca niqu cs e_n verln de leur force expansivo, qui représenlc alors, comme eITc l, la pesanleur simple d'un liqnide . Nous avons done a cxamin er h vapeur d'ea u sous ses différenls points rlc vne en faisant ce que nous appellerons de lci pnw moclynami,c¡tw, comme nous fu isions de "l'hydrodynamique (voir ~Iotewrs hyclrauliques) a. l'égard de l'eau. ECOULEllENT DE

LA VAPEUR E

MlNCE

PAR

ORIFICE

P ERCÉ

PARO!

42. Lorsqu'on vient mellre en communicalion deux capacités différenles renfermanl d_es gaza des pressions in égales, il s'opere un éco ul rme nt de gaz de la capacité oú la pression est la plus forte dans celle ou elle esl la plus faible; c'est exaclcment ce qui arrive lorsqu'on fa il communiquer en tre e ux deux vases conlenant des liquid e~ <le densilés in égales ou donl les hauteurs de niveaux son t différentes, ou, en core, si l'un des tl eu x vases es t complélement vide.

ECOULEl\IE T DE LA. VAPEUR.

Pour les gaz comme pour les liquides, l'équilibre tend a s'élablir par l'écoulement du fluide plus pressé dans celui qui l'est moins; et cet écoulemenl suit exactemeut la memc loi daos les deux cas. Daos le Traité des rnotewrs hyclrauliques, nous avons montré que l'écoulement d'un fluide, comme vilesse el comme produit, par un orífice percé dans la paroi du va e qui le conlient, au-dessons de la surface libre, dépendait de deux condilions principales : la llauleur verlicale du cenlre de cct orífice au niveau supérieur et la section de l'orifice; el que la vitesse élait exprimée par celle formule invariable: V =~

<lans laquelle g égalc 9,8088, et représente la ,•ilesse acquise par un corps au boul u'une seconde ele chute daos le vide. Jous arnns dit également que le volume d'cau écoulé était le produit de cetle vile$se par la · seclion de l'orifice et par un cerlain coefficient de contraclion. Il en est exaclernenl de méme pour les o-az, mais dont la force expan ive doit rcmplaccr la hauleur h qui élahlit, pour les liquides, la charge sur l'orifice d'écoulcment, el la hauteur généralrice de la vilesse. Par conséquen l, écarlan t, pour l'inslanl, les aulres con di lions d u probleme, chercho ns la valenr de h lorsqu'il s'agit de l'écoulement d'un gaz. Nous supposons, a cet cffet, que l'écoulemeot s'effcclue par un orífice en mince paroi qui diminue la dépeose par la conlraclion, mais qui n'allere pas la vilesse. 43. VtTESSE o'tcouu:MEXT o' N GAZ PAR U:-1 ORIFICE EN l\IIXCE PAROI. - La lhéorie et l'expérience dérnonlrenl: Que la vilesse d' wi fl uide ÉLASTIQUE, qui s' écoule dan s un certain milieu, par un orifice en mince JJaroi , est la rnérne qiie celle que JJOSséderait, dans les rnérnes conclitions, un flu icle, N0:'-1 ÉLASTJQUE, de rnérne densilé qiie ce ga:::, rna is qui, par sa hauteur de colonne sur le centre de l' orífi ce, serait capable d'y exercer une égale pression relative . Pour renclre ce théorcme complélement inlelligible, supFig . 10. posons deux vases A et B (lig. 10) placés dans un meme milieu, l'almospbere, par exemple, el renfermanl, l'un un gaz et l'aulre un liquide dans les condilions suivanles: 1 ° Le vase A con tenan l un gaz a une cerlaine pression; 2° Celui B conlenanl librement un liquide d'une densité égale a celle du, ga::: du vase précé<lent, el dont la bauleur h de colonne cst suffisanle pour presser le food de ce va e B avec une inlensité égale a la pression du gaz conlre la paroi inlérieure du vase A. Si, dans cette situalion, on pralique un orifice a en un point quclconque du vase A, et un orífice bala parlie ioférieure du vase B, le gaz et le liquiue s'écouleront, et lous deux avec la méme vilesse. 44 . Cclleloi nous permet de déterminer un premier probleme qui serv_ira égalemenl a élablir la formule générale propre aux applicalions que nous en vonlons faire.

MOTEURS A VAPEUR.

Soit qu'il s'agisse de délerminer la vitesse par 1'' avec laquelle l'air atmosphérique, a la temp érature O degré, rentre dans le vide, supposé parfait.

On a:

= = =

0,76 0,001299 13,o98 = O Vilesse de l'écoulemen t par second~ ..... . .... v = y'2gh,

Pression de l'air (en cent. <le m ercure) ........ Densité de l'air .... .. ...................... . « <l u m ercure ...... . ...............•.. Pression du mili eu ou se fait l' écoulemenl. ....

el d' JJ

D'apres le lh éoreme ci-<lessus, on voit qu'il ne ,reste ·plus qu'a déterminer h pour que le probleme puisse etre complétement résolu. D'aulre parl, on a vu que ce lte hauteur devait etre équivalenle a une colonne de liquid e de meme dens il é que l'air et exer~ant une m eme pression a. sa base, pression qui est égale a la différence des pressions du gaz et du milieu ou se fait l'écoulem e11 t, ou :

P-:JJ. i\fois com me ici: JJ 0st le vide, et équivaut, par conséqnent, a O, cette pression P - v esl précisément égale a P et correspond a une colonne de mcrcure de 0,,6; la colonn e de fluid e nori élaslique, qui luí ferait équilibre, a done une hautcur en raison inverse des densités de ce fluid e et du m ercure, c'est-a-dire qu'elle est · égale a: /i

el'

d = "' ,6

13,o!:)8

X 0,001299

~. . m elres.

= ,9!'fo,'

II faudrait done un~ colonne de fluide de me me d.ensité que l'air, de 7900 m etres de hauteur, pour faire équilibre a celle de 0,76 de mercure . Par conséquent, la vitesse due a un e telle hauteur égale : V

V19,62

X 79oo,7

395 melres ,

vitesse ch erchée, celle suivant laquelle l' air atmosphérique rentre dans une capacité ou le vide a é té fait. En r ésum é, lorsqu'on n'a pasa tenir compte des changements de volumes et de densités dépenda nt des tem pératures, ce probleme ne présente ancune difficullé . C'est comme tel que nous trouverons a l'appliquer pour la vapeur dont les tables (p . 18 et 19) donnent toujours les pressions et les densités en relation avec la temp éra lure, qui, par conséquent, n'a pas besoin de fi gurer dans le calcul précédent. 4o. La formule gé nérale qui convienl a la recherche de la vitesse d'un gaz ou de la vapeur est done cellc-ci :

d ans laque ll e,

2g (P - JJ)

ÉCOULEMENT DE LA VAPEUR.

représente la vilesse cherchée en melres par seconde; « l'i_ntcnsité de la pesanleur, égale a 9,8088; la pression absolue .du gaz ou de la vapeur, eu metres de mercure; « P la pressio11 du milieu ou se fait l'1!coulement, exprimée en unités « p semblables; « d' la <lensilé du mercure par rapport a celle de l'eau et égale a 13,098; la <lensité du gaz qui s'écoule, aussi par rapport a celle de l'eau. « d En faisant entrer les quanlilés fixes dans la formule générale précédente, on trotrve d'abord l'expression suivante: v

l / 2 ' X 9,8088 X (P d

p) X 13,598. '

laquelle comporte une simplificalion par le produit de ces memes quantités fixes , et devien.t, en résumé : V

=·v

266,16 ~p - p) •

Si la pression P - p était exprimée en almosphcres et fractions d'almospheres, il faudrnil, pour av9ir la hauleur généralrice réelle en metres de mercure, multiplier celle pression ', ainsi exprimée, par la haulcur qui fait équilibr(l a une atmosphere. La fo rmule, modifiée en ce sens, deviendrail: V=

2 X U,8088 X 0,í6 (P - p) 13,ñ98. p

ré duisanl, curnmc ci-dessns par rapport aux quaulilés· fixes, on trouve: v _ l / 202,,3,6 (P - p)

-v

Fi g. 11.

46. La pression résullante, P - p, qui conslitue la hauteur génératrice de la vitesse effeclive de l'écoulement, peut provenir d'une observation <lirecle suivant 1a disposition de l'inslrument qui a serví a la délerminer. Cet instrumcnt sera le manometre a air libre, ou indicateur différentiel de pression, que l'on peut employer pour mesurcr la force élaslique d'un gaz ou d'une vapeur par rapport a un cerlain milieu ambiant. Supposons une capacité A (fig. H) renfcrmant un fluide nérifor111e qnelGonque, a une pression plus élevée que celle du milieu ou il se trouve placé. · · Si on lui adaplc un tube B, recourbé en U, contenanl du mercure et mis en communicalion avec l'intérienr du récipient par sa courte branche, landis que sa plus longue esl ouvcrlc libremenl a la pression exlérieure, la prcssion intérieure agissant sur l~ mercure le rrrn monler daos la hranche ouvcrte. 8

MOTEURS A VAPEUR . . 58 Pour trouvel' les conditio11s d'équilibre du mercure ainsi déplacé, il snffit de me11er une ligne horizontales l par le sommet de la colon ne la plus basse et d'examiner la nalure des pressions que le mercure supporte en chacun des points situés sur celte ligne. ·Celle pression esl égale, dans la grande branche, a la pression du milieu ambiant, plus la hauleur h de mercure soulevée; et comme elle ne peut elre qu'égale dans l'aulre branche et qu'elle est due tout entiel'e a la pression dans le réservoir A, on en conclul que cette pression est, en effet, égale a la pression extérieure, plus la hauteur h de mercure. Par conséquent, cette hauteur h esl pr.écisément égale a la différence des deux pressions et constilue celle P - p, qui figure tlans le caleul précédent. Done, a l'aveuir, Loute pression génératrice d'une vitesse d'écoulement sera représentée, dans nos opérations, par une colonne de mercure h observée rigoureusement suivanl la métbode préoédente. C'est cette pression qui, estimée eri metres, doit etre multipliée par le rapport de la densité du mercure a celle du fluide que l'on considere, pour obten ir la hauteur réelle qui devient la généralrice de la vitesse d'écoulement de ce fluide. 47. PROBLEMES SUR L'ÉCOULEMENT DE LA VAPEUR PAR ORIFICES EN MINCE PARO!. - Proposons-nous de déterminer la vilesse de la vapeur d'eau qui s'écoulerait <lans un milieu d'une pression délcrminée. PREMIER EXEMPLE. - Trouver la vitesse de la vapeur a une pression de 3 atmo· spheres s'écoulant a l'air libre par un orifice en mince paf\Oi. Solution. La vapeur, ayant 3 almospheres de pression, est représentée par une colonne d'e mercure de

0,76 X 3

2m28;

et la table de la page i9 indique que sa densité est égale a d

= 0,00i6HS.

D'autre part, si la pression du milieu ambiant est 0,76, on trouve pour la vites-se cherchée: 266,76 X (2,28 - 0,76) _ "'0 2 ,.t 0,001.6io - iJ IDt: res.

OEUXIÉME EXEMPLE. - Trouver la vitesse d'écoulement de la vapeur a 5 atmospheres, la différence de p"ression entre le réservoir et le milieq. ou l'écoulemenl s'effectue élant mesurée par une colonne de mercure de om4o. Solution. On a : P - p = 0,4-5, d'

0,0025763 ( p. ·19);

u'ou : v

\ j 266, 76

,l X 0,45 0,0025763 ~ 2·l 6 me res.

_q9

ÉCOULEMENT Dfi: LA VAPEUR.

TR01s1.EME EXEMPLE. -Trouver la vilesse d'écoulement de la vapeur a 3at. 75 dan un milieu dont la pression est de 1 at. 80. Solution. La table (p. 19) indique, pour les densités de la vapenr a 30.t.1¡ 2 et 4 atmospheres, 0,001.81'>89 el 0,0020997; la densité de la vapeur a 3at.75 sera sensihlement une moyenne entre les précédentes; soit:

0,00181'>89 ;

0,0020997

0,00i9 793 _

La pression exprimée, cette fois, en atmospheres, sera: P-

3,75 -

i,80

1,91'>.

Par conséquent, ón trouve, avec la formule ci-dessus disposée ad hoc: 202,7376 X 1.,95 _ 0,00!9793 - -

-4 4 '

me res.

48. Nous ne multiplierons pas davantage les exemples, ceux qui préccdent étanl suffisanls pour faire _c omprendre l'application de la regle. Nous ajouterons seulemenl quelques réflexions ou l'on se trouve conduil par la regle meme. La disposi lion de la formule fai t connaitre le mode général de l' écou lement de · gaz. Elle fait remarquer que : 1° Les vitesses d'écoulemenl sont proportionnelles aux racines carrées <les pressions effeclives, c'est-a-dire aux exces de pression qui donnent lieu a l'écoulement; 2° Elles sont en raison inverse des racines carrées des densités. Ce qui permet de reconnaitre encore : Que, pour un gaz comprimé, dont la densilé esl proportionnelle a la pression qu'il supporte, les vitesses d'écoulement, daos le vide, sont égales pour une mem e lempéralure, quel que soit le degré de compression. A l'égard des vapeurs au maximum de force élastique (6), dont la densilé n'est pas proportionnelle a la tension, il arrive cependanl une certaine limite ou la v_i'lesse d'écoulement cesse de s'accroilre sensiblement avec la pression. Supposons, comme exemple, <l es vapeurs s'écoulant daos l'almosphere ambiante a· o et 10 atmospheres de tension, dont les densités sont, d'apres la table donnée page 19, 0,0021'>763 el 0,0048226, et cherchons les vitesses correspondaules. Nous trouvons : Pour ,

¡,satm . :

atm.•

pom 1 O

v =

202 7376 X ( o ' 0,0025763

, = 062 metres ·

_t/202,"i3'i6x(10-1)_ , 0,00 4 226- - - 61.5 melres.

.v -

Ce n'esl done qu'une différence de 53 metres de vitesse pour différence de tension.

o atlllospheres de

MOTEURS A VAPEUR.

TABLES ET

TRACÉ

GRAPBIQUE RELATlFS

A L'ÉCOULEMENT

DE LA VAPEUR

49. La solulion des problemes de la nalure de ceux que nous venon de pas er en revue exige toujours trop de lemps et une apliludc trop spéciale pour que les praliciens puissent généralemenl en lirer !out le profit possible; d'ailleurs des inlérels d'un orclre toul autre el non moins imporlanls exi 0 enl h leur tour qu'on ne puisse se livrer a l'incerlitude des résullats cl'un calcul direct: il foul, au conlraire, a un conslrucleur des rensei gnemenls cerlnins, issus d'une élude qui ne peut clre faite que par l'homme de cabinel soustrail aux préoccupalions d'une applicalion immédiale. C'esl en cela que les tables de calculs fails son! d'une utilil é in con testabl e; elles permellent de résoudre une que lion proposée tres-rapid eme11 L el avec úreté, allenu u que chaque chiffre qu'on leur emprunle fait parlie d'une sé rie en pro rrre . sion r éguliere dont les termes se vériíienl, pour ainsi dire, par leur simple rapprochemenl. C'esL pourquoi nous nous sommes constamment allaché a arcompagner autanl que possible les regles praliques de tables toules failes qui implill en l lc•s calculs el donnenl la crrlilude d'oblenir des résullals exacls. C'cst daos ce meme bul que nous reproduisons l('S deux tables suivanles des vilesses d'écoulemenl Je la vapeur daos les circonslances les plus gé11érales de l'applicalion. Ces deux lablcs, qui, du reste, peuvent elre calculées toul enlirrrs a l'aide des re 0 les précé<lenles, sont cmprunlées a l'e>.cellent ouvrage le Gwide du, mécanicien conducteur de machines locomotives, de 1\11\I. Flachal el Pcliel. La premi cre table est relative a l'éco ulement de la vnpeur dans l'almosph ere ambianle, a des pressions qui varient de 5 a f,Ot almosphcres; la dcnsilé de la vapeur, ou son poids par melre cube pour cbaque pression, s'y trouve encore re. prodnit. La denxi eme lable indique les vitcsses d'écoulement de la vnp eur a 5, 4 el 3 almospheres dans des milieux dont la pres ion varie de 4,95 a 1,25 atmospheres. Une colonne esl réservée pour la pres ion effeclive exercée par la vapeur par mrlre carré Je s111 face. Ce lle pression est évidemmenl la meme dan les trois cas pour une meme prcssion résislante, puisrp1e les différenccs sonl aus i les mcmcs. Par conséq11rnl, la série csl complete avcc les deux tables, puisqu'on peut résoudre ce probleme pour de la ·vapeur varianl J e t.,Ot a 5 almospbcres, s'écoulant dans des milieux de pressions différenles de f a 4,95 almo phcres. Aprrs ces deux tables, nous dounons un tracé grnP.hique qui permel encore de réso11Jre les mémes problemes. Dans tous les cus, on sup pose l'éconlernent effedué par un orifice en mince paroi; car aulrcmenl, si cet orifice aYait une épnisseur consitlérable el comparable au devcloppemenl d'un tuynu, la -viles e serail allérée. Celle fa<;on d'envisager Ja queslion forme le sujel de l'un des arliclcs suivants.

ÉCOULEMENT DE LA VAPEUR. PREftllERE

TABLE

VlTESSES DE LA VAPEUR S ÉCHAPPA.NT DANS L'.ATHOSPOIÍRE A DlVERSES PRESSIONS . 1 1

1 Plll!SSION 1 absulae 1 de la 1 -va11eur qui s'écoule.

POIDS du roe1re cube .

VITESSE d'écoaleroenl par seconde.

PRESSION

absolae de la va11eur qui s'écoule.

du ruetre cabe.

---5,00 .t,75 4,50 .t,25 4,00

3,75 3,50 3,25 s,oo 2,75 2,rn 2,25 2,00

2,508 2,457 2,3:14 2,247 2,096 l ,97:! t ,855 f ,734 t,611 l,487 t ,363 t ,238 t ,t 11

562 554 5~9 546 537 530 ~20 512 502 488 472 .tM 427

VITESSg d'écouleme111 par seconde.

POIDS

PRESSION

absolue de la vareur qui s'écoule.

POIDS du meLre cube.

---i ,75

0,984 0,9CO 0,854 o,no 0,800 0,778

t ,60 f ,so t ,45 t ,.to f ,35 t ,30 t ,95

0,750

1 ,22

O,i05 0,693 O,t8l 0,670 0,658

39.t 368 343 33t 3t8 302 21!5 265 252 242 232 220 213

O,i:!2

t ,20 t , 18 f,16 t,l.t

-f,12

t ,iO t ,09 1,os t ,07 f ,06 t ,O~ t ,0-l t ,03 t ,02 t,01 t ,00

0,67.t 0,636 0,630 0,626 0,622 0,619 0,610 0,607 0,601 0,598 0,595 0,590

VITESSE d'écouleroen! par seconde.

t9t

ns 470 l6t f5f

uo f29 t/6 tot 83 58

DEUXIE lUE TABl,E. VITF.SSKS DE LA VAPEUR s'tceAPPANT DANS DES BILIEUX A DES PRESSIONS DIFPÉRENTES.

VAPEUR J,.

VAPEUR

5 AT!IOSPIIÉRES ABSOLUES

Pression daos le récipient.

.. ,95 .,90 .e,85 .t,80 .t,75 4,65 .t,5·¡ ,1 ,50

.. ,25

-1,CO a ,75 3.50 8,25 3,00 2,75 2,50 2,25

Pression Viles,e elTer.live d'rcouleen kilo¡¡. menl en 111e lre 11ar nil!ll'erarré. par t".

517 t .1>50 2,067 2,581 3,618 .. ,65 1 5,168 7,752

63 89 108 B5 uo 166 t88 t98 242

t0 ,336 12.920 15,504 l8,0H8 20,672 23,2i,6 25,8"0 28,UI

28t 814 3U 37t ~96 421 4U 465

t ,034

VAl'EOR

A ,t ATMOSPHÉRES ADSOLUES.

AHIOSPIIERES AD OLOES.

Pr,•ssion Vi1esse P1es:-ion elTt·ctive d'1ii-11ule- Prcssion e1Ter.1ivc en kilo¡¡. mcnt en kilo~. dans le daos le par en 11,élre ¡iar 1 récipient. métrecarré. par 1 '. réci pienl. melrecarré. Prc~sion

3,95 3,90 3,65 3, O 3.75 3,65 3.55 3,50

a,-1s 3,00 2,75 2,50 2,25 2,00

517 ' 1,034. 4, 550 2,067 2 ,58.t 3,6 18 4,651 5,168 7,752 10,:136 1-:2 ,9::0 l 5,5C.t l

t8• 209 220 269 31 t 3~7 380 4 lt H9

,oss

. , -o

20,67:! ~3,256 25, 40

1,25

28,42!

• ,75

69 97 t20 139 t 55

'66 .. 9t 515

2,9:; 2,\0 2,85

2, O 2,í5 2,65 2,55 2,50 2,95 2,00 t ,75 t ,áO t,25

.. ..

51'1,

t,031 t ,550 2 ,067 2,!,84 3,61!1 4,651 5,168 7,i52 to,336 12,920 t5 ,504 t8,088

...

Yi1esse d'écuulcmrlll en 111élre ¡,ar t ".

79 tl2 t37 158 178 !! tO 238 251 307 3;;5 396 423 469

... .

• ,

l\IOTEURS A . VAPEUR.

50. TRACÉ GRAPHTQUE. - Nous avons pu établir un lracé, basé sur nolre méthode particuliere, pour délerminer ces memes vilesses d'écoulement eles gaz en mince paroi. Il esl complétemen l analogue a ceux que l'on a vus dans notre Traité des Moteurs hydrauliques pour estimer les dépenses d'eau par orifices avee cbarge sur le centre. Celui-ci (fig. 12) est disposé pour donuer les vilesses mnximum d'écoulement des gaz pour des densités, loujours rapporlées a celle de l'eau, varianl ele 0,0005 a 0,005, et des pressions relalives de O a 5 atmospheres. Une série de li gnes droiles partant du point D corresponelent, pour la courbc AE, a des pressions de 1 a 5 almospheres, et, pour la courbc AF, a des pressions de 0,1. a 1 almosphere. Une nutre série de li gnes vl'rlicalcs, y compris celle A B représentent les densilés <le 0,0005 a 0,005. L' écbelle supéri eure BC exprime les vitesses d'écoulemenl par grandes divisions de 100 rn ctres. Fig. 12.

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Usage dii trace . On chrrche l' iuterscclion de la verlical e, inuiq11a11l In densité, avec l'oblique qui corresponda la pression rl'latire P - p, et de celle inlerseclion on suit l'horizonlale ju<:qu'a la combe. De ce second point de rcnconlre on élcve une vcrlicalc dont la projcction sur l'échel!e :8C indique la vilesse cherchée. Soit, par cxcmple, q11'il s'agisse de détenniner la vilc,se d'écoulcmml J'un gaz don! la densité esl 0,0009 et la pression relalive 4 atmosphcres; On cherchcra l'interseclion a de la verlicalc O 0009 avec l' oblique 4 D, el de celte inlerseclion on suivra l'horizonlale corrr spond;nte j11cqu·a sa rcncontre b_ a~ec la

ÉCOULEMENT DE · t ·A VAPEUR. coi.Irbe A E; ·la ,verticale élevée de ce dernier point eorrespond, sur l' échelle B C; a 940 metres environ pour la vitesse cherchée. ·Le oalcul rigoureux donnerait 943. Comme exemple de l'emploi de la 'deuxicme courbe, cherchons la vilesse d'écoulement d'un gaz dont la deusité est 0,002 et la pression relalivc oat. 7; te sera exactement la meme maniere, si ce n'est que nous emploierons la cour-b e AF; l'intersection, e de l'oblique 0,7 D avec la verticale correspon<lant a 0,002, .détermine Thorizontale cd qui rencontre la courbe AF en el. Ce point projeté sur l'écbelle supérieure indique 265 melres env'iron pour la vilesse-cherchée. Le calcul donne 266 metres. Les légeres <lifférences entre les quantités calculées et celles trouvées an moyen du tableau· ne proviennent pas d'une cerlaine inexactitude dans le príncipe Je ce dernier, mais uniquement de son exiguilé qui ne permet pas de complétcr les divisions' des échelles. En Je construisant a une échelle a peu pres triple) on aurait les résultats cherchés a moins d'un metre pres. 11 en serait de meu1e pour les valeurs qui ne se trouvent pas indiquées sur celui-ci. Ainsi, pour une pression intermédiaire Je celles indiquées par les obligues partant du point D, il suffit de supposer la verticale AB, qui sert de base, divisée en quantités proportionnelles a toutes les pressions possibles comprises entre O et 5 atmospheres) et des obligues partan t de chacun de ces deux poin ts de divison. A l'égard de la séri~ des verticales de densilés, qui suit une progression décroissanle a partir de la plus faible, on peut aussi supposer des intermédiaires situées a des distances inverses de leurs propres valeurs pour les densités comprises entre , celles du tableau. :

VIT·ESSE

D ÉCOULEMENT

n'uN GAZ PAR -UN CONDUIT

5L Jusqu'ici nous considérions l'écoulement d'un gaz par un orífice percé en mince paroi, ne donnant pas lieu, par conséquent, a un froltement capable d'en allérer sensiblement la vitesse. Mais lorsqu'il s'agit d'un écqulement par un conduit d'une cerlaine longueur, les choses ne se passent pas de ,la meme fa~on. La vilesse du gaz, asa sortie Ju conduit, est moindre que celle qui serait_due a la pression initiale du réservoir ou a son- ·exces de .pression P - p (43) sur celle du milieu ou se fait l'écoulement. ll y a done eu une pel'le de force occasionnée par la résistance que le conduit oppose au mouvement du gaz. Le savant d' Aubuisson a trouvé que cette résis1ance suivait les lois suivantes : f O La résislance est proportionnelle a la longueur du canal; 2° Elle croit proporlionnellement avec le carré de la vitesse du gaz; 3° Elle est eu raison inverse du diamelre dé la conduite. Par conséquent, désignons par : P, la pression du réservoir, ou son exces h (46) sur celle du milieu 011 se fait l'écoulement, exprimée en metres de mercure;

l\IOTEURS A VAPEUR.

p, la hauteur génératrice de la vitesse effective suivant Iaquelle le gaz s'écoule

a l'exlrémilé de la coneluile, celle hauleur exprimée ele la méme fac;on en melres de mercure; v, la vilesse cffcclive d'éconlement; L, la lono-ueur de la condnile en melres; D, son diamelre, également en melres; D', son diarnelre a l'cxlrémilé, ou celui de l'ouverlure par laquelle se faitTécoulemcnl (on suppose la conduile tcrminée par un ajutage conique convergent donl l'orifice égale D'); k, un cocfficienl d'expérience . ous avons alors, d'apres d'Aubuisson, les relalions suivantes : La vilcsse moyenne u de l'écoulemenl daos loute la conduite sera sensiblamenl égale a celle effeclive v de sortic par l'ajulage conique, mullipliée par le rapport inverse des carrés des diamelres Del D', c'esl-a-dire : el u2

D'4

v2 0•.

ftlai celte vitcsse v est représenlée par : v

V2gp,

<l'ou v 2

2gp; et p

= e¡-, .g

a laquelle serail duela vitesse de sortie. D'aulre parl, considérant que la force absorbée par la résislance de la conduil.e _a eu pour résultat ele diminuer la pression P jusqu'a p, cetle force sera repré entée par P - p; el, d'apres les lois ci-t.lessus, on pose l'équalion suivanle : p étanl, comme nous l'avons dit, la pression ou la hauteur manométrique h

p - p

Lu o·

Mais les relations ci-des us donnent : v2

elu2

p=-· 2g'

v2 0'4

= --. o•

Alors, rcmpla~nt <laus l'équalion de résislance p et u 2 par ces demiere valeurs, on oblienl: v2 Lv 2 D' 4 = 1.-D-.-, p-

de laquelle, tirant ciireclement la valeur de v, il vienl : V =

2g PD 5 k2g LD' 4

+ o~·

(K)

Ain i, cclle valcur csl celle de la vilcsse réelle de l'écoulement du gaz (ah trae-

65 tion faite pour l'instaul de sa densité), apres avoir parcouru la conduite <lans to11l c sa longneur el sorlant par un orifice rélréci au <liamtlre D'. Si l'orifice ele sortie é lail égal a celni de la conduile, on aurail D' = D, et la for111ule seruit ainsi mot.lifiée : ÉCOULE1\1E T DE LA VAPEUR.

v -

2gPD !&2g L +

(L)

o·

Quant a la Yalem· du coefficienl k, elle e <léduit des expériences de d. ubui on qui avail <lélerminé celle d'un nombre expérimental n, égal en moyenne a 0,023 , dans lequel 2g élail facleur. Par conséquenl, si l'on effcclue la <livision on lrouvc : 0,0238

19,62

O 00fG)

.... ,

qui devien L la valeur d u coefficien l lc. Ce résullal e t évidemment tres-susceptible de cban°·er suivanl l'élal de la surface frotlée par le gaz en mouvemenl. D'Aubuisson l'avait oblenue en faisanl passer de l'air almosphériqne dans des tulJes en fer-blanc qui Jevaient présenlcr pcu el e résislancc relativemenl aux conduites de fonte donl les paroi onl ordinairemenl plus rugueuses. On peut done indifféremment ac.lopler celte valeur, en la faisanl.figurer dans le. équalious ci-dessus, ou bien remplacer, dnns le dénominale11r, le focleur lr2g par le nombre fixe 0,0238, ce qui ne changera pas les valeur définilive . l'>2. Pour résumer ce sujet et monlrer ues exemples, nous allon compléter le formules en leur appliquanl le multiplicaleur relalif aux densilés. Tellcs qu'elles viennenl d'elre définies, les vilesses que ces formule représen lenl sonl celles qui correspondraient á des hauleurs de pressions manomélriques, c'esta-dire exprimées en colonnes de mercure. Pour oblenir les vite se de o-az a ant les pressions correspondan les, il suffil de mnlliplier, comme ci-dessus (44), les deux termes sous le radicai _par le rapporl des densilés du mercure el du gaz que 1'011 considere. Représenlanl encore (44) la densilé du mercure par d' el cellc du gaz par d, on ,rnra : V =

2g PD 5 k 2 g L D'li +

266,i6 PD 5

ns d -

(0,0238 LD' 4_+_D~5-)-d

(M)

pour la premiere formule (K) ou l'on suppose l'orifice de sorlie d'un diamelre différenl de celui de la conduile. Et pour la deuxieme formule (L), avec les diamctres égaux, on aura: V=

266,i6 P D + D) d.

(N)

(0,0238 L

Cependant, il n'est pas inulile <le [aire remarqu er que, dans ce dernier ca , on <levrait peul~elre modificr le coefficicnt, allendu qu'il a élé délcrminé avec des cou<luiles <lonl la sortie pré-enlait un rétrécissement el, par suite, de la contraclion . l.

:MOTEURS A VAPEUR.

fais l'er_reur que l'on commet en le conserva~t tel quel, est peu considérable; et d'ailleurs, en pratique, on s'écarte des résultats de la théorie <l'une fac;on notable111c11t plus sensible. 53. PROBLE~IE SUR L'ÉCOULEMENT o'uN GAZ PAR UN CONDUIT. - Cherchons successivcment les vilesses <l'écoulement de l'air atmosphérique et de la vapeur daos les de nx cas: la: conduite terminée par un ajulage conique qui en diminue le diam elre a la. orlie, et la conduile libremenl ouverte. Trouver la vitesse de l'écoulement de l'air, par une concluile PREMIER EXEMPLE. lermin ée par un ajutage, daos les condilions suivanles: Pression ou hauteur h (46) a l'origine de In conduite ... Longueür de la condnite ...................... : ... Diamelre icl ..•.•• ..•.•.••.•..••.•...•.••••••..• .•. Diamclre de l'orifice a la sorlie .............. : ...... Densilé de l'air (supposée d'apres sa tempéralure) ....

P - om10 L = 60 rnelrcs. D - 0,20 D' = 0,05 d = 0,0013

olution (formule i\'I). Admetfant que l'élat de la conduite permet l'applicalion du coc fílcient de d'Aubuisson, on lrouve: _

266,76

V =

0,10

_ 5

0,20

(0,023s

x 60 x o,ors4 + 0,20 ) x o,oorn

140 9

Si la vilesse n'étail pas allérée par la conduile, elle serait celle due direclement a une pression de O, 10, et égale a f44 me tres d'apres les regles ci-dessus (43). Il y a done une perle d'un peu plus de 3 metres, ce qui est peu de ch ose . Muis cela tienta ce que nous avons supposé l'orifice de sorlie beaucoup plus pelit que le diametre de la conduile, ou le gaz n'y possede, par conséq~ient, qu'une tres-faible vilesse compa rali vement. En effel, les diamelres élant, respectivement, 20 et 5 .cenlimetres, la vitesse moyenne u dans la conduite n'esl que le 1/16 (carré du rapport ·des diamelres) de la vilesse a la sortie, sauf une correclion a faire, a cause de la conlruction par l'orifice, el dont le coefficient esl égal a environ 0,93; soit: . _ v D' 0,93 _ 140,9 X 0,0025 X 0,8649 _ m o,o4 - 7 61 · D2

i~ -

La perle par le frottement doit done élre extremement faible. DEUXIEME EXEMPLE. Trouver la vitesse· de l'écoulement, avec les memes condilions que ci-dessus, si ce n'est que la conduile est supposée complétemeut ouverte, · de fac;on a avoir D' = D. Solution . La formule ci-dessus (N), disposée pour cecas-la, fournil : V=

266,76 X 0,1.0 X 0,20 _ m 50 4 . (0,0238 X 60 + 0,20) X 0,0013 -

ÉCOULEME T DE LA VAPEUR.

On voi t que, dans ce <lern ier cas, la vi tesse serai Lnotablemen l altérée; mais aussi -l'air aurail cu cette vitesse, en moyenne, <l_a ns loul son parcours. Tno1s1EME EXEMl'LE. - Trouver la vitesse e.le l'écolllement de la vapeur iL 4 almospheres, <lans l'air ambiant, par un conduit, c.laos les conditions suivantes: Pression effectivc de la vapeur (3 atmospheres) ou ... Densilé.............. id ..•..•................. Longueur du conduil. ....... . ................... Diarnelre (uniforme) du conc.luil. ..................

= = L = D =

2m28 0,0021 2o melres. 0,1.2 ·

Solution (formule N). La vitesse rnoyenne dans le condnit ainsi que celle de l'écoulemenl sont sensibleme~1t égales a: V_

t /

- V

266,76 X 2,28 X 0,12 (0,0238 x 20 + o, 12) x 0,0021

= 220 m6 _

Si la vitesse n'avait pas été altérée, on aurait eu (voir les regles el tables 43 v

a 50) :

266,76 X 2,28 _ 0138 't• 0, - .., me 1 es. 0021

L'aÜération de la vitesse est d·o nc tres-considérable; mais comme la vitesse esl aussi tres-grande, le résullat n'est que conforme a la Lbéorie qui indiquait que la force absorbée par le frotlcmen t croit comme le carré de la, vitesse. QuATRIEME EXEMPLE. - Atlmetlous encore les données ci-dessus, mais avec une conduite de 20 centimelres au lieu de 12, afio d'avoir une idée de l'ínfluence du diamelre sur la perle de vilesse. Solution (formule N). On trouve: V=

266,76 X 2,28 X 0,20 -------,-----...,....,.= 268 melres, (0,0238

0,20)

0,0021

au lieu de 220m6 avec une conduile de 0,12, et a peu pres moitié e.le la vilesse maximum 038 due a la pression relative de la vapeur s'il n'existait pas de froltemenl.

VOLUM:ES DE VAPEUR ÉCOULÉS

PAR DES ORIFICES SIMPLES

·ET PAR DES CONDUI TS

54. La seule dit'ficullé a surmonter, dans la question des dépenses e.le gaz ou de vapeur, était évidemment la recherche de la vitesse. Quant aux volumes écoulés, ils· sont, comme pour les fluides incompressihles, le produit de celte vilesse par la section de l'orifice et par un coefficient de contraclion déterminé par l'expérience. Par conséquenl, ce1te derniere parlie du probleme peut n'etre considérée qu e comme une simple remarque, consislant principalement dans l'examen du cocfíicient de contraction a adopter.

l\10TEUB.S A VAPEUR.

55. CoEFFICIENTS DE CONTRACTION. - D'Aubuisson a lrouvé que les coefficienls de co nlraction m applicables a la dépense des gaz avaicnt, comme pour les fluüles incom pressihles, les valenrs suivanles : 0,65 pour un orifice percé en mincc paroi; 0,93 pour un ajulage court et cylindrique;

0,95 pour un ajntnge court, peu évasé. 11 suffil done <le mulliplier le prodnil théorique pµr l'une de ces valcurs, suivanl le cas, pour oulcnir le débil récl. PREMIER EXEMPLE. Soit. un orífice circulaire percé en mince paroi, ayanl 5 cenlimelres de diam elre, el par leqn el s'écoule un gaz avec une vitcsse égale h 1?0 mcl1·es par secontle; trouver le volume total Q écoulé par minute. Solution. On trouv e : _ _2

O, 05 X r. X 150 X 60 X O, 60 = -'----------_:_- =

, ,t b 11 L.!86 me res _cu es. '

DEuxrEME EXEMPLE. Quel volume de vapeur pénelre dans le cylindre d' une machi ne, sachant que l'orifice de la dépense est reclangulaire, ayanl 20 cenlimetres de !urge sur 3 de haul, et qu'il est ouvert en plein pendanl un lemps rétluit de 0,5 de seconde; et sachant áussi que la pressiqn et la densilé correspondf:nl a une vilesse égale a 300 melres? Soltbtion. On a : ·

0,03

0,20

om,q. 006 pour la sur"race de l'orifice.

Si nous adoptons 0,9 pour coefficient, il vient : Q

0,006 . X 300m X 0,5 X 0,9

om. c. 810,

ou 810 litres (1). 06. REMARQUE. - A l'égard de la dépcnse par un tuyau de conduile, n-0us ferons remarquer que, s'il s'ngit d'un conduit terminé par un ajutage rétréci, on pourra employer le coeffirienl de conlraction 0,93 donl l'emploi sera supprimé si la con-, duile esl enlierement cylindri11ue. L'opération se réduil done exactement aux memes termes qu e précédemment. NOTE

RELA.TIVE

A. LA.

RECHERCHE

DIA.l\lETRE

n'uNE

CONDUlTE'

POUR UN ÉCOULEl\lENT DE CONDITIONS DÉTER!\UNÉES

o7 . Trouver les dimensions

d'un orifice devant salisfoire a des conditions déterminées es t un probleme qui n'offre ordinairernent aucune difficulté; mais il n'en est (t ) Cel exemple esl complélemenl hypolhélique: car i1 suppose que la pre$síon dans le éy linrlre ne se modifie pasen rai~on de l'écoulemenl, ce qui n'a rrive pas. L'espace se ~aluranl au fur el a mesure qu e la v;1peur afflue, la pression s'élel'e, el, par su ite, la vilcsse d'écoulement el la qnanlilé de vapeur écoul ée diminuenl jusqu'au poi nl que ceUe vilessc ne soil plus qu'égale il. celle du pislon mullipLiée par le rapporl des seclions du cy lindre el de l'orifice.

., ÉCOULEMENT DE

VAPEUR.

pas de meme des dimensions d'une conduitc, dont nous avons vu que le diamelre cntrail a deux puissances diiférentes dans l'e:xpression de la vilesse 011 de la <lépense. Cependant il est possifüe d'oblenir un résullat pralique suffisammerít exact au moyen d'une mélhode simple dont nous allons essayer de donner les élémeuls. Noús supposons évidemment une cou<luile d'un diamelre uniforme el sans rélréc:i ssemen t a la sorlie. Si l'on rapproche l'expression de la vilesse de celle qui correspond a la section <l'un conduit (que nous avons loujours supposé circulaire), et qu'on les mulliplie l'une par l'autre, le produit sera évitlemmenl égal au volume Q débilé daos ces condilions, puisque ce sera le produil de la vilesse par la seclion. . . On aura done (formule N): 3,1.116 0 2 _ Q · 266,,6 PD (0,023~ L + D) d X 4 .

Élevant les deux membres au carré, et représenlaut par a le produit des quaulités invariables, excepté le coefficienl 0,0238, il vienl: · 2

a pos

= (0,0238 L + D)

Puisque nous cherchons le diamelre D, il faul done tirer sa valeur de celle formule. Mais comme celle opéralion serait tres-difficile a faire direclernent, a cause des deux puissances D el o s, nous lirons la valP-ur de D 5 comme si D était connu, et nous trouvons : /

5 /

(0,0238 L + O) Q2 d. aP

Et comme a est un nombre fixe, égal, comoie on peut le voir,

on en extrait la racine cinquieme, qui est égale a 2,8, par laquelle on divise l'unité, ce qui donne 0,35ít; soit 0,36, et on sorl celle valeur comme mulliplicaleur du radical, d'oú il résulle cette derniere expression :

(O) Maintenant, pour opérer a l'aide <le celte formule et dégager définitivement D, voici ce que l'on peut faire : Ou fera une premiere opéralion en considérant D sous le radical comme égal a O; on trouvera ainsi une premiere valeur de D, mais un peu faible; On recommencera l'opéralion, i:nais en allriLuaul celle fois a D sous le radical la valeur approximalive tr.ouvée par la premiere opéralion;

• -; o

MOTEURS A VAPEUR.

· La deuxieme valeur trouvéc ainsi pour D sera presque toujours assez approchéc de la véritable pour la pralique; cependant si les deux valeurs trouvées sucessivclUE'.lll offraienl une tres-grande différe11ce, on pourrait s'assurer si la deuxieme esl suf'f1 umment approchée en faisant une troisieme opération ou la deuxieme valeur trouvéc scrait allrilméé a D sous le raclical, et on auruit la preuve demandée s_i la troisi eme valeur élait scnsil.Jlemcnt égale a la de uxi cme. 58. EXEMPLE. -Soit donn é de trouver le diamctre D d'une conduile dans les condilions suivanles: Longuem de la conduile ... .· ................ Débil, en rnelres cubes de gaz, par 1" ........ Pression relative <lu gaz en metres de mercure. Densilé.......... id ......................

= 100 rnetres. = om .c.5 0"'7 P=

O 002

Solution (formule O). Considérant D comme égal ü Osous le racJical, nous trou vons : D

= 0,36

(0,0238

x 100m ~'~) x 0,25 x 0,002 = om101.

Nous lrouvons, pour la premiere valeur de D, 0"' 101 que nous mettons asa place sous .le radical pour une deuxieme opération, et nous trouvons:

(0,0238

-100"'

0,101) 0,7

0,25

O,OO?l

= Omf01.

-'H,:·

Or~ . M.~le úeuxieme opéralion donnant le meme résultal que ·1a premiere, nous sommes cerlai_n!;, que nous avons la véritable valeur du diametre cherché, et aucune autre opération semblable n'est nécessaire. S'il peut sembler étrange que l'on puisse trouver le meme résultat avec deux formules dont l' une possede une quantité de plus que l'autre, il suffit de faire remar,q uer que les résultals son,t aussi différents, mais seulement dans une série de décimales qui ne sont pas appréciables pratiquement. En général, la disposilion meme de la formule nous fait comprendre qu'il suffil que la longueur <l'une conduite soit égale a plusieurs fois son diamelre (ce qui est présque toujours et que l' on peut prévoir d'avance), pour que le résultat trouvé par la premiere opération, en supposant D égal a O, donne la vérilable dirnension pratique cherchée. Une seule opéralion suffirail done; mais il esl bon de vérifier, soil en répétanl l'opération en donnant a D sa valeur sous le radical, soit en faisant la preuve en cherchant le débit de la conduile d'apres ses conditions définilives. Ainsi, pour la preuve de l'opération précédente, si l'on cherche la vilesse d'éco11foment (51) <l'apres sa longueur, 100 metres, son diametre 0;101 et la pression ·Om7, on trouve 62m60 pour celte vitesse qui, mullipliée par 0,008012, superficie du ,ce_rcle 0,101, donne om.c. 501 pour le débil de la conduite. 11 esl inutile d'ajouler que ce résultal peut eti:e considéré comme rigoureusP.ment conforme a la donnée ,primitive du prohleme.

PUISSANCE MÉCA IQUE DE LA VAPEUR.

59. Nous bornons la ce qu'il no~s semblait utile de dire an sujet <le la déÓ~nse de la vapeur ou des gaz, pensant que, pour avoir <les notto'ns completes, on fera l>ien d'avoir recours aux ouvrages scienti~ques, tels que les traités ue MM. d'A'ubi,isson, Péclct, Morin, ele. D'ailleurs les conduiles de vapeur sont or<linairement établies <lans eles conclilions qui permellent de dépasser de beaucoup les limites in<liquées par le calc:ul. Mais il esl indispensable de connaitre au moins ces limiles, qui sont, en résumé~ le point ue départ de tou le application. Ajoulons encore que toutes les nolions prét;édentes, relalives aux conduites <l'urie longueur appréqiable, s'appliquent en supposant des conduites reclilignes. ou courbes, mais satis élranglements ni coudes brusques qui puissent délruire l_m e partie d.c la force vive du fluide en mouvement.

PU:tSSANCE MÉCANIQUE DE LA VAPEUB. D'EAU

60. Si la vapeur esl utilisée pour produire du travail moteur, a l'exclusion <les gaz permanents, c'est a cause de la possibili"lé que l'on a de pouvoir anéantir premplement sa puissance, ou, en général, de lui donner facilement une tension supérieure a celle du milieu oú fonclionne le moteur qu'elle alimente. On conc;oit, en effet, que s'il élait possible d'annulcr ou de climinuer la pressior1 eles autres gaz, ou d'augmenter celtc pression autremeut qu'en dépensanL de la force mécanique, ces ~az pourraient etre employés comme force motrice aussi bien que la vapeur, l'aclion de J'expansion étant la rneme 1.Jnns tous les cas. Il est vrai que l'on a construit des machines motrices alimentées par de l'air atmosphérique donl on utilisait l'expansion due a la dilatalion produite par le chauffage; ce .procéclé esl réellement praticable: mais, oulre la raison d'économie, on renconlre déja plus de difficulté a dépouiller l'air de sa chaleur acc¡uise, apres l'effet produit, que de délruire de la vapeur par la condensation. Ainsi, jusqu'a présent, c'est encore la vapeur qui reste mallresse du terrain . Nous. allons done essayer d'expliquer ses propriétés mécaniques motrices, en faisant néanmoins remarquer que les memes raisonnements s'appliqueraient a un gaz. permanent. TRA V AIL DÉVEL OPPÉ A PLEINE PRES SI ON

61. Nous avons vu que si on livre passage a de la vapeur con tenue dans un réser.voir quelconque, elle s'échappe avec une énergie dont l'intensité dépend de sa propre tension et de celle du milieu ou se faiL l'écoulement. L'échappement est, en résumé, la conséquence de la pression que la. vapenr exerce sur tous les points du récipient qui la contient, et particulierement contre la parlie de la paroi dans laquelle l'orifice a été praliqué.

í2

MOTEURS A VAPEUR.

Pour lransformer cette propriété en travail ¡noteur, il nous paraH utile de supposer l'expérience suivanle: Une capacité A (fig. 13), contenant Q.e la vapeur qui peul se renouveler d'une Fig. 13 . fa~on conlinu~ a une lension supéricure a célle du rnilieu arnbianl, esl munie d'un tuhe vertical B d'une longueur que nous supposerons indéfinie. Un robinet C permet d·inlerrompre la communicalion entre le réservoir el. le tube, Jequel renferme une 1?,0lonne de mercure reposaot sur un peti t pislon a. ll Le robinel élant formé, la colonne de mercure esta la parLie inférieure du tnbe et repose, par l'inlennédiaire du pelit pis Ion ou dinphragme a, sur l'ouverlure_du rohinel. l\1ais si l'on , 1ient a ouvrir le robinet, la pression de la va.peur s'exercera sous la colonne <le mercure et tenterá de la soulever po'ur s'échapper. Toulefois celle aclion aura des résu llals différents suivanl la situation réciproque des élémenls . ~remierement, si le poids de la colonne ue mercure, y compris la pression extérieure qu'elle supporle, est égal ou supérieur a la pression exercée par la vapeur sur sa base inférieme, cetle colonne de mercure reslera immobile el l'écbappemenl n'aura pas lieu; la colonne de mercure représenlera toul. a fait la résislance de la paroi du vase qui s'oppose .a l'expansion de la vapeur. Mais si c'esl la pression de la vnpeur qui l'emporle, la colonne de merc11re s'élevera dans le tube avec une vilesse qui s'accélérera unil'ormément, jusqu'au poinl de devenir égale a celle ele l'échappement libre de la vapeur, vitesse qui ne peut évidemment pas elre dépnssée. Par conséquent, si no11s choisissons ce point de la vi lesse uniforme, nous aurons non-seulement l'image; rnais la mesure d'un travail mécanique produit, puisque nous aurons un poids, celui de la colonne de mercure, élevé et se mouvunt avec une cerlaine vitesse dnns l'nnilé de temp:;. La pression simple de la vapeur se lrouvera ainsi transformée en un vé1:itable effet dynamiqne. . Mainteuanl nons n'avons p::i.s br.soin de supposer que la vnpeur acquiert toule la ,·ilesse que sa tension pent engen<lrer; elle pourrait élever ce poids avec une vilesse unifor111e aussi faible qu'on peul l'imaginer. • Ponr le concevoir, il suffit de se reporler a ce qui a été _d il a propos des effets mécaniques de l'eau dans ks nolions prélirninaires du Traité des rnoteurs hydrauliques. Nous allons, du reste, en nous basa.nl sur les ·memes príncipes, expliquer ce qui arriverail pour le cas dont il s'agil. Lu colon ne de mercure, étanl <l'abord d'un poids inférieur a la press'ion de la

PUISSANCE M~CANfQUE DE LA VAPEUR.

~apeurl .s_'iI~.ve~~ . ª .~ c Úne vi!tésse, c~ois~~i:it~, . dQn,t _1( pi;~gr~ssion p~µ:s ,o u.'!.l'l?ins rapide dépendra de l'exces plüs ou ínoihs gránd de la puissance sur_"!a rJsislance. Mais, si en .u~ poi~t quelconque de cette progressi9n on vicnt a rétablir)'équiJ'ibre en ajoulant un pell' de mercure, l.a 'V_ilesse ~esserá. de s'~ccélérer ét c~ns'ervera uniformémenl la valeur qu'elle possédait au mooí·e nt ou l'équil¡'brc ·a élé rélabli. Cell~ derniere remarque nous conduit enaore . a dir.e, comme a propos des moteurs hydrauliqucs, que : Dans. une rnachine a l' état de rl),Ouvement wnifo1·1ne, les forces motrices et résistantes se par{ai:ternent équilibre . . , .,

{011t

Nous rappellerons encore, que la,méme expérie.n o;. met _également ·en ,évidence , _ ~ette forc~ dépen.séc ~n cxces w>ur ·vaincre nne1:tie d'un corps el \ui faire_acquérir une :vitesse upiforme apres un temps d1Úennirté . .(ilfoteurs hydrauli ques, 16 a_18.) 62. Pour résumer la précédente définilio-n, nous dirons que le, travail de la vapeur cst aussi mesuré par un poids,' en:-kilogramrnes, se déplac;ant en ligne droilc a r aison d''tme (:ertaine vitess.f:) uniforme exprimée en metres par secorv:fes. - L'expérience ci-dessus nous fournit les termes 'exacts du probleme, d..ins lequel le poids de mercure soulevé, plus la pression ambianle qu'il supportc, rcpréscnte • la résistance vaincue, et cloit. etre égal it la pression de la vapeur sur la base de la colonne au mom ent de. la vitesse uniforme. Ainsi, ce1te colonne pesant, pression extérieure el mercure, 2 kilogrammes par exemple:, et ayant 1 centim~lre de seclion a sa base, la tension de la vapeur devra alleindre cetle m eme valeur sur un centimetre carré, ce qui serait approximativement une pression de 2 atmospheres, d'aprcs la définilion (7). · ; Si la vilesse restée uniforme était de 1 melre par seconcle, le travail dé¡rensé se- ' 1.;ail de 2,kilogrammelres. Le travail u lile serait rn.oitié moind·re, puisque nous supposons que la pression almosphérique constilue la moilié de la résislance. . , 63. ,Non-seulemcnt l'effort exercé par la vapeul', effectuant un travail, est complétement assimilable a un poids simple qui se déplace, n'lais les quanlités de vapeur a dépenser peuvent etre aussi 1nesurées ·d'apres le travail' qu'elles ·peuvent produire. Dans l'expérience su-p p.osée précédemment, i1 est clair que, pour chaque inefre de shell)in parcouru par la r ésistance, le réservoir a du füurnír un noaveau volúme qe v.ap~ur ayant -pour mesure ce ohemin et la secti-on dil iube . . Par. conséquent,. lcs volumcs de vapeur écoulés sonl exactement proportionnels. au travajl produit,, qui est iui-meme exprimé par le meme é'hemin et par l'intensité du- poids soul evé, lequel estencore représenté par la section intérieure du tube et la pression pe la vapeur sur cel~c seclion. · Mais, cl'aulre part, comme fa pressioo. dépend de la tension propre ele la vapéúr el de l'é_t~ndue de la secliol), on en conclnt que le volume ele vapeur dépensé', pour l~n .m~.rp.~ tra'vai¡l -pi:;odµit, ~st inveq;emei:i.tproportionnel.áµ ·chiffre de son únilé de tension effeclive . ' · En résumé, 1 kilogrammetre élant le produit de 1. kilogramme par 1 metre, correspond a une dépense de vapeur ayant une tension effective ele 1 a lmo1. 10 0

MOTEURS A VAPEUR.

srhere, abstraclion faite de la fraction, égule a l)nc colonne tic .1 melre de hauteur. sur t centimetrr carré ne b:-ise: soil O,i de litre. Si la lension effeclive étail do11blc,. le volume serait moitié moindre, etc. 64. Par conséquent, la rclation qui peraiet de calculer l'unilé Jynamique .de volumc de la vapcnr J'eau peut s'écrire ainsi : V

0,1 k ,[k0333 "P

!Qk333 P'

dans laqnelk, . V représentc le volume de vapeur Jépensée, en litres; la quantité de travail, exprimée en l_d lograminetres; /e > » P la pression effective de la vapeur, c'est-1.1-dire son exccs sur celle du milieu pouvanl s'opposer comme travail résistant, et sachl,m l qu~ l ulmosphere correspond a une pression exacle de fk0333 par ccntimelre carré. EXEMPLE. Quel volume de vapeur doit-on depe~1ser par seconde pom· pro<luírc !000 kilogrammelres <le travail, la pression effeclive dé la vapeur étant 3 atinosphrrr.s? Solutiorr . On trouve :

V. iOOO . - 32 059 1· t l res. ,- 1Qk333 x 3 Évidemment il en esl de cellc valeur comme de celle qui corresponduil :L la ~roduclion de vapeur par kilogramme de combustible (39) : c'est la valcur lhéoríquC' ou celle corrcsporidar¡t a l'effet utilc réel; muis clic varie heáncoup en praliqiie, a 'p arl méme le mode 1l'emploi de la vapeur avec' <Íélentc, ainsi que nous le verrons hienlot. Cependant, c'est un poinl de départ général qu'il sera bon de ne pus oublier. 61:>. Pour conformer ce résullat a la disposilion de fo table que l'on verra plus loi11, nous chercherons directemenl la quantilé de lravail que peut produire un volume donné de vapeur a une pression déterminée. Si nous adoptons le melre cube ponr unité, il nous suffira de sup-poser que le lube de l'expérience précédente ait i metre curré de base, ce qui pt:oduirn i melre cubc de vapeut· engendré pour 1 metre de chemin parcouru par la résistance. Or, celle-ci faisant toujours équilibre a la pression de la vapcur, le poids soulevé sera préciséálent égal a la tension de la vapeur mullipliée par la base de '1 melre curré. On a1.1ra done i033a .kilogrnmmes, par chaqae alll.\osphere de pression, mnllipliés ·par 1 metr·e : soit {0333 kilogrammelres, travail théorique <léveloppé par . 1 metre cuhe de vapeur par chaque atmosphere effeclive de pressio11. Nous ferons de nouveau remarquet· que cette quantilé de travail suppose que la vapeur conserve sa pression iniliale pendant toute la durée du temps que s'et'feclue le lravail, ce qui n' arrive pas lorsqu'on l'emploie avec détente, ainsi que nous afüms essaycr de le faire comprcndre.

PUISSANCE MÉCAÑIQUE DE ' LA'. VAPfi.:UH.

TRAVAIL DÉVELOPPÉ AVEC DÉTENTE

66 .. D'apres les propriélés physiques recónnues, des le principe, aux v.apeurs el aux gaz _en général, on peut se figurer ce qui arrive lorsqn'ou agrand.il un espace quelconque rcmpli d'un volume défini de vapeur. Celle vapeur, en verlu de son pouvoir expansif indéfini, qui _tend a lui faire occuper des espaces dP. plus en plus grands, conlinue de remplir la capacilé qu'clle occ11pail, malgré son extension el en exen; ant toujqurs.contre ses parois une prcssion qui va .en diminuant dans le 1:apporl inverse des vol11mcs snccessifs qu'on fail occlÍper a la vapeur. _ Cette proprié_lé, donl l'effel cst complétcment analogue a la délente d'un resrnr l que l'on a comprimé et que l'on ahanrlonne ensuile, cst caraclérisée dans !'industrie par le nom de detente de la vapeur; el l'o_n conserve celle dési g11alion pour ks ínachines oú la vapeur esl employée d'apres ce príncipe. qi. Pour doníier une idée générale de l'emploi de la vapeur avcc dé len le, il 11011s suffira de rev~nir a l'exp_é rience citée précédemment el de supposer que. la viless.e uniforme élant óbtenue, on ferme complétemeul le robinel C (fig. 13), de fa<;on it empecher que le réservoir fournisse de nuuvelles quantilés de vapeur. Celle-ci se irouve alors limitée aú volume renfermé dans le tube entre le robinel el la base de la colon ne de mercure soulevée; si la résislance restait fixe, le mouvement se continuerait pendanl quelques inslants, en vertu de la vilesse acquise, mais suivarit une vites·se uníforméinent reta.rdée, apres quoi surviendrait l'immobililé_, s_uivie immédiatement de la chute de la col.onoe de mercure qui vicndrail réduire le volume de vapenr a celni qu'il occupait ati mom¡ml de la fermelure du robinet. · Mais s'il esl possib1e de diminuert progressivemenl le. poids <le la colo1:me de mercure dans le memc rnpporl que la pression de la vapeur, qui diminne au fur et a mesure que l'esp~ce qu'ejle occupe s'agrandit ,, le mouvement ascensionnel uniforme sern conservé, et la vapeur, par sa force ex,pansive, d.éveloppera encore du 1ravail, Je plus en plus faible, il est vrai, mais qui pourrait elre indéfini, el, qui n'a i>our limile que la résislance extérieure du milieu ambianl a laquelle la puissance de la vapeur ne peut pas clre inférieure pour etre en état de produire un inouvement quelconque én s'y opposant~ ' ·P ar· conséquent, ~n sus du lravail développé par la vapeur sortant librement du réservoir, el estimé comme cela a élé dit ci-dessus (64), une aulre somme de travail peut clre pro,luite sans nouvellé dépense de vapeur; il esl en effel cerlain que, pour lirer de la puissance de la vapeur le plus grand profil possible, il faul ne l'abandonner que lorsque sa pression est aussi lres-fo.ible el prcsque incapable . d'aucun travail utile. Reste mainte~ant a calculer les quanlilés totales de travail <lévclc>ppées daris ces· conditions. C'esl ce qu'il sera focile de faire apres avoir dit quelques mots de la loi de Mariolle que nous· u 'avion ~ fait que c'iler (9) ~

76'

· IOTEUR

A ·VA·PE R< ·

.],

68. Ló1 DE MAnIOTTE. - Lorsqu'on soumet a des pressions différentes un volume défini d'un gaz pcrmanenl, on constate aisément qu'il diminue de volume quand la pression augmente, et, 'réciproquement, . qu'il. augmente· de vol u me quand la pression dimin ue. · A par.t ce premi~r résultat tout a fait évident et palpable, opa reconnu qu'a. ~empératures égales, les volumes occupés sont, d.'u_pe fa~on sen~~ble, inversemer_it pro; porlionnels aux pressions exercées; <l'ou l'on déduit naturellement aussi que les densilés sont direclement proporlionnelles a ces memes pr:essions. Celle loi importante de la physique porte le nom de l'abbé l\fariolte, physicien fran~is qui l'a, le premier, énoncée. · Depuis, cel1e loi a été vérifiée par les bommes les plus compétenls, parmi lesquels nous citons MM. Arago et Dulong, Pouillet, Regnault, ele. Ces illustres savanls ont trouvé que la loi de i\Iariolte éprouvait quelques écarts pour de cert~ins gaz el pour des pressions considérables; cepcndant, les diliérences que l'on observe, a l'aide d'opérations tres-<lélicales, ne sont pas de nature a lroubler les résullals de la pratique nsuelle. ous admellrons done cette loi, purement et simplemenl, pour éludier les effels de la apeur d'eau dans le phénomene de la délenle ou elle se présente comme un gaz permanent qui occupe successivement des volumes diITérenls .. 69. Avant d'aborder ce sujet, résumons la loi par sa représentatioQ. numérique !':t par un exemple. i nous désignons par : P, la pression d'un gaz ou l'expression_de sa force élaslique par unité de surface; V, son volume correspondant; el, sa <len i té; et par P', V' et el', les memes propriétés daos d'aulres condilions, nous dirons :

P '. P' : : V' : V, c'esl-a-direique : les pressions sont en raison inverse des volumes. Puis nous trouvons : el : d'

P : P'

ou d : el' ;: V' : V,

ce qui revienta dire qúe : Les densites sont direct~ment proport·ionneltes aux pressions Otb inver~ement proportion-_ nelles aux volumes. ExEMPLE. i l'on réduit <le ·1/t> le volume V, égal a 1 mclre cube, d ' un ,gaz dQnl'Ia pression est P, égale a 0,80 melre de mercure, et la densilé d égale a 0,0012, queUes eronl les pression et densité P' et d' sous le nouveau volumc V''! ,. Solution. Les relalions ci-dessus fourni;;sent les suivantes : P'=PxV. . V' '

l\Iais, d'apres les données,

011

,_dxV e ld V' .

a pour la valeur du nouveau rnlnme :

V'=

flll . C,

X -

Qm.c. s.

PUISSANCE MÉC'ANlQUE DE LA VAPEUR.

De ce.lte, valeur 011: déduil les suivarites de la pression et qe la ae·nsifé :· ·: '

pi= O,8~ X flh.t . 0m,c.g ,

.. fm00;

,. , ,

·,

Celte loi est si simple que ces indicalions suffiront cerlainement pour en faire comprendre l'applicalion. D'ailleurs les. ~eu.x. proporlions ci-dessus fournissent tous les élémenls des problemes que l'on pourrait proposer. Rappelons seulement que, pour que son applicalion soit juste, il faut que le ga.z soumis au cbangement de volume conserve sa température primilive, sans quoi il se produit des effcts de dilatation ou de contraclion qui viennent influer individuellement et modifier le résultal qui est supposé du uniqnement au changement de volume. 70. CALCUL DU TRAVAJL TOTAL DU A LA DÉTENTE DE LA VAPEUR. - Puisqu'une quanlité de travail est loujours exprimée par un produit dont les facteurs sont : la pression exercée el le chemin parcouru dans l'unilé de temps par la résistance qui foil équilibre a celte pression, une quanlité de travail peul done elre rcprésenlée graphiquemcnt par une surface qui peul elre aussi mesurée par le produit de deux facleurs. En eJ.Tel, supposons qu'un effort quelconque, que l'on exprime en kilogrammes, soit représenlé a une cerlaine échelle, par une droite AB (fig. t4), donl les divisions soient précisément aulant de kilogrammes; et que le chemin que parcourt la résistance .da~s l'unité de temps sous l'in_flucnce ~e cet effort et daos la période d.u mouvemen t parvenu a l'unil'ormité, soit repr~sent.é par une horizonlale AD, dont les divisions seront aulant de melres ou de fraclions de melres; il est clair qu'en complélanl le rec~angle ABCD, sa superficie sera évaluée par Je travail meme, puisqu'elle' sera le produit des unilés de ÁB par celles de AD. Supposons, par exemple, que AB ait 8 cenFig. '14. timelres el représen le 8 kilogrammes, el que , AD ayant fO cenlimel,;es rep1;ésente iO melres - ~-, ---¡---t--i-J----l--~_J l' .-~-;____-t--1--,..___.:._ _j..._ _;___J de cbemin parcouru daos l'unilé de temps, soi_Lpendant f seconde; La quanlilé d~ tra".ail, évaluée comme · a 1 _ .- - · - - - , - - ' _ ,_ _ , _ _ _ _,_ __; l'onlinair_e, sera égale a : 8 x 10 = 80 kilogra~melres. . l\'Iais la superficie du ~·ectaugle, évaluée suivant les unilés de divisions qui représenlenlles kilogramme¡; et les m_etres, sera aussi· égale a 80; et chaque pelit rectangle formé. par les lignes de division représenler_a .1 kilogrammelre. Ce fait bien constaté, et tres-facile a saisir, du reste, supposons que pendant son parcours l'effort vade, toul en conservant la vilesse uniforme; il arrivera alors qu~ la droile AB, qqi était supp9sée se transporlant d~ AB a DC, et qui e,ngeockail un reclangle p·ar la fixité de ~a valeur, n '.a ura plus.celle fixité, _e t que BC ne ser.a plus une ligne droile. .· . . . · , .·. · Aio.rs la .figure ne sera plus ·~o rectangle, mais une surface limitée par. de~ Ug-nc~

l-+--ri-- -1++-==F

l\IOTEURS A VAPEUR.

droiles sur trois cOlés el par tlne ligne bri'sée 011 co11rbe cS 11r le qualrie.me; ou ,en~ core par une ligne droile, mais nou parallele a la base, si la variation de la résisfance suit 'une cerlaine loi régnlierl'. On obliendrait ainsi 1'110 des trois tracés indiqués par la fig. 15 ci-apres: Fig. 15.

rCepenclanl la (fnantilé tolale de travail, <léYeloppée pour chaque cbemín par·couru AD, et par la'résistnnce Yariable, n'en sera pas rnoins lres-exaclement représenlée par la superficie de chatjue figure. Car on peut diviser ces surfaces en parli cs assez peliles·, com'me abcd, dans la direclion- du chemin parcouru, pour pouvoir i~s ,considérer comme aulant de reclangles ou parlies de ·travail engendrées par un · leffort parliculier, mais fixe pendant le lemps correspondanl. La superffoíe de cha~ ,cune de ces parlies élémenlaires représentern done la quanlité de lravail correspon.ctanle; et comme la soinme de ces parlies équivaµt a la granue superficie de la figure :entrere, celle-ci représente, par conséquent, la quantilé totale de travail développé. ~n 1:ésumé, si 'l'en connail la loi ·de la variation qu'éprouye un efforl dans la durée <le l'accomplisse:n¡enl d'un travail, il sera toujours facile de calculer la quanfüé tolale de h·a,·ail, iléveloppée; puisqu'il suffit d'en faire une représentation gra1phique, el tl'évaluer la ·superficie de la figure qui en résulle, suivant des unilés con·venues d'avance pour représenler les efforls et le chemin parcouru. 71.. La quanlité de lravail développée par la vapeur d'eau pendant sa détenlc se tro uve jnslement dans les conditions que no~s venons d'examiner. C'est un efforl ,<lé~roissant qui agit pour vaincre une résislance que l'on ·suppose ·diminuer en meme lemps pour conserver l:i vilesse uniforme. Quanl a sa loi de d·écroissance, :o,\ .admet qu'elle suit celle <le Mario lle, comme nous 1'ávo1is <li°l ci-dessus, el en' snpvosant que la vapeur conserve sa température inilialé pendant qu'elle sé détend. 1, Cherchons, d'aprcs.'cela'; a rapprocher ces pr'iuéipes pour -trouver fa ·vái~ur du itravail qui sera développé par un volume déterminé de vapeur qui p1;odui d'abord uue quanlité de travail a plcine ,pression, et que l'on peut évaluer comme ·on Í'á fait ·plu:, ·haut (64 et 65), puis qui se détencl énsuile jusqµ'a une limite délerminéc: \ 0 •

PUJSSANCE l\lÉCANlQUE DE LA VAPEUH.

En -se reporlant i't l'expérience. que nous avons admise (6t), on a pu délerminer l'effet produit par i melre _cubc de vapeur agissant avec loule sa pressibn iniliale, et l'on a lrouvé (65) que le lravail développé ainsi serait <le i0333 kilogr·ammelres par metre cnbe et par chaque atmosphere effeclive de pression. De plus, si le che1111n parcouru égale t melre, la pression correspoudante sera 10333 kilogrammes. Or, si a parlir de ce lrayail e!Teclué il n'c3l pas fourni de nonvcll<? rnpe11r, celle admisc, et mainlenanl isoléc de sa source, occupera des volumes de plus en plus grands, d'ou sa pression diminuera successivement suirnnl la méme progression décroiss:rnte que la loi de l\iariolle nous pcrmel d'apprécier. La base.,111 récipienl ou s'opere Ja délenle reslanl la mcme, puisque c'est un cylindre, le volume de vapeur ne f'aisanl que de s'allonger~ la décroissance de la pression s'appliqnern diÍ·eclement a celle iniliall:1 de 10333 kilogrammes. Par conséquent, représc11tons graphiquemcnl le lravail a plcinc prrssion par un premier reclangle ABC O (íig. 16), tfont AB rcprésenle la pression iniliale 10333, et AD le chemin parcouru pcndant le travail; puis, ayant prolongé la base du recFig. 16.

• langle, lra<;ons eles lignes p¡iralleles a AB en chac1111 des points qui représentent les chemins successifs parco111·11s a partir ciu morn ent oú a eu lieu l'inlcrception de la vapeur. Chacnne de ces verticales devra avoir pour valeur la prcssion acquise au bout de ces chemins purcourus; et cornme ils sont exactemcnt proporlionnels aux rnlumes successifs de la vapeur, et que la· prcssion qu'elle acquiert a chaque nouveau volume obtenu esl en raison in verse du rapport de ce volumc a celui primitif, chaque nouvelle prcssion acquisc sera fucile a délcrminer; on aura toujours:

. CD ou A B : C' D' : : AD' : AD d'apres la proportion préc~tlcnte (69) ;

P : P' : : V' : Y.

MOTEURS A VAPEUR.

I ºEn ºd'aulres terrúcs, SI chaque divisiori de cbernin p~rcouru Oll d;augméritát¡'on de ·volume est, par exemple, le· 1/20 _de celui primilif AD)' on aura -pour les :val'e uts successives des ordonnées semblables a C' D : ·· 1'.

CD X

21' 2f

20 23' ·24'

20 25'

20 26'

é)~•

f! •

ele.,

1"'

a_Lt~hdu que les volumes succe~sifs seront : )

21 20'

22 20'

23 20'

~o'

25 -20'

2í

20' 20

, ele. r.

• 1

Alors, joignanl les extrémilés de toules les ordonnées ainsi déterminées, OI} aura. la figure euticre ABCEF.' dont la s11.perficie représenlera la somme lolale de. lravaii' d ~vel~ppé par le volu.m e primitif de vapeur détend1:1 jusqu'a l'augmenlation 'd e volum ~ indiquée par l'étendue de la base {.\F de la figure; étendue q,ui _peut ~lr~ • 1 J J prolongée jusqu en lelle· limlle qu'on le désire. Si l'on fail celle opération pour de la v~peur a l' unilé de pression, le travail 1rouvé par la quadralure dé la figure sera· proporliounel, pour une meme détcnle, a toules les pressions iniliales que peut avoir la vapeur, allendu que, pour une meme tlétenle, la base AF esl invariable et que les hauteurs sont proportionnelles au x pressions. Mais, ·en prenant pour poinl de départ un volume de vapeur déterminé, il esl clair que le résullal lui esl aussi proporlionnel, puis_que la base AF est proporlionnelle au voluuw primitif, et qu'a hauteurs égalcs la superficie de la figure devienl proporhoonellc a In base. En résumé, on élablil, par ce procédé, les quantilés de Lravail que peut développer 1 ni etre cube de vapeur a la pr~ssion de 1 atmosphcre pour divers degrés de délénle,'. el lorsqu'on veut connailre le ~ravail correspondanl a un aulre volume el i\ un e aulre pressiou, il suffil de faire le produit de ces données différentes par la valeur i~diqnée ponr 1 melre cube. Les résullals que l' on ohlient ainsi sont complétement salisfaisanls pour la pra~ique. Sculemenl il esl indispensahle que les appnreils ou s'effeclue la·détrnte soicnl bien•dis.rosés pour éviler les-rcfroidissemenls ,pxtéri<:urs qui•prodúiraienl uné con<lensalion de la vnpeur délendue, el rendraien t inexacte l'applicalion de Ia. loi- ·de Mariolte . . 72. Le savant général Poncele t, qui a, un ~des premiers, fail connailre cetle fhéorje, a aussi calculé une-table qui donne la quadrafure de la figure de príncipe pour ~~s délenl~s différentes,, dans une assez gi:aude élendue. Nous repro~ui?ons cetle table, a laq11ellc nou·s renverrons chaque fois qu'il s'agira <le calculer les condilions d'une machine marchaut avec délenle (1). •

•

••

(t ) 11 ex iste un e mélhodc tres-expérlili ve pour ohlenir les nombre de celle table ou pour calcul er directemenl le produil d' un c rl élenle. C'csl l'emploi des log;,irilhmes hyperboliques, dan s lequ el cas il faut , il es[ v ra·i, avoir cellc aulre tabl e il Ea di sposilion . On trouve tous les élémenls de cclle mélhode el la tabl e daos les ouvragcs de ftIAI . Pon celel el 1\l orin, el prin cipa lemcnl élans l'Aiile' mémoire q u'a publi é ce derni er ava nt.

PlJISSANCE 1\JÉCANIQUE DE LA V\PEUR. TABLE DES QUANTITÉS TOTALES DE TRAVAIL DÉVELOPP ÉES PAR

METRE C BE

00S DIFFÉRENTES DÉTENTES ET 50 5 LA PRESSION DE

YOLUME a pres la détcntc.

(.!UAl'\ TITÉ de travail COl'l'CSpondan te.

VOLUME aprcs la détcnle.

m.o.

kgm .

m.c.

kg m.

1,00 1,0 1 1,02 1,03

10333 10136 10538 40639 10739

1 ,35 1 ,40 l ,~5 1 ,50 1,55 1, r.o

13~3'• ·13X10 l41 i3 1-1523 14862 15190 15508 15816 1611 6 i6l07 166[10

1,04 1 ,0:;

10837 10935 11032 IH 29

1, 06 1,07 1,08 1,09 1,10 1 , 11 1 ,H 1, 13 1,li f ,-15 1.16 f ,'17

1,18 1 , 19

1,20 1 ,21 1,22 1 ,23 -1 ,:H 1/ !5 1 ,30

1-65· 1 ,70 .f ,75

11221,

1,80

11 3 18 11 412 11 504 11 596 11 687 11778

1 ,8~

11 67 11956 l204i 121 31 l2217 12303

H 38 12172 12556 12639 1301',

•

QUANTITÉ de ll'~Vail co r respondautc .

1 ,' O 1,95 2 .00 2,0ti

2,10 2,1:;

1775 1 18000 18243

VOLmIE a¡ircs la délcnle.

m .o.

kgm .

m. o.

2,SO 2, 90 3, 00 3, 10 3,20 3,30 3 40 3,"0 3,60

20Uí3

3,70

3,80 3,90 4,CO 4 , 10 4,20 4,30 4,4 0

2,25

18'18I 18713

4,50 4,60

2,30 2 ,35

18940 191(]2

4,70

2,'10

2,60

19:180 19:593 19802 1!0006 20217

2,70

20597

2,:!0

2,45 2,50 2, 55

DE VAPEL'R

ATllOSPUERE.

QU.\NT ITÉ de travail correspondarr1c .

YOL U~IE a pres la dé lerHe.

---

l 69G6 172M 174f6

4,80 4,SO s,oo 5,10 5,20 5,30 V,& O

2 1335 2 1686 221124 22asa 22671 22979 23279 23570 23853 24 128 21397 246:i8 2'19 14 25 IG3 25106 25C43 25875 261 03 26.)25 265~2 26755 26964 27169 27369 27566 27759

5,50 5,60 5,70 5,80 5,90 6,( O 6,2:'i

G,50 6,75 7, r o 7 ,25 7,50 7,75

8,00

,2> R,50 8,7., !l,00 9 ,25

9,~o ~,75

10,CO 15,00 20,uo 25.00 r.o ,oo 100,00

QU.\NTITÉ. de travail curres1>011dan tc . kgm.

27949 2 13l 2R318 2 198 28671 : 8848 2~270 ~9675 :J0065 3014 1 3080i 3 11 ~1¡ 3 1193 3 1820 32139 324'17 32717 330 :8 33321 335!)7 33 65 3~ 127 3 3 17 4 1289 &359:;

50738 57 9:: 0

La premicrc colonne de cellc tab le inuique les volumes successifs 4ue pe ut prendre .un mclre cuhe de vapeur i:t 1 a lmosphcre de pression en se délcndant, et la deuxirme conlicnt les qnnnlilés de lnivai l correspondantes totales, cléveloppées avanl el pendaul la dé lenl e. Elle permel a11ss i de reconnailre le grand. avanlage d'une détenle trcs-prolon gée . Ainsi lorsque , saos clétenle, un m clre cuhe de vapeur ne J éveloppe qu e 10333 kilogramrnelres, il en produil 26964 clétenu"u jusqu'a o fois son volnme prim ilif, el a 10 fois 341.27. En attendant les exemples anx applicalions Jirectcs aux ma chines, nous diron s que, pour oblenir le lravail correspondant pour des volumes et des pres ions e_ffcclives, il suffit Je faire le prodnit de ces Jonnécs par le nombre de la table corrcsUsAGE DE LA TADLE PRÉ CÉ DENT E. -

l\fOTEURS A VAPEllR.

pondanl a la meme délente. Supposons que l'on veuille connailre le lravail développé par om.c.400 de vapeur a 5 almo phcres et la <lélenle 5 fois, on aura: 26!)64

x Qm.c.400

X 5

= ñ3!)~ kilo·g rammclres.

CONCLUSION DES NOTIQNS PR'ÉLIMINAIB.ES '

í3. Ce qui préccde sufOt pour connaHre, pratiquemenl, ton les les condilions d'étre de l"a 0 ·enl qui anime les molcurs <lonl nou:; nous occupons acluellemenl. Il fallail évi<lemmcnl connailre ses propriélés physiques, c'esl-a-<lire les lois qui régissenl sa formalion simple el les phénomcnes nalurels qu'il présenlc, avanl mcme toule appli ca lion. Vcnail P.usuilc la conslatalion de sa puissancc mécaniquc ou la Lransformalion de sa pres ion physique simple en travail, caraclérisé par une résislance vaincue el un chcmin parcouru. A pres ce derni er poinl démonlré, la descriplion d'une machine u vapeur ne peul pl11s présenler de dif0c11ltés pour élre comprise; car, i1 parl les différences de formes el de sy leme des r écep lcurs de sa puissance, la vapeur esl loujours employée comme nous l'avons supposé en principe, sous la réserve des divers moyens imaginés pour lransformer le mouvemenl rccliligne élémenlaire en mouvemeht circulaire conliuu le plus généralemcn l réclamé dans les applicalions. Avant <l':.1border 01 intére sanl sujel, nous allons essayer <le lracer un hislorique rapide des phascs qu'a suivies l'invenlion des machi ne a vapeur, dont chaque nalion de l'Europe voudrail avoir vu nailre, a l'exclusion des aulres, le vérilable anleur primitif; landis qu'il nons semble que les droils sont un peu pnrlagés a cet égard, ü cause de l'immense différence qui existe entre les machines qui furent, les premicres, capables d'un lravaü ulile, et les e sais lenlés <lans !'origine par les homrnes auxquels leurs nalions rcspeclivcs prélendenl allribuer loul le mérile de celle suhlime création. ne [ltl si grande chose esl cerlainement une reuvre collcclive, découverle par parlie, el, pour ainsi dire, sans que les premiers ;rn leurs eussenl pu soup(;onner l'irnporlance qu'elle de ail avoir <lans !'avenir, aprcs que les génies réunis de plusieur o-énéralions succcs ives, el de toules les nalions, ont contribué a la rendre vraimenl ulile et applicable. ou pcn · ons done qu'on ne doit pas dire que la mnchine a vapeur csl due plulól a un homme qu'a lel aulre, plulól a un pays qu'a un aulre, mais que <les hommes, apparlennnl aux uiverses nnlions, ont séparémenl, el presr¡ue ñ la meme époque, émis ,les i<lécs qui e sonl peu a peu réalisées el modifiées, el onl produil, au boul ele pres de deux iecles d'cssais, les moteurs a vapeur perl'ectionnés tels que nous 1 s connai · ons aujourd'hui. FlN

CUAL' ITI\ E

Q ' ATIIIEMF.

L.\

PI\F.Mli,;IIE

SECTlON.

UEUXlEME SECTION

APERCU HISTORIQ UE DE L'l~VE, TIO~ DES MACHI~ES A VAPEUR

Oepuis que la machine a vnpeur esl devenue, pour ainsi dire, la commensale indispensable de nolre vie indu lri elle, on s'esl bien so uvent demandé it qu el homme et ü quclle nalion nous en sommes reil evahl cs. La recherche n'en é lail pas c:bose fncilc, el la vérilé du r és ullal esl aussi dil'ficile u saisir . fl f'anl non-seulemenl de lon g nes et savan lcs reche rch es, mais aussi, un e g rand e impar lialité pour n e pas se laisscr enlrainer a lrouv er, qnantl m cme, l'invenleur panni ses co111palrioles. Aus3i n'avons-nous pas la prélenlion de r e faire celle hi sloire, qui a é lé déjá écrile plusieurs fois par di,ers saYanls, et principalcmenl par l'illuslre Arago, qui en lit l'objel d'un e de ses plus inlércssanles n olices dans l' Annuaire clib bureau eles longitudes. (Années 1828 el 183,.) Tout e n nous appuyant sur nne grande parlie du travail du célebre aslronome, il est impossible de ne pas len ir comple des re chcrch cs Loules r écen les de l\I. L. Figuier, écrivain di ·lin g ué qui s'est efforcé d'élucitl er encore la que Lion, au ri que meme de ne pas clre loujours d'accord avcc lt;!s opinions ém ises par l\I. Arago . Il semble résullcr pour nous, eles élé 11enl3 du débat, que la découverle de la puissance de la vapeur d'eau esl récllc111e11t tres-ancicn11e, et qu'elle é lail connue de bien des hommes auxquels on ne peut pas cependant allribuer l'honneur de l'invenlion tles machines ou de l'applicalion de la vapeur comrne force in<luslri clle. Dans ce nombre, on peut m eme comprendre SALOMO:-! UE CAus, qui avail pourlant chez nons le tilre d'iovenleur des machin es á vapeur. Celui auquel ce Litre ne parail pas contestable, c'est cncore ·un Fral1(;a is, DENIS .PArIN, le premier qui ail imaginé un mécanisme capahle d'uliliser la puissance de la vapeur dans des contlilions analogues a ce qui se fail aujourd'hui. i\Iais la premiere applicalion ré~lle semble apparlenir a un ciloyen de la GrandeBrelagne, le capilainc SAvEnY, <lonl les essais f'urcnt sui\is par les machines de NEWCOMEN, mécaoicien de la m éme nalion. Nous espérons qu'on pourra se faire une idée assez juste de l'élal de la queslion a l'aide des divers documenls que nous donnons ci-apres .

•

MOTE UR, A VAPEUR.

OBSERVATEURS ANCIENS DE LA PUISSANOE DE LA VAPEUR D'EAU

HEno~ o'ALEXA~DBIE (120 ans avant Jésus-Christ). Ce physicicn de l'anliquilé, <lonl le nom csl bien connu, parliculicremenl pour l'inslrnmenl hydraulique appelé {antaine de Héron, a pro posé tlivers problemes Je ph signe amusanle qui se trouvenl tlécrils <lans un ouvrage inlilulé : ,piritalia seu pnewmatica. Parmi ces problemcs, il s'en trouve un qui con isle <lans le moyen de produire un mou,emenl de rola lion par la produclion de la vapeur el son échappemenl dans l'almosphcre. C'csl ce que l'ou nppclle un eolipyle, qui n'esl aulre que la vapeur <l'eau ag i a11L par réaclion, loul a íait <le la meme fa~on que l'eau dans le lourniqu el. (Jl oteurs hydrauliques, p. 260.) Sans rechcrcher la forme exacle <le I'nppnrcil <le Héron, on pourra en avoir une itl ée complete a l'aide de la figure suivanle qui représenle cel appareil, tel qu'on pourrait le conslruire aujour<l'hui pour la tlémonslralion.

Fig. 17 .

Une spb cre crcuse A, renfermnnl une certaioe quanlité d'eau, esl monlée enlrc deux poinles d'apres lesqueUes elle peul exéculer facilement un mouvemenl de rotation comme sur un lour; celle spbcre esl munie de deux buses a, a bec recourbé, ouverles a l'exlérieur el placées sur un diamelre qui forme un cerlain angle avec l'axe de rolalion. i l'on vienl a cbauffer la sphcre, l'cau qu'elle conlienl se transforme en vapeur el s'écbappe par les ueux buses a. La boule pren<l alors un mouvement rapide sur elle-meme, d'apres les mcmes propriélés réaclives réalisécs par l'échappemenl <le l'cau daos le tourniqu el hytlraulique.

AP!!:HCU IJI TOHIQ E.

Telle esl la machine de Héron, qui a mc,ne fail dire que l'inveulion eles machine!:-

a vapeur remoulail a des lcmps lres-reculés. l\Iai , oulre que les machines usuelles ne marchenl pas d'apres le m éme pnn-

cipe, il ne scmble pas le rnoios clu moude que le philo3ophe grec ail pensé a appliquer son procécl é comrne force molrice et d'aucune fa~on. 11 est done inulile d 'insislcr davnnln ge pour démonlrer que l'éolipyle de Héron ne marque aucuuemcol le prcmicr pas de l'invenlion des mnchines a Yapeur, el que c'esl simpl emenl la révélalion de l'une des propriélés du íluid e, mai saos idée de son applicalion, puisqu'il ne monlrait rnéme pas commenl le mouYcrncnl rolalif ohlenu se scrail lransmis. Cependaol, si l'on parvenail a faire des machines a vapeur marchanl u\ilcrnent par le mode de réaclion, Arago pcnsail que l'on devrnil en allribuer l'invenlion primilive a Iléron, puisqu'il en monlrait le prcmier le principc, sans se tlouler n éa nmoins de l'applicalion (1. ). BLAsco DE GAIUY (1543 ). - On a trom·é daos les archives esp ngnoles un documenl mnnus.cril lendanl ü élal>lir qu'un capilaine de mer, BLAsco UE GARAY, fil, le f7 juin 1543, a Barcelonn e, el d'aprcs l'autorisalion donn ée pa r Charles-Qui ni, une expérience pour m ellre un n avire en mouYemenl sans rames et sans voiles . On reconnul, suivanl ce documcnl, que le moyen proposé par cel inventeur consislail dans une chautlicre d'eau bouillanle el dans des rou es allacbées a l'un el l'aulre bord du balimcnl. C'est a peu pres lou l ce que l'on connait de la découverte de Blasco, qui ne don na pas suite a ses e ais el cacha soi~neusement les parlies essenlielles de son apparcil. D'apres l'opinion d'Arago, cette menlion ne mérilerail pas de lig-urer dans l'histoire des machines a vapeur, pnisqu'on ne peal meme dire que cclle de Blasco en ful réelleme nl une, qu elle que soil tl'ailleurs sa di po ilion. Cependanl, Loul ccci prouverail que le désir de faire mouvoir les navires aulremenl que par les anliques procéclés, les rames et les voilcs, n'es l au moins pas récenl. FLURA~CE R1VAU LT (160~ ). - Un nomm é Da id Rirnull, sei gneur de Flurance, genlilhomme tic la chamhre de Henri IV et préce pteur de Louis Xlll, a écril un pelit trailé, les Étéments d.'artitterie, dans lequel il signale les cffcls de l'ca u chauffée el renfermée dans une boml>e ou daos un canon, disanl que l'eau se transforme en air, el fait éclaler levase qui la renferme ame un grand éclal. (t} Plusieurs auleu,·,, el en pa1·lic-ulicr J\I. Slale, onl cherché a éla blir des machi,;es a vaprur rolalivcs sur ce ey teme, mais sans en ohtr.nir les ré5u "lal5 qu·on en e~pérail. 11 y a une vioglainc d'anoées, on Yoyail chez 111. Philippe, ingénieur il París. un appareil de ce gen re exéculé sur une grande échelle, compo é de dcux bras creux d 'en , iron i melre de ra yo n, 11 1011ltls ur un axe h orizon tal crcux éga lemenl , el marchan!, en l1·c dcux disqucs fcrmé,, a des vilesses co ns id érab les qui ne per111ellaiPnL pa~ d ll niainlenir les boil,•s il éloup cs élanrh es pendanl bien lon"lcmp;. Commc la dépense de va11eur élaiL énorrn e comparaliremenL au peu de pui,:sance ol.Jlenue, on eul plus tard l'id ée de fairn l';ippareil uouble, c'esl-il- dirc d'en,·oycr la vapeu1·, qui avail pr oduil son aclion, ou plulol sa réaclion, ur les branchc- du premier. dan celle5 du secnnd, aOn d'eo li rcr encore qu r.lqu e chose. Le malheureux m éca nid r.n an glais, Gcorges, qui pasrni l, en i 840, pour l' un des premiers conduclcurs de locomoliv es, el qui a éló !'un e deo vicli111es de la calaslroplte arril éc sur le chemin de fer de Vcrsailles (rive gauche), en 18~2, proposail alor. une application de cr. sys léme aux machines locomolil rs avec lransini -sion d e mou,•e meuL p.,r poulie, el courroieo, el ne vo ul ail pas se rcndre aux ol.Jjl'clions que nous lu í fai sions il ce suji!L. Quoi (j'11'il en so il, toul a élé al)andrin né peu de Lcmps arres d'infruclueux essais.

MOTEUR

A VAPE

Nous ne pouvons mir lit aucnn précéuent quanl aux machines a vapeur, mais seulemcnl une preuve que In force expnn ive de ce íluitle élail. connue et conslalée, avec cclle restriclion, toulcfoi ·, que ses vérilables propriélés physiques n·e l'élaient pas encore, puisqu'on disail que l'cnu se lran formail en air quand. on la ch~uffait. 'ALO'IO~ DE CAus (1615). ous arrivons a l'bommc dont le nom 'esl conslarrlment prononcé par loute per onne qui . e reporte a l'oricrine des machines a vapeur. C'e L un pr.rsonnage d'aulanl plus inléressant q11'u11c tradilion populaire le représcnle comme un grand invenleur méconnu de son époque, et mcrne jelé dans un hópilal de fous par le cardinal de Hichelieu qu'il aurail ol.Jsédé de la na1·ralion incessanle de ses découverles. Or, . i nous no11s en rapporlons aux recherches d'Aracro et tle l\f. L. Fi 0 ·uier, Salomon tle Cans n'aurail pas une a11ssi grande figure hi Lorique et aurait encore moins élé nferm é i.t Bicclre. Voici ce que ces savanls écrivnins nous apprcnnent : alomon de Ca11s, né en 1576, parait ctre originnire de Normandic. Aprcs avoir passé une parlie tle a jcunes e i1 l'él11tle des arls et des cience , il fil _divers voyacres, el, se lrouvant en Ancrlclcrre, il eul la cbarge de mnilre de ele. sin de la princes e Élisabelh. 11 fi.1L chnrgé aussi par le prince de Galles de décorer le jardins <le Richemonl qni se lroUYcrenl ainsi enrichis, par ses soins, de slalues, grolles, fonlaines jailli sanles, ele. Plu Lard, la princesse Élisabelh aynnt épousé, en 1613, le duc de Baviere, Frédéric V, se fit accompno-ner en Allemagne par son mailre de Je sin, alomon tle Cau , en q11alilé d'ingénieur et d'archileclc. A Heidelberg, omme a Richem·ont, nolre cornpalriole fil mervcille dans la construclion des jartlins; el, par son ar!, des collines abruptes se vireul bienlól Lran formées en pares les plu bea11X et les plus frai , avec nombreuses grollcs rocailleuses el les jels d'eau les plus réjouissanls, ele. Or, dan le moment mcme ou l'archilecte normand 'occupait tles jardins de l'éleclcur Palnlin, il fil imprimer un recueil ou il rcndait comple d'une intinilé de problemes ré olus pnr so n art, Lels que conslruclions tle fonlaines, de jels d'eau, de jardin., ele. Ce r ecueil, écril en frnnc;ai et publié par Jean 1orlon, libraire anglais élauli a Francfort, porle le litre 11iYant: Les raisons des forces momwntes, avec diverses machines tanl uliles qiie plaisantes aus quelles sont adjoints plusie.urs clesseings ele grates et {antaines, par Salomon de Cau , ingénieur et arch itecte de on Allesse Palaline électorale. L'épilre de dédicace esl adressé it Loui~ xm, dont le privilége est cinté Je 1614: Aprc la menlinn de quelques appareils rrvant a démonlrer b force de l'air comprimé el de l'cau chauffée, « s'e:\hnlant en air, 1> on trouvc dans cel ouvrage la tl scriplion Je plusieur procédés pom· mellre l'eau en mouvemenl, puis un nutre procédé pour fnire éle\'er l'eau au-dessus ·de son niveau; c'e L cel arlicle, scul, qui a rapporlé a Salomon de Caus la gloire d clre proclamé chez nous l'invcnleur des machines a vapeur. oici exnclcment cel arlicle, avcc un Yérilable fac sirnile de la figure donnée par l'auleur, pour aider a son intelligence :

87 T li ÉORESll E

L'enu níonlcra, par nit.lc du feu, plus haul que son niveau. « Le troisiesme rnoyen de faire montcr ( l'eau) esl par l'aide du feu, donl il se «

peut faire diucrses machines; i'en donneray icy la uémonslralion d'unc. oil a l'enlour, a laquclle il y aura

« une baile de cuiure marquée A, bien soudée loul Fi~. 18.

un souspiral marqué D, par ou l'on mellra l'eau, el aussi vn luyau marqué BC, « qui sera soudé en haut de la bulle, et dont le boul C aprochera pres du foncJ, « sans y loucher; aprcs, faul emplir lauile baile cl'eau par le souspiral, puis le L>ien

ci:

•

, l OT EO RS A VAPEUH.

« rcbouchcr elle rncltre sur lcfeu; a lors la chn lc ur, tlonn ant cónlre lad ile

lfallc,

« fera monlcr loule l'ca u par le luynu BC (1) . »

Ainsi, pour ram cner au langagc usucl la descriplion de ce procéué, c'esl In pression ele la vapcur qui, se formanl daos·la spherc, agira sur la surfnce c.lu liquide non -va pori sé e l le fcra s'élcvc r c.laus le tub e plongcur A B, lorsqu'on ouvrira le robinct B. C'cst done sur ce t arlic l<', signalé ponr la prem iere fois par 1\1. Baillet, insp ec teur eles min es, que se fon de la répulnlion tle ~alomon de Caus, c.lonl les ouvragcs étaien l, pour ainsi <lire, inco nnus auparavanl. Arn go, clans sa curieusc noli ce, a cru pou-voir conserver ce litre de gloirc b. Salomon el e Cµus; mais 1\1. L. Figuier, clans son r éccn l lrava il imr In découverle <les machin es u vapen r, a cléclaré 11c pas pat lagcr celle opinion; e t nous avouons que nous sommcs un peu de son avis, sans qu e nolre opio ion commune puisse fair·e torl au grand as trooome et écri,ain qui ful loul heureux, clans son amour palrioliqu e, de cons latcr un e anlériorilé frani;ais e u cellc du marquis de Worces ler, des An glais, lo u lc mince que celle tl erni crc pui sse e lre. En effcl, l' ap¡rnrc il ele Sa loman de Caus indique un moele d'cmploi ulile de la vapc ur tl'cau, puisqn 'il s'agit, ainsi qu'il s'cxprirne, de fairc monler l'ea n au-ciessus de son ni ven n, ce c¡11i cousisle, clans tous.lcs cas, en une opéralion rn éca niqu e ou dans un lrava il dév cloppé. l\Iais Salomon de Cans en e,omprcnait-il Iui-mcme l'imp orlancc? E t son éc rit, noyé clu reste dans un e série cl'aulres dcscriplions. d' ol>jc ls ou p rocédé presr¡uc rutiles, n-l-il le caraclcre d'nne gra ntle pensée mise h jour par un génic puissammenl inspiré? ÉviJcmmcnt non. El nons su pposons bien que toule per onne qui connailra ccl écl'it, si clic lrouvc qu'il esl récllemcnl isolé et uniquc dans les ouvrages de Caus, parlage ra notre opinion. D'aillcurs, cet arcbilccte n' é lait pas le prcmier a signaler les effels d'expansion de la -va peur d'cau, ainsi qu'on l'a vu précéclemment, qu'on l'ait appelée vare nr ou ca u transformée en air. l\Iainlcnanl, quant a l' emp ri son n emerit ele Snlomon ele Caus, 1\1. L. Fi g uicr fail remarqu er que ce nx qui onl vo ulu y fa ire croire en ont eux-memes monlré la fausscl é par les erreurs ele dale qu'ils n'ont pas su év ilcr en fahriquant celle fahle . C'csl un e lellre allribuée a l\forion Delorme qui parut dans le jJfusée eles {am illes qu elqu c tem ps a pres la nolice el'Arago ; dans cclle lcllre, aclressée á Cinq-Mars, Marion Delorme raconlnil une vi · ite qu'elle avait faite a Bicetrc avec le marquis de \Vorces lcr, el oú on Ienr aurait monlré Salomon de Caus enfermé dans un cahanon d'o~ il criail aux visileurs qu'il n'éluit point fou et qu'il avail fail une découver le qui rnrichirnit le pays qui vou<lrait l'appliquer. Or, l\J. L. Figuict' foil rcmarquer riuc l'aulcnr impru<lent de ce lle le llrc l'a dalée du 3 févricr 1641, lauclis que la morl de Salomon Lle Caus remon le a 1630 (2) . Cet (l) Les Rolsnns des forces mouva11tes, 1615, p. 4, li vre premier. Cet ouvrage se lrouve a la bibliolheque du Comcrvaloire de arts el mét iers de París. (2) Celte dale e lrouv,• insc ril1•, d iL M. Figui cr , au r evers d' un porlrail de Salomon de Cau~, cons!'rré dans la gulerie d'unliqui tés de Hr,id clberg.

APER(::U HISTORTQUE.

écrivain ajoute aussi que Bicetrc, acquis par Louis XIII en 1.632, était, a cellc meme époque (1641.), une commanderie de Saint-Louis ou l'on donuait asile a d'anciens militair'es, et non un hópital. D'apres Dulaure, ce n'cst qu'en 16~6 que Bicetre, par !¡juite de la fonclalion de l'Hólel des Invalitles par Lonis XIV, ful transformé en succursale de l'Hópi1al général, appelé depuis Hospice de la Salvét1·iere. Mais que l'amour-propre nalional se console : si Salomon de Caus n'est pas le véritable inventeur des machines a vapeur, c'esl, comme on le verra plus loin, u.u aulre Fran~ais, PAPtN, auquel personne ne pourra contester l'idée premiere et réelle, non-seulement de l'emploi de la vapeur comme force molricc, en général, mais meme de son application a la navigalion. BRANCA (1629). - Amol de parler Ju marquis de Worcester (le Salomon de Caus des Anglais), on peut ciler un auteur italien, BRANCA, qui a décril, comme Salomon de Caus, divers apparcils de physique, parmi lesquels se lrouve une applicalion de la vapeur d'eau pour produire un mouvcment. Cet appareil consiste dans un rnse placé sur un hrasier, et d'ou part un jet de vapeur qui vient agir sur une roue garnie cl'ailcltes et la fait lourner (i). Oulre que cet écrit est poslérieur a ceux de Salomon de Cans, l'appareil décril n'a ancune ressemblance, meme avec les premiers essais de machines a vapeur, ce qui prouve qu'il est ·esté complétement inconnu des premiers expérimentaleurs, et ne conslitue aucunement nn jalon de la grande découvertc. Notons, néanmoins, une fois de plus, que l'atlenlion était éveillée, an moins chez bien des hommes de différenles nalio;ns. LE MARQUIS DE WonrnsTEn (1663). - Nous avons appelé cet homme le Salomon de Caus de l'Angleterre; car avec aussi peu et méme moins de litres qqe notre compatriote a l'invenlion des machines a feu, il en est proclamé unanimemenl dans son pays « le premier invenleur. » En effet, Salomon de Caus donnait au moins une figure de son appareil, ce que Worcesler n'a pas fait, car il n'exisle de luí qu'une description tres-confuse dans un ouvrage anglais intitulé : Centiwy o{ inventioris . Voici la traduction qu'en donne rago : « J'ai inventé un moyen admirable et tres-puissant d'élever l'eau a l'aide du feu, non par aspiration , car alors on serait renfermé, comme di ent les philosopbes, intra sphceram activitatis, \'aspiration ne s'opérant que pour certaines distances; mais mon moyen n'a pas de limite, si le vase a une force suffisanle. Je pris en elfet un canon antier dont la bouche avait éclaté, et l'ayant rempli d'eau aux trois quarts, je fermai par des vis l'extrémilé rompue et la lumiére ;" j'entretins ensuite aessous un feu constant, et au bout de vingt-quatre heures le canon se brisa en faisant un grand bruit. Ayant alors trouvé le moyen de formar des vases de talles manieres qu'ils sont consolidés par la force intérieure (2), et qui se remplissent !'un apres l'au tre, j'ai vu l'eau couler (1) C'esl encore une idée que l'on voil parfois renouvelée de nos jours par des cervcaux ereux qui n'ont aucune idée de la méea nique, el qui s'imagin enl avoir lrouvé quelque ehose de merv1•illeux. (2) Ce passage, diL Arago, a élé LraduiL prcsque Loujour, d'une 11ulre maniere : • Ayant découverL, fail-on dirc i'l. Woreesler, le moyen • de forliOer les vaisseaux inLérieu rem en f, efe, ele. " La phrase, je dois l'a,·ouer, est beaueoup plus raisonnable que eelle de ma version, muis e'esl presque un argumenl eonLr e sa fidélilé, lanl ,

MOTEURS A YAPEUH.

d' une maniere conlinue comme celle d'une fontaine, a la hauteur de quarante pied . Un vase d'eau ra~éfiée par l'aclion du feu, élevait quarante vases d'eau froide. L'ouvrier qui surveille la manreu vre n'a que deux ro bin els a ouvrir, de Lelle sorte qu'au moment ou !'un des deux vases est épuisé, il se remplit rl'eau froide pendant que rautre commence a agir, el ainsi snccessivement. Le feu est .enlretenu dan un <legré con Lant d'activité par les oins du meme ouvricr; il a pour cela Loul le temps nécessaire durant les inlervalles que lui laisse la manreuvre des robine.ts. »

· Ainsi, qn'a done fait le marquis de ,vorcesler de plus que Salomon de Caus, dont

le travail esl encore anlérieur de presque cinquanle ans? . Disons don e que 1:ien ne juslifie la rr.putalion faite a Worcesler dans son pays, puisque r éelleml'!nt nprcs lui la machine a vapeur éiail encore it lrouver. Srn SA~JU EL 1oREr,A:--o (1683). - Ce personnage esl forl ci lé en Ang1elerre ú pro pos de !'origine des machines a vapeur. Celle répnlalion lui vienl encore de quelques Ji gnes écriles par lui dans un manuscril que l'on conserve au Brislish l\Iuseum, el ayant pour tilre Élévation des eaux p ar toutes sortes de machines, etc. On y parle de la puissance de la vapeur d'eau el de la possibilité d'en tirer un parli ulilc comme force molrice. l\fais aucune disposition n'esl proposée pour l'applicatiou.

PREMIERS INVENTEURS DE LA MACHU~TE A

VAPEUR

DENIS PAPIN (t690 el 1695). - C'esl a DE 1s PAP1;-; que l'on pcut aujouru'bui, sans conteste, allribuer l'id ée primordiale de l'ernploi de la vapeur d'eau comme force molrice, el agissanl par l'inlerrnédiaire d'un mécanisme récepleur au lieu d'uliliser seulcmenl son aclion direcle pour des élévalions d'eau, comme paraissenl l'avoir pensé Salomon de Caus, en France, el \iVorcesler, en Angleterre. Denis Papio naquit a Blois, le 22 aoul 1647, d'une famille apparlenant a la religion r éforméc. Il commeni;a sa carriere par l' é lude de la méuecine, qui élail aussi la professioo de son pcre. Mais, dirigé bienlót par son goul pour les sciences malbémaliques, il vint a Paris oú il s' allacha au célebre HuvcE:--s, appelé en France par Je ministre Colherl, 11 l'époque ou ce granel homme d'Élal fondait l'Acadérnie des sciences. Papin, se lrouvanl associé aux lrnvanx du savanl Hollandais, eul l'occasion de faire di verses expériences sur un sujel qui _préoccupai l forl les physiciens de l'époqu~; il s'agissail de lrouver les moyens d'uliliser, comme force molrice disponible, 1

en général, les projels de Worers ler sonl ebim éririu es el exlrarngants. Au res te, voici le lcxle ori ginal : « Daving a wa y lo make my 1·1•ssr.ls o th a l lhey are slre11glh weá /,y lh c Ponen tuilhilt lhem, ele., ele. " ll m'a semhlé que force wilhin them ne peul pas dé · igner d es moy1m3 de eon solida lion inlérieurs . Si j'ai bi en compris ce paroles, p our rép o11dre il un e olij eelion qu 'il prévo~·ail , Worcester a jugé com·enabl e d'a surcr que ses nouvelles ehaudieres n'éclaleraienl jama is; el en eO'e l, il aurail aUeinl ce bul, si, comme il le dil, elles d evcnaienl d'aulanl plus forles qu e la Ya peur les prcs,erJ il ar ee plus d' inlens ilé de dedans en dehors. Celle eirconslanee donnera nolll'eau poids il l'opi11i on d e ecux qui p ensenl qu e Worcesler 11 'a jamais fail l'cssai de sa machi ne , mais je m'umpres·c de faire r Pmarqucr que loul cela esl s ms imporlance quanl il la queslion de priorilií qu'il faul clisculer ici. "

APERQU H fSTORIQUF. la puissance de l'almosplúrr , dont les propriétés veouient J'etre mises en lu1nib·e par les trava;,x <le Pascal, Torricelli, OLLo de Guéricke, etc. Les cssais des deux physiciens eurenl ponr premier résultal ime machine a pourl1·e , donl l'idée primilivc parail apparlenir a Huygens, qui en décrivit plus tard une disposilion qu'il se proposait de luí doirner. Celle machinf;! avait pour principe l' inGammalion de la poudre a c:mon, qui devail, en s'e ofla mmant, chasser l'air du tube qui la conlenait, et produire un vide au-dessous d'un pislon sur Jeque! la pression de l'almosphere pouvail alors deven¡'r effective el lransmeltre sa puissaoce a l'aide d'un cerlain m éca njsme relié au pislon. Cct appareil, qui fut posilivement !'origine de la découverle principale de Papin, n'·ent pas évidemmenl le sncc~s que l'on en atlendail; le vide ne s'y fai!,a il d'abord qn'imparfaitement, et d'ailleurs la p ondre a canon n'esl pas· un agent facilem en l maniable. Avanl de décrire ce point important eles lravaux de Papin, il est indispensable de dire quelques mots des principaux 1ncídents de son exislence, dont !'un surlout• ~ut pour résultat de priver la France de l'honneur d'avoir vu se faire chez elle les premíers essaís de la plus grande invenlion des temps moderncs. Apres avoir travaill é .avec H11yge ns, Papin passa en Angleterre vers la fin de '16i5 et continua ses rechcrches scienl ifiques avec BoYLE, savant Anglais, ou plulót Irlandais de naissance, qui cile lui-mem e l'u,lile coopéralion de Papín dans la conslruction des appareils de physique, et parliculi eremenl la machi ne pneumatique a deux corps, et le fusil a vent, dont il le donne m crne comme l'inventeur. C'est dans cetle période <;lesa vie, en 1681, qn'il 1H co1.urnilre un appareil qu'it avait imaginé el qu'il nommait. digesteur, de l'emploi auquel il le destinail, c'esla~dire /.1 la cuisson des víandes et des os :· c'est la célebre marmile dont nous avo ns dit un rnÓLdans les nolions préliminaires (§ 14). C'est aussi pour ce meme appareil • qu' il inventa la soupape ele súrelé, qn'il deslinait, disait-il, a permellre de reconnailre l'élat ele la tcmpérature inlérieure de la marmile et Je mesurer .facílement le poinl de cuisson des substances qu'il y renfermait. Papin quilta encore l' An gleterre et y revint cependant plus taro, mais a pres avoir parcouru divers pays de l'Europe. De relour en Angleterre, il se livra de nouv.eau a l'éluue d'une machine atmosphérique qui permit d'nliliser celte grande puissance nalurelle. A c~ pro pos, il présenla a la Sociélé ro ya le de Londres le_mod ele d'une machi ne qu'il disait propre a transporter au loin la force des rivieres. Ellé avait pour príncipe une grande machi ne pneumatiqu e mise en mouvemeut par une chute d'eau, et qui devail faire le vide dans un long tube métallique d~ns lequel se lrouvait un piston qui se serait alors avancé sous la pression almosphérique et aurait pu transmellre celte puissance a l'aide d'une corde ou autre organe mécanique. Ce sera, a vrai dire, le príncipe de nos chcmins de fer aluiosphériques actuels. Celle machine, sur laquelle Papin fondai~ beaucoup d'espérance, ri'eut aucun suGces; de la un profond découragemenl qui venait co1ncider encore a une tres-

l\IOTEUH.S A VAPEUR.

gra'.nde faiblesse de ressources. II songea done a revenir en Fra~ce; mais la révocation de l'édit de Nantes lni en interdisait l'enli-ée. Force lui fut de chercher une terre plus hospitaliere el surtoul rnieux avisée que sa patrie, oú, pour un molif le plus complétcment illusoire, on ne craignait pas de proscrire une partie des plus intelligenles de la population du pays. 1l vinl done a Marbourg, ou il ful chargé, par l'élecleur de Hesse, de la chaire de malhémaliques. C'est alors qu'apres de nouveaux essais súr les moteurs a poudre, il fil enfin connailre l'idée qu'il avait eue de remplacer ce dernier agenl par de l'eau se transformant en vapeur, el produisanl le vide par une promple condensalion. La premiere menlion de la découverle de Papin a élé faite par luí, en aotit 1690, daus un recueil rédigé en lungue latine, el publié a .Leipzick sous le tilre de Acta E1·uditorum. Une reproduclion un pcu éleudue du méme article a élé faite par Papin dans un de ses ouvragcs imprimés a Cassel en 1695, sous le litre de Recueil de diverses pieces touchant quelques nouvelles machines. Comme nous arrivons au grand poinl de la découvertc des machines a vapeur, nous <lonnerons la partie du lravail de Papin qui décrit parliculieremcnt son appareil et une copie exacte (fig 19) de celle qui s'y lrouve jointe. Apres avoir fait remarquer qu'il avait dti reno.n cer a l'emploi de la poudre pour opérer le vicie sous le pislon récepleur de la pression almosphérique, il dit que l'idée lui esl venue t.l'employer l'tau, qui se transforme facilemcnt en vapcur el se condense aussi bien, en ne laissant que le vide daos l'espace qu'elle occupait sous l'élat de fluide élaslique. Voici, e_n effel, de quclle fa~on s'exprimail Papin : « .•• J'ai done essayé de parvenir par une aulre route (que par l'emploi de la poudre) au méme résullat, el comme, par une propriélé qui cst nalurelle a l'eau, une pelile quantité de ce liquide, réduite en vapeur par l'aclion de la chaleur, acquiert une force élaslique semblable a celle de l'air, et revient ensuile a l'état liquide par le refroidisscmenl, saos conserver la moin<lre apparence de sa force élaslique, j'ai été porlé a croire que l'on pourruil conslruire des machines ou l'eau, par le moyen d'une chaleur modérée, el sans frais considérables, produirait le vide parfail que l'on ne pouvait pas obtenir a l'aide de la poudre a canon. Parmi les différenles conslructioos que l'on peut imaginer a cet effet, voici celle qui m'a paru la plus commode : « A est un tube d'un diametre partout é_;al, exactement fermé dans sa partie infúrieure; B est un piston adapté a ce tube ; H un manche, ou Lige, fixé au piston ; EH une verge de fer qui se meut horizontalement aulour de son axe; un ressorL presse la verge de fer EH de maniere a la pousser nécessairement dans l'ouverture H aussitót que le piston et sa Lige sont élevés a une hauteur telle que l'ouverLure soit. au-dessus du couvercle; C est un petit trou pratiqué dans le pislon, par Jeque! l'eau peut sortir du fond du tube A lorsqu'on enfonce, pour la premiére fois, le piston dans ce Lube. (l

Voici quel est l'usage de cet instrument: on verse dans le Lube A une peLite quantilé d'eau, trois ou quatre ligues, puis on intrnduiL le piston, et on le pousse jusqu'au fond,

a la hauteur de

APERCU HISTORJQUE.

jusqu'a ce qu'une partie de l'eau ver;;ée sorte par le trou C; alors ce trou est fortement bouché par la verge M ; on place ensuite le couvercle ou sont pratiquées les ouverlures nécessaires. Au moyen d'un feu modéré, le tube A, qui est en mélal trés-mince, s'échauffe bientót, et l'eau changée en vapeur exerce une pression assez forte pour vaincre le Fig 19. poids de l'atmosphére, et pousser en baut le piston B jm¡qu'au moo o ment .ou le trou H de la tige du piston s'éleve au-dessus dtr cou- . vercle; alors on entend le bruit de la verge EH, poussée dans l'ouverture H par le ressort. 11 faut, dans ce moment, óter aussitót le feu, et les vapeurs renfermées dans le tube a minces parois se résolvenL M bientót en eau par l'action du froid, et laissent le tube parfaitemenl vide d'air. On retire ensuite la verge EH de l'ouverture H, ce qui permet a la tige de redescendre; aussitót le piston B éprouve la pression de tout le poids de ratmosphere, qui produit avec d'aulant plus de force ce mouvement désiré que)e diametre du tube est plus grand. On ne peut douter que le poids de la colonne atmosphérique ne soit A mis tout entier a profit daos des tubes de cette espéce. J'ai reconnu par expérience que le pistoo élevé par la cbaleur au baut du tube redesceudait peu apres jusqu'au fond, et cela a plusieurs reprises, en sorte que l'on ne peut sup?oser l'existence de la plus petite quanLiLé d'air qui resterait dans le fond du tube; or, mon tube, dont le diametre n'excéde pas deux doigts, éleve ccpendant un poids de 60 livres avec la meme vitesse que le piston descend dans le tube, et le tube lui-meme pese a peine ts onces. Je·suis done convaincu qu'on pourrait faire des t.ubes pesant au plus 40 livres chacun, et qui cependant pourrait a chaque mouvement élever a 4 pieds de baut un poids de 2,000 livres. J'ai éprouvé, d'ailleurs, que l'espace d' une minute suffit pour qu'avec un fcu mod éró le piston soit porté jusqu'au haut de mon tube ; el comme le feu doit etre proportionné au diametre des tubes, de tres-grands tubes pourraient etre chauffés presque aussi vite que des petits; on voit clairement par la quelles immenses forces motrices 011 peut obtenir au moyen d'un procédé si simple, et a que\ bas prix. On sait, en effel, que la colonne d'air pesanl sur un lube de ~ -pied de <liarnelre, égale a peu pres 2,000 livres; que si le diamétre est de 2 pieds, ce poids sera environ de 8,000 livres, et que la pression augmentera ainsi de suite en raison des diametres. Il suit de la que le feu d'un fourneau qui aurait un peu plus de 2 pieds de diamétre suffirait pour élever a chaque minute 8,000 livres pesant a une bauteur de 4 pieds, si_l'on avait plusieurs tubes de celte bauteur; car le feu, renferi:né dans un fourneau de fer un peu mince, pourrait etre facilement transporté d'un tube a un autre; et ainsi le merne feu procurerait continuellement, soiL dans l'un, soit dans l'autre tube, ce vide dont les effets sont si puissants. Si l'on calcule maintenant la grandeur des forces que l'on peut obtenir par ce moyen, la modicité des frais nécessaires pour acquérir une quantité de bois suffisante, on avouera sans doute que notre méthode est · de beaucoup · supérieure a l'usage de la poudre a canon, dont on a parlé plus haut, surtout puisqu'on obtient ainsi un vide arfait, et qu'on obvie aux inconvénieuts que nous avons énumérés. Comment peut-on employer cette force pour Lirer hors des mines l'eau et le minerai, pour lancer des globes de fer a de grandes distances, pour naviguer contre le vent et pour faire beaucoup d'autres applications? C'est ce qu'il serait b~aucoup trop long d'examiner. l\fais chacun, dans l'occasion, doit imaginer un systéme de machines approprié au but qu 'il se propose. Je dirai ccpendant ici, en passant, sous combien de rapports une force motrice de cette nature serait préférable a l'emploi des rameurs ordinaires pour imprimer le mouvement aux vaisseaux: ~• les-rameurs ordinaires surcbar.gent le

91,

.M OTEUR

A VAPEUR.

vai!:'seau de lout leur poids, et le rendeut moios propre au mouvement; 2º ils occupent un grand espace, et par conséquent embarrassent beaucoup sur le v~isseau ; 3º on ne peut pas t~mjours trouver le nombre d'hommes nécessaires; 4º les rameurs, soit qu'ils travaillent en mer, soit qu'ils se reposent daos le port, doivent toujours etre nourris, ce qui n'est pas une petile augmentation de dépense. os tubes, au contrairc, ce chargeraient, comme on !'a dit, le vaisseau que d'un poids tres-faible ; ils occuperaient peu de place; on pourrait .se les procurar en quantité suffisan le s'il existait une fois une fabrique pour les confectionner; et enfin ces tubes ne consumeraient du bois qu'au moment de l'ac tion , et 'n'enlralneraient aucunc dépense daos le port. Muis comme des rames ordinaires seraient mues moins commodément par des lubes de celle espece, il faud .rait employer des roues a rames telles que je me souviens d'en avoir vu dans la machi ne construite a Londres , par l'ordre du sérénissime prince palatin Rupert. Elle était mise en mouvement par des chevaux a l'aide de rames de cetle espece, et laissait de bien loin derriere elle la chaloupe rorale , qui avait cependant seize rameurs. Il n'est pas doutenx que nos tubes pussent imprimer un mouvement de rotation a des rames fixées a un axe, si les tiges de pistons étaient armées de den1s qui s'engreneraient néces airement dans des roucs également denlées et fixées a !'ax e desrames. Il serait nécessaire seulement que l'on adaptat trois ou quatre tubes au meme axe, pour que son mou vemen_t put continuer sans inlerruption. En eff et, tandis qu' un pis ton toucherait au fond de so~ tube , et ne pourrait plus, p~r conséquent, faire tourner !'axe avant que la force de la va peur l'eut élevé au Eommet du tube , on pourrait, au moment meme , éloigner l'arret d'un autre piston qui, en descendant, contiuuerait le mouvement de !'axe. Un aulre piston serait ensuite poussé de la meme maniere et exercera it sa force motrice sur le meme axe, tanuis que les pistons, abaissés en premier lieu, seraient de nou veau élevés par la chaleur, et se relrouveraient ainsi en état de mou voir le meme axe de la maniere précédemmen t décrite. D'ailleurs, un seul fourn eau et un peu de feu suffiraient pou r élevrr uccessivement tous les pi.tons . Mais on objectera peul-etre que les denls tics tiges engrenées dans les dents de ron es exercercint sur ]'axe des actions en sens • inverse, quand el les descendront et quand elles remon teront, et qu'ainsi les pistons mon tants contrarieront le mouvement des pistons descendant , et réciproquemeut. Cette objection est saos force. Tou les ~écaniciens connaissent parfaitement un ,moyen par Jeque! on fixe a un axe des roues dentées qui, mues dans un sens, en tratnent !'axe avec elles, et qui, daos l'autre sens, ne lui commu11iqueut aucun mou vement , et le laissent obéir librement la rotation opposée. La principale difüculté est .done d'avoir une fabrique o ü l'on forge facilcment ces grands tu bes, comme on l'a dit en détail dans les Acles des érudits, du moi,; de septembre ,1688. Et cette nouvelle rnachine doit etra un nouveau motif pour accélérer cet établissement, car elle démontre clairement que ces grands tubes pourraient etre appliqués Lres-commodément a plusieurs usagcs importanls (~). »

Ce mémoire élablit cerlainement, de la fac;on la plus péremptoire, la part que pourrail rcvendiquer notre compatriote, non-seulement de l'invenlion <les machines a vapcur, mais encore de leu_r npplication a la navigalion. Ce Jcrnier point méme n'esl pas resté pour Papin a l'état de simple prévision, car il cs t maintenant cerlain qu'il a fait conslruire', de 1706 a 1707, un balcau fondé urce príncipe, lequel baleau fut détruit par les mariniers du Weser, qui s'oppos_a ient a son enlrée sur ce fleuve. Ces fails ont élé prouvés par une correspondance de Papin avec Leibnitz, retrouvée récernment par :M. Kuhlman, professeur a l'universilé de Hanovre, et com·¡1)

Acles des érudils, ao CIL 1690. (Extrail d'une lraduclion de M. L. Figuicr.)

APERQ. llISTORIQUE.

muniquéc a l'Académie des scienccs de Paris dans la séance du · 29 mars ·1852. A partir de ces derniers rcvcrs, Papiu, tléju v-ieux el réJuil pour ainsi dir.e. ü .la miscre, fut a peu pres errnnl en Europe, chcrchaot. un foyer pour y lerminer ses jours. Il parait que l'on n'a pu parrcnir a fixer cxaclcmenl le .Jieu ni l'époquc de sa rnort, qni a clfi avoir lieu, néanmoins, aprcs 1714, puisqu'une lellre tic Leibnilz, de cclle dale, parle de luí comme élanl de relour en Anglclerre. En résumé, Papin esl le premier qui ail cu l'idée de se servir de la vapeur pour faire le vide sous un pislon, el uliliser 1a pression atrnosphérique en en ,léduisanl une force mécanique capablc d'clre lransmisc par des organcs quelconques. ionsculemenl celte idée élail juste el fondamentale, rnais encore tlle étail pralique; el les machines qui furenl conslruiles immédialemenl aprcs onl élé élablics sur ce príncipe, el lelles, onl rendu de véritables services a 1'industrie. Si Papin n'a pas fail davanlage, co1nmc réalisalion, oh ne peul l'altribuer qu'a un désordre cl'idécs, issu cerlainemenl de sa Yie errante el •avenlurcusc, el de la situalion que sa proprn patrie lui avail faite. On doit cerlainemenl a l'édil qui le. frappa de proscriplion de ne pas avoir v11 uaitre chez nous les vérilables premieres machines lt vapcur. LE CAPJTA_IN!, S..\YrnY (1698). - Si l'on veut donncr légalemcnl a chacun la parl qui lui rcvienl, on dcvra reco11nailrc que l"Angfois, T110MAS SArnnY, ful le prcmier, entre les hommr.s des différcules .nalions de l'Europc, quiemploya la vapcur u produire un travail réel. l\Iais nous ajoulerom, pour les rnemes motifs d'équilé, que son appareil n'cst aulre chose qne la réalisalion pralique des idécs émi es d'abord pa1· Salomon 1le Caus, et plus lard par le marquis de Worcesler. Thomas Savery, d'abord simple ouvrier des mines, puis plus tard capilaine de marine· el ingénieur distingué, eul la pensée de conslruire un appareil qui ful ulilem enl applicable au clesséchemenl des mines de houillcs donl on s'occupail déja avec bcancoup d'ardeur. . 11 connaissail p~rfailemenl les travaux de Papin, donl il élail alor:s queslioq en Anglelerre. Disons que si l'on s'occupail des travaux de nolre compalriole, c'élait en les criliquanl séveremenl. Robcrl Hoo1 e, cnlre aulres, ne manquail pa de J'aire remarquer combien la disposilion de l'apparcil élait vicieuse, par sa marche len\e el la néccssilé de relirer le feu de dessous le pislon pour cbacun de ses mo'11vemenls. En ccla,-le critique anglais n'avait que le tort de ne pas s'apercevoir du pcu q11'il eúl élé nécessaire de faire p,o ur rendre pratique un príncipe q~1i avait pour luí la vérilé. Savcry préféra d-onc invenler quelí¡ue chose que d'essayer de perfeclionncr l'appareil tle Papin. La disposilion qu'il adopta, el pour laquclle une patente lui ful délivrée en 16'.l8 (1), consislail dans un appareil ou la v:ipeur ctcvail agir dircclcmenl sur l'eau q11c l'on voulail élcver, analogue en cela a la mélbode de Salomon • (t ) Tretlgold, dans son Trailil des 111arhi11es /J vapeur, foil remarque,· que c'.ist la premie:e palenli! délivrée en A11~leterre pour une machinc a fc u.

MOTEURS A VAPEUR.

de Caus, si ce n'est que la vapenr dcvait elre formée dans un récipienl indépcndanl des vases ou l'eau élevéc dcvait se rendre. Celle macbine, succcssivement perfeclionnée par son aulcur, a élé décrile par lui, en 1699, dans une brochure inlilulée l'Arni d11, mineur (The Aliner's {riencl). Voici, <l'apres Tredgold, en quoi elle consistait, au moins, lorsqu'elle ful arrivée a un cerlain poinl de perfcctionnemcnt. Fi go. 20.

Une chaudiere A (fio-. 20), monléc sur un fourneau, élait mise en communicalion avec un récipicnt semblablc B au moyen d'un conduil C muni du robincl a; ce récipient élail lui-mcme en relalion, par a parlie inférieurc, avec un lube d'ascension D plongcanl par le pied dans l'eau que l'on voulail éptiiscr, el monlant jusqu'a un chcnal E qui dcvait rccevoir l'eau élcvéc. Ce lube D élait aussi muni de <leux soupapes bel egue nous appellerons soupapes d'aspiralion el de rcfoulemenl, par 1eurs fonclions loul a fait idcnlic¡ucs a ce qui se passe dans une pompe élévaloire o.u pompe foulanle ordinairc. En ouvrant le robinel a, la vapcur se renclait dans le récipicnt B dont elle ne lardait pus a chasscr l'nir, ainsi que cclni contenu dans la parlic supérieure de la colonne d'ascension D. On fermail alors le robinet a et on ouvrail cclui d qui laissail éco11ler de l'eau froiue sur le récipicnt B; la vapcur se condensait, d'ou résultail un vide parliel sous l'influencc duc¡ucl !'can s'élevait dans la colonne d'ascension, soulevait le clapct b et remplissail le récipiPnl.

APER~U HISTORIQ E.

ün ounait de nouveau le robinet a donnanl issue a la vapeur qui, venaut faire pression sur l'eau, la forc;ail de soulever le clapel e et de s'élever daos la parlie upérieme de la colonne d'ascension jusqu'au chenal ou elle élait déversée. Il est facile de r.omp1:endre mainlenant que, pour conlinuer l'opéralion, on devail de nouvean refroidir levase Ben amenanl exlérieuremenl de l'cau froide,. ce qui donnait lieu a une condensalion el a une nouvelle élérnlion de l'eau inférieure. Jl esl a peine nécessaire d'ajouler que celle macbine ne possédait pas tous les élémenls d'une complete réussile. En effet, la vapeur devail acquérir une prcssion tl'autanl d'almospheres plus une, que l'eau deYait elre élevée de fois 10 melres de hauleur au-dessus du niveau de la cbaudiere, soil 6 aimosphcres pour f>O melres; et il élait alors lres-difficile d'élablir des vases assez solidement clos pour résisler a de haules pressions. Il parail, d'ailleurs, que Sayery n'a pas eu l'idée d'appliquer la soupape de surelé de Papin (1), ce qui fait qu'on n'osa pas éle er de l'eau a plus de 40 pieds ele hauleur, de crainle d'explosion; la pression de la vapeur clevail alteindre pour cela un peu plus de deux almospberes. Cependant, celle pressiou aurait élé poussée une fois jusqu'a 8 ou 10 almopheres; muis Je physicien Désaguliers clit qu'alors les souclures des vases se fondaienl et les joinls s'ouvraient. _ Et puis elle ne pouvait pas élever par aspiralion, ainsi qu'une pompe, a plus de 10 melres, au maximum. Au si ne pul-elle elre employée que pour de élévalions peu importantes, au lieu. de servir pour les mines, suivant l'inlenlion de l'invenleur. Iais, si peu que ce!a soit, elle a élé appliquée, ce qui Jui conslilue un lilre suffisant a une menlion dans l'histoire. i son príncipe est Je meme que cclui de l'appareil de alomon de Caus, on y relrouve de plus l'idée d'une chaudiere intlépendan le pour la produclion de la vapeur el l'application de la conden alioo, imaginée par Papin. EWCOM EN, CAWLEY et SAVERY (170f>). - Les essais de avery n'en devaient pas moins allirer l'altenlion des induslriels en Anglelerre, et perrnellaienl de souJever un peu le Yoile qui cachait encore l'avenir de celle puissante innovalion. · Deux obscurs arlisans, THOMAS EWCOMEN et JEA:-1 CAWLEY, l'uo serruricr et l'aulre vilrier, eurent un jour l'occasion de voir fonclionner un appareil de avery; ils corn;urent bienlót l'cspéraoce de lirer un meillcur parli de ce príncipe do11l les premier résullals avaien_t suffi pour le émerveiller . • ewcomeo entretenail quelques relalions avec Robert Hooke, le rneme que nous avons vu criliquant l'invenlion de Papin. 11 lui fit part de quelques idée qu'il avait au sujet de la mncbine de aver , et liook lui répondit en lui donnanl connai anee de l'appareil de l'ingénieur frarn;ais, mais en renouvelant es crilic¡ues a son éo-ard. On a relrouvé dans ses papiers un hrouillon d'une lellre adre sée a . ewco(! )

Le physicien fran~ais, Désaguliers, a faiL l'applicalion de celle soupape l.

a l'appareil de SaYery, ,·crs 1717. 13

MOTEURS A VAPEUR.

men 011 il lui disail ·= « i Papin pouvait faire le vide subitement elans s_o n cylindrc, votre affaire serail faite. " Or, cclle rév élation suffit a ewcomen et Cawley pour augmenter leur espoir de réussir; et bicnló-t Newcomen eut conslruit au coi u ele sa forge » (elit M. L. Figuier ) le mot.lele primilif <le !'une eles premieres machines a vapcur réelle¡:. Les <leux homrn es ele génie n'enrcnt qu'a Lransformer l'idée de Papin en l'amélioranl de la mot.lificali on indiquée par Hooke, une condensation subite, et combiner uu rnécanismc de transmission pour l'appliquer au piston récepleur; en y adnplant la chau<li ere ind épenelanle de Savery, la machine, pour ainsi dire moderne, ful inv.cnlée. La mot.lification apporléc par ewcomen et Cawley u la machine de Papin co11sislail <l'abord a produire de la vapeur elans un récipient indépenelanl et a la diriger par un coneluil dans le cylinelre 011 devait se mouvoir le pislon; puis a projctcr de l'eau froide sur la surface exléricure <lu cylindre pour le refroielir et conden er la vape11r lorsqu'il élail arrivé au bout de sa course et que la pression almosph éric¡uc devait agir. Ils réclamerent alors une patente. i\fais Savery, qui pensnit voir la un empiélcment sur les elroils qu e la sienne lui conférait, fü opposition a· leur demande. · Iieux a visés que beaucoup d'invenleurs de nos jours, ewcomen et Cawley préférer ent s'associ er ar ce avery plulót que de plaidcr. C'est de la que vinl la liaison qu e nous voyous entre ces trois hommes qui s'enlr'aidcrent pentlanl c¡uelq11c temps pour foire faire u.11 premier pasa la no11velle machi ne. C'est sous celle raiso11 sociale qu' une patente leur ful, elil-on, délivrée en 1í05 (1). Cepentl ant l'nssocialion ne persista pas, car peu de lemps apres on ne relrouve plus que les nom des d eux premiers i11venleurs. lis oblinren t, vers 1712, <l'élablir une machi ne de leur sysleme pour opérer l'épui. sement rl ' unc mice de houille. Elle fonclionnait déjá Iorsqu'une circonslancc fortuil c Yint le ur révéler un nouveau perfeclionnemeut fondameolal a lui apporler. Un j our qu' ils l' cxaminaient marcher avec celte lenteur inévilablc, due a la coh<leusalion opérée seulem.ent par le refroitlissemeot extérieur du cylintlre, ils la virent preudre subilem enl une allure beaucoup plus vive. Vérificalion faite de l'élal de march L•, ils el écouvrirent qu'un e porlion de l'eau, qu'on élait dans l'habiluele de mellre a u-tle us elu pislon, pour mi eux élancher son joint avec les parois tlu cylintlre, avait péné lré au-d essous du pislon, en le traversant, par un petit trou qui s' y lrou vait accid e nlellement, et en se trouvant elircctemenl en conlact avec la vapeur, elle a vait opéré sa contlensalion plus rapidemenl qu'a l'ordinaire. Ce fut, pour l'homme el e génie qui sul faire celte déduction, un lrait ele lumicre pour l' a, enir. Au lieu ele tliriger l'cau ele condensation dans l' enveloppe qui garnis, 1(

(1) 11 y a la une in"'uliere ol>jeclion a fa ire. Les aut eurs le:1 plus avanl s el les plus spéciaux, Arag~. Tredgo ld el l\I. L. Fi., uier, fo nl menlio n de celle patente, eL cependanl il uo us a élé im possib le d'en trou ,·er la moin<lre trace da n les ancien · documenls qu i don nenl la lisie complete des pa tent es délivrées en An gle lerre depuis l'ol'i gin e tle la plu a ncienn e loi ; nous n'y aYons vu qu e la patente déliv rée a a1·ery, en H9 . La seul e menlion q ui ai l élé fa ite, a ce ll e époque, des lra vaux de ewcomen, se lrouve da ns l 'E11r ycl opédie 111élropolilai11e de Londres.

APERQU HISTORIQUE.

99 sail exlérieuremenl le cy1indre moteur, il l'injecla dans le cylindre mcme; el par la condensalion, désormais plus rapiue, la rnachine pul donner huila dix coups par minute. A parlir de cel inslanl, la rtiachine, qui prit alors le nom de EWCO)IEN, se répandil rapidcmenl en Anglclerre, et l'on pourrail dire q11'elle existe encore aujourd'hui dans cerlaines localilés. La fig. 2f permellra de bien se rendre comple de ce qu'élail cet appareil, dans lequcl nos lccleurs ponrronl d'aillcurs reconnailre plusieurs des élémenls principaux de nos machines modernes. Comme il a rc¡;n de no,nbreuses applicalions, il a élé reproduil par presque tous les auleurs, et sous 11ivers aspecls. L'image que nous en donnons ici rcrienl i1 lleu pres a celle que représcnla Tredgold dans son Traité des machines a vapewr. ll esl imporlanl de faire rcmarquer, toulcfois, que ce n'esl gucre qu'une figure de príncipe, allendn que loul imparfaile qu'elle élait, cc lle machine a cependanl rei;u divers perfeclionnemenls, que nous n'indiquons pas, mais dont il sera qucslion plus loin. Fig. 21.

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l.rNE! ER T.

On voil, a l'aide de la figure 2-1., que la machine comprcnd un cylindre A monté <lireclement :au-dessus d'une chaudiere B avec laquelle on peul le mellre en communicatiou a l'aide d'un robinet a. u plateau D, servant de pislon, se meut dans ce cylindre; il est comme suspendu a un balancier en bois donl les exlrémilés formenl deux segmenls de cercle sur lesquels s'appliqnenl deux chaines dont l'une

100

l\IOTE RS A VAPE R.

por le le piston D el l'aulre la tringle a contre-poids D', qui n'esl autre · chose que la tige de la pompe d'épuisement mise en mouvement par la marche ·du pislon. Pour connailre le jeu de celle primilive macbine, on rémarquera qu'en ouvrant le robinet a, au moment ou le pislon est au bas de sa course, la vapeur de la chaudiere· exerce sous lui une pression qui n'a besoin que d'elre égale a celle de l'atmosphere pour l'élever jusqu'en haul du cylindre, parce que la tige Del son conlrepoids sonl suffisanls pour foire équilibre a tout le sysleme et vaincre la résistance de la pompe élévaloire daos sa course descensionnelle. Le pislon parvenu an sommel de sa course, comme la figure !'indique, on ferme le robinel a el on en ouvre un aulre b qui permet a une porlion de l'eau contenue daos un réservoir spécial E de se répandre en gerbe dans l'intérieur du cylindre rcmpli de yapeur. Celle eau condense la vapeur, délruit sa force élastique et donne lieu ainsi a un vide sous Je pislon, ,·ide parliel, mais suffisant pour que l'exces de la pression almosphérique en dessus le fasse redcscendre en snrmonlant la résislance opposée par le poids de la tige D, el de la colonne d'eau soulevée par la pompe. Lorsque le piston esl revenn au bas de sa course, on ferme le robinel d'eau froide el on ouvre simullanément celui de la vapeur, et le mcme jeu recommence. Un tuyau e aboulissanl au fond du cylindre, et dont on ouvre de temps en temps le robinet, permel de faire évacuer l'eau qui s' amasse a chaque coup. • Ainsi, avec de la vapeur qui alteint seulement une pression almosphérique, on peut créer une puissance aussi grande qu'on le voudra suivant la dimension donné~ au pislon. Supposons que l::t pression atmosphérique exlérieure dépasse seulement de Ok6 par centimelre carré la conlre-pression inévitable qui reste au-dess9us du pislon, par suite d'une condensalion imparfaite, si celui-ci a ·l mell'e de superficie, il pourra encore, en s'abaissant, soulever une charge de 6000 kilogrammes. La machine de ewcomen subsista longtemps, et fut employée dans cet élal tanl que les nolions de physique ne furent pas assez completes pour donner naissance aux idées fondamentales propres a la perfcctionncr au point de vue d'une plus grande ulilisalion de la puissance de la vapeur et du combustible employé. Cependanl la conslruclion en fut améliorée, et surlout la manreuvre des robinels, qui se fai ail a la main dans l'origine, et qu'on relia au mouvement meme dubalancier, de favon que la machine fit elle-meme sa dislribulion. Toule simple que puisse nous paraitre celte idée de disposer un tel mécanisme se servanl lui-meme, d'une fai;on aulomalique, il avait cependant sa difficulté de conceplion, puisque les ino-énieurs-inventeurs n'y penseren{ mcme pas et qu'on le doil pour ainsi dire au hasard. En eITet, l'auleur est un enfant qui ne songeait certainement pas faire une chose aussi importante. C'esl, du reste, une anecdole assez répandue que celle-la, comme tout ce qui tienl un peu au merveilleux. Voici comment Arago l'a raconlée : La premiare machine de ewcomen exigeait l'altention la plus soutenue de la part de la personne qui fermail ou ouvrait saos cesse certains robinets, soit pour introduire la vapeur aqueuse

APERQU HISTORIQUE.

1.01

dans le cylindre, soit pour y jeter la pluie froide destinée a la condensar. 11 arrive , dans un certain moment, que cette personne est le jeune Henri Polter. Les camaradas de cet enfant, alors en récréation, font entendre des cris de joie qui le mettent au supplice. Il brtlle d'aller les rejoindre, mais le travail qu'on lui a confié ne permettrait méme pas une demi-minute d'absence. Sa tete s'exalte; la passion lui donne du génie; il découvre des relations dont jusque-la il ue s'était pas douté. Des deux robinets, !' un doit etre ouvert au moment ou le balancier, que Newcomen introduisit le premiar et si utilement dans ses machines, a terminé l'oscillation de:;cendante, et il faut le fermer, toutjuste, a la fin de l'oscillation opposée. La manreuvre du second est précisément le contraire. Ainsi, les positions uu balancier et celles des robinels sont daos une dépendance nécessaire. Potter s·empare de celta remarque. Il reconnatt que le balancier peut servir a imprimer aux autres pieces tous les mouvements que le jeu de la machi ne exige, et réalise a l'instant sa ce1nception. Les extrémités de plusieurs cordons vont s'attacber aux manivelles des robinets; les extrémités opposées, Potter les lie a des points convenablement choi is sur le balancier; les tractions que celui-ci engendre sur cerlains cordons en montant, les tractions qu'il produit sur les autres en descendant, remplaceut les efforts de la main; pour la premiere fois, la machi ne a vapeur marche d'elle-méme; pour la premiere fois, on ne voit aupres d'elle d'autre ouvrier que le cbauffeur qui, de temps en temps, va raviver et entretenir le feu sous la cbaudiere . . Aux licelles du jeune Potter, les constructeurs substituerent bientót des tringles rigides verticales fixées au balancier et armées de plusieurs chevilles qui allaient pre ser, de baut en has ou debas en haut, les tetes de différeuts robinets ou soupapes. Les tringles elles-memes ont été remplacées par d'autres combinaisons; mais quelque _humiliant que soit un pareil aveu, toutes ces inventions sont de simples modifications du mécanisme que suggéra a un enfant le besoin d'aller jouer avec ses petits camaradas. (Éloge de Watt, Annuaire du b~reau des longitudes , 1838.)

LEUPOLD (1.720).-;- Les principaux historiens de la machine a vapeur menlionnent le nom de LEUPOLD, mécanicien allemantl, comme s'étaut aussi occupé des machines . a fe1.1,. . La part de Leupold a la grande invenlion consiste dans l'idée, qu'il semble le premier avoir émise, d'employer la vape1.1,r a haute pression en la faisant agir direclement sur un piston, et la laisser échapper ensuile dans l'almosphcre ambiante, · donl la pression ne se trouvait ainsi aucunement µlilisée : c'est le príncipe de nos machines a haute pression actue~les. Leupold a foil connailre son projet dans un vasle trailé des machines qu'il publia en 1.724, a Leipsick, sous le füre de Theatrum machinarum (1.). C'esl un Lravail tres-imporlant pour celte époque. L'ouvrage comprend plusieurs vol u mes clu formut in-folio, traitant respeclivemenl de la rnécanique générale et de l'hydraulique. C'esl dans celte derniere parlie qµe se trouve un chapitre consacré aux machines a feu, marchant par l'air ou par la vapeur, mais appropriées a des élévalions d'eau. Apres avoir décrit quelques appareils o_u l'air échauffé est l'agent employé pour faire mouvoir de l'eau, Leupold a fait connailre une machine qu'il altribue a Papin, et dans laquelle c'est la vapeur d'eau qui agil l)Our élever de l'eau qui serta ali( t) Voir

Th ealr1 machinarum hydraulicarirn, t. U, tab. 43. - Leipzi g, édilion de i774.

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iHOTEURS A VA.PEOR.

mcnlC'r une roue hydraulique en dessus, clevrnant alors le récepleur de la force molrice. Sans nous an;-eler a celle derniere condilion qui esl vicieuse et qui prouve 'Seulcmenl que Papin sorlail mal a propos du vérilable chcmin, pourlanl bien indiqué pa·r sa découvcrlc primilive, il sumra de fairc rcmarquer c¡ne l'on y trouve l'idéc d'employer la rnpeur i'.t haute pression, sans condensalion, el l'usa_ge d'un robinel ü qualre chemins, que Papin iuvcnlail. Voici (íig. 22) l'appareil de Papin lcl que l'a donné Lenpold, mais réduil tt moilié rle grandeur de la g-ravure originale. Fig. 22.

A esl une chaudi·cre d'ou la rnpeur se dislribur, aWfrnalivemcn1, par dcux conduils B, a deux réservoirs C, en commu11icalion par leurs parlies inférieures a,,cc un bassin D tonjours alimenté d'eau. Les lubes rccourbés E, qui élablissent cetle communicalion, sont rnunis, au fond de ces réservoirs, de clapets a s'ouvranl de dchors en deuans po11r y lnisser pénélrer l'eau lorsque la pression almosphérique excede celle de l'inléricur dcsdits réservoirs C. L'aclion principale de la vapcur esl toul a fail analogue a celle de la machine de ' nycry. Ainsi la vapeur vienl presser sur l'eau conlenue dans les capacilés C et la force de s'éle,er par le conduil élérnloirc F qui aboulit a l'auge G de la roue hydraulique H, sur laquelle l'eau se déverse, la foil tourner et relombe dans le premier hassin D pour elrc de nouveau éleYée. Muis au lieu d'elre condensée lorsqu'elle a produit son effel, la vapeur repasse par le conduit qui l'a amenée el s'échappe librement dans l'almosphere. Le simple examen de la figure nous permel aujourd'hui de comprendre com-

... APERQU HISTOEUQUE.

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ment celle Jislribu,Lion s'.oper_e. On voit, en effet, le robinet J, imaginé par Papin, Jont la clef est percée de deux lumieres qui meltenl allernalivement chaque réser.. Yoir C en relation avec la chau<liere ou avec l'atmosphere, ·en faisant faire un quarl de tour a la clef. Par conséquent, les rnouvemenls de l'eau dans les réservoirs C sont ·a1ternatifs: lorsque i'eau s'éleve dans l'un par l'effet de la pression exlérieure, elle est repoussée de l'aufre par la pression <le la vapeur; et, dans la meme phase des mouvemenls, la vapeur sort du premier pour s'échapper dans l'almosphere, et va de la chaudiere dans le second pour Y. exercer son action. éelte machine, pas plus que celle de SaveFy, n'élait exempte du défaut de ne pouvoir élever de l'eau sans donner une grande tension a la vapeur, qui devait d'ailleurs perdrc beaucoup de sa Lempéralure et de sa puissance lorsqu'elle arrivail en cont_a ct avec l'cau froide a élever. · l\Iais Leupold, mcttant a profil sa disposition <l'ensemble, eut l'heureuse jdée de subslituer des cylindres a pislons aux réservoirs C et d'en oblenir un monvement parcil áux machines de Newcomen pour faire marcher des pompes. Nou::; reproduisons également le dessin réduit a moitié de celui qu'il donna, el c1ue représente la fig. 23. Rig. 23.

Aprés la dcscriplion de la machine précéclcnte de Papin, celle-ci pourrait etre comprise u l'nide de la figure seule. On reconnait tres-bien les cylindres C munis de leurs pislons D sous lesquels vient agir alternalivemcnt la. vapeur fournie par la chatl(liere A et distribuée par le robinet J. Les pistons commandent les pompcs F par l'inlermédiairc des balanciers E; chnque piston s'élcve sous l'exccs de prcssion de la vapeur sur l'almosphere; et, daJ1s le mouvemenl invcrse, la rnpcur pouvant s'échappcr librement,

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.MOTEURS A VAPEUR.

le pislon remis en équilibre doil descendre de son propre poicls en enlrainant les résislances a vaincre. Tout imparfail que soil le dessin de Leupold, il esl tres-facile de comprendre ce qu'il faudrait füire a une telle rnachine, dont le príncipe est sans reproche, pom la rendre pralique, eu se reporlant a l'état de la queslion vers cetle époque. En effel, la bauleur a 1aquelle on peul élever de l'eau esl maintenant indépendante de la pression de la vapeur qui doit seulement excéder celle de l'almosphere pour élre capa ble de produire un lravail; et ce travail sera aussi granel qn'on pourra le cl é irer en donnanl aux cylindres C un diamclre suffisant. Et puis le refroidissement de la vapeur n'est plus a craindre, puisqu'elle n'est plus en conlacl avec l'eau qu'on éleve. C'est ainsi qu'a Bougival la macbine a vapeur a double effet et a basse pression, élablie en f824, comme, du reste, les moleurs hydrauligue employés par Rennequin du lemps de Louis XIV, élevent l'eau de la eine, direclement, d'un seul jet, a f60 melres de bauteur verticale, avec un parcours de f300 metres. J A.\ IES \ ATT (1769). - Si les droils d'un premier inventeur n'élaient pas imprescriptibles et inconleslables, tous les noms précédenls pourraient disparallre devant celui de JAMES, ATT, que l'on peut appeler a juste litre le Newton de la macbine a vapeur. Ses devanciers l'onl invenlée, mais Wall l'a presque créée, lui a donné sa vérilable exislence. Comme ewton, 'qui sut deviner les secrels de la machi ne célesle, \"'\ alt sut lrouver la vérilable condilion du grand moteur dont les hommes venaient de se doler, el qui dévait un jour les récompenser, plus qu'an cenluple, des efforts qu'ils firenl polll' renfanter. EnlreprenJre de suivre cet homme de génie dans les perfectionnemenls qu'il apporta aux moleurs a vapeur, ce serait décrire presque enlierement la macbine moderne, ce que nous devons faire plus loin avec tous les délails que le sujet mérite. D'ailleurs, la vie de James Watt a élé lrop consciencieusement lracée par Arngo pour essayer d'effleurer ce sujet, sans craindre d'amoin<lrir celle grande figure hislorique.' Uu'il nons suffi e d'e.mprunler au récit <ln célebre astronome les points caracléristiques des lravaux de Watt, en donnant un résumé de ses invenlions. JAMES, ATT est né aGreenock, en Écosse, le 19 janvierf736, el morl le 25 aoul 1819. Doué d'une tres-grande facilité pour l'élude el d'une tres-grande adresse·, il acquil de bon ne heure une profonde érudilion, el fut en meme temps tres-babile constructe11r d'in trumenls de précision. on aptilude en théorie et en pratique le firent distinguer de l'universilé de Glasgow, qui le nó'mma, a l'age de vingt el un ans, son ingénieur, chargé aussi de la conservation de ses co11eclions de modeles. C'esl en celle qualilé qu'il eut un jour a réparer un modele dºunc machine de ewcomen qui n'avait jamais pu marcber d'une fac;on satisfaisante. Dans les mains de cet arlisle, le modele relronva l'exislence et pul figurer avantag·eusement dans les cours ou l'on professait celle science. Iais. Watt ne s'en lint pas la. on content d'avoir su réparer la machine d'un

APER(,;U HISTORIQUE.

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autre, il COD(;ut les modificalions dout le sysleme lui paraissait susceplible, et, mettan t en pratique les nolions acquises récemment en physique et celles qui résullaient <le ses propres études, il fit si bien que l'ancien moteur de ewcomen se trouva successivement transformé, jusqu'au point d'acquérir presque toute la perfection qu'ont acluellement les meilleures machines a vapeur. En effel, si nous en exceptons les perfecliounemenls de formes et de délails, dus surtout aux oulillao-es de nos ateliers modernes, nous ne trouvons que fort peu de différence entre les moteurs a vapeur construits de nos jours et ceux établis dans les dcrniers ternps par Watt et son digue associé Boulton. Pour mieux saisir !'ensemble de la lransformation subie par la machine a vapeur sous le souffle inspiré de l'immortel ino-énieur, il est néccs aire de résumer les caracteres principaux de forme et de sysleme au point ou il la trouva. A part les modifications apportées a la machine de ewcomen au poinl de vue de sa el islribu tion, el dont il a été dit précédemment quelques mots, on s'élai l au-si préoccupé déja d'oblenir le mouvement circulaire en transformant celui dn piston a l'aide d'un mécanisme intermédiaire rattaché au balancier; mais rien encore de raisonnahle n'avait élé appliqué. La vapeur n'étail employée que pour faire le vide el uliliser .ensuite la pression atmosphérique, si ce n'est l'essai de Leupold, qui, ainsi que nous l'avons vu, avait proposé de faire agir la vapeur direclement et de la renvoyer dans l'atmosphere. La condensation de la vapeur s'opérail directemenl dans lec lindre, ce qui donnail lieu a un refroidissement lres-contraire a l'économie du combustible. Dans cet état de choses, Watt apporta succc ivement les moc.lifications suivanles : Il proposa de condenser la vapeur d.ans un vase inclépendant du cylindre, qu'il pul alors emelopper et maintenir toujours chaucJ; il inventa le condenseUJT et les cylindres a double enveloppe. Comme complémenl indispensable, il inventa la pornpe a air, destinée a extraire l'eau du conclenseur et a y maintenir un vide convenable; A la machine atmosphéri°que, il substitua la machine a simple effet, dans laquelle la vapeur se rendait a la parlie supérieure d u piston pour le pou ser Je haut en bas, puis se réparlissait en dessus et en d.essous pendant le mouvement contraire, et s'échappait enfin au condenseur u la nouvelle descente du piston; 11 oblint la lransformation du mouvement recliligne alternalif du pislon en celui de rolalion continue, d'abord a l'aide d'une combinaison d'engrenages, et ensui le en employant la manivelle proposée par WASHBOROUGH, qui s'élait fait palenler pour ce perfeclionnement, ce qui empécha Watt d'en faire immédiatement l'applicatio11. La machine a vapeur fut alors ulilemenl employée a produire de la force molrice autrement que pour opérer des épuisements, ainsi que cela avait lieu auparavant; on lui fil avec succes l'application du volant 'régulateur, qui avait été proposé en 17o7 par un ingénieur, KEANE F1TZGERALO, membre de la ociélé royale de Londres. Watt est aussi l'invenleur des machines a doub'le effet, syslcme dont on fail i.1sage le plus généralemen l aujourd'hui. On sait que ce systeme consiste dans l'in14 1.

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MOTEURS A VAPE R.

.lrot.lncliou symélrique de la vapeur des deux cólés du pislon, qui rec;oit ainsi une aclion égale achaque coup imple, montant ou descendant. Watt imagina encore l'cmploi de la ·vapeur avec détente, principe qui consiste a inlerrompre l'arri,ée de la vapeur d11 généraleur au milieu de sou lravail qu'elle achcve en se délendant comme un ressort. Enfin, le 0 -rantl ingénieur a inventé le parallélogramme, a qui la poslérilé a con:ervé son nom, et qui serta mainlenir la tige du pislon en ligne droile; il a inventé le régu lateur a force centrifuge, ele . Oéja nous avons dit qu'énumérer les inventions de Walt, ce serail décrire la machine a vapeur presque enliere : aussi nous avons seulement cilé les points fon-· damenlaux de ses grandes découverles. Watt ne 'est pas seulemenl dislingué par son imagioative pour créer, il 'est aus i rendu célebre _p ar ses recherches Lhéoriques concernant les proportions des machin es comme- dimen ions générales et résislance des pieces du mécani me. eco nué par son célebre associé Boulton, il présicla lui-meme a la con lruclio11 de l'immen e quantilé de machines qui sorlirent de ses aleliers. Son élablis emcnl élail devenu une sorle d'école pralique oú lous les ingénieurs t.le l' Anglelerre el de l'Europe en licre venaient élmlier la construclion des machines 11 vapeur afio de les inlrodnire daos leurs pays respeclifs. C'esl aiosi que Perrier arriva a conslruire les machines élablies a Cbaillot pour l'élévalion des enux de la ' eine, et connues sous le nom de por1.1pes a feu. Ces machines onl élé remplacécs ré cemmenl par des machines moderncs sorties de l'étahlissemenl <lu Creusot. A partir de ,Yalt, il e t ni é de comprenclre que les innovalions durent se mullip_lier rapidement, puisqu'il ne s'agissait qne de perfeclionncr un moleur déj[L tresavancé el donl l'importance n'élait plus douleu e. BonxaLOwrn, en 1781, el WooLF, en 1 04, imngincrent la mu.chine il deux cylindres, qu! pennet d'employer avantagensemcnt la vapeur avec déten le. Ce syslcme se compase d'un premier cylindre ou la Yapeur agit d'aborcl a pleine pressio11 el s'échappe ensuile dans un deuxieme cylindre d'une capacité plus grande ou elle ao-it alor par expansiou avant de s'échapper au condenseur. · MM . TnEVITBICK el V1v1AN paraissent élre les premiers qui, en 1802, aienl fail l'applicalion des machine a haute pression, proposées, ainsi qn'on vienl de le voir t.lepui lono-lemps par Papin et Leupold. i.Uais il est vrai que l'emploi de la vapeur a haute pressioo exige que l'on possede des moyens cerlains pour la conslruclion des générateurs et des appareils de su.relé et d'observalion, ce qui explique suf/1. amment pourquoi celle applicalion n'a pas eu lieu plus tót. A l'égard des amélioralions successives apporlées aux générateurs ou appareil deslinés ü la produclion de la apeur, nous en dirons _quelques mots en décri anl les disposilious actuelles; la comparaison en sera plus facile : et cl'ailleur ces organes n'onl pas rci;u de modificalions aussi caraclérisliques que le moleur luirneme, ce qui nous excuse peut-elre de n'en pas f'aire un hislorique spécial. FIN

DEUXIblE . ECTJON.

TROISIEME SECTION PRODUCTION INDU TRIELLE D'E LA VAPEUR D'EAU.

CHAPITRE PREMIER A JC IENS GÉ 1 ÉRATEURS A VAPEUR

On désigne ordinairement sous le nom de générateiw, l'appureil spéc ial dans Jeque! se forme la vapeur d'eau destinée u alimenter un moteur ou i:1 élre dépensée pour effcctuer des opÚations manufocturiercs, ou bien cncore poÚr servir ü un chauffage quelconque. Dans un cas comme daos l'autre, le générateur se compose de la chaudierc proprement dile, qui conlient l'eau et la vapeur engendrée, du foyer, de la grille, clu four!1eau et de la chemiuée d'appel. 11 est accompagné d'une sé'rie d'appareils accessoircs, sortes d'iustrumcnts de précision qui permeltent d'observer la marche ,. de la Vílporisalion et surtout de se metlre a l'abri des dangers perinanenls qui rés ullent de la production d'un fluide qui possede une grande puissance expansive. Ces instruments, donl plusieur!- sonl aussi anciens en principe que l~s machines a vapeur elles-memes, cornprenncnt : Les manomelres, les soupapcs de st'lreté, les niveaux d'cau,,Ies flolteurs, les sifflets averlisseurs, ele . Les généraleurs et leurs appare ils accessoires ont des formes lres-diverses qui onl été sensiblcment modifiées et améliorées dans ces dernieres années. Les molifs de ces modificatíons sont de plusieurs sortes, parmi lesquels nous citcrons principalement les pressions de plus en plus considérahles qne l'on fail alleindre a la vapeur, et l'économie du combustible cmployé, tout en accéléranl autant que possible la vaporisation. Viennent cnsuite les moyens cmployés ponr diminuer les chances d'explosion, et les disposilions imaginées en vue de supprimer ou du moins de diminuer la quantilé de fumée, laquelle n'cst, en grande parlie, que du charbon qni s'échappe du foyer sans etre hrulé, ce qui est aussi conlraire a la salubrilé qu'a l'économie du combustible.

l\'IOTEURS A VAPEUR. 108 Les génératcurs, comme les machines elles-memes, changent de disposition suívant qu'ils sonl établis a poste fixe dans les usines ou manufactures, qu'ils sont montés sur des bateaux, ou qu'ils s'appliquent aux locomotives ou aux locomobiles. Nous ne nous occupons pour l'inslant que des premiers, les générateurs fixes, parmí lesquels on peut néanmoins ranger ceux qui, tout élant deslinés a fonclionner a poste fixe, sont construits pour pouvoir étre au besoin facilement déplacés. Nous commencerons par dire un mot des dispositions adoptées anciennement, ¡mis nous décrirons successivement les uispositions uouvelles et généralement usilées. Les fourneaux et cheminées, les foyers de divers· syslemes, les appareils d'observalion _el de surelé, soupapes et valves d'a<lmission <l'eau et <le vapeur, seront égalernent l'objet d'un examen tout spécial.

DXSPOSXTION PRIMlTIVE DES GÉNÉRA.TEURS A. VAPEUR

Au mornent de l'_a pparition des premíeres machines a vapeur de Savery et de Newcomen, les condilions calorifiques de la vapeur d'eau étant presque entiererncnt inconnues, o.n ne TlOuvail pas suivre de príncipes récls pour la construction <les généraleurs; clans !'ignoran ce des f&its, on ne devait meme pas songer a remplir cerlaines condílions qui favorisent auj'ourd'hui la vaporisalion sous le double rapport de la célérité et de l'économie du combuslible. D'aulre parl, les senles machines, celles de Newcomen, qui fig-urént a:vec avantage et qui furent les prernicres appliquées, marchanl sous la seulc influence ele . l'atmosphere, la vapeur employée ne dépassaít pas cette pression, ce qui rendait la constructíon d,es chaudieres plus facile el ne rnontraít pas absolument aux mécaniciens du temps la nécessité de perfectionner les disposilions alors en usage. Les chauclieres de cette époque, que nous croyons pouvoir nous dispenser de dessiner, consístaient a peu pres en un vase círculaire terminé en dessus par une coupole ou porlion de sphere. Ce vase était enveloppé par une mavonnerie de forme cylíndrique on carrée extérieurement; le feu se faisait sur une grillel\}lacée au-dessous de la chaudiere, et la flamme, apres l'avoir enveloppée, arrivait directemcnt a la chemínée. On peut se reporler a la fig. 2i qui précede, représentant le príncipe d'une machine de Newcomen, avec un générateur ele ce systeme. Il y a peu d'années, on voyait encore les chaudíeres de la pompea feu de Chaillot, qui en étaient un des_derniers spécirnens (i). Mais aussítót que Watts.e fut occupé des moteurs a vapeur, la théorie pouvant, eles celle époque, venir en aide a la pratique, il put alors se rendre un compte exact des condílíons a remplir pour construire des générateurs donnant le meilleur effet possible; les príncipes généraux furent découverls et mis en applicalion. (1) La machin e de Cbaillot et seR cbaudieres onl élé amplement d écriles par 111. de Prony duns un Trailé spécial que l'on peuL consuller u la bibliolheque du Conservaloire des arts et méliers de Pa1·is.

ANCIENS GÉNÉRATEURS.

109 On comprit l'importance de l'économie du combustible apres avoir tronvé la quantilé théorique que la vaporisation devait en· absorber. De la la création des bases de la construction d'un générateur qu'on peut résumer a peu pres ainsi : 1º Donner a la chaucliere des surfaces exposées au feu (que l'on apelle surfaces ele chauffe), directement proportionnelles au poids d'eau a transfonner en vapeur dans l'unité de temps; 2° Disposer le l'ourneau de far;oo a ce qu'il présente des passages pour le calorique en rapport avec les surfaces de chautfe ele la chaudiere, et avec un '. développ~ment suffisant pour que l'air chaud et les produi ts de la combustion, en général, n'arrivent a la cheminée qu'apres avoir éprouvé un abaissement de température notable au profit de la vaporisation, et pour la plus grande économie possible; 3° Envelopper le corps de la chaudiere de loute part, afin de la préserver des refroidissements extérieurs; 4° Donner a la cha u diere u_n e capaci lé suffisante pour elre en rapport avec le vol u me de vapeur incessamment dépensée; 5° Enfin, élablir la grille sur des dirnensions convenables pour pouvoir y hn).ler la qnanlilé de combustible proporlionnelle au calorique absorbé par la vaporisalion. Nous ne disons pas que ces condilions ont. été immédiatement remplies (elles ne le sont meme pas enGore complétement aujourd'bui), mais elles indiquent parfaiternent le bula atteindre, et Watt a beaucoup fait pour cela. Néanmoins ses meilleurs et plus séri8ux essais n'ont guere été d irigés que pour la produclion de la vapeur a hasse pression, c'est-a-dire dépassant peu celle de l'almosphere; ses machines ont été, du reste, toutes élablies sur cetle donqée. Aussi les chaudieres de Watt out-elles une forme tt peu pres abandonnée aujourd'Iiui, attendu que la plupart des moleurs modernes marchent a des pressious supérieures pour lesquelles il faut que la construclion des chaudieres soit différenle. Mais nous redisons encore que les princi pes fondamentaux restent, a peu de chose pres, les mém.es, au point de vne de la bonne ulilisation tlu combustible; et laissant de cMé ce qui a été fait avant Watt, nous allons faire connailre le systenie de générateur du célebre mécanicien.

CRAUDIEB.ES A

BASSE PRESSJ:ON DE "WATT

Ce systeme de chaudiere consiste, pour le corps proprement dit, ·en une caisse en tóle de forme prismatique dont la section transversale présente deux parois verticales presque planes, un fond plat ou un peu concave, et la paroi supérieure demiéylindrique; cette forme les fait désigner ordinairement par le nom de cháudieres en tornbeau ou en chct1·iot. Les fig. 24 et 25 représenlent, en con pes transversa le et longitudinale, un e chaudiere sortie des aleliers <le MM. Hick et Rolhwell, a Bolton, et construite exactement tl'apres les dispositions de Watt. C'est !'une des lrois qui alimentent lama-

l\lOTEURS A VAP_EUR. 110 chine a vnpeur élablie a Saint-Ouen (1), pres Paris, ou elle met en mouvement lá roue élévatoire servanl a remplir le bassin de la ·gare ou 1JOrt Saint-Ouen. On voil par ces figures que le corps A ue la chaudiere forme i1 peu pres une caisse prismalique dont le pourtour et le fond sonl composés ele parois cotll'bes. Elle est engagée daos un Fourneau en briques qui laisse toul autour d'elle un espace vide ou carneau B pour la circ11lation de la flamme qui vienten chauffer les parois latérales. A l'avanl se frouve la grille C, placée directement au-dessous de la chaudiere. L'aclion du foyer s'exerce d'abord clirecternent par voie de rayonnement sur la parlie anlérieure du fond, puis les produits de la combustion s'étendcnt <fans loule la Iongueur de celui-ci et parviennent au carnean supérieur B, qui fait le tour enlier de la chaudiere et communique ensuite avec la cheminée. Fi g. 25.

Fig . 24.

N. / AMB!ZFI. T .

Toules les parties de la chaudiere, mises ainsi en conlacl extérienrement avec la chaleúr tlégagée par le foyer, sont diles surfaces ele chciuffe, directes ou indirecles, suivant qu'elles sonl exposées au rayonnement ou au simple passage des gaz chauds; la surface intérieure correspondante doi t done étre exaclemen l couverle d'eau, pour uliliser la chaleur et pour éviter que le mélal ne s'élevc trop de température. La chaudiere se lrouve en effet remplie d'eau jusqn'au point le plus .élevé des carneaux, la parlie vide qui excede élant r éscrvée pour loger la vapeur et s'appelanl, par cela meme, la charnbre ele vapeur . (i ) Voir plus loin la macliiue ell e-m ~me , rcprésenléc el décrile au s,; i arnc tou, ses délails dan~ le d e la P11blicalio11 ill(l 1tstr ielle.

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A 'ClE

~ GÉr ÉRATEURS.

1H Ce générnteur est muni des divers appareils de scrvice dont nous parlerons plus loin avec tont le détail que ce sujet comporte. Disons seulement qu'on peut y remarquer : 1 ° la boite a so u pape D servant a donner issue a la vapeur pour alimentcr la machi ne motrice; ~º un appareil spécial ,E qui opere automatiqnement l'alimentalion d'ean; 3° un flolleur F pour observer l'état uu niveau de l'eau; 4° le ni vean en cristal G, servanl au meme objel; l:> 0 un manqmetre a mercure et a flotleur H pour observer la pression de la vapeur. . JI existe égalemenl des soupapes de sCirelé, le registre I pour régler le tirage dn foyer, etc. En ado¡.,tant ceUe forme de chaudiere el la disposilion de son fourncau, Watt avait trouvé que cet ensemble élait tres-favorable a l'économie du combustible, comme présenlant le plus grand développcment possible de surface pour un volume tola! délennioé et un parcours de flamme sufffsammenl loñg, afin que les gaz n'arrivent a la cheminée qu'a une température seulement indispensable pour conserver uu bon lirag·e. En donnant au fond une forme concave par rapport a.u foyer, on augmentait encore la surface cbauffée par la premiere aclion, qui est évidemment la plus proLluctive; celle forme est aussi d'accord avec la résislance conlre la. t1mdance a la déformation par suite des efforts intérieurs, et, d'apres Tredgold, elle avait encore l'avanlagc de ramener les sédimenls calcaires dans les eleux angles silués bors de l' aclion la plus énéro-ique du foyer. Cependant celle forme de chau<liere ne pou ait convenir que pour une basse pression; encore élail-on obligé de munir l'intérieur el'armatures en fer a, ponr empccber les parois latérales ele céller sous la faible d"ifféreuce ele Lension entre la vapeur et celle ele l'almosphere : aussi sont-elles abundonuées maintenanl, méme pour de hasses pressions, et remplacées par eles généraleurs formés Je corps cylind riq nes, qui sont el'ai lle u rs plus faciles a conslrn ire . Quoi qu'il en soit, les cbauelieres de Watt ont été ele bons appareils, et fréquemment appliquécs. Elles ont le mérite de représenler tous les principes généraux a suivre pour l'établissement des générateurs, et elles ont élé l'objet el'un tresgrand nombre d'expérienccs, les premicres qui aient en une véritable importance. Elles ont permis d'apprécier la relalion qui existe naturellemenl entre la quanlité pratique de combustible a brúler, pour vaporiser uí1 poids <l'eau délerminé, et l'éteudue des surfaces a présenler a .la cbaleur pour correspondre avanlage·usemeut au meme résultat; les dimensions de la grille et de !'ensemble du fourneau, t:omme carneaux et cheminée, ont été également étu<liées et délerminées. PROPORTIONS DES CHAUOIJtRES DE WATT. - Pour ne pas revenir ultérieurement sur ce systeme de chandiere, qui ne peut plus avoir pour nous qu'un inléret purement historique, nous ferons connaill'e des a présent les données principales qui servaient a \VaU pour trouver les proporlions de ses générateurs, au moins quant aux surl'aces <le chauffe el a celle de la grille. Sur{ace ele chau(Te. - La. pression de la vapeur étant en moyenne de 1ª1··1/4, Wall avait reconnu qu'il follait élablir le géoérateur sur une base de 26 rnetre-

112

MOTEUH.S A VAPEUR.

carrés de surface de chauffe pour vaporiser 1 metre cube d'eau dans une heure; soil : iOOOk = 38,4 kilogranunes

d'eau vaporisée par mel.re carré et par heure; c'cst a peu pres trois fois plus qu'on ne fait produire aujourd'hui aux générateurs; mais, dans les chaudieres péismn1.iqucs, la surface exposée directement a l'aclion du foyer est plus grande que dans les générateurs actuels, el rnoyer111emen t le tiers de la surface totale. Si mainlenant nous nous reportons a ce qui a été di t (64) sur les quantités de lravail developpées par la vapeur, nous ohleuons les résultats suivants, relatifs a la valeur de la surface de chauffe pour l'unité de puissauce dynamique : Suivanl la table ( 72), 1 metre cube de vapeur a 1 atmosphere, ernployée s::rns détente, correspond a un travail théorique de 10333 kilogramrnetres, soit pour 1°L·25: 10333 X 1,25 = 12916. La table <.les densil.és (p. 19 et 61) indiquant qu'un metre cube de vapeur, a ceUe pressiou, pese, a trrs-peu pres, Qk722, nous trouvons que 1 m etre carré qui vaporise 38k4 par heure, développe, par conséquent, dans le meme temps ele la vapeur, po11r 38k4_ k 0 722

12916

686945 1 ilogrammetres.

Or, l'unité dynarniquc oruinaire (1 cheval-vapeur) étant égal a 75 kilog-rammetres par 1", il s'ensuit que la produclion précédente, pour 1 heure et par metre carré de surface de chauffe, produit en unités dynamiques ou en chevaux-vapeur: h 686945 9 ,u 75 x 3600 '"'• 5 442 c evaux .

Aclmeltant qu'en pratique on ne doive compter que sur environ la moitié de ce résultat, nous trouvons, en résumé, pour la quantité de surface de chauffe rapporlée a l'unilé dynamique nominale : 1 m.q.

, 1 2721

Qm.q.78 de surface de chauffe par chcval.

C'esl-a-dire que, rigoureusement, une surface ele 78 décimetres carrés doit suffire pour produire la vapeur nécessaire a la force effective de 1 cheval; mais ce résu~l.at est généralement au-dessus ele la réalilé. Ainsi, les chaudieres de ainl-Ouen ont chncune 22 melres carrés de surface de chauffe, dont le fond figure pour un tiers enviran; comme il y a deux chaudieres toujours en action pour alimenler la machine, qui est de la force nominale de 40 chevaux, on voit que la surface de chauffe active est de : 44 40

= 1m. q. 10 par force de cheval.

A CIE S GÉ ÉRATEURS.

Il esl vrai que cetle mach ioe peut réellernenl produire au moins 50 chevaux au lieu de 40, ce qui ferail plus exaclemenl : 4150 = om . q . 88 par force <le cheval. ?tlais il est bon de remarquer qu'en indiquant le chiffre de 26 metres pour vapot·iser 1 mclre cuhe d'eau <laus 1. heure, ,vau n'cnlendail probablement pas compler Ja surface absolue exposée au feu el a la ílamm e, mais bien une ré<luclion <le la surface tolale rapporlée a celle du fond donl la puiss:rnce de vaporisalion esl bien supérieure a celle des faces lalérules. C'est ainsi qu' opérail TredgolJ, qui trouvail aussi 26 melres, et qui faisait remarquer que la surface du fond pourrail servir exclusivemenl de base a la mesure de la surface de chauffe, en lui allribuanl om .q. 41. par cheval. Somme toule, la sm~face de chauffe totale des cbaudieres a basse pression devail etre basée sur un minimum de 1m. q. 1Q a illl·q· 20 par force de che al, valeur qui s'élevc nalurellemeol un peu si l'on vcut produire de la vapcur a une tension plus forte, el qui s'est élevée eocore depuis, d'abord en raisoo de la forme différen le -donnée aux généraleurs acluels, el aussi en vue de moins forcer la vaporisalion, ainsi que nous le verrons l>ienlol. Sur{ace de la grille. - Dan les calculs précédenls, nous avons trouvé que 38"~ d'eau, é,aporée par heure el ¡,ar melre carré ele ·surface de cbauffe, correspondaient .a la proportion de Qm . q_ 78 par force de cheval utile; on peul en déduire, de la meme fa~ou, le poids d'eau dépensé pour la merne puissance oblenue. On Lrouve : 38,4 X Ü,78

29k 952;

~oit 30 kilograrnmes d'eau vaporisée par cheval et ar heure. Du temps de Watt, la marche des foyers ne permellant pas de procluire utilernent plus ele 5 kilogrammes de vapeur par kilog. de houille brulée, il en résulle que, d'aprcs le poius d'eau a vaporiser par cheval utile et par heure, la elépense correspondasle ele charbon élail ele 6 kilograrnmes environ. La surface de la grille de cbaque chaudiere de Sainl-Ouen esl ele 1m. q . 40, et la force rnaximum de la rnachine 50 chevaux. Par conséquent, la consummalion de combustible pcut s'élever a 300 kilograrpmes de houille par h eure, et comme il y a deux foyers pour fournir a celle dépense, ou lrouve que la quanlilé de bouille lmilée par décimetre carré el par heure esl égale a : 30Qk 140 )( 2

fk03.

Ce seruit évidemmenl un lravail maximum pour la grille; Treelgol<l trouvait <JU'on ne devail pas c.J épa ser 0,6, regle qu'on suit pour ainsi dire encore aujourel'hui avec les fo ers a lirage lil>re. D'ailleurs, la force nominale de la machine de Saiul-Ouen esl de 40 chevaux, d'ou les conslrucleurs pouvaient aelopler celle dimension pour les grilles; car la combuslion s éle e, c.Jans ce cas seulemen L, a :

~'•O 140

x 2 = O" 85 par décimetre carré el par l1eure.

•

Cepen<lnnt la consommalion indiquée ci-dessus, 6 kilog. de charbon par force de cheval el par heure, élait plulót une valc.ur adoplée par le conslrucleur pour servir de base a la conslruclion dn générateur el se trouver plulOL en <lessus qu'en dessous de la vérilé, allendu que, quels que soicnt l'élat peu perfeclionné du fournea~1 el la faihle q11alilé de la houille, on pouvail réellement oblenir un résullat meilleur en maintcnant la machine <lans un bon élat d'entrelien el <le marche. En effet, les machinrs a basse pression de mo ennes forces, bien constrni tes, ne devaienl pas dépasser a kilogrammes par cheval, ce qui esl néru1moins bien supérieur a ce que l'on consomme aujourd'hui en marchan! a des pressions supérieures et avec délcnle. En résumant les dimensions des grilles des ch::rndieres de Sainl-Ouen, el en chercbanl leur rapport avec la force motrice a développer, on remarque que, leurs surfaces corresP,onclenl a 140 X 2

4Qch.

c'esl-a-dire 7' décimelres carrés par force de cheval nominal: La meme comparaison élablie pour la puissance maxim um que le · moleur peut développer, fournil : ,

c'est-a-dire q.ne la surface· des grilles correspond a une m0ycnne de. 6 a 7 déci- • melres carrés par force ele cheval. Volwme de la chaudiere . - Nous ne croyons pas devoir insisler sur ce. poinl, allenclu que, contrairement a ce qni avait lieu a cetle époqu.e, on se préoccupe peu, aujour<l'hui, du rapporl existanl entre le volume d'eau renfermé par le généraleur et sa puissance nomiuale; nous ne prendrons comme p,reuve de ceci que l'exernple des cbauclieres tubulaires, qui se propagent de plus en plu , et ou l'cspace réservé a l'cau esl souvent 1res-rcslreiut, trop reslreint peut-Nre, mais ce qµi prouve que la quanlilé d'eau maintenue constammenl a liélal liquide n'esl pas une condilion sine qtia non des proporti.ons générales d'un ap,pareil de va.porisalion, .

FIN

CHAPITRE

PRElllER t

CHAPITRE II CHAUDIERES CYLíl DRIQUES A FOYER-S EX'IÉRIE RS DISPOSITION _GÉNÉRALE D'lJ'N GÉNÉRATElJ'R A BOlJ'IL"LElJ'B.S

( PLANCilE PRElllERE )

Depuis que l'on emploie h vapeur a haule pression, on a s'ubstilué aux chaudieres en lombeau de Watl Jes capacilés cylindriqnes dont la forme s'accorde mieux avec une égule résistance que les vases a parois planes, auxquelles il cut fallu donner Jes épaisseurs excessives pom les empécher de se courber sous Jes pressions élevécs. La disposition de généraleur la plus généralemenl employée acluellement, et qui a presque immédialement été substiluée a celle dile a basse prcssion de Wall, c'est celle ~ormée 'de corps cylindriques superposés, analogue a celui que la pl. 1 représente. Seulement on exécutait quelquefois ces appareils en.fonte, tandis qu'ils sont construits, maintenanl, exclusivement en tóle de fer; on en fait aussi, mais bien rarement, en cuivre rouge. L'appareil dont nous donnons le dessin a élé élabli suivant des condilions que nous nous sommes efforcé .de rcndre d'acconl, aussi complétement que possible, avec la meilleure pralique; c'est un lype gue l'on peut aLlopter av.ec sureté pour celle espcce de généraleur. La fig. 1 en est une coupe longiludinale passant par l'axe 1.-2 de l'ensemble; La fig. ~ est une vue exlérieure Je bout, du cóté de l'enlrée du foyer; La fig. 3 est une coupe transversale suivant la ligne 3-4 perpendiculaire a l'axe de la grille; La .fig. 4 est une seclion horizontale du fourneau suivant la ligne t:í-6, le corps de chaudiere conservé en vue extérieure; ,Les autres figures sont Jes détails Jes parlies principales. Un ,générateur comprenant, comme nous l'avons dit, la chaudiere et son fonrneau, la premiere est formée ici d'un corps cyliudrique principal A, et .de Jeux corps de meme forme B, mais plus peli ts de- <liamelre, el que l'on nomme plus sou-ven t les bouitleurs. Le nom de chaudiere proprement dile tlésigne ordinairement la plus grande cnpacilé A. Chacun de ces organes est rendu soliJaire du corps p11incipal par deux tubulurcs C, appelées communications, qui en font ainsi une s.eule capacité close, uolill toules les parlies sont en parfaile etlibre relalion. Le eorps entier de la chau<liere et tle s.es bouilleuns se rnuve .coml)lélement enve-

1\IOTEURS A VAPEUR. 116 loppé, comme les appareils de Wall, p~r une conslruclion en briques qui conslilue le l'onrneau, el .dans laquelle ont élé ménagés la grille O du foyer, ou s'opcre la combuslion, et les cárneaux E, E' el E" pour la circulalion des gaz et de la fumée~ Les carneaux sonl disposés d'une lelle fq;on que les produils de la combuslion enveloppent directemenl les bouilleurs sur les trois guaris emiron Je lcur circonférence, el suiv:mt leur longuenr enliere; puis ils lravcrsent une cloison horizon1ale, élablie au-dessus des bouilleurs, par une ouverlure F siluée a l'e~trémilé opposée a la grille; ccllc ouverlure communique avec le carnean supérieur que lesgaz chauds parcourent, en. suivanl les cólés de la cha u diere, et pan·ichnent jusqu':m canal Je sorlie G qui les conduit u la cheminée. Les carneaux supéricurs E' et E" sont conslilués par dcux parois coneaves, isolanl la chaudiere des deux cólés, el par une cloison de séparalion élablie sous la chaudicre meme, el dans toule sa longueur, entre les communicalions C. Le memcpassage se lrouve ménagé a l'avant-bout de la chauJiere pour éla~lir la relalion enlre les deux carneaux. Si nous remarquons que ces carnC'aux ne s'élevent qu'a la hau·lrur du centre Je la chaudiere, nous en pouvons <léduire que l'aclion de la chaleur s'exerce sur pres de la moilié de sa circonférence, moins l'épaisseur de la pelile cloison cenlrale. La surface de chauffe totale se lrouve ainsi consliluf-!e par les 3/ 4 de la superficie totale des bouilleurs et par la moilié de celle de la chaudicre. On peut admettre cetle moilié complete, puisqu'il y aurait a njouter la moilié de la superficie des bouts et celle des communicalions C, dont on ne lienl généralcment p:is comple. Comme principe géuéral, celle construclion a la propriélé Je présenler le plus possible de surface exposée a l'action dirccle des produits de la combustion, pour un volume lolal déterminé de l'appareil, et de uonner ~t ces produits un parcours sufílsant pour qu'ils aban<lonnent le plus possible de leur caloriquc au profit du généraleur, sans toulefois s'elre assez refroidis pour nuire a.u tirage. A la vérilé, le probleme élait déja résolu avcc les chaudicres de Watt; mais la ' forme circulaire de la chuudiere actuelle et l'ac.ldilion des bouilleurs en ont Ill;cessairement modifié les termes pour la conslruclion du fourneau. ENSEMBLE DES FO ' CTIO S UU GiNtBATEUR

Le corps de l'appareil est rempli d'eau jusc¡u'a 10 . cenlimclres au-dessus du ceo lre de la cha u diere; l'espace libre restan l est ta chambre de vapeur, a. laque lle on réserve .une capacité addilionnelle H que l'on appclle le dóme ou réservoir de vapeur. Le dome est destiné, d'ahoru, a agranJir l'espace occupé par la vapeur, él ensuile a placer la prise de vapeur assez haut pour qn'il se trouve moins d'eau non vaporisée enlrainée avec elle. Le combusliblc, qui est le plus souvent de la bouille menue, est uéposé sur la grille O en couchc réguliere dont l'épaisseur ne doit guere dépasscr 15 a 18 ccntimclres pour que la comhuslion c:oit facile et que toule la musse se trouve presque

GÉNÉRATEURS A BOUILLEUR~.

117

enlierement en ignition; si la couche de charbon élail lres-épaisse, la parlie inférieure ne hrulcrail pas, ·ou bien, s'il fallail allcntlre qu'elle ful alleinte, on devrait Rjontcr <lu charbon frais e·n grande quanlilé pour rélablir l'épnisscnr normale de . la charge, et le fcu aurait a subir des varialions d'inlensilé aussi contraire a la stirelé <lu généraleur qu'a la régularilé de la vaporisalion . Celle observalion, qui esl lrcs-imporlante, s'applique d'o1illeurs aux foycrs qui, semblables a celui-ci, se thargent en jetanl le charbon frais au -dessus de la couche incandescente qui reste snr la grille; mais nous vcrrons qu'il a élé imaginé tlivcrscs disposilions, tres-honnes a nolre avis, dans lesquellcs la charge s'opérant par clessous, l'épaisseur tolale de la couche de combustible cesse d'élre une ohjcclion. eulement, avec les foyers alimenlés en dessous, il ne faul plus parler de la simplicilé qui distingue celui dont nous nous occupons aclucllement,' et qui le fera préférer longtemps, malgré ses inconvénicnls. Quoi qu'il en -soit de la fo<;on <l'établir le foyer, son aclion la plus énergique, le rayonnement, s'exerce direclement contre la partie des bouilleurs située au-Jessus el y pro<luit une vnporisation exlrémement intense. La vapeur formée s'élhe en bulles tumultueuses a la parlie supérieure ue chaque bollilleur, qu'elles suivenljusqu'au moment ou elles rencontrent la premiere commnnication C; arrivées lñ, ellPs conlinuent de s'élever, et, traversant la masse liquide conlenue dans le corps principal A, viennent éclaler a la surfüce et se répandenl en masses gazeuscs dans la chambre de vapeur. A partir de celle premiere action d11 foyer, c'est la flamme cl'abord, et plus tard le~ gaz éleints, mais encore a une tres-haute température, qui suivent les paroís des bouilleurs et celles de la. chaudiere, en y développant une vaporisation qui va évidemment en diminuant d'intensilé de plus en plus au fur et a mesure qu'ils s'approchenl de l'échappemenl. On regle le passage des gaz et le tirage du foyer au moyen <l'un registre K placé a !'origine du canal u'échappement G; Ce registre est une plaque de fonle montée dans un cadre égalcment en fon le, ajusté dans la mai;onnerie. Sa hauteur se maintient a l'aicle u'un conlre-poicls b snspenclu a une chaine de remoi e, et qui descend de-rnnt le fourneau a la porlée cln chauffeur. La pnllique indique a ce clernier la position qu'il doit clonner au registre suivant la quantité de combustible qu'il cloit emp\oyer dans un temps déterminé pour correspondre a une production suffisanle ele vapeur. Nous avons dit (8) daos quelles conJitions s'effectue la vaporisation envase clo , ou il est possible d'alleindre lelle pression qu'on le désire lorsque la résistance du récipient est suffisanle. Tandis qu'on ne dépassait que <le tres-peu la pression de l'almosphere avec lrs chaudieres <le Watt, on alleint ordinaire'?ent avec ccllc-ci jusqu'a 5 et 6 atmosphrres. Quoique le générateur soit parfaitcment conclilionoé ponr fonctionncr en surelé avec ces hautes pressions, on mulliplie cependanl tous les app:ireils d'observations, ainsi que nous le verrons tres en <létail; car si la solidilé ue l'nppareil corrcspond 1 . au lraYail qu'on lui fait développcr, on a vu (10) que dans ces limites la tension de

1118

l\IOTEURS A VA.PEUR.

Ja vape·11r peul s'accroilre énormémcmt pour une éléwüion ele quelques degrés de ·tempérálure, et dépasser·ra.pidement les limites de résistance de la chaudiere . . La haute pres ion a fail aussi modifier le procédé d'alimen ~al ion d'eau f:-oide, qm ,se· réglail aulomaliquemcmt au moyen du jeu d'un ·flolleur dans Ja cbaudifre de Walt. La prcssion inlérieure dépa. snnt ici ele beaucoup cclle extérieure, on e t obligé de se servir d'nne pompe foub1nte donl le conduit vient aboulir. a une hoile a soupape I montée sur la d1audicre. Ccl apparcil corre pond a un 1:ube intérieur J qui se divise en deux hranchcs pénélrant chacune, par les c.ommunicalions C, jusqu'au foncl des bouilleurs Óú arrive alors l'cau froide envoyée par la pompe foulanle dile pompe alimentaire. Quclquefois ce lube, au lieu de pénétrer dailils les bouilleurs, s'infléchit et repose sur le fond meme de la cbaudiere en se prolongcant vers le bout le plus froid, celui le plus éloi gné du foyer. De Loulcs fa~ons il s'élablit a l'intérienr de l'appareil lm double couranl d'cau et lle vapeur; ce lle-ci s'éleve en grande quanlilé par la prerniere communication C située au-dessus clu foyer, tnndis que l'eau descend de la chaudicte pour se rendre aux bouilleurs par les deux antres communications q¡ti doivent néaomoins livrer aussi pas5age t1ne certaine quanlilé de vapeur formée iJJccssamment daos cetle région des bouilleurs. Il nons semble assez logique de ne pas e0voyer l'eau d'alimenlalio11, qui est relativem ent froide, et qui l'cst sonveot d'nne fa~on alJsolue, direGLement dans les bouilleurs ou la vaporisalion est nécessairement plus éncrgique que daos la chaudiere, surloul a l'exlrémilé de celle-ci. l\Iais on adopte volontiers la disposilion que nous avo ns imliquée daos notre exem¡ule pour faire servir au besoin le . cond11it inlérie11r Jala "itlange du générafeuret a l'épuisement des dépóts qui résuUent de la vapori alio11 de l'ea u. · On voil que la boile a soupape I est munie, a cet effet, d'une Lubulure a robinet a que l'on ouvre a.pres avoir fermé la soupap.e cl'aLimenlalion, lorsqu'on veut•vider la chnudiere el ses bouilleurs. On choisit pour cela le moment ou · 1a vüpeur est cncore en pression; elle agit alors sur le liquide, le force a s'écouler par le lube J et ensuite au dehors par le robinel a, en entrainant avec elle la parlie liquide des dépóts.

SERYICE DES

APPA.REILS DE SURETÉ ET n'oBSERVA.TION

ans préciser, pour l'inslant, les termes de la loi qui prescrit l'emploi des appa.reils de sureté, oous ferons connailre d'abord leur destinalion el les fonclions qu'ils remplissent, n'¡m ayant <lit que quelques mots en parlanl de la chaudiere de Walt. . Ils correspondeot a trois fonclions dislinctes qui sont : 1° L'observation de la prnssion .<le la v,a peur; .2° L'indicalioo el la réglemenlation du niveau de l'eau dans le géoératcur; 3° ,L'échappemenl libre de la vapeur po1mune tension maximum déterminée .

•

GÉNÉRATEURS A BOUILLEURS.

119

Les appareils· nécesso.ires·pourremplir ces divcrses condiLtons sonl: Le!manomclre; Le ni vean d eau el les flolleurs a siffl~; Les soup 1pes de su.relé. Le manornetre. est destiné a faire connailre tres-exaclcmcnt, et a l\lANOMETRE. ch'.aque instunt, la tension de la vapeL1r a l'inlérieur de la cba'l1diere. Nous avons déja montré (9· et 46) sur qucls prineipes cel apparcil peul étre fondé. Les-premiers •manomctres donl on a fait usage n'élaient pas aulre chose qne l'inslrumeul que nous avons décril (46 ), et que l'on désignail sous le nom de rnanomelre ii a'Ílr l-ibre, alléndu que la pression ,a1mos~li.é.1 ique. agissait librement snr l'uoe des CAirémités de la colon ne de mercure qui i11diquait, par sa silualion, la diITérence de tens1on entre la vapeur el le milieu aml>iant. Lorsque nous décrirons parliculiercment les a:ppareils d'o'h)serv~lion, 110us mon"" trerons qne les manomelres a air libre sout cerlainemenl les plus précis, mais· qu'ils onl ,élé pea a peu remplacés a cause de la grande dimension, qu'ils a'Cquicrent lorsqu.' il s.'agil de mesurer des tcnsions un peu considérables. On leur sabsliluait ceu;x a air comprimé ( 9 ), qui élaienl peu embarrassants, il cst vrai, mais·qui manquaient adssi <le la précis·ion dési-rable. On adopte de préfércnce, mainlenant, les manom~tres mélalliques qui s011t de dem, príncipes diffürents : 110 Les manometres de M. BouTdon, ou la p-ression de la vnpeur s'exrrce a l'int'érieU'r_d~un tub aplali, et ·tourné. en hélice, qn'elle tente ele ramener au rood, el le fait se développer circulairement él cerlaines quanlilés qui deviennant alors les indi(rns-de la,. pression; 2° Les manomMres de M. Desborelcs, dans lesqaels la vnpeuragil sur une lame ele ressort dont les flexions plus ou moins grandes coFrespoudent · aux pressions exercées. En adoplant l'un ou l'aulre de ce~ syslemes, le manomelre, donl la forme généraleest une bolte ronde ou oblongue de pcu de dimension, s'adaple au généraleur a pe-u pres eomme l'indiquent les fig. 1 et 2 de la pi. 1. Le manomelre L (sysleme Bourdon-) est placé sur le devaut du fourneau, parfaitement en vue de l'ouivrier qur le dirige. U est mis en commanica:lioo avec la chambr.e de vapeur a l'aiue d'un peliL Luyan de cnivre ruug.e el, qui parl d'une petite: tubulure spécialee, branchée suda partie supérieure de la cb&udiere; un robinetf, apl)artcnant au munomeke, permet d'interrompre, am besoin, la communicalion avec la vapeur.., La pression de la vupeur se fait sentir su11 l'instrument avec loute son intensilé. Cepeudant, .ce n'est pus toujours elle qui agil direotement sur lui, mais souvent et mieux c'est de l'eau, qui, élanl incompressible et pouvant élre relalivement froide, ll'ansmct tres-exactemenl l'action1 qu'elle rec;oit de la apcur, sans détériorer l'insl1 ument comme celte derniere, par sa haute lcmpéralure. Les indications -du , manomelre ~ont ·aonnées eu almosphcres el fractions décimales d'atmosphcre; avcc le sysleme Bourdon, c'esl une aiguille qui parcourt les •

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1\JOTEURS A YAPE .R.

divisions d'un cadran, suivanl les mouvemenls plus ou moins grands du tnbe qui ressenl l'influence de la pression, el auquel cetle aiguille esl rallachée. Le premier cliiffre de l'échélle du cadran est l'unité, ce qui indique, lorsque l'aio-uille y corresponp, que la pression a l'inlérieur de la chauuiere est la m eme _que celle extérieure, soil qu'elle conlicnne de la vapeur a cetle pression, soil qu'elle soil arrélée el pleine d'air. Par con équent, l'aiguille commence a se mouvoil' aussilól que la pression, dan la ch3u<licre, commence a dépasser celle de l'almospbcre extérieure; on obticnl ainsi la valeur absolue de la tension de la vapeur el non pas son exces ur celle du milieu ambiant. Le poinl oú se foil le branchemenl du manomclre sur le générateur n'a ríen d'exclusif, pourvu qu'il ail lieu dans un endroil ou l'on suppose que la vapeur a bien sa pres ion maximum; mais il est inlerdil par les reglemenl;; adminislralifs de faire celle prise sqr une conduile 01'1 la vapeur soil en mouvement pour un aulre service, el qui soit susceptible d'clrc fcrmée a cerlains momenls. 1vEAU o'EA . - Le mainlien du niveau de l'eau a l'inlérieur de la chaudicre est un e condilion tres-importan le sous le douhle rapporl de la sécur-ilé el de la conlinuilé dn service. 11 est réglé, comme nous l'avons dil, a 'e nviron 10 centimetres au-dessus de la parlie supérieure des carneaux, el doil Lres-peu varier de ce point, Je fru;on que jamais aucune parlie seche inlérieure du généraleur se trouve en conlacl avec le couranl de gai cbauds; car on sail qu'un vase mélallique, qui ne conlienLlrail pas de liquide vapori:,able, el qui se trouverail exposé a la chaleur, peul s'échauffer jusqu'au poinl de rougir, se détruire, et pruduire une explostou, pour le cas don Lil 'agi l. 11 ne faul done pas que ce niveau s'abaisse; mais il ne faut pas non plus qu'il s'éleve lrop, car la capacité réservée a la vapeur diminuerail sensiblemenl; el pui , si la quantilé d'eau froide fournie dépas ' e celle vaporisée par Ie fo er, il n'est plus possible de mainlenir la pression <lont on a besoin. Comme il est difficile de compter sur la p:irfaite relalion enlre l'aclion du foyer el la marche de la pompe qui alimente la chaudicre, on foil usages de diffé.renls appareils qui indiqnent exaclemenl la position du niveau d'eau, indépendamment de Loulc aulre considération : les uns, les niueaux en cristal, rcndent celle observalion sensible aux yeux; les aulres, les flollcurs a sifflet, averlissenl lorsque ce niveau dépa se, en moins ou en plus, les limites possibles. Le simple niveau d'eau 1\1, employé généralemcnt, et meme imposé par l'adminislralion supérieure, se comp1se d'un Lube en cristal monté enlre deux tubulures a robinets, formant un en emble qui se place sur le devanl du fourneau, de telle fac;on que le milieu de sa hauteur coiocide avec le niveau normal de l'eau dans la chaudierc. L'inlérieur du tube de cristal est mis en communicalion par ses deux cxlrémilés avec le parlies inférieure el supérieure du générateur avec lequel il devicnl vase coinmuniquant. Par conséqueul, la vapeur s'y rendant par le haul et l'eau par le uas, son niveau s' élablil en concordance parfaile avec l'inléricur de la chaucliere; il suflit d'y jeler les yeux pour voir si ce niveau s'éloigne de sa position normale.

Glt"NÉRATEURS A BOUILLEURS . .

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Pour élalilir la co111rn1111icalion entre le nivea11 et le gén é ralenr, on adople tres. 011\·rnl le moycn suivnnl: on fait lraverser la rnuraiHe du rourncau par dcux lube qui s'aju · Le n-l dans le boul de la chauuicre, au-ue us el au-tl~ ous d11 niYea u normal, ·de f'ac;on que -1'1111 laissc passer de la vapenr el l'aulre de l'rau; ces ueux lube s'ajuslent alors exlérieuremenl nvec les deux ex lrém il és du niveaii d'eau . (On peut \'Oír celle disposition sur les fig. 1 a 4, pi. 2.) l\fais on adopte -aussi la disposilion rcprésenlée ici (pi. 1, íig. 1. et 2), et qui nons semble préférable en ce q11c, les Lubcs ele co mmunicalion n' é tant pas eno-agés clans la m ac;onn erie, on n'a plus a crainc.lre les cli localions c¡ni résullent de la poussée de la brique sous l'in0uence de la chaleur, et aussi_ parce qu'nucun point ne se trouYe caché. Ici le I ube g, qui corresponcl a la vapeur, est pincé exlériememcnt el peu l se branch1::r sur le uc s11s de 1:1 cha11uirre en un point qu elconquc. (No us avons choisi, ponr évile r un lrou <le plns clans la chautl iére, la petite tuhulure e qni correspontl au manomclrc, et qui posscde pour ces c.leux. appareils <leux bride parliculier9s.) Le l11he g' corrcspondnnt 11 l' ea u est de m ~me placé a l'extérim1r, el va se branchcr sur l'un des bouillenrs doul on voit le teles qui sortenl du fourncail . A part les in conYén irn l c.lu nixean en cri tal, el c.lont nous FLOTTE n A JFFLET. parlerons plus tar<l, c'esl nn inslrum enl qu'il faut regarder, comme le manomelre, pour ctre au conrant tlu fait que l'on a in lfret a urvciller. Pour clre mis a l'alJri de celte préoccnpa li on et savoir ce qui se passe dan la cha11d icre, méme sans étre préscnt, on disposc un 0oltcur qui fail fonclionner nn sifflel ave rli seur, s'il s'abaisse au dcEt d'unr .,crtain e limile. Tous uppJsons ici, comme exemplc, le flollenr mao-nrlique de l\I. LelhuillierPinel, 1'11n des sys lcmes c¡ui év it ent m1e ga rnilure mobile dans la paroi de la cha¡td iere pou r le passage ·de la ti o-e <le su pcnsion. C'e l une boile mélalliqne parfailement fixée sur la chaudicre, qui est percée tl ' un lrou en cet endroil. A l' inléri eur se meul librcmen t un barreau tl'aimanl surrnonlanl un e tige a laqnelle se lrouve s nspenc.l u un corps mélalliqne h, creux el 0oL tanl; la vnpeur a son libre acccs dans cetle boite qui e t exaclemen l close par rapport ul' exlérieur. Le fl olleur h, sa ti ge e t le b ar reau d'aimanl co nslituent un lont in<l épencl ant, cl'une seule piecc, qui s'éleve on s'nbaisse avec le ni vea u de l'eau; les fluclualions moyennes so nt co nnu es de l'ex lé ri enr a l'ai<l e d'nne aignille en fer placée sous verre, en dehors de la boite N, lar¡ur ll e a ig uille se meut, avec le barreau aima nlé e t sous on influence, a n lravers de la paroi de la boite oú il es t rcnfermé . .Mnis si le flollenr el son a imant a lleigne nt nn e po ilion infél'ieure ano rmnl e, par suite tl'un abaissement uotable du nivcan de l'ea u, la Lio-e du flolteur agit ur un pelit m écani me de renvoi, disposé a l' inléri eur de la boile , qui comm uniqu e avec la petite soupape par laquelle la ·n 1peur s'échappe el fai l parler un sifflel i monté a la parlie supériemc de l'apparcil. Le brnit clu sifflet suffit pour annoncer au c.:hauffeur que la chaudiere manque d'eau el qu'il doit accélérer l'alimenlalion ou mod ér er la pro<lu tion on la <lépeme l.

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l\IOTEUR

A VAPElJR.

de la vape ur, suivanl Je cas . De 1o :1les fa~oos, la con duil e dn o-é nératcur exige que le nivcau d'eau soil promplenien l ramcné a sa haulcur normale. Yoila, en priucipc, en riuoi consiste 110 ílotleur a sifflcl; il en ex iste de différenls s slemes que nous fcrons co nnailrc. Mais rcmnrquons lonl de suite qu' on s'est toujours allaché a perfeclio11n er lcur disposilion au poinl de vue de conservera la lige clu flolleur toule sa mobililé, en é Yilant el e la fairc -passcr dans une garnilure rnénagée dans la chaudierc: en un mol, on 'esl efforcé de faire de l'ensemble de l'appareil un lout saos aucune communicalion entre la chaudicre el l'ex lé ri e ur. Plusieurs conslrucleur out résolu le probleme, el parliculicremenl I. Lclhuilli er (de Rouen ), en employan l l'aclion ma o-n é tiqu e, qui perm cl de r endrc sensibles, a l'exlérieur, les mou emenls du flolleur, loul e n le Jai sa nl complélemenl libre . Da n ces condilion , un flollcur pc ul r cmp lacer cn li crcme nl le nivea 11 \ lnbe de cristal, puisqu'il pcul donn cr les fluclualions du liquide pour ainsi clire rnillimetre par millimelrc; mais jusqu'i ci le niveau ·en cristal cst onlonné el con ervé, par conséq uent. Cependanl il présenle de dangers e n raison d e sa fragilil é; el puis il se dé polil ioléri euremenl, el ses inclicalions dev ienncnl difficiles a voir. Aus i tous les générale urs fi:xes po sede nl aujo urd 'hu i coocurrcmrnenl les nivcaux en cri tal el les flolleurs a sifflet, réglem en taircs Lous deux, el J 'aulrcs appareils qui les supplécnl et les vé rifi en l. o PAPE UE sunETÉ . - La so u pape de su relé, don l nou avo ns parlé a pro pos de la marmite ele Papin (14), e 1, au m oins tlepuis cwcorncn, le complémenl ind ispensable de toul généra lcur, el devienl aujourd'lrni obligaloirc; un généra leur en doil possédcr généralem enl dcux. C'csl un apparei l tres-simple, a in si qu'on l'a vu, e l qui n' a g ucrc ,•a ri é Lle conlru lion dcpuis qu'on l'cmploie. C'esl loujours une soupape mainlenue s11r on siégc par l'efforl d'un poids su pend11 a l'cxlrémilé u',un le icr, suivanl la di , posilion <l'une balance ro111aine. Chacune <l es soupapes élnbli cs sur un e chaudi cre rloit elre équ il ibrée de fa~on que la vapcur puis e la oulcvú lorsque sa lension a lteinl le chiffrc maximum pour lcqu cl la chaudi ere a é té élablie, et qui csl indiqu é par un timbre légal pincé ur l'une des part ies ex lérieurcs du corps, Lcllcs que le réservoir de vapc ur el la te te des bo uill curs. Les lcv icrs des soupapcs e l les' poicls sonl a ussi poinQonnés par un cléléo-ué u. e l'Adminislralion pour p ouvo ir couslaler loul e modificalion ou surcharge qu'on pourrnil illégalemcnt lcu r faire suhfr. Le soupapes de surelé font ordi uairemcnt parlie d'un gro up e u'appareil , flolleurs el robinels u.e prise, pour ne pa mulliplier le ouverlurcs ü pratiqu er sur le corp de la chaudicrc . leí !'une des oupapes O esl uppo · ée iudépendanle; l'autrc, O', fail pur li e de la boile du fl olle ur magnéliquc . En décrivant spécialemenl ce appareil , nou ferons connaitre le uim ensions d es oupapcs el les molifs qui conduiscnl a délermincr exaclemcn l lcurs diamclrcs en rapporl avec les proportions du généra teur. ne soupape doit, en effe t, salí faire it la clouble condi lion de se lever a une pression ma>.imum délerminée el de donn e r ~l la vapcur une issue suffisanle dans le ca d'une rn-otluclion excessivc, ou <l'un arrel daos la dépcnse, qui uéterm inera il aussi une accumulalion anorma lc.

GÉNÉRATEURS A BOUILLEUR .

DETA.IL

DE LA.

STRUCTIO '

12~

DE LA. CIIAUOlERE

Assr-:MBLAGES ET rnocs 0'1-10)1l\lE. - Le corps de la chaud icre et les bouil_leurs sonl formés de viroles de tole de 8 a 10 millim elres d'épaissenr, solidemenl rivées. Les deux bonls de la chaudiere son! fails d'une seule picce chacun, en tóle plus épaisse, el dont les borcls ont élé rclevés au marteau et a chaud pour foriner la pince d'assemblaa-e. L'un des bouts de chaque bouilleur csl fcrmé de la meme fai;on; mnis l'aulre, celui du colé du foyer, doH ponvoir s'ouvrir a voionlé pour y laissci· enlrer un homme, an besoin, si le diamclre le permet, e l, dnns lous les ca , pour opércr le nelloyage. Ce mode Je fcrinelure est simplemenl !' autoclave. On aura une idée exacle de celle di po ilion en jelant les eux sur les fig. 5 et 6, qui représenlent en délail la parlie supérieure du ré ervoir de vapeur H ou le lroti d'homme a élé réservé pour pé11élrer dans le corps principal de la chaudiere. Le cylindre de lóle, qui forme le ré·ervoir de vapcur, est rivé uvec une piece circulaire en fonlej donl le fond est percé d'une ouvcrlure elliplique ele la dimen ion convenable pour le passage d'un homme; cclle onverlure se ferme, penclant lu marche, a l'aide cl'u11 bouchon k de m eme forme, mais un peu plus grand pour recouvrir l'ouvcrlure. A la faveur de ce lle forme, on peut inlroduire ce boncbon dans l'intérieur en le présentanl de colé, el son petil axe daos le meme ens que le grand axe dn lrou; une fois entré, 011 le ramene i1 sa place oú 011 l'y mainlienl au moye11 des boulons l et eles élriers m qui s'appuicnl sur la pi ecej tL l'exlérieur; ces bonlons onl ordinairemcnt pris dans la fonle du bouchou pour éviter les fuiles qui pourrnient survenir s'ils passaient simple'mcnl au lraver . Ce houchon ainsi mis en place el garni de ma tic au minium sur lout le jojnt du rehord, aucune fuile ne peut se manifesler, la pres ion dans la chamliere le faisant appu er tlavanlage sur son siéa-e. Chaque bouilleur est done muni d'un appareil scmblahle, ainsi que le montrcnl les diverses figures de nolre clessin, el parliculicremenl les délails fi n-. 7 el , oú l'on supposc néanmoins les bonchons retirés pour ne lai.,ser voir que les siégesj'. D,sro 1r10:'I_ DES FEUILLES oE TOLE. - Quant a la répnrlilion des virotes de lule, elle a lieu suivant les longueur el les diamclres de l'apparcil. Les vi roles composant lu chautlicre A sont formécs clw.cune de deux toles daos le seos de la circonférence, el cinlrées pe1·pendiculairemcnt au laminage, ce qui tloil toujonrs elre fait lorsque les dimen ions le permellent. Ce sont des loles de fm 10 .ct-e largeur, se croisanl de 7 cenlimelrcs a l'endroit des clouures. l\Iais pour les bouilleurs qui sont exposés direclement a l'aclion la plus violente du foyer, on doil observer des principes un peu différenls et plus absolus. D'abord, la premiere virote vers l'avanl du fonrneau doit elre aussi longue que -possible et dépasser rigoureusement la lon o- ueur de la o-rille pour qu'il ne se lrouve pas de rivure au-dessus du foyer. Daos nolrc exemple, le foyer ayanl 101 ti0 de profontleur, la premiere ,1 irolc a 2 01 30; la premicre rivure esl done reculéc de 80 cen-

124

.MOTElRS A VAPEUR.

timclrcs environ. D'ailleurs, nous devions monlrer le meilleur mode de conslruction, celui que l'on (loit mlopter lor que les moyens d'exéculion, comrne outillage, le per!Uellenl; les bouilleurs, donl la longuet1r tolale dépa se 6 mclrcs, sonl néanmoíns formés chacun <.le lrois viroles, c'esl-ü-dire le rnoin& qu'on en puisse mellre, ce qui esl.la meilleure condition possible. l\Join il y a de raccords de tole el moins les fui les el les flexions sonl ü craindre. Lorsque les houilleurs onl un grand diametre, chaque virnle comprend deux fcuilles <le lüle sur la circonféren_ce. Celle ínféricure de la premicre virole, et que l'on .appelle le coiip ele feu,. doil elre d'une qualilé irréprocbablc. C'est évi<lemment celle parlie qui souffre le plus de l'aclion, méme normale, du foyer, 111ais qui e délrnil encore souvent par l'accident-que l'on <lésignc par un coiip ele feu, el qui proYienl ordinairemcnl de la négligence du chauffeur, qui a laissé tomber la vapeur, el qui, po11r se relever, charge lont d'un coup la grille d'une trop grande épai se ur de coml>uslihle. ' ans e:rnminer, quant a présent, ce poinl imporlant, íl est focile de fairc comprenure que la vilesse ele transmission clu calorique au tra,ers de la tole a nécessairement u11e limite, et que, si l'acliun rayonnante du foyer s'exerce avcc lrop de ,,iolcnce et de lrop prés, la chaleur ne se trouvant pas aussi ,ite absorbée par le liquide qu'elle e l fournie par le foyer, l'exlérieur de la tóle pourra atleindre la tempérnlure a lnquclle le fci' s'oxyde ou se brúle. D';úlleurs, une vaporisalion lrop , ire clans l e bouilleur aura encore pour résullat d'isoler la tule clu liquide el de lui pcrmcllre de s'élever de tcmpérnture. , Hf: Envoin DE VAPEl.in. - Le réservoir de Yapeur, 011 le dórne H, esl formé d'une eule fcuille <le tóle roulée el rivée par ses hords; sa parlie inférienre e l relcvée u chand, de fa9on a conslilucr une comiere pour le ·river sur la chaudicre. Souvent cellc c~rnicre élait inclépendanle el rapporlée; mais cela faisait une clouure ele plus, ce qu'il faut óvilcr aulanl que possible. L:.i parlie du corps principal A ou se monte le dome n'est pas percée suivnnt un trou d'un mcme <liamelrc, comme cela avail néanmoins lieu quelquefois. Il esl préférable de n'ouvrir qu'un trou n, beaucOl)P plus faible, et seulcment suffisnnt pour uébiler largemenl le volume de vapeur qui se dépense inccs ::irnmenl; on y frouve l'avanlage de ne pas affaiblir le corps de la chaud'iere, qui serail ainsi coupé sur pres de la moitié de sa circonférence si l'ouverlure devail correspondre au diamctre du réservoir. C'esl le plus généralement sur Je el-time que se foil la prise de vapeur, ainsi q11e nous l'a\'ons dit. Lorsque cel appareil est terminé, comme ici, par le siége j du lrou l'homme, on a soin de ménager a celte piece la lubulure o nécessaire pour y adapler un robinet ou une boite P qui conlienl la valve de_sorlie de vapeur, afin de n'avoir pns de nouvelles ouverlurcs a praliquer dans la tóle. Les conslrucleurs ménageut souvent plusieúrs tubulures sembla]Jlcs (mir pi. 2), soil pour plu ieurs appareils, soil pour élre mailres de choisir plus focileme11t le cólé de la prise de Yapeur, d'apres les posilions relalives du générateur el de la machi ne qu'il ali-· mente. CoMMUNJCATJO;,¡s ou

SAnos. -

Les conduils C qui relient les bouillcurs avec la

GÉNÉRATE URS A BOUILLE URS.

120 chaudierc, et qui les m e llent en communication, son t aussj des cylindres de fóle ·c1ont les deux bouls sont r elevés en form e de co mi eres é pousa nl la forme de la parfie on elles s'upplique nt et y sout rivées . Leur direction, en seclion trnnsve rsal e, fi g . 3, esl telle qu e l'axe de chacun passe par le ce ntre du bouilleur el a có lé de celui de la chaudicre, :mivant un tracé qui évilc que les deux communicalions vo isines ne se touch enl e t c¡ue les lrou s ouvcrts dan s la chaudier e ne se r ejo igÍie11l; il ·faul qu'il r es te e ntre eux pres de trois fois la large ur d' une pince ou d'un r ebord de clnuurcs. S uiva nt la disposilion pri se pour exemplc, il reste entre les comieres pres de 11 centim clres pour le passage Je la cloiso n de hr iq11 e. Le diarn etre des comrnunications doil elre a ussi g r;111d q11e p ossible, el n e pas e lre inféri eur a 30 cenlimelres intéri euremen t. Mais pour les placer facilement, méme avec celte dimension minimum, on voit qu e la ch auuicre n e p cut pas avo ir beaucoup moins que nous ne lui supposons, c'esl-a-dire 1 mclre ele cliamclre intérieurernenl, e l les bouilleurs 0,60; autren, enl ces corps prin cipau x se t ro u vcraicn l sen siblern cnt affaibl is par les ouverlures correspond an les. Lnrsqu'un généra leur ne peul a lleindrc ces dimensions, nous verrons qu'il rnul mieux n'adopter qu'un se ul bouilleur, afin de lui conserver un gra nd diam ctre ain si qu'aux tub11lures C. • Ces .tulmlures sont ici d'un e seule pi ece, chacune r éunissa nt in va riahlemen l, par des rivures, la chaudi ere e l les bouill eurs. Ma is on les a so uven t failes en deux picces, rn cco rd ées avec des Lrid es boul onn ées ou par un étri er el un joint au m as li c de fonle. On avail imag in é cellc disposilion en vue de Jaciliter le moulage e l la séparation de la chau.di er e et el es bouilleurs; m a is on n généra lemen l reconnu l'inconvénient de ce sysleme c¡ui lnis a it presq ue tonj ours les fuit~s se déclarer, et l'on préfere les com muni ca lion s d'unc seul e picce cornme nous l'avo ns indiqué. Cependant, il n' es l p1s doulnux qu'en cerlaincs cir co nsian ces on soi t ohligé de r endre les bouilleurs fnciJemenl séparables ele la cli a utli ere: alors on devrait au moins év iler In r éL1 nion au maslic de fontc, qui r é11ss it mal e l qui présc11te de grand es difficull és a hi cn faire.

CONST RUCTION DU FOURNEA U

Le ge nre de fournenu qu e oou s consitlérons ici es t d '= l' espece de ceux é labli s isolément sur trois d(,! leurs faces et appuyés seulement par la qualricme conl re le mul' en mac;:onncrie qui le sépare de la cheminée. (Vo ir, su r la fig. 1 de la pl. 3, l'ensemble du fourneau e t de la cbem i11 ée .) La masse ,générale se compose de qualre murailles en briqu c ordinaire, r ev~ ln es intéri e urement d'un e· demi-lon g ue11r de brique r éfra c laire dans toules les parlies exposées au fet1 ou au co urant d'a il' chaud (1.). La forme inlérieure des carneaux esl coul'bc, ce qui co nvient assez bien i't la r éparlilion du courant d'ail' aulour ele la chaudi ere, mai s qui ne se fait pas lou. (i ) Celle disti11clion de bri ,1ue a élé faite seu lern enL sur les seclion s vertica les (llg. i el 3) , au rnoyen d' une l einle un peu plus clairc que celle co rrespo:1danl a la brique ordinaire.

l, ! r

126

l\JOTE

A VA PEUR.

jours, par la raison que c'csl un peu plus <lifílcile de conslruclion que les parois· laléralcs pu remen t planes et verticales. La séparation entre le carneau inférienr E et cenx E' el E" est élal>lie par une cloison plane en briques réfraclaires repo ant simplemenl sur les bouillenrs. ou proposons ,. comme exemple d'une conslruction soignée, une voitle en brique ordinaire p qui laisse au-dessus de la chandiere un espace a pe11 pres vide, lequ el e l lre -ulile conlre le rcfroitlissemenl exlérieur. Onlinairemenl, la chamhre de ser ice au-d essus <lu fourneau es l a une tempéralure lcllement élevée (a llendu qu'on ne eloil pas ch ercher n la refroielir par l'air exl•'ricur) qu'un bomme a pein e a s'y lenir; nou s avons en l'occasion ele remarquer que l'exislencc de celle voüle isolanle étai l i efficace que la lemp érnlure du milieu oú se lrouve situé le fourneau se mninlenail pour ainsi dire a une lemp éralure ambianlc <le 20 <legrés au plus, sa ns avoi r cherché i'l l'aérer. i\.Iais ce genre tle conslruction n'est pas non plus le moi n <l i · pcndieux. Le carnea n E inférieur est formé d'une voüte légcre q qui laisse uu vide perdu et fermé lt l'une <le es ex lrém ilés par un mur en briqu e r qui serl de point <l'appui a la chautlicre, el <l e l' aulrc par un mur scrnblable R sur lequ el s'appuie la grille el qui s'élcrn J'une quanlilé co nve nalJle, afln de ne lais er au-<lessous d es bouilleurs que l'espace suffisant pour le p assage <l es produils de la combuslion en fon;anl la flamme de s'allono-er el de lécher les parois <lu gé n éra.le ur. C'e t ce mur que l'on nomme l' aulel; en s'éleva nl a u-<l es us ele la o-rille, il se rt fa retenir le combustible fllle l'on y dépose en co uch e plus ou moins é paisse . Comme son bord <lu colé de Ja. o-rille ubil la plu éncr rr iqu e acl ion d11 fo ·er, il est imporla nl tic le rrarn ir de briqucs réfractaires el tic ne pa laisser d'aréle vive, qui serail <lu reste bien vite tl é 0 rntléc. Comrnc le fourneau se charo-e promplem enl de suic qui r éduil insensiblement la seclion des pa sages, il faut pouvoir le ncllo er facilement. Pour cela, ou m ·nage ur la face anlérienre <leux ouverlures y, vis-a-vis des carncaux E' et E", et qui uc ont clo es que par une cloi on en bric¡ue qui esl ans i aisément r emonlée que tl émolie. · Quanl au carnean inféri cur, on repou sse la poussiere e t la suie qui se déposenl sur la Yoúle q ou con lre les bouilleL1rs dans l'e pace· vitle r eslan l entre la cloisou r el la muraille <lu fourneau. Pour purge r cet espace a on lo11r, lorsqu'il vient a s'encombrer ce qui e t peu fréqucnt, on y parv ieul facilcmenl, soil en défon9ant les cloisons R el 1· (la vou le q en éla ul ind épe utlanlc) , oil en ména o·ea nt un regard correspondanl tlans la muraille ex lérieure du fourneau, s'il est isol é . A l' 'rra rtl du canal G qui se r en <l a la chemioée, 011 arrive a le nelloyer par le rega nl V ménagé a la cbeminée mcmc (vo ir fi g. 1, pi. 3). 11 esl a peine ulile tl'ajouler que la masse entiere <lu fourneau <loit elre élablie sur un massif en ma9onnerie lrcs-solitle el parfai lcment slable; sur nolre dessin, on peul voir que le ma if rcgnc dans loute la superficie du fourneau. Ce dcrnicr <loil clre a u si intl é pemlant eles construclions voisines latéralcs: c'csla-dirc que ses murailles ne pénelrent par ai:cun poinl daus le mur conlre lequel il

GÉ 1 ÉRATEUR' A BO ILLE

RS.

127

s'appuic; et meme, pour parer tt la poussée de In briquc, en raison des cfJels de la chalcur, nous supposons une dislancc de qucl'lucs ccntimeires entre les deux constrnclions, vide que l'on foil disparaitre en haul en le rebouchanl sans ioconvéuient suivaot une pclile hauleur.

CONSTRUCTION (FIG.

DE LA CHEl\IlNÉE

PL.

Les cheminées des générateurs a vapeur fixcs sont isolécs, a ant In forme générale d'un vasle conduit vertical d'une seclion reclangulaire ou circulaire . Pour uc gé.néraleurs donl la puissnnce s'élcve au-dessus de 8 a 10 rnctres de surface de cbaufl'e, les cheminées sont en briquc et pcu cnl ctre carrées ou rondes; au-dessous de celle puissance, on les foit souvent en lóle et cylinuriques. Daos ce dernier cas, si la chcminée est isolée ·aans la plus granue parlie de sa bauleur, on csl obligé de la relenir au moyen de hanbans en fil de fer se rallacbanl aux con lruclions les plus voisines, a ltcndu qu'clle ne présenle aucune slabililé par sa base . 1'Iais le plus souvent, dison -n ous, les cheminées sonl construiles en briqucs cornme cclle 'f, qui csl repré cnlée fig. 1 et 2, pi. 3, et que nons sup~posons appliquée au g-énéralcur des ·in é pi. 1. Le conJuil inlérieur csl circulairc et <l'un diarnclre sensilJlemenl uniforme <lu bas en h a ul. L'exlérieur esl également circúlaire, mais suivaul un cóne Lres-prononcé, donnanl a la muraille une notable aucrmentalion d'épaisseur el de diamctre a la basr.. La: forme carrée esl souvenl adoplée en raison d'une plus grande simplici!é de con lruclion; mais oulrc quc_l.:aclion des Ycnls s'y foil sentir plus é1wrgiquemenl que sur les ch emi néc ronJe , il esl également vrai que, <lans ces derniercs, la forme intérieure, présenlanl le moindre conlour ponr une méme eclion el Je~ augle les moins prononcés,_esl la plus favorable au passage dn couranl d'air el de gaz. Anssi la forme ronde e l-elle atloplée de plus en plus, aujounl'hui surloul que les procédés <le conslruelion sonl lrc -amélioré . ne cheminée doil ctre élevée en briques enlicrcs et qui aienl conservé complétcmen l leur crnule vilrifiéc par la cuisson. Autant pour ce rnolif que pour économiscr la main-tl'reurre, on obtienl une forme exlérieure réguliere en fai anl upporler au conduil inlérieur la uiminution ucces ive de l'épaisseur des parois pnr une sui te de relrails qui fo :· ment enlre eux des parlies uniform es J'épaisseur, mais rnrianl de !'une i\ l'aulrc de H centimclres, soil la la.rgeur d'une brique. Dans les coudilions ordinaires, l'épaisseur vers le haul de la chcminée peul élre rédnile i\ . H cenlimc lres, comme dans nolrc cxemple, el chaque retrnil ucces if correspond a 11 ccnlimelres de plus, de fac;on qu'en parlanl du sommel chaque division a ucce sivemer,t pour épaisseur une demi-lougueur de brique, une longucur, une longue ur et tlemie, tleux longueurs, ele . L'ensemble de la cheminée pré ente ainsi un ful conique qui semble reposer sur

128

l\IOTEVRS A VA PE R.

un piétle tal dont la scclion peut cLrc carrée e lérieuremcnt. A la renconlre du fut el du piécle lal, on incru le un larmi cr en picrre qui srrl en mcme lemps de décornlion el de rcvctcrncnl pour rejelcr les·eaux pluviales qui onl suivi la snrface exléricnre de la chcminée. Le piédeslal s'élargit un pcu asa parlie inférieure en figuranl un ou deux rcpos, et pénclrc dans le sol a la profondcur nécessaire pour se lrouver u la haulcnr du canal G de communicalion avec le dernier cooduil E" des carneaux. Au-de ous Je ce dernier, !'ensemble de la cheminée s'appuie sur une fontlnlion en mai;onucric qui doil pr;scnler une lnhililé parfailc. En cffcl, a parl le poids propre a supporlcr, on coni:oil qu'unc légere dénin?ll:.llion <le la base peul faire pencher In hcminée et <lérancrer son centre de g-rav ilé d'une quanlilé con idérable en rni on uu grand rapporl qui cxi le entre la hauleur el la base. Qu_oique la lcmpéralure du courant cl'air chaucl ne doivc pas dépasscr 300° en arrivant a la cbemi11ée, il cst convenable de fairc le revclcmcnl inléricur en l,riqn cs réfrncluires ur les denx ou lrois premier melre , ainsi que le canal de communicalion G. Ce canal tloit etrr, aula11t que po·siblc, di posé au-de sous un sol, rnai a une faiblc prof'ondcur, afln cl'cn rcndrc les réparalions focil es . Jl faul ccpentlanl un rccouvremenl d'unc ré i lance uffhrnlc pou1· le prolégcr conlrc les chocs que le sol peut éprourer de la parl de gro es voilure· ou <les dépots ue malériaux. Vis-ü- i on enlréc dans la chcminéc, on ménacrc une ouverlure V correspondanl h u11e fo se par laqucllc on pcul pénélrcr tla11 la chemin6e pour la uelloyer el sorlir les amas · d . 11ic., On licut ccllc ouvcrlurc simplernent fcrmée par une cloison en brique réunic avcc de b !erre ou par une porte en tole. Le cana l de jonclion du crénérn lc11 1· a h chcminéc a sou enl un développcmenl bcaucoup plus considérable que cclui indiqué sur le des in; muis il arri e aussi que la chemi11ée esl iL pcn pres accolée au fourncau; dans lous les cas, les rcglcmcnls a<lrnini lralifs pre cri,,enL de ncjamais con lruirc la cheminée dans !'axe mcme du fourneau tlans l'hypolhcse u'unc cxplo ion qui pourrait pro<luire son cffet suivant l'axc de la chaudicr , el, par la chule <le la chrminée, aggraver les accidenls. Quanl au moue <le lcrmincr le ommcl de la cheminée, il consiste ordinaircment it former un chapilcau, soit en dalles de pierrc, soil avcc <l es cordons de briques aillanlc . _fai il n' a naimcnl tl'utile que de recomrir la lJriquc pour cmpecher !'can d'cn dégrader les joinl . On oblic11l ce rés ullal i'l l'aidc cl'un simple chapeau en tole ou en fortlc rni11ce. Dans lous les cas, plus ce rcco uvremcnl :;era lourd et plu les o cillalions de la chrmin éc sou l'ioilucncc du venl seronL sensibles : on doil uonc le fairc aus ·i léger que pos-iblc. TnAcÉ DE LA cnE.111xEE. - On délermine facilemenl la forme <l'une cbeminéc d'np re le diamelrc qu'cllc uoil avoir inléricurcmenl. el la penle que la pralique a in<liquée comme la plus convcnablc pour sa paroi cxlérieure, afln d'o!Jtenir une slabililé nfíi ante. Les memcs donnécs permellenl au si tic fixer le uombrc tic rclrail ou changemcnl tl'épais eurs <l'apres les dimen ions memes des matériaux cmployés : ce sonl i i des briques <lonl les lrois dimcnsions les plus or<linaires ' sonl 22, 11 el o,5 ceulimelrcs, corrcspondant it la longueur, la largeur el l' épuisseur.

GÉ rÉRATEUll

A BOUILLEURS.

129

La penle de la paroi exlérieure esl ordinairemenl maintenue enlre 25 el 30 millimelres par metre de hauteur verticale, la penle la plus forte ~e trouvant appliquée lorsque la cheminée présente peu de liauteur par rapporl a son diametre . . D'apres ce premier aperc;u, le tracé serail tres-sjmple; il suffirait, pour avoir la scclion verlicale de la cheminée, de tracer un trapeze ayant pour pelite ba e le diamelre donné, plus les épaisseurs de brique, et deux cótés inclinés suivant la donnée précédenle. C'est en _effet ce qu'il faul faire, sons-la réserve d'une cerlaine véritication que fournit le complémenl du tracé. Lorsqu'on a ainsi, a priori, trouvé la grande seclion de la cheminée-, si elle doit elre d'un meme t.liametre aux deux extrémilés, on retranche la petite base de la grande et on prend la moitié de la différence, laquelle moilié devien l alors l'épaisseur iuférieure de la cheminée. lUais, par la nature meme des matériaux, celte épaisseur doit etre un mulliple exact de 11 centirnetres, la largeur d'une briquc : -il faut done modifier celle trouvée en ce sens, en l'auo-mentant ou en la diminuanl suivant qn'elle se trouve plus voisine d'un multiple de H, plus fort ou plus faihle. Uue fois ce lle recljfication fai Le, on possede a la fois la forme définiti ve de la scction el le nombre de retrails, qui est évidemment égal au nombre de fois 11 conLenu dans l'épaisseur inférieure, l'épaisseur minimum en haut étanl elle-meme égale a 11 cenlimetres. Si celte derniere épaisseur était égale a une ou deux fois de plus 11, le nombre de retrails se trouverail diminué d'aulant. Ex1mPLE. - La cheminée représentée pl. 3, tig. 1, a om47 de t.liametre asa partie supérieure, et 16 metres de hauteur daris sa partie circulaire et conique. En ajoutant deux épnisseurs dcH ccnlimctrcs, le diamelre exlériem en baut devient omo9 , et celui inférieur, ayee 3 cenlimetres de penle, est égale a : 0,69

2 (16m X 0,03)

= 1m65.

En supposant l'inlérieur exaclement e lindrique, on aurail pour l'épai se~r inférieure, 1,65 G)

0,47 -

0,59.

Ce nombre contienl cinq fois 11 cxacternen~, d'ou 55 a élé adopté pour l'épaisseur dans cette parlie, y compris le reYétement intérieur en briques réfraclaires, dans le piédestal. L'épaisseur a la base de la parlie conique devient alors quatre fois H centimelres ou deux longneurs de briques, et la hauteur présenle quatre retrails. Au lieu de modifier la forme trouvée a l'aide de la premicre approximalion·, elle a été conservée au profit du diamelre inlérieur dans le has, ce q~i n'.est pas contraire au tirage; le diametre extérieur trouvé ci-dessus reslant égal a 1,60, on a pour l'inléTieur: 1,65 - 2 X 0,55

= 0,55 .

130

l\1OTEURS A VAPEUR. GRANDE CllEMINtE DES FORGES DE RACHECOURT { FIG.

PL.

Apres avoir donné pour exemple un des plus petils modeles de cheminée d'usine construite en briques, nous sommes désireux de montrer un exemple ioverse des plus grands modeles, ce qui permeltra bien de juger dans quelles limites la construc1ion peut varier. 11 s'agit ici de la cheminée appliquée aux forges de Racbecourt (Haute-Mame), qui est commune a tous les feux de cet importanl établissemenl; elle a été construile sur les dounées de MM. les ingénieurs Tbi~·ion et de Maslaing. Comme ses dimensions sont tres-considérables, nous n'avons pu reproduire sur notre planche que la parlie supérieure de cette cheminée, dont on pourra néanmoins se faire une idée complete. La fig. 3 représente, en effet, le sommet de la cheminée avec le chapiteau en fonte qui la recouvre et garantit les joinls de la brique; La fig. 4 esr, en parlie, une section horizonlale de la mavonnÚie et une vue exlérieure du chapiteau. Celte cbeminée a 36m35 d'élévation, a partir du sol jusqu'au chapiteau, el 40 metres depuis le massif en mavonnerie sur leqnel elle repose, massif qui n'a pas moins de 5 metres de diametre. · Le diamelre intérieur est, au sommet, de tm50,.et de 2m25 ~ la base. L'épaisseur de la muraille esl formée d'une longueur de brique, en haut, et de 3 1/2 en bas; les diametres extérieurs correspondants sonl égaux, par conséquent, a 1m94 et4,00, cette derniere dimension prise a la naissance de la parlie conique. La pente extépar metre. rieure de la paroi est aussi de 3 centirnetres , Les différences d'épaisseur se réparlissent en cinq parlies en retraite l'une de J'aulre de chacune 6 metres de hauleur, plus la parlie inférieure qui en comple nécessairement 10 a partir du massif. Pour consoHder celle immeose conslruction, les ingénieurs ont fait iocruster daos la muraille, en la montant, 35 cercles a, form3:nt armat~res, en fer plat de 50 millimetres de largeur sur 3 mi-llimetres d'épaisseur. Ces armatures ont pour but de neulraliser les effets de dislocation que la brique subit en raison de la haute température des gaz appelés par la cheminée. On a ménagé aussi 100 échelons en fer b pour en permeltre l'ascension a volonlé; ils se trouvenl espacés de 0m40. Le chapiteau en fonle A, qui la recouvre, est formé de quatre pieces qui se réunisse:rit en- place au moyen de boulons c. Ses épaisseurs sont généralement de 20 millimelres, mais son poi<ls total doit etre, en résumé, aussi faible que possible, pour ne pas charger inutilement la construclion. Exceplé ses proporlions, on voi t que cette cheminée a élé tracé~ a I'aide des mémes priucipes que celle représenlée fig. 1. Seulement, il esl bon de remarquer que les construcleurs n'ont pas voulu réduire l'épaisseur mínimum, en haul, a

GÉNÉRATEURS A BOUILLEURS.

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une demi-brique, a cause du grand diamelre et de la grande ·hauleur, bien que cela ait eu lieu autre part.

REDRESSEl\lENT

DES CHEMINÉES

Il n'est pas rare de voir une cheminée el'usine hors d'aplomb, en raison de sa faible base et de son poids considérable qui fait ·souvent fléchir les fondations. Quand l'obliquité accidenlelle ne va pas jusqu'a exiger la reconstruction complete, on emploie plusieurs modes <l.e redressernent q~'il ne sera pas sans intérel de faire connailre, au moins les principaux. L'un d'eux consiste a enfoncer des coi ns a di verses bauteurs dans la rnac;onnerie, jusqu'a ce que la verlicalilé soit suffisamment rétablie. 1\1. Voruz, de antes, a pratiqué ce rnoyen pour redresser la cheminée de sa fonel erie, mais en le perfeclionnant. 11 a fait fondre qualre plaquP.s de fonle garnies chacune ele parlies saillantes comme eles uervures, puis il les a inlroeluites deux a deux et l'une sur l'autre dans la muraille de la cheminée, a sa naissance inférieure. Une fois en place, les deux paires de plaques laissaient entre elles, par leurs parlies saillanles, des vides dans lesquels des coins ont élé chassés a coups de masse. Celte opéralion a eu_un résultat complet. Enfin un autre procédé, égalemenl en usage, consiste a donncr des coups de scie au lravers du corps de la cheminée jusqn'a son centre. Ces coups de scie forment des vides que la cheminée referme en s'inclinant de son propre poids, eri seos contraire du hors d'aplomb qu'il s'agit ele détruire. On les multiplie, par conséquent, suivant l'intensilé d'inclinaison a regagner.

MON T AGE DE

LA CHA.UDlERE DA.NS LE

FOURNEA U

L'ensemble de la chaudiere et de ses bouilleurs cst porté aux extrémités de ces derniers, d'une part, au moyen des supports en fonte ou chandeliers s, s'appuyanl sur le mur r, c_l d'autre part, sur le chambranle en fon le ou ]]laque de foyer S. Celte plaque, que l'on voit en détail, fig. 7 a 9, est appliquée contre la face antérieure du fourneau, et s'y trouve solidemcnt relenue par six boulons t, qui, pour bien faire, doivent pénétrer daos la masse de la brique a une profoneleur au moins égale a la dislance de l'autel; leur extrémilé engagée doil traverser une ancre en fer de forte dimension, et s'étendant largement dans la brique. · Celle· plaque, ainsi solidement fixée, porte deux échancrures demi circulaires pour reccvoir la tele des bouilleurs qui ne font que s'y reposer. Lorsqu'une chaudiere ne dépasse pas la longueur et le volume de celle-ci, ces cleux points u'appui extremes suffisent; nous remarquons, du res le, qu'en adoplant plus de deux poinls comme supporls, on n'est pas sur que tous porlent quelque chose, a cause des mouvements que la cbaleur fait faire au mélal <les bouilleurs

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MOTEURS A VAPEUR.

qui se courbent toujours plus ou moins dans le seos de leur longuem'; c'est aussi pour celle meme raison que les bouilleurs ne font que reposer sur leurs supporls et ne s'y trouvent nullement allachés, aliq de leur permettre de s'allonger librement. Cependanl, pour celte merne longueur, comme pour de plus considérables, la chaudiere A est souvent munie d'oreilles en fonte qui sont posées vers la hauteur de son cen lre et qui péneh·ent dans ia brique au-dessus des carneau-x, et se reposent sur les mura.illes lnlérales. (Voir fig. 3 et 7, pl. 2.) Nous savons que ces oreilles ne sont pas indispensables pour la solidité de la chaudiere, au moins dans les dimensions de ceile qui nous occupe; mais elles peüvenl devenir d'une tres-grande ulililé daos le cas d'une réparalion exigeanl, par exemple, le dérnontage de la plaque du foyer. Elles renclent bien plus faciles les moyens d'étayer la chaudiere et peuvent prévenir des accidents graves par suile de négligencc ou d'oublis. · · Quanl a multiplier les supporls au-dessous des bouilleurs, c'est une mauvaise condition, non-seulement par la raison que . nous en avons donnée ci-dessus, mais encore parce qu'ils approchent alors du foyer et se détruisent promptement. Éloignés comme ceux que nous indiquons, ils sonl pe,u en tlanger de bruler; mais il f'aut an moins Lailler leurs faces en coins pour diviser la flamme el diminuer son aclion sur eux. FoYER. On donne le nom de foy e1· a tout l'espace réservé en avant tle l'autel el dans lequel s'opere la produclion du calorique nécessaire a la vaporisation. Le foyer est divisé en Jeux parties clistinctes par la grille D; la premiere, celle s11périeurc., est la chambre de comhustion ou le foyer proprement <lit comme élant celle dans laquelle brule le combustible; celle inférieure est le cenclrier, qui re~oit effeclivemenl la cendre et les résidus menus appelés escarbilles. C'est aussi une chambre a air, puisqu'elle re~oit l'air extérieur qui alimente la combustion et qui es t forcé ele pnsser dans celle cbambre pour traverser la g ·ille. La plaque verlicale S, qui garnil la face du fourne1rn et que l'on nomme charnbranle, esl o u verte au-dessus de la grille et a la hauleur du cendrier; l'ouverlure supérieure, par laquelle on inlrounit le combustible, P.st munie d'1;1ne ou de deux portes l, qui scrvent a empecher l'air extérieur de pénétrer dans le foyer autremenl que par le cendrier et en lraversant la grille. L'ouverLure du cendriér est souvenl aussi g·arnie tl'une porle que l'on ferme dans les moments d'arret pour empecher lrs entrées d'air froid. On parvient ainsi a maintenir la pression, non-seulemenl pendanl les h~ures de repos, muis meme pendant une nuit enliere. Plusieurs praticiens ont donué le conseil de faire arriver l'air extérieur au cendrier par un conduil spécial au lieu de lui donner entrée simplement dans la chambre du générateur. C'esl un moyen de ne pas insuffler de l'air déja a une température élevée, comme il esl généralement dans l' espace réservé <levan t le fourneau pour le service du foyer. 'olre de sin indique que le sol du foyer esl en contre-bas de celui exlérieur, de fa~oH a retenir une couche d'eau de quelques centimelres d'épaisseur. Celte clispo,

GÉ ÉRATEURS A BOUILLEURS. '

133

sitian a pour but d'éleindi·e les escarbillcs qui tombent incandescentes de la grille; et puis l'eau, qui ne tarde pasa s'échauffer, se vaporise peu i.L peu, et sa vapeur, en traversant le foyer, peut encare contribuer a l'animer par sa ·décomposilion en gaz hydrogcne et oxygene, l'un comme combustible el l'aulre comme corps comburan1. La grille est formée de barreaux plats qui sont généralement en fonte dure, posés parallelement a cóté les uns des aulres, et ne se louchant que par des saillies ou talons, lesquels· sont ménagés aux exlrémilés seulement, si leur longueur ne dépasse guere 1. melre, et en oulre au rnilieu si• celle-ci csl plus grande. Le rapporl de I'épaisseur de ces saillies a celle des barreaux est Lelle que la somme des espaces vides n'cst pas plus de 1/4 de la surface entiere de la grille, ce qui revienta dire que la saillie de cbaque cóté est le sixieme seulemcnt de l'épaisseur <l'un barreau a sa base supérieure. La fig. 26 ci-dessou¡; représente en délail la disposition cxacte des harreaux qui composent un fragment de grille élablie d'apres ces príncipes. A esl la projection longitmlinale <l'un demi-barreau; Ben est une seclion lransversale faite ati milieu de sa longueur; Et C est une projeclion borizontale de plusieurs barreaux rapprochés, tels qu'on les dispose pour fonner la grille enticre.-

...

Fig. 26.

Comme on le voit, la seclion lransversale d'un barreau est une sorte de trapeze dontla grande base, col'respondanl a la surface supérieure, n'a pas plus de 15 millimetres <l'épaisseur, el la plus pelilc, cclle inférieure, enviran 6 a 7. L'épaisseur aux talons étant de 20 millimelres, ils laissent done réellement entre eux un espace libre de 5 millimclres. Par conséquent, la lotalilé des vides constitue le quart de la surface totale tle la grille mesurée enlre les parlies en_coulact. Bien des motifs condnisent 11 faire les barrenux minces et les inlervalles libres Lres-étroits. Déja ces co11dilions ont indi pcnsalJl1•s pour employer des combus-

f34

IOTE R

A VA.PE R.

tibles menus, afin qu'il s'en échappe le moins possible a travers la grille; d'autre part si, lout en fais:mt les vides élroits, on conservait beaucoup d'épaissenr aux barreaux, une parlie plus grande d u combustible se trouverai l masquée par rapporl a l'enlrée de l'air; el puis !'ensemble de la grille pr'ésenlerait une trop grande surface, puisque le passage de l'air par les vides est une condition a remplir nécessairement indépendante de la superficie absolue de la grille. De plus, il cst évident que, si l'on augmenlait l'épaisseur des b·arreaux, ils emmagasineraient beaucoup de calorique que l'enlrée de rair froid ne ·pourrait suffire a dissiper: alors ils s'écbauITeraient, e bruleraient plus facilement el ne tarderaicnt pas a se déformer. En les faisant, au conlraire, .suffisammenl minces, ils resten!, relatirnment, presque froids et se conservent plus longtemps. Depuis lonalemps déja on a constaté l'avantaae des barreaux minccs dans la conslruclion des ~Tilles de fourneaux. Des expériences suivies, failes u l\1ulhouse en 1842, cu ont monlré les bons résullals; pour mieux démonlrer l'avantage qui résulle <l'une rrrille !res-bien faite et de la parfaile reclilude des barreaux, ils avaienl élé préalablemenl bien drcs és a la meule sur leur face supérieure et par leurs points de conlacl. M. Corbin De boissicres, a qui l'on doit <les perfeclionnemenls importanls Jaus les apparcils d'usines i.t fer, allribuc en parlie les succes qu'il a obtenus, parliculierement daos les fours et fourneaux, a l'ap_plication des barreaux minces a son systeme de foyer, donl nous parlerons plus loin. Les dimensions que la figure précédenle indique sont ordinairement adoptées pour brCtler Je la houillc. On lem: donne celte forme renflée <lans le sens vertical, afio qu'en en diminuant la masse ils préscuteot une roideur suffisante contre la déf'or.mation sous l'action du feu. Oo comprend facilemeol que l'emploi cJ'uoe grille d'uoe seule piece n'cst pas pos ibl , altendu qu'on n'aurait pa la meme facilité de mainlenir un bon étal d'enlrelien qu'avec des barreaux indépendants qui peuvent etre isolément rcmplacés an fur et a mesure qu'ils se délériorent. Comme il est imporlanl que le feu ne soil pasen contact avec les portes du foyer, on isole la rrrille du cham])ranle en interpo ant une plaque pleine en fonte u , donl la urface supérieure correspond a cclle des barreaux et au seuil de l'ouverture des portes t. Celle plaque, dont la largeur esl de 25 a 30 cenlimetres, s'appuie sur une saillie venuc de fonle avec le chamhranle et sur une travcrse en fer ou en fon le v, scellée des deux bouts daos la ma~onnerie; celle-ci re~oit aussi l'uoe des exlrémilés Je la grille dont l'aulre est supportée de meme par une traverse semhlable v', placée conlre le mur d'autel. Généralemeut, ces diverses pieces la.issenl entre elles un peu de jeu pour parer a la dilatalion et par suite a une cerlaine déformation qu'il scrail difficile d'éviter, si l'on faisait des ajustements précis. 1 ous ero ons que tous les détails de conslruction du foyer sont suffisammenl indiqué par les tracés d.'ensemble, pl. 1 et par les fig. 7 a 9, pour ne pas avoir beso in d'in isler davanlaae a cet éaard. Faisons remarquer seulement la disposition du chambranle en fonte , avec le nervures qui le consolident. L'une de cclles-ci sur-

DE GÉ ÉRATE RS. PROPORTIO tout, celle x , est tres-ulile, parce qu'elle donne a la face du fourneau la résislance . suffisante en lui servant de poinl d'appui. 11 nous reste done peu di:!' chose a aire du générateur que uous avo ns pris· pour exemple, et qui est <l'une application générale, a cause de la facilité d'exécution el d'enlrelien qu'il préseote. ous aurons encore a montrer bien d'autres systemes analognes qui pourront servir de theme dans la discussion des motifs qui co~duisenl plutót a une disposition qu'a une autre. Mais avant d'en examiner les variétés, nous croyons utile de faire connaitre immédiatement les regles praliques qui servent de bases daos le calcul des dimensioos principales d'un géoérateur cyliodrique, suivant la quantilé de travail qu'on veul lui faire produire. Il est d'ailleurs remarquable que la plupart de ces priucipes sont fondamenlaux et conviennent a tous les systemes. PB.OPOB.T:IONS D'UN' GEN:ÉB.ATE"'D'B. A COB.PS CYLINDB.IQUES

Aujourd'hui, quel que soit le sysleme de conslruclion d'un générateur, les liases du calcul pour en délerminer les dimensions sont les mcmes; il ne peut y avoir de modifi.calions que dans la maniere de l'appliquer suivanl la forme et les disposilions, comme suivant la rapidité demandée pour la vaporisation et la nalure du combustible employé; nous admeltons done, qu'eo cherchant a analyser les conditions de marche du généraleur dont on vient de lire la descriplion, ríen ne sera plus simple que d'appliquer les memes raisonnements :mx chaudieres en apparence si différeotes, telles que les chaudieres tubulaires, a foyer inlérieur, ele. Déja nous en avons dit un mol en décrivaot le sysleme de Wall; mais nous tenons essenliellemeot a détailler aussi complétement que possible ce que nous appellerons : les bases ou, pr íncipes rudimentaires des propor ti ons cl'un générateu,r a vapeur. Voici en quoi consistenl ces bases : 1° La puissancc d'un générateur est en raison di recte du poids d' eau qu'il peu t vaporiser dans l'unilé de temps, en tenant compte aussi de la tension a laquelle ou veut élever la ,·apeur; 2° Le p_oids d'eau a vaporiser, dans ces condilions, est directement proporlionnel a l'étendue des surfaces du vase qui la conlient, et qui sont exposées a l'aclion du calorique, l'énergie du foyer élant maintenue a un degré suffisant pour correspondre a la quantilé de chaleur que les parois chauffées peuvent et doivent absorber; 3° La surface de la grille est délermin ée suivant la quanlilé de combustible a consommer, laquelle doi t correspondre a celle absorbée par la vaporisation; 4° Les seclions des passages doivent etre en raison des volumes de gaz qui alimentent la combuslion et qui s'en dégagent, en tenant complc de leur cheminement contre les surfaces qu'ils doivent chauffer et de la vitesse qui leur est nécessaire daos la chemiuée pour conserver l'aclivilé du lirage; 5° Enfin, !'ensemble de toutes ces conditions doit satisfaire a la meilleure ulili ation uu calorique dégagé par la combuslion au profil de la vaporisalion.

·136

l'IIOTE RS A VAPEUR.

Muiulenanl nou fcrons remarquer que, par la raison qu'un ,·olume donné de vapcur proeluile, ou ce qui revient au meme, un ccrtain poids d'eau vaporisée, corre pond a une valeur dynamique délerminée, on en déduit généralemenl qu'un générateur correspond aus i ti uue puissance dynamique que l'on exprim~ en chevaux-vapeur. l\Iais pour peu que l'on se rappelle la table et les principes que ñ.ous avoos examinés (66 a 72) , il sera fucile de comprendre qne celle mélhoele est vicieu e et enlieremeol sujelle a erreur, puisque le travail développé par la vapeur est variable suivant son mode d'emploi, c'e l-ii-dire suivanl que la machir1e fonclionne a pleine pression ou tt tlélente plus on moins prolongée, ou, en un mol, qu'elle économise plus ou moios bien la vapeur. Par conséquenl, nou nous en tiendrons a nolre définilion premiere; et au lieu ele consielérer un généraleur sous le rapporl de sa puissance el namique, nous le désignerons par sa puissance évapo-ratoire, que l'on pent intlifféremment traduire en poids d'eau vaporisée a l' unilé tle lcmp ou en surface tle chauITe, pui que l'on peul regartler. ces tleux cho. es comrne élant proportionnelles, a la Jit:férence pres du degré de lension, mais qui modifie peu les résullals, ainsi qu'on a pu le voir (39), lor c(ue nous avons examiné la relulion qui existe entre les lensions el les quanlilés correspondanles de chaleur absorbées. éanmoins, nous pensons qu'il vaul mieux prendre pour base la surface que le poius d'eau évaporée, allendu que, induslriellemenl parlant, pour un meme généraleur, l'un est rio-oureusemenl invariable et l'aulre ne l'esl pas. SUllFACES DE CHAUFFE

Le imple examen de la disposilion d'un D1 IENSIONS DES coars CYLll\'D111Q E • o-énéraleur a vapeur quelconque permel de rrconnailre que cbacune de ses parties exposées a l'aclion de la chaleur en re~oit une impression <lifférente. A partir de la porlion de surface exposée direclcmcol au rayonnemenl du foyer, laquelle est éviJemment la plus énero-iquement chauITée, l'inlensilé de la chaleur décroil insensiblement en verlu de l'aclion naturclle de l'absorplion par les parois exposées au couranl de gaz chauds. Par conséquent, on peut .en conclure que les poids d'eau vaporisée dans un tcmps déterminé décroissenl aussi avec les parties du généraleur les plus éloignées du fo er. Celle premiere con idéralion amenerail a limiler la surface de chauffe d'un généraleur a la parlie qui esl directemenl expo ée a l'aclion du feu, si l'on n'avait en vue que la promptilude de la apori ·ation; mais il faudrail abandonner les produits de la comhustion a une tempéralnro extrememcml élevée, et on perdrait, par suite, une grande parlie de l'effcl du combu tibie. C'c t, au conlraire, pour bien uliliser celui-ci que l'on donne aux générateurs une cerlaine élendue en dehors du foyer, afin d'offrir aux gaz chauds des surfaces a échauffer en leur foisanl abandonner la plus grande parlie de leur calorique; il eu résulle, il csl Yrai, une vapori alion lres-inégale d'inten ilé pour chacun des points du géoéraleur, mai~ cela ne nuit en ríen au ré ulta:l définilif.

PHOPORTIONS DES GÉNÉRATEURS.

137

Des expéri ences rapporlées par le savant physicien Péclet il résulle qu'un melre carré de surface de métal, de l'épaisseur ordinairemenl employée dans la construction des chaudiercs, exposé au feu le plus violenl, laisse passer une quantilé de chaleur suffisanle pour aporiser 100 kilogrammes tl'eau dans une heure. Muis avcc la forme de génératcur dont nous nous occupons, on ne peut faire d'apprécialion analogue pour toules les aulres parlics en dehors du foyer. On a done du s'en ra pporler a l'expérience qui a montré, non pas la qutrnlilé d'cau vaporisée par parli e, mais bien la quanlilé moycnne oblenue en divisanl la production tolnle <l'un générnleur bien conslruit par sa surfacc tle cbauffe lolale expriméc en melres carrés. Saos prcndre pour exemplc les cbaudieres de Watt, dont la cbauffc clirecte élail plus grande que celle tles généralcurs a bouilleurs, nous clirons qu'on admellail aulrefois qu'avec ces dernicrs on pouvait vaporiser 15 a 20 kilogrammcs d'eau par h1!11re et par melre carré de surface de chauITe lolale, clirecle el indirecle, le clévcloppemenl des carneaux étant suffisant et le tiragc réglé <le !elle fa~on que la lcmpéralure tle l'air ne dépassat pas 300° centigradrs en se projelanl uans la cheminéc. Aujourd'hui, on adopte de préférence un chiffre inférieur, afin ele moins fatiguer le généralcur et tic rnoins acliver la combuslion. On fnil done les généraleurs plus grands el on organise le tirage d'une fa~on convcnaule pour qu'il puisse bien s'cffecluer, nonobstant le refroidissement plus considérable que l'air a du subir en arrivanl a la cheminée, puisque sa chaleur a élé plus complélement employée. Ainsi, nous admcltons, avec les meilleurs conslrucleurs, que, pour les chaudieres appliquées aux machines fixes, chaque mctrc carré de surfocc de chauffe tolale n'a pasa vaporiser plus de 12 kilogrammes d'eau par heure, a une pression absolue de 5 a 6 atmospberes; cellc donnée suffil, comme on va le voir, pour délerminer toutes les condilions d'un bon générateur. La ·surface de chauffe élunl connue, le systcme de conslruction permet aussi de délerminer le rapport existant entre la parlie exposée nu feu el la superficie totalc du générateur; u'aulre parl, les exigences de la pralique iodiquant prcsque loujours tl'a,ance les secliom transversales ou les diamelres, on arriYe par la a lrouYcr tres-aisémenl la longueur. Le généraleur que nous avons choisi pour exemple, el qui esl représenlé sur la pl. 1, est basé sur une élendue de 25 melres carrés de surface tle cbau!Te; Soil, par conséquent, ponr une produclion moyenne de: 12k X 25m.q.

300 kilogrammes d'eau vaporisée par heurc.

11 comprend lrois corps cyli • driques donl l'un a i mclre de diametre el les deux autres 0,60; ils pcuvent élre consiuérés comme d'égales longueurs quanl a lcurs parlies susceptibles de rccevoir l'aclion tle la chaleur. Le premier, la chaudiere proprement dile, a la moilié de sa circonfércncc exposéc au courant d'air chaud, el les ueux aulres, le:, boiiilleurs, en onl enviran les 3/4, en faisanl la déduclion de la partie recouverle par la cloison qui form e la sépnralion des carneaux supéricurs, E' el E'', el de cclui inférir.ur E. J. 18

138

IOTE RS A VAPEUR.

D'apres cela, si nous désignons par : D, le diamclrc de la chaudicre en rnclres; d, le diamclre des houilleurs;

L, leur longueur re peclive.; la parlie proportionnelle du corps entirr, en surfaccs de chauffe, aura pour expression :

-21_" 0 +

2(3-4 .. l')_r.(D+3d) 2 e

- ----''------'-,

et puisque la lono-ueur L esl supposée la memc, ou au moins rapportée a celle de la cbaudicre, el que la surface de chauffe esl le produil de la parlie de circonférence cbauffée par la lono-ueur, on lrournra celle dernicre valeur en opéranl la division de la surface effeclive 25 par l'exprcssion précédenle. On aura done ponr l'exemple ci-dcssus :

2 X S r.

+ 3 el)

o0m.q. =om68. 3,1416 (fm + 3 X 0,60)

La longuem· uniforme du généraleur serait done éo-ale a om68. ou lui a ons donné 5m50 pour le corps cylindrique principal el 6m00 pour cbacun de deux bouiUeurs, ce qui revienl a un résullat a peu pres égal. 11 n'est pas len u comple eles fonds de la chaudiere ni des tubulures ou jambes Je communicalion qui ajoutenl a la superficie lotale; car celle-ci se Lrouvanl un peu diminuée par l' épaisseur ele la cloison cenlrale, au-dessous de la chauillere, il en résulle une compen alion suffisamment exacte pom qu'il ne soit pas nécessaire de compliquer davanlao-e les opéralions. En .fai an Lce lle évalualion, nous avons considéré les diamelres comme donnés a !'avance, ce qui e;isle en effel le plus g néralemcnl; cepenJanl ils ne sont pas complélemenl arbitraires; la pralique conduit, au conlraire, a atlopler tles diamclres qui ne varicnl pas dans de graneles limites, surtout pour des générateurs a bouilleurs. ce suj et, nous ferons remarq\1er que des conslrucleurs se sonl laissés trop souvent enlrainer, pour les faibles puissances, a adopler le sy, lcme a un ou deux bouilleur, ce qui concluit a des dimensions trop peliles, qui rendenl le ervice plus tliffi cile et augmenlenl <l'ailleurs le prix de re ienl du généralcur. Nous conseillons, clan ce ras, d'appliquer plulót tles chaudicres sans bouilleurs, do11l la conslruclion csl plus simple, et qui sonl beaucoup plus faciles a enlretenir. Lor!,que la puis anee évaporaloire doil elre considérable, on n'angrnente pas pour cela démesurémenl les dimensions du généraleur; on doit plulót en appliquer deux ou lrois, ce qui esl toujours préféral>le pour nn sérvice régulier et plus ou moin coulinu. ~¡ done on inl<'; rroge les nécessilés de l;i pralique, on ne larde pasa reconnailre: i. 0 Que le diamelre tlu corps principal de la cbimdicre, a l'cxccpfüm <le peliles

PRO PORTIO

DES GE. ÉRATEURS.

139

puissances, est rarcmenl au-tlessous de Qm 80, elirnension convcnaule pour une bon ne fahricalion el pour un service régulier; 2° Que ce diamclre ne s'éleve généralemenl pas au-dessns de 1m30, alle11tlu que ]es épais ·eurs des p:1rois devanl augmenler, a pressions égales, avec Je diam ctre, on pourrail e lrouver elans l'obligation d'emplo er eles lóles lrop forles qui se travaillenl plus dif!icilclllenl et qui sonl plus susceplil>les d'éprouver . des coups de feu que les lóles minccs; 3° Que le eliamclre d'un bouilleur ne peul pas clre inférieur, en praliquc, a Qm40, parce que le ciulrage ele la lole deYienl lrop prononcé, eu égard a la cohé ion du mélal, si les épai eurs sonl forlcs, ce qui doil cLre qunrnJ on marche a de graneles pressions; que d'ailleurs celle dimcnsion ne permel plus d'entrer dans le houilleur soil pour le netloyer, soil pour y fairc une réparalion; el qu'enfin l'épaisseur de la cou che de dépót qui se forme avec l' emploi eles eaux plus ou rnoins calcnires étant la meme pour lous les diamctres, la dimiuution de capacilé qui en résulle esl infinimenl plus sensible pour un pclil bouilleur que pour un grand; 4° l\lais le diamclre eles bouilleurs ne doil pas dépnsser Qm6V aQm,o, car ces elimensions suffi enl pour permellre el' pénélrer aisén1enl, ct'elles u'exigenl pas des toles trop épaisses; si on les fa.isail plus grarrels, on accroilrait inulilemenl le volume d'eau bouillanle el l'on ferait une plus forle dépen e pour la parlie du généraleur qui se délrnit beaucoup plus rapidemenl que les aulres. D apres e ·la, nous croyons élre parfailemelill en mesure tl'élablir des séries de généraleurs dans ues proporlions con enables ayee les puissaoces éva,poratoires. Nous formous a cel effel trois calégories dislincles qui sont: 1° Les chaudicres cylindriques sans bouilleurs; 2° Les chautliei·es cylindriques avec un bouilleur; 3° Les cbaudieres cylindriques avec deux bouilleurs. On foil quelquefois, pour de grandes puissances, des cha u dieres e lindriques a trois bouilleurs; mais c'esl cxlremement rarc, surlout aujourd'hui. D'ailleurs on arrive ainsi a un appareil bcaucoup plus difficile a com,lrnire et a entrelenir, sans compeusalion a l'égard de l'effel produit. La réparlition du chauffage csl égalemenl p]us difficile a régler qu'a ec les généraleurs composés d'un moindre nombre de corps. En rcchcrchaol les relalions qui doivenl exisler entre les principales parlies de ces gé11éraleurs, nous avons admis, d'une part, que la longueur, dans la premiere série, ne Jépasse guere 6 melres; que, dans la seconde, elle ne dépasse pas 7 m~lres; et que, daos la lroisieme, elle puisse alleindre 10 a 12 melres au plus. D'aulre parl, nous admellons : Que, pour les ch:iudicres sans bouilleurs, élal;>lies pour des puissances inférieures a iO melres carrés de surfacc évaporatoire, le diamelre ne se lrouve pas au-de sous de Qm60 el ne s'éleve pas au-dcssus de 1m10; . Q1te, dans les ohandieres a un seul bouilleur, p rliculieremenl a-ppliquées dans les puis.samces de 8 a 20 melres carrés, le diametrc du corps principal n'esl pas rnf'ri:.) ur a @m75, ni supé1,ieur également a 1,10, et que le diamelre corrrspondanl du b0uillew· esl limité enlre Q-m40 -et Qmfü);

:MOTEURS A VAPEUR. Qu'enfin, pour les chaudieres a deux boµilleurs, que nous supposons employées ilcpuis Hi jusqu'a ~6 melrcs de surfnce évaporaloire, le diamelre du corps principal se lrouve compris entre 0,80 et 1m30 au plus, et ceux des bouilleurs entre om45 et 0m7o. Quant aux ppissances supérieures a 56 melrcs carrés, rn;Hls conseillons de créer plulót deux généraleurs ayanl chacun des diamelres proporiionnellement moindrcs: c'est infinimenl préférable sous le double rapporl au service el de la sécurilé. Lorsqu'on n'a qu'un seul corps de chaudiere, on doil admellre que la moilié sculement de la surface ex lérieure est e:xposée a la chalcur; il en résulte nalurellemen L que la surface de chnuffe S est égale a r.DL

s =-2-· Par conséquent, la longueur de la chaudicre aevient:

-r.D =

S O 636' D'

(A)

c'cst-a-dire que, lorsqu'on se Jonne le iliamelrc D de la chaudiere, on délermine la longueur qu'elle doit avoir: en rn:ultipliant la surface de chau(Te donnée var 0,636, et en divisant le produit par le diametre exprimé en metres.

Supposons une chaudiere sans bouilleurs devanl avoir 6 melres EXEMPLE. carrés ele surface évaporaloire; quelle en sera sa longueur si on lui donne om 80 de diametre? Solution (formule A). On a : L

0,636 X 6m.q. oms

4m80.

La meme chaudierc dcvrail avoir 5m10 de longueur si ou lui supposait un diarnclre de omw. Pour une chaudiere a un bouilleur, on admel que la surface de chauffe csl également la moitié ue la surface totale de l'une et les lrois quarls de celle de l'aulre; soil, par suite :

d'ou la longueur devient : _ L-

(2D

G>-9.

3d) - 1 ,..,,..,

20 + 3d"

(B)

Ainsi, ,Jans le cas d'une chaudiere a un bouilleur, doot on connail les diamelrcs Del d, on délermine la longueur correspondanle, suivanl la surface évaporatoirc qu'elle <loil avoir : en multipliant celle-ci pm· 1,272, et en divisant le produit par le dotible du diametre D de la chaudiere, ajouté

a trois

fois le diametre d du bouilleur.

PROPORTIONS DES GÉNÉRATEllRS.

ExEMPLE. - Soil un généralcur a un bouillcur d'une p-uissance évaporaloire de 12 melres carrés, quclle sera la longueur a lui donner, en admellanl que le diamclre du corps de la cbaudiere soil de omgo, el cclni du bouilleu.r <le om50? Solution (formule B). On a :

1,272 X f2m .q.

--------- -

- 2 X Qm 90

-15,264

----- -

3 X 0,50 - 1,80

1,50 -

4m 62

Ce généraleur derrait avoir 5 melres de longueur si on n'adoplail que omim el om45 pour les diamelres D el d. On a vu plus hnut que, dans le cas qni se présenle le plus généralemenl en pratique, celui <l'une chaudiere a deux lJouilleurs, la surfacc de chauffe ulile esl calculée sur la moi.lié de la surface lotale du corps de la chaudiere, el sur les lrois quarts de cellc <les deux bouilleurs; ainsi, nous avons lrouvé.: S

+ 3d)' 2

d'ou nons f'n avons déduil la longueur par l'exprcssion suivanle:

. 3d) =

0 •636 D

+ 3d

(C)

C'est-a-dire que la longucur du généraleur esl délerminée: en mullipliant la siirface ele chatiffe pa1· le nombre 0,636, et en clivisant le prodtút par le diametre du corps de la chaudiere, augmenté de trois fois celui de l'wn des bouilleurs. ExrnrLE. - Quelle esl la Iongueur d'un généralenr a bouilleurs qui doit présen1er une surface évaporatoire de 30 metres carrés, en admellant que le corps ,le la cbaudiere ail nn diamelre de 1rn20, el que les bouilleurs aient Qm65? Solution (formule C). On a:

= 19,08 = 6m 06 • 0,636 X 30 fm20 + 3 X 0,65 3,t5

Ce générateur devrait avoir une longueur de 6m 80 si les <liametres D et d étaient de fm el om60. Comme complément du sujel, nous donnons la table suirnnle calculée avec les formules précédentes pour les lrois genres de généraleurs cylindriques avec et sans bouillcurs, et en supposant que les diamelres varient dans les limites de la pratique que nous avons indiquées.

MOTEURS A VAPEUR. TABLE DES DIMENSIONS PRIXCIPALES DES COA U DIERES CYLINDll l QIJES SANS DO ILLEl.!RS ET AVEC DE

N DOUILLF.UR,

CIIAUDIERE SU RFACE

POJDS

DJ.IIIETRE

LONG UEUR

--mCt. r.ir.

SURF.\CE

POJDi

mCtres.

0,60 0,65 0,70 o,75

mbtres. 1,0:; 0,98 0,91 0 ,85

0,65 0,70 0,15 0,80

1 ,96 i ,82 i,70 1,60

0 ,65 0 ,70 0 ,75 o, o

2,94 2,73 2,55 2,40

0,70 0,75 0,80

o,s:;

3,64 3,40 3,20 a,oo

0,70 0,75 0,80 0,8~

4,55 4,25 4,00 3,75

0,75 0,80 0,90

5,10 4,80 4,50 4,20

0,80 0,85 0,90 0,95

5,60 5,25 4,95 4,69

O,RO 0,85 0,90 0,95

6,40 6,00 5,66 5,37

0,90 0,95 1 ,00 1,05

6,36 6,03 5,i2 5,45

0,95 1,00 1,05 1 ,10

6,70 6 ,35 6,00 5,78

--2

- -- ---

kilog.

--3

--4

--5

--- - - 6

0,85

--- . 7

--8

--9

108

--120

CHAUOIERES A UN BOUILLEUR.

SA 'S BOUJLLEUIIS.

D1AMETRE

d'eau d'eau de la de la de de de la vaporisée vaporisée cbaulTe. par heure. chaudicre. chaudicre. chaulTe. chaudicre. Pª: heure.

CALC ULÉES A RAISON

KII.OG. D'EAU VAP ORJ SÉE PAR Ut RE ET PAR MÉTRE CARRÉ DE SURFACE DE CELrnFFE .

m. cur.

DJAIIÉTRE

du bouilleur.

LONGUEUR

dela chaudi ere el du booilleur.

--kilogr.

---

mctr~s. 0,75 0,80 o,8.; 0,90

m Ulres.

mOt.res.

0,40 O,iO 0,45

o,;;o

3,77 3,64 3,34 3,08

l08

0,80 0,8'i 0,90

0,40 0,45 0,50

4,09 3,75 3,47

420

0,85 0,90 0,9:>

0,45 0 ,50 0,55

4, 17 3 ,86 3,61

132

0,85 0,90 0 ,95

0,45 0,50 0,5:;

.i,5fl ,,,26 3,97

0,85 0,90 0,95

0 ,45 0,50 O,b5

5,flO 4,63 4,32

0,85 0 ,90 0,95

0,15 0,50 0,55

5,42 5,01 4,69

0,85 0,90 0,95

0 ,45 0,oO

o,r;5

5,8.t 5,39 ri,05

180

0,90 0,95 1,r,o

0,50 0,55 0 ,55

5 ,78 5,42 5,23

192

0,90 0,95 l,00

0,50 0,55 0,55

6,16 5,7d 5,58

204

0 190 0,95 1,00

0,50 o,~5 0,55

6,55 6,14 G,92

0,95

0,55 0,55 0,60

6,50 6,27 5,87

0,55 0,55 0,60

6,86 6,62 6,20

---

--12

--i3

156

--u

--168

--15

--16

--17

---18

216

0,9;; 228

1 ,00 i,05

--20

t ,00 1,05

--i9

240

"·ºº 4,05 1 ,40

0 ,55 0,60 0,60

6,97 6,52 6,36

PROPORTIONS DES GÉ ÉRATEURS. TABl,E DES DllUE:SSIONS PRINCIPALES DES CUAU DIERES CYLJNDRIQUES A DEUX BOIDLLEURS CALCULÉES A llAISON DE

KILOGRAMMES

D'KA U VAl>ORISÉE PAR llEURE ET P/. R 11lET R8 CARRÉ Dll 'srnFACE DE CErAUl'FE .

...,e.o:¿: ,

POIDS

DIAIIÉTRE

d'eau <"" ...=..., .., vaporisée de la ::, par .;t heure. chauiliere

---

0,85 0,90

0,45 0,50 0,50

k 143 4,053,~8

192

0,80 0,80 0,90

0,45 0,50 0,50

4,72 4, 32 4,14

0,45 0,50 0,50

5,3:2

216

0,80 0,85 0,90 0,60 0,85 0,90

0,45 0,50 0,50

:;,20

0,90 0,95 t,00

0,50 0,55 0,60

5,73 5,39 5,00

o,rn 0,95 t ,to

o,:.o 0,55 0,60

6,26 5,88 5,~5

0,90 t ,00 t ,10

0,50 0,60 0,60

6,53 5,68 5,48

t ,00 1,05 1,tO

0,60 0,60 o,co

5,90 5,80 S,70

1,00 t ,05 t,10

0,60 0,60 o,co

6,36 6,24 6,13

0,60 0, 60 0,65

6,82 6,~8 6,06

mctres. 0,80

180

--16

--240

--264

---

288

,..._

---

300

--312

ll8

336

,__

---

aso

384

-- - -34

40S

--420

t ,00 t ,to t ,20

11,86 4,67 5, 90 5,40

t ,10 t ,15 t ,20

0,60 0,65 0,65

7,00 6,56 6,46

1,10 t ,t 5 1,20

0,60 0,65 0,65

7,43 6,97 6, 7

1 ,10

0,60 0,65 0 1;0

l,'10 1 ,30

POIDS

LO~GUEI/R [

DIAIIETRE

DIAllETRE

kilog.

wcires. 1 ,10

mbtrts.

m1\h-cs .

432

1,20 1,30

o, co 0,65

7,87 7,27 6,73

(IJ~

01Hres.

kilog.

de 1~ de IJ ...t; t.: d'ra u ~ SE des de la des chau111cre chaudiere ::,~ e:- vaporisée par l' L des el tles llouilleurs. llouilleurs. heure. chaudicre. llouillrurs. bomlleurs. melTOS.

mct. car.

LONG L"EIJ R

Dl.llltETRE

7,6.'j 7,07 6,55

-mH. - - car.

--456

--480

---504

---

528

540

--552

-- -..-48

ti2

576

--{)00

--624

0,60 0,65 0,70

7,68 7,it

1,10 1,20 1 ,30

0,60 0,65 0,70

8,73 8,08 7,48

1 110. t ,20 t ,30

0,60 0,65 0,70

9,15 8 ,48 7,85

t,tO 1,20 t ,20

0,60 0,65 0,, 0

9, 58 8,89 8,23

1 1 10 t ,20 1,30

0,60 0,65 0,70

9,80 9,09 8,42

1, 10 1,30

0,60 0,65 0,70

10,02 9,49 8,60

1,10 1,:20 1,30

0,60 0,65 0,70

10,45 . O, !:O ,98

t , 10 t ,20 1,30

0,60 0,65

·10,95 10,30 9,35

1, 10 t ,20 t ,30

0,60 0,65 0,70

1 t ,38 10,71

t ,10 1, 20 t ,30

0,60 0,65 0,70

11 ,8 1 11 , lt 10,10

1,10 1/ !0 t ,30

0,60 0,65 0,70

t ;J,C3 11 ,3 1 10,29

1,1 0 1,20 1 ,30

º·~º 0,65

12,24 11 ,4:l t0 ,47

t,::!>

618

---

660

- -

---

672

O,íO

0,70

R, :: O

1,111 1,20 t ,30

--51

0,70

9,72

1.44

l\IOTEUR

A VAPEUR.

La premicre parlie de celle Lable comprencl le systcme de chaudieres sans bouilleurs, employées principalemenl, comme nous l'avons dit, ponr les plus peliles forces, depuis f melre carré de surface évaporaloire jusqu'a 10 melres carrés (1). La seconde partie embrasse les chauclieres a un bouilleur: depuis 8 jusqu'a 20 mclres carrés ele surface de chauffe, avec lrois variélés de diamelres. EL enfin la troisieme parlie, qui esl la plus élendue, comme devanl s'appliquer a un plus grand nombre, comprencl les chaudieres a deux l>ouilleurs, depuis f5 jusqu'a ~6 melres carrés; pour celle dernicre lirnile, on arrive a des dimensions tres-grandes, pour lesquclles il faul un emplacemenl considérable. Daos lous les cas, nous avons supposé que la puissance évaporatoire de chaque chaudi re est culement dP- 12 kilogrammes <.l'eau par heure el par melre carré. ans doute une telle table n'a ríen d'absolu, puisque chaque dimension peut varier a volonté; mais nous avons pensé qu'elle scrvirait comme un guide tresulile dan · la praliquc, que l'on sera bien ai e de consuller toules les fois qu'il s'agira de faire le choix d'un générateur, ou d'cn connaitre approximativemenl la valcur. A l'aide de celle table il sera loujours f'acile de connaitre les dimensions lreaappro chécs d'un généraleur donl on donne la puissance évaporatoire, expriméc soit en mclrcs carrés soil en kilogrammes d'eau vaporisée a l'beure; on verra plus loin commenl on peut en faire le rapporl avec une puissance dynamique <.lélerminée. Bien que le volnme d'cau conlenu par un géREMARQUE un LES votu.11 Es o'EA -. néraleur, comparé asa puissance vaporisatoire, ne soil plus guerc une queslion ~n pralique, il ne sera pcul-clre pas inulile de se rendre comple de ce qui a lieu avec les cbaudicrcs cylindriqucs donl on vient d'examiner les dimensions, -afln de répondre a une objeclion qui se pré ente lorsqu'on propose d'aulres systemes ou le volume d'eau liquide permanent est presque complélement nul. Si, d'un cólé, p osséder un généi;aleur qui rcnferme un trcs-gran<l volume d'eau toujour pret a passer en vapeur cst ccrtaincment un danger sur lcquel l'administration a complé, en clnssanl les généraleurs suivanl plusieurs catégories caracléri ées par les Yolumcs d'eau plus ou rnoins grantls qu'ils renfermenl; d'un aulre col ~, avoir une chaudiere dont la capacité pour l'eau dépasse peu le volume vaporisé et dépensé a l'unilé de temps, est aussi un grave inconvénient; car alors·, si elle csl moins susceptible d'cxplosions dangereuse¡;, elle pcul clre aussi susceplible · dºexplosions fréquentes, et rend en oulre trcs-difficilc la conduile du foyer pour oblenir une vaporisalioa réguliere. Un volume tre~-petit de liquide pret a se vaporiser supposc, <l'ailleurs, une fixité de marche et de dépense qui ne se renconlre gucre en pra tique. Les tables précédenles nous permeltent d'érnluer facilemenl les volurnes de chaque générateur donl elles donnenl en mcme lcmps la pui sanee vaporisaloire. Aiasi, le premier généraleur de la série, qui corresponda 12 kilogrammes d'eau ( t ) 11 y a des localilé:!, comme en Belgique, ou l'on emploie beaucoup de chaudit'lres cylindriques saos bouilleurs, sur des dimcnsions lr~-grande., a cause de la simplicilé eL de l'éconornie de oonslrucLion.

PROPORTIO S DE

GÉNÉRATE R .

vaporisée par heure, consiste en un corps uniqne qni a les dimensions suivanles : Dia m elre ........ .. ....................... _-. Longueur .. ...... ....... ............. .. ..... -

0m 60 1mo5

-Élant rempli u'eau u moitié, plus e n vi ron 5 cenlimetres a u-d essus de son centre, ce vol um e uevient: 2

[ (~ 0,7854 X 0,6

)

0,0o X Om6o] X 1m06

ou ·182 litres ; le rapport de ce volurne par conséquent: 182 ·12

a celui

= 0m.c-182,

de la vaporisation par heure égale

= 15,1.

Si nons prenoos, au conlrnire, un des derniers généraleurs de la série, celui <.le 600 kilogrammes ou litres d'eau ,•aporisée par beure, avec les dimensions suivanles: Diamctre ... ... . . ......... . .... . ...... . 1,1.0 Chaudiere .. Longu eur .. . ........ .. ..... .. . .. . ·.· ... . 10,95 Diamctre ............. . ................ . 0,60 Bouilleur .• . nous lrou vons que le volume d'eau contcnu sera environ :

T;r2)

001 1 X 1m1.0] X 10,95 -

5m.c.408

2 X 0,7854 X 0,6 X I0,95 .... . .. .. . .. .. . . .. -

5m.c. 191

Chaudiere . [ (~ X 0,7851 X

Bouilteurs . .

12m.c.599 oil 12600 litres u'eau uonl le rapporl avcc la vaporisalion par bcure égale: 12600 _ G)f 600 - ~ . Par conséquent, la disposilion úes gé néraleurs a corps c linuriques cst telle que, <lans les limites de <lime11sions les plus ex. tremes, le volume d'eau contenu équivaut a 15 ou 20 fois celui vaporisé par heure . Celle alcur est cerlainemenl un maximum; mais la réserve d'cau des chauuieres lubulaires, qui est lléanmoins suflisanle, cst <.le beaucoup inférieure, et ne dépasse cr ucrc, gé néralement, 5 a 6 fois la dépcnsc tl'eau par heure. ous pensons que c'cst la au moins la limite qui ne denait pas elre franchie, e l qu'u n généraleur ne devrail pas conleni r moins de 5 fois la quanlilé d'eau qu'il cst capable de Lransformer en vapeur par heure . . Pour s'exprimer d'une maniere générale, on peut dire que le volume d'eau liquitle corresponu, pour les génératcurs cyli_ndriques, a environ 200 litres par metre de surface de chauffe; et, a u minimum, que\ que soit le sys teme d'apparei l, ne doit pas etre au-desso us de 60 litres par melre carré . Trcdgolu, dans son Traité desrnachines avapeur, uémonh'e qu'une chaudierc c lin1.

,,.

•

l\IOTEURS A VAPEl1R. 146 drique doit contenir 9 a 12 fois la quanlilé d'eau qu'elle peut vaporiser par heme, tout en disanl que ce volume pourrail elre réduit a o f'ois si l'appareil tl'alimenlatiou fonclionnni t contin uellemen 1. ' Si nos chaudieres cylindriques conliennent davnnlage, cela tient a ce que nous donnons aux sl1rfaces de chauffe une plus grande élendue pour un rneme poids d'eau vaporisée. D'ailleurs, on a vu qt~e le voltune n'est pas la donnée primitive, rnais seulernent la conséquence de la forme et de l'élendue de surfacc u oblenir. Rés11mons-nous done en disant que le volume d'eau pourra elre diminué aulani que po sible, suivant le systeme, rnais sans dcscendre néanmoins an-dessous· de o fois celui vaporisé par heure. DUlENSlONS DES GRILLES

...

•

La superficie cl'une grille doil clre mesurée par la quanlilé de combustible a brúler dans l'uuilé de temps, et cclle quanlilé dépend, ainsi qu'on le sail, du poids d'eau correspondant a vaporiser. Mais, puisque, comme nous l'avous vu, la s11rfacc · de chauffe luí est proporlionnclle, on peut aussi rapporler la superficie de la grille a celte derniere. Le premier point a délerminer sera la quantité de combustible que l'on pe11t brú.ler par unilé de superficie de grille. A cct égard, la lhéorie pure ne fournit pas de renseignemenls posilifs; el cl'aulre part la pralique a démonlré que, sur une rncme 0 Tille, on pouvait brúler des <]uantilés bieu différerttes d'un m erne combustible; on a souvent brC1lé aussi bien 100 kilogrammes u.e houille par metre carré de 0 rille que o0 et 40: il cst évident que ces condilions devaient dépendre ti la fois de la qnalité u.u combustible, de l'épaisseur de la couche et de la réglemenlalion clu lirage. i\Iais aujonrd'hui que l'établis.sement des foycrs u élé perfcclionné Je fü9on a correspondre aux bonnes machines qui économisent si bien la vapeur, on p·osscclc des renseignemenls praliques assez arrclés sur ce sujet imporlunl. Les construcleurs sont d'nccord pour aclmcllrc que L'on ne cloit pas dépasser 4o a 50 kilogrammcs de houille brCtlée par melre curré de grille et pnr heure, anlant pour l'économie du combu tibie que pour ne pas foliguer le fourneau par une combustion trop active. Pour d'aulres combustibles, cclle valeur se modifie néccssairemenl a·aprcs In rapidilé plus ou moins grande avec laquelle ils brülenl. Ce cbiffre admis pour la houille moycnne, cherchons lout d'abord sa relation avec la procluclion de ,•apeur pour le comparcr a la surface de ehauffc. ous avons examiné avec quelc¡ues i)élails (32) la mélhodc qui permel de trouYer la quantilé d'unilés de chaleur a fournir u 1 kilogramme 'd'cau pour le réduire en vapenr, el d'autre pa.rt (33 et suiv. ), la quanlilé de calories que peul donner 1 kilograrnme d'nn combustible délerminé. Rappelons a ce sujel que, pour transformcr un kilogramme cl'eau ü 0° en vapcur a une almosphere, il f'aul en unilés de chalcur uliles:

PROPORTlO S DES GÉNÉRATEURS. e

100° -

0°

537

Hi'

637 calóries ou unités de chaleur.

Pour une pression plus élevée, celle qui correspond au maximum du généraleur, soil 6 atmospheres, par exeniplc, la quanlilé serait un peu différenle, et peul elre délerminéc en se reporlanl aux tables ( 9 et 31 ) des lempéralures et du caloriqué lnlenl <le vaporisalion. Ces tobles donnant 160° pou1· la tempérnlure de la vapeur a 6 atmospheres el4940 pour son calorique lalent de vaporisa.lion, la relalion ci-dessus fournit pour ce second cas : e

160° -

0°

494

654 calories.

Ainsi, on s'en lit'ndrail nu prernier résullat qu'on ne commellrait pas d'erréur prnlic¡ue, en raison des perles de chaleur forcées qui sonl bien plus importantes, auxquelles il faul parer el qui sont presque inévitables. En adoptanl ce chiffre maximum, et celui de 7600 unités que peul fournit: 1. kilogramrne de bouille moyenne, nons trouvons qu'un kilo¡¡:ramme de houille vnporiserail elans les rncmes condilions :

76 00 654

= 11 . ,6 k'l1 og-rammes el' eau,

de 0° a 6 atrnosphcres. ( L'eau n'est jamais prise a 0°; mais nous pouvons adopler celle hase, puisqu'il s'agit d'établir des dimensions qui doivenl elre plulót fortes que faibles. ) Mais dans la pralique ordinaire on ne compte pas sur plus de 6 a 7 kilogrammes d'enu rnporisée par kilogramme de bouille réellement brulée; puisqu'un melre carré de surf'uce de chauffe correspond it une Yaporisalion de 12 kilogrammes par , heure, cela représenle done en moyeúne

19. ,; 6

. 1k85 de houille

consommée pour ·1 melre carré ele surfuce de chauffc. Par conséquenl, si la combuslion s'opere a raison ele 50 kilogramrnes de charbon par rnelre carré de grille, la qunntilé proporlionnelle pour la surface de chauffe devient: 1m.q. X ·Jk85 - ----,-- 50k

_ om.q.03, · '

ce ·qui revienta •aire que:

La sur[ace ele la grille eloit élre les 37 ¡1000 ele la sur{ace de chaufle tolale; ou, encare eloit corresponclre ii 3, 7 elécimelres carrés par m,etre carré ele sur{ace de chauffe. La g-rille u.u généraleur que nous prenons pour lype ( pi. 1 ) a 1m20 sur 0,90, ce

qii' elle

qui fail 108 <lécimclres carr•s; c'esl un peu plus que ne produirait celte regle, qui ne elo11ne que : 25m.q. X 0,037

Qm.q.925,

148

MOTEURS . A VAPEUR.

au líen <le 1 m. q . 08, qui revienta pren<lt·e les 0,04, environ, de la surface <le chauffe. Déja 011 a vu que ce léger exces, élanl loin <l'etre nuisible, permellrail de pousser la vaµorisalion un peu au-dessus <le s:1 valeur nominale. En effel, lout en conservan t la. quanlilé <le com buslible brulé par unité de surl'ace, on pourrai l vaporiser: 50 X 1 08 X 6,5 . = 14 k1logrammes d'eau

, 25

par ·heure et par melre carré de surface de cbauITe. l\Iais on doit produire réellement, si le généraleur est bien conduil, 7 kilogrammcs de vapeur par kilogramme <le houille brulée; en mainlcnant, pour cela, la rnporisalion i'1 12 k!logramrnes par melre de chauffc, la quanlité tolale de houillc hrulée par heure sera ~enlemenl de

25 X 12 7

el par décimelre carré : 42k86 1Q8d.c.

0k396,

soil 0,4 kilogrnmme de houille par décimelre et 11ar henre. Toules ces con<lilions sonl trcs-convenables pour un généraleur chauffé avec de la houille ordinaire; maís on emploie aussi l_e coke, la tourbe, le hois el mcme la sciure de bois, pour lcsc¡uels combustibles les dimensions des grilles el lcur consln1clion diffcrcnt évidemment. Ajoulons mainlenanl, qnanl a la puissance des grilles eu générnl, que celle puissance ne dépend p¡1s seulement de la <limension, mais qn'elle esl surloul dépendanle <lu lirnge sous l'iniluence duquel il passe un volume d'air plus 011 moins considérable nu trnvers des baneaux. C'est pour cela que, dans l'hypolhcse ci-clcssus <le la quanlilé de combuslible 'brCtlé, rappor.tée a l'unilé de surface de grille, nous avons supposé le liragc réglé convenablement pour y correspondre, ce qui esl loujours possible <l.'ohlenir. Par conséquenl, pour brúler une meme quanlilé de combustible, 011 p (: ul élablir un foyer avec une faible grille et un fort 1irage, ou avec une grande grille et un tirage faible; on a dans le prernier cas une comlllrtion vi,·e, el <.lans le deuxicme, une combuslion lente : c'esl sur ce dernier príncipe que sonl basées les relalions <l.onnées précé<lemmenl, principe qui est le plus généralemenl adopté pour les généraleurs fixes et qui parail donner de bons résulla1s. Lor que l. Péclel fil son savanl 1railé de la chnleur, il élail déja de cet avis, q11e les grandes grilles étaienl les plus favoi·ables a l'économie, quoique un pen plus délicales a diriger ,que les peliles. Il ajoulait, <lu reste, que les grandes grilles, donnant une combuslion d'une inlensilé modérée, lui paraissaicnl indispensables poui· ménager le mélal du vase que l'on chauffe s'il ne doil pas atleindre une lempéralure élevée; c'esl ce que la pralique juslifie encore a l'ég~r<l .ues généraleurs i't vapeur qui sonl précisémenl dans cecas.

PROPOR'IJONS DES GÉNÉRATEURS.

149

SECTION DE LA CllEMINÉE KT DES CARNEAUX

C1:1EMINÉE. - La scclion <le la cheminée et celle des carneaux se <lélcrminenl aujourd'h11i d'une maniere aussi simple et pralique que les autres parlics clu génératcur. Cependanl, nous dirons quelques mols des principes rigoureux sur lesq uels on pourrait s'appuyer s'il n'exislait pas de faits praliques acq11is pour procédcr a celle délerminalion. La théoriG indiqu e que l'on doil consi<l érer une cheminée comme un conduil offerl lt l'éco ulem en t <l'un gaz dans des condilions analogues a ce qui a élé dil précédemrncnt UH), n propos du calcul ele la dépense de la rnpeur ou <l'1111 gaz qnelconque par un cooduil d'une longuenr el d'un diamclre délerminés. Il s'élablíl, en cffel, llans la cbeminée <l'un généraleur un couranl d'uir chaud dont la vilesse dépend a la fois de la hauleur tolale de la cheminée complée verlicalemenl depuis l' entrée du foyer jusq ,1'a so·n sommel, d e la lé gc relé spéciíique du gaz en mouvement, el du rapport enlre ]a dimeusion lran.sversale mínimum de la cheminée el sa hauleur, plus la longueur du circuit que l'air esl obligé de parcou:rir arnnl de p-urvenir a la cheminée. Dans ce circuit coinplel, la haulem verlicale cs t la seule cause molrice de l'élévalion de l'air chand; l'aulrl'! parlie du circuil, c'est-a-dire les carneaux et la gi•i\le, s'ajoule a la haulenr de la cheminée pom co 11slitner le d évcloppemenl lolal des pJrois qui relardenl la vitesse de l'air par son frollcmenl contre ell es. Les causes c¡ui mouifien Lla vi lesse lhéorique de l'écouleme n t de l'air son L done les rn emcs que lorsqu'il s'agit de l'écoulemenl <l'un gaz, par un conduil, sous l'influence d'un exces de pression iniliale sur celle du milieu oú se fail l'éconlemcut. De mcme aussi les volumes <l'air chaud écoulés daos l'unilé de tcmps seronl exprimés par ]P. produil lle ce lle vitesse effeclive dans le rneme lemps, par la seclion de l' ori fice ot'i on la considere. Or, l'aclivilé d'un foyer esl mesmée par la qu:rnlilé d'air froi1l qu'il fanl lui rournir dans un lcmps donné pour opércr dans le m crne temps la combuslion complete d'un poids déterminé de combustible; par conséquent, lrs élémcn ls néces aires a la délerminalion de la puissance d'une chcminée, ou ele son tirage, se lrouvcnl complélemenl délerminés, sauf le rapport a adopter entre sa haute ur el sa seclion transversale, qui pourra~ent ,arier réciproqu emenl pour un mcme résullat it obte11ir. l\fois oulre qu'il est nécessaire de donner aux cheminées un e hnuleur surnsanle pour rejeler les produils nuisibl es de la combuslion, dans une région de l'almosphcre nssez élevée pour qu'ils n ' incommodenl pas, il esl remarquable au si que la cheminée a d'aulanl plus d'influence sur le lirage que sa hautcur forme un e plus grande partie <lu parcours total depuis l'enlrée du foyer, en raison' de la ré islance que ce <lernier et les clivers carneaux ou conduils présenlent au mouvemeul Je l'air.

rno

l\IOTEURS A \ APEU.R.

Ces consid éra lions diverses co nduisenl h ne pas donn cr moins de Hí melres de h aule ur it ln _chemin ée d'un o-énéra leu r fixe, quelle qne soit sa puissa nce; e t celtc h a ule ur alleinl souvenl une valcur beaucoup plus grande, soit 30 melres el plus. Parlant de ces premi eres données gé n érales , voici en quoi consiste la m é lbod e enscig née par le phys icien Pécle l, pour el é termin er les dimen ions transversales d'une cheminée, connais an l sa haulcur ainsi qu e le poids et l'esp cce de combustibl e que l' air doit alim enlcr cl an un lemps elonné. · Il est nécessa ire de l'ournir a 1 kilog-ramme el e h ouille mo ye nne, pour en opércr la combuslion comp lete, un olume Je 18 melres cubes d'air froid qui doit lui parvenir par la 0 -rille, e t qui s'éco nl e par la ch em in ée i'.t pcu prrs transform é en acid e carbo niqu l', mnis donl le volume augmenle en raison de la dilalulio11 qui résulte de l' élévalion ele lemp érature. Pécl e l aelmel que la moilié e nviron Je ce Yolume d'air éc ba ppe a la com buslion: c'es l done un e Yaletp· lot~l c pratique. Le meilleur effe l el le mnximum de lirag_e paraissenl c lre oulenns qnnnel l'air chauú co n serve dnns la cheminée une lempéralure vo isin e de 300 degrés cenlig-radcs; par co nséq ucnl, le volum e Q el'nir froid s'es l elilnlé el es t clevenu Q'. Ce vo lum e se J é lermin e facilernent en faisant le produil de Q par la somme de l'-un il é et du coefficien l de ·dilalalion a, multiplié par la t ernp érature, coeffi ci enl qui esl éga l, pour l'acicle carbo niqu e (d'apres 1\1. Regnault), a 0, 00369. Soil a lors :

Qat

18 ( l

[ 0,00369 X 300°])_ = 3,m.c. 925

qui doivenl s'écouler par la cb e min ée p a r ch aq ue kilogramme tle combustible conso mmé. La formu le de Péclcl, p·our trouver la dim en ion transrersale d'une cheminée, cs t alors celle-ci :

ns=

A (13 0

2gP

O,OoL)

dans laqu clle, A représe nle le volum e d'air chau~l, en mclres r.ubes, í]Ui doil s' éco uler par 1 11 , et calcul é comme ci-d ess us; L Ja lon g·ueur lolale, en mclres, du circnit que J' air Joil parcourir J e» · puis le foy er jusqu'au som m cl de la chemin ée; P " In hauleur généra lrice de la vilesse égale a11 proJuil de In bauleur de la cheminéc par la lempéralure Je l'air chaud el le coefOcienl de dilalation; soitP = Hat; g )) l' inl en silé de 1a pesanleur égale 11 9,8088; D le ~o lé ele la seclion inléricure de la cherninée supposéc carrée. » Comme premi er exemple Je l'applicalion de celle formule, prenons celui choisi pnr Péclet lui-m eme . Trouver le co lé D de la seclion carrée d'une cllcminée donl la hauleur H égale 20 melrcs, e l qui doil appelcr au foyer l'air nécessaire a la combuslion ele 50 kiloExD11>LE. -

PROPORTIONS DES GÉNÉRATEURS.

grammes de houille a l'heure; le circuil 1olal L élunt de 40 melres, el en aumel- · lant qu.e la lempéralure moyenne de l'air chaud dans la cheminée soit mainlenue a 300°. , Solut·ion. Le~ nolions précédenles nous permellcnt de déterminer ainsi chucune

des quantilés complexes A. 2 el 2gP qui com¡)0sent la formule principale. A étant le volume de gaz dilaté qui s'éconlc par secoude et le poids de combnslible élanl de 50 kilogrammes par heurc, nons trouvons: 37,926 X 50

A = - - - - - = Qm. c.5-)6• 3600

2g étant toujours équivalenl

.- '

a 19,62,

il reste

, ,

d ou A2 = O 2,, '·

a lléterminer P;

20m X 0,00369 X 300

on lrouve :

22,14;

d'ou,

2gP

19,62 X 22,14

438,39.

Introduisanl ces valeurs dans l'expression généralc, il vient:

D,;

0,277 (130 + [0,05 X 40])_ 438,39

Pour résomlre celle équalion, on. peut opérer d'une fa0on analogue a ce qui a élé cnseigné (57) pour le diamclre des condnites <l'air. En négligeanl d'ahord le lr.rme 0,05 x 40 du nurnéraleur, il reste: D5

X 13 1 O 2-7 , 438 39

= '

·x

, qui sé réduit a: D4

0,cr,-,

X 13

, 438 39

el qui dorme pour prer_niere valeur de D :

. D

= / / 0,277

438,39

On repren<l alor~ l'équation principale en donnant a D du numéraleur celle premiere valeur, et 011 luí en lrouve une seconde beaucoup plus approchée-; si cependant la deuxieme valenr differe beancoup de la premierc, 011 ref'ail une troisieme opération en employanl la deuxieme valenr trouvée : la troisiemc valeur qui en résulle sera ordinairement celle qui peul élre aqoptée sans erreur sensible pour la pralique. Nous aurons done, pour le cas présent : O

0,277 (13 X 0,30 + [0,05 X 40] ) 438,39

327

Si nous répétons encore celle opéralion une fois en adoptant cellc deu~ieme valeur 0,327; nous lrouvons, pour une troisieme valeur de D, 0,33, qui ne differe de la précédente que de 3 millimelres, ce qui nous prouve que nous possédons mainle-

IOTEURS A VA.PE

· nanl la ér ilable valenr pralique tic D, que l'on prut adopler san aucune erreur préj1uJiciable et qui con espond a cclle du colé du carré figurant b seclion minimum intérieme de la. chemiuée proposéc. i la sPclion doit e lre circ ulaire, rien n'est plu facile que de connaitre le diumelrc O' e.In cercle équiralent en uperficie; on nurait en effcl:

0,33 X

0m3,2.

( ou né a li rreo ns, bien enlendu, la pelile erreur qui provient de la différcnce de conlour entre les sec lions carr·cs et circ11laires équivalenles en surfaces, la dimcnsion du con tour fig·uranl commc ré i lauce <laus la formule de Péclcl.) En ré umé, la dimension ainsi délerminée esl allribuable, comme seclion, a la cheminée el aux carneaux. l\Iais il e·L imporlant de rcmarquer que la "eclion de la ch eminée ne doil pus elre rétluile a sn valeur rigoureusemenl exac le, car il ne scrai I pn. po ible de ali faire une consomrnalion de combustible momenlanémcnl supéricure ou qui exigernit nn Lirng-e plus aclif. Jl faut, au conlraire, augmenlcr un peu, pour la c:heminéc, la dimension Lronvée et régler l'ouverlure a l'aide d'un regi lre qui, ain i qu'on l'a vu, se place ur le canal de communicalion entre le fourneau e l la cheminée. Ce regi lre crait mieux, sans doute, an sommel de la cheminéc, car l'écoulcmenl de l'air 'y ferail a plein· lu •au; mais il scrail beau~oup plus difficile u manreuYrer, ce qui fait qn'on l'inslalle habiluellcment comme nous l'indiquons pi. 1 el 3. Cepenrlant, on sait qu'il se pince ainsi pour le clw111inées qui rcc;oivent l'arr u une Lres-haule lempéralure, altendn qu'un e lrappe mélallique placée a l'inlérieur serait bienlót délruile; é lnnl, au r.onlraire, élab lie au-dcssus de la cbcminée, elle cst conlinucllcment rafraichic par l'air cxlérieur. i\fainlenanl que nous avons enlrevu les príncipes lhéoriquE.s du calcul d'une chcminée, nou allons oir commcnl on pe11t plus facilement résoutlre ce prol>l'mt. La cheníinée représenlée pi. 3, fig. ·l •e, csl cellc qui corresponu au générateur !ype pi. 1 re . Elle e l préci émen t <la11s l<.'s m e mes con u i lions que celle su pposée ci-!lessus par Péclct, pour son cxemplc. insi la consornmalion de houille esl encorc de 50 kilo ara mmcs par heure, nin i qu'on l'a vu; la haulcur, depuis la grille ju qu'au somme l, csl égale a 20 melres, el le développement du circuit total éga l a 40 melres. fois a eclio n inl érie me, qui e La pcu pres égale-dan loute la hauteur, a élé délcrminée proportionnellement u la surface de chauffe, sans lcnir comple de la hauleur. Elle corre pond O, 7 décimclre carré par mctre curré de surl'ace ue hauffc, c'e L-i't-dire qu'clle en est les 7 milliemes. oit :

25m.q. X 0;007

om.q.115

= i 7 ,5

décimelres carrés.

L cliamrtre uu cercle qui corre pond a celle seclion esl égal a 470 millimelrcs, c¡ui e t, en cffet, cclui que nolrc cheminée possede au sommel, au lieu ue 372 1rouvé ci-des us par la formule ele Pécl t, augmenlalion qui esl, du reste, conforme u ce qn i vienl <l'elre di Ltout a l'henre.

PRO PORTIO

S DES GÉNÉRATEUR '.

Iais pour ne pas laisser de donte sur la pos ibilité d'opérer avec la méthode que nous venons cl'iucliquer, et dans laquell e on ne lient pas compte de la hauteur de la cheminée, landis que Péclet a le oin de la faire entrcr dans --a formule, nous allons démontrer combien les dinmclres de cheminées changent peu pour des hauteurs tri>s-d ifférenles, les au lrcs données restant les rnemes. En effet si, a l'nitle de .Ja formule de Péclet, aYec laqnelle on Yient de délerminer le diamelre écral a om3¡2, lors<]ue la hauteur est de 20 melres, nous opérons de nouveau, rnais en suppo ant la bauteur égale a 30 rnelres, les aulres données restanl les memes, on lrouve alors 0m34o, c'esl-u-dire e11lement 27 mjllimelres de differcnce en moins pom· une hauleur q11i e t moilié plus (Trande . Ainsi, daos les limites orcliuaires de hauleurs (20 i't 30 melre ), la proporlion simple adoplée n'aurait a subir qu'une dilTérence Lout a fait insicrnifianle en pralique. Loin de non la pensée de ne pas con eiller une vérifi calion au moyen de la formule lhéorique qnancl on pourra le faire, surlout ion se tronve en dcbors des limites orc.linaires; mais, nous le répélons, la méthocle simple et pratique que nous avons fait coni:iailre peut urfire le plns souvenl; daos lous les cas, nou conseillons, du reste , d'a1icrmenter la valeur lrouvée par le calcul lhéorique t.l'une certaine qunntilé lonjours exigible pour la conslruclion. En comparant les passagcs libres de la grille a la seclion de la cheminée, on trouve un exces en faveur de la grille. a lono-11eur de barrcaux entre les lalons des ·ex lrémilés est de ,Jm1Q (voir fig. 26 du lexle) , el la largeur lolale 0m90; l'écartement des barreaux élant égal au liers de leur rp:iisseur, les passages libres sonl c.lonc le qnart de la $llp crílcie lolale, ain -¡ que nons l'arnns dil; soit: tm1 X 0m90 4

----- =

om.q.24,o· '

ou 21,'í5 décimrtres.

La eclion de la cbeminée e l égale a n ,o décimelres. Iais il est évitlent que la vilrsse de l'air en traver ·anl la grille e!:L encore supérieure a cellc qu' il possede en sorlant de la cheminée, malgré son augmenlalion de vo lume par la dilalalion, allendu r¡ue ·1a grill e est cou erte de combuslihle qui réduil considérablement lepas agc. • 11 ne parail done pa n éce saire, pour ohlenir une grande vitesse d'enlrée d'air, de serrer les harreaux plus que la Lénuilé du combustible ne !'exige, puisque, apres !out, cel(e viles e sera toujours tre ·-au(Tmcnlée quelle que soit la seclion du passacre entre le barreaux, en raison de l'élat d'aggloméralion du combu tibie el de l'épais eur _plus 011 moins grand.e de la couche. Les carnenux fai ant parlie tlu meme circuil de gaz en mouvement CAn~E.\ UX. r¡ue la chem in ée, pourraient en avo ir exaclement la seclion; mai il y a arnnlage h leur en donner une u_n pen plns forle. Ils sont, en eITel, plus susceptibles qu'elle de s'ericombrcr de suie; les lubulures élranglenl le passage; et s'ils se lrouvenl malgré cela encore un peu supérieurs, en seclion, a la cbeminée, il en résulle que, lout en ftlcililaot le Lira.o-e, on climinuera.la vilesse dn courant conlre 20 J.

MOTE U R

A VAPE R.

les paroi du o-énéraleur, el l'échange de calorique n'en era que plus facile et plu complet. Cependanl, on peut admellre, comrne base, que la seclion effeclive des carneaux est éo-ale a celle minimum de la cheminée; muis pour que celle condilion soit hien remplie, il fant les construire un peu plus o-rands en vuc des obslruclions accidenielles et de celle qui provienl du passage des lubulures. Le· carneaux lal ·raux E et E" du géoéraleur ( pi. 1) onl chacun une seclion maximum de 25 dé im elres carré , el nous venon de dire que celle de la cheminée en avail i7. Cependant, ou ne pourrail pas les rendre moindres, puisqu'ici, a l'endroil de chaque tubulure C, le passage effeclif se lrouve récluit r1 moilié e11viron : soil a 12 c.l ' cimclre . Toute passageré que oil celle ol>slrnction, elle n'agil pa moin en formant une ré ·i lance an comaol. Cepcndant, on peut éviler l'élranglement produil p::ir les tubulures en évidanl la paroi un carneau a l'endroit ele lcur pass1io-c. C'csl ce qui se fail presque loujours: mais ce n'esl pas un molif pour reslreindre la seclion ma:dmum des carneaux a celle de la che111iuée. l\lainlcnanl, i nous rapporlons la sccli9n des carneaux a la surface de la grille, celle-ci a anl '108 décimelrc cm·rés, 011 troure : 25d.q. Q8d.q.

0,_3f.

ous e11 coucluons que l'on peut admellre sans inconvénienl 0,25, ce qui revient a dire que la se lion des carneaux esl égale au quart de la urface de la crrillc. Iai celle derniere é lant elle-méme évnlnée aux 4/ 100 de la urface de chnnffe, il 'ensuit qu'cn y rapporlant encore la eclion des carneaux on trouve que lenr seclion esl préci.émenl le 1/ iOO de la surfuce de chauffe lolale. Ces proportions s'appliquenl évidcmrnenl a chacun des deux carneaux E et E"; d'a pres cela, la dimension de celui inférieur s'en trouve implicilemenl délerminéc par la di posilion mcme du fourneau. En dLposanl la place pour les houilleurs et en m énagcanl l'e pace néce aire au-dessu de 1'aulcl R, il reste naturellemenl un vide qui a en iron 1,5 fois la seclfon des autres carneaux. 11 -aaussi le canal G dont h seclion esl beaucoup plus grande que celle des carneaux, puisq11'elle doit etre ré o-lée au mo •en du reo-islre. On lui a donné ( pi. 1 el 3) 3ñ décimelres. Celle remarque ur la o-rande ur des carneaux n'e~l point privée de précédenl . Lorsqu'on n élabli des généraleurs avec des carneaux lres-pelils ou lrcs-grauds, l'expérien<.e a loujours élé en faveur de ce dernier modc. Mais, loul en l'adoplant, il faut au moios s'nl'l'anger de fagon que la eclion soil di po ée, comme forme, uivanl celle de la surface a échauITer, el que sa plus faible dimension se trouve, aulanl que possible, perpendiculaire a celle surface. TI est évidenl qu'on ulilisera d'aulanl mieux la chaleur du courant de gaz que a section aura le plu grand con tour po sible, et que la majeure parlie de ce conlonr era formée ae la paroi au proíil de laquelle le couranl J'air chaud esl eré€. Malheureusemen t, la Ji position mcme <lu fourneau en nrique el du généraleur simple dont nous nous occupous ne ali fail pas complélement a cclle condition,

PROPORTIO

S DES GÉ ÉRATE R •

allcnc.lu qnc la plus grande parlic du conlonr d'un carneau n'est pas la paroi rle la chaudicrc qui n'en cst en vi ron que le liers; il est vrni que la paroi de brique n'absorbe pas anssi rapidement la chaleur que celle <Je lóle, a lnquelle elle en rentl par rayonnement; mais il cst vrnisemblable aus i que, si le carneau peut elre formé cnl ierernent de surf~ces a échaulTer, l'utilisation <le calorique n'en est pas plus rnauvaise. C'esl ce qui arrive, du res le, ayee les cbautlieres lubulaircs el a foyers inlérieurs donl _nous parlerons plus loin.

RÉCA.PIT

LATIO '

TOUTE

LES REGLE

PRÉCÉDE

TES

Pour pcrmellre de sai:;ir plu facilcment le résultnt d'ensemble de lo11tes les regles cxposécs précédemment, nous en faisons ici le ré umé. . RFACEs DE CIIAGFFE . - Les climensions générnlcs d'un générale11r a corps cylindriques sont ba écs sur le poids d'eau _a rnpqriser par heure. ans tenir compte, en praliqne, de la pres ion 011 celle vapori ation doit clre elTecluée, la pui anee de vaporisalion e lraduit en surface de chauffe qui devicnt alors la base nominale de c.l é terminalion des aulres parlie . On se rnppe)le que la surface de chauffe lolale cst compléc a raison de 121 ilog rnmmcs cl'eau, en mo renne, Hpori ée par metre carré et par heurc; on obtient done l'élendue tic surfacc de chauffc en divi ant par 12 le poids lolal d'eau a Yaporiscr par hcure. Dans le lahlcs calculées nous avons admis que : 1° Lorsquc le quotienl e.le celle dirision ne tl.é pa e pas 10, le o-énérateur peut _.n'arnir qu'un eul corp~, dont la moilié forme la surface de chauffe; le développement total de la lóle qui rorme la chaudicrc est, par conséquent, le doublc de cclle . urfnce, san;; les fonds; 2° i le mcme c¡uolienl dépnssc 8 sans allciudre 2i, le o-P.néraleur est formé d'une chauclicre et d'un bouilleur dont 1'1111 a toujours la rnoilié de sa circonfércnce complée comme urface de chauffe, el l':rntrc les 3/ 4; 3° Quantl le quolien I c.lépassc HS, le générnleur peut clrc néanmoins composé d'unc chaudiere et de d.cux bouillcur , comptés re pectivement pour la moilié et lrs 3/ 4 de lcurs circonfércnces; 4° Enfln, si l'on nlleint les limites de 50 mclre. carrés, il vaut micux atlopter tlcux généraleurs aynnt chacnn une puissance moilié moindre. ous fcrons observcr, surloul, qnel <¡ue soit clu resle la puis anee du o-énéralcur, qu il e l pruclenl, pour les usines qui sonl susceptibles de lravailler sans interruplion, d'en possétler un de rcchange en cns d'accic.lent ou Je réparalion. unFACE DE LA GnILLE. - La surfocc de la grille est basée sur la cornbnstion de Ok5 de ho11ille brúlée par heurc et par décimelre carré; d'apres In quanlilé de combustible nécessaire pour vaporiser le poic.ls tl.'cau correspondant a 1 mclre curré de surface de chaulTe, on a vu que la ·upcrflcic tolalc de la grille csl u peu pres égale

1\IOTEUR

A VAPE

. aux 0,04 de la urface lolale de cbaulTc. On oblienl done la surface s de la grille par la regle suivanle : s = 0,04 s. La forme des barreaux pour bruler de la houille ordinaire est !elle que les vides de la grille formenl le quarl de sa surfacc lolale. On oblicnl la scclion mínimum s' de la cbeminée en ECTLO DE LA CHEMl~EE. prenanl les 0,1í5 de la surface de la grille, 011 direclcmP.nl les 7/ 10-00 de la surface tolale de chauffe, en admellant que la hauleur de celte chcminée, complée depnis la grille, ne soi t pas moindre qu e 15 mclres; soit,

s' = 0,007 . lais ce lle proporlion convicnl cncore parfailement en admellant une lrnnlcur plus consitlérable. CAll.' EA x. - La seclion s" tics carncaux doil elrc éuale, au mínimum, a cclle de la cheminée; ou augmenle celle Yalcur de a moilié au moins pour obvier ü l'encomhremcnt, aux élranglemcnts el aux r ésislances dnes aux coudes brusqne ; soi l, s'' = 0,0t S; ou, liltéralcment, le centicrne de la surface de chauffe.

RÉS

.MÉ

DES CONDITION REPRÉ

E ' TÉ

lARC:nE DU PLA ' CilE

GÉNÉRATEUR

Apres avoir examiné les condilions qu'nn générateur doil remplir el les príncipes qui crvenl a délerminer ses diITérenles parlie , nous allons faire l'application de celle élude au ué néra leur que nous a ons choisi pour exemplc. S HFACE DE CIIA - FFE. a puissance évnporaloire donnée élanl égale ñ 300 kilogramme d'eau par h eure, nous avons u que sa surface de chauffe égale ·: 300 12

, [

2o me re carres.

U'apr'c~s les regles el la table (p. 139 a 143), il esl compris dans la série des cha11<.li res a dcux bouilleurs. Les dimension ele ses organe sont: Longueur de la chaucliere ....................•........ Diamelre moycn icl ....•........................•.••• Longueur des bouilleur (a l'inlérie ur Ju fourneau) ....... Diamclre moyen · id . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . . • . . . • . Par conséquenl, la 5urfacc e.le chauffc se parlage aiusi :

5mt,0 -1 00 6 00 O 60

PROPORTIO S DES GÉ ÉRATE R . .. fm Chaudiere... . . . . . . .

3,1416 X 5"'50 2

Bouilleurs. Om60 X 3,1416 X 6in X 3 X 2 4 Surfacc total e ......

157

= 8m. q. 64

1.6"!-q·96

= 25

•

q . 50

GRILLE ET CARNEAUX. ous avons vu que la grille présentail une superficie tolale de 108 décimctres carrés, ce qui fait par rapporl a la surfacc de chauffe: 108 2500 -

0A39 4

-·

La quanlité normale de combustible a hrúler étanl par heure de Ok 5 par décimetre carré, on doil pouvoir aisément consommer : 108

Qk5. = 51,

kilogrammcs .de houille par ht>ure,

el vaporiser, au maximum, 54 x 7

378 kilogrammes d'eau par heurc.

On ne comple que sur une produclion ordinaire de 300 kilogrammes. Quanl a la scclion des carneaux, nous avo11s dil qu'elle étail le cenlieme de la surface de cbauffe,· soil 23 décimetres carrés, environ le quart de la grille. VoLUME uE L'EAU. - Le volume d'eau liquide mainlenu a la tcmpél'ature de la vaporisalion se compose de la moilié de la capacité de la cbaudiere, plu un excédanl de 10 cenlimetres au-dessus du centre, el de la lolalilé de celle des houilleurs (sans compter les communications). Ce volurne égale, par conséquenl : _!

Chaudiere. im X

º• 78: 4 X 5m50 + 1m X 5m5 X 0,1 = 2m.c.¡10 q

Bouilleurs ...•.••....... 0,60 -X 0,7854 X 5m X 2

Ensemble ......

= 3m.c. 390

6m·c.f00

a quoi l'on peut ajouler 100 litres pour les qualre communicalions, cl'ou le vo. lume total cJevienl 6200 litres d'cau. VoLUME DE LA YAPEUI'- - La rnpeur occupe la moili é de la chaudiere moins l'excédant d'eau au-dessus du centre, plus la capacité du réservoir ou dome H. On lrouve, par conséquenl: Chaudiere.

(fm!x º• !

78 4

5 5 "' º)-({m X 501 50 X 001 1) = im.c. 510 _ _ !!

Réservoir .........•................ 0,ít> X 0,7854 X fm05

o,n.c. 454

Volnme lota! ......

2°1.c.074

l\IOTEURS A VAPEUR. Soit, pour le volume total de vapeu1:, 20,4 litres. sun LES CAPACITES. - La connaissance· de ces capacilés nous perrnel u' é lablir d'utiles h ypoth eses comparalives sur les effets de la dépense de vapeur et s ur l'alimenl a lion. Pour qu ' nn gé nérateur qui alimente une machine molrice présente une capacilé bi en en rapport avec la dépense t.lc vapeur corresponc.lant achaque coup e.le piston, il ne faut pas que ce lle d épense se fasse ressentir par une c.liminulion notable e.le la pression, en supposant que la produclion se trouve suspendue pendant ·le meme lemp . Pour cela, il faut que le volum e de vapeur conslitue une réserve heaucoup pin co n id "rable que celle t.l épense. Or, le générn te ur doot nous nous occupons devant vaporiser 300 kilogrammes d'eau par heure, soit 0k0833 par seconue, le volume e.le vapeur correspondaot, po.ur ñ a lmo phercs, dont 1 m etre cnbe p ese 2kñ682 (tahles p. 19 et 61 ), sera: HYPOTH ESES

•

Ok0833 1ooolit. '::lk5682 -

32 /o3 lºt · ':,. , res.

i l'on prend ce volnme de vapenr a la chaut.liere sans en produire en m eme temps, la quantilé e.l e va pe ur .~ lanle augmenle de volume de la ·valeur m em e de ce lle dépense, et la pression dev ra c.liminuer t.lans le m ern e rapport invcrse, suivant la loi de i\fariolle (68). AppelnnLV le vol u m e occupé par la vapeur, e l a la qnanlité que l'on en relrnnche, le volume ·r c lant est é (Tal a V - a, qui se dilate et devienl V. Les pressions élant en raison inve1se eles volumcs, celle P primilive, de ñ_atmosphcres, dev ie11dra P' , que l'on lrouve a in si:

J) V -

:>;.at. X v

20i4'- - 321.1~3 2074

Jalm.99.

..,.

Par conséquen t, l'abaissemenl t.l e pre~sion p our la dépe11:3e p endant 1 secontle, ans produclion, est insi o-n ifiant. i\Jais si la prot.luction devuit cesser seulement pendant une 1/~ minute, le meme calcul montre qu e la pres ion se trou verait r éduite a moilié enviro n. On pcut conclure de lit que, mcme pour un gén éra leur tel q ue celui-ci, ou le vo lume disponible de .-apenr esl n peu pres 60 fois cclui de la cl é pense par seconde, il 11e fau l pas q ue la proc.luclion cesse , m cme penc.lant un lemps lrcs-court, si l' on veul que la tension re Le bien in va ri able. plus Corle raison c.loit-elle elrc rigourcusement ¡nainlenue avec les génfra teurs dans lesq u els ce volume est bcnncoup moindre, ainsi que n ous aurons l'occa ion de le voi1~ en c.l éc rivant ces derni ers. ll e n est de mcme de l'nlim enlation d'ca11 froide qni doil elre incessanle, et sufflsanle pour remplacer exac tement l' eau vaporisée et dépensée. C~pendanl le liquide occupe, it poitls égal, h eauco up rnoins d e pl::lce que la vapeur, el son volume n'ayant pas e.le rapporl avcc la ten sion, l'irrég ularité dans l'alimentalion n'aurail pas un r ésullat fac b eux aussi imrn édi)l t que celle qui po1urait existcr enlrc la protlncli on el la t.lépense de la vapeur; !e t.l angcr principal d'unc alirnenlalion mo-

PROPORTIONS DES GÉ ÉRATEURS.

159

mcnlanément insuffisanle est daos l'abaissement du niveau d'eau au-dessous de la parlie supérieure des carneaux : voyons dans quelles proportions ce danger esl a craindre, avec un gé néraleur disposé comme celni dont nous nous occupons et fonclionnanl dans les mcmes comlilions. niveau dans la chaudiere dcvra Si l'alimenlalion vienl a etre suspendue, s'abaisser successivemenl de tous les volumes d'eau vaporisés . 11 sera facile de cai-: culer les premieres phases u.e cet abaissement, allendu que la couche excédante d'eau au-dessus du centre de la chaudiere plus celle d'une hauleur égale au-Jessous peut elre considérée, sans errcur sensible, comme un parallélipipede rectanglc. Par conséquenl, puisque nous vaporisons 300 kilogramrnes ou litres d'eau par heure, c'est o lilres par minute; si l'on divise ce volume par l::i. grande seclion horizonlale de la chaudiere, on aura l'abaissemenl po11r une minute de produclion el Je dépense de vapeur sans alimenlalion. On trouve :

0d. c.

1Qd

-x: o5<1 =

Od· c . oo9 t ,

c'esl-a-dire moins tl'un millim~tre d'ahaisscment pour une minule. Or, d'apres cela, le niveau normal se trouvanl ü 10 centimelres an-dessus de 1a naissancc des carncaux, il faudrait ccsser d'alimenter, lout en conlinuan t de dépcnser, pendanl plus de 1h1 / 2 pout· les alleindre. ll cst évident que cet accident ne pourrail avoir lieú que par la plus grossicre négligence, en admellanl méme que la quanlité d'abaisscmenl soit un peu plus sensible en pratiquc, a cause de l'cau non vaporisée que la vapcur enlr_a ine toujours avec elle en qu:rnlilé plus ou moins grande. De ce:; raisonnemenls, il ressort clairemenl que, si les volurnes d'eau el de vapcur n'ont ríen d'absolu par rapport au chiffre de la Yaporisalion, celui de la réscrve de vapcur ne devrait pas clre moindrn d'environ 60 fois celui de la dépen.e par seconde ou éga le a la dépense par minute; Landis que le Yolu1ne de reau peut élre co nsitlén-!b lcm ent réduil, pourVll que la surface libre, susceptible en baissant de découvrir les carneaux, présenle une élenJue suffi.sante,

PUISSANCE

DE VAPORISA'I'.ION COl\IPARÉE A LA PUISSA NCE DYNAMIQ

Jusqu'a présenl nous n'avons considéré la puissance du généraleur que sou le point de vue de la vaporisalion qu'il est capahlc tl'elTecluer daos l'unité de ternps; mais l'usage a consacré une mélhode différenlc qui consiste a énuruérer en chevaux-vapcur la force a laquelle il correspond. Il sera facile de démonlrer, aiusi que : nous l'avous dit, que ce syslerrie est non-sculcment vicieux, mais réellemcnt iuadmissible, a lfl.Oins que l'on indique en meme lemps le mode adopté pour l'ernploi de la vapeur. Mais comme, apres loul, l'induslriel qui prend nne machine molrice n'est pas tenu de connailre les condilions lhéoriques du générateur qui doit l'alimenter,

160

l\IOTEURS A VAPEUH.

el que ce générateur lui est livré pour la force en chevaux qu'il réclame, nous allons essayer de concilier les deux mélhodes en cherchanl a établir le rapport (tresvariable) en lre la puissance évaporaloire et ce lle dynamique. Nous prenons évid emm cnt pour exemple le générateur représenté pl. 1, donl la base Je prou uction sera, daos lons les cas, 300 kilogrammes tl'eau vaporisés par heure, sous la te nsion de 5 almospheres absolues. PREMIER EXEMPLE. Ernploi d(' lavapeur a pleine pression . -Si la machi ne motrice que le géné raleur alimente est disposée pour dépenser la vapeur a pleine pression et sans cond e nsati on, c'esl-a-dire la vapeur conservant loujours sa tension maximum pendant le lravail e l rejelée apres dans l'almosphere, le travail mécanique développé sera celui d'un e m eme quanlilé de vapeur a 4 atmospheres, ulilisée saos dq. lente, d'apres la d éfinilion qui en a é lé donuée (61). Les tables ( p. 19 el 81) .indiquent que: Le poitls d e 1 mctre cube de vape ur a 5 almosphercs = 2k 5682; l.e lra v:-i il sans délenle de 1 m elre cube de vapeur = ·10333 kilogrammelres par ch aqu e almosph cre effeclive; Pa r conséquent, 300 kilog rammes u'eau produiront: ·

,!~~

117 m elres cubes de vapeur par heure.

Le lravail correspondant sera , ponr 4 atmospl~eres: 117 x 10333 x 4

4835844 kilogrammclres;

sojl par second e e t en chcvaux lhéoriques : 483f:>841

3600

17°h·9.

E nfin, en a m e llant un rendement égal aux ~/ 10 de l'efTe t lhéorique, rapport que nous couservons dans l es exemples suivanls, il vient:

n ,9 x

0,6

10,74 chevaux.

En compara nt, cornme cela se fait ordinairemenl, la smfüce lle chauffe qui représe nle la pui ssance eh ch e vaux av ec la puissance dynamiqne utile développée par la vap eur produite, on lrouve: 2~m. q. __ -

10,74 -

..'

9m. q. 3")

..,

...,

d e urface de chauffe par force <le cheval, ce q_u i revienta dire :

. Qu e si l' on {ait usage· d'une rnachine rnotrice privée ~les organes nécessaires powr opérer la detente et la condensation de la vapeur, la dépense en vapeiw sera telle que le générateur dev ra possécler une 1nbissance évaporatoire cl'environ 2,32 rnetres carrés par force de cheval. DE XI E)I E EXE~JPLE. -

Si, l!)nles choses égales d'ailleurs, la machine motrice est

PROPORTIONS DES GÉNÉRATEURS.

i6f

pourvue d'un condenseur, c'esl a-cJire un milieu pour l'échappement de la vapeur ou la pression résislanle soit seulement de 0,1 d'almosphere, le travail lhéorique • développé sera : H7 x 10333 x 4,9

5923909 kilogrammelres par heure,

soil par seconde et en chevaux utiles: 5023909 00 X 75 X 0,6

= f3ch.16;

d'ou la base de puissancc du gé néralcur esl abaissée

i:,~

fm.q.89 par force de cheval ulile.

TnorsrEME EXEMPLE. - Epfin, si la machine motrice esl pourvue d'une condensalion el d'une dislribuiion a détenle permettanl d'uliliser la force expansive de Ja vapeur jnsqu'a 10 fois son volume a pleine pression (ce qui est possible, la conlrepression du condenseur ne dépassant pas 0ªt.1), on aura les résullals suivan1s: · Le lravail tle 1 mclre cube Je vapeur, nvec une délente 10 fois son volume primilif, égale, par almosphcre (í2), 31127 kilogrammelres; la pression utile élant encore égale a 4.at. 9; le total du lravail lhéorique par hcnre devient : H7 x 34127 x _4,9

i956o009 kilogrammelres;

soit par seconde et en chevaux uliles : 19565009 3600 X 'i5 X

43ch. O •

La base de vaporisalion du généraleur est alors réduite

- 25- = om.q.53 par force de cheval. 43,5

Ainsi, le rapport entre la surfü.ce de chauffe el la puissance en chevaux est suscep tible des plus grandes varialions suivant la disposilion meme du moleur q11'il s'agil d'alimenler; il n'est pas possible, par conséqucnt, d'élablir d'a~ ancc ce rapport sans préciser en m me temp3 le systemc de machine a laquelle le générateur tloit élre appliqné. 11 e l done bien plus rationnel de fixer el de délerminer, comme nous l'avons dil plus haut, la puissance d'un généra leur par rapport a la quai1lilé d'eau a vaporiser Jans un temps donnéJ plulót que par rapport de la f~rct! en chevaux. Cependant, on a l'habilude, daos les atcliers de construclion, de cbandronneri" principalcment, de dire que les proporlions d'un généraleur doivenl corresponJrn a une surface de chauffe Je fm.q.~0 a 1m.q.50 p.ir force de cheval; or qu'advicnt--il de celle maniere d'apprécif'..t' la puissance d'un généraleur? 11 advient nécessairemenl qne : 1

162

l\'IO[E, RS A Vk..PEUR.

1° i la m~chine mol~·jce se ra.pp,:Q(.he du sysl~rne qqe nous a,\',0ns .ndmis dans no1re prewier ex.tm1,ple, la urface de Qbauffe sera füilile, e.ti il faudra pQusaeri Je feu; le généraleur en falignera davantage, et il 11e sera pas possible da lui demandcr un exces de travail momenlané; 2° Si la maohine esl au conlraire bien perfeclionoée, comme il est dil précédemmcnt au troi siem e exemple, Ja vaporisation se fe.ra trAs~do.ucement et sans.fatig-ne pour le générnleur don! les dimensions seront excédanles; on pourra tres-facilernenl doubler la puissance ai1 b.,1psoin. l\tais pour donner aux idées un point d'app.ui moins·vague, nous ferons le mcme calen] en supposan t la machine dans l'étu.t de nrnrcJJ.e qµ _i se pr.ésel\le le nlus ,fréquemmenl : c'esl-a-dire une pression de 4 1/ 2 a1mosphcres, la clélenle a 3 fois le vol u me primilif et une cor\lre,,nre.ss\OU ,Qe-0,1. atai.o&phcr_e_dans le condenseur. Nous lronvons alors : Vol11n..1,e delf\ vapem·. prQduile: 2 ~a~~º =

' {28,o m~tre.s cub.e:; l\a.f h.eure;

Trnvail lh éoriqne corre pondírul : 1,2&n· º• o X 2o8To X 4-it.4

1>4629-'721'5 k ilo~r-a mmelres;

Travail utile par seconde : 14629720 x ,o x 0,6 3600

32,o1 chevaux;

Surface de cbauffe par forcG. de che.vé\1 : 21 Jl,;o-t 3

O 80 melre carré.

Done, Jorsqu'une cbaudiere est livrée po,ur une él,endue calculée a raison úe fm . ,¡ . 20 de surface de chauITe par force de cbc•val, on de.vra it pouvoir, au besoin, éleYer le travail nominal dans le rapport de 8: 12, ou de la moi.tié, si la machin.e se rapproche des cJerni,eres conclilioos supposées, el .sans foire prod_u ire au faurne.a u plus de 12 kilogrammes de vapeur par melre carré de cbauffe. n bon consln1c,Lcur de cba\ldiere préferc g.é néralemrnt admeHre fm.q.50 par force de cheval : il n.e Iaul pas lrop l'accusér de vouloj.r auo-,menter la 1uasse de marchandise livrée, Ci:U' il n'esl pas moi,(ls exact de dire que l'ach ele ur mécon.nAit souvenl la vérilable force dont il a besoin, et lorsque le généraleur el la machine son t mon lés chez lui , il leur foil faire un travail qui dépasse paríais de beaucoup, la •pui sanee nomioale qu'il supposait, sQjt par suile d'u,n mácomple, soit par l'addition de no11velles résislan.ce . Si le géor.ralem~ ne rép.ondait, comlne dimensi.o.o , qu'a sa demande, il s'cnsuivrait des cooleslali.oos ou le conslructeur a rarcment raison. Ce\ui-ci fail <.Ion.~ bi~Q. di'! dopner pl\lS qu'on ne lui demande, pour éviler de faclieuses éven lualilés.

PROPORTIONS DES GÉ ÉRATEUH 163 D'ailleurs, une maison de construction recommandable peut presque exclusivernent se permellrc cclte méthode, attendu qu'en procédant ainsi elle livre un vas le champa la concurrence des aulres maisons qui peuvent offrir des condilions, en apparence plus avantageuscs, en livtran.t ll'es génét·ateurs qni n'ont juste que la puissance demandée, lorsque la force de cheval esl prise pour ba~e. Mais au reste, celte incerlilud e P?urrait cesser immédiatemenl en n'ach etant plm;,, u,n .gé.nérallot'fr 'at1ltt:1rr1ent qt'le 1t)Our sti -surfa'Ce de ohauffe. Par conséquenl, apres avoir ave11li. le manufuetnriier que 1 melre carré de surface de chauffe peut largement satisfaire a la force de 1 cheval, si la machine molricc est <lans de bonnes condilions or<linaires et bien con<luite, uous ne l'cn gageo ns pas moins a supposer le gé nérateur plus granel, et compter, pour la leltre d'un trnilé, sur 1,oO metre oarré de siwfaoe de ohauffe totale par foroe titile de cheval, le rendement de la machine motrice compté a 60 pour 0/ 0 d'effel u lile apres déduclion de la conlrepression fütns le condenseuT. Tottt ce qui préce<le peut suffire pour faire connaitre les reg'les principales a suivrc pol!lt' dé't'erminer 'les proportions d'urÍ génerateur formé <le corps cylindriques, et dmrt la planche 1 rel)résente le type général (1). ous allons examiner maintenant qul?lqtr~s dispositions analogues qui en diffcrent un peu, soit comme ensemble, soi't con1t11l! llétails de construclion. (~ ) Pour ,~ dlst>Ollitions- et les 'p'l'Op<1rtitms pl'átiélúes de é'e '(!~nfil':ireur, nlfus dev!fns beauéolip de' rert ·eignéments a l'obligeance de 1\1. Dardies afoé, constructeur de grosse chaudro nnerie méeani<¡ue, ,a Paria.

FIN

DU CHAPlTRE

DRU-XIEAIE.

CHAPITRE III DISPOSITIONS DIVERSES DE GÉNÉRATEURS A CORPS CYLIN0RIQUES ET A FOYERS EXTÉRIEURS ( PLANCHE

Les clifférenls générateurs représentés sur celte planche sonl a la fois caractérisés pnr letir composilion, par leur construclion de détails el par le mode de dislribulion du calorique. On y remarque d'abord des disposilions comprcnanl un corps principal ele cbaudiere avec un ou tleux bouillcurs, puis un autre sans bouilleurs, ceux-ci élant alors remplacés par des récipienls qualifiés seulemenl de tubes réchauffeiirs. l\1ais on y di lingue également des syslrmes ou le courant de flamme est renversé ou ~escendant , c'esl-a-dire ,qu'il s'éleve cl'abord pour agir direclemenl sous le corps principal, el tlescend ensuite pour n'exercer son aclion qu'en dcrnier licu sur les corps auxilíaires. ous pensons qu'on pourr:i se rendre un comple cxact de ces différcnces essenlielles dans les clispositions que peut avoir un généraleur a corps cylindriques. Nous n'avons pas la prélenlion de donner dans ce recueil Lous les systemes qui ont été proposés jusqu'alors a ce sujet; ce serail évidcrnment prolixe et tout a fait in u lile pour nos lecleurs; nous sommes persuadé que les différents modeles que nons avous choisis pourront bien suftlre a monlrer les disposilions qui peuvenl elre regar<lées comme les meilleures et les plus -généralemenl appliquées.

GENÉRATEUR COMPOSÉ D'tTNE CHAUDJ:ERE ET D'UN BOUJ:LLEtTB. A FLAMME MONTANTE ( FIG. ~ ,

PL. ~ )

Cel apparetl, dont la conslruction est due a l\JM. Ch. Thirion et de l\fa.slaing, ingénieurs de mérile, peut élre remarqué pour le soin qui a élé apporté aux combinaisons de tons ses détails. 11 est complélement analogue a celui représeuté sur la pi. -1, qnanl au mocle d'action du foyer; il en differe en ce qu'il est beaucoup plus faible et n'a qu'un bouilleur. Aussi nous le présentons comme un bon modele a suivre pour les généraleurs de petile dimension. La fig. 1 esl une coupe longiludinale de l'ensemble passant par l'axe;

GÉNÉRA'rEUR A UN BOUILLEUR. La fig. 2 ei:i est une vue exlérieure debout; La fig-. 3 est une coupe lransrersale faite suivant l'axe 1.-2 du réservoir de vapeur. ENSEMBLE nE LA CHAun1EHE ET 'nu F0UHNEAU. - L' ensemhle de la chaudiere est com-posé u'un corps principal A, relié au bouilleur unjque B par <ieux conduits ou communicalions C et C'; le corps principal est surmonté du réservoir ou dóme H pour aug·menler la réserve de vapeur et surélever le point ou se fait la prise. La forme générale du fourneau est beaucoup simplifiée par le fait de n'avoir qu'un scul bouilleur. Les murnilles latérales ne présenlenl pour ainsi dire, que des pürlies verticales qui permetlent de sortir le corps de chaudiere tout enlier sans leur faire suhir de dégradalions. Le c.1rneau inférieur est foriné simplement de pnrois verticales et d'nne voule b qui passe exaclemenl au-dessus du bouilleur; elle s'appuie sur les murailles latérales et peut etre démolie sans compromeltre la solidilé du reste. Les deux pnrlics E du carneau supérieur sont aussi consliluées par une cloison en briqoe ~onslruile entre In voúle et la chaudiere, et suivant son axe de figure. Le rnccord des carneaux avec la chaudiere se fail par des briques qui s'élagenl et se surplombent, ce qui est benucoup plus économiqne qn'une portie de voule el qui ne vaul pus moins. l\'Iª is en jclanl les yeux sur la coupe lon gilud'i nnle (fig. 1.), ce racconl présente une pnrlicularilé remarqunble: le conlacl du sommel du carneau avec la chaudiere esl établi par deux rangs de briques e, qui peuvent jouer en renlrant dnns la muraille. C'est une honne précaution conlre la dilntation du corps de chuudicre el de la mn¡;;onnerie, qui donne lieu ordinairement a une poussée extérieure tres-sensible. Au lieu du vide ménagé au-dessus de la clrnudiere décrite précédemment, celle-ci est recóttverle d'une forte couche de sable ou aulre maliere mauvaise conJuctrice de la chaleur qui s'éleve, ainsi que la paroi supérieure du fourneau, jusqu'au poinl , d'envelopper le réservoir H presque entieremenl. C'est aussi un procédé qui parail plus économique que la voule donl nous avons parlé, surtoul en vue des démolilions nécessaires pour une réparalion. L'établisscment Je la chaudi.ere dans Je · fournenu se fait encore au moyen du chamhranle ou plaque de foyer S el du chanddier en fonle s, reposant sur le pié<lroit inf'érieur r . Elle est, de plus, munie de six oreilles en fer G, qui s'élendcnt assez loin ponr se reposer sur les murailll,"!s lalérales en dehors de l'aplomb des carneaux. Nous avons <lit (p. 1.32) quelle peut elre l'utililé Je ces org:rnes, dont l'effet n'est réellemenl et'ficace que lorsqu'il esl possible, comrne on l'a foil ici, de les appuyer en plein sur les murnilles, et non pas sur l~s voules des carneaux. ll arrive souvenl que le vitlc des carneaux s'élend beauc_o up e.le chaque coté de la chauc.liere, ce qui oblige de prolonger les oreilles tl'une quaulilé tres-notable. Quanl a la forme exlérieure, on voil que ce fourneau esl bftli pour clre enliereménl isolé; les parois latérales sont consoliuées au moyen de forles armatures de fonk K, reliécs d'un cólé a l'aulre par des houlons qui lruversent la mar;onnerie. OETAILS DE coNsrnucT10N DE LA CHAUDIÉRE. - La piece j de co11ro11neme11l du réser-voir Je ,apeur esl fonc.lue avec le nombre nécessaire de tubulures pour pouvoir

f66

l\10TE

RS A V P'E'UR.

y rallacher exclusivement les di vers organes de service sans p,•áti-quer d'autres ouvertures sur le corps de chaudiere qui n'est percé que pour la -po'Se du réservoir H et pour la tubulure O e.le l'uue·des deux son papes de·surelé, lcsquelles doivent occuper toutes deux les exlrémités de la chaudiere conformáment au reglemenls en vio-ueur. Le réservoir H occupant a pen p,·es l'une des extrémil'és du généraleur, son eouronncmentj porte une premiere tubulure ú' pour l'autre soupape de sürel'é et pour recevoir le support du mouvement N du flotleur h, clont la tringle pusse dans une petite garniture ménagée dans le cordon conlre lequel s'appuie·le tampon 7c du·lrou d'homme. La meme piece j porte aussi la tubulure o qui rei;oil le robinet P de prise de vapeur. 11 s'y lrouve également les tubulures ou s'adaplenl le robinct I d'alimentation et celui a pour la vidange, ces deux orgunes élant ici complétement dislincls el correspondan t respeclivemen t ntrx. tnrall'X J ~t J'. 'Entre le robinet I et la lubulure les auleurs ont placé un pelil appareil d'une lresgrande tllilité : c'est une boile d contenanl un clapet dit de r elen ue, el qui se ferme de lui-meme si la pression dans la chaudiere vienta prétlomi11er. C'e l afin d'éviter qu'il ne se fasse un re tour de la va-peur vers la pompe alimentaire quand on anéte . cetle derniere, le robinet I ne ponvau l elre fermé qu' apres, pour ne pas crever les tu bes. · ' · La séparation des organes d'alimenlation et lle viclat1ge a poor objét la mise en pralique d'un principe dont nous avons déja parlé (p. 118). Au lieu d'envoyer l'eau d'alimenlalion daos le bouillcur, elle est dirigée dans la chaudiere, dans la partie ou l'on doit admettre que la vaporisation est la plus faible. Le luyau J, qui correspond au robinet I et qui amene l'eau froide, suit horizonl-alemenl le corps principal A et vient aboutir loul pre.s du fond le p!us opposé au foyer. H se forme alors, conformémenl aux príncipes générnux d'1111 chanffag-e qnelconqtre, un courant d'eau froide daos le généraleur en sens contraire de celui de la vaporisaLion el de l'air chaud; la vapeur formée· en grande quarrtité dans le bouil'leur, da-ns la partie en regard Ju foyer, s'élcve dans la ctiaudiere par la premiere c0mm1111ication C, lantlis qu e l'eau froide descend dans le bouilleur par la seconde C' et remplace l'eau conlinuellemeut évaporée. Les choses sont disposées <.le fai;on, en résume, qn ...vl s'élabfisse,m courant d'eau, remplai;ant la vapeur, d'une communicarion a l'au tre, de C' en C; c'est pour favoriscr cet eITef que les manchons cylindrigues qui les forment dé'bordent dans les corps, excepté a rentrée de la vapeur par la premiere tub-ulure C. Aulant pour rap,procher les lubulures C et C' que pour éviler de placer la premiere C vis-a-vis le Ootleur h, cetle premie.re tubulure se trouve tres-é1oignée de la tele du bouilleur comparalivemeut aux dimensions généralcs. C'est eR raison de -cela que la premiere virole du bouiÚeur possede une forme con.ique tres-prononcée qui rend plus fucile le cheminement d'es bulles de vapeur vers la commuI\ication, en évitanl aussi le vide permanent qui se forme au-dessus du foyer dans les ·bouilleurs cylindriques onlinaires. Cette- dlsposilíon, si elle était généralemen'l adoptée, ne pourrnit avoir éviuemment que de bons résullats; mais quelques constructeurs

GÉNER,A.TiEUR A UN BiBUILLEUR.

167

la repousse,nl comme uifllculté d'exécnlion; elle étail indispensable ici, a cause de la posilion meme des communicalions. Le niveau d'eau M es·l posé suivanl la méihode dont 1rous a-vons parlé (p; 12-t). Les raccords de bronze, qui s'assemblenl avec le tube de cri•stal, semt ajustés avet des tu bes en fer creux g et g' qui lraversenl direclement la mac;onnerie el pénelrent dans l'inlérieur de la chaudiere, l'un dans l'eau et l'autre dans la vapeur. Leur assemblnge avec le fond en lóle se fail au moyen d'embases rapporlées contre lesqnelles on serre, inlériéurement et extérieurement, des écrous vissés sur l'extérieu.r meme des tubes g qui sonl fUelés dans cetle parlie. Ce mode de montage rend sLJ-rtoul nécessaires les briqlles a <Jilalation e ; car s:il se fait un mouvement de la part de la, mac;onnerie ou de Jai chaufüere~ l'effet n'est pas ressenti par les tu bes g qui, saos, cel-a, pom:raient se rompre o.u forcer le.w assemblnge avec le nive~u ou avec la cl~audiere. Remarquons, en terminant, que la grille.O esl ,in.-aU1Ilé.e ver.s faulel ifüa\l..lieu d'etne horizontale, comme cela se fait généralement. On a pour but, en inclinant la grille, de rendre la couche de combuslib1e plus épaisse vers l'au1el, attendu que c''e st la que la combuslion est la plus intense et que . la gri'flé se d'égamit le pll1s ra-pidemenl. Lorsquc la grille est cornplétement horizonlale, le chauffeur doit avoir soin de repousse-r •le comhustible incandfaseent cbaque- fois qu!~l a¡f)_p@rte uJlle cluwgc de cbarbon frais, lequel est préalablcment plac~ en avant. Quand nous parlerons de la fumiv()lrilé des foyers, on verra, qu'en effet, il faut que les premiers produils de la combustion, qui sonl presque le résullat d'une distillatio.n a basse, tem,p.éralure, passent au~uessus du combusLibie e.n igi1üion complete, a.vant ele quiller le:foy~r, p,01,1.r ne. p.a s pr0dim.irei de la .fumée, eL11 exGes . .

C'OND'ITIO'NS D'E' 1.fARCTIE' DU GÉNÉR.ATEUR R'EPR'É.S'E'N'TÉ . FlG.

Voici les principales dimensioos .du génératéur que nous venons de décrire : Diametre•d-e•la·chaudiere ..........• , .........................•.. , ..... 0m 700 Lornguet1r de la, chcll~ill1i1e.ce_. ............... .- ......................•.... 3m 300 Surface exposée 11 la chalcur = ;; X O,íOO ~ 3m·3 -; 2:.= ..... . ,..•....•.. ~ ,q.-6~8 _ _2

Volume total= 0,700 X 0,78~4 X 3m30 = ........................... fm .c. 254 ' 1 95 14 V0!11me d,' eau ·= . •;. + -(0111•700 x 3m3 x 0,05 ) = ................... 0'1l·º·742

• •vapeur = 1,254 - 0~742 = ............................. om .q,12 Volnme de Diamelre du réservoir de vapeur ...................................... O~ 500 H'auteur du réservoir de vapeur ...................................... 0m 600 _ _2 ,

Vol u me d.u, r.éservoir de va¡¡,1.eur = 0,500 X •0,.7854 x O,GO ,= ........... om.o. H8 Diame.tre dubouülem;1 0ansJa ..parlie GJLii1Hil1·que-....................... 0m 500 Long,ue.w: du b0uhl,leu111.. ... , ....... ., . •.: • • .. •. • .....•... , ....... , . , .... 3l'i 900 Surfa.Ge. exppsée att,feu = · ~mvin4>1íl*-3(4 ir. • .'X" 0¡n.5, _~ .::1~117 1= · ..., ... .. ....... 4m.q. 091f,

i68

l\IOTEURS A VAPEDR.

Vol u me= (environ) (o,4 ! X 0,7854 X 1 m o) + (o,50 \ 0,7 54 X 2mf0) = Longueur de la grille . . ............................................. Largcur de la grille ................................................. upcrficie de la grille = 0,61 x 0,4n = ........................ _. ..... eclion des carncaux (environ) ......................................

Om.c.698

om 610 O 460 om.q.294 O f40

RÉSUMÉ

urface de cbauITe lotale = 3m.q. 6283 + 4m.q.5942 = ................ gm.q.223 Rapporl de la surface de la grille avec celle de chauffe = 0,2941-; 8,2120 = O 035 = 0,f4 : 8,2220 = O 015 Rapporl de la seclion des carneaux i d. Poius d'eau a vapori5er par heme = 8,2225 x 12k = ................. 98k 670 Volume lolal de l'eau conlenue = 0,742 + 0,698 = .................. 1m.c.440 Volume total de la vapeur = 0,512 + 0,H8 = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . O 630 On voit que }'ensemble de ces conuilions correspond pres<Jue exaclemeut que l'on lrouverait au mo en des regles exposées précéuemmenl.

a ce

l>XSPOSITION PARTICULIERE D•lJN GÉNÉRAT.ElJR A DElJX BOlJILLEURS (FIG.

PL.

Celle figure représeulc un mode parliculier de construclion de fourneau el d'assemblage des bouilleurs avec la chaueliere. Cct exemple est emprunlé a un ensemble formé de elenx fourneaux pareils accolés el fonclionnanl ensemble; l'un des deux esl représcnté en coupe tr~nsversale suivanl l'axe des communicalions, el l'anlre en vue extérieure ele boul pour fui.re voir la di po ilion du chambranle en fon le qui recouuc prcsque enticremenl la face de chaque fonrncau. Le caractcre principal de celle conslruclion est clans la voule b qui forme le carnean iníérieur en pleine courhe au-dcs us eles houilleurs, sans le louchcr; elle s'éll'.·ve meme assez pour que la chaueliere A s'y repose. Cetle voule esl conslruile loul cntiere en brique réfraclaircs m9nlées de champ. Les carneaux upéricurs E onl formés au si de parois courbes voulécs s'appu ant sur la voule inférieure el sur la chauuicre. Qua ni a la voü le p, au-elessus de la c.hau<licre, elle n'a pour ohjet, co111111e daos nolre exunple (pi. 1), que d'isoler la chaudicre en lui réservanl un espace formé ren'lpli d'air qui empéche la déperuilion d~ chaleur. Ce mode de con lruclion, qui esl lrcs-soigné, mais trcs-coúleux, a pour hut, au moyen de la voule b, d'ulili er l'élcnt.luc tolale des bouilleurs comme surface de chauffe en les plongcan_t enlieremenl dans la flarnme ou au moius en profilanl du rayonnemenl ele la voule qui dcuail s'exercer meme sur la parlie supéricure des bouillenrs qui csl enlieremenl opposée au foyer. l\Iais ·lc résultat n'esl pas complémenl alleint, allcnclu que le vide exislant entre la voule el chaque bouilleur, dans

GÉ 'ÉHATE

l:l A DEUX BO

ILLEUR ·.

169

la parlie la plus étroite, est bienlot encombrée de suie qui interaeple le passage aux rayons calorifiques ou au couraut de gaz chauds. 11 esl done plus exact de ne compler que sur les 4/5, enviran, de la circonférence <les bouilleurs, pour la surface de chauffe, que sur la lot~lité. En résumé, nous pensons que la disposilion indiquée pl. 1, fig. 3, donne d'aussi hons résullats que cclle actnelle, avec une construc1ion évidemment moins dispen<lieuse; en effel, celle voute exige, pour la monter, nn cintrarre préalable de douves en bois, et s'il s'agil d'une reconslruclion apres coup, par suite de réparalion i.t la chaudiere, la main-d'reuvre devient <l'aulant plus difficile que l'ouvricr doit se teuir dans les carneaux, ou ses mouvements ne peuvenl s'elTecluer que tres-péniblemenl. Si la meme objeclion existe pour lout aulre mode de construclion, elle esl <l'aulant moins sérieuse que la besogne exige le moins de oins par elle-meme. C'est ce qui anive pout la disposilion de la fig. 3, pl. 1, oú la voúle csl une simple cloison fonnée de briques qui onl les bouilleurs memes pour poiQls d'appui. Une voule, comme celle indiquée ílg. 4, pl. 2, doit elre faite, au contraire, avec beaucoup de soin, puisqu'elle ne puise sa solidilé que daos elle-mcme. A part ce premier caractere de conslruclion, on remarque aussi le chambranle en fonle S, formé de deux parties qui se réunisseot au centre des bouilleurs el qui garnissent la tele du fourneau dans toute son élendue. On en a aussi profilé pour y ménager les rcgurds y par lesquels on opere la visite des cnrneaux; ces rcgards peuvent etre fermés au moyen <le lampons en fon le qui se démontent focilemcnl. D'aulre parl, le <.:hambranle sert de plaque au niveau d'eau i\f qui est disposé loul <l'une piece comme on vient de le voir préaédemmenl. Tout cela serail parfait si la dilalalion n'exislait pa . l\Jais on ne peul l'éviler, et ses effets sont d'aulant plus sensibles qu'ils s'exercenl sur des surfaces d'une plus grande élendue. Aus ice chambranle, du reste tres-bien combiné de forme el <l'emmanchemenl, est souvenl tourme_nté par sa propre clilalalion et par la pou sée tics ]1riques; en un mol, il cst lres-sujel a casser. Dans ses moindres mouvemenls, le nivcau d'eau qui s'y ratlacbe est aussi plus sensiblerncnl affeclé que s'il apparlenail a une pelile plaque isolée. Enfin, le chambranle en fonle, indispensable jusqu'au centre des bouillcurs, est d'un moins bon eITet quand il s'éleud au-dessus: on peul s'en passer sans le moindre inconvénient. Il ne res le que peu de cbose a dire quan t a la chautliere propremen t di le el u sa réunion avec les bouilleurs. II s'arrit eucore d'un mode d'a semblage que 0011 • dcvions mentionner, mais qui doit s'emrioyer de moins en moins : nous voulo11s parler des Lubulures a joint de maslic. Le corps de la chaudiere et les bouilleurs porlcnl chacun une parlie de chaque communicalion C, el celle des bouilleurs cst rivée avec une piece de raccord en foule el a épaulemcnl e qui doit pénétrer dans cclle apparlenant a la cbaudicre. Cette derniere parlie est garnic d'uu cerclc qui augmenle la résislance du bord qui doit s'appuyer contre l'épaulement du raccord c. La réunion des deux parlies se fail en bourranl tlu maslic de fonle dans le vide I.

l\IOTE R

A VAPEUR.

conservé entre la pbrlée du racconl e el l'amorce en tóle dans laquelle elle pénclre; ce maslic esl inlro<luil et serré a coups de marleau el devienl en peu de temps d'une tres-grande durelé. l\Iais le maslic de fonle, qui réussit lres-bien a basse tempéralure, se brule souvenl daos le cas actuel et occasionne des fuiles qui exigeut, pour elre réparées, que la cbaudiere soil vidée eutierement. Et puis ces joinls inlérieurs sonl difficullueux et pcuvenl etre manqués par la gene que l'ouvrier éprouve a les faire. • éanmoius, lorsqu'on adopte ce mode d'assemblage, il est indispensable de le munir d'une. disposition, que le dcssin fig. 4, pl. 2, n'indique pas, mais dont nous dcvons dire un mol : c'esl-a-dire qu'il faut relenir la jonclion des deux parlies par un boulon qui traverse la communicalion el qui relic ensemble deux élriers placés aux exlrémilés, dans la chaudicre et dans le bouilleur. La fi g·. 27 ci-dessous monlrc cclte adtlilion et indique aussi une modificalion de l'assemblage au maslic. Fig. 27.

Avec ce syslemc le joint esl exlérieur et présenle plus de facilité pour le taire. La communicalion esl formée de deux pieces de fonle qui s'emboilent l'une daos l'aulrc en laissant un jeu conique pour y loger le maslic. l\Iais si le maslic peut se bruler lor qu'il est inlérieur et presque en ·contact direct avec l'eau, a plus forte raison ceci aura-t-il licu lorsqu'il se trouve a l'exléricur: c'est done encore une disposition vicieuse. Les constructeurs conseillenl généralement d'aclopler le systeme de tubulures d'une seule piece rivée sur les tleux parlies, et, s'il faul absolument que les bouilleurs et la chaudierc pui senl se séparer facilemenl, de faire le raccord úes deux parties par un bridaO'e simple rivé. (Des boulons s'oxydent par leurs filets el ne~peuvent souvent élre démontés qu'en les brisant: il vaut donr. mieux river.)

GÉr ÉRATEUR DU SYSTEME FARCOT.

171

GÉNÉB.ATEUR A CORPS CYL1NDB.IQUE 1 A BOUILLEUB.S LATÉB.AUX ET SUPERPOSÉS A FLA.MME DESCENDANTE YSTEME DE

( FIG. :; A

I. FARCOT

PI,.

Sous le double poinl de vue d'obtenir un couranl calorifique en sens conlraire de l'alimentalion et d'expo cr aussi le récipient de la vapeur a l'aclion la plus énergic¡ue du foyer, plusieurs conslrncleurs onl imaginé des dispositions de générateur donl le principe consiste a placer la o-rille du foyer direclement sons le corps principal ou se forme la vapeur, et a dirio-er ensuile les produils caloriflquc gazeux aulour des bouilleurs qui sont placés i1 colé ou en contre-bas de la chaudiere, el remplissenl réellemcut le role ue réchauffcurs. Déja, en 1843, 1'1. Cavé, a propos d'expériences que nous fcrons connailre, a proposé une disposilion analogue ~1 celle représenlée par la fig. 1.0 de la pl. 2. Apres sont venus J J. Farcot, Cail et oe, qui out imaginé celles que nous allons décrire successi vemen t. Le générateur, désigné sous le nom de son invenleur (1), se compose d'un corps principal A, isolé et établi dans un carnea u parliculier, et de cleux ou plusicurs bouilleurs B, B' , se communiquant en maniere de serpcntin et disposés dan un meme plan vertical dans les carneaux _E, E', conslruils sur le coté de la chaudicrc. Celle-ci esl chauITée directemcnt par le foyer D, donl les produits parcourent ensu ile successivement les carneaux ou sont logés les bouilleurs; l'alimentation se fait par le plus inférieur de ces clerniers, tanclis que celui supéricur esl en communicnlion avec la chaudiere par un conduil en siphon JJL. Voila done la circulalion de l'eau froide élablie trcs-régulicrernent en sens inverse du courant de calorique. Amen ée clans le bouilleur inféricur B', l'cau s'échauffe et s'éleve peu i1 peu dans celui supérieur Ben passant par la tubulure C qui les met en relation. Du bouilleur B elle s'éleve encore et, par la pression qu'elle suhit de la part de la pompe d'alimentalion, elle suil le sipbon IJL dont la longue brancbe descend dans la chauuiere au-des ous de la surface libre. Tout en chérchant a rcmplir aussi bien que pos ible les conditions de la rneilleure r éparlilion du calorique, 1\J. Farcot adopte aussi le principe de la combu lion lente, c'esl-u-dire de Lres-grnndes grilles et ues surfaces de chauffe considérables relalivement au poids d'eau a vaporiser dans l'unité de temps. Aimi, ses grilles sont élablies pour ne pas dépnsser un 1/ 2 kilogramme de houille brulée par heure et par décim elre carré; la surface de chanffe alleint pres de 2 mclres carrés par force de cheval, bien que les machines de i\I. Fnrcot soient (•) M. Farcol s'csl fail brevetcr pour ce sy teme de génórateur en i84~ .

1i2

l\IOTEURS A VA PEUR . .

toujours ,fans les condilions de marche ou nous avons vu (p. 161) qne 1m.q.l'S0 snffü;a il largement. Les carneaux onl aussi une tres-grande seclion, dans le bnl de ne donner au couranl d'a.ir cha.ud qu'une lrc -faihle viles e, el de focililer le dépouillement de sachalelll' au prof1t des urface du o-énéra1 eur. omme loute, l'expérience a. démonlré qu'un générn.leur e.le ce systcme, élanl bien conduil, peul produire plus 'de i kilogrammes de vapeur par kilogramme de houille de bonne quanlilé. Il est ju te de dire qu'on devrait généralement produire bien pres de 7 kilograrnmes de vapenr par kilogrnmme de houille avec un générateur ordinaire, semhlable· a celui représenlé pi. 1, en ne le chargeant pas d'un travail plu considérable que 1\I. Farcot ne le foil; seulement, la conduite en serail néces airemenl un peu plus minulieuse, les combinaisons en étanl moins ralionn cllcs que dans celui de ce dernier con lrucleur.

DÉTAIL

DE LA CO STRUCTIO

La fig. 7, de la pi. 2, rcprésenle une conpe verlicale du fourncau, faile spécialemenl ur l'axe lon giludinal 1-2 des. houilleurs, la parlie vérilablemenl caractéristique de ce yslcme de généraleur; La fig. l:i esl nne coupe transversale sur l'axe 3-4 pa sant par le milieu de la grille; La lig. 6 e l une seclion parallele a la précédenle et suiv:.m l l'axe o-6 du tubc plongeur L. CHAUDIÉRE PRlNCIPALE. - La construclio11 de la chaudiere A differe peu de celles décriles précédemmeut: c'e t ah olumenl la chaudiere représentée pi. 1, moins les deux bouilleurs placés au-dessous.• On remarque cependant un délail, que nolre des in ne perrnet pa de voir, qui n'est pas sans imporlance. L'exlrémilé du colé dn foyer est lerminée par une lubulure en lóle ri ée avec un houchon en fonte qui traverse la mac;onncrie et vient reposer sur le chambranle en foule ou plaque de foyer. Onlre le poinl d'appui qui en résulle pour la chaudiere, en plus des orcilles G donl celle dernicre est munic, celle disposilion permet aussi tl'appliquer le nivean <l'eau sans avoir u craindre l'infiuence des mouvernenls produils par la dilalation de la rnac;oonerie el du mélal. C'esl un procédé applicable ici sans difficullé, allendu qu'il n'exisle pas de carneau de circulalion a celte extrémilé de la chaudiere. Les produils de la combustion fonl un seul passage en l'enveloppanl a moilié de sa circonférence, et s'élevent, arrivés a l'exlrémilé opposée, pour sui re l'onverlure F qui communique avec le carneau E du bouilleur supérieur. BomLLEUns. - Les deux bouilleurs B et B' sont aussi <l'une conslruclion analogue a celle ordinaire des aulres géoérateurs. 11 sont réunis, d'un boul, par la communicalion C et de l'aulre pa r une entreloise en fer a avec laquelle ils se relienl par des équerres en fer. L'cnsemble des deux houilleurs se trouve porté par une série de

GÉNÉRATEUR DU SYSTEME CA!L ET Ci e.

1'i3

lraverses en fer e scellées dans le carnea u inférieur, ou la lempéralure de l'air n'est plus assez élevée pour les oxyder et les délruire. La tulmlure C qui les met en communicalion est élablie suivant le systeme de raccord au mastic de fonte dont nous avons parlé précétlemment (p. 170). Mais on peut remarquer que les inconvénienls que ce mode d'assemblage présenle, quand il est tres-pres du foyer, disparaissent dans la silualion acluelle ou les lubulures sonl placées dans un courant dlair relalivcment froid. Le cnrncau E des bouilleurs est formé simplement d'unc grande cbambre séparée en deux par une cloison en brique b, interrompue en E" pour établir la commu11icalion enlre les deux parlies. L'exlrémilé des carneaux est fermée par un grand r•egistre K qui se lere a volonté pou·r r égler le passage a la cbeminée; en lui donnant la hanleur des Jeux carneaux ensemble, on évi te une cloison spéciale pourfermer l'exlrémilé du carnea u supérieur. Lorsque la surface lolale du généraleur est considérable, ou adopte Lrois ou quatre bouilleurs superposés, se communiquant de l'un a l'aulre de la meme fac;on que ces deux-ci dans l'exemple que nous avons choisi. Les carneaux peuvent elre alors séparés les uns des auli:-es par de simples plaques mélalliques an lieu de cloisons en hriques comme ici. Par celle disposilion parlic.u liere, qui permet de mulliplier les bouilleurs, un générateur de ce systeme est moins long, a égalité de surfacc, qu'un aulre du sysleme ordinaire. En résumé, outre la disposition de principc qui correspond a un emploi ralionnel du combustible, ce générateur cst aussi élabli par le constrncteur de fac;on a évitcr le mieux possible les perles accitlentelles de calorique. Les murailles en sont tres-épaisses; on a le soin d'envelopper soigneusemcnt toutes les capacités et communicalions extéricures, etc. Le cendrier est aussi muui d'une porte pnrfaitemcnl ajuslée que l'on fermc la nuit et, en général, lorsque l'on arrele la produclion, ponr empecher les rcnlrécs d'air froid que la cheminée appellc, mnlgré la fcrrnelurc du registre, et qui emporle une parlie de la chaleur conccnlrée dans le fourneau. Celle précaution, disenl l\'11'\'I. Grouvelle et Jaunez, dans le Guicle clu chaiiffeu·r, suffit pour que la vapeur ne tombe' pas de 2 atmospheres sur 5 pendant 12 heurcs d'arret.

GÉNÉRATEUR A C?RPS CYLINDRIQUE ET A FLAMME DESCENDANTE SYSTEi\iE DE l\li\1. CAIL ET ( FIG.

PL.

e•

Les fig. 8 el 9 représentent, en seclions iongiludinale et transversale, un généraleur double suivant la disposilion proposée par MM. Cail et Ci 0 • Quoique de pelile dimension, ce généraleur surfit poµr donner une idée complete tlu principc (-f.). (4) l\lM . Cail et Cie sonL brevelés, pour ce sysleme de génératcur, depuis 4849.

f74

l\10TEURS A V¡\PEUR.

La seclion lrarn¡versale (fig. 9) est supposée faite, pour l'un des deux, sur l'axe 1-2 des lubulures ele communicalion, et pour l'autre sur celui 3-4 passnnl par le foyer. On voit que le prerpier passage de la flamme a lieu anlour de la chaudiere A qui présente la moilié de sa surface a son aclion. De ce premier carneau les produi ts de la combuslion traversent, pat· une ouverture F, une voute b qui recouvre deux carneaux inférieurs E dans chacun <lesquels se trouve un bouilleur. Apres avoir parcouru l'un des deux, ils passent dans l'autre par l'onverture E', o u verte daos la cloison qui sépnre les deux carneaux E et s'en vont a la cheminée par l'ouverlure G ménagée a l'exlrémilé du carnenu de deuxieme .passage. Chaque bouilleur B n'est relié a la chaudiere A que par une communicalion C, l'autre exlrémilé élant soulen.ue par l'aulel R; mais ils sont inclinés tous denx de fa9on a facililer l'ascension de l'eau qui s'échauffc et des bulles <le rnpeur·qui peuvent s'y former. Le corps principal A est construil comme Je houilleur des générateurs a flamme montante. L'exlrémité du colé du foyer est fermée par une armature ordinaire a ce lrou <l'homme; elle lraverse la muraillc dn fourneau et se repose sur le chamhranlc en fonte S. L'aulre exlrémiLé doil elre armée d'oreillcs s'appuyant sur la mu9onnerie pour supporter la partie _postérienre <le toul l'appareil. Les fonclions de ce générateur, qui sonl du reste aualogues a celles ele l'appareil décrit précédemmenl, sont faciles a comprendre. Tandis que le courant de calorique s'élablit de la chaudiere aux bouillenrs, le liquide s'écbauffe el la vapeur se forme en sens inverse des bouilleurs a la chaudiere. En effel, l'eau froide d'alimentation arrive a la partic inférieme des bouilleurs, et au fur et ~t mesure qu'elle s'échauffe, elle s'élcve et finit par pénélrer dans la cbaudiere, ou elle ne tarde pasa etre transfórmée en vapeur en raison de la haute température qui s'y fait sentir. La progression de la tempéralure de l'eau est done parfailement d.'accord avec les milieux qu'elle traverse successivernent, puisqu'elle arrive, relalivement froide, dans une parlie qui ne re9oit que la derniere aclion du calorique, et parvien t écbauffée dans un milieu encore plus cha ud. qu' elle ne l' est encore. ous avons vu que le contraire a lieu daos les appareils u bouillenrs a flamme monlanle, ou la vapeur formée en grande partie dans les bouilleurs est obligée, pour arriver au réservoir, de traverser l'eau de la chaudiere qui ne recoit qne la derniere action du calorique. En général, tout s'accorde dans ce sysleme pour parait~e tres-rationnel, anlant comme économic de combustible que comme promptitude et facilité de la vaporisation. On oblient aussi de la vapeur tres-seche, qui n'entraine pas d'eau non vaporisée, puisque toutc la masse au seiu de laquelle elle se forme a pu acquérir tout son calorique lalent de vaporisalion, ne recevant jamais d'eau froide. Cependant, il ne scrail pas exact de dire que le systeme de chaudicre ~t bouilleurs h flamme desccndanle se soH propagé a l'exclusion de celui ordinaire a flammc montante, qui est au conlraire adopté généralernent par la majeure pnrlie des conslrncteurs. La raison en cst qu'avec cbacun <les cleux systemes on obtient des résullals, a lrcs-peu de ch ose pres, iden Liqnes Iorsqu'ils son t bien conduits, rnalgré la

GÉNÉRATEUR AVEC RÉCHAUFFEUR.

175

dtsposilion, incontestablement plus logique, du générateur a flamme descendaule. Tant de causes peuvent concourir a faire perdre du calorique ou a en économiser que le résullal, qui devrait etre déduit du systeme, peut etre troublé par un molif quelconque dépendant de la conduite du foyer ou de l'emploi de la vapcur. 1\fais on pourrait répondre a cela: en supposant toutes les condilions semblables, le systeme le mieux combiné ne donne-t-il pas le meilleur résuHat? Oui; ruais dans des proportions assez peu différentes pour que les irrégularilés inévitables de la pratique el la difficulté des expériences précises suffisent souvent pour le masquer, et, la routine aiclant, pour continuer d'employer le plus ancien, celui le plus généralement connu et snr lequel on possede les données cl'expériences les plus nombreuses.

GÉ;I.\TÉRATEUP. A UN SEUL CORPS, A FLAMME MONTANTE AVEC UN BOUILLEUR RÉCHAUFFEUB.

( FIG,

40,

PL,

En dehors des syslemes perfectionnés qui viennent d'elre décrils, on fait souvent usage d'un simple nppareil réchauffeur (lans lequel l'eau d'alimenlalion est amenée avant d'etre envoyée dans la chaudicre. Cet appareil consiste daos un récipient en tóle ele petile dirnension posé assez pres du fourneau pour en recevoir la chaleur perdue; il est souvent placé sur la parlie supérieure meme de ce fourneau. Mais il est préférable de le disposer, comme 1\f. Cavé l'a fait, dans un carneau latéral faisant suite a cenx de la chaudiere, comme cela a été indiqué dans l'exemple proposé fig.10. C'est une chaudiere a un seul corps A, et d'une dimension calculée pour un seul passage des produits de la combuslion. Ces produils quitlenl le premier carneau et passent dans le second E par une ouverture F. C'est dans ce canal E, tout pres de la chaudiere, que l'on place un pelit bouilleur B dans lequel on dirige l'eau d'alimenlalion qui se rend ensuile (lans le corps principal A par le conduit IJ L. C'est une disposilion avantageuse et employée depuis longlemps. Souvent les pornpes alimentaires puisen l l'eau au réchauffeur et la prennent chaude pour l'envoyer a la chaudiere. Outre une cerlaine perte de chaleur qui en résulte, l'eau chaude est nuisible a la marche d'une pompe dont elle altere les gnruitures. En plai;ant, au contraire, le réchauffeur enlre celle-ci et la chaudiere, le rncme inconvénient n'existe pas, puisque l'eau ne s'échauffe qu'apres avoir quilté la pompe. Ce procéd é, si simple, est d'un excellent effet et sera toujours appliqné avec avantngc, surtout pour les petits généraleurs dans lesquels la surface de chauffe esl quelquefois relalivement restreinte. L'écouomie qu'il procure n'esl pas douleuse, car il esl évident que le récbauffeur se trouvant enveloppé par un courant d'air chaud qui esl environ a 250 ou 300 degrés, l'eau prise froicle a 12 degrés peut, sáns

i76

l\IOTEURS A VAPEUR

y séjourner longlemps, y acquérir facilement une tcmpérature voi ine de l'ébullition avanl d'elre inlroduile daos la chaudiere. ·or, si la quanlilé de cbaleur a fournir achaque kilogramme d'eau pour la vaporiser a 5 almosphcres cst éa-ale, suivant ce que l'on a vu, a :

fo3 - 12

501

= 642 calories,

et que l'on éleve gratuitement sa lempéralure d'environ 88 degrés, on gagne, en supposanl l'ulilisalion du combustible égale seulemenl 0,7 :

8 X 0,7 6-4-

,1!

= 0,096;

soil pres de 10 pour cent sur la consommalion brule de comlmslible. Celle pelile éco nomie n'est pas i'l dédaigner, surlout si l'on remarque qu'une imple machine de la. force ele lO cheraux pouvanl consommcr plus de 6000 fr. de charbon par an avcc 12 bcnres de marche par jour, c'est une somme ele 600 fr. loule nelle a épargner.

GÉNÉRATEUR DJ:T A SJ:PHON

Par 1\1. s T R ECK E R, de l\fanheim

Comme généraleur cylindrique, a foyer extérieur, nous cilerons un sysleme pour legue! l\I. lrccker, un in génieur allemand, s'esl foil breveler en Frunce en 1850, el clont la fig. 28 pourra donner une ülée du principe. On oil que ce gén éraleur nouveau se compo e d'uu corps principal A disposé horizonlalemenl, et muni de deux bouilleurs verlicaux B et C d'in égales longueurs. Le calorique qui se dégage du foyer D, dont l'enlrée esl en a, s'éleve el circule d'a bord aulour du prcmier bouilleur B, puis ensuile aulour du corps horizontal A; de ce dernier carnean le couranl de chaleur enveloppe le second bouilleur C el s'échappe par le carneau G qui con<luit a la cheminée B, donl un registre a bascule el serta régler le passage. ous n'avons indiqué d'appa reils accessoircs que le niveau d'eau e et une tubulure b ménagée a la partie inférieure du bouillenr C pour en opérer la viclange. En l'absence de résullals praliques connus, nous pouvons dire seulement que ce s sleme emble répondre aux meilleures conditious de marche aulanl qu'a une con! duile facile. En cfTet, le courant de chaleur esl tres-bien ét~bli en sens inverse de celui <.le l'eau froide qui est introduile uaus l'appareil par la parlie inférieure du bouilleur C qui est évidemment la partie la plus froide. Elle ne parvienl done au corps principal el au conlact de la vapcur qu'apres s'etre élevée au fur el a mesure de l'angmcnlalion de sa tempéralure. La vapeur formée n'éprouve aucune gene pour s'éle er dans le résenoir.

1i7

GÉ ÉR.ATEUR A SIPHON.

En comparanl le développcment total clu générateur a la surface cbauffée, on trouve que la proporlion en cst beauéoup plus grande que dans les aulres généraleurs h bouilleurs horizonlaux. Par conséquenl, le volyme de l'cau liquide doit clre · amsi proporlionnellemcnt rnoindre san clre lrop faible. • D'nulre parl, il cst certain que l'ensemble posscde loule la solidité désirable, el que la di posilion des carncaux pcrmet d'éviler l'encombrement et l'obslruclion par la suie. Toutefois, on a objecl~ conlre ce sysleme l'inconvénient des dépóls calcaires qui restenl au bas des tuhcs et font que ceux-ci brulent rapidemenl lorsqu'on ernplo ie des eaux impurcs, plus ou moins cbnrgées de sulfate el de carbonate de chanx. · Fig. 28.

M. Beslay a pro posé, il y a el éja une douzaine el'annécs, un généraleur qui avait beaucoup ele ressernblancc avec celu!•Ci, et qui a élé appliqué aux aleliers uu cllcmin de fer <l'Orléans. C'élait aussi un corps cylinelrique horizontal muni cle plusieurs bouilleurs verlicaux, mais proporlionnellement plus pelits et que l'on <lésig11ail sous le nom ele pis, a cause de leur forme conique Lerminée en pain ele sucre. L'inconvéoicnt que nous venons de signaler ajoulé a une conslruclion délicate 011L élé probablement les molifs pour lesqucls ce syslcme ne s'est pas propagé. On en trouvc, au reste, tous les délails d'cxéculion <lans le recueil de fcu i\I. LcLlanc, <le bien regretlable mémoire.

Fll'i DO

CRAPITRE TROISI E1tIE ,

CHAPITRE IV GÉ

ÉRATE º RS CHA

FFÉS PAR LES CHALEURS PERO

DES HA UTS - FO ºR 1 EA X ET DE

FO RS

ou ne ero 1011s pas sorlir de nolre 11j el e n e nlrant dans quelqucs délail relalifs a11x gé néraleurs qui son1 chauffé pnr les gaz ou les chnleur perducs des baulsfournenux ou des four . Cclle appl icalion n pris auj ou rd'hui un e trop grande exlension pour ne pns la fnire connailre. Par conséquenl, ans avo ir la prélenlion de monlrer lous les s slemes qui onl élé proposés, nons croyons néanmoins devoir en clonner une id éc généra le, en nous arrelant plus p urliculi · remcnt sur m1e cli posilion pl11 récemmcnt cm ployée : n ous voulons purler des chaucliercs verlicalcs mon·lécs au lonr de In chemiuée m cme d'un four a souder ou d' un fonr a réchaurrer. Depuis une trenl ain e d'nnnécs e nviron on peut dire qu e les nsines mélallurgiques onl élé dol1!cs d'une innova lion féconue r és nll:mt ele l'nlilisalion des chaleurs perducs de leurs fou rs. 011 sail que ces usines po·sedent nn grand nombre d'oulils qui ex igenl des forces niolricc considérables p our les cornmander. Plusieurs fonclionnent pnr d s moleurs h ydrn11liques, mais le plus souvenl, la chute d'eau devenanl insuffi nn le pour produire la puiss:rnce nécessaire, il fout avoir recours u la puissance addilionnelle de la Ynpeur. Souvent aus i, l'µsine ne se Lrouvanl pas élaLlie sur un cours d'ean, le m oleur a vapeur e l alor la seule force do ul on pui sse di po er. Dans lous les cas, c'esl lonjours une tlépense de combustible considérable pour <les usines qui déjh en fonl, d'aulre part, une prodi rrieuse consommalion. La profonde amélioration a co nsislé dans la remarque que précisément le comhuslihle ab orhé par les hesoins direcls de l'usine ne l'é lait pns lellernenl par la fabricalion meme qu'il n' ex islftl aucune quanlilé perdue, e t susceptible, par consé- · quenl, d'clre utilisée pour produire de la force molrice. Pui ant dans celle remarque un renseignemen l précieux, on imagina les chaudicres a vapeur cbauffées par les cbaleurs perducs des hauls-fourneaux el des fours u puddler ou u réchauffcr. Cilons des premiers l\IM. Thomas et Laurens, ingénieurs tlislin g ués (1), qui onl fail de grande recherches sur ce sujet el onl oblenu de lrcs-beaux résullats. L'applicalion spéciale qu'ils ont faite des chaudieres cbauffécs par la flamrne perdue des hauls-fourneanx e l des fo m a eu hcuucoup de succc . (1) Le prcmicr bre,· l, pris en Frnncc par ce. in°énicurs pour ulili scr la chalcnr perduc de hauts-fournc..1ux, dale de 1 36. Depui· celtc époquc, ils onl élabli dan dile1--es usin - des appareils propres au cha uff,1:,¡c des chaudicres ou a d'a utres u,ngc .

CHAUDIERE

UTlLl , A1 T LES CllALEURS PERO ES.

1.19

Aujounl'hui, celle applicalion esl clevenue généralc. Le syslcme qui cst le plus en usage consi te dans des chaudieres cylindriques horizontales clisposécs dans un fourneau qui fait uile au four ou au haut-fourneau, et qui est lraversé par les flammes qui s'en échappent avant cl'arriver a la cheminée. Plus récemmenl, uu ingéni"cur anglais, M. rasmilh, a imaginé de placer la cbaudierc verlicalemeut en la di posant, comme une cbemise, aulour tic la chcminée tlu four, laquellc conserve alors, par rapporl a ce dernicr, la place qu'elle occupait avant l'applicalion d'un généralenr. ous allons clire quclques mols <les clcux sy lemes. CHAUDIERES A TILl

VAPEUB. HORIZONTALES

A~'l' LES CU .1.LEURS PERDUES

Les généraleurs horizonlaux appliqués aux fours tics usines mélallurgiques ne présentenl guere cl'aulres parlicularilés, a nolre point <le vue, que l'élendue de leurs surfaces de cbauffe, qui sonl beaucoup plus grandes, pour une mcme puissance a oblenir, que cellcs des générateurs dont une parlie est soumise au rnyonnemenl d'un foyer. Les généraleurs des fours ne sont chauffés que par les gaz enflammés qui s'en échappent apres leur aclinn sur le mélal que l'on traile; la producliou de vapeur, par mclre carré de surface ele chauffe, peul done etre rcgardée comme une moyenne entre celles qui correspon<lent, pour un énéraleur ordiuaire, a la partie sournise au rayonnemenl du foyer el aux partie:; qui en sont le .plus éloignées, lesquelles ne re<,:oivent que de l'air a une tempéralure moycnne ele 2~0 a 300 degrés. i\JM. Grouvclle el Jauncz, daos leur nouveau trailé, le Guicle clu chatlfle ur, in<liquenl que ces chaudieres cloivent avoit· une superfide environ triple <le celle qui serait nécessaire si elle recevail l'action clirecle d'un foyer. Ils ajoutent que le produit en ,·apeur est de 4 ou 5 1 ilogrammes d'eau vaporisée a 5 atmosphcres par kilogramme de charbou brulé sur la grille d'un four a récbaúITer, el 3 a 5 eulemenl si la chaudierc est alimeolée par les fiammes issues d'un four a puocller. Les memcs ingénieurs sont <l'avis que ces générateurs doivent etre munis d'un · réservoir de vapeur spécial, enfermé dans Ja mac;onnerie, pour conserver la vapeur produite en exces a cause de la marche intermillente des appareils qui fournissent la chaleur. Quant a la conslrnclion, les générateurs ulilisant les flammes perdues consislent le plus souvenl en un seul corps cylin<lrique entouré d'un carnean que les gaz parcourenl avanl d'arri era la cheminée. Cependant, on en établit aussi avec des bouilleurs ordinaires. Pour que le tirage nécessaire au foyer du four ne souffre pas de celle augrnenlnLion du parcours de l'air chaud el du refroidissement occasiouné par l'ahsorplion du généraleur, les carneaux et la cheminée cloivenl elre calculés comme si la quantité de comlmslible employée pour le four arnil élé brú.lée direclemcnt sous le

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iUOTEUHS A VAPEUR.

généraleur; leurs scclions sont done tres-grandes, el cclles eles carneaux vont en augrnenlanl au fur el a mesure que l'on se rapproche de la cheminée, afin de contre-balancer le ralenlissernenl du couranl u'air par snile de la dirninulion progressive lle lempéralure. Ces généraleurs doivenl clre aussi rnunis ci'un foyer addilionnel qui permelle de les mellre en marche d'une fovon indcpendanle en cas d'arrct du four. Péclet s'cxprime DISTl~CTION DES DEUX CLASSES OIFFÉREXiES UE CES GltNÉRATEURS. aiusi en parlant ues différences qui exislenl entre les appareils dont on cherche i.t utiliser les flammes perdues : « Les foycrs mélallurgiques peuvent se diviser en deux classes: « La premiere comprend ceux daos lesquels le combustible est brulé sur grille, et agil principalernent par la flamme qu'il produit. L'~ir qui s'écbappe de ces fours est presque enlicrement brulé, mais il esta une tres-haute lempérature. « La secondr. comprend les fourneailx tlans lesquels les matieres que l'on veut chauffer, réduire ou fondrc, sou l melées avec le comlmslible et forment des couches d'une grande épaisseur, circonslance qui occasionue toujours la formalion d'une qunlllité d'oxyue de carbone et de différents carbures d'hydrngene. « La premicre classe renferme tous les fourneaux l1 réverbcre, les fours a réchauffer, les fours d'affinage el les fours a puudler. L'ulilisalion de la chaleur perdue dans ces fours, pour la forrnalion de la vapeur, est tres-simple; il suffit de faire circuler laflamme et l'air brulé qui sorl~nl du fuurneau, aulour de chaudicres convenablement disposées, el ele faire écouler uans l'almosphcre l'air brúlé réfroidi par une cheminée d' uue section et d'nne hauleur suffisanles ... « Dans les foyers de la seconde classe, la chaleur perdue 11e consiste pus uniquement dans la haule Lempéralurc ucs gaz qui s'échappent, rnais principalernent daus la grande quanlilé de gaz combustibles qui sorlent avec l'air brulé; ainsi, il ne suffil pas, pour uliliser la cbalcur perdue, de refroidir les gaz, il faut avant les brú.ler complélemenl. » En effel, lorsqu'il s'ngil d'appliquer un g6nérnleur a un haul-fourneau, c'est de s:i parlie supérieuré, clu giieulard, que se J'ail la prise de gaz dirigés au généraleur. A leur entrée sous l'appareil vaporisaloire, les gaz sonl renconlrés par des jels d'air • atmosphérique qui les enfiammeut. Sur celle donnée primitive, l\Il\I. Thomas et Laurens co11slruisirenl, il y a plus de vingl ans, des chaudicres verticales dont l'enlr6e des carneaux se trouvait irnmé<lialernent a la parlie supérieure du haul-fourneau dont on se proposail d'uliliser les chaleurs perdue_s. Le corps principal <lu générnleur, se composanl d'un c lindre disposé verlicalemenl, élail muni d'une parlie cylindrique plus faible de diamelre et placée horizontalement. A !'origine de cetle derniere se trouvait une sorte de grille que devaient travcrser les gaz sortant du fourneau, et ou ils rencontraient desjets d'a ir almospbérique pur qui venaient opérer leur inflammalion. Un petit foyer addilionnel, placé pres de ce meme poi n 1, avai t pour objet <le pou voir chauffer la cha u diere <l'une favou indépendante, dans le cas ou le haul - fournt'au ne fonclionnerait pas.

CHAUDIERES UTILISANT LES CHALEURS PERDUES.

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Par conséquenl, les gaz sortanl du haut-fouroeau élaicnt enflammés a lcur issue du gueulard et parcouraient d'abord la partie horizonlale du généraleur, ensuile le conlour extérieur du corps principal placé dans un carneau divisé en deux parlies <lans le seos de la seclion horizontale, afin d'établir une double circnlalion de hnut en bas, et vice versa, avant d'arriver a In cheminée. Tout en conservant le principe de placer le générateur a la parlie supérieure uu h:ml-fourncau pour en recueillir i •:1111édiatemenl les gaz, M. E. Flachal a fait élablir, en 183"1, a Nieuerbronn, un double généraleur cyliudrique el a bouilleurs, mais horizonlalement, au lieu <le la <lisposilion verticale <le l\IM. Thornas et Laurens. Le principe du f'onctionnemenl élait identique. L'air inflammable sortant du haul-foumeau arrivail par un con<luit bifurqué a chacun des deux généraleurs oú ils étaient encore enflammés comme précédemment. l\Iais celte applicalion présentait un inconvénient commun aux deux disposiLions: c'était la nécessilé d'établir le ¡¡;énéraleur a la parlie supérieure du haulfourneau afin de prendre le gaz a sa sorlie imm édiate. En 1838, i\I. Robin fil connailre une aulre fac;on d'envisager la qucslion. II pensa qu'il valait mieux pcrdre une parlie de la chaleur propre des gaz inflammables en se donnanl la facililé de les diriger par des iuyaux de condnile vcrs le générateur qui pourrait alors se irouver plus éloigné du haul-fourneau et a la hauteur du sol. Le chemincment que l'on fcrail faire ainsi u ces gazne leur faisant pas perure leur propriété d'elre inflnmmahles rendrail plus facilc l'élablissemenl <lu générateur ou ils doivenl elre utilisés (l). C'cst en s'appuynnl sur ceHe pensée que de nombreux appareils ont élé élablis depuis, et avec beaucoup de succes, par MM. Thomas el Laureas. Le sysleme que nous uous proposous de <l éc rire spécialemenl ici n'apparlic11t pas ii ce rno<le d'nlilisa lion de la chalcur perdue. JI fait partie de la premiere classe ues fours, suivant Péclct, d'apres ce qtú a élé dit précéuemment; sa tlisposilion cst, tlu reste, enlieremcnl parliculiere, ainsi qu'on pourra s'en convaincrc.

CHAUDIER.E VBR.TICALE

APPLIQUÉE A UN FOUR A RÉVERBERE A RÉCllAUFFER

( FIG.

9, PL. 3 )

1\1. Nasmilh, ingénieur lres-dislingué, esl l'imenteur tlu sysleme de chaudiere verlicale dont nous donnons ici un spécimen qui, déja lres-répandu en Anglelerre, commenr.e ii recevoir en France quelques applicalions, parliculicrement a Nantes, aux forges de Vierzon et ailleurs. L'appareil représenté par la pi. 3 a élé monté daos les alclicrs <le conslruclion o ) Ce dHférenls modes d'utill al ion de la rbaleur el les appareils cone pondan1s onL élé décrils ayee délails dans Je 11• volume du rccueil la P11blica1io" imlustriellc.

l\iOTEURS A VAPEUR. de M. Nillus, au Havre, ou la rapeur qu'il_produit est ulilisée pour faire marcbrr un rnarleau-pilon. Le príncipe de la construction de ce nouveau généraleur esl trcs-sirnple el peul clre aisérncnt défini. 11 consiste, en quelque sorle, a envelopper la cheminée d_u fo11r <l'un cylindre de tóle qui forme la chaudiere dont la paroi intéricure est la cheminéc meme el la surface de cbauffe. C'esl ce qu'indiqne la pl. 3 par les fig. 5 i:t 9, qui son! : Fig. 5. Seclion verlicale de l'cnsemble de l'appareil par l'axe longitudinal tlu four; Fig. 6. Vue exlérieure, regardée par le bont du four; Fig. 7. Coupe horizoulale de la cbeminée et du corps de chauc.liere, faite suivanl la ligne 1-2, au-dessus <lu four; Fig. 8. Détail d'un systcme parliculier de soupape e.le stlrelé appliqué aux chaud ieres verticales; Fig. 9. Détails c.l'un assemblage modifié suivant les condilions imliquées plus has. E 'SEMBLE DE LA CON TRucr10~. - On sait que, dans un four du systeme de celui A représenlé ici, le comlrnslible est brulé sur une grille composée e.le barreaux en fer a que l'on peut relirer un a un lorsqu'ils a.lteignent un cerlain degré Je déformalion, ce qui arrive promptemenl, a cause Je la haute tempéralure, et ce qui les foil préférer en fer comme pouvant etre plus facilement réparés que remplacés s'ils élaient eu fonte. La flamme, parlant du foyer, s'infléchit suivant la forme inlérieure du four, vient a.gir sur les malieres déposées sur la sole b, et s'abaisse par le carnean e qui se termine a la cherninée B c.lont la partie inférieure est une amorcc cylindrique _cn brique réfraclaire. Lorsqu'il n'y a µas de chaudicre adaplée au four, la cbeminée csl continuée en brique da.ns toute sa hauleur. l\fais dans le cas présent, ou la chaleur des gaz qui s'y éleven't doit elre reprise en parlie pour vaporiser de l'eau, il faut que la cheminée soi l élablie en lóle, de fa~on a laisser facilemen t passer la chaleur. Celle-ci est, en effet, formée d'un cylindre ele tóle B qui se raccorde avec l'amorce en briquc et se lrouve a.ssernblé, par une cornicre en fer, avec un disque en tólc et qui conslilue le foml de la chaudicre, el repose lui-meme sur quatre colonnes en fonle e. • Au point de la hauleur qui doit correspqndre a la limite commune de l'eau et de la vapeur, la cheminée en tole est modifiée et doit se conlinuer en brique, a.fin que la vapeur ne soit pasen conlact avec une surface métallique chauffée direclemenl. Pour cela, le cylindre inlérieur B est rivé avec une corniere en double équerre f', rivée de la. Í:n.cme fa~on avec un second cylindre en t1Jle C qui, plus grand de diamel re, forme avec celui B une relraile de la c.limension d'une demi-brique. On a conslruil, en effet, sur celle relraile une chemise tle brique B' qui forme la continuation de la cheminée et la complete jusqu'cn haut. l\Ia.inlenant le corps exlérieur de la chaudiere esl formé du cylindre de tóle D qui s'assemble, comme le cylintlre intérieur B, avec le f'ond d, et se Lrouve fcrmé en

CHAUDIERE VERTICALE.

183

haul par un fond semblalJle g auquel vienl aussi s'assembler et se lerminer le cylindre en relraite C. Pour résumer cette premicre définilion, disons que la chaudiere esl consli tuéc, en définilive, par les cylindres B, C, D et les fonds annnlaires el et g, et qu'elle vienl se poser d'une seule piece sur les quatre supports e. On monte ensuile a l'inlérieur la partie en brique B' que l'on prolonge a l'exlérieur de la quanfüé voulue pour la hnuleur de la cheminée. Cetle parlie exlérieure est consoliuée par des armalures en fer h, et elle est couronnée d'un chapileau en fonle i qui rec;oit lni-mcme le registre E et les pieces JP- son mécanisme. Le raccoru de la parlie de brique B' ;.i élé exécnté comme il vient d'elre dil; mais on le fait aussi d'une fac;on un peu différenle, comme nous allons le füire comiailre. _ Au lieu de disposer deux cylindres de tole B et C en relraite l'un de l'autre, on a continué le cylindre B dans loule la hauleur de la cbaudiere, el l'épaisseur de briq11c n élé posée en ressa.ut inlérieur sur une comiere en si111ple équerre [1 (fig. 9) pour la recevoir. · Celle modifi calion est inrliquée par les fig. de délails 8 et 9, dont l'une monlre nussi, en lrails ponctués, le pr.emier mode de disposilion représenlé sur la flg11re tl'ensemble fig. ñ. En comparant ces deux modes ue disposilions, nous constutons les parlicularilés snivantes: Avec la. premiere disposilion, fig. ñ, l'intérieur de In cheminée est parfaitemcnt régulier dans toute sa baul«::_ur, mais le réservoir de vapeur est considérahlcment réduil. Avec la seconde, fig. 8 el 9, la seclion uu réservoir de vnpeur est égnle a celle rle la. capacité de l'eau; mais il faut augmenter le diamclre Je l'ensemble, puisque le diamelre effeclif de la cbemioée doil étre complé lt l'endroil du rélrécissemenl. APPAIIEILS DE SERVICE. - La prise de vapenr se f~it par une boite a soupape F cor-• respondant avec un conduit inlérieur G qui s'éleve Jusqu'u la parlie supárieure du réscrvoir de vapeur, afin de prendre de la vapeur bien seche. De la bolle F la vapeur est dirigée sur le moleur a alimenter par un conduilj. La machine est le plus souvent un marleau-pilon. L'alimentation se fait, J'uoe fac;oh analogue, par un condnit extérieur k adaplé a la boile uclapcl Je re tour d'eau H, qui correspond a un pcli t tube plongenr l disposé a l'inlérieur de la chaudiere. La vitlange <le la cbaudiere s'opere au rnoyen u'un robiuel I placé au fond d du généraleur. Celui-ci doit elre également muni des appareils de service ordinaires, tels que manomelres, soupapes de surelé et niveaux d'eau. J;,.a soupape de surelé est disposée ici sur une tubulure en fonle J placée a la parlie supérieure de la cbaudiere, ainsi que le monlre la fig. 6. Au lieu d'un poids suspendu a son levier rn, c' esl une tringle n qui descend jusqu'a la parlie inférieure el vient traverser une hoile ~L ressort K tlisposée comme cela se fail pour les locomolives ou les poids des soupapes sont remplacés par des ressorls a boudin.

184

l\iOTEURS A VAPEUR.

On s'esl réservé, de celle fo9on, la faculté ele régler le jeu de la soupape quoiqu'elle se lronve placée hors de la porlée de la main. Cependant, une aulre disposilion de soupape a élé employée pour ce sysleme spécinl de généraleur. Celle nulre di posilion est irnliquée en délail sur la fig. 8, qui monlre que le siége o de la soupape esl ménagé en tele d'11i1e pelile colonne de fonte L fixée sur le dessus g du corps de chaudiere. La soupape 1\1 est assemblée avec une longue tringle p qui desccnd jusqu'a la parlie inférieure ele la chauc.liere ou elle y porte un tt'cs-fort poids enlicrement plongé dans l'cau. Il esl évidcn l que le fonclionnement de celte so u pape n'esl pas différen t de celui tles :rnlres ou J'action du poiels se foil senlir par l'intermédiaire d'un levier multiplicaleur. Celle-ci doil se soulever lorsque la vapeur appuie suffisamment sous sa foce inférieure pour vaincre l'effort du poids snspendu ula tringle, moins la perle qn'il subit par son im~ersion, et plus la pression almosphériqt!e sur l'exlérieur de la soupnpe. Seulernenl, le poids élant direct <.loit elre tres-considérable; et pnis les monvemenls doivenl clre plus saccndés en raison de la lourele masse que la vapeur dé place pour se fra er un passage. Somme loule, nous ne connaissons pas les avanlagcs que pourxail présenler cette disposilion sur celle ordinairement employée. A l'égard de la vérification clu niveau d'eau da11s la chauc.liere, si l'espace libre a la partie supérieure ne permet pas d'y pfocer le méc:misme d'nn flotlenr ordinaire, on peul ndopler des robinels el'épreuve dont les clefs sonl raltnchées u deg tringles Je renvoi qui descendent a la porlée de la main. Pour lous ces foun; a haute température, on sait que le tirage se re 0 fo a I'aitle <.l'un registre en forme de clapct, placé a la pnrlie supérieure de la cheminée. Nons avons dil (p. 152) que si le regislre se lrouvait engngé dans la ma9onnerie, iJ· scrail ,promplemenl délruit par la chale r. Le regislre E de ce four, pl. 3, est suspendu a ]'une des exlrémilés d'un halancicr , en fer q, que l'on fail osciller du bas au moyen de la tringle r. Une crémaillere d'accrochage doil ctre ménagée pour arréler la tringle a divers poinls de l'ouverture dn clapet E. Il suffit qu'on le soulcve d'une hauteur égale au quarl elu diamelre de la chcminée pour que !'aire d'échappemenl soil égale a la seclion de celle dernicre. •

CONDITIONS

MARCIIE

LA CTIAUDIERE

VERTICALE

· La cheminée-chaudiere que nous venons de tlécrire présenle un diamelre extérieur de 1. m54, el le conduit'intérieur, ou la cheminée meme, a om í2 ~:lans toule sa hauleur, moins l'amorce inférieure en brique réfraclaire, dont le diamclre inlérieur égale Qm50. La hauteur tolale tle la cheminée est de 12m23 : soil u peu pres 12 metres audessus de la grille du fonr.

CHAUDIERE VERTICALE.

180

Le corps de la chaucliere a une hauteur de 7m9Q sur laqnelle la colonne cl'eau qui elélermine la surface ele chauffe est seulement de 4m9Q. Par conséquent, la partie correspondan le tlu corps inlériem ayant 0,72, on lrouve pour l'élcndue tle surface vaporisaloire : 0,72

3,1416

4m9Q

11,08 melres carrés.

Celle superficie esl bcaucoup moindre que ce qu'elle devrait elre pom nliliscr la meme quanlilé de chaleur pcrclue avec une chamlicre horizonlale, dont 011 peut aug-menter le c.léveloppement •presqne a volonté. l\fais, daos le cas présent, chnque metre de surfacc doit procluire beaucoup plus de vnpeur que dans les condilions onlinaires, puisqu'il rec;oit la prcmiere aclion ele l'air chaud en quillant le four. Il est done présumable que la proelnclion de vapenr serait lhéoriquement la mcme; mais il reste i'.t décider s'il en esl tle me.me ele l'nlilisalion de la chaleur. En effet, si l'on voulait que les gazne quillassent la cheminée qu'a la lempéralurc de 300 degrés, en irou, q11'ils possedcnt dans les généralenrs oú ils cffecluent un parcours horizontal, qui n'augmenle pas lcur vitesse avant cl'arriver a ln cheminée, il faudrait ici retanler celle vilcsse dans la cheminée meme, ce qui pourrail tresbien ne pas convenir au tira 0 ·e nécessaire a la marche du f'our. Tel est au moins le reproche adressé a priori au sysleme de cheminée-chandicrc, reproche qui parail j uslifié sons la réserve des résullals d' ex périence qn i nous son l communiqués au sujet ele l'appareil meme clont nons avons donné la elcscriplion, el le dessin pi. 3. R É S 1J L TA T 8 D'E X J:' Jt R I EN CE S DE LA C [l A U D I E n E V E l\,T I C A L E

Le four a réchauffer sm lequel celte chaudiere est appliquée est élabli, ainsi que deux aulres sernblables, clnns les ateliers <.le 1\1(. Ni1lus, clu Havre, qui a bien vonln nous faire part des conditions ou. elle se lrouve et des résultals oblenus. Le fonr est employé a chauffcr les pnquels de fer deslinés it la confeclion des pieces de forge d'une cerlaine imporlance. La vapeur proeluile par la chale11r, qui est ulilisée au lieu d'elrc perdue, alimente le marleau-pilon oú sonl lravaillés les paquets chauffés dans le four. Le marteau-pilon ne dépense de vapeur que pour la levée, c'est-u-clire que la vapeur n'est introduile qu'au-clessous dn piston. Voici les dimensions du cylindre a vapeur cl'apres lesquelles on pourra juger de la quantilé tle vapeur d~pcn ée: I

Qm 45 Diamclre du pislon moleur du marlenu.................. . . . . . .. id. Snperílcie (en décimelres carrés) ...................... . i5d. q. 9 1m 50 Course el n pislon ou du marlcau ............................... . 3,'5·d.c. 5 Volume, en litres, engendré par le pisloo pour une lr.vée un mnrlea11.

Le poitls tlu marteau esl de 2ñ00 kilogrammes, y compris ln lige et le pislon. La chaudiere verlicale fournil ele la vapeur a 5 nlmospheres pour salisfaire ft cclle 26 I. .

186

l\IOTEURS A VAPEUR.

dépense; elle en procluit mcme davantage, allcrnlu que tout le temps que dúre la chaudc, ou le lemps de rcpos du marleau, on serail obligé <le perdrc une parlie de celle vapeur si on ne lrouvail pas a l'uliliser en la dirigcanl sur une aulre machine qui commancJe pécialement un ventilaleur employé a acliver le feu des four . Pour cJonner une idée du travail complel de lout l'appareil, nous cilerons les chiffres qui nous ont été communiqués a ce snjel par 1\1. illus fils. Le poids des paquels de fer soumis a la chauffe daos le four représenlé pl. 3 s'esl élevé a 4500 l ilograrnmcs, pour laquclle quanlité on a consommé 12 hectolitres de honillc (<le ewcaslle) en 11. heures de lravail (12 heclolilres corresponden! environ a 1000 kilogrnmmes). En r ésumé, ces données sonl toutes praliques el ne permeltent réellement pas d'en tirer la valeur purernent scienliíique du sysleme de chaudiere en queslion, allendn qu'il faudrait pour cela connaitre exaclemenl le nombre de coups de marteau correspondanl au 1ravail éuoncé ci-des us, aíin 1.I'en conclure le volume exacl de vapeur produite, et surloul élablir une comparaison lt l'aide d'une chaudicre horizontale fonclionnanl dans les memes condilions. l\Iais ces renseignemenls, par la raison meme qu'ils sonl praliques, suf6ront aux personncs qui ont des connaissances spéciales sur l'emploi du malériel de forge pour faire une u lile appréciation de ce mode de généraleur qui, au dire <les incJuslriels qui l'emploient, rernplit parfailement les condilions proposées. Du reste, le simple aspect de sa disposilion générale permet déja. de reconnaitre qu'il a sur le s st eme de chau<lieres horizontales l'avantag-e de n'occuper relativement aucune place- dans l'atelier el de n'exiger aucune conslruction de mac;onnerie. L>'aulre parl, la produclion active de la vapeur par la surface expo ée a,une baulc lcmpéralure a bien son mérile ponr alimenter des oulil , comme les marleauxpilons, dont la marche est absolument inlermillenle. 11 n'esl plus néce saire alors de ménager ele lres-crrands réservoirs de vapeur qu'il faul au si enlourer avcc beauconp ele soin ann de les souslraire au refroidisscment.

FI '

CUAPITRE

QliATl\lEME

CHAPITRE V ' GÉ _NÉRATEURS T B LAIRE

ET A FOYERS l TÉRIE RS

ORIGINE DES GÉNÉRATElTRS TUBtrLAIRES

On a vu précéc.lemment que la condition essenlic-Jle d'un appareil de proeluclion tle vapeur n'esl pas dans le rapporl enll'e la qu anlilé d'eau qu'il renfcrme et la somme de vapeur a produire, mais bien entre celle elernicrc condilion et l' élendue de surface chauffée en conlacl avec l'eau. Or, ce principe tres-simple, reconnu depuis lon o- lemps, dcvait elonner naissance nn jour aux appareils tu,bulaires, c'csl-a-elire aux généraleurs tlans le quels les produils de la cornbustion lraversent la masse de liquide rncme u échauITer, el pal' un grand nombre de passages de seclions trcs-pcti les; car il cst évielent que, par ce lle condilion, on oblient, a égalilé de scclion, un développement de surface qui pourrait clrc prcsque indéfiniment angrrtenlé. Supposons, en effet, que la seclion néces aire pour le passage de l'air chau1l ou la seclion dn carneau soit un cal'l'é donl le colé égale 1, la seclion lrans\'er ale sera égale u i2 = 1, et le eléveloppemenl elu conlour lubulaire égale i1 4. Si, au lieu d'un seul cooduit, uous en supposons deux d'tine seclion moilié moindre chacun, le développemenl tolnl des calés eles carrés sera : -

1 2

X 8

i AfAG)

'1 4~

5,6568;

aulremenl dit, les développemenls seronl en(re eux comme 4 : 5,6568 ou comme 1 : 1,M42. Résumant ce dernier poinl, on peut établir celle remarque générale que : Si l'on divise la section clonnée d'tin carneau en u,n certain nombre de passages partiels équivatents et de méme forme, le développernent des si~rfaces ele chau,ffe augmente cornmc ta raci11e carrée du nombre de ces passages. Ainsi, l'avantage eles carneaux divisés est évidenl, chaque surface parlielle élan l en contacl avec l'eau. Cependant, ce n'est que récemmenl que des génératcurs onl été élablis sur ce príncipe, quoiqu'il eCit élé proposé depuis longlemps. En effet, nn sieur Barlow, ciloyen des Élats- nis d'Amérique, a oblenu un brevel cl'importalion en France, en 1793, pour des appareils évnporaloires lubulaires donl le príncipe de la conslruclion est presque enlicrement analogue a ce qui se fait

! 8

. IOT E R S

VAP E

R. .

ac lu ellem e nt. On en pourra ju gcr pa r un e reproeluclion exa cle que nous allons fa ire el e son imporlanle i n ve nli on . Le breve t du sieur Barlow ava il pour molif el.es moye ns el e propulsion appliqu és a ux h a lca u x a va peur e l des perfec liouncm enls a le urs gé n éraleurs. ll a pour Litre :

Appareils clils la vapeul'.

vou n :-.EA UX A CHA DI E RES

et moyen pl'Dpre a {aire mouvoir les bateaux par

L'in ve nlc ur s'é non\a it a insi en com menr ant: « L'o bj e l de ces a ppar eils cs t de préscnle r it l' a ction el.u fcu la plus grande étendue de sur{ace possible. Pour cela, on fait pas er l' ea u dans d es Luyaux ou cylindres, e t cc ux-c i da os le foye r m cm c ; o n le p cu l en cor c e n fai sa nl pas er la fiamm e du foyer ~• lravers des pe lil Lu 1 a ux r é pa ndu s dan s l'ea u a écha uffcr. » (1) Lni sa n l de co lé les moye ns de pro pulsion proposés par Barlow, nous parlerons . cul emeu l de la cb a ucl.i erc doul les fi g. 29 e l 30 sont un e r eproduclion ri goureuse d'aprcs le bre ve l ori ginal. Fig . 29.

Fig. 30.

Ces fi 0 ·ures sont ex pliqnées par la courle légende sui vante : « Fi g . (29) . Vue p er pcclive d'un fourn eau et d'une chaudicre oú l'on voit un o-rand nombre de lu yanx mullipli er les surfaces en conlact avec l e feu; « E, ch emin ée dn fourn cau; 1 11 F , ln a11 qui porte la vap eur tlans le e lint.lre de la macbine; « G, so upa pe <.l e sure té ; (1) Yoir JJrcvcts expirés , 11• l'OI. pa ne 25:! , pi. 5 . Da le du brel'el : :!4 aoOl 1793; uurée, i5 ans. Ce brel'el esl eApirt' en 1 08; 1 pui · celle époque , l'emp loi des chaudieres tu bu lail'es e:;L nalu rell emen ( da ns Je doma ine public. La pu bl ica lio n léga lc cu a élé l'ail c en 1818.

ORIGI E DES GÉNÉRATE R

T B LAIRE

189

« Fig. (30). Vue de l'inlérieur de ce fourneau et de celle chaudiere. »

On voit a l'inspeclion seule des figures que celle invenlion, loute ébauche grog·icre qu'elle puisse parailre h coté des chaudicreg tubulaires acluelles, n'en renfermait pas moins le príncipe complel. L'auleur avait prévu les deux cas possibles du passage de l'eau ou de l'air cbauu dans les lubes. Cepentlanl, cclle innovalion, a laquelle un si brillanl avenir élait tlestiné, n'a pas élé appliquée en France par son auleur; elle est restée oubliée, si ce n'est complélement ignorée, jusqu'en 1828, époque a laquelle M. Ségnin, le neveu tle l'illuslre Montgolfier, se fil breveler pour des chaudieres tubulaires applicables aux locomoLi ves (1). On sait, en effet, que la rétluction du volume de la chaudierc pour cet admirable syslcrne de machine est pour ainsi dire la condilion sine quá non de son existence: aussi l'apparilion u.u sysleme tubulaire ful-il salué avec enlbousiarne, et ie nom de i\I. Séguin a jamuis célebre pour ce qui passait, a bon tlroil en ce moment, pour sa tlécouverte. On doil encore, du reste, a l\I. Séguin un grauu nombre tl'autres invenlions qui lui onl acqnis une répulation justement méritée. Il est cerlain que c'esl l\I. Séguin qui fit le premier, e'n Frunce, l'applicalion eles chaudieres tuhulaires aux machines locomotives sur le ehemin de fer de SaiutÉlienne a Lyon; et depuis-il ne s'est pas conslrui l une bon ne locomolive, en Eu ro pe, qui ne ful élahlie sur ce systcme; on pourruit méme ajouler qu'il a été apporlé peu ele motlificalions aux dispositions indiquées dans le principe par l'inventeur fran~ais. Aujounl'hui, le systeme tubulaire est étendu aux appareils de navigation, a 11x machines diles locomobiles, qui se transportent, et meme a des machines llxes. Toulefois, pour ces dernieres, on parail hésiter jusqu'a pré ent a en mulliplirr les applications soit a cause <lu plus haul prix de revienl, soit a cause un plus de soin qu'un lel sysleme exige pour la contluite et l'cnlretiet1. Cbaquc fois que la dimension n'esl pas un obstacle, on préfcre généralement encore les appnreils cyli 11<lriques. Comme modillcalion importante apporlée a ce mode ordinaire, désigné généralement sous le nom tle générnlenr a foyer extéritnbr, nous avons a ciler les chau dieres a foyer intérieiw, oú la grille est en effet placéc a l'intérieur J'une capacité renfermée daos le corps principal tlu généraleur et complétemenl enlourée d'ea11. JI y a longtemps qu'en Amérique les chaudieres de baleaux ont été ainsi disposées; el il s'en fait aussi depuis des années, en Angleterre, un grand nombre pour les _usines et manufactures, malgré les accidents qui arrivent assez fréquemment avec ce systeme. Le prcmier .exemple de chauuiere tubulaire que nous allons clécrire peul étrc considéré comme réunissant les deux syslemes, en ce c¡u'il comporte éo-alemenl les foyers inlérieurs : ce sont les magnifiques appareils qui alimentent les machines motrices du chemin de fer almosphérique tle Sainl-Germain. ous allons examiner en délail la construclion de cel important généraleur. ( 1) Brerel Séguin en dale du 22 février

1828,

190

MOTEURS A VAPEUR.

GÉNÉRATEURS TUBULAIRES, A FOYER INTÉRIEUR DES MACHI

ES DU CHEl\IlN DE FER .A.TMOSPHÉRIQUE DE SAINT-GERi\1.A.IN

Construits dans les ateliers de 1\11\1. DE Ros NE et e A 11,

{ FIG.

PL.

On sail qúe la ligne Ju chemin de fer de París a Saint-Germain se termine pa~ une porlion, de peu d'élendue, formant une rampe que les trains remonlent a l'aide d'un pistou moleur poussé par la pression atmosphérique dans un tube oú l'on f'ait le vide en avant de ce piston. Le vide s'opere an moyen de deux immenses pompes aspirantes mises en mouvement par des machines a vapeur d'une force colleclive totale de 400 chevaux-vapeur (1). Par la nalure méme de ce service, les générateurs qui alimentent les machines motrices on l, comme elles, une marche intermi llente, correspondanl a l'arri vée <les trains qui se succedent généralement d'heure en heure. II faut clone que ces générateurs possedent des disposilions spéciales pour produire de la vapeur rapidement el la retenir sous pression, sans perles sensibles, dans les moments d'arret, qui sont environ de ms minutes par heure, le iemps employé pour élever un train du bas au haut de la rampe n'élant que de 5 minutes. Les moyens employés pour oblenir ce résultat sont l'emploi de corps tuhulaires, l'accéléralion de la combustion par un vent forcé fourni a l'aide d'un ventilateur, et de granJs réservoirs de -vapeur bien prolégés conlre le refroidissement exlérieur. Autanl pour le chiffre total de vapeur a produire que pour n'alimenter au besoin qu'une parlie a la fois des machines mo.trices, !'ensemble du générateur est composé de six paires de corps cylindriques formant chacune un générateur complet qui peut au besoin fonctionner isolément. La simililude complele des six appareils nous a pcrmis de n'en représenter ªqu'un seul, donl la pl. 4 montre les différentes vues. La fig. 1 en est une vue extérieure du cóté de l'entrée du foyer; La fig. 2 représente le meme appareil suivaut une coupe longiludinale passant par l'axe des résenoirs de vapeur; La fig. 3 est une seclion perpendiculaire a la précétlenle, faite sur l'axe du corps tubulaire. Les douze corps simples se trouvent ainsi disposés a cóté l'un de l'autre comme les deux que ces figures représen lent. (i ) Tout !'ensemble du chemin de fer almosphérique et de ses appareils de service se trouve décrit avec beaucoup de délails dans le n • volume de la P11bl iG(l/io11 indust,·ielle.

GÉNÉRATEURs· T.UBULAIRES A FOYERS INTÉRIEURS. DISPOSITION

o'ENSEMBLE

n'uN

APPAREIL

191

COMPLET

Chaque systcme complet comprend, comme nous venons de le dire, deux corps cylindriques séparés A et A', dont l'un A est muni d'nne capacité intérieure B renfermant la grille C du foyer, et l'autre A' est traversé intérieurement par un grand nombre de tubes en laiton a d'un faible diametre. Tous deux sont remplis d'eau qui enveloppe le corps du foye·r et les lubes, laissant a la parlie supérieure une parlie vide dans laquelle vient se loger la vapeur. Mais ce n'est qu'une pelite parlie de l'espace réservé a celte d.erniere, car les deux corps sont munis chacun d'un tres-grand réservoir de vapeur K d'un volume a peu pres équivalent a leur propre capacité. Ces corps sont en libre communication, pour l'eau, par une tubulure V (fig. 2), et pour la vapeur, par une autre tubulure M qui réunit les réservoirs deux a deux. Le corps cylindrique B qui contient la grille est ouvert a la partie opposée a la porle du foyer, de fac;on a laisser passer librement les produits ue la combuslion; ceux-ci s'échappent, en effet, directement par celte ouverture et circulenl en envelopp,ant d.'abord le premier corps A; du premier carnea u ils passen t dans le second qui entoure le corps tubulaire A'; enfiu, apres le second passage, ils traversent les Luhes a et s'écbappent par le conduit O qui débouche d.ans le canal commun 0' allant a la cheminée. Les surfaces de cbauffe se composent done de : 1° Une parlie (soit un peu plus de la moilié) de la ~nrface intérieure du corps B du foyer; 2° Les 3/ 4 de la surface extérieure d u premier corps A; 3° Les 3/ 4 d.e la surface extérieure du corps tubulaire A'; 4° La surface tolale des tubes a. En tout quatre passages de calorique pour l'appareil enlier. La vapeur formée remplit les réservoirs qui communiquent entre cux deux a deux, ainsi que nous l'avons dit. La prise de vapeur se fail done sur l'un des deux seulement a l'aide d'un conduit recourbé P présentant son extrémi lé ouverle a la partie supérieure du réservoir, aun d'oblenir de la vapeur aus~i seche que possible et éviter les entrainemenls d'eau non vaporisée. Ce tube P communique extérieurement avec un long conduit collecleur N par l'intermédiaire d'une hoile a soupape N' qui permet d'isoler a volonté chaque réservoir de la conduite commune. Cetle conduite dirige la vapeur aux machines et permet ainsi de fonclionner avec une parlie quelconque des générateurs. L'alimentation d'eau froid.e se fait aussi par une conduite commune S qui possede une prise spéciale pour cha_que double systeme. On voil, a cet effel, une boite a soupape T, posée sur le corps A' el munie d'un bout ele tube l' qui pénetre a l'intérieur, au-dessous de la surface libre du liqui<le. La position de l'arrivée d.'eau froide est justement celle la plus éloignée du foyer, et par conséquent, celle aussi ou la vaporisation est la moins énergique, ain:;i que cela doil avoir lieu.

i\IOTE RS A VAPEUR.

192

Pour résumer l'ensemble <le ces diverses fonclions, qu'il nous snffise Lle faire remarquer tout ce c¡ni a élé fail en vue d'alleincJre le résullat proposé: vaporisalion promple el conserralion de la vapeur formée. Pour la vaporisalion promple, il esl évjdent que la surface de chanffe est tresélendue, comparalivement aux proporlions générales de l'appareil et volume d'eau liquide qu'il renferme . Mais, en dehors de celte premiere condilion essenliellc, on a aussi adoplé un systeme de sonfíleri e qui permet d'acliver bcaucoup la combuslion, quand on vent remeltre en marche el faire remonler la pression de ce qu'elle a pn baisser pen danl le temps d'arret. La soufOerie se compose d'nn ventilateur mis en mouvement par la machine molrice, et qui souffle son air par un canal cylindrique E placé sous le sol en avant des fo ers avec lesqnels il communique par des buses F . Quanl a la conservalion de la vapeur, ou plnlót de_sa pression et de sa tempéraLnre, on a eu le soin d'envelopper chaque rr.servoir de vapenr d'une chemise en !ole mince L, laissant un espace pour une couche d'air chaud entre elle et la paroi du réservoir.

DÉTAILS

DE LA CONSTRTJCTIO

DES GÉNÉRATEURS

Conrs nu FOYER. - Le corps principal A est complétemenl enfermé clans le fourneau en brique donl il est i olé par l'espace ménagé pour la circulalion de l'air chaud . l\Iais le corps intérieur B, qui renferme la grille, Lraverse la paroi antérieure du fourneau, garnie a cet effet des plaques de foyer en fon te l. Ces plaques, comme on l'a vu dans d'autres cas, porlent toutes -les pieces de service, telles que les portes e pour l'acces de la grille. Au-dessous de ces porles se trouve également un regislre G monté h coulisse el muni de conlre-poids donl les r.haines passent sur des poulies de renvoi e. Ce registre serta fcrmer, en lout ou en parlie, une tubulure F adaplée sur le conduil E qui amene l'air soufílé par le venlilaleur pour aclivcr la combustion du foyer. En raison de sa fon~Liou, le registre G représente a peu pres une boite qui épouse la forme de la tubulure F et la ferme complétement asa partie supérieure, lorsqu'il esl en lierement abaissé. La plaque I porte égalemenl les troi-s robinels d'épreuve j, j' etj2, q ui communiquent chacun, par un {ube spécial, avec l'intérieur de la chandierc. En parlanl spécialemenl eles appareils de su.relé, nous verrous que ces robinets servent a juger exaclemenl de la posilion du niveau de l'eau dans le généralenr, l'un de ces robinels devant correspondre, comme hauteur, avec ce niveau rnéme et les deux aulres au-dessus el au-dessous. Conrs TUBULArnE. - La forme extérieure de ce deuxieme corps A' el sa posilion dans le fourneau sont idenliques a ce qui vienl d'etre dit pour celui A. Iais l'in Léri~m· cliffere par les lubes a, le snjet principal ·de la description acluelle. Ces

GÉ ÉRATEURS TUBULAIRES

FOYER I TÉRIE R.

193

tubes a, auJ1ombre de trente-sept, sonl en laiton et porlent 10 cenlimelres de diamctre extérieur, avec une épaisscur cl'environ 3 a 4 millimclres. Celle épaisseur dépencl évidemmenl de leur diamctre et de la pression extérieure qn'ils ont a supporter. lis sont disposés longiludinalement a l'inlérieur Ju corps cylindrique A' et rivés dans les deux foncls plats qui le fermenl a ses extrémités; ces fonds sonl en tole d'une épai . seur bien sup~rienre a celle qui forme la parlie cylindrique, a cause justement de l'asscmblage des tubes, autnul pour la solidité de la rivure que pour la proximilé des trous, qui ne laissent entre· eux que peu d'épaisseur. Comme nolre figure cl'ensemble e;; Lh une échelle lrop fail>le ponr que ron pnisse bien apercevoir ce rno le tl'asse111blage, nous donnons celle ci-jointe, a une .plus grande échelle. La fig. 31 représenle l'assemblage des exlrémilés de plusieurs lul>es a avec le Fig. 31. Fig. 31 bis. fond A' du corps de chaudicre. La fig. 31 bis esl une , tw de face corrcspondante qui fait conna11re la disposilion relalive ele ces memes tubes. On voil que cbaque tube pénetre Jans ce fontl par un trou qui a été ouvert avec un peu d'évascmenl a l'exlérieur. 11 est fixé simplement au moycn d'une irole ou bague en fer a' que l'on chasse forlcment de l'extérieur, et que l'on mate de fac;;on ~L proLluire une rivure légere. Comme le nombre Lle tubes esl considérable par rapporl a la dimension du fond, la résislance de cbacune des viroles suffil largemenl pour len ir conlre la pression inlérieure qui lentl a re pousser les fonds; les Lubes formenl, par conséquenl, aulantd'enlretoises. La réparlilion des lul.Jes se fail suirnnl ues lignes horizonlales superposées, mais formant des qninconccs les unes avec les aulres . Les axes de ces lignes, prises dans tous les sens, sont juslement tlisposés snivant <les lriangles équilatéraux. On aquelc¡uefois disposé ces tubes suivant des axes perpendiculaires da11s tous les sen·, et pr•sentant des rangées verticales, dans le hul de ren<lre le nelloyage <les dépól cnlcaires plus aisé, ou oncore pour facililer l'ascension des bulles de vapeur entre eux . . l\Iais il est remarquable que la <lisposilion en quinconces esl celle qui pcrmel d 'atlopler le plus grand nombre de tubes pour une mcme surface, en conservant la r,Ius grande épaisseur de mélnl entre les lrous qu'Íl l'aut percer pour les recevoir. e· 'Sl en cela que la disposilion en c¡uinconc·e s csl prrférable, el c'csl en effet la méthode généralement en usílge aujounl'hui pour toulcs les chaucJiercs Lubulaires nppliquées soit nnx machines flxes, soit aux locomolives on aux appareils de navignlion . Seulement, le diamelre des tubes differe bcaucoup dans ces <lifférenls cas suivanl la nalure du combustible employé. Avec les combustibles comme le coke, qui ne donnenl pas de 0amrne, on réd11it beílucoup le diametre <les tubes, afín de profiler Ju príncipe énoncé plus haul, et q11i établil que In surfnce dr. chauffe augmenle en meme lcmps que le nombre 1

194

l\fOTEURS A VAPEUR.

de tubes pour une meme seclion <le passage. l\fais lorsque les combustibles protluisen t de la flamme el de la fumée, des tubes trop petils s'engorgent fac ilement, el surtoul éteignenl la flamme presque des son enlrée. _ Ainsi, pour les générateurs de Saint-Germain, avec lesquels on devait bruler de la houille, on a donné aux lubes 10 centimelres de diamelre, tandis que pour les locomolives. oú l'on emploie du coke, ces luhes ne dépassent g·uere 4 a o cenlimelres de diamelre inlérieur. Pour terminer ce qu'il peut elre u lile· de décrire quant a la construclion du corps lubulaire .A', nous ferons remarquer la disposition de l'avanl-bout qui est garni d'uné plaque en fonte J, percée d'une ouverture que l'on ferme au moyen d'un vanlail circulaire H fixé par des tourniquels g. Cette porte ferme la capacité ménagée a l' extrémité des tu bes,- ou la boite a fwrnée; c' est en effet par la que passe la íumée en sorlant des lubes pour gagner le canal d'échappement O. C'est aussi en ouvrant le vantail H que l'on peut visiter les tubes el les ramoner au moyen d'un long ringard. Sur la plaque J se trouve placé le niveau d'eau en cris1al le, en communication directe avec le corps A'. C'est, a la vérilé, un double emploi avec les rohinets d'épreuvej aj2; mais nous avons d.il que cet appareil élait encore obligatoire; et, d'ailleurs, il est urgent que les deux corps A et A', quoique en communication permanente par le coude V (fig. 2), soient aussi munis chacun de leurs apparei ls d'épreuve, afin d'éviler toute chance d'accidents. En effet, si le manque d'eau présente des dangers avec les cbaudieres ordinaires qui en contiennent une tres-grande masse, cet accident est encore plus probable avec les chaudieres tubulaires ou le volume de l'eau est tres-réduil; il faut done tres-bien surveiller le niveau d'eau et éviler que jamais les tubes soient découverls, ce qui amenerail leur deslruclion . . Faisons remarquer que nous ne disons pas que la réduction du volume d'ean augmenle la gravité d'une explosion, ce qui serait le contraire de la vérité; rnais nous disons qu'il y a le plus grand danger a laisser les tubes se Jécouvrir d'eau, et qu'arrivé en ce point d'abaissement, le niveau descendra d'autant plus rapidement que l'espace occupé par les tuhes cst plus considérable. RtsEnvorns DE vAPEUR. - On a vu plus haut commcnt on avait été conduit a adopter de tres-grands réservoirs de vapeur; ceux-ci constituent, en effet, la presque lolalilé de l'espace réservé a la vapeur. Ils sont composés d'un prernier corps K el d'une enveloppe L pour les garantir du refroidissement extérieur. lis sont aussi munis d'nnc ouverture X fermée par un bouchon comme un trou d'homme. Chaque corps possede un réservoir parliculier, et les deux, d' un systeme com plet, sont mis en communication permanente a l'aide du conduit l\I, ainsi que nous l'avons dit précédemmenL La boile N', qui forme le raccoru de la prise de vapeur P et de la contlu"ite générale N, renferme une soupape que l'on souleve verlicalement au moyen d'une vis q, 111anceuvrée a l'aide J'nne manivelle m qui forme écrou a la vis; ce mécanisme est disposé sur le couvercle de la .boite et composé Je Jeux petites colonnes v et de deux

GÉNÉRATEURS TUBULAIRES A FOYER INTÉRIEUR.

195

ira verses r, dont celle snpérieure· sert de guide verlical a la vis, et I'autre est disposéc pour l'empecher de tourner. Cet appareil est tout a fait analogue a celui que nous avons ·aécrit a l'égard du générateur type ( pi. 1). Seulement, ici la bolle est ouverte de part en part µour se ro.ccorder avec la grande conduite, et permeltre la libre communication permanente de la vapeur, de l'un quelconque des appareils, a la machine en passant au travers des boites qui ne seraient pasen fonction. C'est sur les réservoirs de vapenr qu'ont élé placés les divers appareils de súrelé dont nous dirons un mol plus loin. ALIMENTATION ET VIDANGE. L'eau d'alimenlalion est envoyée dans les générateurs par des pompes spéciale;, au moyen d'un tube commun S, qu'i est muni, devant chaque corps tubulaire, de boites a soupapes T, analogues a celles de l'admission de vapeur dont nous venons de parler. La boile d'al~menlalion est représentée par la fig. 4, en co1,1pe Lransversale, et son mécanisme par les fig. 5 et 6, pi. 4. Elle renferme un clapet e' qui se maureuvre a l'aide d'une vis de rappel f', suspendue a l'extrémilé d'un levier g', et qui porle une manivelle h' monlée sur l'écrou i'. Le support k' de ce mécanisme est posé sur la plaque J Ju fourneau, enlierement a la portée du chauffeur, qui peut ainsi régler l'alimenlation de chaque appareil a volonté. 11 lui suffit pour cela, quand il veut alimenler, de desserrer l'écrou i', qui laisse alors l'eau soulever le clapet et pénélrer dans la chaudiere. Nous avons dit que l'alimentation avait élé placée sur chaque corps tubulaire, et tout pres de la boile a fumée comme élant le point -oú la vaporisalion est le moins intense. C'est en effet un príncipe général a suivre dans tous les cas. Lorsqu'il s'agit de remplir les chaudieres, apres qu'ell~s ont été vidées pour un Íleltoyage ou une réparation, on fait usage d'un robinet spécial rn' en communication direcle avec le conduit de connexion V et avec un luyau U aboulissant a un réservoir commun. · Pour la vidange, on emploie le tuyau Y muni de son robinct p', et débouchant dans le conduit d'évacuation Z. Ces appareils sont de la meme nature que ceux attribués APPAREILS nE SURETÉ. au générateur type ( pl. 1); ils consistent loujours en soupapes de su.reté, flotteurs a sifflet, ele. Mais la forme différente de !'ensemble des chaudieres exigeait des modifications dans leurs dispositions. Cbaque réservoir de vapeur. porte a son sommet une boite en fon te P', qui forme le siége de ces appareils. 11 s'y lrouve la so u pape de sCtrelé dont on voit le levier u et le poids v. A son cenlre passe aussi la tige b' du flotteur R clonl le cóntre-poids x' cst suspendu a une chaine s'appuyant sur une poulie x . La cba1~1e porte un index qui correspond a un tableau divisé y sur lequel on peut connaitre au juste la posilion du niveau. La meme boile est munie d'une luhulure S' pour le raccord d'un tuyau Q, qui communique cxclusivernent avec l'inlérieur d'une cloche enveloppant la soupape de sCLrelé et qui lraverse, en s'6levanl, la toilure du báliment. Cclle Jisposilion a

t96

iUOTEURS A VAPEUB..

pour Jmt de diriger au úehors la vapeur qui s'échappe par la soupape, lorsqu' il y a un exces ele pression dans la chaudiere. Oulre les inclicalions fournies par l'index sur le cadre divisé y, les mouvemenls <lu flolleur fout aussi agir un sifflet d' placé sur la paroi verticale du réservoir de vapeur. Ce sil'flet doil f'onclionner lorsque le flolleur alleinl un ab:üssement maximum. Pour élablir la relalion entre ces deux organes, la tige b' est assemblée avec deux leYiers e' et e\ qui forment d'abord avec elle un parallélogramme articulé pour qu'elle conserve sa vcrlicalité, mais dont celui e' esl en oulre conlrc-coudé de fac;on h maiulenir la so u pape du sil'flet. Lorsqué le flotleur s'abaisse s~iffisammen l, celle soupape devenant libre, en raison de l'oscillalion du levier e', la vápeur peul s'échapper et faire marcher le sifflet.

CONDITIONS DE l\lARCIIE DES GÉNÉRA.TEURS DE SA.INT-GERl\lA.IN

Pour que l'on puisse se rendre bien cornpte des disposilions de ces générnleurs, nous rappellerons en pende mols quels en ont élé les molifs. Il faut produire tlela vapeur d'une fa¡;on inlermittente et conserver celle produiLP, el non dépensée a la plus haule pression possible pemlanl les momenls d'arrcl. On a pensé, avec raison, que le moyen d'atteindre ce hut élait l'emploi du systeme tulrnlaire et d'une souffleriq ul'aide de laquelle on donnerait une tres-grnndc aclivilé au foyer lorsque le moment de faire fonclionner les machines serait venu. D'autre part, on se résenait d'alimenter pendan t l'arrct, it l'aide d'une machi ne ü vapeur auxiliaire, ce qui, combiné avec 1a suspension de la venlilalion, devait suffire pour empecher la produclion de vapeur de continner, alors qu'on n' en dépcnserait plus que la faihle quanlilé nécessaire pour faire mouvoir la pompe d'alimentalion. C'esl sur ces prévisions que des expériences ont été failes en vue de connailre exaclement comment les choses se passeraienl, et quelle quanlilé de vapeur serait produite par kilogramme de houille. Ces expériences ont permis de reconna1tre qu'il était tres-possible de satisfaire aux condilion_s elu probleme, et que la production de vapeur pourrait s'élever á 6 kilogramrnes de vapeur par kilograrnme de houille. S'appuyant sur ce résullat, il élail facile de déterminer les dimensions des générateurs d'apres celles des machines qu'ils tlevaient alimenter, Ces machines _sont de la force Je 200 chevaux chacune, soit en Loul 400 chevaux; pour laqnelle puissance il faut fournir ele la vapeur, en admellant qu'elle soit utilisée lout cnlicre ( ce qui n'arrive que les jours ou l'on éleve des trains trcs-lourds). La dépense ele vapeur ayant élé évaluée a 0k00325 environ par 111 et par force Je cheval u lile (en compreuant la dépense des petites machines auxiliaires), c'esl une produclion Lolale de vapcur a obleuir par heure, égale a :

0k003~5

3ti00

400

•

4680 kilogrammes .

GÉNÉRATEUB.S TUBULAIRES A FOYER INTÉRIEUR.

197

En se basant sur un rendement minimum de 6 kilogrammes de vapeur par kilogrammc de honille, c'est une consommation tolale de : 4 80 ~

780 kilogrammes de houille par heure.

Voici mainlenant les dimensions des généraleurs, lcls que la pl. 4 les rcprésenle. SunFACES ·DE CHAUFFE roun llN SYSTEME coMPLET. Le premier passage de la flamme s'cffeclue par le bouilleur B qui for~e le foyer. En ne comptant que la moilié <le son développement, comme chauffe, on trouve: Diametre inlérieur....... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Longueur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Stw{ace ele chau(f'e .

= -~ (0,700

X 3,1416 X 3m)

Qm700 3 000

= 3m.q.3Q,

Le dcuxieme passage a lieu a l'extérieur du premicr corps A, el le troisieme autour du second A'; ces deux chau<lieres ont les d_imensions suivantes:

1m100

Diametre extérieur ........... ,' , ................... Longueur ........................................ -

3 000

Les 3/ 4 environ de leur développemenl élant souruis a l'action de la cbaleur, moins une faible partie el e la longneur engagée dans la mac;onnerie, on peut comptcr, pour les deux ensemble :

. Stw{ace ele chaibffe

(im100 X 3;1416 X 2m8 X 2)

14m.qj1,

Le dernier passage a- lieu par les 37 tubes qui ont cbacun les dimensions suivantes: Diametre extérieur ................................ Longueur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .•. Sur{ace de chaibffe eles 37 tubes

= 0 1 01

X 3,1416 X 3m X 37

om100 3 000

= 34m.q.87.

Par conséquent, la surface de chauffe tolale correspondant a un double syslcmc complet devient : Bouilleur du _f oyer.................................. 3m.q.30 Les corps principaux ............................... 14 51 87 Les tu bes .. .. ... ....... .. .. . .... ... .. ..... ... .. ... 34 Total. ....... 52'"· q. 68 Les six systemcs doubles, appliqués dans le meme groupe duiseot done : 52,68

x 6 = 316,08 melrcs carrés.

a Saint-Germain, pro-

198

MOTEURS A VAPEUR.

Puisque la producl10n totale de vapeÍl~ peut allein<lre 4680 kilogrammes par heure, c'esl une vaporisalion égale, par metre carré de surface de chauffe, a : 4680 , 316 08

. H>k1logrammes.

C'esl une valeur qu'on n'atteint que rarement, allendu que les deux machines ne marchent pas souvent ensemble, el aussi que le lemps de marche élant tres-courl par rapport a celui ou la dépense est suspendue, la pression a tout le temps né.cessaire pour se produire. Cependanl, pour le projet, les ingénieurs ont supposé une produclion de 18 kilogrammcs de vapeur par metre ele surface ele chauffe en fixant les uimensions de ces génératcms. Chaque grille a les climensions sui vantes : SuRFACE DE GRILLE. Longueur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Largeur............................. : . . . . . . . . . . . . . . Superficie ..................... . .................... Soit pour les 6 grilles.. . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

00 70 1m. q. 40 8 40 2m O

Si la consommation de combustible s'éleve au chiffre <léclaré ci-dessus, 780 kilogrammes par heure, c'est une combuslion, par décimelre carré de grille, de: 840d. q. 780

1,08 kilogramme de houille.

Cetle valeur correspond, ainsi qu'on l'a dil plus haut, a ce que l'on désigne par la combustion vive; mais il est imporlant de rernar11uer aussi que c'est le travail maximum que ces grilles soient appelées a prouuire, et qu'il eClt élé inutile de les faire plus grandes. Et puís la soufflerie qui s'y trouve appliquée permet de produire une combuslion a volonté, plus rapide qu'avec un tirage simple a l'aide de la cheminée. CONSIDÉRATIONS SUR LE

SYSTEME

TUBULAJRE

i l'on prenait pour base du produit d'un générateur tubulaire les résultats annoncés pour les appareils qui viennent cl'etre décrits, on ferait certainement une erreur au désavanlage de ce sysleme perfeclionné; car la marche inlermittente des chaudieres de Saint-Germaín ne permet pas tóute l'économie que l'on peut altendre d'un appareil dont les fonctions sont constantes et régulieres : c'était meme cetlc circonstance exceptionnelle qui a motivé les expérí~nces préalables qui ont élé failes avant l'établissement des machines de Saínt-Germain. On voulait connailre, non pas le meilleur sysleme de générateur, mais celui qui donnerait les meillcurs résullats uans les conditions clifficiles proposées. ' Le systeme tubulaire présente le double avantage d'augmenter l'élcndue de la surface de . hauffe pour une meme section de carneau, el <le faire clu développement

CONSIDÉRATIONS SUR LE SYSTEME TUBULAIRE.

199

complet des conduils de flamme une surface de chanffe. Cette derniere condilion surtout doit avoir pour résultat une plus complete ulilisalion du calorique, puisque chaque paroi chauffée est en contacl avec du fluide qui doit se l'approprier; la premiere y concourt également en permetlant plus facilement d'étendre le cbcmin parcouru par l'air chaud du foyer a la cheminée. Mais la conséqu.e nce imrnédiate de ce rés ullat est l'abaissement de la lempérature de l'air chaud tt la sorlie des passages; il est évident que l'on ne peut admettrc une plus grande utilisalion du combustible sans concevoir en meme 1emps un refroidissement plus grand ele la fumée, puisque l'une est la conséquen_ce de l'au lre. Si done la fumée arrive a la cheminée a une tempéralure plus basse qu'on ne l'admet avec les générateurs ordinaires, le lirage s'en ressent, el il pent arriver que le foyer ne rei;oive pas la quanlilé d'air nécessaire a une comhuslion complete. Si les ch oses se passaient ainsi, on pourrait éprouver une perle plus que correspondan te, en seos inverse, a l'économie réalisée par la m.eilleure réparlition de la surface de chauffe. D'autre part, les tulles présentent une tres-grande résistance a la vitesse de l'air, el plus ils sont faihles de diamelre, plus cetle résistance est considérable. II est cependant nécessaire de faire ces diametres petits; car si la veine d'air conserve une dimension un peu forle, la partie extérieure seule se refroidil notablement et forme a la parlic intérieure une enveloppe non conductrice qui empeche le refroidissemeut de se ·produire avec la m~me intensité. Par conséquent, le tirage du foyer d'une chaudiere lubulaire doit elre organisé d'une fagon particuliere en prévision dn retard qu'éprouve la fnmée dans son passage par les tubes, en raison de la plus grande étertd ue des surfaces frotlantes pom une meme section, de leur ¡.,eu de diametre et du refroidissement de la fum ée au profit de la vaporisation. De quelque fai;on que ce probleme soit résolu, il est cerlain qu'il doit l'etre et qu'on cherche en effet a le résoudre. · Nous renconlrerons l'application de venlilaleurs envoyant de l'air forcé au foyer, de fai;on a ne pas avoir besoin de donner a cet air une grande vilesse dans la chcminée. Nous venons déja de conslaler ce fait, mais créé dans le but de la marche inlermiltenle. On augmente aussi l'appel de la cheminée au moyen d'un jet de vapeur, ce qui donne le meme résultat, mnis d'une fai;on inverse; c'est-it-dire que, daos les deux cas, un plus grand volume d'air froicl est fourni au foyer que par la simple ascension de l'air chaud; seulement, cet effet se produi t par refoulement avec le ·v enlilaleur et par aspiration a l'aidc de l'injeclion de vapeur daos la cheminée. Lorsque M. Séguin fit, en 1829, l'application ·au sysleme tubulaire aux locomo..: ti ves, il imagina en meme lemps l'emploi du ventilateur pour augmenter le tirage. Mais on ~ait que ces machines ne peuvent pas recernir de cheminée assez haute pour que l'on puisse se pas~er d'un tirage arlificiel. Ce qui est indispensable pour les locomotives est au moins nécessaire pour les machines fixes. Seulement, on a remplacé avec avantage, pour les locomolives, le vcnlilateur par l'injection de va-

200

MOTEURS A VAPEUR.

peur dans la cheminée, procédé <lont on aUribue l'i<lée premiere a l\fanqoury u'Eclot. En résnmé, il parnit probable qn'1me chaudiere tubulaire fixe, bien cornluile, peut produire généralement 8 a 9 kilogrammes de vapeur par kilogramme <le honille e.le bonne qualilé au licu de 6, que l'on cspérail ohtcnir seulemcnt avec les généralems a fonclion inlermillente e.le Sainl-Germain, el au iieu de 7 que l'on pro<luit avec les bons généraleurs cylin<lriques or<linaires. Nous décrivons plus loin un systeme perfectionné qui, comme on le verra par les expériences, a mcme donné davanlage.

GÉNÉRATEURS A FOYER J:NTÉRIEUR

SYSTE.ME DIT DE C0RNWALL

( FIG.

PL.

JI existe en Anglelerre el en Amérique un syslcme de gé11ératenr lres-répandn el si"1rlout en grande faveur dans le premier de ces deux pnys: c'est le sysleme <lit a foyer inté?·iew·, donl nous venons de voir une'npplication rnixtc aux chaudieres du chemin de fer almospbérique de Sainl-Germain. Les fig. 7 a 9 de la pi. 4 représenlent l'un des exemples les plus remarqnables de l'applicalion de ce systeme <lans un élablissement hydraulique des environs <le Londres. C'est l'une des chaudicres qni alimenlent une puissante machín~ employée a l'élévation des eaux distribuées a une parlie de cetle ville. La désignalion de Cornwal. (en fran~nis CornoMailles) prend son origine dans les applicalions qui en furenl faites aux grandes machines i'.1 vapeur qui fonl mouvoir les pompes d'épuisement des mines situées <lans le comté de ce nom. Le moleur, que ces chaudieres alimentent, est une majestueuse machi ne a balancier d'une puissance de 130 chevaux qui fait mom•oir une énorme pompc foulanle dont le piston n'a pas moins de 1.mo4 de diamelre et 2m74ñ tfo course, el qui <lonne 8 coups par minute. Le produit de cetle remarquable pompe cst done d'environ 1100 mclres cu bes d'eau par heure élevés a une hauleur de 33. melres. Les chaudieres sont au nombre de qualre, disposées pnrallelement a colé l'une de l'aulre, et semblables a celle représentée pi. 4. · La fig. 7 est une coupe longiluslirwle par l'axe de la chaudicre; La fig. 8 esl une secti·on trnnsversale corresponclante, faite sur le foyer, el une vue extérieure <le face du fourneau correspondant a la chaudiere voisi11e; La fig. 9 esl úne aulre section transversale faite sur la chaudierc siluée du cólé opposé, et sur le tube réchauffeur de l'eau d'alimentation.

201

GÉNÉRATEUR DU SYSTÉME DE CORNWALL. ENSEMBLE DE LA DISPOSITION n'uN

GÉNÉRATEUR

(SYSTEME DE COP.NWALL)

Chaque génér¡:_lteur se compose· d'un corps cylindrique extériem A, qni serta la fois de réservoir d'ean et de· vapeur et qui contient un gros tube intérieur B h la tete duquel se trouve la grille C du foyer, suivant la meme disposition r¡ue celle précédemnient . décrite. Ce tub_e, ou bonillcur-foyer, conlient aussi un bouille11r plus petil D, qni s'appuie snr l'autel en mai;onnerie a et se prolonge en dehors · des deux corps principaux A et B. 11 est rempli d'eau et en commnnicalion, par la tubulure E sitnée derriere l'autel, avec le .corps exlérieur A, lequel renfei·me aussi de l'eau r¡ui s'éleve snÍfisamment ponr cnvelopper complétement et recouvrir le bouilleur-foyer B. La comhuslion s'opérant sur la grille C, la ílamme se tlégage. et parcourt d'aborcl l'inlérienr du tube Ben cnveloppant tout a fait le pelit bouilleur D. En qnillanl ce premier passage, _les prodnits de la comhuslion déhouchcnt dans le carnean F qni se divise et longe_extérieurement, des deux cótés, le principal corps A du générateur en faisant. relour d u cóté de la grille; les deux parlies de ce carnea u F se réu..: nissenl et forment un canal central inférieur G allant a la cheminée. Ce canal esl occupé de place en place par les suprorts f de la chauclifre, lesquels supports sont a jour pour mainlenir la communication. La section (fig. 8) est faite précisément sur l'axe 1-2, a l'endroit ou les carneaux laléraux F se réunissent ponr former le canal G que la fig. 9, qui est une scclion sur la ligne 3-4, fait également voir. La meme seclion (fig-. 9) if1:dique aussi un bouilleur O, placé dans le prolongement du canal G, et qui rei;oit l'e;rn d'aliníentation avant que cclle-ci ne pénetre dans la chandiere; c'est le tube réchauffeur dont il a été question plus baut (p. 17t>). · . La circulalion du calorique ainsi expliquée, il sera facile de comprendre la direclion de l_a vaporisalion el le mode cl'arrivée que l'on doit adopter pour l'eau d'ali-. mcutation. La premiere aclion du calorique a lien avec une granue intensité sur la nurtie snpérieure du bouilleur B et sur la superficie totale du tnbe addilionnel D. Celui-ci n'esl en effet mis la que pour diviser la veine cal~rifique qui parcou·r t le bouilleur .B, et profiler des filets d'air chaud du centre qui pourraient .s'échapper sans s'etre trouvés en contact immédiat avec les surfoces des corps principaux. La vapeur dég-agée directement de l'eau qui ~nveloppe le bouilleur B s'éleve nalurellement dans la chambre ménagée an~clessus tle la surface libre. Celle formée a l'inlérieur du tnbe D s'éleve nussi, a la faveur d'nne cerlaine inclinaison clonnée a ce dernier, et peut se rendre dans la chaudiere principale par un tnhc en siphon b qui met les deux capacités en communication par leurs parlies supérieures. L'alimentation se fait toujours, comme on sait, par la parlie la moins susceptible de produire ele la vapeur. Pour le cas présenl, la machine envoie, a l'aide d'unc J.

• 1

202

l\IOTEURS A VAPEUR.

pompc, Je l'eau dans le tube réchauffeur O, d'ou elle s'éconle par un conmút e commun aux qualre chaudieres, et pénetre ensuiie dáns chacune par un conduil parliculier d qui s'adapte au fond du corps principal A, a l'exlrémilé opposée au foyer. La communicalion des conduils e et et a lieu par l'intermédiaire J'une bolle i1 soupape e, qui a pour fonclion d'empecher le rclour de l'eau de la chaudiere dans le conduit pcndant les moments d'aspirnlion de la pompe. La rneme boile doit clre munie d'une valve qui permelle d'isoler l'une des 'chaudieres de l'alimen1alion g-énérale, en cas de réparalion. L'eau introauile dans la chaudiere descend a la partie inféricure, en raison de sa plus grande densité; mai~ en s'échauffant, eile s'éleve peu a peu, et une partie pénclre par le conduit E dans le pelit houilleur D, en réparanl les pertes que la vaporisation lui fait subir. · La prise de vapeur se fait sur ces chaudieres J'nne fai;on analogne a ce que uous avons vu a l'égard des chaudiercs de Saint-Germain. Chaque appareil est muni d'uue boite a soupape M en communicalion avec une conduile commune L qui peut réunir la vapeur des qualre chaudieres pour la diriger sur la machine. Il existe une au1re conduite N, se raccordant avec des boites a soupapes, qui a pour mission de former tm relour a la vapeur qui a circulé dans l'enveloppe Ju cylindre di: la machine. Nous verrons hientót en quoi consiste celte disposilion spé'ciale, qui a pour objet, ainsi qu'on le sait, de conserver au cylindre d'une machine a vapeur une tres-haule tempéralure. Disons, quant a présent, que dans celle dont nous décrivons les chaudieres, on s'esl arrangé de fa9on a faire relourner directement a la chaudiere la vapeur qui a été employée a cet usage. Il nous reste peu de chose a dire des détails de ces chandieres, don_t les appareils de 1:¡ervice sont analogues a ce qui se fait généralement. A pres avoir cité les soupapes ele su.reté K, nous ferons remarquer une tubulure P placée sur le hout extérieur du petit bouilleur D. C'esl une prise deslinée ü rcccYoir divers appareils Lels que manomelres, flolleurs, etc. U existe aussi, a l'avant des foyers, une conduite commune J pour la vidang-e, qui peut s'opérer par le tuyau parlicnlier H, muni de sa boite a clapel d'interccpLion I. Pour la machine ainsi que pour les chaudieres, il ~ élé pris de grandes précautions conlre les perles de chaleur par le refroidissement exlérieur. A l'égard des cbaudieres, on les a recouvertes d'une épaisse couche tle subslance non conductrice de la chaleur, telle que du sable, qni s'éleve meme assez pour enterrer les appareils de su.relé placés sur la chaudiere. La siluation de cette couche de ·sahle esl indiquée par une ligoe poncluée snr les fig. 7 ü 9. Le résullat en a élé complel; c_a r, contrairement a ce qui a généralement lieu, notis avons pu nous convaincre nous-meme que la Lernpérature n'élait pas seosiblement plus élevée dans la chambre de ces chaudicres qu'a l'exlérieur d11 batiment.

•

GÉNÉRATEUR DU SYSTEME DE CORNWALL.

CONDITIONS DE MARCHE DES CHAUDIERES A FOYER INT~RIEUR DE COR

203

W ALL

En mesurant les dimensions du générateur représenté pl. 4, fig. 7 a 9, et en ne. comptant que les 3/4 de la superficie du corps principal A, on reconnait que In surface de chnuffe total e est d'environ 70 rnelres carrés; comme il y a quatre apparei Is sernblables dans le méme élablissement, c'est une puissance _vaporisaloire lotale de 280 metres carrés de surface de chauffe pour suffire ~L l'alimentat_ion d'une ma. chine de 135 chevaux de force nominale minimum; soit par force de cheval :

280 ' = 2 ,08 me'l res carres. 135 C'est une tres-grande surl'ace pour celte machine dont le systeme perfectionné, a délenle, permel de ne dé penscr,...que H kilogrammes de vapeur environ par force de cJ1eval et par heure, c'csl-a-clire en tolalité: H

13ñ

= 1485 kilogrammes

dans le meme temps; chaq11r, melre ele chauffe n'a clone ·sér, par heurc, que : 1485 280 -

a produirc en eau va¡,ori-

landis que nous avons vu que l'on pouvail, avec la plu~ grande facililé et clans de bonnes condilions, rnaintenir la vaporisation dans une moycnne de 10 ou 12 kilogrnmmes d'eau par 1'netre carré de surface ele cbauffe. Ces cbaudieres onl été, ele la part de M. Wicksteed, l'ing-énieur anglaís qui les a fail établir, l'objet d'expériences trcs-suivies par lesquelles il a voulu connailre leur rendement en procédant tanlót par le systeme de la com,bustion lente et lantót par celui de la combustion rapide . l\lais, par rapport a ce qui se fait généralement, c'élait bien, dans les deux cas, de la combuslion lente, et extrémement lente, car 011 ne brúlait que ·13 a 20 kilograrnmés de houille par metre carré de grille, au lieu de 50 kilogrammes, ce qui passe cependant pour de la combuslion lente. Quoi qu'il en soit, le résultat a élé 8 kilogrammes d'eau, prise h 27°, vaporisée par kilogramme de houille, avec une légere dit'fércnce en plus a l'avantage de la combuslion rapide (nous conservons cetle expression de l'ingénieur anglais poµr déuommer le cas oú la combuslion s'élev~i tu 23 kilogrammes par metr.e de grille). Ce résullat est cerlainemenl avnntageux, comparalivement aux bons générateurs a bouilleurs ordinaires, oú l'on a de la difficullé ti oblenir plus de 7 kilogrammcs de vapeur pour 1 kilogramme de comhuslible. l\Iais tles ex périences failes au méme moment sur des chaudieres en tombeau de Watt ayant donné. aussi pres de 8 kilogrammes de vapeur, avec les memes modes tle comlmstion, on csl forcé d'en con·c111re que le systeme de c.:haudieres, dit de Cornwall, avec foyer inlérietú·, n'a pas tons les avanlag·cs que l'on supposait, puisqn'il n'a donné que ues

204

l\lIOTEURS A VAPEUR.

résullals trrs-peu supérieurs aux chaudieres de Watt, les deux systemes élant appliqués u des machines a hasse pression, c'csl-a-dire marchant a une pression absolue de 2 atmo~pheres. Il reste a ,peu pres démonlré que le grand mérife des générateurs de Cornwall cousisle surlout dans lcurs grandes dimeusions comparées au travail qu'on leur fait prouuire. En effel, en ne brCl!ant que fo a 20 kilog. de houille par melre carré de grille, el en ne poussant la vaporisalion qu'a 5 ou 6 kilog. d'eau par melre carré ,le surface de chauffe, ces conditions correspondent a un générateur de proporlions plus que doubles de celles généralement adoplées. Nous aurons l'occasion de rapporter plus loin de nouvelles expériences failes en Anglelerre sur ce systeme de chaudiere. Nous n'ajoulerons done que peu de chose a ce sujet, quanl a présenl, si ce n'cst que le sysleme a bouilleur inlérieur n'est pas tres-répanuu eu Frunce, oú les iugénieurs ne lui accordenl qu'une médiocre conJlance, surlout en raison des dangers d'exp1osion qu'on lui altribue. Si l'on examine, en effet, avec un peu d'attenlion comment les dherses parlics d'un semhlable généraleur supporlent la pression de la vapenr, on ne tarde pas a reconnailre que le bouilleur-foyer éprouve une pression exlérieure, de dehors en úed ~ns, qui peul le foire s'aplalir s'il n'est pas parfaitement rond ou armé convenablement, ou qu'une parlie de la paroi cylindrique présente une résistance différenle des :mires. Or, l'aplalissement brusque de ce bouilleur peut aroir pour effel sa disjonction d'avec le corps exlérieur, et par conséquent, la fuile de l'eau qui proúuil ordiuairemenl une explosion en se lransformant brusquement en vapeur. Le savant Péclet cite qu~lqnes accidenls arrivés en Anglelerre a des chaudieres a foyer inlérieur; tous présentent a peu pres celte parliculurité que le corps exlérieur ne subit aucune délérioration au rnoment de l'explosion qui provienl exclusivcmen t uu d.échircment du bouilleur intérieur qui laisse échapper l'ean et fa vapeur dans le foyer. Ce accidcnt s'est reproduit sous nos yeux, il y a quelques mois, sur une chauJicre locomobile h foyer intérieur, r¡.1ontée sur un bateau, et d.'une force d'environ 5 a 6 chevaux. Le bouilleur inl~rieur s'est comP,létement aplati dans toutc sa longucur, ce qui a foil lacher la clouure qui l'assemblait avec le coffre du foyer. L'cau el la vnpcur s'échappant par celle déchirure, il en est résullé une pression réactive sur le fond du baleau qni a snffi pour lancer en l'air, a plus de 10 melres, etjetcr a l'eau l'ensemblc de la chaudierc et de la machine ·d'un poids d'au moins 4000 kilogrammes. rous nvons pu conslaler, lorsque l'appareil a élé relevé, que le corps extérieur de la chaudiere n'avait pas sulJi la plus légere altéralion. · i\Iais ce qui prouve encore la méfiance <les ingénieurs a l'éganl Je ce systeme, c'esl que la chandiere dont nous venons de parler avait toutes les proporlions exlérieures convenables pour marcher a 5 ou 6 nlmospheres, el qu'elie n'avail été limbrée qu'a 4 seulement, pression qui a probablement été dépassée, si l'on s'cn rapporte an résu llat.

GÉNÉRATEUR TUBULAIRE A VE.NT FORCÉ.

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GÉNÉRATEUR TUBll'LAIRE A -VENT FORCÉ

Par 1111'11. IIIOLINOS et PRONNIER , ingénieurs CONSTRUIT A OULL!NS DANS LES ATELIERS DE MM. PARENT ET SCBAK.EN

( PLANCHE

Le générateur tubulaire représenté par ce dessin (pl. 5) est, a notre avis, l'un u<:s plus beaux spécimens de conslruclion de chauuronnerie pou)" la perfeclion de son ensemble el de ses dhers délails·, abslraclion faite, pour 1\nstanl, des résullals Ju systerne et de son <legré plus ou moins grand de simplicilé. Les auteurs (1), MM. Molinos et Pronnier, ont eu pour but, en imaginant celle disposition, de réaliser la meilleure économie possible de combustible el de brCtler la fumée. Pour ce dernier caractere, nolre description aurait du lrouver place plus loina l'article spécial des foyers dits fumivores. Mais l'importance du sujet, a parl ce point particulier, nous conduit a classer ce nouveau générateur dans l'es appareils tubulaires en général, la fumivorilé n'élant p·our ainsi dire qu'une conséquence c..lu but principal que les inventeurs se sont proposé: la parfaile utilisation du combustible et la plus grande produclion de vapeur pour un volume minimum d'appareil. l'RINCIPE&°' FONDAMENTAUX DU SYSTEME

Avant de fixer les disposilions de leur systeme, MM. Molinos et Pronnier onl ainsi envisagé la question qu'ils désiraient résouure: Les gaz qui s'écbappent d'un foyer en combustion sonl un mélun~e d'acide carbonique, d'oxyde de carbone, de vapeur d'eau, d'air non brulé et de divers bydrogenes carbonés qui, par leur décomposilion a certaines températures, conlribuent sans doule dans une grande mesure, avec le charbon cntra1né rnécaniquement, a produire la f'umée proprement dite. Une combuslion parfaile de la bouille devrait réduire tous les éléments a de l'acide carhonique, de l'eau et de l'azole. Muis pour obten ir cetle combuslion complete, il fauclrait augmenter de beaucoup la quanlilé d'air amenée sous la grille el reconnue nécessaire pour l'alimentalion d'un foyer, quantilé fixée expérimenlalemenl par Péclet a 18 metres cubes d'air par kilogramme de bouille a bruler (p. USO). Si on dépasse cetle quanlilé, il se perd par {1) 11 estjusle de dire que lous les perfecli onnemenls de ce généraleur sont dus a M~l. Tbirion et de Maslaing, in géni eurs a París , qui sont chargés cxclusivcmenl des éludes et de l'exploilalion de cel appareil , el .auxquels nou s uevon s touLes les notes relali.ves a sa description .

. ,

206

l\IOTEURS A VAPEUR.

la cheminée un volume d'air en exccs qui n'a pas été brulé, mais qui cst échnuffé et qui emporte avec lui une grande quanlilé de chaleur. D'autre part, en réduisant ce volume d'air, on peut n'ohtenir que de l'oxyde de r.nrbone dont \a formalion ne dégage qu'environ 1/o de la quantité de chalcur qni nurait été développée si la lransformalion complete en acide carbonique avait cu lieu. Celte perle de caloriquc esl réelle si l'oxyde de carbone se trouve enlcvé par le tirage de la cheminée saos avoir été de ,nouveau euflammé sous le générateur. Pour éviter la formation de l'oxydc de carbone, on dispose ordinairement le combustible en couche mince sur la grille, ce qui oblige a réitérer souvent l'alimenlation du foyer; et commc c'est au rnoment d'un nouveau chargement qu'il se produit de la fumée, a cause de la distillation rapide du combustible introduit, cet inconvénient se reproduil d'autanl plus souvent. Si, au con lraire, la couche <le combustible élait épaisse, chaquc charge nouvelle aurail beaucoup moins cl'impol'lance par rapport au volume en ignilion,· et le chnrhon nouveau serait <lislillé mojos vite. La produclion de fumée serait d'autanl rnoins considérable. Mais il faudrail alors fournir une qnanlité d'air pur plüs uniforme aux gaz comlmslibles formés pour les brüler et nliliser la chaleur correspondan le. Ce príncipe, consistant a inlroduire des qnanlilés d'air additionnelles autrement qu'au Lravers <le la couche de combustible, a élé réalisé bien des fois. l\Iais ce qui importe, pour obtenir un bon résullat, c'est le choix du point d'introduction de l'air, afin de rencontrer les gaz inflammables daos un éndroit ou ils soient encore assez chauds pour achever de se bniler a la faveur de l'air..inlroduit. Et puis, si l'on envoie de l'air froid au-dessus d'un foyer, il faul avoir asa disposilion les moyens d'en bien régler la quanlilé en rapport avec la nnture du combustible a bniler; il faut, de plus, obtenir un mélange bien i~lirne de l'air addilionnel el des gaz combustibles, sans quoi il arrive que les veincs d'nir et de gaz cherninent parallelement saos se mélauger, surlout sous la simple action du tirage d'une cheminéc. Telles son t, dans leur ensemble, les considéralions générales qui on l serví de guide aux aulems du générateur qui nous occupe, pour en cornbiner les dispositions el vaincre les difficullés du probleme. Si nous examinons les principcs de la combuslion dans l'appareil de l\'11\1. Molinos et Pronnier, nous remarquons qu'ils y brulent le combustible sur une conche épaisse, de fac;on a atlénuer, aulant que possible, l'influence des charges; ils prod11isent ainsi de l'oxyde de carbone, dont ils operent la combustion au moyen d'une injeclion d'air la1érale placée surles cólés de la grille. Cet ail', lancé par un venlilaLcur, se mélange intimement avec les gaz combustibles par sulle des tourbillons procluils par la rcncontre des veines gazeuses <lout les directions sont perpenJiculaircs; l'inflammation se produit et doit nécessairement se produire, p11isque le mélange a lieu a l'endroit de la plus haute lempéralnre tlu foyer. La combnstion du charbon et des gaz s'opere dans un foyer de tres-grande di-

GÉNÉRATEUR TUB,ULAIRE A VENT FORCÉ.

20i

mension, et qui présenle a peu pres le caractere d'un foyer de locomolive. C'est une bolle a feu, rectangulaire, divisée en deux compartiments par un aulel en briques réfractaires tres-éle,,é, et qui ·a pour effet principal de forcer les veines flammes b. faire un tres-long trajet deµuis le momenl ou elles quittent la surface de la grille jusqu'a celui ou elles s'inlroduisent daris les tubes, pour que le phénomene ch_imiquc de la combustion ait le temps de s'accomplir entierement avant que ces flainmes soient son mises a une action refroidissantc qui pourrait les éteindre. Le tirag·e <lu foyer _est égalernent confié au venlilateur qui peut envoyer de l'air simullanémenl sous la grille et sur les cólés de la couche en ignition. 'La haute cheminée peut etre alors remplacée par un conduit en tóle_de peu de hauteur et adhérent au générateur, de la merne far;on que pour les locomotives. Par la description qui suit, on ponrra juger de quclle für;on ·toutes les parlies du g-énéralcur ont été comhinées pour uliliser couvenablement la chaleur que l'on s'est efforcé a faire développer le rnieux possible au combustible. · L'ohjec_Liou qui peut etrc faite au sujet <lu mérite ele ce systeme est sur la néccssilé d'un vcntilateur qui exige lui-meme nne force molrice spéciale. A cela, on peul répondre qu'il est rare qu'un générateur a vapeur ne soit pas destiné a afimenter Ufol moteur sur lequel on pourra toujours prendre la puissance requise. D'autre part, si ce génératei1r cst employé uniqueinent h produire de la ,•apeur pour une fübrication ou pour un chauffage, le ventilateur peut elre mis en rnouvement par un pctit moteur _adhérent qui devient du reste nécessaire, dans ce cas, pour éommander une pompe alirnentnire. JI ne res le done plus qu'un point a déterminer: c'est de savoir si la force ahsorhéc par le ventilateur laisse néanmoins un bénéfice produit ~ar une plus grande ulilisation du comhustihle. A cel égard, on devra remarquer· que, Je to u les far;ous, le lirage exige une <lépense de force motrice, que ce soit par la lempérature cDnservée a l'air ponr ohle11 ir son ascension direcle dans la cheminée et un fort lirage, soit que le courant se lrouvc étal>li par une action mécanique qui refou\e de l'uir clanS"le foyer. Or, des expériences de Péclet il résulte que la dépense ele force motrice est beaucoup plus grande par le lirage simple de la cbeminée que par le second procédé : c'est-u-dire que la qnanlité de calorique enlevée par le tirage produirait plus de vapeur qu'il n'cn faut c.Iépenser pour faire monvoir un appareil mécanique soufflant qui fournirait un égal volume d'air au foyer. Ainsi, Péclet trouve qne la quantité de chaleur enlev,ée par le lirage cl'une cheminée, en prenant su clifférence de température entre l'air chaud u 300° el celle de l'air arnhiant, serait capable de produire en vapeur, theor iqiiernent , plus de 90 fois la p.uissance molrice qn'il est nécessaire <le clévelopper mécaniquement pour arncner un meme ,;olume d'air au foyer. · Sans s'arreter a cette valeur, purement théorique, il reste néanmoins démontré qu'on gagne en employant un ventiateur pour alimenter un foyer, cl'abord par celle considéralion meme, et ensuite parce qu'il permet ele rcfroidir la fnmée le plus possiblc au moyen <le surfaces de chauffe convenablemen t disposées.

208

l\fOTEURS A VAPEUR.

DESCRIPTIO

DU GÉNÉRA TE UR TUBULAIRE A YE T FORCÉ (FIG.

!J,

PL.

Les ligures de nolre dessin représenlent principalement un généruteur tubulaire du sys lcme de Ml\f. Molinos elPronni er, el un e applicalion cle_leur sysleme de foyer a un e chnudicre cylindriqu e onlinaire a flamme descendanle. La Dg. 1 es t une seclion lon giludinale elu gé nératenr Lubulaire, passanl par l'axe normal ele l'appareil ; L,a fig. 2 en est une seclion horizontale passant par l'a xe du corps tubulaire; La fi~. 3 est une seclion transve rsale faite sur le foyer par l'axe elu r éservoir de vape ur. D1srosmo~ o'E 'SEMBLE. - Le généra leur tubulaire se compase el e lrois pa!lies principal es qui sont: la bolle a feu A, le corps cylindrir¡ue tulmlaire B el un second corps cylindrique C qui forme réservoir ele vapeur e t d' eau a la plus h a ute tcmpé ra lure. La polle a feu es t formée de el enx caisses en tole de fer, réunies ensemble par des rirels en lretoises . La r éunion des eleux parli es a lieu, a la pnrlie inférieure, sur un cadre en fer a qui conslitue la fermeture élan che de l'inlervalle compris entre elles, et sert aussi h !'ensemble ele base par lnquelle il repose sur le bord d'un socle en fonle D, qui lui-méme s'appuie sur la ma~onnerie de fondalion. La paroi inlérieure b de la bolle a fen possede un e forme légerement pyramidale, de fac.;on qu e l'es paée enlre les deux parois, qui esl complélement rempli tl'eau et ot\ il se forme beaucoup ue va peur, s'ouvre en montant pour en faciliter le dégagement. La bolle a feu es t rivée, par son enveloppe extérieure, avec le corps cylindriq11e B qui es l trav ersé par un granel nombre ele tuhes en fer e, lesquels sont m:scmb lés, d' un bout dans la plaqne tubnlaire b de la boile a feu, el de l'aulrc. avec la plaque tubulaire d de la boite a fum ée . De l'aulre cóté de ce fond le corps B esl prolongé de fa\'on ·a former la boite a fumée E, é lablissant la communicalion des Lubes avec la cheminée. ous av ions clit que celle cheminée, qui n'a que les proporlions relatives d'une chemin ée ordinaire de locomolive, pouvail se placer direclcmenl sur le corps uu généraleur. l\Iais pour se conformer a la lellre de l'arrélé qui défenc-i <.Je placer les cheminées dans l' axe du fourneau, les constrncleurs ont cru clevoir la reporler sur le colé en la fo isa nt commun iqu er avec le gé néra teur par le canal renversé F. La capacité ·supérieure C es t rivée avec la bolle a feu, et sa p~ro i cylindriquc en forme le ciel. Pour que cet assem blage se fasse bien, les parois lalérales se lerminent en haul par une parlie cylindrique de fa<,;on qu e le raccord avec le cylindre C ail li en normalemen t a sa surface. La comm uni cation est élabli e en tre les deux corps B et C par une luhulure ordi-

GÉNÉRATEUR TUBULAIHE A VENT FORCÉ.

209

naire G. Mais elle est également établie avec l'intervalle des pnrois de la hoHe ü feu A, au mciyen d'une série d'ouverlure¡, ~ percées dans la paroi cylindrique, visa-vis de cet intervalle meme. La forme oblon gue de ces ouvertures, donl le grand axe est pris suivant la circonférence, permet d'avoir une grande seclion ouverle, sans affaiblir sensiblement la résistance tangeniielle du cylindre C. Quant a sa résistance longitudinale, elle est plus que cornpensée par celle des deux pinces des parois latérales qui sont clouées sur lui. D'apres ce qui précede, .il est ·clair que toutes les parlies de l'appareil qui renfer.:. ment de l'eau sont en libre communication, la boite a feu avec le corps B par l'intervalle des tubes, el le réservoir C avec ces deux parties ·par les ouverlures e el la tuhulure G. Passant mainlenant a la disposilion du foyer, nous voyons qu'il cornpreud une grille H el un autel en brique réfractaire I qui sépare sa capacité en cfeux parlies inégales, dont l'une sera la ohamb1·e de combustion el l'aulre une sorte de cai·neau intermédiaire entre le foye~ propremenl dit et l'entrée des tubes. L'autel en brique, descendant j-usque sur la fondation, délermine, avec le coffre en fon te D, une capacité vide au-dessous de la grille, laquelle capacité ne présente d'abord aucune communication avec l'extérienr, excepté au travers de la grille, et conslitue un cendr~er bien élanche, mis en rapport exclusif avec le ventilateur qui doit fournir l'air a la combustion. A cet effet, le ~ent fourni par ce ventilaleur arrrive d'abord, au moyen de conduits quelconques, dans un premier cylindre en tóle J placé au-dessous du corps tubulaire. Ce tube, que nous appellerons, si I'on veut, antichambre ele vent, se raccorde par une tubulure méplate avec une autre semblable fondue avec le coffre D; un prolongement en fon te f, de la meme tubulure, traverse l'autel I, débouche tlans le cendrier -étanche et lui amene ainsi l'air envoyé par le ventilaleur. Le meme réservoir J est mis en comrnunication par ses extrémilés, au moyen de deux conduits a section camfo K, avec deux coffres en tole L accolés aux cólés du foyer. Dans les parties correspondantes la. muraille du foyer est traversée par une série de petits tubes g, rivés avec les doubles parois comme des enlretoises. -L'air fon mi par le yentilateur remplil les boiles L, ·et pénetre dans le foyer par les tu bes g, .au-dessus de la couche de combustible. L'air envoyé par le ventilateur se trouve done divisé en trois parlies, dont l'une constitue l'alimentalion du foyer et s'introduit par la grille, tand¡'s que les deux anlres parties servent a enflammer l'oxyde de carbone et les aulres gaz qui se dégctgent de l'épaisse couche de combustible. Les volumes d'air introúuits en ,ces Lrois parties sont réglés a volonlé, au moyen du papillon h placé dans la tubulure f du cendrier, et de ceux i disposés a l'enlrée des boites L. Un papillon principal j se trouve également •ménagé a la tubulure d'entrée J', a laquelle s'adapte le condnil de vent du ventilateur, et qui forme la prise d'air sur le réservoir J. Chacun de ces papillons peut élre tQanreuvré aisément a Ía main par des tringles le et l, placées de chaqúe coté de la boite a feu et se 'ratlachant aux pelils leviers montés sur les axe~ des papillons; des dents de cr6mail•

210

MOTE

RS A VAPEUR.

!eres ménagées aprés ces tringles pPrmellent de les arreler tlivers degrés d'ouvcrtures des papillon . L'inlérieur tlu foyer est desservi par denx porles l\J que·les fig. 4 et 5 représenlent en délail a une plus grande échelle. ous fcrons rcmnrquer que l'emploi de cleux portes est exccplionncl el <ltl a la grande puissance du généraleur qui correspond a 100 mctres carrés de surface évaporaloire. Dans la plupart e.les ca , il vaul mieux élnbli1; deux généraleurs tl'une surface moilié moin<lre lorsqu'on altei • l cetle limite de puissance : alors une seule porte esl suffisanle. La constrnetion de ces portes a été l'objet, de la parl des auleurs, tle soins toul . particuliers eu vuc d'empccher les fuiles de gaz el de fum¡;e qui se manife lenl souvr.nt daos des foyers a • alogues oú il existe une soufflerie forcée, fuiles qui ne peuvenl pas exislcr lorsque l'air néccssaire ü la combustion est appelé par le simple tirnge de la cbeminée. Les fui les sonl empechées ici an moyen d'une introduclion d'nir forcé daos une gorge rn ménagée autour de la porte, du coté ou elle s'appliqne contre la muraille tlu foyer. L'air est pris sur les conduites principales par un contluit n qui vicnt s'ouvrir conlre une courte tubulnre n' fondue avec la porle, commu1Íiquanl avec la gorge intérieure rn et avec l'espace ménagé entre la porte mcme en fonle et la plaque isolante o rivée avec elle. Le conduit n n'est a_u cunement solidaire de la porte que l'on peut ouvrir, par conséquent, comrne daos tout autre cas; la communication d'air ne se trouve établie que lorsque la porte est fermée. Ainsi, l'air refoulé par le ventilaleur élablil enlre la paroi extérieure du foyer et les rebords df; la porle une pression équivalente a celle de l'intérieur, de fa<;on que, s'il se produit une fuite a l'exlérieur, ce n'est ni de l'afr chautl ni de la fumée, mais seulement de l'air pur nmené par le ventilateur. D'autre parl, cet air, conlinuellemenl renouvelé, ernpeche les portes de rougir et meme de s'échauffer sensiblemcnt. Apres celte <lescription dn foyer, lequel présenle le plns de caracteres essenliels, il nous resle a tlire quelques mots des corps qui renfermenl l'eau el ou se forme la vapeur. . _ Comme dans tous les appareils que nous avons examinés jusqu'ici, l'alimentation d'eau froide se fail daos la parlie du générateur qui esl aussi a la plus basse Lempéralure el ou la pro<luclion de npeur esta peu pres nulle. olre dessin indique que l'eau d'alimentalion esl amenée par la tubulure N placée tout pres de la boile a fumée et a la parlie inférienre du g·énéraleur. L'eau, <l'abord froide, s'écbauffe peu a pcu, el doit s'élever au fur el a mesure qu'elle s'échaulfo. l\lais pour la forcer a ne s'approcher. du foyer qne d'une fa<;on exactemenl corrcspomlante a son élévalion de temµéralure, on a ménagé ;1 l'inlérieur du corps B une plaqne étanche O que traversent les tnbes, et qui .ne laisse de communicalion entre les deux bon Is de ce co'r ps que par la parlie supérieure. L'eau froide ne pcut done franchir cette plaque que lorsquc sa légcreté spécifique lui permel d'alleindre la paroi snpérieure de la chaudierc. Aprcs avoir passé la cloison, elle renconlre de l'eau pl11s chaude el s'abaisse d'ahord, pour remonter ensuile peu a

GÉNÉRATEUR TUBULATRE A VENT FORCÉ.

211 peu, au fnr el a mesure qu'elle se rapproche dn foyer:. Enfin, elle est assez chaude pour se vaporiser, et vient affluer aulour du foyer par la 1ubulure G; finalemeut, elle ne parvient au réservoir de vapeur que vaporisée ou sur le point de l'etre. JI ne peut done exister daos le réservoir C que de l'eau qui a pris toute la chaleur nécessaire pour passer immédiatement en vapeur, et l'inconvénient <les entrainements d'eau a la machine motrice nous semble, en raison <le cela, assez peu possible. Cependanl, le réservoir C, comme lous les autres appareils de vaporisalion, cst surmonté•d'un dome P ou se l'ail la prise de vapeur en p. Ce dome porle lui-meme l'une des soupapes de sureté Q; l'aulre, O', est placée a l'extrémilé du corps cylindrique C. En général, nous ne nous sommes pas aulant préoccupé des appareils accessoires, qui sont a peu de chose pres· les mcmes que parloul ailleurs, que des parties carnctérisliques du générateur. Cependaut, on peut remarquer sur notre dessin un nivcau d'eau R et un lampon S pour la ,isile el le nettoyage. Faisons remarqner encore que le généraleur n'a d'autres relali011S a-vec les conslruclions avoisinantes que son repos snr une fondation solide en ma<_;onnerie, <l'une part, par le socle D du foyer, et ensnite par un support intermé<liaire T, et par celui U qui esl creux pour former le raccor<l entre la boile a fumée E et le conduit F allant a In. cherninée; un registre eu papillon q s'y trouve placé a l'intéricur pour régler le tirage. MARCHE DE L'APPAREIL. Apres l'exposé de príncipes qui a précédé la description de ce génératem·, il reste peu de chose a dire pour faire comprendre entieremcnt sa marche. Les gnz, développés dans le foyer par la premiere phase de la combustion, consistant dans le passage au travers de la grille et du charhon de l'air fourni par le vcntilaleur, sont enflammés aisément en raison de l'injection lalérale d'air pur par les boites a vent L et les tubes g. Les flamrnes peuvent se développer fa~ilement par la grande élévalion du ciel <lu foyer; elles s'élevent, en effet, mais s'inclinent cnsnite, sous l'influence du tirage, pour franchir l'antel I et atteindre l'entrée des tubes c. L'aulel a pour objet d'augmenter le développement des flammes en augmentant la distance a parcourir pour alleindre les t11bes. La posilion des tubes g injecteurs d'air et celle des portes du foyer permettent de mainteuir la couche de combustible a une épaisseur minimum d'environ 30 centimetres au-dessus de la grille, tandis que, dans les foyers ordinaires ou l'injection d'air addilionnelle fait défaut, on ne peut guere dépasser 15 a 20 centimelres. Péclet conseillait meme de ne pas dépasser 10; mais les personnes habituées a la conduile d'un foyer sa'vent qu'il serait assez difficile de maintenir la marche réguliere d'un feu avec une masse de combustible en ignition aussi peu consiuérable: il faudrait achaque inslaut fournir du combustible frais, P.t l'ouveriure fréqucnle des portes du foyer n'est pas sans inconvénient, surtout si le feu n'est pasen pleine acíivíté. Si Je mode de comhustion par couche exll'emement mince peut ctre pralicable, disons meme le Íneilleur, ce n'esl qu'au inoyen <le disposilions mécaniq11cs qui <lislribuenl le combustible <l'une fai;on continue el sans ouvrir le foyer, nutre

21-2

MOTEURS · A VAPEUR.

mode qui a bien aussi ses inconvénients, et <lont nous dirons un mot plus tar<l a propos des foycrs fumivores. Pour le générateur qui nous occupe, <lu reste cornme avec tout aulre, on doit maintenir l'épaisseur de la couche aussi constante que possil.Jle, et c~la en rnullipliant suffisammenl-les cbarges; mais nous avons fait remarquer que la plus grande masse de combustible en ignition permel d'·espérer que les charge·s · un peu forles de charbon frais se fonl moins ressenlir sur _la ternpérature généra]e ·du foyer, et que l_a quanlilé Je fumée produile est aussi moins considérable, _a ltendu que le nouveau combustil.Jle est distillé moins vite. Nous avons dil loul ce que les auleurs esperent de cel ingénieux appareil el ·ce que nous en pensons nous-meme; mais nous ne pouvons qu'attendre pour savoir comrrieot l'induslrie l'accueillera, et si les détails assez minutieux de sa conslruction ne seronl pas un obstacle a sa propagation. Quoi qu'il en soit, les résultats d'exp ériences faites sur ce générateur foQ.t espérer une ulilisalion extraordinaire du combustible : nous allons en faire menlion dans un instant, apres avoir résumé les principales condilions de marche du type représenté pl. o, et avoir monlré comment on peut l'appliquer, comme systeme de foyer, a un générateur cylindrique ordiuaire. DmENSIONS PnINCIPALES. -Le gériérateur représen lé pl. o est établ i pour 100 melres carrés de surface de chauffe évaporaloire; comme la surface de chauffe clirecle est tres-grancle, que l'aclivité du foyer peut elre tres-considérable, et qu'en oulre le calorique est supposé lres-complélement ulilisé, chaque metre de surface de chauffe esl compté pour un plus grand poids d'eau vaporisée qu'avec les générateurs cylintlriques non lubulaires. 11 en résulte qu'il correspon<l a une puissance dynamique de 100 .chevaux pour un moteur réglé dans de bonnes condilions de marche. Nous avons vu (p. 16~) qu'en effet, un melre carré de surface de chauffe pourrail suffire pour une puissance de 1 cheval, ou 7o kilog-rammelres par 1", meme avec un générateur ordinaire Iorsque la machine motrice esl combinée de fac;;on a bien utiliser la vapeur. A plus fol'le raison celui-ci doil-il avoir une étendue sufüsanle pour produire cet effet. La réparlilion de la surface de chauffe a lieu de la fac;;on suivante : La boite a feu est complée pour 14 melres carrés de surface, celle qui rec;;oil la premiere aclion du foyer, et presque enliere par rayonnemen l; Les tubes e qui tra_versent le corps cylindrique sortt au nombre de 136 et sont comptés pour les 86 melres qui cornpletent les 100 metres de surface de chauffe. Celte superficie est celle mínimum que puissenl présenler les tubes, c'est-a-dire la superficie de la surface inlérieure en contact avec le calorique. · En effet, chacun ele ces tubes a 50 millimetres de diametre intérieur et une épaisseur <le 3 millimélres, d'ou le diarnetre exlérieur égale 06 millimetres; Leur longucur étant égale a 4 metres, ils onl done, pour superficie maximum,. celle enveloppée d'eau : 0,006 X 3,1416 X 4 = Om.q.7037; et ensemble : 0,í037 x 136 = 95m. q . 7032.

GÉNÉRATEUR TUBULAIRE A VENT FORCÉ.

213 En ne cori1plant que leur superficie intérieure, on trouve par le rapport <les <liamelres -: X :~

80m. q . Mí.

La grille a pour dimensions : fm40 X fmS0

2m.q.l)2,

9o, 7032

01.1 252 décimetres carrés: soit 2d.q.l)2 par force de cheval, puisque la puissance du générateur est eslimée a 100 chevaux. Par conséquent, en admeltant que la machine rnotrice dépense de la vapeur a raison de 3 kilogrammes de combustible par force de cheval et par heure, au maximum, cette .grille doit pouvoir bruler dans le mém'e temps 300. kilogrammes de houille; soit par décimc~re carré :

300 = fk1f f, 202 c'esl-a-dire en moyenne 100 kilogrammes par melre carré de grille, pour laquelle consorrimation totale de 300 kilogrammes le ventilateur doit fournir environ 3400 melres cubes d'air <lans le meme- temps. Nous avons dit que celle consommation appartenait au príncipe de la combustion vive, qui peut et doit elre obtenue facilernent avec un foyer a vent forcé. · La relation que nous donnons plus loin des résullats d'expérience fera connailre ce que ces prévisions ont d'exact. APPLICATION

MEME PRINCIPE DE CYLINDRIQUE ( F JG :

FOYER

A UNE

CHAUDIERE

ORDINAIRE PL.

La fig. 6 est destinée a_faire connaitre la disposition que les auleurs ont adoptée pour faire l'application de leur systerne de foyer et de soufflerie a un géoéraleur cylindrique a bouilleurs, non' tubulaire et a courant de flamme descendant. A élant cette chaudiere et B l'un des bciuilleurs, le cendrier, ou capacité réservée au-dessous de la grille H, est soigneusement fermé sur le devant du fourneau par une porte en fonle M', appliquée conlre le chambranle qui garnit la face du fourneau. Le merne chambranle rec;oit de meme la porle M du foyer, mais qui esta coulisse au lieu d'élre a charniere, ce qui n'empéche pas de luí appliquer le bourrelel d'air qui doit empécher les fuites, ainsi que dans le grand appareil qui vienl d'élre décrit. Le ventilateur amene l'air sous la grille p é\f un concluit f qui arrive par l'un des cótés de la m_ac;onnerie du fourneau et traverse l'autel I. L'air confiné dans le cendrier traverse la grille et le combustible, et passe aussi par deux conduits laléraux K qui viennent ahoutir a deux boites en tóle logées dans la brique, de chaque cólé du foyer. Ces boites remplissenl le méme róle que celles L du grand géuéra-

214

i.UOTEURS A VAPE R.

teur; elles sonl munies d'un grand nombre de peliles tubulures g qui injeclenl de l'air au-dessus de la couche de combuslihle en ignilion. Quanl a la porte du foyer, l'air lui parvient par un petil Lube n qui le prend aussi dans le cendrier. A part ces disposilions spéciales du foyer, la marche du couranl d'air cbaud ou des produils de la combuslion est la m éme que pour le généraleur précédemment décrit el représeu té pl. 2, fig. ~-

RÉSULTATS DES EXPÉRIENCES FAITES SUR LE GÉNÉRATEUR DE l\lM.

MOLINOS ET PRON

IER

Au moment ou nous lrai;ons ces lignes, les applications, quoique encore peu nombreuses Je ce systeme de généraleur (emiron 1000 chevnux), onl néanmoins Jonné lieu a des expériences qui sont assez décisives pour permettre d'enlrevoir l'avenir qui lui esl réservé. Nous abandonnerons pour l'instant l'apprécialion uu motle "{>lus ou moins compliqué de sa conslruclion de délail, altenuu que les résullals, comme ulilisation du combuslible, dépendent moins de la forme mcrne de l'euscrnble que de la dispoEilion parlic1,1liere du foyer el du mode d'introduction de J'air. Si celle dernicre combinaison esl honne, il est évident qu'elle pourra produire des résullals identiques avec des corps de chaudiere de formes différentes . • rous citerons trois séries principales d'expériences exéculées sur autanl de généraleurs différents établis a l'Exposilion univcrselle de 185t, a París, aux ateliers d'Oullins el a la manufacture des labacs de Paris (ce dernier générateur esl destiné a la manufacture des tabacs de Dieppe). Ces trois générateurs, de puissances d ifférentes, représenlent 25, 117 et 50 melres de surface de chauffe. • L'appareil présenté u l'Exposfüon universelle par Gft -.;ÉRATEUR DE L'ExPosmoN. MM. l\Iolinos et Pronnier a élé, de la parl du jury, comme les autres égalemenl exposés et fonctionnant, l'objet u'expériences que l'on a du s'eITorcer de rendre aussi rigoureuses que possible. En voici le résullat sous la forme cl'une moyenne de 2ñ expériences faitcs du 10 seplembre au 10 novembre : nisoMi DES EXPiRIEXCES FAITES A L'EX POSITION ONIVERSELLE DE

1 DURÉE totale des · expérieuces 110n compris celle de de la mise la grille. en pression.

SURFACES

de chanlTe.

1855

SOR LE GÉNÉRATEOR DE MM, MOLINOS ET PBONNIER

POIDS TOTAL

d'eau

de houille

vaporisée.

brulée.

1 24m.q,686

Om.q.5:¡

H8h45

POIDS "]!OYE

POIDS de houille brulée par par par décim~tre mime carré carré de kilogramme de surfare grille de chaulTe ele houillc. et par heure. et ¡iar hcure. DE VAPEUR PRODUITE

9i35llk

9529k

9k69

3-tkrn

-fk237

CÉNÉRATEUR TUBU LAIHE A , E T FORCÉ.

Pour procétler a ces expériences, on a complé upartir momenl 011 la mise en . vapeur a 5 atmosphfrcs étail alteinle, afin de ne pas confondre la quanlité de combustible nécessaire a la mise en train avec cclle réellemenl <lépensée pour chaque kilogrammc de vapeur produile. Les cendres n'onl pas élé dérl11iles, le combustible employé élanl du Charleroi qui en produit peu. En examinant le détail des 25 expérienccs, dont le tableau précédent n'esl que le résumé moyen, on reconnalt que la quanlité u.e vapeur produile par melre carré Lle surface de chauffe a varié de 17 a 40 kilogrammes pnr beure, et le poids de combustible brulé par décimetre carré ele grille, entre 0k85 el 1.k40 dans le IDl'IDe temps. Enfin, le poids d'cau vaporisée par kilogramme de houille, dont la moyenne égale 9,69, s'csl élcvé généralernent a 10k5 dans les dernieres expériences, au moment desquelles l'on peut admellre, qu'en cffel, le chauffeur éluit plus exercé elans Ju conduile de son fourneau. GÉ ' ÉRATEUR DES ATELIERS o'O • LLI:<s. - Cet appareil, donl la puissance esl ele 117 mclres de surface évaporaloire, a elonné les résullals sui rnnts: nisuMt UES EXPiRIENCES EXÉCUTÉES EN

<,J

o:: CQ

%Í

·;;:

1858,

A OOLLll'iS, SUR LE GÉNÉRATEOR DE !llll. MOI.INOS ET PRONfüER.

POIDS

EA U VAPORISÉE.

CHARBON BRULÉ

é:;

¡;::¡ ·.:: -t.J~

~-g_ o:: ;:,

.,... x

des

Poicls

Par 1 kilog .

par

~ -o

combuslibe.

cendres.

lolal.

de charbon.

heure.

t1 h.

t1 t1

36901 62120 57567 56784 53776

52.t2 8792 8741 5950 9206

0 2:

.,X .,.,, -o

::,

PRODUCTION de vapeur par par mctre déci11,e1re de surface de carré chaulfe de grille el par hcure. et par hcure .

-- --

311287

9,82

536080 516376

10,05 40,59

554 ~9 530144

10.91 tt,86

254,44 k. 239,06

4,19

48,37

t ,1 i

217,12 198,28 93 ,81

1,01

47,19 15,79 42,61 46,34

0,89 0,92

moyenne tOk65

Dans ces expériences, on a jugé convenable de relrancher le poids des cendres, qui s'éleve a 15 pour 100 du poids total de combustible employé, afin de connailre la production de vapeur pour du charbon pur. Par conséquent, puisque la moyenne de celte produclion, ainsi estirnée a O,, 5 du poids ele combustible réellemenl dépensé, esl égale it 10k65 de vapeur ponr 1 kilogramme de houille pure, il en résulle qu'en faisant la rérluction au point de vue du combustible brut, el lel qu'il est achelé el payé, celle produclion serait égc1le a :

10k65 X 0,85

9k05.

216

l\IOTEURS A VAPEUR.

ous faisons cette remarque afin de rneltre en garde contre les erreurs que l'ou pourrait faire si l'on pensait obtenir ce résultal.- exception11el sans tenir compte des . parlies uon combustibles tle la houille. S'il est j usle tle rechercher le rentlement clu a un combustible réellemeul pur, il est également équilahle de faire remarguer que l'on fail souvent rapporter une cxpérience au poids brut de houille dépensée, saos se préoccuper des décbels qu'elle peut fournir. C'cst d'ailleurs de cette fa~on que l'on a déterminé le chiffre moyen 7600 (36) de la puissance calorifique, cbiffre qui suppose néanmoins que la houille ne produil pas plus de 10 pour 1.00 Je ccnJres (1). Un appareil semblable, mais d'une GÉNÉRATEUR DE LA MAN FACTURE DES TABACS. puis anee de 50 mclres de surface vaporisatoire, a été fourni a celle grande adminislrnlion, ou sa réceplion a élé précédée d'expériences exlremement précises exécu lées sous les yeux des ingénieurs des man u factures des tabacs. Le mode de procéder était le méme que pour les expériences cilées précédemment. Apres avoir lrcs-exactement lenu comple des quantilés de combustible absorbées pour la mise en pression, ninsi que de la tempéralure de l'eau d'alimenlalion ramenéc a la ternpéralure de i5 clegrés, et fait la déductiou des scories, on a oble11n, en lrois expériences finales d'une durée totale de 29 heures, les résullals suivanls: RÉSUlUÉ EXÉCUTÉES EN

1859

DES EXPÉRIENCES

A LA MANUFACTURE DES 1:ABACS Dll PARIS,

SUR UN GÉNÉRATEUR DE MM. MOLINOS ET PllONNIER.

ORDRE

DURÉE

des

de la

cxpérieur.cs ,

marche.

POIDS D'EAU

ai 5

degrés évaporée par i lólogramme de combllSlible.

POIDS D'EAU

évaporée par métre carré de surface de cba111Te eL par bcure.

7h 10' iQh 45 1

9k60

32k

9k72

22k96

Hhi5t

iOk •

22k56

Les qua_ntilés de scories déduites se sont élevées, en moyenne, a 6 pour 100 du - poitls total du combustible lm)lé, d'ou il résulle que les rendemeols ci-clessus ne subiraient qu'uoe faible réduclion s'ils élaient ramenés au charhon brut. Comme ces chiff~·es de rendemen t, tres-élevés, pouvaientlaisser qtielques dou les, eu égard a une cerlaine quantilé d'eau uon vaporisée que la vapeur pouvait entrainer avec elle, les expérimentateurs userent tl'un procédé tres-ingénieux afin d'avoir uue 1dée auss1 exacle que possible de celle situation, qui élait, de toules fa~ons, lres-Jil'licile a délerminer. Ils firent mélanger a l'eau con tenue par le générateur une cerlaine quan tité de (1) Yoir les expériences cilées par P éclet dans son Traité s11r la chale11r, pages 101

a 103, Lome Icr, i843.

GÉ ÉRATEUR TUBULAIRE A VENT FORCÉ.

217

sel, et analyser Feau a des moments d'exp ériences suffisamment rapprocliés. Il cst • évident que si la vapeur n'entraine pas cl'eau, le degré de saluralion de celle restan t dans la chaudiere doit rester fix e, en rª"ison de cclle qui est continuellemcn t injectée pour correspondre a la vaporisation. i\Iais si la vapeur entraine de l'eau non vaporisée, elle entraine aussi du sel avec elle, et le dcgr é de saturalion doit diminuer (1). En procédant ainsi, on put eslimer que l' eau entrainée par la vapeur ne dépassait pas, en moyenne, 1/ 158 de celle vaporisée. Par conséquent, lout approximative que puisse etre cette mélhode, son application permet de conclure que les indications qu'clle a fournies suffisaient pour élablir que l'entrainement d'eau étail assez /'a ible, et que les résultats obtenus comme utilisation du combustible pouvaient etre mainlcnus. Quant au d_e gré de fumivorité de cet appareil, les memes expériences ont démonlré qu'il ne pro<luil de fumée qu'au momcnt des charges, lorsque l'acliou du venlilateur est nécessairement suspendue. Nous n'ajouterons ríen a ces nolions sur ce gé nérateur, pensant qu'ellcs suffironl a ceux de nos lecteurs qui voudraient se former une conviclion sur la fai;on dont la pratique a répondu aux appréciations des inventeurs. Disons encore cependant qu'au concours tout r écent qui vient d'avoir lieu a l\fulhouse, 1.Jans l'élablissement de i\1. Émile Dolfus, on a pu con~later, apres des expériences réitérées et failes avec le plus grand soin, que ce systeme de cha u diere se Lrouve en p1·emierc ligue, sous le rapport de la produclion de la vapeur et l'économie de combustihle. Nous devrions parler aussi des généraleurs tubulaires h foyer inlérieur de l\Ii\1. Cail et ce, qui en construisent en elTet un grand nombre pour les usin es ; mais comme ils ont la plus grande analogie avec les chaudicres des loco moti ves et surtout des locomobiles, nous croyons préférabl e de renvoyer a cet éga rd a la description de ces dernieres que nous donnerons daos le sccond volume de ce traílé. La maison Cail, qui apporte tant <le précision daos toutes les conslructions mécaniques, a compris, mieux que personne, l'avantage des généraleurs tubulaires en général, et s'y est adonnée d'une maniere toule spéciale; mais elle a comprís aussi que pour qu'un tel systeme puisse se répandre dans les manufactures, commc il est plus difficile a exécuter, qu'.il exige plus cl'allention, et qu'il revíenl forcémenl plus cher, il était indispeusable qu'on y portal plus de soin que daos le systeme ordinaire de générateur cylindrique avec ou sans bouilleurs. ( l ) On doiL a M. Corbin-Desboissieres un procédé tres-simple pour éviler et me ure1· I'en lra1nemenL de l'ea u par la vapeur dans les cylindres. Ce sys tcme, expérim e11té au chem in d'Orléa ns par M. C. Polon ceau, de reurellable mémoire, consiste en un peigne métallique composé d'une nombreuse quanlilé de fils de Jailon lres-minces el tre,-rapprochés qui sonl clirigés verlicalemcnt au-dessus du ni vean upérieur de l'eau; de lelle sorle que, quand la chaudiere est en fonclion, la rnr,eur qui se dégage élant forcée, pour sorti r, de traver-er loutc la longueur du peigne, se dépouill e des molécules d'eau qu'elle a e11lra10ées avec elle , eL qui relombcnL daos uue so rle de ~o uttiere inclinée disposéc a quelques cenlimétres au-dessus du niveau.

218

1\IOTEURS A VAPEUR.

GÉNÉRATEUR A FOYER :INTÉB.IEUB A CIRCULAT:ION B.AT:IONNELLE

Par l\I. E. B o u lt Do N, ingénieur-mécanicien

a Paris

Le généraleur représenlé fig. 32 esl de l'invenlion de 1\f. Eugcnc Bourdon, qui a cherché uapporler des pcrfectionuernenls utilcs dans la conslruclion ele ces appareils el eles parties accessoires qui les accompagnent. Cct appareil esl fonué sur le principe du foyer inlérieur, commc ccux de Cornwnll, el cl'un sysleme pa rticulier Je réchauffeur pour l'eau d'alimenlalion. La longucur de la cbaudiere se lrouve récJuile, toul en conservant .néanmoios une circulalion d'une étendue suffisanle aux procluils de la combuslion. Fig. 32.

Écbelle de i /40.

On y remarque le corps principal A muni a l'intérieur du bouilleur-foyer B et de sa 0 Tille C. Iais ce corps intéri eur, au lieu de traverser le Lout cJu cylindre principal, se releve d'équerre et prend une forme légerement conique en E, avec un chapeau sphérique F qui semble le boucber complétement. Ce chapeau est garni tl'un e série de tubes G, qui sont disposés lout autour uu corps conique E, et se terrni nent sur une collerelle H, qui forme le fontl cl' une capacité ·cylindrique D, enlourant complélement l'extrémilé verlicale cJu bouilleur-foyer BE . La clucbe D est

•

GÉNÉRATEUR B0URD0N.

219

elle-meme envcloppée par un dome J d'une forme semblable, mais qui, s'appuyant sur la rnai;onucrie du corps principal, n'esl aulre chosc qu'une bolte a fumée au sommet de laquelle commence la cheminée K. Par conséquent, la marche des gaz chauds et de la fumée s'effectue par le conduit intérieur_B, son prolongement E, et. en fin, de haut en bas, par les lubes G qui <lébouchenl dans la boile afumée J, ou ils se relevent en circulant autour de la. cloche D, el s'échappent ensuite par la cheminée K. L'eau est répartie dans deux capacités dislincles qui sont le corps principal A et l'intervalle compris en~re le conduil conique E et la cloche D, espace aussi traversé par les tu bes G. L' eau d'al imenlation esl envoyée direclemen t dans ce lle partie, ou elle prend la chaleur fournie par les gaz a la fin de lenr passage. Au fnr et a mesure qu'elle s'écbauffe, elle s'éleve, et, le réservoir D élanl suff1sammenl rempli, celte eau atleint l'orifice d'un tube L qui cornmnnique avec celle contenne dans le corps principal A. L'écoulement a lieu naturellemenl et sous la simple aclion de la pQsanteur de la colonne tl'can dans le tube L, au-tlessus dn niveau de la surfaee libre dans la chaudiere A, altendu que les dcux réscrvoirs sont aussi en communicalion de vapeur par l'aulre tube I, ce qui fait que les deux surfaces libres en A el e11 D sont sous la mcme prcssion. La vaporisalion la plus énergique a done lieu dans la chaudiere A ou la vapeur remplit l'espace libre au-dessus de l'eau, ainsi qu'un réservoir lres-élevé l\l donl le sommet est mnni d'une tubulure O pour y faire la prise. Quant a la vapenr qui se dégage de la masse d'eau confinée dans le réservoir D, elle en occupe la parlie supérieure et se lrouve en relalion constante avec le corps principnl par le conduil I, ainsi que nous l'avons dit. L'orifice de ce dernier s'ouvre Je plus haut possible, afin tl'éviler les entrainemenls d'eau non vaporisée. Résumanl celle combinaison, nous trouvons que la séparalion est complete entre l'eau froide u'alimentalion et la masse qui esta la plus haute lempéralure; nous reconnaissons égalernenl que celtp eau ne peut entrer dans la chaudicrc principale que lorsqu'elle esl déja trcs-chaude, apres avoir ahsorbé-la cbaleur de la fin du circui L par trois parois : celle dn cóne E, des tubes G et celle clu réservoir D. Celte disposition esl ingénieuse, comme loutes les idées de l\l. Bourdon. Les résultals pratiques, comme utilisation clu combnslil1le, ont du reste justifié les prévisions de l'inventeur. l\Iais ne•peut-on pas lui 1~eprocber la dirficullé d'exéculion, el peulelrc les embarras que cause l'entre1ien ou une réparalion fortuile? Dn reste, l'ensemble du générateur a le mérile incontestable de ne point exigcr de construclion spéciale et d'elre en quelque sorle locomobile par la facilité qn'il présenle pour l'établir et le déplaccr. 11 esl presque superflu de faire remarquer que cet appareil est muni ele tons les acccssoires ordinaires, tels que soupapes de surelé P, flolleur a sifflet e, clu sysleme · part:culier de l\f. Bourdon ('1), etc. La fig. 32, qui est dessinée a l'échelle; perrnet de jnger des dimensions de ce (t)

Voir ¡,our les délails de cet apparcil, le chapilrc n11, c~nceroant les Appareils lle sflrelé el d'obse1·vation .

220

MOTEURS A VAPEUR.

générateur, ·donf la base correspond a 11 mclres carrés de surface Je chauffe réduiie, c'est-ü-dire déduclion faite des parties les rnoins chauffées. Le volume tolal <.le l'appareil est de 6m. c. 900; celui occupé par l'ean égale 1 m. c. 600.

GÉNÉRATEUR TUBULAIB.E VERTICAL

Par

iU. BE s LA Y,

ancie.n constructeur

a Paris

Ce sysleme de chaudiere, propasé par M. Beslay, il y a enviran douze ans, pour la marine de l'Élat, avait pour objel principal tl'obtenir la plus grande surface de chauffe possible sous le moindre volnme, et de n'exiger aucune construction qu'uue hase solide pour la rccevoir. Une applicaiion, entre autres, en ~ élé faite dans les aleliers du chemin de fer d'Orléans, a la g·are d'Ivry.

Fig. 33.

Écbelle de 1/40.

Si ce sysleme, Lel qu'il esi représenté par la fig. 33, n'a pas pris une tres-grande extension, il n'est pas moins vrai de dire que la disposilion verticalc parait clre néanmoins adoptée par quelques conslructeurs. On conslruit aujourd'hui un grand nombre de peliies machines a vapeur, clireciement moniées sur la chaudirrc, <]ni esl analoguc exlérieuremcni a celle de M. Besluy. Seulement, l'intéricur est quelqucfois moins compliqué. · Ce généralcur se compase de dcux cylindrcs en tole A et B, concentriques l'un a l'aulrc, elplacés verlicalcmcnl sur nq soclc en fon le C, qui les élcve h quclques cléci-

221.

GÉNÉRATEUR BESLAY.

mclrcs nn-dcssus du sol et sert Je cendrier. Ln capacité comprise entre ces dcux cylindres es{ entierement pleine cl'eau. La grille D, placée a la parli~ inférieure, un peu nu-dessus du socle, occupe la.base enliere du cylíndre intérieur B; on y jelle le combustible par la porte d'entrée a double paroi. E. La base supérieure des de11x cylindres est formée par 1n cloison horizontale F, qui cst également en tole. A celle cloison sont suspendus verticalernent les deux gros tubes concenlriques G et H, dont l'intervalle est aussi pleín d'eau el en communication avec la capacíté existant entre les deux corps cylindriques A et B, au moyen de tubes horizontaux I et dn tube recourbé 11 • Le cylindre extéricur A se prolonge au-dessus de la cloison horizontale F, et se lrouve fermé par une seconde cloisón parallele J, sur laqnelle se pose la cheminée d'appel K. La base de celle-ci présenle la forme tl'un teonc ele cune et s'élargit pour recevoir ln fumée et les gaz brulés qui se dégngent en meme temps du conJuit central H et de chacun des tubes verticaux L. · Lorsque le charbon jeté sur la grille est en combustion, la flamme et l'air chauJ, remplissant entieremenl l'espace compris entre les cylindres B et G et l'intérieur d11 conduit cenfral H, lechent.toute leur surface et ce-lle des tubulures I, et s'échappent a la partie supérieure, en vaporisant l'eau contenue dans les capacités annulaires, el qui s'y renouvelle sans cesse; obligés de passer par les conduits L pour aller a la cheminée, ils vaporisenl également l'eau contenue dans la cbaudiere A, au-dcssus de la cloison F, et chauffent en meme temps ln vapeur a mesure qu'elle se forme el qu'elle arrive dans la capacité libre. Pour mettre cette capacité chauffée en communication avec celle inférieure, le conslructeur a disposé une suite de tubes en cuivre a et b, dont les uns, partant dn fond horizontal F, descendent a oO cenlimetres au-dessons, et les autres, désaffleurnnt sous la plaque de quelques centimetres seulement, s'élevent au-dessus dn niveau supérieur de l'eau, afin ele former une circulalion continue en permettant a la vapeur de monter dans le réservoir supérieur, et a l'eau d'alimentation Je descenJ.re vers le has. Cette eau arrive a la chaudiere par le tuyau e, qui est muni d'un robinet d; la vapeur est prise·vers le sommet de la cloche M, qui surmonte _In cloison J, par le tube e qui est également muni d'un robinet f. Le corps de la chaueliere est enveloppé tl'une chemise en bois N, cerclée en plu• sieurs points, et laissant entre elle et le cylindre A un pelit espace annulaire que l'on re:mplit d'une matiére quelconque non condnclrice de la chaleur, telle que dn sable. La b~se de la cheminée est munie, dans le meme hut, d'une enveloppe O en tute mince. II n'est guere probable que la disposition verticale, qui oblige de placer Je réservoir de vapeur 'daos la parlie la plus froide, relativement, des passages de la chaleur, soit fav~rahie a l'économie du combustible; elle ne permel pas non plus d'établir la circulation rationuelle de l'eau d'alimentation. Cette derniere doit, en effet, suivre une marche conlraire a ce qui convient le mieux, puisqu'il faut l'admeltre, soit en haut et tout pres de la chambre de vapenr, soit en bas, dans la parlie ou celte vapeur se forme le plus énergiquement. · 1

222

MOTEURS A VAPEUR.

Ce générateur présenle évidemment uue grande surface de chauffe direcle, et a pu produire, dit-on, avec les dimensions de celui indiqué par la figure ci-c.lessus, environ 550 kilograrnmes de vapeur par heure. Le volume total extérieur e.le l'appareil n'élant que de 4 metres cubes environ, la surface de cbauffe est néanrnoins de 12 rnrtres carrés; rnais la capacité pour l'eau esl fai ble et n ·attei nt pas 1 metre cube. Celle pour la vapcur esl moitié rnoi adre. Si l'on produit plus de 500 kilogrammes de vapeur par beure, c'est en raison de la grande élendue de surface de cbauffe directe, mais nous ne sommes pas convai ncu qu'il n_'y a pas une certaine quanlilé d'eau entrainée. C'est en effel ce que l'on c.loit craindre le plus avec les cbaudieres verticales, dont la surface libre de l'eau esl tres-petile, comparativement a la grande surface de chauffe: La. produclion de la vapeur étant tres-active el celle-ci ne lrouvanl pour se c.légager qu'une superficie reslreinle, produit des bouillonnements considérables, et sort dans l'espace vide en enveloppant et enlrainant des molécules u'can qui ne son l pas encore vaporisées. Les ingénieurs et la plupart des construcleurs ont reconnu cet inconvénicnl el plusieurs ont cherché a y porler remede. Nous citerons en parliculier l\f. Zambcanx, dont le systeme de chaudiere se compose aussi d'un corps cylindriqnc vertical reposant, comme la précédente, , sur un socle en fonte el renfermanl, l1 partir du foyer ménagé ~t la parlie inférieurc, une série de tubes paralleles lrcsrapprochés, dans lesquels passent la flamme el la fumée, et qui sonl enveloppés t.l'eau e.le toule parl. L'ébnllilion, qui s'opere convenablement d'abord, uevicnl bienlol lumultueuse, et alors, pour éviler que la vapeur, qui se forme rapidr.mcnt, n'cnlraine avec elle une certaine quantité d'eau, l\I. Zambeaux a proposé de placer entre le corps cylindrique de la chaudiere el la séric de tubes verticaux r;mgés unns Loutc sa partic cenlrale, une sorte de chemise qui, parlant de la porte du fo er, s'éleve a quelques décimelres au-dessous de la uase supérieure qm re<;oit les tubcs, el une seconde chemise plus courle, mais d'un diamelre plus grand que la précédenle, adaptóe a celle base, et descenJanl jusque pres du niveau de l'eau sans la loucher. 11 rósulte de celte <lisposilion que l'eau conlenue dans la prernicre enveloppe 6lant toujours melée ~1 une certaine quanfüé de vapeur, qui se forme sans cesse a une pesanleur spécifique moindre que celle qui se trouve a l'extérieur, rompl par suile l'équilibre, et alors il s'ólablit une circulalion continue. De plus, l'eau qui descend du sommet de cette enveloppe ne doit jamais pénétrcr dans la prise de vapeur, a cause de la seconde chemise, de sorle que la vapeur sortanle est, suivant l'auleur, complélement seche. Ce résullat a élé constaté devant une commission de la marine, sur une chandicre verlicale de 1m tO de diametre, ayan t 3 mc1res de hau teur, et 88 a 90 tu hes ue 2 melres. l\I. Zambeaux a aussi concouru lt l\Iulhouse, ou il parait avoir obtenu 6galement t.le bons rásullats. FIN

CHAPITRE

CINQUIEft!F..

CHAPITRE VI GÉ

ÉRATEURS A PRODUCTIO

1 STANTA 1 ÉE

Les générateurs, qui ont été décrils jusqu'ici dans cct ouvrage, ont pour can1cterc principal, quel que soit leur systcme parliculier, 1a formation de la vnpcur <fans le sein d'une masse liquide dont la tempéralure est égnle, pour ainsi dirc, i'.1 cclle de la vaporisalion: il ne luí manque, en effet, pour changer d'élat que la quantilé de chaleur latente nécessaire. D'aulre part, la formalion de la vapeur a lieu en dehors de toule surface mélallique chauffée a une tempéralure plus élevée que celle de cetle vapeur: nous avons dit que c'élail meme la une condition sine qua non de l'élablissement des générateurs, de ne jamais présenler de parties susceptibles de se découvrir de liquide, et par conséquent de s'élever de tempéralmc beaucoup au dela de celle de la vaporisation. Il esl, en effet, tres-daugereux de se trouver dans une pareille siluation ou une formation brusque de vapeur, par des_surfaces presque roug·es , peut amener une déchirure a la cbaudiere, ce qui fait passer immédiatement en vapeur toule l'eau qu'elle conÜenl et cause des accidents terribles. Lu gravité d'une explosion est done en raison de la masse d'eau renfermée par Je g-énérateur, d'oú l'on peut dire que si ce volume élait nul, l'explosion sera,it non pas sans effet, mais au moins peu intense, attendu que le volume de vapeur toule formée est tres-faible comparativement a celui qui correspondrait au volume tola! de l'eau. Or, ce fait connu et constaté, on a pu construire, et l'adminislration a pu auloriser des généraleurs ou la vapeur se forme, au contraire, sur des surfaces presque rouges, rnais ou il n'exisle pas, par conséquenl, de réserve d'eau liquide et memc de vapeur, autrement dit la vapeur est formée au fur et a mesure qu'on l'emploie , les deux fonclions devant toujours avoir líen ensemble. Basé. sur ce príncipe, un générateur peut elre infiniment moins volumineux, a égalité de surface, qu'un autre, puisque l'espace occupé par l'eau liquide peut l'etre par des parois ou diapbragmes quelconques constituant autant de surfaces de chauffe. _ Plusieur·s personnes se sont occupé de résoudre ce probleme et ont atteint le bul proposé plus ou moins heureusement. Parmi elles, nous cilero_ns un savanl chimisle et ingénieur, M. Bouligny (d'Évreux), auquel on doit non-seulement un systeme parliculier de générateur, mais aussi des recherches tres-curieuses sur la cáléfaction ou la théorie des liquides a l'état sphéroidal. Avant de décrire I'appareil de M. Boutigny, nous dirons quelques mols de cetle théorie.

224

l\WTEURS A VAPEUR.

-Tout le monde a pu observer que, lorsqu'on projelle quelques goutles de liquide sur une surface ruélallique i'l une tempéralure heaucoup plus élevée que celle qui convient a l'ébullition de ce meme liquide, sous la pression du milieu ambiant, le liquide, au lieu de s'évaporer promptement se forme en bulles a peu pres sphériques, qui se rneuvenl rapidement sur la plaque chauffée; c'est ce qui arrive si l'on jelte des goutles d'eau sur un poele de fon te l'ortement chauffé, presque a la tempéralure rouge. Si l'on projelle quelques grammes d'eau sur une capsule métallique chauffée au rouge, le liquide prencl immédialement cet état sphéro'iclal, suivaut l'expression <.le M. Bouligny, et ne s'évapore que tres-lenlement; mais si la capsule se refroidil, l'élal sphéro'idal ne peul plus se maintenir; le liquide s'élale, mouille la snrface chaufl'ée et se vaporise alors avec violence. . , D'apres les observalions dé -plusieurs savants et parlicufü·rement de ceJles dues a l.VI. Bouligny, on est concluit a penser que ce singulier phénomene, de voir un liquide qui ne se vaporise pas imméuiatement quoique en présence cl'une source de chalcur surabondante, résullait de ce que la goutle d'eau se trouvait réellernent isolée du corps cbauffé par la vapeur formée et mainlenue a une pelile ciistance, d'o11, ne recevant plus la chaleur par contact, mais seulement par rayonnement, la vaporisation devai t en etre tres-refroidie, ainsi que l' expérience !'indique . .Mais la tempéralure du corps s'ahaissant, le contact avec l'eau s'élablit et la vaporisalion s'effectue alors trcs-promplemenL Le phénomene de la caléfaclion de l'eau fournit l'explicalion de l'une des causes qui produisent les explosions de cbaudieres a vapeur. En effet, daus l'hypolhese qu'une partie de la paroi vienne a rougir, l'eau qui la mouillait s'en iscle d'abord en prenant l'élat sphéro'idal et donne ensuile lieu a une violente explosion lorsque celte paroi s'esl assez refroidie. De la l'immense danger que l'on court en· alimentant brusquement un générateur que par négligence on aurail laissé presque complélement manquer cl'eau. C'csl en s'occupanl de l'élude de la caléfaclion des liquides que l\'I. Boutigny eut l'idée de conslruire le générateur que nous allons décrire, donl ce phénomene n'esl pas néanmoins le principe essenliel. .ETAT SPHÉROIDAL oEs LIQUIDES.

GÉNÉRATEUR A PRODUCTION INSTANTANÉE

Par 1\1. BOUTIGNY (d'Évreux)

En parlan t ele ces princi pes, savoir : 1° que la vaporisation de l' eau la plus rapide a lieu par son conlact avec les surfaces chaufl'ées, et qu'elle est proporlionuelle u Ieur élendue; 2° que les dangers !<l'explosion proviennent surloul de la masse liquiJe maintenue a la température de la vaporisalion que renferme un générateur, 1\1. Bouligny a imaginé le généraleur représerÍté par la fig. 34, et qui a en effet pour caraclere, que les surfaces va.porisatoires sont tres-grandes, comparati-

GÉNÉRATEURS A PRODUCTION INSTANTANÉE. vement au vo!ume tolal tle l'appareil, et que le volume d'eau liquide qu'il reiiferme est pul o~ a peu pres. Le dessin que nous en <lonnons ici est, en principe, la reproduction cl'un appareil qui a fonctionné a li lre tl' essai lt la Villelle, dans la grande ·rabriqlie de bougies stéariques de MM. Jaillon, l\Ioinier et ce.

Fig. 34

Échelle de 1/15•.

Ce générateur se compose d'un vase principal A, en fon te, ayant la forme d'un cylindre terminé a sa partie inférieure par un fond hémisphérique, et fermé en dessus par un couvercle d'une forme anal~gue, solidement boulonné. 11 est entierement engagé dans un fourneau en mac;onnerie qui laisse autour de lui un carnean circulaire pour le passage des produits <le la combustion. L'ensemble de la masse de ma<;onnerie et du vase A se trouve élevé sur un socle qui porte aussi la grille du foyer. L'intérieur du générateur est garni <le plusieurs disques ou diaphragmes en cuivre B et C, les uns concaves et le.s autres couvexes, et tous percés. d'un grand nombre de pelils trous pour laisser passer l'eau qui pénelre dans la_chaudiere par sa partie sullérieure. 1.

226

MOTEURS A VAPEUR.

L'eau d'alimenlation arrive, en effet, refoulée au moyen d'une pompe, par un conduit supérieur muni du robinet D. L'ensemble du générateur élant porlé a une haute tempéralure, l'eau qui arrive rencontre le premier diaphragme, qui est éviderpment le moins chaud, s'y vaporise eu parlie, tandis que la parlie reslée liquide le travers·e et renconlre celui inférieur ou la vaporisation se conlinue. Au fur et a mesure que le liquide s'écoule, il rencontre des disques de plus en plus chauds, et lorsqu'il parvient sur le fond rneme du générateur il doit etre tolalement transformé en vapeur. Pour opérer la prise de vapeur, on fait usage d'un tube plongeant jusqu'aupres du fond et rnuni en dehors d'un robinet E. Comme il peut néanmoins se trouver de l'eau restée liquide apres un temps d'arre t, ou pendant la marche, par un ex ces d'alimcntation, on peut l'épuiser a l'aide d'un tuyau purgeur qui descend jusque sur le fond et qui porte un robinet F sur le couvercle de la chaudiere. 11 est évident que ce meme couvercle doit etre muni des divers appareils de su.reté, tels que soupapes, manometres, trop-plein de vapeur, etc. Pour résumer la marche de ce générateur, nous dirons que l'eau d'alimentation étant amenée en quanlilé juslement correspondante a la dépense, il ne se forme pas de magasin de liquide, et que l'appareil ne doil renfermer que de la vapeur qui se trouve aussilót dépensée que formée. D'autre part, la vaporisation doit etre tresprompte, puisque l'eau renconlrc conslarnment des surfaces presque seches, et qui peuvent elre, par conséquent, a une température beaucoup plus élevée que dans les généraleurs dont toules les surfaces de chauffe sont constamment en conlact avec du liquide. D'ailleurs, le développement de ces surfaces est ici tres-grand; et c'est dans le but de les augmenler que les diaphragmes préscnlent des surfaces courbes snr lesquelles l'eau est alors obligée de se répandre, tout en se formant en pluie a cause des trous, qui sonl encore un moyen d'accr_o ilre l'élendue des surfaces de cbauffe. Quant lt la fa~on de mettre cette cbaudiere en fonction, l'inventeur dit qu'il suffit de chauffer a sec pendant quelques minutes, puis au moyen d'une pompe a main, enrnyer de l'eau daus l'intérieur. En moins d'une demi-heure la vapeur a atteint la pression requise, el l'on peut meltre en marche. L'appareil essayé a la Villette avait les dimensions suivantes : Hauleur totale au centre. '. ... .. .............. ..... ..... Qm64 Icl. de la partie cylindrique...... . ..... .... . ...... QmM Diametre ............................................. om32 Ces dimensions, indépendamment des diapbragmes intérieurs, donnent Qm.q.55 pour surface de chauffe extérieure, celle directement exposée au feu du foyer et au couranl de calorique par le carneau circulaire. Voici, d'apres l\I. Boutigny, les résultals d\me expérience faite par lui-meme le 18 décembre 1851 :

GÉNÉRATEURS A PRODllCTION INSTANTA ÉE.

22i

Durée de l'expérieuce ..... . . , .... .. ..... . . . 9 heures. Quan Li Lé de houille hrítlée ................. . 81 kilog. Quantité d'eau évaporée ................... . 351 kilog. Température initiale de l'eau .... ·....... : ... . 39 degrés cent. Pression ................................. . 10 almospheres. En cornparant ce résultat avec ce que produit un générateur ordinai.re, nous trouvons: 3o1k

4k33

~fk

de vapeur produite par kilogramme de houille. Bien que dans la note ci-dessus on n'indique pas qu'il ait élé teuu compte des diverses perles dues a la mise en train, et que, suivant M. Bontigny, la houille qu'il a employée fü.t mauvaise, donnant a peine 6000 calories (36), ce résullat n'en est pas moios tres-faible, puisque nous savons que l'on peut produire assez aisément pres du double avec le ~ode ordinaire de génération de la vapeur. Jl cst vrai que la pression de la vapeur élait double de celle qui sert ordinairement de base aux expériences; mais l' eau d'alimentation était aussi tres-chaude. D'ailleurs, nous pouvons établir une hypothese approximative sur les effels que l'on obtieodrait dans ces condilions, . avec un générateur qui produirail 7 kilogrammes de vapeur par kilogramme de houille a 7500 uoités de chaleur, l'eau d'alimentation étant a 20 degrés. Un kilogramme de vapeur a 5 atmospheres, engendré avec de l'eau ayant 20°, doit rigoureusement absorber en calories uliles (9, 32 et 33) : n

(153 - 20

501)

634

calories.

Opérant de la meme fac;on pour 1Qat., l'eau d'alimentation étant n

('181 - 39

479)

a 39°, on trouvE::

621 calories.

Par conséquent, le générateur qui produit 7 kilogrammes de vapeur a 5 atmospheres, dans la premiere condilion, avec de la bonnc houille fournissant 7500 calories par kilogramme, produirait, par hypothese, en vapeur a 10at., daos la seconde condition, avec de la mauvaise houille donnant 6000 calories : 634

6000

7- X 621. X 7500

t)k71

soit pres e.le 6 kilogrammes de vapenr par kilogramme de houille au lieu de 4k33. Ainsi, il n'est pas probable que le générateur décrit précédemment soit remarquable par l'écooomic du combustible, et cela lient, du reste, au peu ·de parcourt des gaz qui doivent s'échapper dans la chemi.née a une température plus élevée que dans les aulres systemes. 11 semble, en effet, qu'il faille chauffer fres-fortement l'extérieur pour_que les diaphragmes acquierent la tempéralure nécessaire a une prompte vaporisalion,

MOTEURS A VAPEUR.

223

atlendu que ces diaphragmes ne revo ivenl gúere leur chalem que par rayonnement, puisque la vapeur seule élabliL leur contact immécliat avec levase directernent chauffé. Laissanl de coté la queslion d'économie, nous dfrons done avec M. Boutigny que ce générateur offre au moins l'nvantage d'occuper peu ' de place, de pouvoir s'élablir presqué aussi facilement qu'un poele, et de ne pas ·présenter de chances d'explosions d,mgereuses, puisqu'il ne renferme qne peu ou point d'eau liquide. · Mais en cela il présenle cel autre inconvénient, commc tous ceux a vaporisation instanlanée, de n'avoir point de réservoir de vapeur suffisant (p. HS8) pour subvenir aux irrégularilés inévilables de la marche d' un moteur et des machines qu'il esL appelé a commander. GÉNÉRATEUR EN FORME DE SERPENTIN

Par

l\J. Is o A n D ,

mécanicien

a Paris

l\'I. Isoard s'est occupé depuis plusieurs·années de nouveÍles dispositions a donner aux rnoleurs a vapeur. 'un de ses premicrs essais a consislé en une machine a vapeur rotative qui se composait d'un anneau creux, tournant horizonlalement au-dessus .d'un foyer, et qui receva it l'eau par son axe et l'un de ses bras; l'eau parvenue dans l'annea11 s'évaporaiL el s'échappail dans l'almosphere par une pelitc ouverlure pratiquér. pres d'une cloison ménagée a l'intérieur de l'anneau. Le príncipe du mouvement élait la réaclion. Cetle machine, qui pourrait elre un instrument curieux de démonslralion, ne pouvait avoir d'effel pralique uti lc: aussi fut-elle promptement abandonnée . . Plus tard, en 1849, le memc invenleur se íit brevetcr pour une autre machine dans laquelle on distingue un récepteur el un générateur parliculiers. Le récepleur n'cst aulre que la roue a paleltes de Branca (p. 89): nous n'cn parlerons pas. Le généraleur est un tube en fer tourné en serpenlin (fig. 35), dans Jeque! ou envoie de l'eau qui s'y vaporise instanlanément; les spires sont exactement en contact les unes avec les autres. Il est disposé au-dessus d'un foyer et a l'intérieur d'une cloche en brique C, enveloppée elle-meme par une chemise en tole mince D qui conslilue la boitc a fumée. Les produils de la comhustion s'élcvenl direclement a l'intérieur du serpenlin et circulenl cnsuile enlrc lui et la cloche en brique d'ou ils s'échappent par des ouverlurcs a ménagées asa parlie inférieure, el communiquant avec l'inlérieur de l'envcloppe en tóle D; de ce dernier cspace ils s'écoulent dircctemenl dans la cheminé :! d'appel E. Le serpenlin ainsi maintenu a une tempéralure voisine du rouge naissant; un filel J'eau est refoulé dans son intériem a l'aide d'une pompe communiquant avec son exlrémilé inférieure A qui traverse horizonlalement _le fourneau. L'eau remplissanl le serpenlin ne tarde pas de se réduire en vapeur, laquelle se trouve

GÉNÉ RATEURS A P ~ODUCTION INSTANT ANÉE.

229

dirigée a la machine molricc par l'exlrémilé de cet appareil qui s'éleve verlicalement et se recourbe en B. Dans ce généraleur, comme dans celui de M. Boutigny, l'eau ne fail.qu'un t_rescourt séjour, et dóit etre vaporisée aussilót qu'introduite. On peut y développer sans danger de tres-hautes pressions par l'absence de réservoir d;eau ou de vapeur et par la grande résislance du récipient. Le tuyau en fer. qui constitue le serpentin a en effel 6 centirnetres de diamelre extérieur, tandis que celui dµ vide n'est -que ; de 3, soit H.S rriillimelres d' épaisseur de fer. On a pu élever la· pression j usqu'a pres de oQ · atmospheres._

Fi g . SG.

. Éch elle de 1/30°.

Mais pour qu'un tel générateur fonctionne conv~nablement, il faut une bonne pompe alimentaire, munie d'une so u pape de su.reté qui constitu e le moyen de régler la pression, et qui fournisse l'eau constamment en proporlion de la dép~nse de vapeur, condition importante et difficile a obtenir. La machine molrice est aussi munie de quelques accessoires de détails appropriés a la haute lempérature de .la vapeur. To u les les garmtures des pieces mobiles se font a l'aide de bagues élastiques en bronze, comme des ressorls, au lieu d'étoupe qui se dessécherait et brulerail promptemcnt. En somme, il est présumable que celle disposition présenle quelques avantages sur l'appareil précédent, a cause du récipient ou serpenlin qui rec;oit plus directement, el par contacl, l'aclion de la chaleur; nous ne possédons pas, néanrnoins, de résultats d'expériences assez posilifs pour etre en mesure de donner une affirmation dans un sens ou dans l'aulre, abslraclion faite, d'ailleurs, du défaut iuhé-

230

1\'IOTEURS A VAPEU R.

rent au mode de. produclion inslaotané et de l'abseoce de réservoir de vapeur. Tout ce que nous pouvons affirmer, c'est qu'il s'en est fait diverses applications., Un ingénieur de Paris, l\f. Belleville, s'est beaucoup occupé de la memc queslion, pour laquelle il !1 pris successivement divers brevcts a partir de l'année 18o0, en variant les dispositions et la forme du récipient et de son fourneau, et en cherc4ant al'appliquer en grand aux appareils de nav1galíon, aux machines locomobiles et aux locomolives. Nóus ne devons pas omettre l\f. Testud de Benuregard, qui s'est également occupé de la production instantanée de la vapeur, et qui, des le commencement de l'année 1848, s'est fait breveter pour un systeme de générateur dont on a beaucoup parlé. . C'est un vase, d'une forte résistance, monté dans un fourneau, et dans lequel on fait arriver de l'eau qui s'y vaporisc aussit<ll son enlrée. l\fais ce vase est complétement vide au lieu de renfermer des diaphragmes comme celui de l\f. Bouligny, et l'eau to!nbe par goutleleltes direclement sur le fond, lequel a une grande épaisseur afin tl'emmagasiner une tres-grande quantilé de chaleur et rendre moins sensibles les irrégularilés du foyer. On remarque aussi dans l'appareil de .l\'l. Testud cette parlicularilé, que l'eau d'alimenlation est tres-vivement réchauffée, d'abord par la vapeur qui s'échappe a pres avoir produit son aclion sur le moteur, et ensuite par une circulation dans un serpentin qui passe au-dessous du cendrier et dans les carneaux parcourus par les produi ts de la combuslion. Elle pénetre done déja 1.Jans le vase vaporisateur a une tres-haute température, tout en conservant l'état de fluide liquide. La pompe alimentaire a<ljoinle au générateur de l\f. Testud de Bcauregard est, comme dans celui de l\f. Isoard, munie d'une soupape régulatrice dont le -poids est calculé suivant la pression a obtenir. · Nous aurions certainement encore bien d'autres inven teurs a citer, au sujet des généraleurs a production instantanée, mais nous ne croyons pas utile de prolonger ce chapitre, car ce que nous venons d'en dire peut suffire a faire bien comprendre ce qui a été tenlé a cet égard, et les <lifficultés que les inventeurs ont a vaincre pour atteindre la solulion pratique. U serait tres-intéressant de voir un tel probleme résolu, car alors on aurait des chaudieres d'un tres-pelil volume, d'un faible poids, qui, dans un grand nombre de cas, seraient d'une tres-grande utilité.

FIN

CHAP ITI\E

SIXIE~IE.

CHAPJTRE Vil FOYERS FUMIVORES

Le probleme de la suppression de la fumée dans les puissants appareils de vaporisation, et en général, du reste, dans tous les foyers d'usiues qui consomment de grandes quantités de combustible, a pris une importance qui ne peut que grandir comtne l'extension meme des fabriques ou manufactures. Il est évidenl que pour les usines sítuées pres de localités un peu populeuses, la fumée offre des inconvénients tres-graves. Mais il est sans doule plus facile de désirer la suppression de la fumée que d'en obtenir réellement l'extinction; car il n'a pas moins fallu que des réclamations incessantes et plusieurs ordonnances en France et en Angleterre pour décider les industriels a s'occuper sérieusement de la résolution clu probleme. D'abord, la plupart des appareils proposés pour produire la combuslion de la fumée étaient généralement beaucoup plus compliqués ou plus délicats que réellement efficaces, ou au moins exigeaient des soins et un en tretien en dehors des possibilités pratiques; et puis s'il se présentait une disposition d'un succes probable, elle donnait lieu souvent a des modifications trop importantes dans les appareils établis pour qu'il füt possible de l'imposer purement et simplemeqt a un manufaclurier. Nous nous proposons de donner un mot d'explication sur la cause de la fumée et sur les divers appareils qui ont été imaginés pour la détruire. Avec nos renseignements partictiliers a cet égard, nons ne pouvons mieux faire que de nous appuyer sur les travaux de M. Combes, dont la Société cl'encouragement a publié un résumé tres-inslrnctif dans son L1v 0 volume, avec une notice, par M. Viollet, au sujet de l'application des foyers fumivores.

PRINCIPES G .' ÉNÉRAUX DES FOYEBS F1JMIVORES

On sait que la combustion d'un corps est sa combinaison avec l'oxygene, phénomene qui doit s'accomplir, pour les combustibles industriels, a une haute température, el dans l~quel l'air atmosphérique fournit J'oxygcne qui entr~tient la combuslion. Les combustibles étant formés en grande partie de carbone, ce corps simple se combine avec le corps comburant, l'oxygene, forme en partie de l'acide

232

MOTEURS A VAPEUR.

carbonique et de l'oxyde de carbone, suivant que la quanlité d'oxygene esl plus ou moins suffisante pour que la combuslion s'opere en tolalilé ou partieÍlement. Mais un combustible n'est pour ainsi dire jamais formé de carbone pur : il renferme généralement des gaz, de l'hydrogene parliculierement, qui est combustible comme le carbone, et brule si la quanlilé d'air fournie .a la combustion est sufEsante. Par conséquent, lorsqu'on brule un combustible dans un foyer, si nous en exceptons la partie terreuse incomhuslible qui forme les cendres, la masse to tale serait consommée et transforrnée surlout e.n acide carbonique, corps incolore et sans odeur, si la combustion était parfaile. Mais, la plupart du temps, loin que celle combinaison ait lieu complétement, l'insuffisance des volurnes d'air fournis et la lrop basse tcmpérature du foyer au ·moment d'une cbarge de comhuslible froid, font qu'une partie seulement brule complélement, tandis qu'une aulre parlie se ·dégage en produits résultant d'une simple dislillation qui donne ,naissance a ·des vapeurs résineuses ou scbisteuses, suivant la nature du combustible, et a de l'oxyde de carbone, gaz essentiellement combustible, mais qui se dégage sans bruler, faute d'une température suffisante et d'un volume d'air convenable pour le rallumer. Ces produits passifs de la combustion enlrainent avec eux du carbone non brulé a un état extreme de division, et constiluent la fi11mée. 11 arrive, d'ailleurs, que par un mode vicieux de l'entrée d'air dans le foyer, cet air chemine en veines paralleles a celles des gaz qu'ils devraient enflammer s'ils s'y lrouvaien t mélangés et si leur température élait assez élevée. Dans ce cas, l'inlroduclion d'air pourrait etrc suffisante, sans que la comhinaison de son oxygene avec les gaz combustibles put avoir lieu. Quelques expériences tendent a prouver que le carbone échappé a la combustion, el qui s'en va en fumée, ne conslitue pas une perle véritablement sensible, et que la quantilé de chaleur qu'il faut dépenser pour hruler celte fumée, quand elle est formée, est plus grande que celle qui résulte de sa combustion meme. l\fais il n'en est pas de meme de l'oxyde de carbone, qui est tres-combustible, et qu'on doit pouvoir rallumer lorsqu'un foyer en dégage beaucoup, si l'on veut réellement utiliser le combnslible dépensé. Parmi les combustibles induslriels on distingue, comme susceptibles de produire le moins de fumée, ceux dont la composition est la plus pure en carbone : le charbon de bois, le coke et les an lhraciles; et comme produisant le plus de fumée, ceux qui renferment le plus d'autres corps élrangers : )es houilles grasses, la tourbe et le bois. Si done, nous adoptons pour terme de comparaison le systeme de foyer ordinaire d'un générateur, et que nous voulions nous rendre compte de ce qu'il faudrait faire pour diminuer la quantilé de fumée en brulant un combustible qui en produit nolablement, nous arrivons aux conclusions suivantes: 1° On ne peul pas éviler la fumée au moment de l'allumage, alors que le foyer est froid el qu'aucune parlie du combustible n'esl incanu.escente; 2° l\fais lorsque la charge complete de charbon est bien en feu et que la fumée

FOYERS FUl\HVORES.

233

est nulle, on peut réduire beaucoup celle qui résulte de l'alimentation du foyer, en -opérant par charges tres-faibles et fréquentes; 3° To u tes' choses égales d'ailleurs, les passages entre les barreaux de la grille doiveut etre suffisants pour laisser passer l'air néccssaire a la quantité de combustible que l'on veut crnployer daos un temps déterminé. Les carneaux doivent aussi avoir une seclion proportionnée suivant ces memes données. D'apres les expériences auxquelles il s'est livré, M. Combes en a·conclu que, pour rendre autant que possible fumivore un foyer ordinaire, la grille ne devait pas avoir moins de 1,o décimelre carré par kilogramme de houille a hruler par heure; la somme des vides entre les barreaux doit etre le quart de l'aire tolale de la grille; la section de la cheminée 1 le liers de celle aire et la seclion des carneaux égale a celle de la cheminée. Il conclut également en disant que ces dimensions doivent etre calculées sur une quantité de combustible notablement supérieure a celle qui corresponcl a une marche normale, afin d'éviter les inconvénients qui résulteraient d'une surcharge momenlan~e. Basés sur les considéralions qui précedent, voici a peu pres les différenls systemes principaux de foyers fumivores qui ont élé proposés: j O Grilles mohiles tournantes ou fixes, recevant le combustible d'un distributeur mécanique, qui permet l'alimentation continue en faibles charges, et saos ouv:rir la porte du foyer, manceuvre qui a pour résultat d'abaisser ruomenlanément sa tempéralure; 2° Systemes composés de deux foyers, l'un des deux destiné a bruler la fumée dégagée par l'au tre; 3~ Dispositions dans lesquelles le combustible est transformé en gaz combustible avan~ son inlroduction dans les carneaux; 4° Foyers alimenlés par la couche infériéure, laissant éelle supérieure toujours incandescente et a la plus haute température; oº Inlroduction de jets d'air ou de vapeur dans le but de parachever la combustion incomplete des corps Yolatils dégagés. De ces divers procédés, nous en décrirons quelques-uns et _nous mentionnerons seulement les autres, en les distinguant suivant trois classes principales: 1° Distributeurs mécaniques; 2° Transformation des coqibustibles en gaz et foyers combinés; 3° Introduclion d'air, formes spéciales des grilles et ernploi de jets de vapeur.

APPAB.EILS FUMIVOB.ES A

DISTB.IBUTEURS MÉC,ANI2UES

Nous décrivons en détail les dispositions proposées par MM. Moulfarine et Tailfe1:. comme foyers fumivores imaginés suivant le pdncipe des distributeurs et de la · mobilisalion de la grille. Mais nous ferons auparavant une mention succincte des différents systemes analogues qui les ont précédés ou suivis. J. 30

234

MOTEURS A VAPEUR.

Gn1LLE TOURNANrn DE BnuNTON. Vers 18f9 on a appliqué aux chaudieres, en Anglelerre, un systcme de gr ille lournanle imaginée par un ingénie1ir nomrné Brunlon. Celle applicati0n a été faite a quelques-uns des générnleurs du s~steme de WaLt. Celle disposilion consistait en- une grille circulaire en fer forgé, m0ntée sur un axe vertical auquel la machine Eolrioe communiquajt mouvernenl de rotalion lres-lenf, d'un tour en Lrois ou qualre minutes. Le combustible, réduit em morceaux tl'une grosseí1r conveaable, était disposé dans une trémie lllacée au-dessus de la gr ille, ü l'exlérieur du fourneau; celle trémie étant lerminée par une ouv-e1"!ture garnie d'une Lrappe qui la démasqua.it a des inlervalles de ternps régulier~ le charb(i)n s'écoulai t tiur la grille qui, en lournan t, l'amcnait-peu a peu ver_s le foñd du 1'0yer. . Le rés ultat de ceHe combinaison et Je loutes celles analogues e!:it dernprésemter, en quclque snrle, deux foyers a la suite l'un de l'aulre, le premier recevant le c0m_buslible fruis qui commence alors a brúler, landis que le Jeuxieme, ou le .cbarl.Jon est toul afoil incandescent et ne donne plus ele fumée, rec;:oít la fum ée C!lu. premicr el la consomme . A la vérité, ces denx foyers ne so11t que .ficlif.-;, p1:1isque le mouvement circulaire tle la grille esl conlinu f't que ce n'est que saccessireme.u t que lou_les ses parlies se présenlent devanl le foyer et vers l'a111le]; mu.is nous oonservons celle expression pour rnieux faire comprendre d'autres dispositions ou les tleux foyers existent réeJlemenl, et qui ne tleviennent ainsi qu'une modificalion clu précédent. Pour compléler celle mention de l'appareil Brunlon, nous r1jouterons qu'on avait cu le soin ele rnunir la circonférence de la grille d'un rebord qui plongeait et t~urnail dans un bain de sable fin, afin d'éviler qu'aucune parlie de l'air affluent passal aulre part qu'au lravers des barreuux et du combustible. Cependanl, plus tard on a percé des trous dans les portes pour permellre l'en"lrée tl'une cel'laine quantilé tl'air frais qui se rnélangeait avrc la fumée et travcrsail avec elle la partie ü1candescenle clu combuslible. · On s'élail aussi arrangé de fac;on que le mécanisrne du dislributeur de combu·stible se lr0u,út relié avec cdui <les registres afin ~e rendre solidaires l'alimcnlalion du charbon et l'inlroduclion de l'air Jans le foyer. D'apres Trcclgold, ce lle grille pouvait brúler environ 1 kilogramme de houille par décimetre carré, el pro<luii;ait une économie sensü>le de combustible. Mais Péclet, lout en reconnaissanl que sa fonclionJ comme fumivore, étail salisfaisante, ajoute que celle économiu 11' é ta1t pas assez sensible ponr cornpenser la surveillance et l'enlrelien que ce syslemc exigeait. Tout récemmcnt, un manufaclurier fran~ais, M. Ch. Sébille (de Nantes), a proposé un sysleme analogue, mais modiílé en ce sens que la grille, au lieu de tourner conlinuellement et par un mouvernenl mécanique, cloil élre mue a la rnain, en lui faisanl faire un uemi-tour lt la fois. Le combustible e.;;l alors déposé sur la partie autérieure de la grille, el achaque nouvelle charge on opere ce mouvernent qui reporte le combustible, déja en feu, <lans le fontl Ju foyer, lanais que l'on dépose

FOYERS FUMIVORII;S.

le charbonf rais su· le devant de la grille. L'effet tbéorique esl évidemmenl le meme qu'avec l'appareil Brunton; mais le double foyer esl ici tout a fail cnraclérisé. D1srn1B.UTEUR CoLLIER. -1\1. John ColLier, mécanicien bien connn en Frunce, avait conslruil, en 1823, un dislribnteur de combustible donl il a fail l'applicalion dans ses propres atclirrs a un générateur alimentanl une machi ne de 6 ch evaux-vapeur. Ce dislri!Julcur se composait d'abord de deux cylindres en fon le, taillés en poinlcs de diaman't, et qui, en lournant, servaienl i1 concasser le combustible en lres-pelits morceaux; en sortanl des concassenrs, le charbon tombait entre deux clisqnes horizontaux, a ailelles, qui, étant animés d'un mouvement de rotalion d'environ 200 tours par minute, le projelaient sur la couche incandescente dUJ fuyer; la rolation rapide de crs disques forrnaiL une ventilation légere qni conlribuail, dans uue· cerlaine mesure, a la bonne fonclion de ce systcmc. Un rapport fr¡.s-favorable snr le rlislribu-teur Collier a été préscnlé, en 1837, a l'Académie des sciences, rapporl qui élabliss~tl néanmoins qt1e s0n mécanisrne absorbail a peu. pres 1/ 2 cheval, soil 1/12 de la puissance nominale du molcur. Quels que soient les avanlages de ce sys,leme, sa cC>mplication clevail etre- un cmpechement a sa propng·ati@n, ce qui a eu lieu en effet. ous conslatons, au rnoins, que l'idée d.e projcter le comlrnslible conlinuellemenl et a un lrcs-grnncl élat de division esl lres-ju&Le; d'ailleurs, des appareils plt1s rácenls ont été disposés suivanl ce principe et out égalemenl donné des résuLlals salisfaisanl&. Mais il ne faut pas onblicr que, dan& ce casr la grille doil etre dispos~e en Yue ~lP-> la ténuilé du comhusiible, qui pourrait !res-bien l!,l Lraverser saos brü\er, si les vides des harreaux. éla.ienl troµ considérables. D1s:rnrnurnwn. DE i'!. PA-YEN. - Le savant chimis,Le a fail étabfü, il y a cléja long~ temps, asa marmfadure de GreneUe, un_ app-arei1 dis~ribuleur el concas eur doot les résullals parai&~nt avoir élé t0ul a fail sa.lisfaisants. SupprimanL Lonlcs les pieees n1.écaniques ~u,¡. se1mient ~¡wsées a une ternpératur-e trop 6lcv.ée, M. Ii>aycn • a rendu la grille fixe et a. placé. au-cles&us, mmis en dehors du fourneaa,, trnis trémies da,ns lesquehles, le combu liblc se trouvait brisé (ilar des cyhndrcs garnis de dcnlsi derocbeL, et tombaii, ains,i, divisé, d1rectemen:t el d'une.fa<_;on continue, sur la grille. La partie récllcment ínécanique de toul cel apparei~ se rédnjsail dol'l'c au rnouveme.nt ües bro e.tus, et ses divorses picces. se tnouvaienL a:S'sez éloig·née& du fo er pom· ne recevoir, compara,livemen~ qu'u.ne fai.wie parlie de son action. M. Pa.ye-n déclare qu'uue ex.périence de plus de d.i_x années lui- a ~rmis cle consfaler I:efficaciLé de ce~~e. disposi bion, comme fcrmiv:arité et écorrom,e du co1ilbnstible, comparativemenlaux réS:rulals qnel'on oblientavec les moyens ordina:irc-s-tle condnile des foyei;s En dehors d lh buA princi-pa.l .a atteiroure, U est évident q lll'avec uD disü.•ibuhmr qui f0urmt le combustible peUi a pel!l et en morceaox rnenus, d'égale gresseur, la combustiolíl sera toujours tres CQmpiele: e1 hcea.ucoap, plos facile< a s?effedoer que pa·r fo rles. €.ha.l'ges· e.l en l!ll01'C'eaUX i négruu 1-

236

MOTEUHS A VA PEUR.

APPAREIL FUMIYORE A DISTRIBUTEUR ET GRILLE TOURNANTE Par 111. l\I o u L FAR IN E, ancien ingénieur-mécanicien ( FIG.

PL.

6) .

La disposHion adoptée par M. l\fo ulfarine est beaucoup plus récente que les divers apparcils qui viennent d'elre menlionnés, et doit en résumer, suivant nous, les caracteres géuéraux, mais avec des perfectionriements de détail. C'est, en principe, l'appareil de Bruuton composé du uislributeur et de la grille circulaire tournante, mais tres-modifié dans les déll;lils de conslruction. La fig. 4 de la pl. 6, qui représente ce syslerne de foyer, esl une section longitudinale parlielle faite sur l'axe de la grille et de tout le mécanisme de distribution . . Disros1r10N DE LA GRILLE. - On peut reconnaitre, a l'aide de la fig. 4, que la grille proprement dite A est circulaire et se trouve a l'entrée du fournean, au-dessous de la tele des bouilleurs B, comme dans les foyers ordinaires; entre elle et le chambranle en fonte S se trouve une plaque horizontale ponr recevoir .le combustible dans le cas ou la grille devrait elre momentanément chargée a la mai:i;i. Tous les barreaux qui composent la grille forment exactement un cercle a jour et reposent sur la couronne horizontale E, fondue d'une seule piece avec plusieurs bras H et un moyeu central dans lequel est rapportée une crapaudine a en bronze. Cette crapaudine porte sur le sommet d'un axe fixe _F , qui lui sert de pivot, et qui est creux dans toute sa hauteur pour permetlre d'amener dans cette parlie un petit filet de vapeur, que l'on fait venir de la chaudiere par un tube b, afin de lubrifier ou rafraichir constamment les deux surfaces en contact, au lieu d'une graisse quelconqµe qui ne pourrait pas se maintenir a cause de la chaleur. 11 parail que cette mélhode a donné de bons résultats et que les mouvements, qui sont du reste tres-lents, conservaient bien leur liberlé, sans usure trop considérable. · A la circonférence de la couronne E se trouve rapporlée une enveloppe c'Onique en tole G qui forme un enlonnoir dont la base est terminée par une parlie cylindrique G', enlieremen1 ouverte, donnant passage a l'air extérieur pour l'inlroduire sous la grille . Cet appendice cylindrique porte aussi une roue d'angle N par laquelle nous verrons tout a l'heure que le mouvement de rotalion lui es.t communiqué. Pour terminer ce qui regarde l'installation de l'ensemhle de'la grille, 110us f~rons remarquer que le cóne ou entonnoir G est garni d'u-q.e collerette K dont la fonction est idenlique a ce qui avait lieu dans le systeme de Brunton. Elle sert, en effet, a empecher les passages irréguliers de l'air en pénétrant dans une gorge circulaire remplie de cendre 'ou de sable fin; cetle gorge se trouve ménagée dans une plaque L fixée dans la mac;:onnerie, et qui conslitue un guide a l'appareil tournant. D'autre part, on voit que !'ensemble mobile repose et tourne sur l'extrémité de

FOYERS FUMIVORES.

237

la lige fixe F, qui est solidaire avec un croisillon a plusieurs branches I, lui-meme rattaché a une plaque analogue J, scellée dans la ma<;onnerie et servai:it aussi de support a une partie de la commande. Le mouvement de rotation est communiqué a la grille par un arbre horizontal lÍ posé en dehors du fourneau, et donl une extrémité porte deux poulies R, l'une recevanl le mouvement du moteur, et l'aulre transmeltant ce mouvement, par une courroie i et une poulie R', a un autre axe placé au-dessous du foyer. Cet axe porte aussi un pignon O correspondant a la roue d'angle N, laquelle, ainsi qu'on l'a vu, est solidaire du cóne et de la grille. Le premier axe h sert en meme temps a faire mouvoir le distributeur, ainsi que nous allons l'expliquer. D1srRIBUTEUR. - Le mécanisme destiné a alimenter le foyer se compose d'un tronc de eón e cannelé V, qui tourne sur lui-meme, et qui esl placé au bas d'une trémie en· mélal X, daos laquelle on verse le combustible. Cette trémie est échancrée a sa base el munie d'un registre ou porte a coulisse e dont on regle la posilion exacte par la vis de rappel el. Le cóne V préseute sa plus grande base au-dessus de la cir:conférence extérieure de la grille, et la plus petite, au contraire, du coté du centre. Suivant la pensée de l'auleur, celte disposilion doit avoir pour résullat de donner plus de charbon vers le pourlour de la grille que vers la partie centrale, et d'éviter qu'il ne s'amoncelle daos cette parlie, dont la vilesse est nécessairemenl beaucoup plus faible que celle <le la circonférence. Le combustible déposé dans la trémie, et débité par le mouvement du cóne V, tombe directement sur la grille en suivant le conduit vertical ménagé dans lama~ounerie entre les deux bouilleurs. Un registre horizontal Y, placé sur ce conduit, permet', au besoin, d'arreter l'alimentation saos suspendre la marche du mécanisme. Quant au mouvement du cóne distributeur V, on voit qu'il est donné par l'axe h et les roues d'angle f et g. RÉSUMÉ nu F0NCTI0NNEMENT. - Nous avons vu précédemment en quoi consiste les fonctions des foyers a grille tournante et distributeur : il reste done pen de chose a dire a l'égard de celui-ci pour faire connaitre les points qui le distinguent. C'est principalement l'entonnoir conique G qui dirige l'introduction de l'air et 'permet qu'il se répartisse tres-exactement sous la grille. L'entrée de cet air dans le foyer a lieu, des !'origine, par une grille fixe U, placée en avant du fourneau, d'ou il résulte que celui-ci peut elre enlierement clos par devant. En suite, le distributeur est caractérisé par le cóne V qui remplace les cohcasseurs des autres dispositions. ~elle-ci est, en cffet, combinée pour marcher avec du charbon concassé ou criblé d'avance

238

MOTEURS A VAPii:UR.

FOYER

FUMIVORE

GRILLE

MOBILE

PAR

TR.A.NSLATION

Ju ven,té p1r l\J. JU e K ES. et impwtó en Feance par l\l. TA I L FER ( FIG.

PL .

L'appareil qni a peut-~trc jusqU:ici, el de nos jours, rec;u le plus d'applicalions sérieuses, est cclui représenté sur celle planche (fig. o), el connu sous le nom de g1·ille~rnobite-Tait{er. L'invenlion primitive en csl <lue a M. Juckes, un ingénieur anglais, qui s'est fai t patenler p:rnr ;,: cela en 181:2. L'imporlalion de ce sysleme ·a élé faile en Frauce par M: Tailfer, mécanicien fran!;ais, qui l'a doté aussi de divers perfecliou nemcn ls. Il esl _facile de reconnailre que cel appareil a ponr principe l'inflammalion successive du combustible au fur et a mesure qu'il s'avanc:e vers le fond ou foyer; l'effet théorique sera done le meme qu'avec les grilles lournantcs: mais le résultat pralique doit en etre plus rapproché, en raison cl11 mouvemenl paraJlcle de la grille, plus ralionnel, par cela mcme, pou,· celte application, qu'un mouvement circulaire. Le príncipe de la clislribution esl un pcu différenl en ce qne celle fonction s'accomplit par la grilJc meme, sans m3canisme spécial. Voici, nu surplus, en quoi consiste l'enscmble t.le l'appareil Juckes-Tailfer. La grille, prop,,emenl dile, esl composée d'un tresENSEi\fBLE DE LA 01srosfrw~. grand nombre de peli ls barreanx a, arliculés entre eux el formant une chaine saos fin qui s'enroule sur deux Lambours polygonaux A et A'. Deux séries de rouleaux e et d servent a supporter la, cl1aine entre les deu · tamb urs el la mainliE:naenl tresplane, mais avec une cerlaine obliqoilé par rapporL a l'horizon . Le tambour A, qui donne le mouvement de trans.la\ion a. la chaine, esl commandé par son axe au moyen d'un sysleme d'eugrenages mis, en jeu a l'aide d'un moleur quelconque par une com:roie qui cÓrrespond a la poulie B. L'axe b de. cette poulie est terminé par un carré sm lequel on peut placer une manivelle pour faire mareber 1~,grille al~ rnaün, soi<t pour la faire rét.rograder, s@il pour lui connni,mi<JUer momentanément uue itesse dif.férente de celle fournie par le moteur. 11 fa,ul, du reste, la mener a la main. tantque la vapeur n'a pas acquis. la. prc-ssi-0n nécessaire p0-ur mellre le m leur ell! Lrain. Un débrayage ordinrure permeL d'isolcr le mécanisme de la grme de sa cornirnand.e. p,:r:bncipale. L'ensemble ele ce mécanisrne esl monté sur un hALi en fonte ÍMmé <le <letix. flasques lalérales Centre lesquelles la chaine se meut. Le tout forme done un appareil indépenuant du fourneau, el repose, par les galets e, sur des rails f qui parlenl de l'intérieur du foyer el se prolongent a l'exlérieur d'une quan tilé suffisante pour, au beso in, sorlir en licrement la grille. ·&_Par conséquent, la mise en place de lout l'appareil se résume a le faire avancer

FOYERS FUMIVORES.

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sur ces rails f t.lans l'espace laissé libre au-dcssous dos bouilleurs D, espace occupé, dans les disposilions onlinaires, par la griUe fixe simple et par le cendrier. Seulemcnt, l'autel est remplacé ici par le prolongement de la sole qui se termine par une • partie mince laissant la grille pénélrer au-dessous d'elle. En raison lle son peu d'épaisseur, celle paitie est consolidée par des tubes en fonle E dans lcsquels on fait circuler un courant d'eau pour les empechcr de brúler. ll sera facile rnainlenant tl'expliquer commenl le combuslible se trouve enlrainé par la grille, en vertu de son mouvement de translalion, et comme11t cet effH peut en meme temps régler la quantité a en brulcr. Le charbon, préalablement divisé en morceaux assez menus el sensiblement éganx, on le dépose dans une 1rémie F dont les parois sont formées des cloisons g et g', réunies aux flasques C du bati. La paroi verticale ,g laisse nécessairement une ouverlure a sa partie inférieure pour le passage du combustible; mais ce lle ouverture est en parlie masquée par un registre G qui peul elre mainlenu a des hauteurs différenles a l'aide d'un mécanisme d'en.c liquelage H dont l'axe porte des poulies sur lesquellcs s'enroulent les chaincs qui su'pportent le registre. Il résulte de cetle combinaison que la chaine de barreaux, en s'ayarn;ant, cntraine d'abortl la masse du charbon ·q ui repose enlierement sur elle. l\Iais arreté par le registre G, qui lui forme un obstacle Jixe, il peut suivre._ néanmoins la cbaine, mais seulement suivant une épaisseur de couche égale a la levée du registre. C'est ainsi qu'en combinant celle épaisseur avec la vitesse de translalion de la chaine, on peut arrirer a dépenser !elle quanlilé de combustible qu'il peut elre nécessaire avec un meme appareil. Si nous supposons qu'une prcmiere charge de FoNcno 'NEMENT DE L' APPAREIL. combustible ait élé amenée a l'incandescence au début de l'opéralion, et que l'on melte ensuite en train l'alimenlation continue, il est clair que le nouveau charbon amené par la grille comrnencer.a a s'échauffer des qu'il aura traversé le registre G; s'il en résultc une certaine distillation et une produclion de gaz combustible, ces produits, en passant au-dessus Je la partie incandescente tlu foyer, acheveront de s'y brCüer; puis, avarn;ant peu a peu, le nouveau combustible sera lui~meme transformé en cok.e et enfin entierement brulé: 11 ne doit done rester sur la grille, a son exlrémité postérieure, que peu de résitl us, don t m1e partie lombe au travers des barreaux el l'au tre al' extrérni té meme; un bassin I est spécialement disposé pour les recevoir, les rccueillir et les sortir du foyer. NoTE SUR LES RÉSULTATS n'EXPÉRIENCE. La vitessc de translation de la grille est évidemmcnl variable suivant la nalure des combustibles employés et l'aclivi1é du foyer, que l'on regle au moyen du registre de la cheminée. De loute fa~oil, ce rnouvement e~t tres-Jent et moyennement égal a 2 melres par heure, ou moins de 30 millirnetres par minute: soit un demi-millimetre par seconde enviran. Tons les hommes spéciaux qui ont fait des expériences sur ce syslcmc ue grille a mournment de lranslation sont d'accord pour tlirc qn'elle est complélement fumivore. Quant aux particularités de son fonclionnement, voici a peu pres le résumé

240

MOTEURS A VAPEUR. .

d'une opinion de M. Combes, le savant ingénieur des Mines, qui a, ainsi que nous · l'avons dit, spécialement éludié la question des fumivores : D'apres les expériences faites par cet ingénieur sur une grille Tailfer, essnyée a la Manufacture des tabacs, cet appareil est complétement fumivore, sauf le cas d'une cheminée trop pelile; Le charbon menu doit clre employé ,de préfércnce : ~l faut casser les gros morceaux qui u'auraient pas le temps de bruler dans le trajet de la grille; Le cbarbon lioit elre sec, et l'on ne doit pas le Iñouiller avant la cbarge, comme cela se pratique souvenl pour les grilles fixes; Les grandes vitcsses avec de faibles épaisseurs de bouille donnent de meilleurs résullats, sous le rapporl de la suppression de la fumée, que les faiblcs vitesses avec de fortes épaisseurs. 11 n'y a de limite a la vitesse que le point ou l'inílammation lalérale ne peut se propager assez rapidement pour éviter qu'une parlie du cbarhon n'arrive a l'élat noir jusqu'a une assez g1:ande distance du registre, ce qui ohlige, soit a lever fréquemment ce dernier pour ramener le charbon avec un ringanl, soit a débrayer de temps en temps la grille; Généralement, il convient d'employer une vitesse d'autant moins considérable que le charbon est plus gros. Pour le charbon d' Anzin, la vitesse de "32 millimetres par minute, avec une épaisseur de couche de 8 centimelres 1/ 2, esl cclle qui a donné les meilleurs résultals, etc., ele. Les applicalions de la grille Tailfer commencent a se multiplier, et bienlót nous connaitrons les résultats de celles qui viennent d'elre appliquécs de nuuveau a la . Manufacture des tabacs de Paris.

FOYER FUMIVORE

A ALIMENTATION lNFÉRIEURE

Par lU. D

u lU É R Y , ingénieur

( FIG. ~ A

PL.

Le sysleme de foyer de M. Duméry a pour principe rallumage et la combustion par la partie supérieure de la couche ue charbon, tandis que l'alimentalion de combustible frais ?- lieu par la parlie inférieore. Ce principe est cerlainement rationnel, et peut-etre le meilleur; mais il a le grave inconvénient pratique d'exiger des combinaisons mécaniques un peu compliquées, de telle fac;on que l'on s'y prenne, surtout si l'on se reporte aux dispositions si simples du foyer vulgaire a grille plate. l\Iais il est aisé de concevoir qu'en amenant le cbarbon frais par dessous, et en laissant toujours découverte la partie incanuescente, on n'interrompt jamais le rayonnement, de fac;on que les prod ui ts issus de la preroiere distillation d u combustible se dégagen_t (fans celte meme parlie incandescente ou ils achevent facilement de se brú.ler. M. Duméry considere la fumée comme un corps non utilcment combustible,,

241 FOYERS FUMIVORES. c'esl-a-ctire ne rendant pas, par sa combustión, une plus grande somme de chaleur que celle dépensée pour l'opérer, d'ou il conclul en disant qu'on ne doit pas laisser celle furnée se produire, pour la brüler ensuite au-dessus de la couche de charbon a l'aide d'une addilion d'air frais, mais bien éviler qu 'il s'en forme, en fon;;ant les premiers produits de l'inflammalion du combustible a traverser la couche en complete ignilion. C'est, du reste, ce que nous exprimions ci-dessus en disant que diverses expériénces tendaient ¡l pronver que la fumée n'esl pas un corps utilem ent combustible . Tout récemmenl, en 1858, M. Émile Burnal, ingénieur, a communiqué a la Sociélé industrielle ele l\folhouse les résullals de recherches tres-intéressanles sur ce sujet (1). Ce travail, qui menlionne d'ahord les recherches qui .,;:ml pour objel les volumes d'air praliquement absorbés par la combuslion dans les foyers de générateurs a vapeur, donue égalemenl des nolions relatires a la qu eslion des fumivores. l\f. Burnat a trouvé, qu'en cousidérant la fumée aux lrois étals moyens ou elle se présenle : (ivmée naire, (umée légére , (urnee nu lle oii incolore , el en tenant compte du temps pendant lequel elle se montre sous ces trois étals, par rapporl a la durée totale de la combuslion, il a tronvé, uisons-nous, que la quanlité de carbone emporlée sans avoir produit son effel, par suite d'une combustion imparfaile, ne représentait pas, en unilés de chnleur, plus de 5 pour 100 de la quanlité de chaleur lotale développée sur la grille; el en oulre que, si l'on tienl comple ele l'impossibililé probable d'annuler jamais_la derniere périoue de fumée presque insensibl e, la perle réelle due a une combustion vicieuse, accornpagnée an débul cl'une furnée lreschargée ele noir, ne dépasse pas 3 pour 100. l\Jais, en résumé, la queslion principale 1le la fumivorilé est surtout la salubrité; et si la fumée est un combustible presque neutre, en évilant d'en former, on évite néanmoins une perle, si faible qu'elle soil. Pour en revenir au foyer Duméry, cet ingénieur a cherché, non pasa bruler la fnmée , mais il éviter sa procluclion, résullat qu'il oblienl a l'aicle d'une disposition c¡ui permet d'opérer les charg-es au-dessous de la couche incandescente, et sans ouvrir la chambre de combuslion. Examinons la construclion de cet appareil. Les fig. 1 a 3 de la pl. 6, qui le repréDISPOSITIO~ o'ENSEMBLE DU FOYER DuMÉRY. sentent, corrtspondent aux vues essenlielles pour s'en faire une juste idée. La fi g . 1. en est une vue de face extérieure par le boul du fourneau; La fig. 2 est u·ne coupe longiluclinale faite suivanl l'axe 1-2; La fig. 3 est une section transversale par l'axe 3-4, pass:mt par le milieu de la grille. L'ensemblede l'appnreil se compose d'un coffre en fon te A, qui tient la place ordinaire d'un foyer au-dessous qes bouilleurs B, et en renferme en effel les trois parties ordinaircs : la chambre de combustion, la grille et le cendrier. Ce coffre est (l) Voir le no 146 du Btillelin de la Société induslriclle de 1llulhouse. 1859. I•

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l\IOTEURS A VAPEUR.

•

fermé, par devanl, par deux portes C, corresponclnnl au cenclrier proprement dit·, au-elessous ele la grille, et par deux aulres portes, plus pelites, D, au-dessus ele celle derniere. La grille ne comprencl réellemenl en largeur que les cleux barrcaux E du milieu d'une grille or<linaire, tandis que les clcu~ partirs lalérales vides consliluenl les ouvertures de cleux vasles cornets F elont les enlrées opposées sonl siluées en <le..: hors du coffre A. Ceci nous permel déja de cléfini1· le principe d11 fonctionnemenl <le l'appareil. Le combuslil.Jle esl déposé dans les deux cornels jusqu'h la hauleur de In grille clans l'inlérieur; une partie est réservée pour metlre une charge de coke nécessaire polir l'allurnnge; puis, a l'aide des moyens ordinaires, on l'enflamme par sa couche supérieure qui se préseute a l'ouvcrlure inlérieure des cornels. Une fois le feu bien allumé·, on conlinue l'alimenlation en chargeant par les cornets, et on fait arriver successivement le nouveau charbon a la hauteur <le la coucl1e incandescente _en le poussant au moyen de pistons ou presseurs en segments G, qui ont un axe fixe de rolnlion et peuvenl pénétrer clans les cornets en les faisanl tourner ele quanlilés suffisan tes. 11 est facile de comprendre maintenant que la comhustioJ1 s'opere toujours a l'exlrémilé de la masse opposée a celle du chargement, d'oú naissenl les prop1:iétés principales Ju systcme. Non-sculcmenl la fumée est évilée, mais on peut compler sur une vaporisatiorí plus ~onstanle, puisque la surface en ignilion complete ne se trouve jamais rccouverte de combustible froid, et que le rayonnement n'esl pas non plus masqué. Quant aux fonctions des barreaux du centre, elles se résument a peu pres a élahlir la réunion des deux parties du foyer el a recevoir les parlies de cbarbon, donl la comhustion s'acheve, et qui s'écoulent eles cornets, poussées par de nou'llelles charges. On sail qu'il avait élé fait auparnvant des foyers dits a flanirne renversée, ou les chargcs s'opérant par-dessus, comme a l'ordinaire, le tirage était dirigé <lu dcssus au-dessous, ele foc;on a obtenir le meme effet qu'avec le foyer Duméry. l\'Iais alors on perclail tout l'effel clu au rayonuement; et puis l'aclion la plus énergique ayanl lieu au con lact meme de la grille, celle-ci était promptement détruite. Suivant Péclet, ce syslemc de foyer ponvait néanmoins réussir pour le bois, tandis qu'il donnait de ma11vais résullals avec la houille, par la haute lempéralure qu'elle peut clévclopper pres ele la grille, et par ses élémenls conslitulifs qui en accéléraient la clestruction. DETAILS uu FOYER DuMÉRY. - La partie la plus importante du mécanisme est celle qui conslitue le mouvemenl <les pousseurs G. C'cst un axe horizontal H portant deux vis sans fin a qui engrenent avec les deux secleurs J, monlés sur les axes de rotaLion b des pousseurs. Ou communique le mouvement a ces organes, pour les foire pénétrer dans les cornels F, soit a l'aide el'un moteur, soit a la main en agissant sur une manivelle J appartenanl a un bout d'arbre e, lequel porte un pig-11011 d'angle K qui engrene avec une roue semblahle L monlée sur l'axe H. On voit, par cela mcme, que les mouvemenls des presseurs ~ont égaux et simultanés, ce qui signifie

f<'OYERS FUi\qVORES.

243

qu9 les charges se font aussi de chaque coté, ensemble et en quanlilés égales. On remarque encore que les cornels F sont munis , a l'inlérienr du coffre A, <l'11ne porte d par laquelle ou en dégage les résidus., ou le combustible lui-mcm e, si l'on veut arreler le fcu. Ces portes se manmuvrent de I'exlérieur a l'aide des leviers e servanl a dégager les mentonnéts f qui les mainli ennenl ordinairement fermées. Tout un systeme de conlre-poids et de cha1nes se trouve :idapté a ce mécanisme pour en régulariser les fonclions. Quant a l'inlroduction de l'air, elle a lieu sur le devant du coffre par une ouverture.i\f qui ie dislribue au-desstis et au-dessous de la grille. L'air afflue ainsi en pénétrunt au s~in meme de lé! couche en ignition, el dans la masse contenue dans les comels, par les nombreuses ouverlures dont ceux-ci sont percés . Oulre •cela, il cxist~ encore une enlrée d'air disposée lle fa<;on a rafrakhir les portes D, qui ne doivcnt s'ouvrir qu'accidenlellement pour la visite d.u foyer, un regard spécial N se trouvant destiné a permellre d'observer la combuslion saos rien ouvrir. Ces portes se présenlent en avant-corps, laissanl un espace libre g entre elles el une double porte h d.irectement . placée sur l'ouverlure de la chambre de combustion. C'est d.ans cet espace, en g, entre les deux portes, que l'on . fitit arriver de fair exlérieur par une sorle de grille ménagée comme plafond d.e cet avanlcorps. Telles sonl, au moins dans leur ensemble, les disposilions du foyer fumivore de M. Duméry (l), clisposilions qu'il sufül d'examiner pour apprécier l'importance des recherches qu'elles ont du couler h l'invenleur avanl d'arriver ii cet élat harmonieux et perfeclionné. · 1 Personne ne conteste la réalité des résultats oblenus avec ce sysleme de foyer, sous le rapporr-de sa fumivorité c:it des varialions considérables qu'il peut supporter, sans perle d'effet, dans les quanlilés de combustible qu'on peut y bruler pour une meme s1uface. Cependant, il serait peut-elre n écessaire de lui ajouler comme perfectionnement des enlrées d'air spéciales dans l'inlérieur d~ foyer, dans le but d'aider a la combuslion des gaz dégagés, gaz incolores, il est vrai, mais qui peuvent s'échapper sans bruler, faule d'une addiliun d'air pnr qui n 'ait pas traversé le com. buslible. De toute fa<;on, il est bien f~cheux que la struclure de cet ~ppareil ne soit pas plus simple, et l~s pieces qui le composent moins nombreuses; car celle circo ns lance suffira sans doule pour en limiter nolablemenl l'exlension; malgré ses qualilés incontestables. (!)

Voir, pour la dcscriplion complete du foyer Duméry, le uve volume du B1illetin de la Société d'En~o1tra-

geme11t, un née 1855.

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MOTEURS A VAPEUR.

FOYER FUi\fIVORE A. A.Lli\IENTATION

Par 1\1. GE o n GE, ingénieur

INFÉRIEURF.

a Paris

1\1. George, ingénieur qui s'est dislingué pour diverses recherches dans la conslruction mécaniquc, s'est occupé de la queslion des foyers furnivores, et, a ce titre, a proposé deux disposilions dont l'une présente un. cerlain intérBt comme on pent le voir par la description que nous en do:pnons ci-ap~·es. Fig. 36.

•

La premiere consislait, en príncipe, dans une combuslion a flamme reriversée, idenlique en cela a ce qui a élé dit précédemment. La seconde revienta l'idée de l'alimenlalion inférieure _q ui laisse la coucbe incandescente toujours découverte et permet au rayonnement d'exercer son aclion sur le générateur, tout en couservant a la grille une fraicbeur qu'elle ne peul avoir avec le renversemenl de la flammc. Ce principe étant connu, l'invention de

FO.YERS" FUMIVORES.

240

M. George réside dans le mécanismc qu'il a proposé pour sa réalisation, qui, ains¡ que nous l'avons dit, présenle Je cerlaines difficullés pour ne pas tomber dans des complicati"ons impralicables. Le mécanisme dont il s'rigit a pour base la vis sans fin employée a l'élévntion du combustible directement au centre de la grille et a sa parlie inféricurc. Voici, du reste (fig. 36), le dessin qui représente ce mécaoisme, d'apres 1\i. George lui-m~me, qui a bien voulu le mellre a notre disposition. Celte figure permet de reconnaitre que la grille esl formée, vers sa partie cenlrale, de quelques barre¡mx courbes qui constiluent comme une cuvelte percée <l'une large ouverlure circulaire ü son centre. · Celte ouverture correspontl a une vis _sans fin qui tourne dans un conduit fixe et sert a élever du combustible que l'on jetle Jans un récipient évasé, solidaire de la vis et tournanl avec elle. La ouvelte et la vis ont pour point d'appui un b/Hi en fonte qui porte aussi la transmission a l'aide de laquelle on les rnet en mouvement, soit a 1a main, soit au moyen d'un moteur si l'on veut rendre l'alimentation continue et inc1~ssanle. On voit que -celte transmissioo se compose de tleux axes d'équerre, mis en rapport par une paire de roues d'angle, l'axe horizontal muni d'un aulre pignon scmblable qui e1~grene avec une couronne dentée fixée apres la cuvelte tournante. Le bali, portant aussi la poten ce a laquelle le conclui t vertical est altaché, et reposant sur le sol cln foyer par des rouletles, il s'ensuit que le lout est complélement indépendant de la construclion du fourneau, et meme de la grille, et se rnet ·en '{)lace simplement en l'y inlroduisa11t. Pour foire compreodre l'ascension du combustible, il est nécessaire d'ajouler ·q ue le condnit dans lequel tourne la vis est garni intérieurement de cannelures _q ui s'opposent· ü ce que le charbon participe au mouvernent de rotalion, d'ou il est forcé de s'élever. D'ailleurs, ces cannelures, ainsi que d'aulres semblahles apparteuant _a la cuvelte conique, el quelques dents ménagées au conduit fixe, ont encore 'pour but d'achever le concassage des rnorceaux de houille trop gros pour pouvoir 's'engager entre les filels de la vis. Celte simple descriplion, jointe aux · nolions précédcnles relatives a ce mode de combuslion, permellronl de faire appréciertout le parti que l'on peut lirer de celte invention, qui a au moins pour elle une simplicité relative, eu égard a la difficullé du prnuleme. Quant a la manamvre, elle s'eff-ectue en -jetant du combustible dans la cuvette tournanle, <le ternps en temps et en quanlité convenable pour salisfaire a l'alimenla,iion, ¡rnis en faisant tourner la cu ve lle et la vis. Seulement, cetle dernicre opéralion doit elre·renouvelée plus ·fréquemment que la premiere, attendu que la rneilleure ,condilion serait de rendre l'alimentation conlinue, sans inlerruplion. Le combustible frais, ainsi élevé, repousse leulernent la masse déposée sur la .grille en faisant écouler, de chaque cólé du centre, la partie supérieure de la couche en ignition déja épuisée el réduite a l'élat de cok.e: Les parcelles de combustible qui trave1:senl la grille retombent dans le récipient, d'oú elles sonl de no1,rve-au él.~-vées et achevent de J:miler si elles ne le sont pas co~plélement.

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MOTEURS A VAPEUR.

Comme dans toutes les dispositions analog;ues, les portes du foyer ne sont ouvertes que pour l'enlretien de la grille et pour sorlir le machefer qui s·y serait attaché et aggloméré. . · On eslime qu'avec un appareil semhlable, donl la vis aurail 15 cenlimetres et faisant environ 5 tours par minute, on peul alimenler un foyer correspondanl a un générateur d'une puissauce moyenne égale a 15 melres de surface évaporaloire. Pour <les puissances supérieures ou pour des foyers plus profonds, on pourrait employer plusi eurs appareils commandés simullanérnent. Le syslemc de foyer de M. George peut done posséder _les men~es qualités f_umivores que .celui de l\L Duméry, mais. avec une disposition beaucoup plus simple; pour Lous deux, il parail ulile néanmoins, sous le rapport de l'économie, de disposer au-dessus de la grille des entrées d'air que l'on poul'l'ail régler a volonté, et qui permellraient d'aidcr a hruler les gaz combustibles qui se dé-gagenl en quantité d'aulanl plus grande que la combuslion est elle-meme plus complele, a moins que -ces gaz ne se trouvent entierement réduils dans le sejn de la rnassc incandcsccnle, •ce qui n'est pas probable, quel 411e soit le sysleme de foyer.

TB.ANSFOB.MATION DES COMBUSTIBLES EN. GAZ ET FOYEB.S COMBINÉS

Sous ce tilrc, qui ne rend peut-clre pas compl::Ítement l'iJée qu'il représenle, nous enlendons renfermer les disposilions dans lesquelles le combustible est employé sans mécanisme de distribulion, el dans l~squelles la combuslion s'oper~~ soit préalablemeut dans une chambre séparée ou le combustible est transformé en -guz que ron brule ensuile direclemenl sous le générateur, soit au moyen d'un seul foyer disposé de fa<;on a en rendre les phases dislinctes et successive~. . Le sy;;lem_e qui correspond a la premicre de cP.s deux condilions est celui de M. Beaufumé, et celui que nous pouvons ciler commc faisant partie de la seconde est de M. Corbin Desboissicres. APPAREIL A COl\1BUSTIO

FU!VIIVORE

PAR .!U. BEAUFU .l UÉ

Le systeme de M. Beaufumé revient assez sensiblement au mode adopté dans les usines métalltu·giques pour l'uHlisalion des gaz échappés du gueulard des hautsfourneaux, c'est-a-d.ire qu'il consiste Jans la lransformation du combustible en gaz que l'on dirige sous le générateur ou il est alors rallumé et. consumé. Nous ne croyons pas devoir donner ici une description complete <le ce systeme, qui a élé tres-amplement décrit par MM. Grouvelle et Jaunez, dans lcur nouveau kailé le Gibide du chO!lbf{eur. Nous al1011s e~sayer seulemenl d'en exposer l'idée. Le généraleur proprcment dil cst enfü:remenl distinct de l'appareil a combus-

FOYERS· ·FUMIVORES.

· 24"t

tion · qui consiste en un coffre a <.louble paroi rernplie d'·e au, assez semblable au foyer u'une locomolive, et qui est· Ze proclitcteur ele gaz. C'est en effet dans cet appareil que le combustible est renfermé et brule en couche tres-épaisse. La con:ibuslion est activée au moyen d'un venülaleur qui envoie aussi de l'air dans la p¡:1rtie dn gérÍéraLeur 011 les gaz combustibles sont dirigés et doivenl y etre enflarnmés. L'air, traversant la couche <.le combustible, renconlre d'abord la partie la plus élevée <.le lempérature, traverse ensuile les couches supérieures et parvient dans le vide du foyer a l'élat <.l'oxyde de carbone, mélangé de quelques produils gazenx d'une <.listillalion parlielle. · De rappareil producleur; ces gaz sonl, comme nous l'avons dit, dirigés dans les .carneaux dn générateur et rnélangés a de l'air qui a élé préalablernent chauffé par SQri passage dans un canal contigu au carnean ou bnllent les gaz; enfin ils sont rallurnés el brúlent sans fumée. D'un coté, d'apres MM. Grouvelle et Jaunez , des expfriences failes sur un appareil monté a l'étahlissernent des pornpes <.le Chaillot auraient démontré qu'il permet d'ohtenir plus de 10 kilograrnmes de vapeur a 3 atmospheres par kilogramme de houillc, dile gaillelte de Charleroi . . Ce serait le meme rendement que celui obtenu avec le générateur Molinos et "!?ronnier, avec lequel l'appareil Beauf'umé présenle quélque analogie sous le rapporl de la combustion. Dans les deux syslernes, on retro uve, en effet, une production d'oxyde de carbone a la favcur d'une épaisse couche de combustible _et une introduclion d'air forcé en dessous ·et en déssus de la grille. D'un aulre colé, cepeudant, si l'on s'en rapporte aux ex.périences failcs avec be:rncoup de soin, en Alsace, chez MM. Dolfus-Mieg et ce, et cilées par M. Émile Burnat (1), on n'aurait obten u, a l'aide de I'appareil Beaufurné, que 5k60 de vapeur .par kilogramrne de houille, l'eau d'alimeutalion réd1dte a 0°. Il existe la une contradiction qu'il importerail d'éclaircir dans l'intéret de la seience et de l'inventeur lui-meme, donl les travaux, quel qu'en soil le résultat, méritenl d'etre justement appréciés. · ·

FOYER FUi'rIIVOR_E A COMBUSTION

Par JU.

MIXTJi:

co R BIN-D ES B OISS JE RES ingénieur-métallurgiste J

( FIG.

PL.

M. Corbin, ingénieur justement estimé pour ses travaux mélallurgiques, et pour la pyrolechnie en général, a résolu le problerne des foyers fumivores d'une fac;on simple et facile a appliquer, sans modifier sensiblement -le mode de conslruction Je plus usité, e~ sans exiger de nouveaux procédés de conduile. (l) ' Socit!tá ·cle 1)falhousc. -

Voir In f46 e Ilullelin. Année 1859,

MOTEURS A VAPEUR. La fig. 6 de la pi. o est une coupe longiludinale d'un foyer tle ce sysleme n1.ipli-qué a un généraleur ordinaire a deux bouilleurs; . La fig. 7 en est nne section lransversale sur le milieu <.le la loi1gueur de la sole; La fig. 8 est une vue extérieure de face de la tete du fourneau, représenlant spécialemenl l'entrée du foyer. Ce foyer compren<.l principnlement uue sole plate, occupant la meme position qu'une grille ordinaire, muis divisée ici en trois partics égales, dont celles latérales A sont formées de barreaux, et celle B du centre est pleine et conslruite en brique. La Lcle <.Ju foyer est garnic d'un lablier en fonle C qui présenle lrois ouverlurcs élroites e¿ et a' correspondan t aux trois parlics -de la sole; nu-dessus <.le chacuned'elles se trouvent lrs portes b et b' pour le chargement et l'enlrelien du feu. Quant a la chnmbre de combustion, elle présenle ici un ciel en voúle qui ne découvre quepeu les houillcurs D; sa communication avec le premier carnea u E est élablie pat' une 011verlure _e de peu de dimension. Mais nous allons voir tonta l'heure comment l'auleur a cru devoir modifier celle disposition, qunnt a la forme de la voule~ Laissant de colé pour l'instant les délails de la conslruclion, ,·oici comment s'opere le chauffagc : Apres avoir procédé a l'nllumagc, comme h l'on.linaire, a l'nioe de cokc et tlebúcheltcs, opéralion qui s'effeclue sur les partics lalérnles A garnics de barrraux, on dépose le combustible fruis sur l:l parlie pleine centrale; ¡mis on fcrme les portes. Alors la chaleur développée par la · parlie incandescente de . la masse chauffe peu a pen le charbon frnis déposé sur la sole pleine ou avant-foyer B, el en opere lenlement la dislillalion. Puis au fur et a mesure que les masses latérales s'épuisent, on les alimente du combustible de la parlie cenlrale au moycn d'un tisonnier et par les ouverlures a. Ce n'est que lorsque celte masse cenlrale diminue qu'on introduit de nouveau charbon, soit par l'ouverture a Ju milien, soit par la porte correspondan te b. Ce lle simple disposition perrnet d'obtenir tout ce que l'on atlend d'uf.l bon foyer, sous le double rapport de l'utilisation du combustible el de la fumivorilé. On voit que la combnslion active s'y lrouve bien ménagée, puisque I'air qui afflue au travers des barreaux n'a pasa traverser une épaisse couche de charbon en parlie cru, ainsi que cela a lieu dans les foyers ordinaires. En un mot, on peut lni appliquer les mémes raisonnements qu'a la grille Tailfer, sous le rapport de la préparation du combustible avant l'élat <.l'incandescence, si ce n'est qu'ici le charbon est introduit d'avnnce dans le foyer ou il peut éprouver déja. une températurc tres-élevée qui rend sa dislillalion préalable d'aulnnt plus complete. Si le phénomene de la combnstion se lrouve ainsi bien réalisé, le foyer ne doit laisser écouler dans les carneaux qu'un couranl de gaz chauds ne contenanl plus de parlies comhustibles, ·puisquc l'opération se complete entierement au-dessus Je la grille, sans enlrées d'air addilionnclles. Le passage de ces gaza lieu par l'ouverture e, qui n'a que la climension justement nécessaire, afin de ramener les flammes et les gaz vers le centre el mieux envelopper la -masse de-combustible déposée sur

.¡

FDYER S F UMI VO RE S.

249

J' avanl-foyer B. Une fois en gagé dan s le carn eau E, le courant circule con!me iL \'o rdin airc, en en veloppant su cccssivem ent les bouil\ eurs D et la cb aucti er e D'. Quanl a ux détails de conslrucli on , il s présentent peu de pa rliculnri1 és . La face du fonrn eau cs l garni e d' un chamb rct.nle en fo nte F, da ns lcqu el la t ete des bouilleurs est engagée . Les ba rreaux reposc11t cxclusivc ment sur troi s lrave rses G, qui sonl elles-mem es soutenu es pa r les colon n cs H , e l supp orlcnl de rn em c la sole en brique B. Un e q ua lri <'.•me co lon lle I scrt ü so ulenir le lnbli er C, donl la snillie est deslin ée ü y déposcr le cha rbo n ava nl de le· pousse r dans l' intéri eur du foye r. i\loo1FrcAr10N DE LA 01sros1r1 0:-. rnÉcÉnE:-sTE . - L'ex péri en cc a monlré a JU. Corbin qu e celte m élh odc , d'_e nvelopper les houilleurs en parii e pa r la rn a<_;o nn cri e qui form e 'le ciel dn foye r, était <léfcclucusc , en ce sen s que, les pa rli cs décou ve rtes se chanffant no1ablemcnt plus q ue les a utres , le bouill eur é prou ve un e dil a lalion tres-inégalc, et esl susceptible de se délrnire promplem ent. 11 s' es t nlors arre lé a nn e m odificalion dont la fi g . 31 pou rra donn er un e irl ée lout a fait ex acte.

Fig. 37.

Échel le de 1/lo 0.

La cloi so n q ni co nstilu e le ciel d u roye r cs l fo rm ée simplem enl de briqu es r éfrnc1aires posées de cb a mp a u-dess us des bo uill eurs. Ceux-ci so nt nlors isolés da ns un ca rn ea n, co nslruit co mm e a l' ordin nirc, el qui les mainlient découve rls sur plu s des :3/ 4 de leur circo nféren ce . Cepend unt , le l'o yer conser ve en parli e la fo rm e de voule qn'il a vail dan s la dis-· p osition primilive. Les cótés présente nt, en effo t, de ux parli es courb es qui correspond ent en h a uleur avec le somm et de l'aulcl, lequ el esl form é d'un pl an incliné donl la pente comm en ce a quelqu es cenlimetres a u-dessus de la solc du foye r. Quant a celle-ci, elle esl toujours form ée de trois parlies : cell es la térales A, composées de b arrea ux en fonte, e t la parti e centrale B construite en hriqu c, po ur r ccevoir les charges de combuslibl e frais. Les appli cations qu e M. Corbin a fa it cs sur plnsi e urs gén éraleurs, a Paris et en Belg iqu e, avec ce systeme de fo ye r, onl donn é de lres-b ons r és ulla1s, e t démonlrent qu e la qu eslion de fomivorit é pour l es clnudi ercs cylindriqu es ordin aires est bien r ésolu e, d' un e m aniere pra tiqn e, avec un e économi e notable sur la consomma lion du combu stible.

250

.MOTEURS A VAPEUR.

DXVERSES D:ISPOSXTXONS FUMXVOB.ES

En dchors eles disposilions mécaniques spéciales, il a élé imaginé un grand nombre de syslcmes aynnl ponr base l' inlroduction de jels d'nir supplémentuires, soit dans les ca rn eaux apres la ·grille, soil au-dessus de celle grille rneme, tout en conscrvant la disposition ordinaire du foyer. Généralement, ces moyens ont permis d'alteindre le but pro posé, c'esl-a-dire la combuslion de la fumée; mais souvent aussi la r églerneulntipn des enlrées d'air élail <lifficile, ou bien, par la direction donu éc au j et d'air, on pouvail bruler la cba udiere, lui ·faire subir un co11p de feu, comm e ng irnil la flamme du cbalurneau. Nous n e cilerons que pour m éÍnoire les syslcmes de foyers combinés, l'un receva nl les produils de la combuslioo de l'aulre, ces disposilions e lunl généralement abandonn ées. l\Iais nons dirous quelqnes mols du foyer de M. Combes, qui seinble r és umer, 'tlans sa m eilleure acception, le syslerne d'inlroduclion de jets d'air ..

FOYER FUl\llVORE PAR l~TRODUCTIO N

Par

1\1.

ADDITTON

ELLE

n' AIR

e o 1\1 n Es, · inspecteur en chef des mines

A une qpoque ou l'oo se préoccupait vivemenl, en France et en Angleterre, des moyens propres h l'extinction de la fumée, l'admini_slralion franc;aise chargea i\l. Combes, inspecteur el direcleur de l'École des mines, d'une enquete a cel éga1·d. Voici quell e ful la nature des expériences exéculées par ce savant ingéuieur et les concl11sions qn ' il en lira. . M. Combes adopta, pour l'ohjet de ses rech erches, un gé néraleur a vapeur composé d'un corps principal et de deux houilleurs. Le foyer élant ~isposé a la maniere ordinaire, on pratiqua dans la mac;onnerie du fourneau deux canaux de chaque coté de la g rille e t qui venaient débouch_er dans le carneau inférienr, un peu au dela de l'aul el. L' aulre exlrémilé débouchant a l'exlérieur sur la face du fourneau, ces canaux lanc;aienl, . clans le courant de gaz chauds, deux j els d'air froid horizontaux el perpe ndicnlaires ü la marche des produils de la combuslion . Sous le rapporl de la .fumivorilé, celle disposilion eut un plein succes. Aussilól que les canaux élaient d ébouchés et les jels d'air élablis, la fumée, <l'abord noire el opaque, <lisparaissail complélement. Mais 1. Combes ne s'en lint pas la; il voulut connailre les condilions exactes de la combusliou de la fumée ainsi opérée, et pour cela il fit l'anulyse des gaz sortant de la che minée, avec et sans fumée, et rechercha également les -volumes d'air fournis daos les dcux cas. D'ailleurs, la quanlilé de vapeur prodnile n'étnnt pas modifiée par l'application du procédé qui permclluit de supprimer la fumé, il fallait bien en conclure que la

FOYERS FUM[VORES.

quantité de chai:bon per<lue tl l'état de fnmée et utilisée, au contrai.re, .par l'exlinction de celle-ci, constituait un bénéfice compensé par une perle d'une autre naturc. En effet, lorsqu'on _suppriinait les jets tl'air et qu'il se produisait de la fumée noire, les gaz rectfeillis _dans la cheminée renfermaient, en volume, 10 a 12 2/ 3 pour 100 d'acide carbonique, et 6, 4 a 8,0o pour 100 d'oxygene libre, ph;is de !'azote et point ou peu de gaz combustibles. Dans le cas contraire ou la fumée avait disµaru, soit dans la derniere périoJe de la combustión d'une •charge les je1s d'air supprimés, soit pendant le temps de la combustion d'une ,c harge par le fonctionnement des jets d'air, le c_o urant de gaz chaud!:i ne contenait plus qu'environ 6 pour 100 d'acide carbonique et 12 a 13 pour 100 d'oxygene libre. M. Combes en a concln que -l'extinction de la fumée n'était oblenue que par une notable augmentation de l'air inlroduit sous la ·grille, d'oú il devait résulter une perle de calorique, par le fait d'un plus grnn<l volume d'air a échauffér et qui s'échappe en cet élat dans l'a1mosphere. Du res le, il a reconnu, par des expériences directes, qne les volumes d'air inlroduit par la grille, qui n'étaient enviran que o melres cubes 1/ 3 par minute, au commencement d'une charge, s'élevaient . ' a la fin jusqu'a 17 rnelres cubes 2/3. En résumé, h cornbustion de la fumée, si elle ne coúte rien, ne rapporte -rien, que le faít lui-méme, qu~ est, du reste, le lmt principal a atle'indre et celu'i que 'nous considérons actuellement. Mais ·on sait que sans la fumée il peut exister des gaz combustihl~s qui s'échappent sans bruler. Ce sont ceux-la: qu'il est important <le ne pas laisser échapper avant leur combuslion . complete. 'felles sont, dans leur relation la plus sommaire, les résultats <les cxpériences de M. Combes sur son appareil spécial. II s'cst également oécupé d'autres dispositions proposées, et nous avons <lit plus haut dans quelles circonslances Zt).

APPLICATION DE JETS D.E VAPEUR

On a tenté, dans ces ternps derniers, des essais sur un syste1Íle fumivore d'un · príncipe déja tres-ancien du .reste, et qui consiste dans l'introductíon de jels de vapeur ü l'in lérieur <l'un foyer et au-dessus de la couche tle combustible. A part les détails particuliers de const.ruction, nous dirons que ces appareils se composent généralement de tu bes percés e.le petils trous, qui s'élenclent sur les cótés intérjeurs du foyer, hors de son aclion dirccte, et qui se tronvént en communication avec le générateur. An moyen de robinets placés extérieurement, on étahlit le lancement de la vapeur dans le foyer ou on l'interrompt a volonté. Pour rellllre compte de l'aclion fumivore de la vapeur intro<luite dans un foyer, on a dit que c'était sa décomposilidn en oxygene et en hydrogene, sous l'influence de la haute température, lesquels .gaz concouraient a la c.o mbusliou, l'un comme (t ) Voir, ponr re détail des ex éri ences ele M. Comhes : Anna!es des Jlfines, 4•. série, ,t. x,, p. 149. - C~mptes ,·endi,s de l'A caclámie des sc iences, t. xx1v, p. 379, 18~7. El les BulletiltS de la Sociáté d'Encow·agemimt, l. XLli' , p. ::! ~8.

e l l.

LIV,

p. UG.

,..

i\IOTEURS A VAPEUR. corps comburunt e t l'autre com rn e comhusliblc. Mais des personn es spécia-les onl éq¡is un e aulre opinion qui nous semble plus exacle et plus conforme a ce qui doil avoir lieu récllemcnt. On sait que l'inlroJuction d'un j el de vapeur, daos une chemin ée, active nolablement le _Lirage d'un foyer en donnant au cour:n1t <l'air un e vi.lesse considérable, laquclle e n augmente proporlionnelleme nt le voluin e qui lrav erse la grille . Or, un exccs de fom ée provenant ·surlout de l'insuffisa nce de l'air fourni au foyer au momenl d'nn e charge nouv ell e , on comprend que J'injcclion de la vapcur en cct inslant doit en effet allénuer la produclion d e fum ée en aclivanl le tirage . 1\fais il ne parait pas douleux qu e l'adoplion de ce mo yen, s'il n' est pas complé... lement efficace avec les comhuslibles tres-g-ros, prése óte au rnoins quelque économie J e comb ustibl e comparalivemenl/ anx :wlre? disposilions ou l'a ppel de l'air a li e u put·ement et simplemeut par le lirn ge de la cheminée. Nous avons dit (p. 207) comb ien un tirage 'il rlifi ciel é lail plus avanlagn,x qu'un appel simple, a volumes éga ux foumis au foyer . GRJ LLE EN

G RA.DJNS

Il y a qu elqu es années, un in gé nieur di slin g· ué d e l'A<lmini:;lrnlion des mines, M. de Marsilly, a fait élablir en France un sysle.me de grille dit en gradvns , originaire de la Russie par son principe.

Fig. 38.

Éch ell le de 1/25.

Ce sysleme, perfeclionné d epuis par un autre ingénieur, M. Chobrzinski, a été ap.pliqué parJui, sur une assez vaste échelle, principalement aux machines locomolives. La ijg. 38,. ci-dessus, indique la disposilion géi1érale de ce systeme de grille appliqu~ a un foyer de gé nératcur fixe.

FOYER S F UMIVOR ES.

253 · Celte grille est, en effe t, composée <l'~ne séri e de barrea ux óu J e ·plaqu es B, é1agées, qui r eposent en deux ou plu sieÍ:1rs poinl s de leur Ion gueur, sui va nt la Iar ge ur du fo yer, rnr des sommiers en fonte, lcsqu els sont fix és par leurs ex trémi1és contre le ch ambranle du foyer e t cc n t're l'anlcl. Les barrea ux ou plaqu es B ont enviran 20 cenlim etres de large ur et ,se r ecouvrent réciproqu emeut d' a pe u pres le Üers de celte large ur; ils laissent entre eux un inler valle d' une b a uteur m oyenncm ent égale a 4 cenli ~n clres, sui vant l'espece de co mbu stible a ernploye r. Le sorni:ne t de la griI1 e cst form é d'uo e plaque G, plus la rg-e qu e les aulres, e t qui es t des lin ée a r ecevoir le com bu ~lible froid avant de l'introduire plus avant da ns le foyer. La pa rli e inféri em e est cornposée de qu elqu es barrr.aux D du sys lem e· ordin aire, m ais placés, cÓ mme les a ulres plaqu es B, perpe ndi~uláirem enl au•couran l des produits de la cornbusli on. Par ,ce tle di sposilioo, oulre les larges intervalles ménagés entre les barreaux pou r l'introdu ction de l' air, on obtient encor e la fumi vo rilé e n -pla<;ant <l'abor d le combu stible cru a la parli e sup éri eure dé la grill e pour n e le pousser plus loin qu'au mom ent d'une nouvellc ch a rge , alors qu'il se lrouve déja tres-avancé en combuslion et que la plus gr and e partie de la ~ouche, 1Jans toule l'élendue de la grille, est incandescente. 11 parait qu e l'effet de cclle grille est assez comple t pour qu e l'on ait pu, a vec ell_e, s ubstitu er complélement la houille au coke 1lans 1es locomolives ou elle a é té appliqu ée. Qua nt a ses proportion s, elles different peu des autres grilles. On calcul e sa superfi cie sur environ 60 kilogramm es de houille brul ée par h e ure et par mctre carré. · Comme elle es t inclin ée el qne la charge de combustible doit étre a un e temp érature pe u élevée a la parli e supé rieure, on n e laisse que 25 a 30 centi mc tres enlre le sommel de la grille e t les bouilleurs, cet éca rlement devena nt égal a envirort 60 cenlimctres au-dessus de la partie la plus basse.

CONCLUSION SUR LES A.PPAREILS FUMlVORES

Tout en ne nou s proposant que de <lonn er un e id ée sur ce qui a été fa it a cel égard , la rÍmlliplicité des syslemes et des idécs n_ous a eotraiJÍ é peut-élre un pcu loin; et pourtant nous n'avons pas tout dit. 11 nous a fa llu passer sous sile nce bien des dispo~itions qui, a part le m érite de leurs aule urs, n' ont c u aucun succes . Nons avons o mis, par exemple, les procédés de lavage ele la fiwnée, procédés peu a ppli-qu és, .mais qui viennent néanmoins d'étre encore r écemm ent expérim entés en An gleterre. Si nous essayons de r ésumer les moyens proposés pour l' extinclion de la fum ée, rious r emarquoris qu e la p\upart t end e nt a la r éalisation de cerlains fails -peLt nombreux, et qui sont a peu pres les suiva nts: 1° Alimenter un foy er par cl:)arges faibles, mais fréqu en les; 2° Mainlenir la couche in candescente toujours découverle;

MOTEUH.S ··A VAPEUR. 254 3° Fournir des volumes d'air frais en quanlité toujours bien en rapporl avec la masse de combustible a hrüler; 4° Avoir e.les passages de Damme suffisanls pour que le Lirage ne soitjamais alléré; 5° En général, disposer le combustible dan's le foyer de fa.9on que loules les parLies en soient égalerneut soumises au courant ~'air qui alimente la combustion. De ces considéralions, nous uéduisons que, meme avcc un fourncau qui ne serait pas muni d'appareils fumivorcs spéciaux, on pourrait scnsihlc!meut annuler la produclion de fumée par les seuls soins du chaÚffeur el par des proporlions bien entendues, c'esl-a-dire avec une grille el des carneaux suffisamment grands. Telle est l'opinion de l\L Combes, que nous avons cité au com¡nencement de cel arlicle, et que l'ón peut résu·mer ainsi : La grille doit amir au moins 1,5 décimetre carré par kilogrnmme de houille a brü ler par heure; La somme des vides des barrcaux égaie au quart de la superficie de la grille; La seclion de la cheminés, ainsi que celle e.les carnenux, égale au Liers de l'aire lolale defa grille, soit a0,5 décimetre carré par kilogramme de houille hrü.lée par heure. (C'est un peu plus que ce que nous avons proposé [p. 152], oú la valeur allribuée a cette section corresponda environ 0,4 décimetre carré par kilogramme de houille brülée par heure.) Rnfin, telle était encore l'opinion de Péclet, qui disait, dans son excellent Traité ele la chaletw ('1) : « Au reste, il ne faut pas s'exagérer l'irnporlance d'un appareil spécial pour bnl.ler la fumée de la houille. Un foyer bien conslruit, dont la grille aurai t une élendue suffisantc, qui serait alimenté par un combustible dont les fragments ne s'agglomerent pas trop, el qui surlout serait dirigé par un cbauffeur intelligent, donnerait en général peu de fumée, et un effet ulile peu différent de celui qu'on pourrail obtenir d'un bon appareil fumivore.- » Dans certains centres induslriels, on a tellernent compris l'importance d'employer de bons chauffeurs, pour conduire et alimenter les générateurs a vapeur, que l'on a inslitué a ce sujet des cours spéciaux et graluits dans lesquels on explique avec toule la lucidilé possible les regles praliques a suivre, les précautions a prendre pour obtenir des foyers les meilleurs résultats économiques. Nous croyons que, daos l'intéret actuel des progres de l'induslrie, on ríe devrait pas engager un chauffeur dans les usines et manufactur~s a vapeur sans qu'il présentAL une sorte·ue diplome ou de cerlificat conslalant qu'il possede les connaissances nécessaires, comme on !'exige dans les compr1gnies des chemins de fer, pour les machines loco~olives, et dans la marine impériale pour les appareils de navigation. (1) Trait é ele la chalcti1·, par Pliclel,

¡ er

vol., p . 263. - Éililion de 1843.

FIN DU

CHAPITRE

SEPTIE~IE.

CHAP JTRE V111 APPAREILS D'OBSERVATION ET DE S URE TÉ

Les instruments appliqués aux généraleurs a vapeur, et que nous désignons par le titre d'appareHs cl'observation et de síu·eté, ont, ainsi que nous l'avons dil, trois fonclions distinctes qui sont: 1° Observation de la pression de la vapeur, so.it dans l'appareil ou elle se produit, soit dans 1'01:gane réceiyteur ou elle exerce son actiou; 2° Indication clu niveau de l'eau <lans le génénrleur, et moyens d'en préveuir les varialions anormales; 3° Échappemenl libre de la vapeur du générateur en cas tl'exccs capable d'occasionner des acciden~s. Les appareils correspondants sont : les manomewes, les niveaux el les sou,JJapes ele súreté. Nons verrons bientót que chacun d'eux comprend des systcmes différ!.!11Ls • dont nous ferons connaitre les plus imporlanls, et surtout les plus généralement employés. • A ces ¡:ippareils principaux viennent s'en joindre d'autres qui sont d'un usage plus récent. Ce sont : 1° Les 'indicatei11rs ele vide , qui servent aussi a mesurer dos pressious, mais plus faibles que celle de l'atmosphere; on les applique, ,dans les moleurs a vapeur, aux appareils de condensation; 2° Le thermo1_Jyrometre, qui peut servir a mesurer des températures élevées comme celles de la vapeur a de tres-hautes pressions. Si l'emploi de ce dernier n'est pas indispensable dans les condilions ordinaires, il peul, ·au éontraire, devenir tres-utile avec le mode d'emploi de la vapeur surchauffée, dont la tempéralure ne suit plus la méme relation avec la pression que lorsque cette vapeur est issne direclement du liquide producleur et qu'elle reste eu contact avec -Iui.

MANOMETRES

La disp'osition des manometres repose sur plusieurs príncipes qui ont donné lieu·

a bien des formes et des constr.uctions diverses rpais qui se réduisent aujounl'hui a'un petil nombre de types. · ' Les premiers mancimetres, dits a mercure, ont élé fondés exacternent sur le principe du baromelre, c'est-a-dire sur les condilions d'équilibre des fluides de densilés

,, 206

~IOTEURS A VAPEUR. -

différenles renfermés uans_des vases communiquanls. Cepcndant, dans celte calégorie se lrouvenl compris les manometres a air comprimé ou l'élasticilé de l'air, comme ressorl, modifie u~ peu le príncipe ci-dessus énoncé. Nous avons déjh vu (9) en quoi consiste cel appareil. Plus lard, les manom elres ont é té bas_és sur le príncipe pur de l'élaslicité métallique qui pcut en effel servir de mesure aussi bien a une pression engcndrée par la vapeur qu'u tout autre efforl d'une espece différente. C'esl sur ce dernier príncipe que sonl fondés les manometres actuellement en usage.

i\lA.NOMETRES A

ME RCURE

MA No,,1tTRE A l'LOTTEUf\ A BASSE P11Ess10:\'. - Lorsque la pression de la v«peur a ine-surer dépassait peu celle de l'atmosphere, ainsi que cela avait lieu pour les cbaudieres diles a basse pression de Wall, on faisail usage d'un manomelre exactemenl di sposé de la meme fa{:on que l'instrument que nous avions supposé (46) en parlanl de la vitesse d'écoulement des gaz. La f1g. 39 représente cet appareil Lcl qu'il se trouvait appliqué aux chaudieres de Sainl-Oucn qui onl élé décril es précédemment (p. 109). C'est un Lube en fer A, recourbé en U, dont l'une tles extréFig. 39. milés csl fixée a la paroi de la chaudiere par un «jutage ho1)zon lal, et l'aulre libremen t ouverle a 1'almosphcre; elle est, 1, en effet, sunnonlée d'un chapean , 1issé qui laisse néanmoins l'air s'inlroduire úaus le lube. Ce caractere fait dislinguer cet appareil, ainsi que lons ceux établis sur le m eme principe, sous le nom de manometre a air libre. , Le tube contient ~u mcrcure qui doit elre de niveau dans les deux brunches quand la pression est la meme dans la cbaudiere qu'a l'extérieur. A Mais aussilót qne la lensiun de la vapeur augrnente, le mercure s'abajsse dans l'une des brnnches ·et s'éleve dans l'an1re; un flolleur a suil ce mouvement el permet de l'observer de l'exlérieur au rnoyen de sa Lige qui _ sorl du tube, anpres d'une échelle graduée b. En se reporlant a ce qui a été dit déja (46), il sera tresfacile de se rendre comple de la nalure .d'une semblable indicalion. Puisque la pression de la vapeur est eslimée en almospberes, équilibrées chacune par une colonne de mercure de 76 centimetres de hauteur, il est évident que si, par exemple, l'exccs de hauleur de l'une des colonnes de mercure sur l'autre, dans les deux l>ranches du Lube, alteint 76 centimclres, c'est que la va.peur aura une almosphere de plus que la pression amuiante, soit deux atmospheres en .tolalilé . . l\Iais comme cot acces de hauleur provient d'un déplacement des deux colonnes, égal et in verse dans les deux branches par rapporl au . niveau normal du rnercur~, ,

l\'IA

01\fETRES A MERC URE.

il s'ensuil que ·1e flollenr a ne s'est réellement élevé que de la moilié de í6 cenlimelres, les deux branches supposées <l'une égale section fütérieure. Par conséquent, la graduation de l'échelle b est faite a raison de 38 cenlimelres par chaque atmosphere de pression, a parlir du poinl ou le mercure est au rncme piveau ·dans les deux branches. Ce point peul amir pour lndicalion 1 ou zéro. Dans le premier cas, le manomelre marque la pression absolue de la vapeur, el dans le secornl cas il ex prime sa pression relalive ou son ex ces sur ,cclle de l'atmosphere. On préfere généralemenl le premier mode qui évile de faire la correclion. rous avons supposé les deux branches du tube de seclions égales, ce qui a lieu en effel avec celle forme de manometre; mais comme il ' en esl d'autres oú l'on cherche, au conlraire, b. les rernlre inégales, dans un but que nous dirons loul a_ l'heure, voyons tlcs a présenl le changemenl qui en résnlle pour la gradualion. ~i la seclion tlc la branche oú se lrouve le flolleur est plus grande que l'antrr, la différence de hauteur entre les tleux colonnes, pour une meme tension de la vapcur, sera la meme que si les seclions élaienl égales, en verln du príncipe u'égalité de pression; mais l'a~aissemenl de la pelile colonne ·au-clcssous du ni vea u normal sera plus grand que l'élévation de l'aulre au-dessus du meme point: d'ou celle élévalion sera plus foihle que la moilié de la différence lolale des <leux niveaux. Par conséquenl, 38 cenlimelres ne représenleronl pas une almospherc sur l'échclle: cette pression sera indiquée par une hauteur moindrc. Pour graduer l'échelle dans ces condilious, il suffira de faire le raisonnemenl suivanl: désignons par el, le diamelre inlérieur de la branche en communicalion avec la cbaudiere; D, le diamelre de l'aulre branche ouverle a l'almosphere; h, la .différence de hanleur Lolale des deox colonnes; x, l'élévation d~ mercure tlans la bqmche D, au-dessus du niveau normal, et éorrespondaul au point d'ou la haulem h esl complée'; h - x, l'abaissement du mercure a partir du meme niveau dans la branche el. 11 est évidenl que le déplaccmenl du mercure sera égal, ei;i voluine, dans les deux branches, muis suivanl des hauleur~ en raison in verse des carrés de leurs diametre::;, c'esl-a-dire que l'on lrouve : 02 X

(l2

d2 ( h -

X) ;

d'ou x

h X 02

l''

e,-

Cetle relalion nous perrnel de résoudre le problcme suivanl: Par quelle hauleur une pression almosphérique serait-elle repréEXE)IPLE. sentée sur l'échelle si le diametre de la liranche dn flolleur élait double de l'autre? Solution. On nurait: 1 X= í6ccnt. X - - - - = it>º2. (2)2 + 1 Il peut exisler une autre erreur qui provient de ce que la branche en relalion direcle avec la vapeur esl or<linairemenl pleine d'eau; mais celle erreur esl peu considérable et peul elre facilement appréciée. 33 l.

•

208

MOTEURS A VAPEUR.

En effet, i nous supposons celle branche pleioe d'eau, les pressions intérieures el exléricnres égalcs, el le point de départ de l'échelle corrcspondant a celle siluation, qui dénivelle d'une certaine quanlilé les sommels des colonnes de mercurc, il suffil, pour opérer la gradualion, de considérer que les Jifférences de hauleur futures devront etre <liminuées de la haulcur de mercure nécessaire pour équilibrer les abaissemenls de la colonne d'eau. Ainsi J ponr chaque cenlimelre d'abaissement de cetle colonne, il faut, en supposanl les lulJes de mcme grosseur, une colonne de mercure égale a :

aulrerneol dil, l'élévalion x', de la colonne de mercure, spécialemcnl alTérenle l'cxccs de lension de la vapeur, sera égale a: x'

•

X -

( X

13 ,~ 98 )

0,926

Ce r é ullal nous conduil a dire que daos lous les cas, quel que soil le rapporl du diam elt·e des deux branches, la hau leur de gradnalion x lrouvée précé<lemment, en lenanl comple <le ce rapport, Jevra ctre mullipliée par 0,926 pour opérer la correclion relali e a la colonne d'eau conlenue par la premiere branche . Ainsi, une almosphere étanl représenlée sm l'échelle par rnc2, le rapport des diamelres des branches égal a 1 : 2, la haulcur reclifiée par rapporl a l'eau devienl :

i\lANom', rnE A FLOTrnun A HAUTE PRESSJON. Lorsqu'il s'esl agi d'appliquer le manomclre a air libre aux machines lt haule pressionJ avec lesqueJles la ,·apeur es! susceptible d'alteirnlre 5 almospheres et plus~ on a cherché des formes plus comenables aux grandes dimen ions que l'inslrument de ait alors avoir, puisque chaque almosphere lle plus esl mesurée par une colonne de mercure de 76 cenlimelres. Cependaol, comme on n'emplo-yail pas encore les tubes de cristal, doot la 1ransparence permet de foire direclcm ent les oLserrntions, le flolleur <lcvail etre conservé. Souvenl mcme on se servail du flolleur pour faire agir une sonnerie a la pression limite, el d'antres fois on le reliait au registre de la cheminée pour .oblenir aulomaliquement la reglemenlalion de la pression. Ces ingénieux moyens ne pouvaient pas avoir une réussile complete, a canse Je la difficullé de mellre en jeu ces divers m écani mes avcc un moleur aussi délical que les fluclualions d'une colonne de rncrcnre. L'appareil représenté fig. 40 est le type de manomelre a air libre et a flotleur qui a le plus. d'analogie, par sa Jisposilion, avec cenx en cristal employés depuis. 11 se compose d'uoe cuvelle en fonle A, parfailement close, el a laquelle s'ajuste un tnbe vertical en fer_B qui y pénelre par une garnilure bien élanche, et dont l'exlrémilé supérieure est ouverle i1 l'air libre. L'eru;emble de l'instrument peut

•

MANOl\IETRES A l\IERCUttE.

209

étre fixé clans un enJroit quelconque, peu clistant de la chaudiere, avec laquelle il est en communication par un tube a qui vienl s'ajusler a la cuvelte en un point oú elle est munie d'un ajnlage rentranl. La cu ve lle conlient du mercure qui s'y mainlient au meme uiveau que dans le lube lorsque la pression 1.laus la chaudiere est égale a cellc de l'almosphere; on voil, en effet, que la pression inlérieure de la chaudiere Fil!. ~O. vicnl s'élal>lir dans la cuvelle A, au-dessus du hain de mercure, soit direclemcnt par l'air ou la vapeur qu'elle renferme, soit par l'intcrmédiaire <l'une colonne cl'eau remplissant le lube · de communicalion a. Mais Jorsqu e Ja pression daos la chauclicre augmenle, son influence se fait resscnlir c-Jans la cuvelle sur le mercure qui s'éleve alors dans le lubc B. L'él éva lion de la colonne de mercure est indiqueé, comme précédemment, au moyen d'un Ootteur b, qui esl ici suspendu a une chaine légere pnssanl sur une poulie de renvoi r, el a l'aulre exlrémilé de laquelle se trouve suspendu un conlre-pc,iJs d, qui desecad le long cl'unc échelle graduée D. Afio de prévenir la projeclion du mercure hors de l'inslrumenl, par suite cl'une élévalion brusque de la pression, le lube esl terminé par une espece de champignon, et il est garni d'une curntte C, d'ou il résulle que le mélal liquide qui serail trop vivement soulevé serait arrelé par le champignon et retomberait ,Jans la cuvelle. Ce tube B doit done amir une hauleur correspondanl a aulant de fois Qm76, moins une, que la vapeur doit alteindre d'almospbrres. L'échellc graduée inclique ces hauleurs, mais de baul en bas, puisque l'index d se meul en seos inverse de la coloone de mercure. Quant au rapport entre la ~radualion et les hautcurs réelles de la colonne Je rnercure au-dessus du niveau dans la cuvelle, il se rapproche tl'aul.anl plus de l'unilé que la seclion du tube B est plus pelile que l'élenJue de la surface du rnercure dans la cuvelte. En effet, si cette étendue était infinie, le niveau reslcrait.fixe, quel que soil le volumc de mercure élevé dans le tube, et l'index d se déplacerait sur l'échelle de quanlilés exaclement égales aux accroissemenls de la hauteur lolale de la colonne de mercure. Mais comme ce lle surface est limitée, le ni vea u s'abaisse au fur el a mesure que le sommet <le la colonne s'éleve, d'ou il résulle que la gradualion subit une moclification comme pour l'instrument décrit précédemment.

260

l\IOTEURS A VAPEUR.

Toulefois les choses se passenl au rebours de la supposilion que nous avons faite : c'esl le tube qui représcnlc la branche a pelile sec lion, 1anuis que 1a cuvelte représenle la granu e. fl fau l Jon c modifier en ce sens la formule ci-tlessils el délerminer· ainsi le coeffi cienl cle gradualion x :

n2 X =

h d2

02·

Supposo us, pour exe mple, qu e la surf,1ce de la cuvelle soil 1.0 fois la section du fube, par ·qu elle élemlue x devra-t -on représenler sur l'échdle une éléva lion de ,6 cen li mclres? Solution. On lrouve: 100 _ - 1'1cv) ~ X = Í 5c X 1 + 100 IU A ' ce qui démonlre que, plus la cuvette sera grande, el plus les divisions J e l' échelle se 1:approchero nl de la va lenr des hanleurs qu'elles représenlent. En résumé; s~uf le flolleur r emplacé par Ja lransparence du lube, ce qui précecle est complélemenl appli cable aux manomelres a air libre qui ont élé employés depuis et donl nou s allons dire·tjuelques mols. · MAN0MÉTRES A AIR LIBRF: A rÚBES DE cn1sTAL. - No ns avons 1lit que, sur la donn ée des deux inslrumenls précédemment décrils, on a imaginé divers syslemes de manomelres dans lesquels les lubes mélalliques sont remplacés par des tubes en cristal permellanl la suppression du flotleur, donl l'agencement mécanique est incompa.lible avec la déli calesse d'un appareil qui doit elre exlremernent précis. Mais t~ne parlie des-recherches ue lous les ingénieut·s et pbysiciens qui se sont occupés de ce sujel a eu anssi pour objet de reméd ier a l'inconvénienl de la grande hauteur J'un manomelre a air libre, qui doit marquer des lensions de qn elques almospheres. 11 esl évidenl, én effet, que si l'on n'avait eu recours, dans !'origine, au systeme a air comprimé, il cfll ét{ J e lonle impossibililé d'adapter un manomelre anx \ocomo li ves ou la pression s'éleve parfois a 6 ou 8 almospheres, daos lequel cas un manometre a air li.bre alteindrait o a 6 melres de hauleur. Meme pour un e chaudi ere fixe, un tube de crislal d'une aussi grande lon gue ur présenle peu de sécurilé, a ca use de sa fragililé. 11 fa ul parfois le former de plusieurs parlies réuni es, ce qui augmenle encore les chances de bris ou de fuites. Quoi qu'il en soit, le mnnomelre a air libre-a élé largement appliqué. Naus ajoulerons meme que c'es l encore a l'a id e de cet insfrument que l'on gradue les manome lres rn élalliques mod ernes, dont la nature ne permel pns de Jire avec exacliluue la pre;;sion qu'ils ressootent si on ne l'a pas nolée préalablement au rnoyen d'un appareil élalon. Les ·figures suivanles, 4i el 42, r eprésenlent deux systemes de manomelres a air libre qui onl rec;u de nombreuses applical-io ns. Le premier (fig. 41.) est l'appareil le plus simple, et qui a élé aussi. lc plus employé.

l\lANOi\IETRES A l\fERCURE.

261.

11 se compose d'un tube en crislnl B engagé dans une cuveHe en fonte A con-

tenaul du 111crcurc. L'ensemble est fixé sur une planche en bois porlant la gradualion el qui esl elle-meme posée sur la muraille la plus voisine du généralenr. Par une disposition analogne a ce qui a lieu pour le préFig. 41, . Fig. 42 . cédent rnanom elre, la cuvelle A esl mise en communicalion avec Inchnmliere par un lube b qui parl de la cuvelle, se releve e! repasse ordinairr.ment derrirre la tallle dn manomclre avant d'alleindre la chaudiere. C'est aussi de l'eau que renfcrme le tube b el qni vient transmellre au mercurc la pres_sion de la vapeur. Ce man?metre a done l'analogie la plus complete avcc celui représe11té fig. -40, exceplé la s11 ppression du flolleur et la leclure direcle des hauleurs ele colonnes de mercure a travers le cristal. La loi de In gradualion est la meme, en donnant an tube une scclion bien inférieure a celle ele la cuvelle. L':rnlrc manomelre (fig. 42) a été imaginé par l\I. Desbordes, suivant une disposition qui a pour bul de supprimcr les longs lubes de cristal, !out en conservant néanmoins la leclnre par transparence qui évite les flolleurs. Comme théorie, on peut lui appliquer entierefJ:!ent celle du premier instrument cidessus (tig. 39). 11 esl formé de deux tubes mélalliques A qui sont mis en com munication, a leur pnrlie inférieure, par uue picce de raccord permellant, tout simplcmen t, d'emploJer deux lubes droils au lieu d'un seul recourbé en U. L'une des branches de l'appareil, que nous considérons en effet comme un seul lube recourbé, est terminée en haut par un réservoir C muni d'un robinet a par lequel s'élablit la communication avec la chaudiere. L'aulre branche se termine par un tube de cristal B de peu de longueur, mai~ d'un dia.melre plus grand que celui du tube A: c'est l'exlrémilé ouverle a l'air libre; c'esl la que les pressions doiven1 etre lúes a l'aide d'une échelle graduée placée tout pres du tube. Cellc meme parlie supérieure est en communicalion avec un récipient D pour recevoir le mercure qui aurait été projeté au dehors. Un robinel b permel de le recueHlir. Cel ajustement n'empeche pas de réserver une pelile ouverture pour que l'air extérieur établisse su pression sur le sommel de la colonne. Le tube A contenant alors du mercure, comme fig. 39; la pression de la vapeur déprime directemenl ou par de l'eau la colonne dans la premiere branche et la fait s'élever dans la deuxieme. On suit le mouvement du sommet de·la colonne daos le tube de cristal B, et les divisions de l'éc!Jelle font connailre le degré üe pression .. D'apres ce qui précede, il est facile de concevoir que le lube mélallique ayant la longueur suffisanle pour représenler autant ele fois 76 centim~ qu'il y a d'almospheres, les mouvcmenls u.e la colonne auronl une élendue aussi réduile qu'on le

262

MOTEURS A VAPEUR.

voudra en augmentant a volonlé le <liamelre du tube de cristal. Nous avons dit comment on calcule la grad11ntion daos celte circonslance; mais ajoutons que, pour plus de súreté et de précision, on opere cette gradnalion au moyen d'un manometre élalon a hauleur de colonnes réelles et auquel on fait supporter simullan,Sment, a l'aide d'une pompe, les memes pressions qn'a celni que l'on veut gradner. Celte descriplion suftH pour faire coinprendre comment le but proposé se trouve atteint: conserver les propriélés du manometre a air libre sans flolleur et avec un lubc lransparenl tres-conrt; mais le peu d'amplilude des Jivisions le rend moins sensible pour l'reil de l'observateur. Ce systeme est d'ailleurs beau·coup plus dispendieux que le manomelre formé d'un simple Lube de cristal. MANOi\lETRE A AIR LIBRE DE M. GALY-CAZALAT. - L'impossibililé J'appliquer les manomelres air lihre aux locomolives, et le désir de remplacer le manomelre a air comprim é dont les indicalions sont peu sensibles et sujelles a erreur, ont foil chercher un systeme qui possédM les avantages de !'un sans avoir les inconvénienls de l'nulre; on s'occupa, en un mot, de créer un manometre a air libre de pen de hauleur. Il y a une,quinzaine d'années, un physicien bien connu, M. Galy-Cazalat; en fit un <qui alleignail le·s condilions proposécs. Pour y purvenir, il faisait agir la pression de la vapeur sur un pelit pislon a bases inégales, la plus grande se trouvant en relalion avec la colonne de mercure indicalrice soulevéc. Par le principe de l'égalilé de pression, transmise par les fluides, il arrivait ainsi, avec une colonne de mercure de peu de hauleur, a équilibrer une pression Je vapeur tres -considérable. Ainsi, une hau leur de 40 centimetres suffisait pour marquer, a l'air libre, une pression de plusieurs almospheres. Mais cctte combinaison exigeait des diaphragmes élasliques en caoulchouc pour séparer les milieux reliés par le pislon transmelleur, et de la des incerlitudes dans les effets, et des causes e.le réparations fréqnenles. Il arrivait am:si que le caoulchouc n'était pas complélement imperméable et laissait commiiniquer partiellement l'eau avec le mercure . 11 estjusle de dire que si, .a celle époque, on avait eu le caoulchouc dans les condilious de fabrication d'aujourd'hui, on aurait peut-elre tiré un meilleur parli de celle ingéniense invenlion. l.UANOMETRE A AIR LIBRE DE M. RICHARU. - 11 y a également une quinzaine d'années, M. Richard, habile oplicien de Paris, alors résidant a Lyon, a construil un manomelre a air libre, de pelile hauteur, auquel il ne manquait que peu de chose pour. réussir complélement, et qui se propageait déja tres-rapidemenl, lorsque parurent les manomelres mélalliques devant lesquels toul devait disparaitre, a cause de leur plus .grande simplicité et du pon marché de leur élablissement. Nous ne pensons pas devoir reproJuire entierement le dessin clu manoinetre Richard: il nous suffira d'en démontrer le principe. . · Supposons un lube en fer A, qui se replie plusieurs fois sur lui-meme comme !'indique la fig. 43, en communicalion avec la chaudiere par son extrémilé a, et ~vec l'atmosphere par sa branche ouverle A', qui est en cristal pour permellre I'observalion. Ce lube contient du mercurc qui se met de niveau, suj.vanl. m-n, Jans

l\IA OMETRES A MEHCURE.

263

toutes les branches, et les parlíes supérieures b, b', sont complélement remplies d'eau. Si, dans cetle situatíon, on élablit la communication avec la chaudíere, la pression <léprimera la coloune de mercure d'une cerlaine quanlité qui <lélerminera une <lénivellalion tolale h dans la brancbe suiFig . 43. Yante; mais, par l'inlermédiaire de l'eau cet effet se réperculera daos chacune des branches en abaissan t el en soulevan t allernati vement les colonnes de mercure; celle 6 <le la branche A' s'élevcra <le la meme hauleur h qui pourra y elre observée, puisque ,¡:·- ·- ·-· ·------~ celle derniere branche esl en cristal. i i II ne s'agit plus que de se rendre comple "'\ ?n- - du chiffre de la pression qui a produil le <lé_ ___ _¡ J ________ 2 placement du mercure exprimé par celle Á hauleur h daos la branche ou on !'observe ' ainsi que clans les aulres, deux a deux. Pour cela, il suffit de remarquer qu'en se soulevant, la deuxieme colonne repousse la troisieme d'une meme quanlilé, ce qui détermine une meme élévalion daos la suivante, etc. Par conséquent, chaque sommet de colonne devienl une surface libre qui supporte la somme de toules les élévations de colonnes dans les branches qui le suivent: d'oú, en résumé, la pression sur le premier sommet, daus.la branche a, est égale a la somme de loutes les hauteurs h au-dessus de o-d dans toutes les branches de l'inslrument. En vertu de ce príncipe, il devient lres-facile de réduire a volonlé l'élendue des accroissemenls de haulcur <lans la branche indicalrice A', puisqu'il suffit de multiplicr le nombre de~ doubles replis du lube. Si, par exernple, on veut que chaque almosphere soit représenlée par une hauteur de meecure de 76 millimelres, l'instrument devra se composer de 20 branches, rl'ou 10 almospberes n'exig-eront pas une échelle plus élendue que pour une seule. Mais l'instrument devra posséder la meme hauteur au-dessus de la ·ligne de niveau pour correspondre a cette iudication. En d'autres termes, les pressions exprimées en colonnc de mercure, que ce manomelre permet d'observer, sonl égales a la moitié de sa hauteur mullipliée par la moilié <lu nombre de ses brancbes: soit la moilié du produil de sa hauteur enliere par le nom-h re total de hranches simples. Bien entendu qu'une correclion est a faire pour le poids des colonnes d'eau, ainsi que nous l'avons vu précédemment. Tel esl, en príncipe, l'appareil Richard, mais qui differe essentiellemenl par la forme, en ce que les replis du tube A sont disposés les uns sur les aulres comme les spires d'un serpentín orclinaire, au licu d'etre <léveloppés sur un meme plan, ainsi que nous l'avons admis pour la figure de príncipe. MANOMETRE 1>. AIR co:urRtME. Nous ne parlerons ici de ce sysleme de 1nanomelre )

·-·ai .

264

MOTEURS A VAPEUR.

que pour en exa miner les défauls; ou a· déj a vu, dans les nolions préliminaires (Hg. 4), sur qu cl prin cipe sa co nslruclion repose. Sans compter d'abord les causes qui altéraient sa précision, on a pu remarquer que la gr adualion devenail juslemenl de moins en moins sensible au fur et a mesure que la prcssion de la vapem alleignail au conlraire la période oú quelques degrés de plus ou de moins sul'fisenl pour la modiíler tres-sensiblemenl. Si nous adme llons, comme exemple, que le tube de cristal présente un e capacité cylindrique de 60 ce ulim elres de hauleur dep ni s le niveuu de la cuvelle jusqu'a u sommel fcrrné, le premier accroisscmen l de 1 a 2 almosphercs sera indiqué par une colonne de m ercu r e de 30 ce nlim ctres ; de~ a 4 a lmosph eres, l'amplilnd e de cetle hauleur n'aura plu s que 15 cenlim elres; de 4 u 8, íco, e le.; c'esl-n-dire que ponr un accro issement dc_i almosphere , duns cclle périod e, la colonne de m ercure ne s'éleve pas de plus de 1 1/ 2 ou 1 cenlimclre. · Si nous ajoulons a cela que l'a ir confiné au-d essus du mercure l'oxyde peu a peu el diminue par conséqucnt Je volurne, on comprendra qu 'il y a la un molif gr¡1ye de dérangement; el puis la meme cause fait que le cristal se dépolit el rend difficile la lcclure des indicati_ous. On conseillait, du reste, de remplacer l'air ·par de l'hydrogene pur qui ne posscde pas les memes propriélés oxyda nlcs. 11 ex istail aussi un e difílcullé pour corriger la division, en raison du poids de la colonne de mercure soulevée qui s'ajoulait nécessairemeut a la pression accusée par la réducliou du volum e d'air dans le manomclre. Pom obvier a ce dernier inconvénient, on a aussi essayé de placer le tub e horizontnlernent, ce qui annule le poids du mercure, qui n' agit plus que comme un simple piston foulant. Cepend.ant, malgré ces défa uls, il fallait bien faire usage de cet inslrumenl, puis~ qu'on n'en possédail pas <l'aulres dans des circonslances ou le mnnom elre u air libre n'était pns applicabl e par sa grande é lendu e et sa frag ililé. 11 élail déj a remplacé, néanmoins, par le manom elre Richard, lorsque ce dernier le ful a son ~our par les manomelres métalliques que nous allons faire connailre.

MANOMETRES l\lÉTALLIQUES

L'idée de remplacer les inslrumenls fonclionnanl par le principe de l' équilibre des fluid es, pour mesurer la pression des gaz, n'esl pas absolument nouvelle; ma is ce n'esl que depuis peu d'années que l'on est réellement parven·u a y subsliluer les appareils mélalliques. L'ingénieur frarn;;ais Conté avail bien imag iné, il y a environ un demi-siecle, de conslrnire un baromelre qui avait pour príncipe la fl exion d'une paroi mince, et dont l'aspec t rappelail a peu pres celui d'une monlre; mais son invenlion est reslée saos usage jusqu'au momenl ou l\I. Vidi, avocal frarn,;ais, a mis au jour les baromelres dils aneroides, qui consistent aussi · dans une boile ronde, dans laquelle on fait le vide, el donl la paroi sup érieure es l mince et fléchissanle, fonclion qui est favorisée par une cerlaine ondulalion du mélal; un mécanisme disposé pour mesu-

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MANOMETRES MÉTALLIQUES.

rer sa flexion, sous l'influence des variations almosphériques, permet d'en <léterminer l'intensilé. Cependant, rien encore ne paraissait qui fút capa ble de servir a mesurer utilement la pression de .la vapeur. Celle grande innovalion ne ful faite que vers i849, en Allemagne, par M. Schirnz, et en France, par l\L Eugene Bourdon, ingénieurmécánicien de París, auquel le hasarcl peÚl-elre, ou plutót ·1•esprit d' observation, vint révéler une propriété mécanique jusqu'alors inconnue, ou mieux, restée inapen;ue. Cette propriété, c'esl le phénomene que présente un tube·, non cylindrique et contourné sur lui-meme, de se redresser si l'on augmente la pression a son inlérieur, et de se courber davanlage, au conlraire, quancl on diminue celle pression. A partir de ce moment, le manomelre métallique ful créé; car on pouvait ainsi conslruire des instruments aussi seusibles que suffisarr:iment résistants, et capables d'indiquer des varialions de pressions tres-élendues, avec une amplilncle considérable. Néanmoins a cet appareil, qui ne paraissait pas susceptible de rivaux, est venu s'adjoindre, dans les applications, 1e manomelre a lame simple, fl.échissant sous la pression ele la vapeur comme celle d'un dynamornetre ordinaire: c'est le manometre que conslruit M. Desbordes, et qui trouve aussi de nombreuscs applicalions. Nous allons décrire successivement ces deux syslemes, qui sont aujourd'hui universellement répandus et autorisés dans tous les pays du monde. MANOMiTRES MiTALLIQUES A TUBE Par lU. E. BOURDON 0

(FIG .

PL.

Si l'on prend un tube dont la seciion 1ransversale soit une ellipse, ou a peu pres, et que l'on vienne a augmenter la pression du fluide liquide ou gazeux qt~'il renferme, il tendra a se rnettre au rond, et, de plus, si ce tube est contourné au lieu d'etre droit, il tendra eu meme temps a se redresser. Ajoutons encore qu'une cause contraire produira l'effet inverse, c'est-a-dire que si la pression inlérieure dans le tube aplati diminue, il s'aplatira davantage, et sa courbure générale augmenlera. La réside complétement le príncipe du manomelre de M. Bourdon, ainsi que nous l'avons dit ci:-dessus. Armons le tube en question d'un organe intlicaleur capable de faire comiaitre la valeur de ses mouvemenls pour tontes les.pressions différentes qu'on lui fait subir, et nous aurons en définitive l'instrument complet. Les fig. 1 et 2, de la pl. 7, représenten t, en coupes transversale et longi tudinale, la ~1isposilion la plus usuelle de ce manomelre, qui peut évidemment en affecter de bien différentes. II esl formé d'une boite ovale A dans laquelle se trouve disposé le tube B indicateur de pression. Ce tube, dont la seclion n'est pas tout a fait une ellipse, est con1.

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MOTE URS A VAPEUR.

tourn é circulairement de fa\;on a fo rm er un tour et demi d'h éli ce . Son extrémité ñnféri enre esl exa ctem enl ra llach ée a un petit ajutage a, qui lui-mcme foit partie (!'un r obinet C auqu el s'ad a pte le tub c b·vcn ant d e ·1a cha udi er e ; l' aulre extrémité •d u tube ma nométriqu e B, q ui es t libre, es l p al'fa itement close et por te un e ai guille e di sposée pour suivre le!'\ divisions d' un cadran d , fix é a l'üi térieur de la boite. -Celle-ci porte évid emm ent sur sa fo ce un e ou verlu re ci rculaire vi lrée pour perm eltrc de sui vr e les mouve men ls de l' aiguill e. La mi se t:n ra ppo1~t de cr. l ins lrum eni avec la ch audie re se fail ainsi par le conduit b, qui per me l a la Ya peu·r d' élablir sa p ression u l'intél'ieur du tuh e B, soil di reclemc11l , soil par un e colonn e d' eat'I , ce qui vaut m ieux . Le tub e ayanl élé élabli et clos so us la pression almosphérique, la position corr cspond anle de l'aiguille e sur la di vision est le chiffre 1, c' est-il-üire qn' elle conservera ce tle posit ion, le gén ér a teur au repos ou en mar ch e , tant qu e·la vapeur ne dé passcra pas cc lte p ression. Mais a u fur et a mesure qu e celle-ci augmeute, elle se manil'esle a l'inlérienr d n tube B, tend a ramen er sa seclion au rond, et par co nséqn cn t a le faire se développe l' suivant un ccrcle d'un di arn e.tre plus grand · _q ue cclui qu 'il possédait lorsqu'il a élé fer mé so us la pression atmosphériqu e. C' est en verlu de ce m ouY eme nt qu e l'aigu ill e e, qni app mtient a l' extrémilé libre du tubc, se déplace et s'ava nce successivcmenl su r le cadran en mcme temps qu e la p ression s'éleve daos l e géoérateur et pa r suite dans le tnh e. La fi g. 3, qui représenle le manometre vu ex.lér ieure ment, indique au ssi un e légere addili on qu e lui a pporte le co nslru cleur qua nd on vent qu'il acense un max imum , c'est-a-di rc qu 'il conserve la trace de la plu s ha ute pression a laquelle le gé néra leur nura ma rch é dans un e li m ite de te mps dé lermin ée . C'es t simplemenl un e ai g üillc fo l_l e e, monlée sur un e fusée f, dans la paroi antér ieure de la bolle, et qui pod e une go upille tran sversale que l'ai guille principale r enconlre lorsqu'elle vienl a se croise r avec elle. 11 es t évident q ue l'ai guill e folle do il s'avance r tanl qu e l'aulre la pousse en allant de la plus faibl e a la plus haute pression; mais elle n' est pas enlrain ée en sen s contraire et res te, pl-l r conséqu ent, au chiffre le plu s élevé ou J' aiguille e est par ve nu e. Lorsqu e la p er sonne chargée de celle conslala lion l'a fo ile, elle r emel l'aiguille e a. sa place par la fu sée f , qui es t ordiouiremenl r eco uverte d' un e garde fi xée par un cadenas g. Ce sys tcmc de m anometre se prcle lt'cs-bien u la m esure de tres-hautes pressions, jusqu'a 20 a lmosphcr es, par cxempl e, sa ns parler des ap_pli cations qui en ont é lé failes a ux presses h ydrauliqnes , ou la press io • a lleint ordinairement p lusieurs centa ines d' alm os pheres. Ma is il es t évident qu'il r egoit a lors dans c,e cas des modifica tion s P.arliculi eres qui consistent , en µr incipe , a disposer plusieurs tubes les ~m s dans les a ulres ponr en aug-menter la résislance . Daos les limites ordioaires , jusqu'a 20 almospheres environ, il faut seulement donn er a u tube des proportions co nven ablcs p our qu e _l e m élal conserve parfai_tem ent son élas li cilé et r eprenn e exactement sa position du point de départ apres qu' il a fl échi sous une forle pression. Quant a la graclualion, elle se fait au moycn d'un ma nomelre étalon , 11 air libre et a mercure.

MAN OMETRE:S l\IÉT AL LIQ UES.

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II serait presque in u lile d'insister davantage pour faire comprendre la supériorité pralique de éet inslrument sur les mauomelres a mercure qui sont si susceptibles de se briser, el donl les climensior~s ren<lent le plus souvent l'applicalion impossible. Celui-ci avait, du reste, sa place Loule lrouvée cbaque fois qu'il s'agissait Je haules pressions ou le manomelre a uir libre elevait elre lui-méme remplacé par celui a air comprimé. Aujourd'hui, le manomelre Bourdon est tres-généralement répanelu, et rend Je vérilables services. Le lemps qui s'est écoulé depuis ses premieres applicalions permet ele reconnailre que sa précision n'est pas éphémere et qu'elle se conserve, au contraire, malgré un travail conslant et longuement prolongé. MAN0~1ú:rnE ~JÉTALLJQUE ÉTALON (fig. 4 et 5, pi. 7). - Sous l'initiative de l\f. Bougarel, garue-mines délégué dans le dépurte(llent de la Seine, pour la surveillance el la réception des appareils a vapeur, le manometre de i\J. Bourdon a élé appliqué aux expériences ayant pour hut l'essai et la réception légale des généraleurs ou aulres appareils ~deslinés h fonclionner sous de haules pressions. On sail que ce genre el'essai se foil a l'aicle el'une pompe qui refoule Je l'eau dans le récipieut en expérience, jusqu'a une pression voulue qu@ l'on uoiL mesurer exactement. Au lieu Je la soupape de su.relé ordinaire qui remplissait cetle fonclion, on fait usag·e maintenant d'un manomctre mélallique qui peut s'adapter tres-simplement sur l'appareil soumis a l'essai. Tout en pouvant marquer avec précision eles pressions de 20 atmospheres cet instrumenL est assez pelit pour qu'il puisse se loger dans un étui que l'on met t.lans la poche afin de le transporler aisément aux enJrnits ou une expérience est requise. La fig. 4 représente cet instrument, a rnoilié de sa grandeur d'exéculion, en vue extérieure, et la fig. o, en coupe lransversale passant par son axe. Le príncipe de la disposition du tube indicateur B cst lout a fait le meme que ci-dessus, muis la traduclion eles mouvemenls par l'aiguille est un peu différenle, atlendn que le lube n'a qu'un seul tour el que ses rnouvemenls doivent élre lresamplifiés pour elrc sensibles. Pour cela, l'aiguille indicatrice e est montée sur un centre fixe d'oscillalion, en e, comme un levier elu premier genre dont les branches sont tres-inégales de longueur; la plus courte se rallache alors a l'extrémilé libre un tube B par l'inlermédiaire d.'une petile bielle f, et lorsque ce lube B s'ouvre, il enlraine ainsi l'aiguille. Mais comme la grande branche de celle-ci a environ 6 fois la longueur de la petite, un léger mouvemenl du tube en_produit un tres-sensible a l'exlrémilé de l'aiguille, ce qui permet de donner au cadran d une assez grande élenclue. Comme conslruclion générale, c'est une bolle circnlaire A en métal, fermée de meme qu'une monlre, a l'aide d'un verre épais D, serli dans un cercle ouvrant a charniere. La boite esL fondue avec une lubulure a percée du pelit canal b qui doil élublir la communication du liq~1ide refoulé avec l'inlérieur du tube B. Celle lubulure est terminée par une bride plate par laquelle on peut fixer le manometre au moyen de peliles presses en fer sur une parlie correspondanle de l'appareil en essai. Ce mode convienl mieux q°u'un taraudage qn'if serail elifficile de faire raccorder parlout.

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l\IOTE URS A VAPEUR.

vrors ( fi g. 12 et i3, pi. 7). - Lorsqu'il s'agit de mesurer des pressions inféri enres a ceilc de l'a tmospliere, l'instrument prend le nom d'indicateur de vide; sa conslruclion es t celle incliquée par les fi g. 12 el 13 el e la pl. 7, qui en sont une vue de fa.ce, le cad,·an el l'ai guille enlevés, et une coupe transversale. Le tube B a ses deux ex trém ilés closes, et sa communicalion avec le récipient a lieu par le milieu de sa lon gueu r ou il esl sondé au raccord a du robinet C. Ces denx exlrémités du tube B, qui sont alors libres, sont reliées par les petites bielles f a un Jevier simple i , monté par son centre sur un axe horizontal e qui porle égalemen t fixé avec lui un secteur denté g. Ce cl ern ier engrene avec un pelit pignon h monté sur le mem e axe que l'ai guille indicalrice e, qui répele ainsi, en les amplifian t heaucoup, les mouveme11ls des exlrémilés du tube B . . Pour établi r la graduation de cet inslrument, il faut, lorsque le tube B ésl plein d'air almosph é1:iqu e, placer l'ai gnille a un point de élépart que l'on désigne par le ch iffre indiquant la valeur en millimetres de la prcssion atmosphérique observée au baro melre au moment de l' expérience, puis ensnite faire le vjde dans le 1ube auss i parfailement que possible. La pression diminuan1 a l'intéri eur dn tube B, ses ex lrémilés se rapprocbent, par la meme raison qu'elles s'écarlent quand la pression augmente, et l'aiguille e s'éloigne du point de dt'ipart. Lorsque le vide est ob len u, on marq ue zéro au point ou l'aignille s'est urrelée, et il n e reste plus qu'a tracer les clivisions, entre les points .de départ et d'arrivée, en cenlimetres ou en fraclion s d'atmospberes, suivanl le cas . Sur .l a fig. 12, l'indicatem es t représe nté dans la position qu'occupen t les pieces sous la pression atmosphérique, les extrémilés du tube B a leur maximum d'écartement. Pour les machin ~s a vapeur, l'indicalcur de vide est mis en communication avec l'appareil de condensation qui, lorsqu'il fonclionne, doit posséder une pression in Lérieure bien plus faible que celle de l'a tmosphere . Hors de l' élat de marche, l'apparcil es t plein d'air et l'indicateur marque la pression atmosphérique. Mais aussitót que la machine a marché, le vide s'y fait en partie, et l'aiguille de l'indicateur se met en mouvement pour se rapprocher de zéro. Il est aisé de comprendre que cet inslrument a donné lieu a une applicalion tres¡ n téressa nte, c'est-a-d ire le vérilable bar ornetre m étallique, qui remplace avec un grand a_vanlage aujourd 'hui, dans les usages de la vie, le barometre a mercure ordinaire. On emploie également pour les machines a vapeur l'indicateur de vide a mer~ure, qui es t auss i se nsible que le précédent, mais bien plus fragile. C'est exactemenl le meme inslrumenl que celui appliqué aux machines pneumatiques pou~ détermin er le degré du vide oblenu. C'est lout simplement un tube A con tourné en siphon, fig . 44, l'extrémité su•• périeure fermée el l'aulre ouverte, communiquant avec le récipient dans lequel on observe le degré du vid~. Le tube A renferme du mercure qui a du y etre introduit sans qu'il reste d'air dans la branche fermée. Par conséquent, si cetle branche est plus haute que 76 centime.tres, il n'y existe que le vide parfait au-dessus de la colonne de ·mercure comme I ND IC ATEUR DE

MAN OMETRES MÉT ALLIQUES.

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daos le baromelre, et si elle est d'une hauteur moindre, le mercure la remplil complélement lorsque la branche ou'verte communique avec l'a\mosphere . Mais si le vide se fait dans le récipient en rapport avec la branche ouverte, la colon ne de mercure soulevée dans ~a branche fermée deviént trop lonrde, et elle . s'abaisse landis que celle de l'aulre branche s'éleve. Enfin F1g. 44. si le vide est oblenu dans le récipient, les colonnes de mercure se meltent exactement de niveau dans les deux branches. La gradual ion de l'instrument est faite sur la planchette meme ou le lu be se trouve fixé; son point de départ est zéro, qui correspond au niveau égal du mercure dans les .Sr_ d~ux 1.Jranches ou au vide parfait. Au-dessus de zéro, l'échelle esl divisée en cenlimetres c.l'une élenclue moilié de A la grandeur réelle, ·si les deux branches sont égales en section, pour le meme motif que celui ex posé plus haut ( p. 2en ), a propos clu premier manometre a air libre. Par conséquent, la·colonne de mercure, dans la grande branche, marque au-dessus de zéro autant de fois ~ millimetres que la dénivellalion tolale h a de centimetres. Comme daos l'applicalion de cet instrument aux appareils de condensation, on n'observe le degré de vide que 10 centimetres au maximum au-dessus de zéro, i¡ est in u lile de lui donner une grande bauteur; il suffit que la branche fennée ait 1.0 a 12 cenlimelres au-dessus de zéro, tandis qu'il lui en faudrait an ·moins 38, si l'on voulait observer l'abaissemenl de la pression depuis celle de l'atmosphere. L'indicateur métallique a done sur celui-ci I:avantage de marquer depuis la pression atrnosphérique jusqu'a. zéro sans plus de complicalion. De plus l'indicateur a mercure, outre sa fragililé, a aussi l'inconvénient d'osciller conlinuellement sous · l'influence de l'action inlermiltente de la pompe employée a faire le vide ou a l'entretenir, ce qui rend plus difficile la leclure de ses indications. l\iANOl\iETRES

A LAME

l\1ÉTA LLIQ UE

Par ftl. DESBORDES ( FIG.

PL.

Le manometre de M. Deshordes a pour príncipe un ressort mélallique qui fléchit sous la pression <lu fluide que l'on observe, et dont on mesure les flexions. Les particularités de sa construction résident dans les moyens de mesurer ces flexions avec toute la précision <lésirable, et <l'établir convenablement la relation entre le fluide pressant et le ressort fléchissant. La disposition en usage est celle représentée, comme ensemble, par les fig. 6 et-7, et comme délail, par les fig. 8 et 9.

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i\IO'fEURS A VAPEUR.

Les fl g . 6 et 7, qui r eprésen ten l ée manometre en coupes verticale et horizontale, monlrent qu'il es t com_posé d'une boite mélallique A de forme circulaire, dans laquelle s'ajusle un e platine B qui porte le m écanisme complet. L'orga ne principal est la. lame d'acier C qui es t fix ée aux talons ci de la platine, et qui doil fléchir sous la pression du fluide, soil de la vapeur. On é lahlit la r elation enlre la vapeur e t la lame par une tige cyliudriqn e D, donl Ja te te, d'un diamelre plus grand que le corps, se préseule vis-ü-vis le lube b qui comm~mique avec le générale ur, e l es t en e ffe t poussé comme le serail un piston. Senlemen l, pom· év iter les fuit es, celle pression a lieu par l'intermédinire d'une membran e en caonlcbouc e, qui csl prise entre les pieces Je raccorJ. E et E', et conslilu e un e cloison é lanch e, mais fl exible. La lame C, en ll éc bi ssa nt , ag-it contre l'une des brancbes d'nn secteur en équerre F, Jont la denlu re ·corr espond ü un pelit pi gnon G monlé sur le mcme axe el que l'aignille indicalrice e. Celle-ci tourn e alors, e l la valeur de ses mouvements peul ctre appréciée a l'aid e des divisions cxécutées sur le cadran (. Tous les délails de ce mécanisme penvent etre parfailemenl compris en examinan t pal'liculicrement les fi g. 8 e t 9, qui le r eprésenle nl en gra nd eur cl'exécution. On y voi l lrcs-bien la forme du sec leur F, r emarquable surlout par sa branche en con lacl avec la lame. Celle bran ch e es t Loul juslement talll ée en form e de camme, de foc;on iL é!re loujours allaqnée daos les m emes condilions, qnels que soient les changemenls de. posilion que les flexions de la lame fonl prendre au secteur qui tourne su r un centre fix e en g. 1\Iais, oi.L ponr fa_v oriser les monve menls de relour, soil pour équilibrer le poids des picces snscep libles de se monvoir, soil enfin, e t surtout pour assw·er le conlacl parfait et conlinu de la camme avec la lame C, on a disposé un ressort lége rH qui presse' con lin uelle1 ne n t con lre une goupille i (fig. 9), impla u tée dans le secleur F, et obli ge ce derni er a revenir sur lui-méme chaque fois que la lame C se redresse par l'effet u' un abaissement de pression. Comme ensemble , ce manomclre esl d'une construclion assez analogue a quelques-tms des appareils décrils précédemment. La boite csl close au mo ye n tl'un couvercle a verre I qui permet d'apercevoir le cadran f monlé e ntre lui e t l e m éca nisme. Le cadran est ·1ui--mcme percé, a son , centre, d'une ouverture circulaire pour le passage de l'ai g uille, et qui est assez gran de pour laisser voir e t exarn iner le mécanisme. Quant a la g radua lion, elle se fait corn m e pour tous les instruments analogues qui ne fonclionne • t pas par lé príncipe direct de la pesanteur, c'est-a-dire au moyen d'un a pparcil étalon. Ce manomelre a lame simple es t peu coüleux, facilement r éparable; les flexions, relati,emcnt considérables de la lame , quant a son deg-ré d'élaslicité, sont assez fa ibles néanmoins pour exiger un mécanisme amplifiant qui n'indique avec précision qu'au tant qu e !'usure ne s'y esl pas encore Lrop fait sentir. l\'IANOM ETRE A DIAPI-ICIAGME (fig. 10 el 11, pl. 7 ). - M. Desbordes a construit, d'apres l\'.11\1. Schreffer el ~udenberg, construcleurs en Allemagne, un manomelre daos lequel

l\IANOl\IETRES l\IÉTALLIQUES.

la séparation enlre le manometre et le récipient de la pression esl opérée au moyen d'un disque circulaire en mélal donl la flcxion peut elre aussi ulilisée comme indice de la pression. D'ailleurs, pour rendre celle flexion plus facile et plus manifeste, le disque présenle des ondulalions circulaires qui permetlent en effet une plns grande exlension de son étendue. La fig-. 10 de la pl. 7 pourra donner une idée de ce manomelre, donl la conslruction differe peu de celui décrit précédemmenl. Le mécani:;me étant renfermé, comme ci-dessus, dans une boite A, la prcssion que l'on veut estimer s'exerce directemenl sur le disque mélalli<]ue ondulé C, dont la fig. 11 est une projeclion horizontale parliculicre. Ce disgue est pincé enlre deux bolles E el E', montées a vis et cJépendant, l'une de la boile ·A et l'antre du raccord appartenant au tu!Je d'arrivée b. 11 constilue done une fcrmeture absolue entre les deux parties comme cela a lieu dans l'appareil précédenl au moyen de la rondelle de caoulchouc e (fig. 6). l\1ais, outre que les flcxions de ce disque pourraient elre utilisées directemeul ponr mesnrer la pression, une lame fléchissante B lui cst superposée el reliée avec Jui par le premier organe de transmission. La relalion, entre la flexion commune du disqne C, de la lame B et ele l'aiguille e, est établie a l'aide dn pignon G et du secteur F; lequel esl a1laqué, par un mouvement d'équerre, par une ligc el, assemhlée a rotule sphérigue dans une crapaucline a _soudée avec la lame B; celle petite lige e~t elle-memé surmon tée· d'une tefe f arliculée avec le secleur F. PvnoMÉTRE (fig. 14, pl. 7). - M. Desbordes s'est aussi fait le propagaleur d'un instrument destiné a mesurer praliquement les lempéralures plus élevées que celles ordinairement appréciables a l'aide du thermomclre a mercure, inslrnmcnt qui peut etre, dures le, considéré comme tres-délicat el fragile pour un emploi journalier dans une manufacture. A vrai dire, quant au snjet qui nous occupe, le thermomctre n'est pas un instrument dont le besoin se l'asse vraiment ressentir pour les machines h vapeur, surtout depuis que l'on possede des manometres a haule prcssion d'une applicalion facile, et avant lesquels on avait recours aux lhermomclres ou plulOl a des the1·r1wrnanornet.res, faule de hons indicaleurs de pression. Cependant, nous ferons remarquer que l'on ne uéglige la qneslion de température dans l'emploi de la vapeur qu'autant que l'on peut compter s~ir sa relalion exacle avec la pression, qui devient alors par induction l'iodice de sa température. Mais admeltons, pour un inslant, qu'il puisse exisler un donte, dans de certaines limites, et l'indicalenr Jircct des lempéralurcs pourra devenir utile. En effet, nous avons supposé l'emploi de la vapeur surchauffée, dans lequel cas on sort Je la loi ordinaire de la relation entre les press·ions et températures des vapeurs au maximum de force élastique, pour renlrer dans la question des gaz permauenls dont la dilalalion peut etre proportionnelle a l'éléYalion de tempéralurc. C'est done parce que nous pouvons enlrevoir une application ulile d'un thermometre quelconque aux molcurs a vapeur, que nous ferons figurer celui-ci dans l'énumération acluclle des appareils d'observalion et de su.reté.

2i2

MOTEURS A VAPEUR. Connaissant le principe de la dilatalion des mélaux par la chaleur, et de l'ínégalilé de cette dilalation pour des métanx différenls, le pyrometre dont nous nous occu' pons sera facilement compris. Deux tiges creuses C et D, fer et cuivre, sont ajustées exa-cternent l'unc dans l'autre, le cuivre en dedans. Toulcs deux ont leurs exlrémilés inférieures reliées invariablement, tandis qu'a l'extrémilé opposée, la tige de fer est rigoureusemeut réunie a m~e boile a cadran A, et la lige de cuivre est, au con_traire, libre; mais elle esl en rapport, par une tringle a, avec un mécanisme complélement identique a celui du manometre a diaphragme ci-dessus décrit (fig. 10). Or, si l'on inlroduit la tige mixle CD dans un ccrtain milieu, a une lempéralure élevée, les deux tubes qui la composent se dilatent; mais celui D, en cuivre, se dilate plus que l'aulre ; et s'ils sont réunis par une extrémilé, l'exces de longueur doit se manifester par l'aulre. C'est, en effet, ce qui se produit. Le tube D, en s'allongeant, repousse par son extrémilé libre la tige a qui s'y ajuste exactemenl par une tele b d'un égal diamelre; celte tige met alors en mouvement le mécanisme de l'aiguille, laquelle indique sur un cadran la lempérature correspondante. ous supposons évidemment que ces • températures ont été déterminées par comparaison a l'aide d'un appareil étalon. Tel esl ce pyrometre, dont laf orme convenable et solide en permet l'applicalion sans danger. Quant asa sensibilité, nous avons lieu de croire qu'elle esl suffisante, pui"Sque nous avons nous-meme obtenu des mouvements de l'aignille par la seule chaleur des mains, _en étreig·nant la tige C, d'un instrument dont la gradualion s'élendait jusqu'a pres de 300 degrés cenlig-rades. . Ce qui précede suffit probablement pour faire connaitre aux personnes qui consulteront ce traité les principes généraux des manomelres acluellemen t .en usage. Nous allons maintenanl décrire les appareils deslinés a observer le niveau d'eau dans les générateurs, et a prévenir les irrégularilés et l'insuffisance de l'alimentaliou. NXVEAtr D'EAU ET FLOTTEURS A ( PLANCHE

SXFFLET

A part le niveau d'eau simple, a tube ele cristal, les autres apparéils de sureté sont le plus souvent rassemblés en groupe, de fa<;on a n'exiger pour eux tous qu'une seule ouverture dans la par'oi du générateur, ou au moins pour en diminuer le nombre; car si l'on observe strictement les reglements administralifs, il faut au moios deux soupapes de sureté pour un seul générateur, et placées a des extrémilés différentes. M:ais si l'on réunit, par exemple, a l'une de ces soupapes, le flolleur et le manometre, une seule ouverture suffira pour ces trois appareils. C'est en effet ce que montrent les fig. 3, o, 10 et 14, de la pl. 8, qui représentent des gro·upes disposés d'apres cetle penséc. Nous décrirons séparément, pour en faire voir les particularilés, ces ciivers appa-

NlVEAU D'EAU ET FLOTTEURS.

273

reils <lont les détails sont déja connus par ce qui a été dit des le commencement de celle section. ( Voy. Généraleur type, p. 118.) Quant aux soupapes de sureté, elles feront l'objet d'un article séparé, 1.1 cause des con<lilions rigoureuses spéciales qu'elles do\venl remplir. NIVEAU

o'E.A.U .A. (F!G·

TUBE ET

PL.

CRIST.A.L

L'appai·eíl repr~sen lé par ces figures est le modele de la maison Thiébault, de París, perfeclionné en vue de son applicalion aux machines locomotives, mais qui convient également bien aux généraleurs lhes. Nous avons Ji~ qu'un inslrument de ce genre se compose principa_lement d'un tube en crislal A, relenu solidemenl entre deux tubulures a raccord en hronze, B et B', qui communiquent avec le gértéraleur au-dessus et au-dessous du niveau d'eau normal. La tubulure supérieure B est percée d'outre en oulre J.'un lrou cylindrique a pour l'arrivée de la vapeur, qui pcut clre intcrcepLée au besoin a l'aide du robinet b. Un bouchon a vis e permet, en le rctirnnt, de <léboucher le conduit s'il se trournit obslrué accidenlellemcnt par des dépóls d'une nature quelconque. Ici la meme piece B es l munie d'uue autre Lulrnlure viss_ée C, avec un rol>inet d, pour l'applicalion d' un manometre, ce qui ne se fail pas avec les généraleurs fixes, pour lesquels on est beaucoup moins gcné qu'avec les locoinolives, pour affecler une prise spéciale a cet usage. · Le raccordement du tubc A avec la pieée B se fait au moyen d'une garniture d'étoupe, disposée de la mcm~ fa9on que dans toute aulre circonslance analogue, c'esl-a-dire avcc un prcsse-étoupe e, serré en place a l'aide d'un écrou {vissé sur la . parlie exlérieure de la porlée Yenue de fonle avec la tubulure B. La tubulnre inférieure B' esl couslruile d'une fl:!,<;;on idenliq ue a la précédente, quant a l'assemblage du tube A et a sa relatioo avec la chaudiere. -On remarque seulement le robinet D qui s'y lrouve vissé et qui esl destiné a vider l'nppareil lorsqu'il y a lieu <le le faire. D'apres cela, le montage complet du Lube A el sa communicalion avec le généraleur sonl enlieremenl exp.liqués. Quant a la fonclion de l'iuslrumenL, elle s'explique d'elle-meme en considéraot qu'il est en parfaile communicalion avec les deux parties du généraleur, el le milieu de la hauteur du tube co1-réspondaul a la bauleur de la surface de l'eau dans l'intérieur. 11 Jst évident que le meme niveau doit s'y é lablir, puisque la pression de la vapeur s'y exerce comme daos la chaudiere. , L'observalion du niveau se fail le plus souvenl a vue, c'est-a-dire que l'on reconuait simplement s'il correspond i':t peu pres a la moi·t ié de la hauleur du tube. Muis daus le cas acluel, pour une locomotive ou le niveau doil elre mainlenu avec exactitude, a cause de la disposition du foyer, on y a joinl une écbclle E, divisée en cenLimelres, pour faire celte observalion avec plus de précision. I.

2i-1-

.MOTEURS A VAPEUR.

ll resle a menlionner un organe aussi ingénieux qu'intlispcnsable pour ullénucr les ac¡;idenls susceplil.Jks <l'arri,er par le fait Je Ja rnplure c.lu lubc de cristal. C'esl un pf'til clnpet g, ménagé dans Ja tulrnlure inféricure B', qui est d'ordinaire flotlant quantl l'appareil fonclionne régl!licrement, mais qui vienl tle lui-méme s'appliquer sur son si{~ge Jaus la. circonslance st1iYa~le: Si le tube vient u casscr, l'eau et la vapeur s'échappcnl avec violence, et on ne peut en an-eter l'effusion qu'en fcrrnanl les robinels b et b' . .Mais celle opéralion esl, sinon impossible, tlu moins Lres-Jangereuse, ·su1 loul a cause de l'rau bouillanle. A l'aide du c!apel g, les choses n'onl pas lieu ainsi. Aussilot le bris du luhr, la pression de la vapeur dans la pa1 lie inférieure n',1yanl plus licu que debas en haul, le clapd g est enlevé, ,icnt s';,ppliquer sur son siége et arh:te le couranl J'eau bouillanlc. On peut alors, üVl'C plus de sécurilr, s'approcher et fermer les robi11ds b et 1/ pour opérer le remplacement du lube. Le remplaceme11t Ju luhe brisé doit se t,ire avec rnpiJilé el, évidemment, mus qu'il soil 11éces~aire de <lémonll'l' les lubulures de communicalion B et B'. JI suffit ici de <lérnonler le robinet supéricur C <lont l'ouverlure du larau<lage esl <l'un Jiamelre u11 peu plus grand que celui <lu lulw, que l'on inlroJuit en effet par celle ouverlure, aprt:s amir préalablemrnt desscrré les écrous f et /1 qui cornpriment l'étoupe des garnilures . Une fois le nou, eau tuhe mis en place, on refail les g·arni lures, 011 repose le rob in el C, puis, en rouuaul les robincls bel 1./, l'inslrnmenl f'onclionne Je nou,eau. L'indicaleur Je niveau u tube de verre esl Jcvenu obligaloire par les rrglemcnls a<lrninislralifs, qui exigenl que celle oLservalion tlu niveau de l'rau soit direcle et non pas une simple déduclion. Cepend:rnt, cet appareiJ, qui u'est pas Lo11jours aussi bien élabli que celui Jont uous vcnons de uonner le tlcssin el la Jescriplion, est !nin tl'clre sans inconvénienls. D'aborJ il arrive un moment ou le verrc se Jépolil par l'effet des tlépóls calcaircs, d'oú il s'ensuit que ses indications deviennent Jifficiles a Jire. 1\-Iais la ruplu1:e <lu lube e::t aussi un accideul fréqucnt, el qui peut deve11ir lerri-ble pour les personncs qui en sont proches, surlout s'il n'existe pas de clapct de relenul'. De Loute foi;;on, il fout le rernplacer, opéralion qui, si simple qu'elle puisse clre, e~ige un cer!ain temps. D'ailleurs, il peut arriver uu fait d°Lrné aulre nalure, et non moins sus<.:epliblc d'accident, ¡;'cst que !'une des communicalions a ou a' se buucbe. Si c'est celle a, correspondan! a la vapeur, le nivea11 Je l'eau s'élL" e au fur et u mesure que la vapeur contenue dans le lubc se cont.!cnse, n'étant plus en communicalion avec la chaudicre: on peul croire alors, pen<lanl un instant, qu'il y a lrop <l'eau envoyée par la pompe alirnenlaire el arreler celle-ci. Si c'est le co11duit a' qui se bouche, ce qui est plus prnbable a cause de l'impurelé Jes eaux, l'eau tlu lube reste fixr, et cesse d'indiquer ce qui se passe dans le généraleur ayee lcqucl elle n'esl plus en rapport. Daos les Jeux cas, 011 peut se rrposcr <lans une sécurilé lrompeu·s e el en clrc victime. C'est en raison de ces inconYénienls qt:e les ing-é11ieurs, qui les connaiss1:1icnl

FLOTTEURS A SIFFLET.

275

lres-]J ien el qni onl préparé les r cglem enls aclrnini slrnl ifs, onl prescril l'acljonclion du flolleur i1 sil'flcl qni scrl a corri~er les indica lions évenluellement fausses du niveau a tube de cristal. Mainlenanl c¡u e l'on possedc div crs appnreils qni peuvent le remplacer avec avanlnge , il n' es l pas doulcnx qu e l'anlorilé, dans un te rnps plus ou moins prochain, n'en permelle la snppression 1olale.

F L O't'TEURS A S I FFLET (FlG.

10, 112

~3,

PL.

Avant ]'emploi d e& íl lleurs qui s:rnl mis en r ebtion avec .u n siffl d 1nerlisseur, on faisail u sage ele flollcurs rlonl le conlre-poids ex lérieur en rnarquait, sur un e éch elle gra du ée, les deg rés cl'abaissernenl ou d'élévalion suivanl les fluctualions clu nirnnu d e l' eau elans la ch and icre. Pour cela, le íl o lle ur é la it allaché a un e ti ge qui sor lail de la chnudi cr e par un e p elile hoile a é lonp e, puis é lail ell e-rne me ratlachée a un e cbaine qui lournail n11l011r d'une poulie el e renvoi el porl all le conlre-poicl s i1 so n nnlre ex lre mil é . On_ oli lenn it la m ;me chose a l'aiJe d'un halancier; se ul ement, les amplitudes eles mouvcmcnls é la ien l 1111 peu plus limilées. L'objeclion sé ri e usc a faire sur celle di sposilion esl la llirfic ult é ele co ns erver a la lige el u 0olleur loute 1n mobi lil é <JUÍ luí es l n éccssn ire, sans pour cela la isser la ,npeur fnir pnr la rrarnilure el'élonpe fa ule de la se rrcr s uffi sammen l. A moins de fa ire ce lle garnitnre trcs-so uvenl , cli c la issn il éch apper la vapcur, ou bi en il fallail la serrer ele fa<;o n que le flolleur perelail de su sens ibilité. Actuell emenl, tlnn s quclques syslcmes, la 1i gc t.lu ílolleur lrnversc l e sifflel et porte un e soupape qui ferme bien le passnge , mais alors l'nppareil ne marque quelq ue chose que da11s la limite du manque t.l'eau; au lremcnl, il ne pcul que res1cr irnm ol)il e. Cepe nd anl, d'aulrcs disposilions rendenl au ílolleur ses propriélés primilives, toul e n év itanl l'in convé ni enl ele lü garn1lure . En gén éra l, 011 s'es l efforcé ele comuiner de nouveaux flolleurs qui puissenl r emplir le hul proposé sam mécanisme suscep tible d'exiger un e lransrni ss ion ou un e: ga rnilure elans la paroi el e la ch a ndi ere. Nous Ye1To ns co mm e nl ce bula é lé alleinl pnr pl11sieurs cons lru cleurs. Sans nous arreler dava nl age sur les anciens sys lcmes, nons elécrirons la clis posilion la plus gén éra le de fl o lleurs a sifflcl, fo ncli onna nl uniqnem enl an manqu e d'eau. Ces figures représentcnl, en D1srosn10N 11'rn FLOTTEUR A SIFFLF.T ( fl g. 3 e l 4) . cou pe verli cnl e e t e n projec lion horizo nl alc, !'ensemble du rnonlage d'un flolleur ü sifflcl e l d'une sonpape de surelé. Quanl a cclle d erni cre, il en sera foil phts loi11 un e dcscriplion toule spéciale. Le siége ele ces deux organes es l un e do11l1le lubulure en fo nte A qui se fix e p:i.r sa hriel e inférie ure s ur l e gé néraleur, e l ordinairement pres d_e l'nne de ses ex lrémil és . L' inlérieur el e ccl te picce présenlc un cond uil qui se bifurque e n eleux canaux donl l'un corres-pond a u siége de la soupape ele sure lé B, e l l'aulre a un e

276

MOTEURS A VAPEUR.

ouverture c.l'altcnle que l'on ferme aú moyen c.l'une plaque C si elle reste sans usage. · L'inlcrvalle de ces <leux tubnlures est occupé par le sifflet D que le jeu du flotteur doit faíre parler clans un degré <l'abaissement déterminé du nivcau de l'eau. · Le flollcul' qui corresponda cct ensemble est uue piel're circulaire suspendue a une tige méJallique elle-meme ·ftccrochée a une au lre lige E, qui traverse le sifflet et lui forme soupape ouvrant <le haut en bas. Celte clerniere est, a son lour, rallachée, par une chaine F, a un balancicr en fonle G donl l'autre extrémité supporle un conlre-poids qui doit équilibrer le flotleur plongé <lans l'eau d'une certaine · parlie <le son vol u me. Les choses ainsi disposées, on comprend que le flolleur, qni ·est non pas flottant, maís équilibré suivant son degré d'immersion, doit suivre les fluclualions du niveau pour que l'équilibre soil -conscrvé. Cependanl, si le niveau s'éleve, 1~ flolleur s'immerge seulemenl <lavanlage, a cause de la sonpape E qui empeche la tige de suspension de s'élever. Si le conlraire arrive, si le niveau s'abaisse, le O.olteur le suit; mais alors la soupape E, détac.hée <le son siége, laisse passer _la vapeur, el le sifflel fonclíonne. · Ce sysleme <le flotteur n'avcrlit done que pour le manque tl'eau et non pas pour le trop. Bien que ce soit surtout le premier cas dont on se préoc:cupe, le systeme it mínima exclusif a donné licn a des ncci<lents graves . 11 est arrivé que le flotteur s'esl <lécroché; alors le contre-poids exlérieur agissant de mieux en mieux pour fermer la soupape <lu sifflet, la chaudiere a pu se vider presque complétement sans que l'on en rec;;oive aucun averlissement. Ajoulons encore que, par cclle disposition, le levier <lu 0.otteur reste constamment fixe, sans meme osciller, lant que · le niveau de l'eau reste un peu atHlcssus <le la bauleur normale; si, au conlraire, il s'abaisse un peu au-<lessous, ses moindres mouvements font mar91-er le sifflet, puisque le flolleur ne pent <lescendre d'upe 4uanlité quelconque sans laisser échapper la vapeur. Détails de construct-ion chi si(!let. - Le sifflet D est représenlé en délail par les fig. 12 el 13, moins la 1i ge a soupape qui le traverse. On voil qu'il est composé de plusieurs pieces en hronze réuuies par des parties 1araudées. Le cÓrps principal est la base a, surmonlée <l'une tige sur laquclle sont vissées les cloches inférieure et supérieure b et b', qui laissent entre leurs bords un intervalle trcs-étroit. ·oe plus, celle inférieure esl fermr.e par une lame mince e qui laisse aussi entre sa circonférence et sa cloche b un passage extrem!')ment faible. L'ensemble est percé, ponr le passage de la lige E, d'un lrou f qui est tourné conique a sa parlie inférieure pour recevoir la soupnpe . . Lorsque celle Jerni_ere se détache de son siége, la vap~ur s'écbappe par le lrou f et pénetre en partie dans l'intérieur de la cloche inférieurc b par une sériP. de pelits trous el. C'esl en s'échappant de celle cloche, par l'élroit passagc qui lui est réservé a la circonférence <le la lame e, qu'elle acquierl. une tres-gramle vitesse et produit un sifflement aigu, augmenté encore par la forme meme des deux cloches. Suspension clu (lotte11,r. - Le balancier ou levier G e_st iuonté snr un support en fonte H qui est relenu par un écrou apres un(;! oreille venue de fon le avec le-siége

FLOTTEtJRS A · SIFFLET. principal A. Ce supporl élant pincé sur !'axe d e la soupape de surelé, il est percé <l'une morlaise pour le passage du levier I anquel il serl de guide. Pour diminuer les résistances passives qui déran geraient les contlitions calculées de l'équilibre dn floltcur, le levier G es t monté sur son support, comme le fléan cJ'une balance, au moyen d'un couleau en acier g. C'est une bonne mélhode, conseillée pnr les instructions admrnislrnlives. Condit-ions d'équilibre clu flotteiir. - Nous n'enlrerons pas ici dans les détails rig-oureux d'une lhéorie a laquelle un praticien n'n récllement pas recours en pareil cas. Oisons seulement un mot des 9o ndilious principales a rempllr. Le flotleur est d'abord mis en éq uilibre au moyen d'un contre-poids donl l'inl ensité varie suivant le rapport des bras du levier G, et d'aprcs le propre poids duflotteur, diminué de la porlion qu'il en pcrd par l'irnm ersion et augrnenlé lle celui des tiges et chaines de suspension C'est une cornlilion qui peut se déterminer pratiquement et qu'il faudrait éprouver, nonohstnnt tout calcul pr~alable. :Mais il foul que le flotleur présenle un exces de poids capahle de vaincre la pression que Ja vapeur oppose a rouverlure de la soupape. Pour donner une idée de l'influence de celte cause, nous ·fero ns rcmarquer <]Ue la soupape de l'appareil représenlé ici (fig. 3 ) a 1,5 cenlimetre Je diam elre a sa grande base, el 0,6 ü celle qui correspond au trou f, omert u l'almosph ere . Si nous admetlons que la pression dans le générateur soit égale u o á.tmospheres, nous trouvons, pour la pression effeclive qui s'oppose a l'ouverLure de la sou, pape E: 2

( fct/ X 5 -

Qc6

)

(0,7854 X fk033)

8k83.

Par conséquent, il fa11t que le flotleur possede, immergé, cet excédant de ·poids lorsquc le générateur ne fonclionne pas; et ensuite, la pression ramenanl l' éq uilibre, il faut que par un abaissemenl de niveau, inférie or a Ja quanlilé d'immersion du flollenr, celui-ci reprenne un excédanl de poids capable de metlre tout le systeme en mouvement et tl'ouvrir la soupape. Nous disons d'une quantité inférieure a l'immersion, allP-nuu qu'il ne faudl'ai1 pas que le ílolteur sorlit entierem e nt de l'eau sans agil', ce qui donnerail lieu it une chule et a des secousses qui n_uirai ent au fonclionnemenl de l'appareil. . Ces uiverses conditiofls conduisenl a adopter pour le flotleur une forme plate, aún de diminuer l'amplilude des mouvemenls vcrticaux . Quant u son poids nbsolu, il doit elre d ét erminé praliquemenl pour correspondte a l'inedie des picces qui composenl le mécanisme de suspen sion . . G~OUPE n'APPAI\EILS DE SURETÉ r1n M. DESBOHDES (fig. ~ et 6). On adople, depuis 1 quelque lemps, des groupcs formés d appareiJs réunis sur la rneme base qui se place en un seul point de la chaudiere, dans laquelle il ne faut alors pratiquer qu'unc seule ouvertu-re pour l'application de plusieurs app::ireils d e súreté. Ce ge11re d'apparcil est surloul conve11able pour les petits généraleurs, et parliculicrernent pour le sysleme vertical, aujourd'hni lres-répandu, et qui ne posse<le qu'une surface tres-restreinte pour l'applicalion des instruments de service et de surelé.

2,8

MOTEORS A _YAPEUR.

La Og. o ck la pl. 8 représcnt e un e vue e n élévalion extérit'Ure d\m groupe d'appnreils di s posé par 1\1. Deshonl es ; La fl g . 6 e n esl une proj ec lion horizonlale, le balancier du flollúur enlevé. Cet cn scmlJle co mprc' nu en e ffet un e base princ:pale en fonlú A qui re¡;oil un flotleur a siffl e l,. den x so upap es u e súrelé el un manom e tre. Le flolte ur es l disposé exa c tem e nl comrne cclui d éc rit ci-cfrssus, et, comnie ce de rni 1'r, fouclionne se ulement an manqu e d'can. Son balancicr G esl appuJ é sur une colonne H Yi ssée sur la lubulurc principalc A. Sa 1i gc a rn upape E rsl-aussi susp e ndu e a la chn1 ne F rallach 1~c au balanci e r. Le s;fflet D oc.cupe l'i11tervalle d es deux soupnpcs de súreté B. Celles-ci son t compo.-;frs chacune, comme tonjours, d e la soupapc proprement dile njus tée s ur un s iégc e n bronze Oxé sur la bas e A par d es Lonlons a. Ch:-icuue d'ellcs esl rna int ennc s ur son siégé par le lev ier r, i1 poid s, arljc ulé sur un e ti ge b e l guidé par un e semb lalJle c• . Le manomc tre C, clu sys le m e de ceux r e pr ése nks sur l.1 pl. í, csl fü: é au sornmel d'une colon ne crense J, mo nlée sur la b:-ise comm un e A. l n e parti e sphérique creuse el a élé rnénaJée a ce ll e colonoe pour recevoir de l'ean sur la q11 ell e la prcssion d e l::t ,ape ur agit au li e u d'cxercer son aclion clirec te s ur le rnanomclre. La disposi li on intórieure de ce r ésc rvoir el cst co rnplélemcnt a nnlog ue pour cela ;, la cuvettc des rnanomctrcs ü a ir libre qui oul é lé cl écrits plus liau1. La mernc colonne J cs l muuic d'un robinrt obluralcur e e l d'un e p e lit e tuhulurc f pour y adaptcr au bcsoin un manom c lre é tal o n en s npp.0sanl q11e l'on veuillc ,érifi er les ind ica li ons de celui rnétalliquc C. Ain si, l' ensemble t o ut disposé peut se flxer sur la chaudicrc, el ch ac un des appare ils qui le com posent cs l en com muni cal ion avec r"int ér ie ur par l'ouvc rlnre unic¡ue praliquée dans la tole vis-a-vi s de la capacité inlé ri eure de la 1ubulurc A . FLOTTEUR EXTÉR I EUR A ACTION DIRECTE ( fi g . 'i ). Cornrne fiotl cur fonclionn:ml cxclusivernent an manq11e d'cau, nous d éc rirons cel11i-ci, donl la di sposiliou csl toule diff'ércntc des précéde11ts. Ce syslcme a élé présc11té a J' Ex position n:i1iona:c de 18-H par l\L Daliot, alors inspccleur de la navigation flu viale, i:I Paris, e l a valu a son auleur nn e récomp e nse de la parl de la Socié té d' encouragemc ol. Le fiutt e ur, dans ce l a¡1pare il, cs l un cj•lindre mélallique A, r e nfe rm é dans une eloche en bronz e B au sommct de laquelle se t ro u ve l e si ffl ~l D el o n l l e fl o ll e u r por le direclemc 1t la soupape E; ce llc so n pape csl fixée l' e \tn~milé d'nnc t ·gc qni lravcrsr- le íl o tleur el lui scrl d e g uiJe inférie nr en a. Pour co:nprendre le j e u de cel appa r eil, il foul re marqu er que la clo ::h c A cst en relnlion, par l'inlerrnécliaire du rol)ioel C, avec l' ea u de la ch a 11di ere par 1111 luhe plongeur F donl l' cxtrém ilé inféri eu r e, co:.ipéc en bi scan, s'o1ivre r1 la haut ~u r tln ni vea u le plus bas que l' ea u doive occupcr dans le -génératenr. Par conséquenl, en marche nonnale, le ni vea u es l plus élcv é q11e l'ouverlure du tulJ e F, et J'coscmbl e de l'appareil cs l rcmpli c.l'un e colo nne cl' ea u soulenue p:-ir la prcss ion de la ,apc nr. La hauteur de ce tl e colonn e d'cau é ta 11t d I reste bi e n inféricure a celle qui rcra il

• FLOTTEl RS A SIFFLET. équilibre a celle prcssion, non-seulemeut l'apparci l csl complétcmcnt rcmtJi, mais le flolleur .\. esl forlemrnt sollicilé de s'élevcr, et la son¡ ape E frrme herméliqucment le con<luil b uu sil'flet. Mais si le niv(:au baisse suffisammcnt pour uégager l'ouverlure inféricure du lube E, la vnpeur s'y inlroJuit et parvicnt au sommet de la colonne <l'enu qu'cllc <léprimc e t t'ait tombe r d'une certainc quanlité; elle lornbcrait me11 :e co rnpldcment si le niveau Je l'eau dalls la chau<licre n'était pi1s ramc11é a sa haulcur primilive. En s'abuissant, la colon ne u'cau enlraine le flolleur qui uéhouclie ainsi le si!fleL par lequel s'échappc la vapeur introuuil e, en le faisant parler. Sculemcnl, le flolleur ne s'abais e que J'une LrL·s-faib'.e quaulilé, allcnJu qu'il se trouve arrélé <lans la cloche par le croisillon uécoupé a qui lui serl aussi de guide. Comrne la vapeur cnlrnine b ea uconp Ll'e .. u non vaporisée, et méllle quelqucs parlies de dépGL liqui<le, on a cherché a éviter que !out l'nppareil n'en soil mouill é et oxy<lé en ménage:rnt au sommct Lle l'appareil un e petile rnvcll e e afin de rccueillir la maj eu re parlie uu liquide qui s'éd1:1ppe par l'orilicc uu sil'flct. Aussit:.t que le nivean dans la chautlicre a r ep ris sa haulet!r par la rrprise de l'alimentation, l'npp:1 reii est <le nouve:iu retnpli, e t le fbl leur s'élev,ml referme, pnr la soupape E, le conduil b du silllet. Avec cet inslrume nt, lres-in géni eux Ju res '.e, comme avec les préct'Jenls, on n ~ peut rien connailre ues fluclualions incessantes Ju ni,eau 1le l'e::iu en dehors du manque absolu dans lequd cas le sil'flel fonclionne. Par conséqnent, on peul imagincr lel acciucnl ·q ue· ce soil qui empecbe le mouvement dn flolleur, et rien alors ne permellra úe prévoir un abaissemcnl anormal du niveau de l'cau. FLOTTErn A s1FFLET r.,R 1\1. E. Bou1100~ (11 g . 8 el 9). - M. E. Bourdon a imaginé un syslcme Je flollei::r qui est Lres-répnadu. Il in<lique toutes les iluclual:o.ns <lu niveau de l'cau uans un généraleur el sil'fle a li1 limile inférieure ex treme . ,\ l'aüle Je la fig. 9, qui es l un e sccliou lon gitnd inale Je l'cnsernble, on voit que la piece principale <l.u mécanismc esl une hoile en fon le A, i:t. l'in :érieur de laqu cHe se lroll\'e logé le l.Jras de levicr B qui supporle le ilolleu1.· par sa li ge C. Celle boile esl creuse et compléletncnt én rnpporl avcc la vapcur de la cbandicre. Sa forme lriangulaire est molivée par l'amplilu~e mcm e des mouren :culs oscillaloir<·s <lu levirr B, dont !'axe Lle rolalion a se trouvc ajusté au sommct de l'an gle 1 Jcs <lcux parois. Elle esl rnonlée s ur une tubulur e cylinJrique D qui se place sur la chauuii're et qui a pour ol.Jjd Lle la surélcvcr de la quaulilé n<'cessairc corrcspon<la11L a l'épaisscur de la bri l¡ue on Je l:t couche J e maliercs non conducl1·ices qui recouvrcnt or<linaircment un généralcur. Cette boile e ·t unnonlée J ' un siffld <l'alarme G c.lont nous expliqnerons lout a l'hcure les fouclions. L'uxe a, qui porte a l'inlérieur Je la boile le levicr B a uqu el esl suspendu le flolleur, porte aussi exlérieurement, pour équilibrer ce dcrnicr, un scconJ lcvier E avcc un poius F qui peut s·y Li éplacer afi.n Je régler plus facilen :ent l' équi libre ; le prolon gc mcnl du le,icr E est une aiguille qui répele cxaclcmcu l le lev ier intéricur B, et Jo11t l'exlrémité peut suil're les uivisions J'un limbe circulaire fixé a l' ex Lt:Tieur de la boile .A.

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l\fOTEURS A VAPEUR.

11 résulte de célle uisposition qu'en faisant abstraction pour l'instant de ce qui concerne le sifflet, on peut suivre ele l'extérieur Lous les mouvements du flo1Leur, qui monte et descend librement avec le niveau de l'eau, el fait osciller l'aiguille exlérieure qui indique sur le cadran de combien le niveau varie en plus ou en rnoins de sa posilion norrnale. Mais pour faire fonclionner le siffl.et d'alarme G, lorque le niveau de l'eau est a sou plus has, l' exlrémité elu levier B esl reliée par une petile cha1ne de Gall b a une soupape e, qu'un ressorl lient conslarnment appliquée sur son siége pour iulerrompre le passage de la vapeur par le sifflet. Tant que le fl.olteur reste daos les limites ele hauleur convenables, la chaine n'est pas tendue, el la soupape e reste fermée. Muis si, au contraire, le fl.olteur s'abaisse suffisammeul pour le::ndre la chaine, la soupape est Lirée de haut en has, et la vapeur peut s'échapper par le siffl.et. Par conséqucnt, des appareils ci-dcssus décrits a celui--ci il y a un progres évident, puisque si ce dernicr ne siITie eucore qu'au manque d'eau, il indique i.lU moins toules les varialions intermédiaires; ce que les aulres ne permellcnt pas d'observer. Toule la queslion, pour l'appareil de l\'I. Bourdon, esl dans l'ajuslement de l'axe a, qui cloit conserver une mobililé suffisanle, lout en empéchanl d'une maniere rigoureuse les fuiles de vapeur. La ilg. 8 est une vue Je bout de l'appareil, avec une parlie en coupe suivant !'axe 1-2 pour laisser voir commenl ce bul est atteint. L'axe a est simplemenl muni, a l'inlérie ur de la bolle, d'une emhase conique, du cóté de l'aiguille, el repoussé a l'aulre extrémilé par un e vis de bulée d qui rnaintient_le conlact d1e la porlée conique. Celle vis est taraudée elans une plaque e qui se fixe avec ele vis, et elont le joint esl fait a l'ai<le d'une rou<l elle de cuir. Comme accessoire, il reste l.t foire rémarquer la tubulure f, que l'on peut boucher avec une plaque pleine, ou hien y adapter un lube g pour communiquer avec un manomelre. Somme loule, un appareil qui dorme des indicalions incessanles cloit etre préféré ü toul aulre, si loutefois, bien entendu, sa conslruclion purliculiere est exernple d'incoD\énienls sérieux. A parl cetle propriélé fondamenlale Je l'indicalion conslanle du nivcau, comrne on doit l'ol>tenir avec un lube de cristal, un appareil anüloguc a cel ui Je i\I. Bourdon ne permel pus de supposer un dérangemenl dont on ne puisse s'apercevoir ausssilól, tanclis tJue la chute méme ele la pierre clu flolleur, avec les syslemes précéJents, peut passer inapen;ue. Avec celui actueJ, l'immobililé absolue de l'aiguille annoncerait déj a un dérangement quelconque que l'on devrait rech erch e1· aussilót. Quaul a la chute de la pierre, on en serait cncore averti par le levier exlérieur que le poicls F fcrait lamber, l'aiguille dirigée ver;; les plus hautes divisions Ju cadran. Lorsqu'il s'est agi d'aclapter aux généraStFFLET u'ALAHME SIMPLE A FLOTTEUR. tcurs des sifflets averlisseurs, aJors que ces générateurs possédaient déja leurs flollems orelinaires sans siffiel, on a cherché a composer eles syslemes de sifflet

FLOTTEURS A SIFFLET.

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simples que l'on puisse appliquer sans rernplacer tout a fait les appareils exislanls. C'est ainsi que quelques conslructeurs ont été conduits a la ·disposition de l'appareil que représeule la figure suivante, et qui est précisément celui imaginé en prirrcipe par M. Chaussenot ainé, et construit par M. E. Bourdon. Fig. 45.

On' voit que lé "fl.olleur et son mouve~ent sont entierement établis a l'intédeur de la chaudiere; il n'existe exlérieurement que le sifflet proprcment dit G, que le flolteur A doit faire fonctionner exclusivement par le manque d'eau. Ce flolteur A est, cornme précédemment, une pierre plate circulaire, suspendue a un levier B chargé du conlre-poids C. Le levier a son centre d'oscillation dans une chape E qui est elle-meme fixée, au [!10yen d'un boulon, i\ une piece en bronze D, laquel\e se visse a la base du sifflet en pin(;ant la tole de la chandiere. Cette me1;l,e partie intérieure est munie d'une tubulure obligue F dans laquelle est ajuslée la soupape a qui forme le conduit intérieur du sifflet, et qu'un ressort a boudin tient conslamment fermée lorsque le flotteur n'agil pa!i pour l'en détachcr. Pour obtenir cet effet, le bras B esl muni d'une courte branche a angle aigu qui pénelre dans une morlaise allongée, pratiquée dans la tubulure F et dans la tige de . la soupape a. Par coriséquent, dans les oscillations moyennes du flolleur, la hrancbe auxiliaire du bras de levier parcourt Ja morlaise sans rien produire, quant a la fonction du sifflel; mais lorsqu'il alteint sa limite inférieure, celte branche est arrivée a l'extrémité de l'ouverture de la morlaise et tire la tige, ce qui détache la soupape de son siége. La vapeur peut alors-s'échapper, et le sifflet fonctionne. Si, au contraire, le niveau s'éleve beaucoup et que lá branche H alleigne l'extrémité opposée de la, morlaise, il ne peut ricn se produire, puisque cet effet n'a d'autre résullat que de faire appnyer davantage la soupape sur son siége et en meme temps d'arreter l'élévation· du flottenr. 36 1.

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MOTEURS A VAPEUR.

Aujourd'hui, sur un généraleur neuf, on applique plutót un appare1l cornplet, analoguc a cenx J.écri ts ci-dessus; mais de préférence, il sera hien d'adopter quelque chose de semblable aux disposilions que nous allons examiner, et dans lesquelles le flolteur fait sifiler au trop et au manque d'eau, en oscillant du reste librement et de quaulilés que l'on peut observer entre ces, deux positions. GROUPE o'APPAREILS PAR l\I. BRÉVAL (fig. 10). - M. Bréval, qui fut longtemps directeur d'imporlants ateliers de construction, et aujourd'hui établi a Paris, dispose . son groupe d'appareils comme !'indique la. fig. 10 (pi. 8),· qui est la reproduction exacte du lracé que nous devons a l'obligeance de l'auteur. La base de l'appareil est une colonne en fonte A qui se fixe sur le générateur et comrnunique librement avec lui par l'intérieur, comme nous l'avons vu précédemment; l'appareil comprend la so u pape de sureté B, le flotteur C et son sifflet D. Le caractere principal· est dans la fonclion complete du flolteur qui fait siffler au trop et au manque d'eau, et indique les fluctuations inlermédiaires du nivea.u en valeurs m é triques égales. _ Pour obtenir ce résullat, le constructeur a emprunlé aux ancieunes dispositions quelques poinls qu'il a modifiés, de fac;on a éviter 1'es inconvénients qu'ils pouvaient présenter'. La lringle E du flolteur lraverse la paroi de la chaudiere et se trouve suspendue a une ch.a.ine ou corde F qui passe autour d'une poulie G, et s_upporte a son extrémilé opposée le conlre-poicls J; 1(1 poulie est montée sur deux supports H élevés snr la colonne de fon te A. Cclle tringle porte une chape a a. laquelle est rattaché, par une goupille dans une coulisse, un petit levier b dont le centre fixe d'oscillation est situé au-dessus du siITiet; celte extrémité du levier présenle deux saiUies forman! a pcu pres deux cammes c. D'apres cela, le levier b oscille en méme lemps que la tige E monte ou descend avec le flolteur, el dans cha.cune des posilions extremes, l'une des cammes e venanl appuyer sur un bouton d, qui correspond avec la soupape intérieure du sifflel, il fait ouvrir celte soupape en comprimant le ressort qui la rnaintient onlinairement fermée. La soupape ouverle, la. vapeur s'échappe et le sifflet fonctionne. · Par conséquent, le flolteur agil ainsi clans ses cleux positions extremes; rnais ses . posilions intermédiaires sont ¡rnssi indiquées par le contre-poids J, qui forme cursenr, et donl le milieu, présentaut un disque aminci, suit les divisions cl'une échelle graduée e. Pour ernployer le mode ancien consistant a faire traverser la. paroi . de la cliaudiere par la tige du flotteur, mais sans faire usage du presse-étoupe Jont nous avons dit les inconvénients, le construcleur applique ici un moyen dont le principe avait du reste été indiqué, il y a environ douze a treize ans, par M. Ch. Faivre, maintenant ingénieur a Nantes (i). La lige E pénetre dans la chaudiere par un trou de meme grosseur qu'elle-meme,

(1) Disposilion applicabl_e

a un

fioLteur inlérieur, par i\l. Ch. Faivre,' P1iblicatio11 indiistrielle, vol. v, pi. 38,

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FLOTTEURS A SlFFLET.

percé dans la tole et sans aucune piece spéciale pour ménager ce passage. Le joint hermé1ique est obtenu en entourant simplement ia tige d'un peu d'étoupe a l'extérieur de la cha u diere; ·mais cette étoupe est compri mée et retenue en contad avec la tige et la paroi de la cbaudiere par une masse asscz pesan le K, que la tige E traverse également, et qui porte tt sa partic inférieure une pétite cavité f ou vient se loger l'éloupe. La pression continuelle et constante de cette ma!,se sur l'étoupe suffil pou; empecher la fuite de la vapeur sans néanmoins gener les mouvements de la tige du flotteur, et n'exige pas le m eme entretien qu'une botle a élonpe ordinaire. GAR 'ITURE DE r1GE DE FL0TTEUR PAR i\f. CH. FA1v11E. - La disposition proposée par M. Faivre é1ait un peu différente, tout en concourant au meme but. La fig. 46 ci-dessous permeltra de la comprendre et d'établir la comparaison avec celle représentée sur la fig. 10 ,de la pl. 8.

Fig. 46.

Échelle de 1/1 o .

On vo it par cette figure que la tige E du flolteur traverse la paroi de la chaudiere, ainsi qu'une petite colonne en bronze A qui n'a d'autre objet que de surélever les quelques pieces dont on va reconnaHre les fonclions. Cette peli Le colonne porte en effet une lame rn élallique a dont les extrémités sont munies de ueux chevilles b auxquelles on raltache une meche d'éloupe qui repose sur le sommet de la colonne en enlourant la tige du flotteur. Le poids K, que celte tige traverse, · vient alors appuyer sur l'étoupe et faire le joint, comme dans la disposilion précédente. FLorrnuR A INDICATEUR MAGNÉTIQUE PAR M. LETHUILLIER-PrNEL (fig. 14 et 1~). - Nous arrivons au systeme le plus radical, peut-etre, qui ait été imaginé pour rendre les indications d'un flolleur visibles sans ouverture, avec ou saos garnllure quelcon·que, entre l'inlérieur et l'extérieur d'une chaudiere. Anssi quelques mots suffiront pour en faire compr~ndre le principc : fixer a la lige du flolleur un airnant perrnanent qui vienne influencer un index en fer au lravers des parois d'une bolle

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MOTEURS A VAPEUR.

entierement close; c'est en effet la base de l'appareil inventé par un ingénieurmécanicien de Rouen, M. Lelhuillier-Pinel, qui en pratique actuellement la construction sur une gi·ande échelle. ~ Nous allons examiner avec quelque détail ce nouvel appareil de sureté, dont les fig. 14 et 15 représenlent deux dispositions légerement différentes, mais qui peuven l néanmoins se servir réciproquement d'explicalion, l'une comme coupe et l'aulre comrne vue extérieure. L'appareil représenté fig. 1.4 est un groupe complet, composé du flotteur, d'une soupape efe sureté et d'un manometre, comme les groupes décrits ci-dessus. Il est indiqué en vue extérieure et fonctionnant sur une chaudiere. La fig. 15 représente en coupe transversale un appareil analogue, mais sans soupape de su.reté. Ces figures permeltenl de reconnaitre que la tige ~ du flotteur A s'éleve a l'intérieur d'une haute tubulur~ enlierernent close par rapporl a l'extérieur, et forrnée de plusieurs parlies superposées C, C' et D; celtc derniere est une boite en c.uivre daos laquelle se meut l'aimant en fer a cheval E (tig. 15), fixé au sommet de la tige B. La base C est un cylindre e.le fonte qui peut elre simple, comme le montre la fig. fo, ou muni d'un coude pour recevoir une soupape de su.reté F,-suivant le cas. Mais· elle possede, de tou Le fac;on, deux sirtlcts G et G' que lé flotleur doit faire parler au trop ou au manque d'eau-. Lorsque l'appareil comprend une soupape, 'il est monté sur la chauuiere H, comme !'indique la: fig. 14, au moyen d'nne large bride boulonnée. Dans le cas coutraire, son ·centre de gravité se trouvanl. précisément sur son · axe de figure, il suffil, pour le fixer, d'une tige taraudée et d'un écrou a, comme on le voit sur la fig. 15. _ La parlie C' de la tubulure n'est, a vrai dire, qu'un exhaussement muni; a l'endroit de son raccoru. inférienr, d'une doüille en f~nte qui sert de guide inlermédiaire a la tige, avec un jeu suffisant pour que la vapeur circule avec facilité dans tout l'intérieur de l'appareil. · La boile en cuivre D, sur laquelle se pose, si l'on veut, un manometre métallique· I, est rectangulaire, a cause de l'ajustement du fer magnétique E qui doit glisser a son inlérieur. L'une de ses faces porte extérieurement les divisions métriques qui se rapportent aux positions différenles du niveau de l'eau; sur cette face se trouve placé un pctit index en acier b qui est complélement lihre, mais maintenu en coulact avec la paroi de cuivre uniquemeul par l'attraction de l'aimant E qui s'exerce tres-forlemeut au travers de cette pa1~oi, conform.ément aux propriétés bien connues de cct agent physique. Cette meme face de la bo1te présente un élégissement pour recevoir une glace e qui enferme l'aiguille b, tout en permettant <l'observer ses mouvemenls. Cet index es t un petit cylindre d'acier d'environ 2 1/ 2 millimetres de diametre sur 2o millimclres de longueur; il porte deux bourrelels saillants par lesquels son contact esl élahli avec la surface contre laquelle l'aclion magnélique le retient appuyé. Celte parlicularilé s'explique en remarquant que, si le cylindre porlait sur

FLOTTEUR·s A SIFFLET.

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toute l'étenduc de .ses génératrices, il se dérangerait inévitablement de sa position horizontale, et ne se présentant plus exactement vis-a-vis des pales de l'aimant, il pourrait en etre abandonné tlans les mouvements brusques du flolteur. D'ailleurs, on comprend que, pour une meme intensité d'attraction, l'effort exercé est d'autant plus énergique qu'il agit sur un moindre nombre de points. On sait, en effet, que daos les expériences qui ont pour but d'éprouver les charges qu'un aimant peut soulever, on diminue la surface de~ vortants o.uxquels on donne une forme courbe pour que leur contact avec les póles ait lieu, pour ainsi dire, par une tangen le. Maintenant, on peut compre~1dre aisément les fonclions de cel appareil. Le flotteur, qui ne peut pas recevoir de conlre-poids, fiotte réellernent, c'est-a-dire que c'est un corps _c reux formé de deux coupoles en cuivre rouge mince, réunies par une' soudure, et dont la pesanleur spécifique est assez foible pour surnager, tout en portant le poids de la tige et de l'aimant qui la surmonte. Par conséqueut, le flotteur s'élevant et s'abaissant avec le niveau de l'eau, l'aimant se meut avec luí et se lrouve exactement suivi par l'intlex b, dont les positious successives sur la face graduée font alors connaitre a chac¡ue instant la situation du niveau de l'eau daos le générateur. Mais de plus, a chaque position extreme, la tige B, a l'aide <l'un Laquel d qu'elle porte, agit sur la bascule e et foit ouvrir la soupape du sifflet corres pondant G ou G'; le trop et le manque d'eau extremes sont ainsi annoncés par le jeu d'un sifflet, indépendamment de l'index b, qui les fait également connaitre. ;Nous ne pouvons pas entrer ici daos tous les détails de la construction de cet instrument, qui peut demander une cerlaine pratique, mais donl les fonctions n'en exigenl aucunement, et qui n'a presque jamais besoin d'entretien ni de réparation : il est aisé de s'en convaincre, puisqu'il ne comporte aucune garniture ni assemblage mécanique mobile. Nous dirons seulement quelques mots de la piece principale, l'aimant en fer a cheval. C'est une bande d'acier contournée en U et dont les bouts, qui deviennent les vales lorsque la piece est aimantée, sont recourbés d'équerre afin de les amener au contacl tle la paroi graduée derri ere laquelle se trouve l'index b. L'aimantation s'effectue au moyeu des procédés électro-magnétiques ordinaires, puis la picce airnantée se place entre des annatures de fer doux, de meme forme qu'elle, qui ont pour propriélé, ainsi qu'on le sait, de main ten ir le fluide magnétique en tension. , Daos l'origine, une objection importante a été soulevée a propos de l'ernploi de l'indicateur rnag·nétique, qui doit fonction~er a des tempéralures relativemen t élevées : l'action rnagnétique ne finirait:-elle point par se délruire ou diminuer sensiblement sous l'action de la chaleur? A part une pratique de plusieurs années qui a permis de résoudre la question, il esl également notoire que, pour vaincre la force coercitive qui tient tendus les fluides magnétiques dans un barreau d'acier bien trempé, et détruire l'aimantation, il faut sournettre ce barreau a une tempéraL11re an moins correspondante au rouge naissant. Mais a la plus haute température ou l'on puisse produire lá vapeur, soit 200 degTés, que l'on n'atleint. meme jamais, l'action magnétique n'éprouve aucune allération.

286

l\lOTEURS A ·vAPEUR.

Cependant, M. Lelhuillier, qui a du faire directement des expériences sérictises i\ cet égard, nonobstanl les résultals anooncés d'avance par la science, a pu reconnaitte que l'éuergie dll harreau d'aimant diminue légerement penda11t les premiers temps de ·sa mise en fonction, mais qu'elle devient ensuite parfaitcmenl constante . IL · suffit alors de compter sur cette dimioulion en donnant a l'airnant un exces d'énergie pour une action tres-minime du reste, ét qui se borne a une allrac tion capable de soutenir uue aig nille d'acier, pesant peul-etre 2 grammes, au 1ravers d'une paroi de mélal de 4 a o millimetres d'épaisseur. Seulement, comme les actions rnagnéliques, quelles qu'elles soicnt, diminuenl rapidernenl en raison inverse ele la dislance a laque_lle elles s'exercenl (dans le rapport ioverse des carrés des distances), il est important que le contact des póles avec la paroi graduée ait toujours exacJement lieu. A cet effet, non-seulement l'aimant E est guidé par une piece fixe f, ajust.ée dans la bolle O, muis i1 est encore 1;ressé par un ressort g pour parer au peu d'usure qui pourrait se produire. Afodificatiort apportée a l'appareil précédent. - Avec les générateurs a foyer intérieur, la couche d'eau au-dessus du corps intérieur est presque toujours lrop mince au centre pour permeltre le jeu d'un flotleur, ii moins de placer ce dernier sm le coté du corps de la chaudicre pour qu'il plonge a cóté du bouilleur. En vue de placer néanmoins le flotteur sur l'axe vertical dn générateur, lorsque la couche tl'eau ne présenle pas au centre une épaisseur sul'fisante, on a essayé de lui donner une, forme tres-aplatie; mais ce moyen est encore insuffisant lorsque la couche d'eau n'a pas plus de 10 centimelres, par excmple, c~mme cela se rencontre souven t. M. Lelhuillier-Pinél propose alors Je meme apparcil magnélique, mais avec le flolleu_r modifié comme l'indique la fig. 47 ci-conlre. Le flolteur est composé de deux corps creux A Fig. 47. sphériques ou cylindriques, suiyanl le volurne qu'ils doivent uvoir, disposés horizontalement, et reliés par une traverse a assemblée <l'équerre avec la li ge B qui porte l'aimant. Ces deux masses sont alors réparties de chaque coté du houilleur 'intérieur H', oú l'eau présente assez de hauteur verlicale pour que le flo-tteur ait une course suffisante. . En terminant ce qui est relatif au flotteur magnétique, faisons de nouveau remarquer sa propriété fondamenÚ1.le, qui est de r~nc1re· visibles les fluctuations du niveau de l'eau, sans mécanisrne exigeant de gurnitÍlre dáns la paroi de la chaudiere et sans parois transparentes qu'il faudrait évid emment faire en cristal , et qui a!-}rai.ent, a ce Litre, l'in?onvénient de la fragilité. M. Herdevin, mécaniN1vEAU n'EAU MÉTALLIQUE A FLOTTEUR PAR M. HERDEVIN. c-ien de Paris, est l'auteur d'un indicateur de niveau qui, avec peu · de volume et

FLOTTEURS A SIFFLET.

287

d'une con~truction peu dispendieuse, peut rendre de véritables services. La posilion qu'il occu-pe sur un généraleur est celle du niveau a tuhe de cristal; il fonctionne en effet d'apres le rneme principe: mais ses indications résident dans lejeu d'un floltenr, dont les mouv-ements sont renuus sensibles au moyen d'une aiguille • qui suit les divisions d'un cadran. Les fig. sui..vanles 48 et 49 représentent cet appareil en vue extérieure, et en coupe transyersale regardée dn cüté opposé a la précédenle. Fig . .\8.

Fig . .\9.

C'est ui1e sorte de bouteille en fon te A, terminée a sa parlie supérieure par une boite cylindique C, et boulonnée a sa base avec une culasse B, également en fonte. Cetle derniere piece est munie d'une tubulure a bride e qui se répete également a la parlie supérieure du corps principal A, dans la partie cylindrique C (cette deuxieme tubulure n'est pas vue sur la fig. 49, a cause de la coupe, mais il est facile <le se la figurer). L'appareil est mis en communication avec le générateur au moyen de ces deux tubulures, exactement de la meme fac;on que le niveau représenté fig. 1 , et 2, pi. 8; l'eau entre dans l'appareil par l'orifice inférieur el la vapeur par l'autre, d'ou le niveau s'y élablit comme dans le tube de cristal. Mais Jans celui de i\I. Herdevin, le niveau n'étant plus observé par transparence, c'est un flotteur D, que renferme l'appareil, qui fournit celle indicalion a l'aide de l'aiguille d, avec laquelle il est en relation. . Le. mode de transmission du flotteur a l'aiguille est fondé sur le meme príncipe que l'appareil de M. Bourdon, précédemment décrit et représenlé fig. 8 et 9, pl. 8. C'.est un levier E, placé dans l'intérieur de la boite C, dont l'axe porte extérieurement l'aiguille d, et auquel le flolteµr se tronve suspendu. Cet assemblage se fait

288

MOTEURS A VAPEUR.

par la tige du flotteur, qui est terminée, a sa partie supeneure, par ,une chape embrassant le levier E, don t la partie correspondan te est ouverle en coulisse, pour que le flotteur conserve son mouvement vertical nonobstant celui en are de cercle du levier. La reclitude de ce mouvement est assurée au moyen d'une rainure ménagée sur les deux fonds de la boitc C, pour guider la goupille qui assemhle la tige au levier E. L'étucle que nous venons de faire des flotteurs et niveaux d'eau permetlra de comprenclre celui-ci sans recourir a une plus long-ue cxplication. ous ajouterons seulement quelques mots pour expliquer la fonction des robinets a, a' et a2, qni sont eles 1·obínets cl'epreuve, et de celui b, qui serta volonté pour purger l'appareil de l'eau qu'il renferme. Robinets d'epreuve . - Les robinets dits d'epr eu ve sont appliqués lres-souvenl aux gén érateurs qu'il serait difficile de munir de flotleurs, ou d'appareils qnalogues indicateurs de niveau. Tels sonl les générateurs des locomotives, des machines locomobiles et des appareils de navigation. Les robinets d'épreuve doivent elre alors appliqués concurremmenl avec les niveaux en cristal. L'un de ces robinets est posé juste a la hauteur norrnale du •niveau, et les deux autrcs a égales clislanccs au-dessus et au-dessous. Celui du milieu a, quand on l'ouvre, devrnil donner un mélange d'eau et de vapeur, et les deux autres respectivement de la vapcur et de l'eau. L'usage des robinels d'épreuve esl un rnoyen de sureté de plus; mais ce moyen, lout seul, ne serait pas lui-rneme extremement sur, altendu qu'il n'est pas toujours facile de reconnailre si c'est ele l'eau ou de la vapeur qui s'écbappe, a cáuse de la grane.le vitesse d'abord, et ensuile parce que l'eau se vaporise en parlie en arrivant daos l'atmosphere, tandis que la vapeur, au contraire, donnerait plulót naissance a de l'eau par une conclensation parliellc. Quoi qu'il en soit, l'applicatiou des robinel:;; d'épreuve a l'appareil Herclevin en est un complément u lile, commc rempla~ant la transparence pour s'assurer que l'instrurnent fonclionne. A leur défaut, on pourrait également vérifier l'appareil a l'aicle du robinet purgeur b.

SOUPAPES DE SURETÉ

Une soupape <le su.reté est un appareil fort simple, et sur lequel cet ouvrage a déja fourni assez de renseiguements pour le faire connaitre en príncipe, soit par quelques cilalions, soit par les figures qui en ont été données. Aussi nous n'aurions presque rien ~ ajouter a ce qui a été dit sur cet instrument s'il n'éiait pas indispensable de donner les regles pratiques qui. servent a en délerminer les dimensions, el les particularités qui le concernent dans les reg-lements adminislralifs. A cet effet, il nous reste done a examiner les conditions qui établissent- le_rapport entre son cl.iametre et la puissance du générateur auquel on l'applique; les regles précises a suivre pour ses conditions d'équi\ibre; les préceptes qui servent de base a sa construction.

SOUPAPES DE S URETÉ.

289

DIAMETRE DES SOUPAPES DE SURETÉ

Pour q11'une soupape de stlreté, appliquée sur un généraleur, salisfasse au service auquel on la destine, il faut que la section de son ouverture soit suffisante po111· débiler largement le volume maximum de vapeur que ce générateur peut produire avec le foyer le plus nctif, et sous la tension indiquée comme limite par le timbre légal qui s'y trouve apposé. Mais cet orífice ne doit pas etre démesurément grand, atlendu que si l'on offrail a la vapeur uu passagc d'une dimension !elle qu'elle put s'écouler presque instantanément dans l'almosphere, la masse d'eau liquide, se trouvant dégagée de la pression qui s'exen;ait sur elle, se 1ransformerait anssi brusquement en vapeur et occasionnerait l'accident que l'on voulait préveoir, c'esta-dire l'explosioo du générateur. MM. les ingénieurs, cbargés par le gouveroement de préparer les inslructi-oos qni oot été annexées a l'ordonnance relalive aux machines a vapeur, ont cherché a déterminer le rapport numérique générnl qui peut exister entre la production en vapeur d'un générateur et l'orifice qui serait capable de suffire au débit de cetle vapeur s'échappant dans l'atmosphere. Ces recherches les ont amenés a une formule pratique qui est devemie la regle obligée pour servir a dé!erminer le diamelre d'une sonpap·e de su.reté, d'apres-la surf'ace de chauffe totale du générateur et la pression absolue maximum de la vapeur qu'il doit produire, et chaque .générateur devant etre muni de <leux soupapes sernblables. Voici celte formule:

26 •

n. - ~,41_2' dans laquelle, el représente le diametre <le la soupape t!n cenlimelres; S » la surface de chauffe du générateur exprimée en metres carrés; » n la tension de la vapeur indiquée par le numéro du timbre légal appliqué sur le générateur En discutant 9ette formule, on lrouve que les diamelres des soupnpes, ainsi délenninés, sont proporlionnels a la racine carrée de la surface de chauffeJ et qu'ils sont tl'aulant plus faibles, que la tensfon de la vapeur est plus élevée, et vice wrsá. ~ Ce deroier point s'expliqne aisémenl · si l'on fail altenti'on que la vitesse d'échappement de la rnpeu1: chaoge comme sa tension, et que, pom· en débiler un meme volume, la section de l'orifice <l'échappement ~st inversement proportionnelle a la vilesse. EXEMPLJ, DE L'EMPLOI DE LA FORMULE PRÉCÉDENTE. - Soit le générateur type représenlé pl. 1, pour leqnél S égale 2o me tres carrés, et n égale 5, qucl sera le diametre lle chacune des deux soupapes de su.reté qu'il doit possé<ler? Solution. On trouve:

el= 2,6 l.

_2i,412 = 6c069. 37

290

l\IOTEURS A VA PEUR.

Si maintenant nous rapprochons celte donnée de la soupape représentée en coupe fig. 3, pl. 8, on voit que ce diametre est allribué a l'ouverture cylindrique dans laque1le pénelrenl les ailelles qui servenl de guide a la soupape proprement <lile B, qui la recouvre. Par conséquenl, la seclion effeclive du passage offert a la vapeur est un peu diminuée par la place occupée par ces ailetles, si minces qu'elles soient. Si l'on examine ce qu'il en est en prenant des diamelres de soupape de 10 ¿j_ 2 cenlimetres, avec trois aileltes dans lous les cas, varianl d'épaisseur de 5 a 2 rnillimelres, on trouve que la section effeclive subit une diminulion variaut dans les memes limites de 1/100 l:t 1/ 50 environ. D'autre part, n égli geant pour l'instant cette faiLle diminulion, on sait que la levée de la soupape -doit elrc égale au quarl de son diametre pour que l'ouverlurc a1mulaire qui en résulte soit équivalente a la seclion circulaire. Malgré celte diminution, une seule so u pape, ainsi calculée, suffil pour débiter toute la vapeur que pourrait produire le généraleur correspondant sous l'influence du feu le plus actif que l'on puisse y faire. C'est du reste un fait dont MM. les in génieurs de l'adminislration se sont assurés par expérience. Par conséquent, deux soupapes devraienl toujours suffire pour éviter les explosions, si ce terrible acciden t ne provenait pas plus souvent d'unc avarie accidenlclle et ig norée survenue au générateur ou ele la surcharge des soupapes, que d'un exces de pression mom enlané. Pour termine1, ce qui est relatif au diametre des soupapes et a lenr efficacité comme issue offerte a la vapeur, faisons une hypoth ese sur celles qui doivent étre appliquées sur le généraleur type, pl. 1. On a vu qu_e sa surface es t égalc a 25 metres carrés pour une vaporisation totale de 300 kilogrammcs d'eau par heure, dans des conditions de marche normale, soit 12 kilogrammes par rnetre curré de surface de chauffe. · En admeltant que celle vaporisation soil poussée avec beaucoup plus d'activilé, il serait néanmoins difficile qu'elle s'élev§.L a plus de 30 kilogrammes par m etre carré; mais admellons 35 pour notre exemple : ce sera une produclion totnle de 875 kilogrammes par heure; Soit en volume de vapeur a 5 atmospheres et p,ar second e :

8i5k 2k5682 X 3600

Om . º·ü94 ,

ou 94 décimetres cubes par seconde. D'aulre part, puisque chaque soupape a 6°069 de diamelre, soil 6°07, la section correspondanle est égale u ~8,93 centimetres carrés, qu'il faudra diminuer environ de 1/ 60 pour tenir compte de l'obstruclion par les ailctles et avoir sa valeur effective plus approchée; soit : • 59 28°·q·93 X - = 28°. q·45. 60 Mainlenant, pour connaitre le débit d'un semblable orifice en vapeur a 5 atmospheres s'échappant a l'air libre, il suffit de se reporler aux regles spéciales (41 a 50)

SOUPÁPES DE SURETÉ.

29-1

qui perrnellent de trouver les vitesS'es d'écoulement des gaz et des vapeurs par un · orífice en mince paroi, tel que celui d'une soupape peut etre considéré. Nous lrouvons ainsi que la vilesse d'écoulement de la vapeur, dans les condi1ions précédentes, sera ñ62 metres par seconde; el si nous prenons le plus faible coefficient (ññ) pour calculer le débit, il vienl en résumé: 2sc.q.4f) x ñ6200c x 0,6ñ = 1039278C,C. = 1039 décimetres cubes.

Par conséquent, si la pcoduction est égale a 94 décimetres cubes, une seule des deux soupapes pourra effectuer une dépense correspondante en se sonlevant de 1/ 40 seulement de son diamelre, soit 'moins de 2 millimelres, puisqu'en se soulevant du quart pour représenter la meme section que son ouverture circulaire, elle pourrait dépenser un volume plus que dix fois supérieur. Cette apprécialion est toule théorique, puisqu'on y admet que la vit~sse de la · vapeur serait pratiquement égale a celle calculée. Mais, quelle que soit la correction qu'on lui f'asse subir, la dimension de la soupape n'en restera pas moins plus que suffisante. Péclet, faisant la meme recherche, disait que, pour poser la base de la vaporisation la plus énergique, il faut supposer 100 kilogrammes d'eau évaporée par heure et par metre carré de surface de ch.1uffe, conformément aux résultats donnés par des expériences spéciales a cel égard. Mais ceci ne semble guere applicablc a nos générateurs actuels, dans lesquels une petite partie seulement de la surface ' de chauffe se trouve dans les conditions ou l'on s'esl placé pour obtenir une aussi forle vaporisation. Cependant, si l'on admettait encare ce chiffre, la valeur proposée ci-dessus deviendrait:

94 x ~~O= 268 clécimetres cubes, et n'approchernit pas encare du débil maximum ele la soupape, égal, théoriquement, a 1039 décimelres cubes. L'instruclion ministérielle, en donnant la formule, a fourni aussi une table des - cliametres des soupapes, calculés a l'aide de celte regle pour des surfaces de chauffe · et des pressions variables. Cette table est peut-etre un peu élendue pour les applications actuelles ou la vapeur est rarement employée aux plus basses pressions. Néanmoins, cómme nous n'avons aucun intéret a y faire des retranchements, nous la reproduirons telle qu'ellc a élé donnée. Cependant, nous supprimons la décimale incliquant les milliemes de cenlimetres, approximation qui ne peut etre réellement cl'aucune ulilité pratiquc.

•

292

1\1 OTEUR.'S A VAPEUR.

TABLE DE~ DIAMETRES DES SOUPAPES DE

qui indiqoent les tensions ahsolues de la vapeur, de

1 1 /2

2 1¡ 2

c~nt.

con t..

c t1 nt.

2,49

2,06 -

3,52 4,32

2,92 3,57

1,80, 2,5,1:

4,98

5 6

5,57 6,H

4,13 ~,6t

6,59 7,05 7,1,8

8 9

iO H 12 13

14 15

rn 17

7,88 8,27 8,63 8,99 9,32 9,65 9,97 i0,2R

20 21

10,58 10,86 11,15 11,42

22 23 24 25 26 27

H ,69 H,95 12,21 12,46 12,71 12,95

28 29

rn,rn

13,42 4 3,65

5,05 5,rn 5,83 6,l9 6,52 6 ,84 7,15 7 ,44 7,72

3,62 3,60 4,02 4,41

LA FORMULE I.ÉGALF..

2,56 2,96

2,38 2,74 3,07 3,36

2,23

3,63 3,88

1 ,72

1,63 2,00

rent.

1,10 1,5a

1,90 2,20

3,40

3,21

3,6t 3,>.6 4,07 4 ,2;

3,43

3,04 3,26

3,84 ,,,02

1, ,45

4,20

3,99

3,H 3,30 8,48 3,65 3,Rl

4,95

4,64

4,16

3,96

4,81

4,31

5,73

5,14 5,32

4,12 4,26

6,66 6,81,

5,92 6,10 6,':!8

5,49 5, 66 5,82

4 ,98 5,1 5,30 5,45

3,38 4,54 4,70

7,04 7,23

6 ,4o 6,62

5,98 6,14

5,60 5,75

6,29 6, 44

5,89

4,68 li,91 5,12

5,H

6,49 6,73

5,83 6,05 6,26 6,46

9,35

cent.. 1,15

2 ,82

3,31 3 ,62

5,60

5,33 5,ti4

7 ,39

6,78

7 ,58 7 ,75

6,94

7 ,92 8,08 8,24

7 ,25

7,09 7,40

8,40 8,55 8,70

7,54 7,78 i,83 7,97

8,85

8,10

4,12 4,34 .\,51i 4,75

6,58 6,72 6,86 7,00 7,13 7,26 7,39 7,52

2,57 2,87 3,15

---

cent, 1 ,21

2,10 2,\3

2, 97

!i,36

H,30

5 1 /2

2,30 2,58

5,69

10,72 10,92 11,11

2,7,t

2,23 3,61

5,97 6,23

9,00 9,17 9,35 !l,52 9 ,69

10,52

1 ,29 1,82

t ,94

,,,44

8,63 8,81

cent .

2,09

4,85

8,0S 8,24 8,44

cent.

2,29 2,80

5,40

7,63 7,8~

atmospheres.

--- --- --1,37

3,91

7,20

i; 112

1,1,8

,,,18

7,42

1 1/2 a 6

1,62

4,57

8,5 1 8,75

9,68 9,89 rn, H 10,32

Ct"lnt.

4,76 5,09

6,97

9,23 9,4S

cent.

3,96 4,28

7,99 8,25

8,99

3 1 /2

- --

--rnOt. rar. 1

CALCULÉES AU MOYEN DE

DIAMETRES CORRESPONDANTS AUX NU)IÉHOS DES TIMBRES

SURFACE

de chaufl"e des chaudieres.

SURETÉ,

6,03 6,17 6,30 6,4d 6,56 6 ,68 6,80 6,92 7,04

3,64

4,85 5,00 5,15 5,29 5,43 5,56 5·,69 5,82 5,84 6,07 6,19 G,31 6,42 6,53 6,65

3,46 3 1 6/¡. 3,82

4 ,46 4,61 4,75 4,89 5,02 5,15 5,28 5 ,4 1 5,53 5,65 5,76 5,88 5,99 6,10 6,21 6,31

2 ,4 6 2,69 2,91

4,40 4,53 4,67 4,79

4,92 5,04 5,16 5,27 fi,39 5,50 5,61 5, 71 5,82 5,92 6,02

Usage de la table précéclente. - La simplicilé de cetle table pourrait nous dispenser d'en donner un exemple; nous le forons, néanmoins, a fin de bien fixer les idées. ExEMPLE. Quel esl le diamelre a donner aux soupapes de su.reté d'un généralCli.r de 20 metres carrés de surface de chauffe, et timbré a ñ 1/ 2 atmosphercs? On cherche, dans la premiere colonne de gauche, le chiffre de la surface, el on trouve sur la meme ligne horizonlale, dans la colon ne correspondant a la prcssion, le chiffre ncrn, qui csl le diamelre cherché. Si la pression élail 4 atmosphcres, on trouverait de meme 6c1.4, valeur plus forle que la précédente, ainsi que l'on a vu que cela devait etre .

293

SOUPAPES DE SURETÉ.

CONDITIONS n'ÉQUILIBRE

n'UNE SOUPAPE

SURRTÉ

Le diametre d'une soupape se trouvant ainsi rlét_e rminé, il faut charger celle derniere dans de cerlaines _conpitions pour qu'elle se maintienne sur son siége, sans laisser échapper la v~peur, tant que celle-ci ne dépasse point la 1ension rnaximurn pour laquelle la soupape a été réglée. En príncipe, cetle cbarge cloit etre évidemment égale a l'effort total exercé par la vapcur sous la parlie inférieure de la soupape lorsqu'elle a a1teint sa tension maximnm réglementaire. Pour les générateurs marchanta basse press'ion, le poids donl il faul charger une soupape n'est jamais considéable, puisque la pression intérienrc dépasse pen celle de l'atmosphere ambiante. On pouvait, dans ce cas, charger la soupape d'un poids posé directement sur elle, en l'ajustant convenablemenl entre des gt.Íides v.erlicaux qui lui laissent la liberté de s'élever avec la soupape. Mais avec les hautes pressions, on comprend que les charges deviennen t 1rop corisidérables pour adopler le meme inode; on esl obligé de se servir d'un levier iJ1Lermédiaire qui, par l'inégalilé ~e ses bras, permet de réJuire de beaucoup le poids que l'on doit y suspendre. Nous avons déja expliqué ( 14) cette disposilion et les calculs auxquels elle donne lieu. Nous n'y reviendrons done que pour rnérnoire, ·e t pour obten ir une plus exacte approximation en tenant cornpte du poids du levier el de la soupape,. ainsi que de la contre-pression due a l'atrnosphere extérieure. La charge qui do'it faire équilibre a la pression de la vapeur composée : De l'effort exercé par la pression almosphérique; Du poius propre Je la so u pape; Du poids suspendu a l'exlrémité du levier multiplié par le rapport de ses bras; Plus enfin du poids du levier lui-meme. Si le levier ne pesait rien, l'opération pour déterminer l'inlensilé du poids qui s'y trouve suspendu se réduirait a celle dont nous avons montré la forme (14), en calculant son aclion comme étanl égale a l'effort total exercé par la vapeur, diminué de celui de l'atmosphere et du poids de la soupape. Mais ce lévier pese nonseulemeul de tout son poids, mais encore de toute la valeur du contre-poids qu'il faudrait placer a. l'exlrémité de son petit bras_po'ur que son centre de gravité correspondil préc'isément au point ou il appuie sur la soupape. Au lieu . de procéder par calculs, ce qui serait long et incertain, MM. les ingénieurs de l'adminislralion proposent d'éprouver direclement la charge simple du levier au Inoyen d'un peson a l'aide duquel on le souleverait par le point meme oú il porte sur la soupape, tandis qu'il esta sa place et assemblé par son centre d'articulalion. L'imlication du peson correspondra juste au poids qu'il convienl d'attrilmer au levier pour sa parl d'influence dans la charge lolale.

l\'IOTEURS A VAPEUR. 294 EXEMPLE. - Admellons qu'il s'agisse de déterminer le poids p levier d'une soupape dans les condiüons suivantes :

Diametre de l'orifice de la soupape .......... . . . Pression <le la vapeur (ou numéro <lu timbre) ... Poids de la soupape ......... . .......... . . . . . .. Poids <lu levier (expérience du peson) .. . ......... Rapport des bras du levier. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

= n = p" = ri' = tl

a suspendre

8 cenlimetres. 5 atmospheres. 1 kilog. 7 kilog. 1/ 10

Soli~tion . La pression totale P de la vapeur sous la soi.1pape se détermine, ainsi qu'on le sait, de la maniere suivante: P

'1t"

cl2

1,0333n = fSQc. q.24 X 1,0333

= 259k668.

La pression atmosphérique E agit, de haut en has, sur un cercle dont le diametre est plus grand de 4 millimetres que celui de l'ouverlure (voir plus loin p. 295); par conséquent, on trouve : 9

0;7854

x 8,4- x 1,0333 = 5ik263.

Ainsi, la cbargP- P', afférente au poids p suspendn au levier, devient: P' = 259k668 - (57,263

1k) = 194k405.

Enfin le poids p cherché égale lui-méme :

CONSTRUCTlO

n'u E SOUPAPE DE SURETÉ

Pour qu'nne soupape fonctionne bi1rn, il faut qu'elle so it parfaitemenl ajustée sur son siége et qu'elle s'y repose bien exaclement lorsqu'elle a été accidentellement soulevée. Pour remplir ces condilions principales, on la dispose généralement comme celle indiquée fig. 3, pl. 8, ou elle est représenlée en coupe verlicale, et correspond a peu pres aux plus grandes dimensions usuelles. La soupape B est un tlisque circulaire, un peu concave, muni asa parlie inférieure de trois ailettes a dont l'extérieur est tourné au diametre d de l'orifice . Elle est surmontée d'une partie cylindrique percée d'un trou dans lequel pénelre un peu librement un goujon d'acier b. Cetle piece, dont les extrémités sonl tournées en pointes ohtuses, sert d'intermédiaire entre la soupape et la pression du leviú I; elle a pour objel de supporler la légere transformalion du mouvement rectiligne de la soupape en celui d'arc de cercle suivant lequcl le levier se meut lorsque la soupape se leve, et de laisser alors celte dernicre libre pour retomber a plat sur son siége. Celui-ci est une piece cylindrique en bronze J qui se fixe sur la tubulure principale en fonte A. Le contact avec la soupape est élabli par un bord qui doil etre extrémement étroit, conformément aux reglements adminislratifs .

•

290

SOUPAPES DE SURETÉ.

La loi qui régit les machines a vapeur dit en effet que la largeur de la parlie circulaire conslituant le contact de la·soupape avec son siége ne doit pas dépasser la trenlicme partie du <liametre, et ne doit excé<ler, dans aucun cas, 2 millimelres. Comme complément de celte regle générale, l'inslruclion ministérielle a donné la 1able suivante <les relalions entre les différenls diametres de soupapes et la surface de recouvremen t.

ORIFICES EXPOSÉS Dll1ECTEMENT

SURFACES DE CONTACT AVEC

A L ACTION DE LA VAPEUR.

•

LA SO UPAPE •

,. Largeurs des rebords .

Diametres.

Seclions.

mill, carrés .

milli metres.

millinuHres .

mili . carrés .

314

0,67

21 ,34

357

491

0,83

26,66

558

707

1,00

32,00

DaimeLres.

Sc ctions.

millim et.res .

80/¡

962

1,H

37,!!2

t087

1257

1,32

42,54

1426

1590

•1 ,50

48,00

1810

1963

1,67

53, 34

2233

2376

1 ,83

·58,66

2706

2827

2,00

64,00

3217

(e l au-dessus.)

La soupape élant bien construile suivant ces condilions, il faut que le levier I soit aussi disposé de fa9on a luí laisser une mobilité réguliere et offre le moins possible de résis1ances passives· qui viennent fausser les conditions d'équilibre calculées. La disposilion ordinaire est celle indiquée fig. 3, ou l'on remarque que le levier a son centre d'oscillation dans un plan horizontal situé un peu au-dessus <lu point de contact avec le pointeau b par lequel il appuie sur la soupape. Le point d'appui et d'oscillation du levier est pris sur un support en -fer K, vissé sur la bride du . siége J, et dont la parlie supériéure est fourchue pour 'recevoir le 1evier. Cet assemblage doit etre fait tres-exaclement, et le levier doit etre aussi gui<lé latéralement, comme il l'est en effet par une mortaise pratiquée dansJe support H, pour que ses mouvernents verticaux aient lieu sans déviations. L'assemblage de l'arliculation est fait ici (fig. 3) au moyen d'une goupille cylindrique, ce qui peut etre sans inconvénient pour une grande soupape qui représente une puissance considérable comparée aux résistances passives du mécanisme. i\'lais pour les petiles dimensions, il est bon d'adopter le systeme représenté fig. o, pl. 8, ou l'on voit que le goujon qui assemble le levier avec son support est taHlé en cou tea u comme celui d'un fléau de balance. De celte fa9on: le frottement de l'axe est évide~ment béaucoup moindre que dans le premier cas.

296

l\IO TE U R S A V A PE U R.

Des constructeurs onl aJoplé un mode différeut pour cenlrer le lev1er. lis onl muni celui-ci de clenx lon gues porlées, figurant des moyeux a l'endroil du centre, et l'onl ainsi moolé entre pointes. Outre une extreme mobililé oblenue par ce systeme, l'écartement consicl érabl e des pointes donn e au levi er une assi elle suffisanle pour que l'on puisse supprimer son g uide laléral, ou du moins lui donner, dans ce guide, assez de jeu pour ne pas craindre un froltemenl accidente]. SourAPE DES APPA l\ EILS DE SAr r-GERMAIN (fig. H, pl. 8). - Avant de terminer ce suj et, nous revi endrons sur un sysleme de soupape appliqué aux généraleurs du cbemin de fer atmosphérique de Saint-Germain, el doul nous avons dit quelques mots en décrivant ces appareils ( p. 195 ). Ce sys lerne est représenté en üétnil et en cou_pe sur la ti g . 11 de la pl. 8. 11 a de r emarquable que la soupape A et son si égc B se trouvent recouverls d'une cloche en bronze C qui a pour objet d' emp echer la vapeur ae s' échapper direclement dans l'inlérieur du local des générateurs. Pour cela, la tubulure principale e~ fonte D présenle, a son intérieur, deux can aux dislincls a et b, dont l'un communique exclusivr.ment avec le géuérateur, et l'au tre avec l'atmospher e par un conduil vertical E qui s'éleve jusqu'au-dessus üu baliment. Le siége de la soupape est alors ajusté sur l'ouverture du premi er canal a, taudis que la cloche C ferme le conduit b allant a l'exlérieur. Par conséquent, lorsque la vapeur s'échappe, elle se trouve confinée daos la clocbe C, et n 'a d'aulre issue que le canal b qui la dirige a l'exlérieur par le luyau E.

REMARQUE

SUR LES FONCTIONS

DES

SOUP A PES

DE SURETÉ

Bien que loutes les conditions calculées, qui servent de base a l'établissem ent des soupapes de súreté, soient rigoureusement élablies sur les prévisions d'unc théorie, qui n'a poul'lant rien de douteux ni de difficile a réaliser, quelques personnes ont néanmoins constaté que, conlrairement a ce que l'on pouvait prévoir, il est arrivé qu'une soupape s'est levée avant que la pression maxirn:wrn, pour laquelle elle était calcnléc, ne {út atte·inte. Ce fait singulier doit probablement dépendre d.'une imperfeclion dans le conlact des surfaces, qui laissenl peu a peu la pression s'établir entr1:: elles; la seclion se trouvant par ce fait augmentée de toule la surface du rebord, l'effort total qui foil lever la soupape esl augmenté d'aulant, et devient supérieur alors u celui qui avait été prévu. Si c'est la la véritable cause de celle anomalie, elle se produira d'aulant moins que la soupape sera plus grande, ou pour mieux dire, que le rebonl sera plus mince par rapport au diarnelre. Lorsqu'un tel fait se présenle, on cloit s'assurer ele l'exactitude du manomelre et régler la charge de la soupape apres avoir vérifié son rodage, pour qu'ellc ne se leve qu'au moment ou le manometre accuse la lension limite, en faisant toutel'ois conslater la snrcharge par les délégués de l'administration.

APPAR~ILS DE SURETÉ.

297

CONCLUSION 1

SUR LES APPAREILS D 0BSERVATION ET DE SURETi

Les appareils sur lesquels nous avons appelé l'allenlion de nos lccleurs ne forment réellement qu'une faible parlie des nombreux syslcmes différenls qui ont élé prÓposés et parfois meme mis en applicalion. Dans l'irnpossib ililé de les menlionner tous, nous nous sommes réservé de décrire ceux qui sonl le plus géuéralement en usage, et qui, clu reste, permettronl d'en comprendre d'autres analogues, que l'on voit également appliqués el que nous avons été forcé de passer sous sileuce. Toulefois, nous aurions pu parler de quelques appareils qui ont été réellement employés il y a déja un certain nombre cl'années, mais qui ne le sont plus ou trcspeu aujourd'hni; tels que : 1° Les rondelles fusibles, ou obluraleurs pleins composés d'un métal qui fond a une Lres-bo.sse tempéralure; on se rappellc que ces rondelles avaient pour but, en se dissol van L aux Iempératures el prcssions lim i Les, d' offri r une issue a la vapeur comme les soupapes de surelé; 2° Les obturaleurs en membranes métalliques flexibles qui se courbent et c_reven l sous un exces de pression ; 3° Les soupapes de rentrée d'air ou reniflarcls, qui se plac;aient princ ipalement sur les chaudiercs prismatiques, et qui devaienl servir a faire renlrer l'air exlérieur daos le généraleur au momenl de son refroidissernent, lequel produit nécessairemenl Je vide si l'air n'y rentre pas, et par suite met la chaudiere da11s la posilion d'elre écrasée par la pression atmosphérique. On sait que les générateurs cylindriques et tubulaircs dont on fait usage actuellement, et qui sont en forte tole pour march~r a haute pression, sont a l'abri de ce danger. Comme il nous a parn superflu de revenir sur ces sortes d'inslrumenls, nous ne pouvons qu'engager les personnes qui clésireraient elre complélement renseignées a ce sujet, et en général sur taus les genres d'appareils de sureté, a parcourir l'exccllent Traité de la chaleivr (2e édit.) du savant el regrellable Péclet, qui s'était altaché a les décrire et a les étudier taus avec la clarlé l'intelligence qui distinguuien t le célebre physicien.

FIN DU CHAPITI\E HUITIEnIE.

CHAPITRE IX INCRUSTATIO S DES GÉNÉRATEURS A VAPEUR MOYENS DE LES ÉVITER

Toul le monde sait que, lorsqu'on chauffe et qu'on foil évaporer conslam111enl de l'eau dans un meme vase sans le neltoyer, il se forme des dépóls calcaires qui proviennent de di verses subslances que l'eau r etienten dissolulion ou en suspension et qui ne s'évaporent pas avec elle. Ceteffel, qui peul ne pas avoir onlinairement de suile fach euse lorsqu'il s'agil de peli_Les opéralions d'économie domestique ou de fabrication, donne li1m, au conlrnire, a de graves inconvénienls pour les généraleurs a vapeur; c'est peut-elre l'une des causes les plus sérieuses des explosions el des-accidenls qui en résultent. · On a successivemenl ess~yé une foule de procédés pour éviter les incrustalions, mais le probleme ne parait pas avoir jusqu'ici rec;u une solutiou qui satisfasse toules les exigences. 11 faut dire, du reste, qu'il est d'aulant plus difficile i.t résoudre que la composilion des eaux u'est pas la meme parloul, de sorle qu'un procédé qui présenle parfois quelques chances de succes dans une localilé peut échouer enlicrement dans u~e autrc. Nous voulons ¡Jarler surlout des moyens qui ont pour but d'opérer dans la chaudiere m eme, car on comprend sans doute qu'en purifiant l'eau avant de l'introduire dans le générateur, on conserve alors une plus grande liberté pour le choix eles iug-rédienls sur lesqucls, daos le cas contraire, l'action de la chaleur peul agir en donnant naissance a des résidus qui détruisenl le métal, ou bien, élant enlrainés parliellement pa_r la vapeur, nuisent a la machine meme. Sans avoir la prélention Je trailcr celle grave queslion des incrustalions d'une maniere complete, il nous a pa1'u ulile, a cause de l'importance meme du sujet, de i'aire connaitre au moins les mélhodes praliques les plus employées depuis quelques années (1.). Avant de décrire ces procétlés, disons quelqucs mots sur la composition des eaux et sur la nature ues incruslations. N ATURE DES DÉPOTS INCRUSTANTS

L'eau non dislillée contient généralemenl en dissolution du sulfate de chaux (du plalre) et <lu carbonate de clidux(de la craie) en quanlité plus ou moins grande, etde (i ) Nous púisons a cet etret ube parlie des renseiguemenls qui suivent da11s le Traité de la chalem·¡ de Péclet ( 3• éclil.), el dans le Gttide du cltcmffew·, de 1\11\I. Gro u velle el Jaua ez, qui sonl en lrés a cel égard dans des délails inléressu-uts, C0íl1me aussi dans les brevet.s d'invenlion pris en France eL a l'élranger,

., 299

INCRUSTATIONS DES GÉNÉRATEUHS.

p'lus q11clques autres subslances, mais en quanlilés plus faiblcs. De ccrlaincs eaux renfennenl meme des parlies ·acidcs qui détruisent tres-1·apiJement les v:iscs métalliques dans lesquels on les füit évaporer. Plusieurs chimistcs tres-dislingués onl fait, u di verses époques, un grand nombre d' expérienc.es pom aualyscr les eaux de Pari3 et d'au tres focalités, et onl conslalé que c~s eaux présenlenl des composilions tres-Yariab les. Nous croyons deYoir reproduire les analyses de plusir.urs d'enlre elles, cornme élant le plus souvent cmployées dans l'alime11lalion des chaudieres: Pour l'eau de Seine, par exemple, prise a différenls poinls de París, l'analyse chimique de MM. Hern'y et Boutron a donné les résultats suivants:

SUBSTANCES CONTENUES dans i lilre d'cau de Seine.

PONT ¡\'lvry.

PONT Notre-Dame.

POMPE

du Gros-Cail!ou.

de 1

Chaillot.

Air atmo~phérique .• ,., . . . .. . .. Acide ¡-arl!oniquc libre .••.•....

lt.rc ,

1h-s.

lt,rc .

lh·c.

0.003 0 . 013

0 . 003 0.0i4

0,004

º·ºº~ 0 :013

grnm mc .

Bicarbonate de cha ax .. •• •.•. . . . - de magnésie •. ...•. Sulfate de chaux anhydre .•...•. - de magnésie 1 d - de soude.. • an iy res ..

Ch1orure de sodium ...... , ..... } de ealcmm .......... . de magnésium ••• . ..• . Seis de potasse ............. . .. Nilrate alcalin . •..•.•••. , ••.•• Silice, alumine, oxyde de fer .• . Mati~re orga nique souvent azotée. Poidsdes ma1ieres minéralisantes.

gramm e ,

0.0t4 grnmm e .

grnmrn(',

0 . 132 0.060 0.020

0.174 0.062 0.039

0.229 0.075 0.040

0.230 0.076 0.01,0

º·º'°

0.017

0.027

0.030

O.OJO

0.025

0.032

traces. indices.

0.008 .

0.014

traces.

0.240

0 . 33i

0.024

0.023

trates tr!s-i;enslhlts. tr:11:es tr~s-sensihles .

0 .432

0.426 1

Les eaux du puits de Grenelle, qui ne renferment pas de sulfate de chaux, seraient les plus propres a l'alimentation des générateurs; mais elles ne -sont pas assez abondantes et sont exclusivement employées aux usages domestiques. L'eau du camll de l'Ourcq est, apres l'eau de la Seine, celle que l'on emploie le plns généralement a Paris; elle est beaucoup moins chargée que les eaux de BellevHle, de Ménilmontant et des Pres-Saint-Gcrvais, comme on peut le voir par le tablean qui suit:

300

MOTEURS A VAPEUR. i SUBSTANCES CONTENUES

EAU

dao s i litre de ces ca ux.

d'Arcueil.

EAU EAU ' de do puils des Prés-Sainlde Belleville . Gervais. Grenelle. grammes.

g rammcs .

0.400

0.032 O. Oi2

0.029 0.009

O.i38 0.072 O.OSI

LiOO 0.520 0.1,00

0.430 0. ·100 0.600

0,018

o.rno

0.020

Traces. 0.527

2.520

Lt94

g rammcs.

Bicarllonate de chaux .•••.••....•.• de magnésic ........... Id . de polasse ............. Id. Sulfale de chaux .................. de magnésie ... . ....... . .. lll. Chlorures de calcium, sodium, ele .... Acide silici<¡uc, oxyde de fer, alumine, ele . . ... . ..... . ... . . ..... Matieres organiques ... . .. . . ... .. ..

EAU

O.i 58 0.060

graa1rues.

}

. .l .

o.orn

EAU du canal de l'Ourcq. grammcs .

O.i5B 0.075

o.oso

0.032 0.057

0.095 O.H3

0.012

0.069

•

0.149

0.590

A l'hydrotimetre de MM. Boutron et Boudel, ces diverses eaux sont cotées pour leurs degrés de pureté, l~ chiffre le plus élevé correspondant a l'ean la moins pnrl', de la maniere suivante : Eanx de Grenelle. . . . . . . . . . 9 a 11 de~rés. Eanx ele l'Ourcq. . . . . . . . . . . » 31 » Enux des Prés-Saint-Gervais. 1> 76 »

Eaux de Seine ... 17 a 20 degrés. » 3i,o » Eaux d'A-rcueil. .. D fDD )) Eaux de Bellevlle.

Aiusi, pour les chaudicres comme pour les usages domestiques, ce serait l'eau du pui ls de Grenelle, et ensuile celles de la Seine, qui scraient les plus com:enables a appliquer. · · Quand on.fail vaporiser l'eau contenue dans un générateur, les subslances solides qu'elle renferme en dissolution ne se vaporisant pas avec elle, on corn;oit qu'elle se sature de plus en plus, el par suite les sels cnlcairés se précipilent sur les parois rn étalliques. Si on ne les épuise pas fréquemment par un moyen quelconque, ils finis se nl par se solidifier et forrner sur les parois de la chaudiere une croute dont l'épaisseur augrnenle ainsi que sa dureté; au point que, pour parvenir a les délacher, on esl souvent obligé de recourir au burin et au marteau. Lorsqu'un générateur se trouve ainsi garni intérieurement <l'une couche de dépci ts solides, que l'on désigne orJinairnment sous le nom de 'tartre, la vaporisation devienl -uil"ficilc par la diminulion de la conduclibilité des parois, et de plus on court les plus grands dangers d'explosion. En effet, la lóle ainsi recouverle inlérieuremenl d'une couche de substance qui arréle la transmission prompte de la chaleur, .l'extérieur pcut s'échauffer jusqu'a rougir, ce qui diminuc nécessuiremcnt la résistance du métal tout en augrnentanl l'oxyda lion qui, par suite, réuuit encore plus rapidemen't son épaisse_u r. Cet cffet sera d'autant plus sensible que le volume inlérieur du générateur est plus restreint. Ainsi, a l'égaru d'une chaudiere tubulaire, le tartre peut augmenler j usqn'au poin l de remplir presque compléternent les intervalles des tubes.

INCRUSTATIONS DES GÉNÉRATEURS.

301

Si en outre il arrive que, par quelques fissures dans la couche du lartre, l'eau pnisse s'introduire entre elle el la tóle affaiblie el presque rouge, il en résulle une formation subite de vapeur qui détache ulors celtc couche sur une grande étendue, découvre une plus grande parlie de paroi rouge ou beancoup plus éleYée de tempérnlure que ccllc ele la vaporisation, et met enfin l'eau ele la chaudicre en coulac.t avec des parois surchauffües, ce qui donne lieu a la produclion subite d'un granel volume de vapeur qui cause presque inévilablemenl une explosion. En admeltant que ce cas extreme ne se présenle <J.Ue peu fréquemmenl, la présence de dépols solides et d'une grantle épaisseur_eloit arnener, sans aucun eloute, la deslrnclion du générateur si on les laisse persisler, et elans tous les cas ils l'n diminuent l'effet ulilc. Il esl done de la plus haute importance tle surveiller l'incrnstalion d'une chaudiere, en chercbant a évi ler que les dépols se solidifient, s'i I est possible de le faire, ou au moins iL en eléharrasser le génémteur avant que la couche n'ait pris une certaine épaisseur. Les moyens proposés pour évi ler les effels elésastreux des elépóls calcaires son t, tl'apres cela, basés sur différents principes: 1° Exlraclions fréque·nles avanl la solidificalion el neltoyages réitérés; 2° Adelitions ele substances capa bles d'empecher l'udhérence aux parois; 3° Adtlilions de subslances qui viennent se combiner chimiquemenl avec les sels calcaires et modifier lenrs propriélés; 4° Alimentalion avec de l'eau préalablement épurée. Cesonl ces divers moycns que nous allons foire connailrc succinclement. PB.OCÉDÉS POtJR. ÉVITER. LES INCONVÉNIENTS DUS AtJX DÉPOTS CALCA.IR.ES

EXTRACTIONS

L'cxlraction mécanique des elépóls et le nelloyage fréquenl d'un générateur sont les procédés les plus généraux, indépenelammenl de la nalure des elépóls. Ces opéralions doivent se renouveler aussi souvent qne l'exigent les propriétés plus ou moins incrustantes des eaux que l'on e~ploie. 1\11\1. Grouvelle et Jauuez disent qu'avec' de l'eau de Seine un nelloyage par mois suffit, landis que, dans d'aulres lieux,. a la fo~derie de canons ele Liége, par exemple, il faut netloyer apres quelques jours de marche seulemcul. Péclet rapporte qu'a la fabrique de_céruse de Clichy, apres trois semaines ele travail, a dix heures par jour, les dépots formés daos le générateur avaient acquis ñ centimelres el'épaisseur, ce qui arnenail la destruction eles bouilleurs ·en huil ou dix mois. L'extraclion des dépóts peut s'effecluer a l'aide dn tube spécial qui a été décrit a propos du générateur type ( pl. 1), au moins ponr la partie liquide. Qnant ü la parlie solide, fixée aux parois des bouilleurs, principalemenl dans la parlie la plus forlement chauffée, on ne peut l'exlraire qu'en frappant avec un marteau, apres avoir préalablement vidé Le généraleur.

302

MOTEURS A VAPEUR.

Lorsqu'on travaille avec tle l'eau moyennement chargée, l'extrnction et le neltoyage sufOsent, en réglant les époqnes de nettoyage nssez rapprocbées pour que les dépóts n'aient pas encare acquis tle la dureté. Cepentlant, s'il resle quelques parlies solides a exlraire, c'est alors qn'on fait usage tln rnarteau tlont on frappe intérieurement les parois tle la chaudiere. Celle Of)éralion est tl'aulant plus facile que le diamctre des bouilleurs permet d'y faire pénétrer un homme ou un enfant. Seulement, il esl bien recommandé de ne vider la chaudiere que froide : sans cela, le fourneau encare tres-chaud calcine les résidus, apres le déparl de l'eau, el les rend tres-tlifficiles i\ délacher. Par conséqt ent, pour ce qui regarde Je nelloyage <l'un générateur, il est indispensable qíh\ f?as une partie soit inaccessible, au moins anx outils nécessaires pour délacher et enlever les dépuls. ll est également important que les parlies en contact direct avec le foyer ne présenlent pas de rétrécissements prononcés dans lesquels les produits calcaires se déposent, se concrétionnent promptement et les isolent presque immt~dintement du liquide. Ce lle siluation se rencontre surtout dans l'assemblage de _In. bolle a feu des. loco~ motives et d'aulres générateurs d'une construction analogue . .l\'Iais on a le soin d'y disposer des tampons que l'on retire a volonté pour y introd~1ire des ringards et enlever des tléputs. D'apres cela, les bolles h fcu de forme circulaire ne présentent pas la meme facilité et nécessilent par cela meme d'autres disposilions spéciales. MM. Grouvelle et Juunez conseillenl l'emploi ele l'acide chlorhydrique pour opérer le nettoyage d'un générateur lorsque les dépóts contiennent peu de sulfate de chaux. Ce procédé, que ces ingénieurs décrivent avec une entiere connaissnnce de cause, exige en effet du soin et de l'habilude, a cause de l'acitle dont l'aclion mal ménagée pourrait nuire au métal. SUBSTANCES EMPiCHANT ~ADHiRENCE DES DiPÓTS

Lorsque les eaux son t fortemen t chargées de seis calcaires et que les nettoyages deviennent trap fréquenls, saos meme empecher une prompte formation de la croule solide, il devient urgent tle prendre des précaulions spéciales pour en diminucr les inconvénients. Un procédé depuis longtemps connu el employé avcc quelque succes consiste a jeter dans le générateur une cerlai-ne quanlité de pommes de terre ou quelque autre matiere amilacée. La subslance amidonneuse, en se dissolvant dans l'eau, se méle peu a peu aux produils calcaires, les enveloppe et les empeche de se fixer aux parois du générateur; ils restenl alors a l'état de boue épaisse que l'on peut exlraire a l'aitle des moyens ordinaires. Les sons gras ont été employcs de la méme fac;on; mais ils auraient l'inconvénient, a leur tour, de former des dépóls calcinés qui exposent encare les chaudieres a brfiler. L'emploi de la pomme de terre esl réellement efficace; mais il parait que la nécessité de s'en approvisionner y a fait renoncer pour la navigation.

INCRUSTATIONS DES GÉNÉRATEURS. 303 Pour les générateurs fixes, celte objection ne se présente pas, atlendu que la quantilé de pommes·ue Lerre a employer esl relativement faible. MM. Grouvelle et Jaunez, dans leur Trailé, disent que pour un générateur de 15 chevaux (soit environ 20 melres de surface de chauffe) que l'on nettoie une fois par mois, 8 a 10 litres de pommes de terrc suffisent achaque nettoyage. M. Pelouze, pere, en 1824, et plus lard, M. Chaix, en 1836, ont proposé l'argile pour arriver au memc résultat. Des expériences ont élé failes de celte fa¡_;on. Toutefois, l'application n'est pas devenue générale, a cause des. uifficultés qu'elle présenle. Pour atleindre le but proposé, il faut que l'argile soit bien délayée avant <le l'introd_uire dans la cbandiere, et pour ainsi dire fournie au générateur au fur et a me~ure de l'alimenlation, sans quoi, si elle est introduite par masse paleuse el sans régularilé, il peut s'en .trouver un exces entra1né jusque dans la ni.achine ou il cncrasse le piston et les organes uistribuleurs. Des masses qui se déposeraient sur le fond de la chaudiere pourraient également la faire rougir et bruler. En résumé, l'argile, qui avait monlré un efficacité complete, n'en a pas moins élé abandounée pour cet usage. On a employé de mcme la sciure de bois et le verre pilé, comme corps pulvérulents qui s'interposent dans la rnasse des malieres incrustantes el les ernpechent de former une croute solide. Mais en général, ces matieres, qui n'ont aucune onctuosité, étant enlm1nées parliellemenl avec la vapeur dans la macbine, nuisen ta son fonclionnement, et rnerne la délruisent. Celte observation s'applique surlout au verre pilé, qui non-seulement usait tres-pro111ptement les parties froltantes de la machine, rnais anssi s'atlachail au fond <les bonilleurs qui brulaient inévilablement. · On a également fait usage de matieres telles que la plombagine el le suif. Celle derniere suhstnnce est encore employée. Nous lrouvons, uans le Traité de Péclet, qn'en 1845, MM. Néron et Kurlz firent la remarque qu'une chaudicre, qui élait alimenlée par une riviere dont le·s eaux étaient chargées de matieres colorantes provenant d'une teinturerie, ne donnait pas de trace d'incruslation. Mettant cetle observation lt profit, ils firent des essais en plai;ant un sac de copeaux-de hois de campeche dans l'eau d'alimentation d'un générateur qui la recevait ainsi chargée de · matieres colorantes. Les résultnts furent généralement bons. La maliere colorante parait etre absorbée par les dépóls et les empeche d'auhérer aux parois de la chaudicre. Mais pour les machines alimenté1~s avec de l'eau de mer, il n'en a pas été de meme; les incrustations n'ont pas été évitées par ce procédé. A Lille et a Saint-Quentin, ou les eaux ne contiennent pas de sulfate de chaux, ce procédé a, au contraire, élé efficace. l\'Iais dans les localités ou les eaüx conliennent de ce dernier sel, il n'a pas eu d'effel, d'ou on en a déduit q_ue la matiere colorante n'agit probnblement que sur le carbonate .de chaux. En général, si l'on examine les procédés de désincrustalion, on remarque qu'ils ont d'aulant moins d'effet que les eaux employées sont plus chargées de sulfate de 1

chaux,

304

MOTEURS A VAPEUR.

PROCÉDÉS CHil\UQUES

En dehors des moy,~ns proposés ci-dessus, il y a de nombreux procédés qui onl pour principela transformalion, dans l'inlérieur du générateur meme, des sels calcaircs en aulres subslances moins susceplihles de former des dépóts solides ou corrosifs. Celui qui semble le plus efficace consisle dans l'ernp_loi du carbonate de soude ou de po1asse introduit ¡Jans la cbaudiere. Ce procédé a élé. mis en avant par 1\1. Kuhlmaun) qui propose d'introduire par mois, dans une chaudiere, 100 a Hi0 grammcs de sel de soude par force de cheval. Cepcndant, ce procédé cst encore sans effet a Paris, ·el partoul ou l'eau renferme du sulfale de chaux. M. C. Polonceau, qui pouvait connailre mieux que personne les inconvénienls des incruslations pour les locomotives, donl les tubes se couvrent de 1artre qu'il esl ensuite tres -difficile ,d 'enlever, imagina de délacher le tartre en introduisant successivement dans la chaudiere pleine d'eau, maintenue en ébullition pendant 12 a HS l1eures, du carbonate de soude et de l'acide chlorhydrique. Le résullat en a élé complet : c'esl-it-u.ire que les dépóts se trouvaient transformés et dissous, et pouvaient élrc ensuite facilement extrails par un simple lavage. l\1. Lelong-Burnet, dans une addilion i\ son premier brevet Je purification des eaux dont nous parlerons plus loin, a également proposé d'ajoutcr a l'eau de la chaudiere de l'acide hydrochlorique pour dissoudre les carbonates et désagréger les sulfates ou autres matieres lerreuses. 11 a aussi proposé d'employer d'aulres acides, po11vant former avec la chaux des seis solubles tels que l'acide hilrique el l'acide acélique. On objecte contre ce procéd.é que l'action de l'acide peul s'exercer d'une maniere facheuse sur le mélal de la chaudiere. · MM. Grouvclle et Jaunez Jécrivenl un procédé dli aM. Bevenot, pbarmacien a.Boulogne-sur-Mer, et qui consiste dans une compositic~n parliculiere que l'on ~nlroduit c.lans un générateur ou il transforme les sels calcaires en résic.lus boueux ou pulvérulenls qui ne forment aucune incrustation. Cetle composition ~omprcnait du sel marin, du sel de sonde et de l'extrait de tan sec; c'est a celte derniere subslancQ qu'il esl permis d'attribuer le succes du procédé, abanc.lonné cepend.ant, peut-etre a cause de son haut prix de revient. Daos la généralité des applicalions, on sait que les procédés directs de désincrustation sont remplacés par des soins, des extractions et des nettoyages fréquenls, a_ moins que l'on se serve d'une eau exceptionnellement calcaire. M~is il est évi<lent que, si l'on n'a a sa disposition que des eaux corrosives qui allaquent le métal des gé 1érateurs, il faut absolumcnt avoir recours a el.es moyens plus direcls et plus cerlains. En dehors e.les moyens d'épuraldon ou de dislillation préalables des eaux em-

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INCRUSTATIONS DES GÉNÉHATE URS.

ployées a l'alimenlalion, ·011 a fait usage de chauclieres en cuivre dans lesquelles on mel Je la ferraille, el que l'on eneluit en onlre intéri eurement (l'une coucbe de suif mélangé de mine el e plomb. (PECLET, 3e édil., u e vol.) ÉPURATION

PRÉALABLE DE L'EAU n'ALii\IENTATION

JI ne peul pas exister de mcilleur procédé, ponr évitcr les incruslalions, que el'alimenler avec de l' r.au t.l éji't pure et privée de lout sel incruslant ou acide corrosif. Il est jusle d'ajouler que c'esl bien l'avis de lout le monde, et que, si l'on n'agíl pas de celte fa<;on, c'est parce que ce n'est pas toujoms possible. Pour a lleindre ce hut, deux moyens sont en présence: dislillalion préalable ou épuration chirnique. S'il fallait distiller puremcnt et sirnplefI!cnl l'eau que l'on destine ~t élre inlrotluite tlans une chamliere, la dépense de combustible scrai.t douhk, il n'y faut done pas penser, u moins qu'on ne puisse uliliser pour cela les propres cbaleurs perdues du fourneau. C'est en effet ce qui a été essayé par quelques auleurs en opérant la premien~ chauffe de l'eau Jans eles récipienls d'unc imporlance moindre que la chaudiere, et qui, n' étant pas exposés direclement au foyer, douncnt lien a Jes incruslalions moins éuergiques. On pourrait aussi diminuer beauconp l'importance des elépóls en contlensant, sur eles surfaces froides, la vapeur qui a exercé son aclion sur le moleur, pour la recueillir et fournir de nouveau a l'alimeulation, en ne lui ajoulant que la faible quanlité d'eau néccssaire ponr réparcr les perles inévitables. 11 parait que des essais de celte nalure ont élé fails sur <les machines marines dans lesquelles la vapeur élait contlenséo dans des capacilés plongées dans lamer, a l'extéricur du b a lirnent. Muis il est anivé que ces capacilés se recouvraient exlérieuremcnt, a leur tour, d'un tartre déposé par l'eau salée, lequel délruisait lcur conduclibililé. 1\1. E. Bourelon a tait usage, Jaus le m eme but, el'un condenseur a tubes, monté sur un axe tournant, afin de renouveler plus facilemcnt l'eau froide en conlact avcc les surfaces métalliqu cs, contre lesquelles venaitse condenser la vapeur deslin ée de nouveau a l'alimenlalion. Nous enlrerons ,Jans quelques délails sur cet nppareil en parlant des appareils de condensation en général. Enfin, nous arrivons au procéd é qui résume par sa naturc les principales difficullés du probleme : c'est celui du a l.\I. Lelong-Burnet, qui, tlepuis plus de dix ans, s'est beaucoup occupé de celte importante queslion, et qui a désigné son systeme par: 13rocéclé chirnico..,y¡iécanique (1). Celle mélhodc consiste a méle·r préalablemeut a l'eau d'alimenlalion les agents chimiques n écessaires poi.ir précipiler loules (t ) J'II. Lelong-BurneL a pr1s successivemenL pl usieurs bre1•els, en Frunce et ailleurs, pour son sysleme de purilicaLion préa lable des eaux appliquées aux chaudieres a· vapeur ou i.L d'aulres usages. Le premier date du u sepLembre t849 el a pour Litre : P mcédé chimique propre a dégager les eaua: cliverscs, qui doivent se,-vir awi: géné>·ateurs a vapetir, des 111aticrcs calcai1·cs qti'el/es contiennent, et par suite, éviter les incrustation3. Le scco nd, demandé lroid mois l.

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i\IOTEURS A VAPEUR.

les subsla11ccs incrnslanlcs, afin tle n'enroycr que tle l'eau 'pure dans le généraleur. A cet effcl, l'auleur emploic des l'ése rvoirs spéciaux, munis tl'agilateurs pour effec-

tuer le brassag-e des matier cs proj eté es dans l'eau en proportion convenable, afin de dissoudre les sels cxislants et tl'en former tl 'aufres qui se précipilent au fon<l <les CUYCS. On voil que, pour l'applicalion ·<le ce procéd é , il est indispensable d'analyser avcc soin, a l'avance, l'ea u deslinée a l'alimenlalion, puis de choisir les ré:iclifs qui convienncnl le mi eux h la précipilation complclc des sels en dissolulion. i\'l. LelongBurnet a fait a ce stij et un g rand nombre d'exp ériences, afio de reconnaitre, .d'nne part, les agenls les plus propres a remplir le bnt, el <le l'autre, les proporlions qu'il fandrait adopler suivant la nalure des eaux employées. Il a proposé, a cct effct, une foulc <l'agents, el en pal'liculier les solulions de polasse et de sonde caustique, cclles de carbonates alcalins, la baryte, la slrontiane, des oxalales ou tarlrales solubles, etc. Il esl évidenl, selon nous, que toul procédé consislant a inlroduire eles subslances quelconques dans le gén érateur meme ne vaul pas celui qui a pour objel d'épurcr l'eau d'alimenlalion. Aussi, le systeñ1e de i\f. Lelong·-Burnet nous semblet-il parfnilement rationnel; il en a fait un cerlain nombre cl'applicalions qui onl donu é des r és ullats tres-satisfaisanls; nous avons la conviction qu'il se serait prupagé davanla ge, si les droils d'aulenr n'avaient parn trop élevés ü la pluparl des man ufactu riers. Des ex périences failes, en nolre présence , chez MM. Varrall, Elwell et Poulot, conslrncteurs a París, il esl r ésullé une économie notable dans la consommalion du combustible, par l'emploi des ea ux ainsi épurées, qui ont permis de faire fonct!onner des chaudicres pendant plusieurs mois consécutifs sans aucun nettoyage, et qui n'ont présenté a l'ouverlure aucun dépót adhérent. La maison Cail _et Cíe de Paris, qui n'exéc nte aujonrcl'hui, presqne exclusivement, qu e des chautlicres tubulaires, auxquelles elle apporte d.'ailleurs tous les soins désir ables, n compris combien il importe d'alimenter avec des eaux pures; aussi, apres avoir été des premieres a appliquer le sysleme de lU. Lelong-Burnet, elle a cru devoir se fairc breveter en décemhre 18oí, toul spécialement pour l'application eles. rntours ele vapeiw et de Z: eaib ele pluie a l' alirnentation des géné1·ateurs tibbtblaires, et pour l' application ele ces clerniers aux sucreries et aux ra(!ineries . Plusieurs chimistes étran gers se sont égalernent occupés de la purification des eaux deslinées soit aux usages domestiques, soit a l'alimentation des générateurs i\ vapeur. Ainsi i\I. Van Dencorput, professeur de cbimie au musée royal de Bruxelles, a décrit, en 1806, dans les Annctles des travaibx publics de Belgique, un procédé dans lequel il in~ique l'emploi du silicate de potasse ou ele soude, pour renclre les eaux douces, quelle que soit d'ailleurs leur nalure séléniteuse ou carbonalée. 11 se forme, !)lus tard , a pOUI' li lre : ;1/oyrns de pw·ifi e1· les eaux e1i générnl, de maniere d ce qli'elles 7missent sér1•i1· ci ee1·tains tMages détermmcs ; ces deux bl'ernls s0 11L accompa¡,'Tlés d'un grand nombre d'addilions. Un dcrniel' b r eveL plus réccnL (du 20 juin ,1856) porle: Applieations clti ectlm·iquc penlu des cippareils ci vape1u· et {oyers quelconr¡11es ati cltcmffa:,e pré• va1·atuire de l'ca1i ,!pimie d'alimentation des gént!rateun .

CONCLUSIONS SUR LES GÉNÉRATEURS.

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dit l'auleur, par l'adelilion ele ce sel, un silicale parfaitement insoluble, lanuis que l'eau ne relient en écbange qu'un sulfate 011 un carbonate alcalin, dont la préscnce n'a ríen de nuisible pour la plnpart des applicalions industrielles. l\f. t.le Jnng a importé récemment en Frunce un procédé analogue du a Ml\I. B11ft et \Versmann, cbimistes anglais, qui ont aussi reconnu que, po111; débarrnsscr l'ean ele la magnésie et de la chaux, le silicale de soude, m6langé au besoin ávec uu carbonate tle soude, r emplissait bien Je but. Pour cela 1 ces scls sont introtluits dans l'eau en quantité convenable, el on a le soin d'agiter le tout et de laisser reposer pendant un certain temps. Aprcs avoir constaté le degré de durelé ou de crut.lité de l'ean (ce qui a lieu soit avec l'appareil du clocleur Clarcke, soit avec l'hydrotimclre de 1\Il\J. Boulron el Boudel), on· ajoute a cbaqne hectolilrc d'cau a grarnmes de carbonate de so11de ünhydre ponr chaque degré délerminé de durelé, et 3 grammes de sil ice po11r chaq11e granime ele magnésie que le volume d'eau con líen t. Nous avons vu, chez l\I. de Jung, des eaux provenant de différenls puils des environs de París ainsi lrailées par ce procédé, et renducs parJaitement dances et ' potables. En résumé, l'épuration préalable de l'eau d'alimentalion doit clre le but-de lous les efforts te~tés pour empccber les incrustations et éviler les graves accidents qui peuvent en résuller. Si l'introduction, ~lans 1111 génératenr, de suhstanccs désincrustantes produit souvenl un bon effet, leurs résidus ont aussi des inconvénienls que nous avons signalés. L'eau rigoure11sement pure est done favorable a l'économie du combustible, a la conservation du génératenr et a la régularité de la vaporisation. CONCLUSIONS GÉNÉB.ALES SUB. LES GÉNÉB.ATEURS A VAPEUB. FIXES

Avant que l'on soit fixé sur les bases de l'établissement d'un· appareil vapori:. satoire, tanl sur ses dispositions générales que sur la nature des matériaux propres a sa conslrnction, on ad u foire des recherclles sur la partie de la théorie, de la propagation de la cbaleur applicahle a ce nouvel objet. Des ingénieurs et des physiciens on t alors délerminé, par expérience, commen t la cbaleur se transmet au travers d'íme paroi métallique, suivant su nature .et son épaisseur; par conséquent, comrnent la vapeur se produit uans un vase soumis a l'action <l'un foyer. Le savant Péclel, qui s'est tout parliculieren;ient occupé de la transmission de la chaleur, a cité des expériences di rectes faites par Christian, par lesquelles cet ingénieur a trouvé qu'une plaque de fonte, exposée au feu le plus violent, laisse passer la quantité de chaleur suffisante pour vaporiser 100 kilogramrnes d'eau dans 1 beure : U cite encare une expérience de Clément qui a oblenu le meme résuftat, avec une plaque de cuivre de 2 a 3 millimetres d'épaisseur seulement. Par conséquent, l'épaisseur et la nature du métal n'auraient pas d'influence sur la quanlité de chaleur qui peut se transmeltre dans un temps donné, au travers ues

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MOTEURS A VAPEUR.

parois d'un récipient renfermanL de I'eau soumise ii la ,aporisalion. Cependant, comme la vilesse de fransmissíon de la chaleur cst proporlionnelle i't la différcnce de ternpéralure des deux faces de la paroi chanffée, on doit pouvoir grandement modifier l'intensité de la vaporisaliou eu favorisant le renouvellement, par une cir-_ culalion active, du liquide qui mouille les parois intérieures cl'une chaudiere : c'esl ce que l'on oblient, en effet, en disposant convenablement le point <l'injection d'eau par la pompe alimenlaire. Mainlenanl, faul-il admellrc, puisque l'épaisseur du rnétal influe peu ou point sur la vaporisation, que ce lle épaisseur puisse elre tres-grande et Je beaucoup supérie11re á ce qui est admis dans la pratique acluelle? II y aurait évidemment danger de faire ces épaissP.urs trop forles, attendu que si Ja quantilé tolale de chaleur transmise est égale dans tous les cas, pour un rneme foyer, bien cnlendu, il n'en sera pas de meme de rinégalilé de température des · faces intérieure et extérieure; celle-ci pourra se chauffer beaucoup el rneme se délruire sous l'aclion du foyer : 011 aura un cou,p ele feu; enfin, plus celle épaisseur sera faible, a~ contraire, ·et plus facilement la surface exlérieure conservera · une Lempéralure voisine de celle ti.e la vapeur émise par le liquide, laquelle ternpéralure ne peul jamais allérer du métal quand il s'agit de vapeur <l'eau. A part celle rrmarque générale, on sait qu'il est d'aulant plus difficile d'oblenir une plaque de métal homogene, larninée ou fondue, qu'elle est plus épaisse. Ainsi, en príncipe, tout s'accorde pour rendrc aussi faibJe que possible l'épnissenr <lu métal employé dans la conslruclion d'un générateur, auslractiou faite des limites de sa résislance mé<:anique, qui ne doil pas elre dépassée. En nous occupanl spécialcment, vers la fin de cel ouvragr, de cette question de résistance, nous monlrerons facilement comment, Lout en suivant les regles adrnises, et meme prescrites a cet égard, on doit s'ar-ranger pour éviter l'emploi des épaisscurs considérables. Revennnl au procluit en vnpeur <l'un mclre curré de surface métallique soumise au foyer le plus ardcnt, on peut en conclure que c'est justcment la producl.ion corresponda11te ü la parlie <l'un générateur directement exposée au feu, et que celle parlie vaporise, en effet, 100 kilogrammes <l'eau par heure et par metre curré, vaporisnlion a peu pres la plus éncrgique r1ue l'on puisse produire. ll en résulle qu'en enveloppant un généraleur complétemcnt par son foyer, on pourrnit en réduire beaucoup les dimensions, mais en ne tirant qu'un faible produit du calorique. C'est de cetle considération qu'est né le systeme de générateurs tres-développés dont la produclion par unilé de snrface est faible, mais qui ne laissent sortir les gaz issus du foyer que considérablement dépouillés de leur caloriqne. Ces príncipes généraux de la propagalion de la chaleur peuvent servir a bien fixer les idées, a JJriori, sur les meilleures dispositions qu'il convient de donner a un générateár i't vapeur. Ainsi, en prenant ces deux fails pour point de départ, savoir: 1° Que la chalcur se transmel d'autant plus vite que la différence de température des deux faces d'unc paroi chauffée cst plus grande;

CONCLllSIONS SUR LES GÉNÉRATEURS.

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2" Que l'économie du combustible exige de refroidir le plus possible les gaz nva11t de les laisser s'écouler dans la cheminée; On en déduil les conséquences suivantes: 1° Pour produire rapidement de la vapcur, il convienl de faire la surf;ice de chauffe, direclement exposée au foyer, la plus grande possible proporlionnellement; 2° Pour refroidir suffisamrnent les gaz, il faut développer les surfaces de chauffe beaucoup plus loin que la parlie chauffée di~·eclemenl. l\lais comme l'absorplion de la chaleur clépend de la différence enlre les températures des corps chauffanls et cbauffés, il devient nécessaire que les parlics sncccssives du généraleur puissent elre mainlenues de plus en plus f'roides, comme le courant de gaz qui les rencontre; 3° Alors, pour rcmplir celle condilion, il est urgenl non-seulement d'introduire l'éau d'alirnentalion en sens in verse de la man:he des gaz, mais aussi de rendre dislinctcs les portions uu générnleur qui sonl de moins en moins chauffées, allenclu que le mélange inévilable qui s'operc a l'intérieur d'un seul corps doit empechcr, jusqn'a un cerlain poiut, celle condilion de se réaliser. Nous ne pouvons choisir un plus juste exemple de celle hypolhese que le syslerne de générateur de :M. Farcot, dont on a vn ci-clcssus la descriplion. On y lrouve tresneltement séparés le récipient direclement chauffé et ceux qui le sonl indirectement et de moins en moins. Le générnteur de l\ii\I. i\Iolinos el Pronnier nous offre a peu pres la mcme parlicularilé, d'aborcl par la grande smface chnuffée clirectemenl et ensuile par le corps cylindrique prcsque enfürement séparé de celui des lubes. En s'appuyanl sur les rnemes considérations, les générateurs verlicaux seraienl alors du plus mauvais sysleme. Si, au contraire, on essaie <le prolonger clémesurément un seul el uniqne corps, espérant uliliser la chaleL~r par le refroidissemcnt de In fuméc, ne peul-il pas arri,,er qu'au lieu d'absórber la chaleur de celle dernicre, ce soit au conlraire les parois de la chaudicre qui perdent de la chaleur, a cause de l'égalilé de tempérnture qui tend nécessairement a s'élablir dans toute son élenJuc, soit par le mélange du liquide, soit par la condnclibilité du mélal? Certainement, cecine doit pas rigoureusement se produire, car il fandrait pour cela que la fumée se trouva.t refroidie jusqu'a moins de HS0°, en produisanl de In vapeur a 5 ntmospheres, ce qui n'arrive pas. Mais si l'on ne tombait pus dans celle siluation extreme, on aurait au moins pour résultat que les parties les plus éloignées du foyer ne produiraient plus rien, si ce n'esl le maintien de la tempéralure de l'eau liquide, mais plus de cbaleur absorbée; tundís que, si l'on fait agir un courant de gaz tt 250 degrés, par exemple, sur un récbauffeur con lenant du liquide maintenu a moins d.e 100 degrés, il est cerlain que l'on absorbera cncore une quanlité notable de cette cbaleur au profit de la lempérature de l'cau qui sera alors fournie tres-chaude au généraleur principal. Apres avoir envisagé le colé hypolhétique de la construclion des générateurs,,

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MOTEURS A VAPEUR. ·

nous pouvons égalcment examiner ce qui reg;arde la concluitc du feu sous le meme point de vue, et chercher quelles sont les meilleures conditions du cbauffage. La conduite d'un foyer esL a la fois un problemc tres-simple el tres-difficile, snivant qu'on le conc;idere théoriq11ement 011 dans la pratique avec tous les soins qne la combustion exig-e pour évilcr la fumée, pour ménager le générateur, el eufin le combustible lui-meme. Un foyer bien conduit doit présenter les particularités suivantes : 1° L'intcnsité parfailement fixe, oblenue par une alimentation aussi continue que possible; 2° Le combuslible réparli de fac;on qu'aucnne partie n'écliuppe it la combustion; 3° La quantilé d'air nécessaire a la comhuslion bien en rapporl avec le poids de combuslible a bruler dans un temps clonné, et cet air aclmis avec une vitesse suffirnnle pour qu'il se renouvellc activement et pénetre avec énergie dans loutes les parlies ele la couche en ignilion; 4° Enfin, le foyer doit elre alirnenlé de combustible frais sans jamais masquer la snrfücc i r¡candescente, a fin de ne pus suspendre l'acliou rayonnante c¡ui est la plus énergique, et par suite éviter les changemenls brusques de lempérature qui sont cause de la destruclion des génératenrs. Nous avons déja vn comment on opere pour arrivcr ü rcmplir ces conditions importantes, principalement t. propos des foyers fumivores. Nous n'ajouterons done ríen nutre chosc, si ce n'est que la plupart de ces condilions s'oblieunent pratiquement et surtout par les soins memes du cbauffeur qui conduit un foyer. Ainsi, aucune mesure précise théorique ne suffira pour attribuer a un foyer la quantité d'air qui lui est nécessaire : l'ouvrier seul~ par la manreuvre intelligente de ses registres et l'cntrelien de la g1:ille, peut allcindre le hut propasé. Nous admettons évidemment que le fourneau soit conslruit de fac;on a permettre au conducteur de choisir dans des limites extremes posées en vue d'un travail maximum déterminé. Quant a l'alimentalion du foyer; s'il est possible de l'effectuer a l'aide d'un mécanisme simple, nous sommes d'a, is qu'on devTa s'empresser de le faire; mais il ne Sblpprimera pas la survcillance d'un homme qui devra toujours préparer le combustible et s'assurer h chaque inslanl que la quanlité fournic au foyer reste bien en rapport avec la dépense momentanée du générateur. Les généralenrs conslituent, en résnmé, la parlic peut-étre la plus importante des moleurs it vapeur, el nous aurions encore beaucoup u dire pour compléter ce sujet, en tant qu'il soit possible de prélcndre a un pareil résultat. Cependant, en nous occupant des locomotives et des appareils de navigation, nous aurons l'occasion de revenir sur les générateurs qui posseúent, du reste, pour ces machines, des dispositions toutes spéciales. Nous nous proposons de mentionner alors diverses expériences anciennes et nouvelles dont les générateurs a vapeur ont été l'objet, en vue de connaitre ceux qui donnent les meilleurs _résult~ts pratiques. FIN

CAAPITRE

NEUVIEME

LA TROISJEME SECTION.

QUATRIEME SECTION APPLICATION DE LA PUISSA_ CE DE LA VAPEUR D'EAU AUX MACHINES FIXES

CHAPITRE PREMIER PRINClPES GÉNÉRAUX DE LA DlSPOSITIO

DES MOTEURS A VAPEUR

Lorsqu'on examine avec un peu cl'atlention chacun des syslemes de machines a vapeur que l'industrie utilise actuellement, on reconnait bientót qu'en dehors des diversités de pieces, de _dimensions, de formes, etc., Ju reste tres-nombrep.ses, le moteur, en son principe essentiel, est toujours le rneme, et composé de quelques organes importants que l'on retrouve invariablement dans chaque type différent. En effet, on peul dire que la machine a vapeur n~ repose aujourd'hui que sur UN SEUL GRAND PRINCIPE :

Un cylindre clans lequel la vaveur agit wr impiston qui transrnet sa puissance a un axe tournant, en faisaut abslraclion évidemment des moyens divers employés pour la distribution de la vapeur 1.lans le cylindre, et de ceux qui scrvent a opérer la transmission du piston a l'axe récepteur tournant (1). En considération de l'uniformité du príncipe, nous sommes convaincus que l'étude d'un moteur a vapeur peut elre rendue tres-simple, si l'on sépare neltcment les organes essenliels et fondamentaux, pom· en faire une étude et une description spéciales. Ces fonclions essentielles une fois définies et comprises, cbaque systeme de machine sera tres-aisémeut explicable, puisqu'on y retrouvera presque toujours les memes org·anes principaux. · Telle est la mélhode que nous allons suivre; c'est-a-dire énoncer le principe général de !'ensemble d'nn moleur a vapeur; décrire ensuite avec délail les organes principaux; pnis passer en revue les différents syslemes, en insistanl parliculierement sur leurs parties caractérisliques. (1) Si l'on parvient un jour a conslruire une bonue machiue rolalive, procédé déja bien souveul essayé, tnais sans succes, on pourra dire qu'a daler de ce moinenl, la machinc a vapeur enlrera daos une nouvelle phuse et possédera 1.m deuxicme yrand. principe.

. lUOTEURS A VAPEUR.

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La pl. 9 représenle une macbine it vapeur spécialement disposéc en vue <le la démonstrntion, c'cst-ü-dire démunie de toutes pieces étrangeres au principe le plus rigoureusement général des fonclions physiques et mécaniques du molcur. On ne devra clone aucunement s'attacher, quant a présent, anx formes ni aux dimensions <l.es pieces de délail, qui sont d'ailleurs, ninsi que nous l'avon dit, tres-variables, et qui ne figurent ici, pour ainsi dire, que nominalement. Nous <levons mcme avouer que quelques parties ont été disposées pent-elre moihs bien que dans les meilleures machines actuelles; mais nous n'avons fait ainsi que lorsque cela élait nécessaire pour l'intelligence des figures et de l'explicalion générale. H faul ajouter encore que, parmi les différenles <lisposilions d'ensemble que ces machines affeclent, horizontales, verticales, a directrices, a balancier, etc., nous avons choisi pour exempJe cclle qui peut s'établir le plus simplement: c'csl la disposiliou horizonlale qui semhle, en effet, réunir les con<lilions requises. Ceci posé comme point de départ, nous allons examiner ce moteur ü vapeur lype sous les divers points de vue suivanls: 1° Ensemble du fonclionnemen l et de la construction; ~º Calcul des effels mécaniques; 3° Tracé géom.étrique el conditions staliques des organcs tle la transmission. Nous avons dit tout a l'heure que nous décririons ensuile séparément chacun des organes principaux, puis apres, les divers syslemes de machines fixes qui sont exéculées aujourd'hui par nos construcleurs les plus en réputation pour cellc spécialité .

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ENSEMBLE D11 FONCTIONNEMENT ET DE. LA CONSTB.11CT:ION D'UN MOTEUR A VAPEUR

(PLANCHE

L'uniqne grand principe dont nous avons parlé consiste a mellre en communicalion avec le générateúr un cylindre dans lec¡uel se trouve un pislon qui peul y ' exécuter des allées et venues alternatives sous l'influence de la pression de la vapeur. A cet effet, celte communication doit elre étahlie el supprimée alternalivement avec les houls du c lindre et les deux faces opposées du pislon; et dans chacune de ces phas~s le colé opposé a celui ou la vapeur est admise est mis en relation avec un mil~eu donl la pression est inférieure a celle de la vapeur, afio que, celle-ci prédominant, il en puisse résulter un cffet utilisahle. On sail que l'échappement se fait dans l'atmosphcre ou dans un récipient appelé condenseur, et daus lequel ón enlrelicnt un vide aussi parfait que possihle. La machine que no11s preno11s pour exemple est supposée sans con<lenseur pour plus de simplicité, ce qui ne change en ríen, du reste, aux actions principales. Son mode ele fonclion cst celui dit a double effet, en raison de l'aclion double et symélrique de la vapeur sur le pislon rócepteur: c'est aussi le systcme genérale- · m enl en usage aujourd'hui.

ENSEMBLE D'UN MOTEUR A VAPEUR.

·3t3 l\fais il n'en a pas toujours élé lle meme. Nous avons expliqué, <lan's l'historiqne, comment les machines diles atrnosphériqiies employaient la vapeur, qui n'élait admise que d'un seul cólé clu piston et dans 1'11niq11e bnt d'y faire le vide, afin d'uliliscr la prcssion almosphérique, qui étail alors la vérilahlc puissance rnolrice, tandis qu'avec les machines a donble effet, la pression atmosphériqae dcvicnt, au contraire, une résislance passirn dont on se débarrasse rn enie lorsqn'on adopte le systerne dita condensation. · Enfin, on a fait missi des machines a simple effet dans lesqnelles la vapeur ad mise d'un seul coté se répartissait en suite sur les elcux, ainsi qu'on l'a vn (p. 105); nous ' reviendrnns 11 l'occasion sur ce systcme. A l'égar<l du moele usité acluellement, nous disons q11e le piston rei;oit de l'action de la vapeur un mouvement rectiligne alternati{ ou ele va-.et-vient, snivant la longueur donnée au cylindre. Chaque parcours simple s'appcllc la coiirsc du pistan 011 un coiip de vistan simple, 011 encore une pulsation simple. Un va-el-vient complet, c'est-a-dire le piston ayant parcom:u· le cylimlre une fo-is dans chaque sens, se <lésigne par wn coup doublc, 011 ime évolutiori complete dii JJiston, ele. Ceci constil11ant le moyen elirect <l'utili:-er la puissance de la vapcur, les hesoins les plus généraux de ]'industrie exigent que celle action primordiale, traeluite d'ahorel en un mouvement rectiligne allernatif, soit transformée en nn mouvemci1t circulaire conlinu, qui est en effel celui suivant lequel fonctionnent ton s. les appareils eles ateliers et manufactures. On sail qu'il existe fort pen <l'exccptions a celle regle; parmi elles, nous ne citerons guere pour exemples que les pompes a cau, les marteaux-pilons des forges el quclques machines sourflanles, qui pcuvent elre comrnandés tlirectemenl par le piston d'un cylindre a Yapeur. Ainsi, le monvement de va-el-vienl du pislon est, nous pouvons le dire, presque toujours transformé en rnouverncnt ,le rolalion conlinu, lequel est communiqné a un axe en fer ou en fon te sur lequel on place alors eles organes de lransmissions, engrenages ou poulies. Quant i1 la maniere d'opérer cette transmission, on sait qu'elle varie, et qu'elle <lonne lieu a divers syslemes principanx de machines qui sont particulieremenl : Les machines a mouvement direct, celles a balancier et celles diles oscillantes . Chacun de ces systemes devant élre l'objet d'un examen particulier, nous allons décrire en principe une machine <lite a mouvement direct dont le dessin (pi. 9) montre un exemple daos sa plus simple acception.

DISPOSITION

GÉNÉRALE

· La fig. t de la pi. 9 représente la coupe long·iluelinale ele la machine a vapeur supposée horizontaie et a mouvement direct; cette coupe est faite suivant un plan vertical passant par !'axe général du cylindre et du pislon-mol~ur; I.

l\fOTEURS A VAPEUR.

La fig. 2 est une seclion transversale du cylindre el du bati, suivant la ligne 1-2 de la dislribution; La fig. 3 est une section parallele a la précédente, faite suivant l'axe 3-:4 de l'arbre moleur tournanl; La fig-. 4 montre .un délail du mouvement de la distribulion; La fig. 5 cst un tracé géomélrique des mouvemenls relatifs des pieccs principales. Le cylindre a vapeur A est une picce en fonle de fer, ouverte d'abord a chaque extrémité et fermée, pour la mise en fonclion, d'un hont, par un foncl plein a, et de l'autre par nn convercle b muni en son milieu d'unc ouvcrturc disposéc ponr le passage de la tige du piston mobile B. Le cylindre est vitlemment tres-bien alésé et rodé pour que le pislon, qui est. lui-mcme tourné avec soin, n'épronve dans sa course aucone résistance, tout en y joignant par la circonfércnce avec la plus grande exactilude. Quoique l'intérieur du cylindre constitue une capacité unique, il n'cn est pas moins vrai que le pislon B la divise en dcux parties, parfaitement distinctes et qui n'ont rigoureusement aucune communication entre elles. Celte remarque est surtout importante pour conccvoit le mécanisrne ele la distribution, mrcanisme au moyen duquel chacune oes parties dislinctes fonctionne d'nnc fac;on iden1iquc, mais dans des moments opposés comme les phases mcmes de la marche du piston. C'esl ce que nous allons essayer de rendre facilement compréhensible. La communication entre le cylindrc et le génératenr a vapeur est élablie au moyen d'un Lubc en cuivre rouge ou en Jonte qui, parlant du réservoir de vapeur monté sur la chaudiere·, vienl aboulir a une tubulure e (fig,. 2) fontlue avec le cylindre A. Le canal intérieur de cetle tubulure vicnt déboucher a la surface d'une partie dressée sur laquelle s'ajuste une boite el ose H, appelée boíte ·de clistribution ou baile clu tiroir, qui est l'organe imporlant de la distribution. Par conséquent, la vapeur du générateur pouvant etre en libr_e relation avec cetle boite lorsque les robinets nécessaires sont ouverls, on la fait pénétrer i't l'in térieur du cylindre au moyen de deux canaux el et d', fondus ele la mcme piece que lui, correspondant avec chacune des parties opposées, et débouchant Lous deux sur la mcme face dressée qui constitue l'une des parois intérieures de la boite a vapeur. L'ouverlure Je chacun de ces canaux, dans cette boile, est rectangulaire el tresexactement rectifiée. Mais puisque la communication de la vapeur avec chaque extrémité du cylindre doil etre alterna ti ve, il faut alors que ces deux canaux soienl eux-memes ouverls et fermés alternativement, et qu'ils communiquent, chacun a leur tour, avec le milieu neutre dans lequel la vapeur doit s'échapper lorsqu'elle a terminé son aclion. Or, l'organe qui permet d'accomplir cette double fon9tion est le tiroir I, piece d'une extreme simplicité comparée au role admirable qu'elle remplit. C'est une sorte de parallélipipede rectangle en métal, fon te de fer ou bronze, dont la longueur correspond, théoriquement, a la dislance extreme des orífices d'introduction el

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ENSEMBLE D'UN l\iOTEUR A VA'.P EUR.

et d', el muni <l'un évidement e sNr l'une de ses faces, en laissant achaque bout une parlie pleine que l'on appelle la bande, capable de recouvrir respeclivement les memes orinces d el d'. . Ce liroir rec;;oil, de la machine memc, un mouvement recliligne alternalif qu'H exécute en glissant sur la tahle dresséc ou <lébouchent les canaux de distribi.1lion; l'élcndue .d e sa course élanl d'une grandeur convenable, chacun des oi·ifices et; el' est tunlót découvert et en relalion avec l'inlérieur de la boite H, tantót recouvért et communiquant alors avec l'évidement e du tiroii·. l\fats cét évillement est lui-níemé en relation permanente avec un troisieme canal f (fig. 1 et 2), ménagé élans le cylindre et mi::; en communication, par conduil, avec le miliéÚ dans lequel la vapeur <loit s'écbapper; par conséquent, chaque évolulion du tirÓir a pour effel de metlre simullanément l'un des orifices d ou el' en communication avec la boite a vapeur et l'autre avec l'orifice d'échappement, d'ou résulle, en résumé, cette admission de la vapeur qui, d'un colé, pousse le pislon, tandis que celle qui ter.;. miné son effet de l'autre cóté <levient immédialement neutre par la facilité qui lui est donnée do s'échapper librement, cet échappement se faisant ici <lans l'almo ·· sphere au moyen d'un tuyau qui s'éleve de la tubulure f. Pour compléter ces premieres notions de la dislribution ue la vapeur, nous fcrons remarquer que la fig. 1 de la pl. 9 indique neltement l'une des phases de celte importante opération. On y voit, en effet, que t'une des pat'Lies uu cylindre est en libre comrnunicalion avec la bolle a vapeur H par l'orifice .d, que le tiroir I découvre enlierement: c'est le coté ou s'introduit la vapeur, que l'on a figurée par une teinte grise. L'aulre partie, au c.ontraire, est en relation, par son canal el', avec l'intérieur e <lu tiroir qui comm1:111ique lui-meme avec l'orifice d'échappement f: c'esl la phase correspon<lante a la sorti e de la vapeur du coup précédent et qui a terminé son action. Si_l'on conc;;oit maintenant que le meme effet se produit alternativement ponr les deux cótés du cylindre, il sera facile de se rendre comple du mouvernent de vaet-vient du piston, daos lequel, en résumé, réside complélement le principe fondamental des machines ou rnoteurs a vapeuT. Avant de pénélrer plus avant dans le délail <lu mécanisme de la distribulion, il faut examiner comment le mouvemenl recliligne alternatif du pislon se trouve transformé en mouvement de rotatiori continue, particulierement daos l'exemple . a mouvement <lirect que nous avons choisi. Rien n'est plus simple, quoique ce procédé ait donné lieu autrefois a bien des essais. Le piston est muni d'une tige métallique C, bien rigide et bien cylindrique, et qui traverse le couvercle b du cylindre par une garniture dite stu(fingbox ou boitc a etowpe g, dont la disposition est tres-simple, et dures le assez bien connue. En <lehors du cylindre, cette tige est assemblée avec une traverse D <lont les extrémilés sont g uidées de fac;;on a la maintenir parfaitement sur !'axe que le pistoñ suit dans sa course. A cette Lraverse est assemblée, par articulation, une piece recliligne E que l'on nomme bielle, et dont la fonclion sera co_mplélement caraclé.risée en disant

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1\1 OTE U R S A VA PE ll R.

qu'elle agil exaclement <le la meme fac;on que le bras d'un homme qui donne le mouvemenl tt un outil quelconque au moyen d'une rnanivelle. Celle bielle esl en effet assemblée, ég-alement par arliculation, arce une véritable rnanivelle F, qui esl solidaire ele l'axe, .ou arbre G, bien mainlenu par des supports dans lesquels il ne peut que tourner suivant son propre centre. La longueur de celle manivelle, ou son 111,yon, qui est la distancc elu centre ele l'arbre G a celui de son lloulon ou tourillon d'assemblage avec la bielle, esl justemenl égale a, la moitié de fo. course que le pi:3lon doit etrecluer dans le cylindre. Alors la lraverse D s11ivanl le pis ton daos son mouvement alternatif, l'exlrémité correspontlante <le la _b ielle exécule le mcme mouvemenl; mais comme son aulre extrémilé est rcndue soli<laire el'une piece qui ne peut que tourner autour d'un centre fixe, il en résnlle que cha.que coup simple du pislon fait tlécrire a la manivelle F une demi-révolulion·; a la vérilé, lorsque cclte demi-révolulion est accomplie, la bielle el lamanivelle se trouvant alors en ligue droite, il n'y aurait pas de raison pour que celle-ci ne re,inl poinl sur _ses pas, et qu'elle ne pnrcouri1l le meme chemin, mais en srns inverse, s'il n'y a,·ail pas la vilesse acquise par J'arhre et les appareils qu'il comma1~de, vilesse qui a pour effet de faire continuer Je mouvernenl (.lnns le rnc111e sens, et de faire foire a la manivelle un tour complet pour un coup double du piston. Amsi, prenanl nolre <lessin ponr exernple el les direclions indiquées p-ar les fleches, on voit que le piston allant de ganche a droilc, la manivelle exécute le parcours de la moitié supérieure du cercle qu'elle llécrit : la bielle rsl au-clessus de l'nxe de mouverncnt. Le piston, arrivé a raulre extrémilé lle sa course, reparlirn de droile agauche, et la manivellc décrira la moilié inférieure de son cercle: la biellc se lrouvera au-clessous de l'axc tle mouvemenl, ele. l\Iais déja nous pouvons apercevoi1· cornbien il esl fucile Je cha11ger le sens <le rotation de l'arbre moleur, puisque, a partir lle chaque ,extrémité <.le course, lamanivelle, supposée un inslant fixe, peut partir indifféremmenl dans un scns 011 dans l'aulre, a condition qu'un mouvement initial lui soil donné. C'esl en effet ce qui peut avoir lieu en remplissant certaines conelilions dont nous parlerons bienlót. Ayanl saisi, dans leur ensemble, les rnouYemenls rclalif's du piston, de la bielle el lle la manivellc, on distingue ensuite des posilions parliculieres qui sont fonlla- • mentales pour le tracé el les fonctions de bien des organes importan Is; ce sonl les exlrémilés el le milieu de la course du pislon qui donuenl licu a quatre posilions c;orrespondantes de la bielle et ele la manivelle. L.orsque le pislon esl a l'une des exlrémités de sa course, la bielle et la rnanivelle sonl exaclement en ligne llroile, au houl l'une de l'autre lorsque le pislon esl a l'extrémilé la plus éloignée de l'axe de rotalion, el l'une devant l'aulre pour l'cxtrémilé oppos.ée. Dans ces deux positions extremes, la machi ne esl dile au point rnort, altendu que l'action motrice du piston s'exerc;ant sur des organi:!s complélemcnl en li gne <lroite, il n'en pourrait résuller aucun cffel capahlc de faire tourner h mani,·clle autour de son axe si la vilesse acquise ne venail pas agir en ce momenl pour (ai1·e passer les points rnorts.

ENSEMBLl.t.: D'UN MOTElJR A VAPElJR.

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Lorsque le pislon est rigoureusement au milieu Je sa cottrse, la manivellc est aussi p1:es dtb milieu de la sien ne, mais au-tlessus ou au-dessous ele J'axe, suivant que le pislon effcdue sa coursc dans un sens ou dans l'aulre. Dans les deux cas, la biellc et la manivelle forrnent enlre elles un angle presque droit, d'oú l'action molri ce tangenlielle esl néccssairemenl pres de son maximum, ce qui pourrait bien faire désiguer cetle posilion par voint actif, en opposilion avec les poinls morls. Celle propriété des poinls morls, qui se représenle Llans toute transforrnalion de mouvemen t de lignc droite alternatif en circulaire continu, serai t un obstacle absolu i'.t la marche d'une mn.chine a vapcur simple si l'on n'y avait obvié par J'applicalion de l' organe appelé volant, qui a précisément pour objet principal ele faire passer les poinls morls, et aussi de régulariser le mouvemenl de rolation tlans des condilions que nous exposerons plus loin. Le volant est une roue J, pesanle, en fon le, formée d'une couronne annulaire el de plusieurs hras, avec un moyeu par lequel elle est monlée sur l'arbre moteur de la machine. En príncipe, le Yolant est isolé sur l'arbre el ne lransmel de force a aucun appareil. Ses propriélés ont pour base l'inerlie de la matierc qui oppose loujours un effort proporlionnel it sa masse pour pas~er de l'état de reposa celui de mouvernent, e,t récipro,¡uement. úr, l'arbre de la machine éta11t muni de cetle picce, uont le poids est loujours relativement cousidérahle, il en résulle que si la manivclle occnpe une position daos laquelle la puissance <lu pislon ne se fasse pas sentir, el que le volant possede déja une vitesse s11ffisante, sa force d'incrlie s'opposera ü ce qu'il suspende son mouvement comme la mnnivel\e; en continuant <le tourner d'une cerlaine quanlilé, en vcrtu de celle propriélé, il cbangera la manivelle de posilion, et l'aclion motrice se fera de nouveau senlir pour continuer le mouvement. . C'est précisément ce qui arrive pour les points morts que l'inertie. du volant foil passer avec la plus grande facilité en meme temps qu'elle délermioe la rolation conlinue, puisque le volanl ne peut pas cbanger le· sens de son mouvement dans un temps aussi court et sans rcpasser par l'immobililé complete. L'influence des points morls se manifeste cependant lorsque la machine doil elre mise en marche, el que le volant est nécessairement en repos. II füut alors luí donner récllemcnt un mouvemenl inilial en agissant a la main sur le volant en rneme temps que l'on ouvre le robinet qui amcne la vapeur dans le cylin<lre. Celle opéraLion, qui est assez facile avec des machines d'une faible puissance, devient assez difficullueuse dans le cas conlraire; on se sert alors de leviers et de treuils pour enlrainer le vol~nt, su_rtout lorsqu'il n'est pas possible de désembrayer momentanémenl les machines que le moleur comman<le. l\Jais on sait que, daos di verses applicalions, on peut meme se passer de volanl, a condiliorÍ de réunir au moins deux rnaclÍines sur le meme arbre moleur et en mcttant les manivelles perpendiculaires l'une a l'autre. Les locomotives et les machines tle navigation sont dans ce cas-la. L'une des manivelles se trouvant toujours dans une position active_ lorsque l'aulrc est a l'un qe ses points morts, une machine enlraine l'autre.

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.MOTEURS A VAPEUR.

Nous somrncs en mesure mainlenant de cornpléler l'cxplicalion générale sur la marche du tiroir u.e distribulion, en comparant celte marche avec celle du· pislon. ous avons <lit plus haut que sa marche csl croisée avcc celle du pislon, ce qui revicnt a dirc que les extrémités de sa course correspondenl aux momenls oú le piston cst au milieu -de Ja sienne, et vice versa. Or, lorsque le tiroir est i't l'une des extrémités de sa coursc, il découvre cornplétement l'un des orífices d ou el', et la vapeur p eut entrer en ton le liberté dans le cyliodre et agir avec toute sa puissancc sur le pislon, qui est, avons-nous dit, au milieu de sa course. Quand ce liroir esl, au contraire, au milieu de sa conrse, il recouvre exactement les deux orifices d etd', el la commuiiication du cylindre avec le générateur est eomplétement inlerrompue. Par conséquent, celte dernicre pJ:iase des mouvements du tiroir correspondant juste aux moi:nents des points morls, il csl clair que ce serait une cause -de plus pour produirc l'arret de la machine, si le volant. n'élail pas la pour l'aider a continuer son mouvement. Dans les positious extremes du tiroir, au conlraire, la rnanivelle élanl dans la posilion la plus favorable a la transmission de l'effort du pislon, c'est aussi le moment de l'inlrodnclion maximum de la vapeur; d'oú il résulle en r ésumé que, d'un p9int mort a l'anlre, la manivelle ressent des efforts essentiellement variables qui donneraient lieu a une grande irrég-ulnrilé dans la vitcssc de rolalion si l'action du volan~ n'intcrvenait pas pour lu régulariser. Pour terminer ces notions générales, il reste a décrire eu détail quelqucs particularités de la conslruction du moteur, et principalcment la commande de son tiroir de distribulion. DÉTAILS DE CONSTRUCTION

nu rmo1R. - Le tiroir u.e rlistribulion est mis en rnouvcmenl au moyen d'un orgaue bien connu en m6caniquc, rnais que nous décrirons néanmoins. CeL organe, c'csl l'excentrique circulaire K, donl les fonclions géométriques sont complétement idenliques a celles d'unc manivelle ordinairc. Seulemenl, l'excentriquc se place en un point quelconque de l'axe sur lequel on prend le mouvement, tandis qu'une rnanivelle en occupe nécessairement l'extrémité, a moins qu'on n'en fasse un essieu coudé ou vilbrequin. La fig. 4 de la pl. 9 repré~ente en détail l'excentrique qui commande le tiroir de la machine qui nous occupe, ainsi que la partie principale de la transmi::ision. Sur celle figure, l'excentrique est représenlé coupé suivant..le milieu Je son épaisseur et par un plan perpendiculaire a l'axe de rotation, afin de laisser a,percevoir la dis• position u.es deux pieces principales qui le composent. Celle piece est formée d'abord d'un disque circulaire plein en fonte K, fixé comme une poulie sur l'arhre G u.e la machine; mais il ne s'y trouve pas monté centre sur centre: celui o de l'arbre et le sien m sont éloignés l'un de l'autre d'une d.islance om précisémenl égale a la moilié de la course qu'on veut lui fairc prod.uire, cxactement comme la manivelle rnotrice dont le rayon est la moitié de la longueur de la course du pislon. Cet écartement des centres constilue le clegr é Co:itMANDE

ENSEMBLE D'UN MOTEUR A VAPEUR.

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d excentricité; c' est le rayon de la manivelle fictive que représen1e l' excentrique circulaire.. Le disque plein est muni sur son contour extérieur d'une gorge dans laquelle est ajusté un collier en bronze ou en fonle, et en de_ux pieces h, qni ne s'y trouve aucunement fixé et seulement ajusté a froUement gras; ce collier est assemblé avec une tigc L dont l'antre extrémilé est rattachée direclement ou inelirectement h la piece que l'excentrique cloit me11re en mouvement: elle remplit, en un mot, le meme role que la bielle de la rnachine. · D'aprt\S cela, l'arbre G, en tournant, emporle avcc lui le disque plcin K, puisqu'il s'y 1rouve assujetti par une clef; le centre m do disqne, comme tous ses aulres poinls, décrit alors un cercle autour ele celui de l'arbre. Mais le collier ne pouvant pas le suivre a cause de la tige L, qui ne peut varier que tres-peu de sa position, il en résulle que le disque plein tourne a l'inlérieur elu collier en le déplac;ant, comme son propre centre, autour ele l'axe de rolntion. L'effet final de cette cornbinaison est évidcmment de faire faire a l'cxtrémité de la tip;e L une course égale au diamctre du cercle engendré par le centre de l'excentrique, e·t dont le rayon est om. En résumé, l'excenlriqne circulaire pourrait elre remplacé complétement par une manivelle ayánt ponr rayon cclui om de l'excenlricilé, avcc une bielle pour la tige L, dont le tracé nous indique que l'axe correspond clans toutes les posilions avec le centre m, du disque plein. La fig. 4 montre, en effet, quatre cercles, donl trois en traits ponclués, qui correspondent aux posilions de ce disque suivant celles elu centre, qui a élé lui-m eme indiqué aux deux extrémi tés el anx deux milieux de sa course, par rapporl a l'axe de mouvement, lequel réunit le centre de l'arbre .rnoleur et le point d'atlache de la tige L. Maintenant, il est facile de concevofr comment ce mécanisme est employé pour faire mouvoir le tiroir I de distribution. Le plus souvent, la hoite ~t vapeur H étant placée sur le coté du cylindre, il suffit de réunir directement l'extrémi1é de la tige L, ou bar·re ele l'excentrique, a celle i attenant au tiroir et qui traverse la boite H par une garnituré d'élonpe. l\fais ici, pour permettre d'apercevoir en une seule vue toutes les parties de la machinc, la dislribulion a été ramenée au-dessus du cylindre, ce qui entraifle a un mécanisme · intermédiaire pour la commande du tiroir, mais sans en changer les conditions. Ce mécnnisme se compose d'un axe horizontalj, monté devant le cylindre, et qui porte deux bras de levier k el k' , l'un rattaché a la barre d'excentrique et l'autre, par une bielle fourchue l, a la tige du 1iroir. Par conséquent, l'excentrique fait décrire a l'arbre un mouvement d'oscillation qui dé.termine celui rectiligne du tiroir; il suffit que les leviers k et k' soient de longueurs égales pour que le tiroir effeclue exactement la course engendrée par le centre de l'excentrique, ce qui n'est aucunement, du reste, une condilion sine qua non, puisque l'un peut toujours etre calculé pour etre en rapport nvec l'aulre. Sans entrer, quant a présent, dans l'étude du tracé de la distribulion, il est ccpendant u lile de faire connailre tout de suite la relation importante qui doit exister

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MOTEURS A VAPEUR.

entre les positions <le la manivelle et <le l'excenlriqne ponr oblenir les situations relalivcs du piston et dn liroir, et les effets résnltants qui ont éló décrils CÍ-"uessus. Considérant l'excentrique comrrie une manivelle 4ui a pour rayon om, le degré, cl'excentricité (voir précéclcmment), nous remarquons d'abord que la piece qu'il mct en monvement, le Liroir, se meut dans une uircction e.xaclement pnrallelc n celle clu piston, qui a, tui anssi, sa rnanivelle F. Or, puisque ces <leux organes, le liroir et le pislon, se meuvenl parallelement, mais suivanl des phases croisées, il cst clair que leurs rnanivelles respeclives, qui onl un axe ere rolalion commun, doivent occ.uper Jes posilions relatives identiques : en cJ'aulres .termes, l'une doil elre anssi a11 milieu de sa course qnand l'antre esl a l'extrémilé de la sienne, et vice

versa. La posilion géomélrique qui corresponda celle condilion est la perpendiculaire: le rayon om, mené par le centre rn llu clisque excenlré et par celui de l'axc G cle rotation est, en effet, theoriquernent JJerpencl·icula·i7re a celui de la manivellc. Celte position est nell~ment indiquée- par la fig. 4, ou l'on voit que le ccnlt·e 1lu clisque K élant plac,~ en rn, la manivelle motrice aurait son rayon représenté par la perpencliculaire on. Mais il ne suffit pas de conslaler ce premier fait pour délerminer la place de l'cxcentrique par rapport a la manivelle, il faul aussi trouver de quel colé son centre <loil elrc placé, s'il doit elre a droile ou u gauche du rayon on. C'cst en effet de celte condilion importante que résulle le sens cle la rotalion de la machine, ainsi que nons allons l'expliquer. Prcnons cncore pour exemple la fig. 1, qui représente une position relative clu pislon et clu tiroir et indique aussi, au moyen d'une fleche, le sens atlribné a la rolalion de l'arhré moleur. Nous voyons que le pislon marche de gauche a <lroite, que le tfroir esl a l'extrémilé droitc de sa course et. qu'il découvre l'orifice el par lcquel la vapeur doit en effel pénétrer en ce nioment <lans le cylindre. Puisque le tiroir esl a l'extrémité droite de sa coursc, il 11e peut mainlenant que marcber cle droite agauche; or, pour qu'il effcctue ce mouvement, de quel colé cloit se trouver le centre de l'excenlrique pour produire cet effet, en admettant que l'arbre G tourne dans le sens indiqué? Si l'excentrique commundait directement le tiroir, sans mouvement interrnédiaire, il e.st évident que son centre <levrail elre aussi a el?"oite de ,l'axe de la manivclle; mais comme il y a un intermédiaire : l'arbre j, qui renverse le mouvernent, il faut qu'il se Lrouve agauche, ce que monlrc bien en effet la fig. 4·, qui représenle exactement les organes de la distribulion dans la posilion qu'ils occupent pendant la phase de la marche indiquée par la fig. 1. Il ressort de la que si la manivelle el le piston reslant clans la 'posilion tracée fig. 1, on voulait que la machine tourna.t en sens inverse, il faudrait que le tiroir se trouv§.t reporté a l'exlrémilé gauche de sa course pour laisser découvert l'orifice el' par Jeque) la vapeur devrait alors enlrer. Par conséquenl, il faudrait reporter aussi le centre de l'excentrique a l'extrémité opposée du diamelrc qu'il occupe uctucllement, ce qui est évident, d'apres l'explication qui préce<le.

ENSEMBLE D'UN MOTEUR A VAPElJR.

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Pour résumer ce point important, nous pouvons formuler les remarques suivantes: 1° Quand im tiro ir marche varallelernent avec le pistan, et qu' il ·est cornrnanelé sans interrnéeliaire, par la barre ele l' excentrique, le centre ele ce elefriún· est rou_ssE E:'l AVA1i.T par la rnanivelle, siiivant le sens ele la •rotat-ion; 2° Quand, toutes choses égales el' ailleurs, il existe iin mécanisme inte1'rliéel-iaire, qui renverse ime {ois le mouvement, le centre ele l' excentriqi¿e est TII\É par la manivelle. Cette propriélé du mécanisme des excenlriques est heureusement utilisée pour les machines di tes a changernent de rneirche , !elles que les locomotives el les appareils de navigalion ef Jes mines. Pour ces moteurs, chaque liroir possede généralernent deux excentriques, donl les centres respP-clil's occupent a pei1, pres (1) les extrémilés J'nn meme diametre, rnais qui fonclionnent, bien entendu, isolémeul. Lorsqn'on veut changer le sens de la rotalion, apres avoir préalablement suspendu l'introduclion de la vapeur, on agil sur un mécanisme qui subslitue un exccnlrique ü l'autre, opéralion qui a en mcme temps pour effct de reporter le tiroir a la posilion qu'il doil occuper, el en rendant aussilót la vapeur, la rnachine se remeten route Jans le sens opposé a celui qu'elle possédait auparavant. On peut obten ir le meme effet avec un seul excenlrique, susceptible de se tl éplacer · sur l'axe, el dont on fait varier le callage au moyen d'un mécanisme de débrayage. , CYLJNDRE A VAPEun. - Le cylindre a vapeur est; le plus souvent, fondu avec tous les canaux nécessaires al'inlroduction et it la sorlie de la vapeur. D'apres la disposilion actuelle, le canal c qui amene la vapeur dans la boite de distribution appartient au cylindre, ce qui ne s'est pas toujours fait; on s'est contenté longtemps de ménager simplement un·e tubulure a la boite H meme, condition tres-incomrnode lorsqu'il fallait démonter celle-ci. Le canal d' échappernent f apparlient au cylindre; il s'arrete assez ordinairement sur le c•óté, coinme· il a été dessiné fig. 2, lorsque la vapeur doit etre renvoyée dans l'atmosphere. Mais quand on la dirige sur un condenseur, comme cet organe est souvenl silué au-dessous de la machine, on fait suivre au canal le conlour du cylindre pour amener son orífice au-dessous, a peu pres comme cela a été indiqué en {1, par des lraits ponctués. Afin d'éviter les perles de chaleur, qui occasionnenl des refroit.lissements tres- ~ nuisibles pour l'économie du combustible, et qui provoquent un·e condensation a l'intérieur du cylindre, il est tres-imporlant de l'envelopper d'une chemise form ée de douves en bois cerclées, el d'un garnissage de gros feutre, de poussiere de charbon ou de sciure de bois, ou en général de rnati eres non conduclrices de la chaleur. Dans la disposition horizonlale, le cylindre est fondu avec des oreilles JJ par lesquelles on le boulonne solidement sur le ha.ti en fon te M, ou sur un e plaque de fondation. (1 ) Nous di sons d. pe¡¿ 7n·e, a cause de l'a,vance, qui modiflc sensiblemenL celle con dilion , mais donL il sera parlé plus loin avec délail.

322

MOTEURS A . VAPEUR.

P1sroN.- La conslruclíon du piston ~o\nprend g'é néralement un plateati en fonle, a la circonfércnce duqucl on dispose des segmenls rnétalliques que des ressorls rnaintiennent exactement contre ·la surface du cylindre, pour empecher les fuiles d'un Ct)lé a l'aulr.e ; ce platea u e,s l aiors fixé avec la tige C par une clavelte ou un écrou. Lorsqu'on n'employail que de la vapenr ü hasse pression, comme dans les ma chines de -Walt, la gamiture des pistons se faisait en tresses de chanvre. Mais avec lavapeur it haute pression, donl la température est aussi plus élevée, le chanvre brule ou seche, ce qui a conduil h adopter la garnilure métallique qui s'appliquc mainlenant dans tous les cas. Nous -reviendtons évidemment sur la construclion des pistons lorsque ·uous décrirons les meilleurs .systemes de machines en usage. TRAVERS_E ET GLISSIERES. - La réunion de la tige du piston avec la bielle se fait au moyen d'une traversc D, e,ú•onte ou en fer, au milieu de laquelle est ménagé un mamelon en partie cylindrique et en partie sphérique, avec un trou légerement cónique pour l'ajuslement de la tige C, qui s'y fixe au moyen d'une clavette ou d''un écrou q. · Celte meme traverse D présente, de chaque cóté de l'ajustement de la tige, une porlée cylindrique formant tourillon pour recevoir la hielle, qui esl fourchue it oette extrémité, et possedc en effel _dcux tetes a coussinets. Cependant, nous verrons que ceci n'est pas général, efque l'on exécute de~ machines ayee <les hielles tt tBLe simple achaque· extrémilé, ce qui amen e un changement de disposilion pour la traverse. Celle-ci est terminée a ses extrémités par deux tourillons qui s'ajustent dans des coussinels dont l'extérieur est carré, et qui sont disposés pour suivre en glissant deux voies bien paralleles que l'on appelle a cet effet les glissieres. Les glissieres ont pour objet de maintenir la reclitude de la marche du piston et de résister a la poussée ·1atérale qui résulte de la décomposition du mouvement produit par la tige et la· bielle. Elles sont formées chacune, ,Jans cette machine, de deux regles en fonte, a nervures, N et N', qui se fixent sur les cótés uu bati au moyen d'oreilles mén::.igées a cet effet. Ces dcux pieces ayant leurs surfaces bien dressées, sont superposées et maintenues bien parnllelement a distance l'une de l'autre, suivant l'épaisseur du coussinet qui doit y glisser, par deux petites colonnes r forrnant entretoises; le tout est alors fixé sur les oreilles du bali par deux boulons qui les traversent ainsi que les mamelons 'fondus avec les regles N et les entrcloises r. On voit qu'on a profité des pieces supérieures N' pour y ménager les paliers s qui maintiennent l'arbre intermédiaire j de la dislribution. · Cetle disposi tion dé glissieres présente heaucoup de variante·s en pratique. 11 arrive souvent que la·regle inférieure N est supprimée et remplacée par le bord meme du bali M qui est alors dressé daos cette partie. Si on les suppose ici indépendantes, c'est pour les rapprocher de l'axe et diminuer la longueur de la · traverse D; ajoutons que cette· disposilion est certainement honne, d'autant plus qu'elle permet de nive ler et redresser les glissieres tres-facilement.

ENSÉMBLE D'UN MOTEUR A VAPEUR.

323

Bi'cn des constructeurs adoptent une autre disposition, qui consiste ~t n',avoir qu'une seule glissiere ceritrale don t les cleux regles N el N' · sont alors fixées par leurs e~lrémités sur le couvercle du cylindre a vapeur, ou bien apr.es des oreilles vcnues de fonte avec la bride appartenant au cylindre. Ce systemc est_généralement adopté pour les machines locomotives. Brnu.E, MANIVELLE ET ARBRE MOTEUR. - La bielle E est une•piece en fer forg~ dont la seclion peut etre circulaire, ou mé¡ilale comme elle est supposée dans le cas acluel; et dont les extrémités sonl terminées par des chapes it coussinels ·pour opérer son assemblage par articulalion avec la traverse :D et la: manivelle F. Nous avons expliqué cornment se fait cet assemblage_avcrc la ·traverse. Quanl a l'aulre assemblage, on voit que cette extrémilé de la bielle est élargie el évidée pour recevoir une paire de coussinets en bronze qu'une clavel te tient constamment serrés. Ces coussinets embrassent un tourillon cylindrique i que l'on appelle le boiiton ele lci_ manivelle, et qui esl effeclivement fixé avec cette dernierc, soit au moyen d'un écrou, soit par une clavetle. La manivelle. est le plus souvent une piece -en fer forgé (préférablement h de la fonte), calée sur le bout de l'arhre moteur G. Cet assemblage doit elre d'une soliclilé a toute épreuve, et pour cela, la manivelle est emmanchée a chaud et a dilatation, plus une clef de calage patfaitement ajustée. Parfois, cette manivelle est forgée de la rneme piece que l'arbre, surtout dans le cas des petites dimensions qui renden t cellc condition moins difficile et moins dispendieuse a oblenjr. . L'arbre molenr est en fer forgé, tourné avec des parlies saillantes pour recevoir les différenls organes de transmissions ninsi que le volant. Avec le systeme représenté pi. 9, l'un des paliers qui supportent cet arbre appartient au llati de In. rnachine, et l'autre est placé indépendammcnt sur un massif en mai;onnerie le plus rapproché possible. Celle disposilion, qui est la plus générale, n'est cependant'pas la meilleure, attendu qu'il n'est pas facile de rendre ces deuX: paliers aussi invariables, l'un par rapport a l'autre, que s'ils appartenaient au meme Mti ou a une seule plaque de fondation. l\'Iais il est aussi tres-difficile de faire différernment, smtout a cause de la lonp;ueur que l'arbre doil avoir pour les différentes pieces qu'il porte. On ne peut guere obvier a cet inconvénient qu'en employant un cirbre couclé, ·comme ne craignent pas de lefaire du reste de bons construcleurs; le coude forme alors manivelle, avec un palier sur chaque cóté dn bati. Le principal exernple a citer serait la rnachine exposée a Rouen, en 1859, par les établissemenls Cail ·et Cíe, qui ont adopté assez généralement cette disposition, cdmme nous le ferons .voir plus loin. En résumé, l'arbre d'une machine a vapeur est le récepleur de la puissance· to talé développée par la vapeur sur le piston. Non-seulernent c'est sur lui que la force i't utiliser se recueille soil au moyen d'engreuages, soit avec des poulies, mais c'est aussi sur lui que se prennent les différents moavements de tous les organes de service de la machine. Déju nous savons que la distribulion s'opei;e ainsi automat'ique ... ment par !' excentriqne, qui est iixé s~r l'arbre ·; mais des tonctions d'une au tre natnre y puisent également leur origine.

824

l\IOTEURS A VAPEUR.

Si, par exemple, la machine esl it condensalion, ce 'llli exige une pompea air pour enlrelenir le vide et exlraire l'eau réfrigéranlP,, c'est sur l'arbre rnoleur que se prend orelinairement la commande Ju pislon de celle pompe. D'aulre _part, c'est presque loujours la machine molrice qui fournit l'eau l, son générnleur, el commande pour cela une pompe dile p ompe alirnentaire, au moyen d'un excenlrique circulaire monlé auprcs de celui de la dislribnlion. 8ouvent aussi elle elonne le mouvement a une pompea eau froide, dile pompe de puils, deslinée a remplir un réservoir elans lequel puise la pompe alimentnire, ou a nourrir l'appareil de conqensalion. Enfin, la machine a vapeur puise en elle-meme loutes les ressources de sa vitalilé, ce qui comluit, a juste titre, a la. considérer comme enticrement aibto1natique, el fonclionnanl.sans aucun aulre auxiliaire que son générateur. B,m ou PLKQUE DE FONnATION. - La disposilion horizontale permet une tres grande simplicité elans la forme elu b&Li qui rei;oil toul l'ern;emhle de la machine. Analoguc a ce qui se foil généralement clans celle circonslance, le bali l\J est form é d'une seule piece ele fonle sur laquelle 1ous les organes ·de la machine peuvcul clre fixés, moins, comme on l'a elit ci-dessus, un eles deux paliers uécessaires a l'arbre moteur. Les différenles figures ele la pi. 9 indiquent 1res-clail'ement les formes parlicu·licres ele ce hali; nous aurons done peu Lle chose a en elire. Fa isons remarquer, cependant, la grande solidité qu'il füut don!1er au palier principal M' en le garnissanl de nervures qui le relicnt forlemr.nl a la masse d11 bali. Pour des queslions de résislance, que nous examinerons, il arrive quelquefois que, dans les machines horizonlales, on incline ce palier alfo 'de rapprocher l'ouverlure eles coussinels de la perpcndiculnire a !'axe du piston; muis ceci n'est pus général. Toules les picces de . la. 111:i.chine étanl ílxées apres le bali, !'ensemble peul ctre alors facilcment mis en place sur un massif en mai;onnerie el assujetti au moyen des boulons u qui lraversenl les cólés et pénetrent dans la mai;onneric, ou ils sont arrclés par eles écrous, mais plus souvenl par des clavetles. Ces boulons sont placés particulierement p1 es du palier principar, vis-a-, is le cylindre et a l'endroit des glissieres. On applique aux machines a vapeur des régulateurs REGULATEUn uE VITESSE. enticremenl semblables a ceux elrs mote11rs hydrauliques, et dont il a élé foil une ample mention dans la premiere parlie de cet ouvrage (i). Toule la différence indubitable, c'est que le jeu du régulaleur s'exerce sur une vanne réglant la dépense d'eau, pour les moleurs hydrauliques, el qu'il s'applique a une soupape qui regle l'admission lle la vapeur pour les moteurs donl nous nous occupons actuellement. Comme nous· aurons fréquemment l'occasion d'en monlrer des exemples par la suite, il suffira d'indiquer comment l'applicalion doit en clre faite a la machine que nous venons de décrire et que nous n'avons pas ·voulu compliquer ele mécanismes accessoires, afin qu'on en reconnul mieux le príncipe el les organes essenliels. (1 ) Régulateurs appliqués aux. roues et aux turbincs, Tra.ilé des Afoleurs hydrauliques, page U5.

ENSEMBLE D'UN l\IOTEUR A VAPEUR.

32~

S'il s'agil ue l'emploi d'un régulateur tt force cenlrifnge, cet appareil se place sur la machine mcme ou tout proche, de foc;;on a recevoir facilement son mouvem~nt úe l'arl>re _moteur G. 11 est mis en relation avrc une pelile soupape oscillante, dile JJapitlon, et dont le siége est placé sur la lubulure cl'enlrée e, fig. 2, entre elle el le robinet placé sur le condnil qui nmene la vapeur de la chaudiere. Par consiquent, le jeu du régulaleur, lorsque la vilesse de la machine éprouve une modificalion, a encore pour effel de ramener celle vitesse usa valeur nonnale en ouvranl ou en fermant cl'une cerlaine quanlilé l'oritice d'admission, ce qui augmente ou reslreint le vol u me de vapeur introduil dans le cylindre et change les conditions tle l'efforl transmis par le pislon. · APPAREILS DE SEHVICE. Toutes les parties frollanles d'une semblable mnchine doivent etre soigneusement mnnies de vases appropriés a un grnissage fucile el conslanl, condition qui est, du reste, générale pour toute aulre macbine qui renferme despieces en mouvemenl. Le cylindre est particulierement mnni, ~ chacune de ses cxlrémilés, tle robinels grnissenrs destinés i:t laisser pénétrer a volonté de l'huile pour lubrifler le froltement du_piston. De plus, il possede deux aulrcs robinels a ses extrémilés et vcrs la parlie inrérieure pour purger, c'esl-a-dire pour faire évacuei· l'ean provenan"t de la condensa• tion de la Yapeur apres un cerlain temps d'arret. Les personnes habituées it la conduite des machines a ,•apeur savent combicn cclle précaution est importante, car l'eau qui s'amasserait dans le cylindre ponrrail, puisqu'elle est incompressible, avoir pour résullat de faire éclaler les fonds, en se trouvant trop élroitement confinée entre eux el le pisto • u chaq11e fin de course. RtsUMÉ DE LA DESCRIPTION D'ENSEMBLE. - La descriplion qui précccle a eu essenliellement pour but de faire connailre dans leur ensemole les principaux organes qni composent un moleur a vapeur, et, aulant que possible, les príncipes de leurs fonctions. Dans loules les machines que nous aurons a décrire, nous retrouverons, en effet, comme dans celle que nous avons prise ponr modele : 1° Le jeu du piston dans Je cylindre; 2° La dislribulion de la vapeur aux deux extrémilés de celui-ci; 3° L'échappernent de la vapeur du cylindre, lequel peut arnir lieu, comme nous l'avons dit) directement dans L'.almosphere 011 hien dans l'appareil appelé le condenseur, qui est alors accompagné d'une pompea air, ainsi c¡ue nous le monlrerons; 4° La disposition mécaniqne au moyen de laquelle le mouvement recliligne du pislon est transformé en mouvement de rolalion et transmis h l'arbre moteur; 5° En fin l'organe destiné a l'alimentation du générateur, soit une pompe foulanle dile pornpe alirnentaire, soit un apparcil spécial fonclionnant indépendamment de la machine molrice. Avant de décrire les divers modeles de machines le plus en usage, nous croyons devoir·, des a présent, faire connailre le príncipe du calcul des effets mécaniques d'un moteur a vapcur en général, quels que soient d'aiJleurs son sysleme de conslruclion, eJ les modifications qu'il présente dans ses disposilions.

326

MOTEURS A VAPEUR.

EXPOSÉ DU CALCUL GÉNÉRAL DES EFF-ETS MÉCANIQUES PRODUXTS PAR ll'N MOTEUR A VAPEUR

L'étude ~t luquclle nous allons nous livrer exige, pour elre facilement comprise, que l'on se reporte a la parlie des notions préliminaires qui a lrail aux propriélés mécaniques de la vapeur d'eau, depuis le paragraphe 60 jusqu'a la fin. Lorsque l'on possede bien ces éléments, ríen de ce qui va suivre ne pourra parailre obsc_u r. Nous avons a eslimer le traYail développé par un moteur a vapeur dans deux condilions principales, savoir : 1º Lorsque l'admission esta pleine vapeur pendant loule la course du pislon (61); 2° Lorsque l'admission n'a lieu que pendaut une purlie de la course, et qn'alors le pislon marche avcc dé lente ou par expansion · (66 ).

TRAVAIL DÉVELOPPÉ A PLEINE VAPEUR

Le cylindre d'une machine a vapeur et son piston se trouvant mis en libre communic~lion avec le générateur ou la ,·apeur est formée, consliluent un ensemble qui reproduit tres-exactement J'expérience que nous avons supposée (61) : c'esta-dire que le piston, par les résistances qu'il doit vaincre, n'est pas autre chose que la colonne de mercure, qui en était l'image, et que la vapeur devait soulever en surmon lant la résistance que son poids lui oppose. Le poids d u pis ton, e' est réellemen t l'effort qu'il doit faire pour meltre en mouvemenl les appareils que la machi ne commande, et qui se résume par la pression qu'il J'aut exercer sur le boulon de la manivelle pour faire t?urner l'arbre rnoleur auquel sont adaplés les organes de transmission. On pourrait done se reporier a cette expérience pour expliquer complétement la · premiere manifestation de la puissance de la vapeur sur le piston d'une machine, el meme en calculer tous les effels. Cependant, le piston ne peut pas elre tout afait dans les memes conditions que la: colonno de mercur:e, qui est supposée pouvoir se déplacer indéfiniment dans la meme direction : le piston change, au contraire, périodiquement de direction, ce qui pourrait modifier le résultat du probleme; nous allons voir néanmoins qu'il n'en ést rien ou peu de chose. Supposons la machine au repos, le pislon pres de l'une des extrémités de sa course et l'orifice de distribution un peu découvert pour permetlre la communication avec le générateur. Sous l'influence de la pression, le pislon commencera a se metlre en mouvement, muis lenlement; et dans les condilions d'une ma.sse inerte qui quilte l'élat de repos et prend un mouvement uniformément accéléré soús l'action d'une force constante. Arrivé a l'extrémilé opposée de sa course, on a vu qu'en raison du princiP,e des points morls, il devrait s'.arreter complétement si la vitesse

CALCUL DES- EFFETS MÉCAN[QUES.

327

acquise du volant ne lui faisait pas reprendre sa marche, rnais en sens inverse, et apres le court instant d'un repos qui sépare théoriquement tout changement de direclion sur une ligne droite. Alors la vapeur pouvaut entrer de nouveau, le pislon accomplit encore une évolulion, el ainsi de suite. . Mais il arrive qu'apres quelques oscillalions, la force tl'inerlie élant vaincue, l'effel de la vapeur a gagné en ·vilesse el s'est mis en équilibre avec la rési!ilance a vaincre, d'ou il résulte que le volant est arrivé a une vilesse de rotation uniforme. Par conséquent, le piston parcourt le cylindrc, non pas avec une vitesse uniforme, mais daos des tem ps égaux : autrement dil, chacune de ses oscillations a une merpe durée, et il en exécute un merne nombre a l'unité de temps. Commc a chaque coup de piston le cylintlre se rcmplit de vapeur, on déduit de la proposition précédente que les volumes de vapeur écoulés sont proporlionnels aux temps, et qu'on peut leur appliquer le meme raisonnement que dans l'cxpé1 rience de príncipe, c'esl-a-dire que: La puissance rnécanique développée sur le pistan cl'ime machine est théoriquement JJroportionnelle aiix volumes ele vapeur clépensés et a sa pression effective.

Or, le volume dépensé élant mesuré par celui engendré par le pisto11, !'ensemble Je ces propriélés nous permet de calculer tres-facilemenl la puissance d'un rnoteur a vapeur. Prenons pour exemple la machine représenlée pl. 9, qui est supposéc avoir les dimensions' principales suivantes: Diametre du piston.... . . • . • . . • • • • • . • . • . . . . • . . . • . . . 0m 45 Superficie du piston.. . . . . . . . . • • • . • . . . • • • . • . . . . . . . . . • HS90c.q. Rayon de la manivelle.. • • . • • • • . • . . • . • . . • • • . • . . . . . . • • 0m45 Course du piston ..•..•.•. : • ••.•...•• .• ......•. : ....•• omgo Admettons que la pression de la vapeur dans le générateur soit égale a 4 almo .. spheres, et que l'équilibre réglé entre la puissance et la résistance soit tel que l'arbre moteur de la machine exécute régulie,rement 30 tours par minute. Ces condilions ainsi arretées nous permettant de déterminer le volume engendré par le piston et par conséquent celui de la vapeur dépensée, on trouve en eJ:fet: Volume total engendré par le piston dans une minute : 1590c.q. X 90 X 60

8586000c.c. ou 8,586 metres cubes,

qui esl aussi celui de la vapeur dépensée. Nous avons vu (65) que 1 mctre cube de vapeur, employé sans détente, développe 10333 kilogrammelres par chaque atmosphere de pression; par conséquent, le travail produit dans les conditions ci-dessus, achaque minute et abstraction faite de toute résistance passive, serail égal a :

sm.c.586 X 10333 X 4atm.

3M876 kilogrammetres.

Mais il est évident que le piston éprouve continuellement sur sa face opposée ll celle sur laquelle agil la vapeur une résistance due a la pression du rnilieu dans

• 328

1\IOTEURS A VAPEUH.

Jeque] celte vapeur s'échappe, et que l'on nomme la contre-pression : pour le cas proposé ici, c'est la pression de l'atn'10sphere amhianle. Par conséquent, Ju travail actif calculé ci-Jessus, il faut retrancher le travail passif' du a la contre-pression, el qui s'évalue exaclement comme si l'on inlroduisnit dans le cylimlre, en sens inverse el dans hi mcme lemps, un meme rnlume de vapeur a la pression Je 1 atmosphere, et qui développerait une quantilé de travail correspondanle dans la direclion opposée. Le travail résislant ainsi évalué esl Jonc égal a : 8,086

103~3

= 887·19 kilogrammelres.

Relranchant le travail résislant du travail aclif, il resle pour le trnvail u lile développé par la vapeur sur le pislon : 3ñ4876 -

88719

= 266157 kilogrammelrcs.

l\faintenant, si l'on vcul rnmener celle évaluation a la secornle, prisc ponr unilé, on trouve: 26 7 = 4435,95 kilogrammetres par 1",

~~º

et, suivanl l'usage, en cl~cyaux-vapeur de 75 l ilogrammelres: 2661.57 X 60 75

. = ..,1'!9 ,{A-1 cb evaux-vapeur th,conques.

Celte puissance, trnnsmise au piston par la vapeur, n'est bien, en effet, que lhéorique, car si nons examinons les circo.i1slances qui accoropagnent son dévcloppcment, nous ne larJons pas a reconnaitrc qn'elle cst loiu <le se transmeltre inlacte a l'arbre moleur. 0:abord, la pressión Je la vapeur esl supposée la meiric daos le cylindre que dans le généi'aleur, et invariable pen<lant lout le lemps de son admission, conditions qui ne peuvent pas elre exactement remplies, par suite eles refroidissemenls inévilables dans le parcoúrs de la vapem <le la chaudiere au cylintlre, daos. celui-ci meme, et par Jil, 1nature des mouvements tlu ·liroir qui ne mainlienl pus l'admission pleine et enliere pendanl toutc la course. Ensuite, du pislon a l'arbre moteur, et ce Jernier · meme, les pieces de la transmission absorbcnt de la force par leur frottcmenl. Eníln, les organes accessoires, tels que le tiroir de <lislribution, la pompe alimentair'e et lcurs mécanismes Je commande, dépensent encore une quantilé de puissance assez notable pour clrc mis en mouvernent. Somme toute, on peut évaluer, a priori, a pres de la moilié de la puissance utile sur le pislon, celle absorbée ou perdue par ces diverses causes, ce qui réduit d'autant le tra vail réellemen t disponible sur l'arbre mo Leur. Par conséquenl, la machi ne représenlée pl. 9 marchant dans les conJitions cidessus, serail seulement d'une piiissance nominale d'euviron 30 cbevaux. l\fainlenant, 11 reste une remarque lres-importanle it faire sur la far;on d'évaluer le travail théorique et pour en simpliíler le calcuL Nous avons calculé séparément le travail aclit' de la vapeur et celui résislant du

C,ALCUL DES EFFETS MÉCANIQUES.

329

a la contre-pression. -1\Iais dans cetle circonstance particuliere,

ou la pression de la vapeur est regardée comme fixe par l'absence de dé lente, il est clair qne celle de l'atmosphere l'étan t égalemen t, la différence des dcux pressions, en vertu de laquelle le piston est poussé, est égalemen t invariable : d'oú il résulle que la situation est exactement la méme, que si le piston n'éprouvait pas de contre-pression, et que la vapcur possédal une a1mospbere de moins. Done, si l'on cherche le travail utile développé sur le piston d'une machine marchant sans détente, il suffit de faire la différence des pressions que 113 piston supporte sur ses deux faces, et d'atlribuer cette différence a la pression de la vapeur, pour en calculer le travail d'apres le volume. Ainsi, dans l'exemplc ci-dessus, la pression absolue de la vapeur étant 4 atmospheres, celle effective devienl 3, puisque celle extérieure est égale a 1; le travaH ulile développé sur le pislon sera done délerminé, directement, en supposant la pression de la vapeur r éuuite a 3 et la contre-pression nulle, et l'on trouvera, comme ci-dessus : · 3m.c.086 X 10333 ·X 3ntm.

= 266157 kilogrammetres par 1'.

CALCUL DE LA PUISSANCE EN FONCTION DE LA VITESSE DU PISTON. De méme que le piston engendre des volumes égaux daos des temps égaux, le chemin qu'il parcourt est aussi invariable pour un meme nombre de tours de l'arbre rnoleur a l'unilé de temps. Par conséquent, bien que sa vilesse soit réellement variable pendant la durée d'une course simple ou d'une pulsalion, on peul cependant lui altribuer une vilesse moyenne, fixe, en divisan t exaclement le chemin qu'il effectue par le lernps mis a le parcourir. Mais puisque la p11ession qui le pousse est aussi regardée comme fixe, on peut done dire que le travail T développé résulte directement du produil d'un effort P, par le chemio V qu'il fail parcourir a la résistance dans le sens de sa propre direction, soit : T= PV,

príncipe conforme a la théorie générale des forces mécaniques. Cette mélhode de calculer la puissance d'une macbine a vapeur est tres-simple et aussi tres-employée, plus facilement, il est vrai, pour le cas d'une machine sans détente, ou l'effort est consiJéré comme fixe, qu'avec la machine a détente, bien qu'il soit possible d'en faire usage dans ce dernier cas, comme nous le monlrerons bientót. Pour appliquer cette mélhode a la machine actuelle, nous disons que, si l'arbre moleur fail 30 tours par minute, le piston donne un meme nombre de coups doubles dans le meme temps, c'est-a-dire qu'il parcourt 60 fois la longueur du cylindre, ou bien en·core qu'il engendre un chemin total équivalent a 120 fois le rayon de la manivelle. Sa vitesse moyenne V, a l'unité de· temps, c'esl-a-dire par seconde, est done la s01xanlieme partie de ce chemin total effectué daos une minute, soit : V

1.20 X 0m4~ . 60

0m90 par 1".

330

MOTEURS A VAPEUR.

(Une circonstance toute fortuite fait que celle vilesse est ici égale a la course meme du pislon. Cela ti ent tout simplemenl au nombre de tours adopté qui esl 30, d'ou le piston donne précisément 60 pulsaíions par minute, et effeclue par conséquent sa course en 1 seconde.) D'autre parl, l'effort rnoteur P est le produi t de la superficie du pis ton par la pression effective de la vapeur par unilé de surface, laquelle est ordinairement exprimée en kilogrammes par centimetre carré ( 7 ). Cel efforl est ainsi égal a :

159Qc.q. X 1kQ333 X 3

4928kil.841.

Effecluant, en résumé, le procluit pour obtenir le travail T, il vient: T

4928k841

om90

4435,95 kilogrammetrcs par 111 ,

valeur idenlique a celle trouvée précédemment. Nous aurons l'occasion de inonlrer que ceUe favon d'envisager la marche des machines a vapeur a serví souvent de base a lcurs proporlions, et que l'on dit encore que la vitesse du piston est réglée dans tel systeme a 1 melrc par seconde en moyenne, a fm50 daos tel autre, etc. 11 est d'ailleurs· remarquable que les grandes machines fixes sont généralement basées sor 1 metre environ, et les locomolives sur une vitesse dcux lt trnis fois plus considérahle. TRAVAIL ' nÉYELOPPÉ AVEC DÉTENTE

Lorsqu'une machine fonclionne dans les conditions supposées précédemment, le cylindre se trouve rempli, ü chaque coup simple, d'un volume de vapeur qui devient neulre, et dont il faut se débarrasserimmédiatement en luí ouvranl une issue fucile dans un milieu d'une pression moü1clre. Mais celte vapeur est loin d'avo'it· rendu tout son effet, attendu qu'elle possede encore une force élaslique bien · supérieure a celle du milieu résistant dans lcquel elle s'échappe, et il cst certain que, s'il est possible de la diriger sur une seconde machine, elle y développera encore de la puissance ulile, effet qui est, du reste, exactement produit a l'aide des machines a vapeur diles a deux cylindres. Cepenclanl, une machine a un seul cylindre, comrne celle dont nous nous occupons actuellement, est susceptible de recevoir une disposition convenahle pour mieux uliliser la puissance tle 'la vapeur que par l'admission a pleine vapeur: c'est une d.istribulion disposée pour l'admission avec détente, mode d'emploi de la vaµeur dont on a pu étudier les propriétés tlans les notions préliminaires (66 et suivanls). Faisant abslraction, pour l'instant, des d.étails clu mécan isme employé, un üroir, organisé pour produire de la déten te dans le cyli.ndre, a pour effet principal de laisser entrer la vapeur pendant une certaine fraction de la course simple du piston et d'en inlerrompre c_o mplélement l'inlrocluclion avant que la course soit achevée. 11 en r ésulle alors l'effet qui a été expliqué précédemment (66 et suivants) ; la vapeur, entierement confinée dans le cylindre, se dilate et exerce sur le pislon une pression qui décroit progressivement jusqu'au moment ou elle s'échappe, et peut

33{

CALCUL DES EFFETS MÉC.ANIQUES.

alors ne conserver, arbitrairement, qu'une force élastique peu supérieure a celle de la contre-pression. Supposons, comme premier exemple, que la vapeur soit admise a plein e pression a 4_almospheres, pendant le premier tiers de la coµrse et que l'admission soit arretée complélement en ce point, son expansion ou sa force élastique suffira pour continuer de pousser le pislon; la course achevée, la vapeur occupant un volume trois fois plus grand que celui de son admission a pleine vapeur, sa pression sera réduite au tiers, c'est-it-dire a 4/ 3 d'atmosphere, pression encore supérieurc a celle du milieu ou se fait l'écbappement. Par conséquent, sa puissance aura été plus complétement ulilisée, et dans le rapport indiqué par la table ( 72) qui montre que le travail de 1 metre cube de vapeur, volume pris pour unité, développe seulement 10333 kilogrammctres par almosphere quand on l'emploie sans détentc, tandis qu'il en produit 21686, a la meme pression, en conlinuant de l'utiliser jusqu'a ce que sa pression soit rédnite au tiers. On gagne done la différencc, c'est-a-dire 1'1353 kilogrammelres, ce qui démontre que la simple délente a.u tiers permel de doubler l'effet u lile de la puissance de la vapeur. Mais si nous notons encore qu'avec le sysleme a détente on emploie la , apeur a une plus haute pre§sion que dans le cas de la pleine pression ou de l'admission complete, il est évident qu'il existe encore la un motif d'économie, en raison de la réduclion de dépense de combustible employé pour passer d'une faible pression a une autre beaucoup plus élevée (39). Cela ne veut pas clire évidemment qu'en conservant les memes dimensions a la macbine, et en rnarchanl ainsi avec la détente, on etlt obtenu plus de puissance, ce qui serait absurde, mais tout simplement qu'en augmentanl les dimensions du cylindre pour opérer une délente déterminée, on aurait oblenu une plus grande puissance avec le mcme volume de vap'eur dépensée, ou bien une puissance égale avec une moindre quanlité de vapeur. En considérant l'aclion de la vapeur sur le pislon, il est évident que l'effort direct, qui élait regardé comme constant avec l'admission a pleine vapeur, est, au contraire tres-variable avec le móde á détente. Or, la résislance étant fixe, le mouvement de la machine subirait des variations fres-conlraires asa bonne fonction, si le volanl ne venail pas encore agir pour maintenir l'uniformité de la vitesse. Aussi les machines u détente doivent-elles posséder des volants plus puissanls que les autres, el cela d'aulant plus que la détente est plus grande ou plus longuement prolongée. , Ce fait élabli dans son ensemble, nous pouvons en calculer les effets avec nolre macbine type, en prenant pour point de départ les bases qui ont été posées avec quelque développement dans les notions préliminaires. EX:EMPLE. - Soit donné de calculer la puissance théorique développée sur le piston de la ma:chine représentée pl. 9, en admetlant que : 1 ° La vapeur soit inlroduite a pleine pression dans le cylindre seulement pendant un cihquieme de la course_du pislon, les qualre aulres cí11quiemes s'effet:luartt par expansion, lorsque la communic:1tion avea le généralenr est complétement interrompue; 1

•

' '

332

MOTEURS A VAPEUR.

2° La pression de la vapeur d~ns le générateur étant de 5 atmospheres; 3° Les conditions de vilesse de l'arbre moteur restant les memes que ci-dessus, c'est-a-dire de 30 révolutions par minute. Solution. La métbode a employer est la premirre des deux précédentes pro_posées pour la pleine pression, c' esl-a-dire : ·1° Déterminer la quanti té de travail développée pour chaque coup de piston et en déduire le travail négatif du a la contre-pression; 2° Ramener le résullal a l'unité de temP,s, Pour répondre a la premiere de ces condilions, on remarquera que la quantité de travail cléveloppée a cbaque coup de piston est exactement celle qui correspond au volume de vapeur introduit d'aprcs sa pression et le degré de uélente, et que cette quantité, répélée autant de fois que le piston donne de pulsatious dans une minute, équivaut a la somme to tale de travail dans le meme lemps. Par conséquen t, nous trouvons, comme ci-dessus, pour le volume de vapeur dépensé par minute, en tenant compte de ce que la vapeur n'est introduite que pendant un cinquieme de la course: io9Qc. q. X 90 X 60 5

. 1717200c.c. ou 1,717 metr~s cubes.

Raisonnant toujours comme dans le premier cas, on trouve, a l'aide de la table (72), que 1 metre cube de vapeur, détendu a 5 fois son volume primitif, développe 26964 kilogrammetres par atmosphere, soit 134820 pour 5. Or, puisque la dépense s'éleve a 1m.c.717, la quantilé de travail directe estalors: 134820

• •

1,717

231486 kilogrammetres.

Retranchant de cette valeur celle du travail résislant, qui est le meme que· précédemment, puisq'ue nous supposons toujours l'échappement a l'air libre, il vient, pour le travail théorique effectif développé sur le piston : 231486 -

88719

142767 kilogrammetres.

Enfin, ramenant le travail a la seconde el en chevaux-vapeur, on a : 14~767 x 75 60

. 31,72 chevaux théorique?.

Comme dans la premiere condition, on peút ici trouver la quantité de travail due a l'action de la vapeur en prenant la vitesse du piston pour hase. Le probleme revient alors a calculer le volume de vn.peur dépensé en procédant comme ci-dessus, mais avec un cylindre idéal ayant pour longueur gé~métrique la vitesse du pist~n par seconde. L'application de cette remarque a notre exemple n'offre pas d'inléret, puisque la vitesse du piston est égale asa c~urse; il est du reste aisé de comprendre ce qu'il y aurait a faire dans un autre cas quelconque.

333

CALCUL DES EFFETS MÉCANIQUES.

RÉCaPITULaTION DES REGLES PRÉCÉDENTES

Que l'admission de la vapeur ait lieu avec ou sans détente, voici les regles qui permettront <le calculer la puissance théorique d'un moteur a vapeur, estimé exclusivement sur le piston et par coup double, Appelant: p, la pression absolue de la vapeur dans le générateur, exprimée en atmospheres; D, le volume engendré a chaque coup simple.par le pis ton, exprimé en metres cubes; d, le volume de vapeur dépensé a chaque coup simple du piston, exprimé en me tres cubes; t, le nombre de la table (72) exprimant la quantité de travail en kilogrammetres, développée par f metre cube de vapeur a la pression de 1. almosphere et dans les conditions de son mode d'emploi avec ou sans détente; p', la pression du milieu ou se faitl'échappement, exprimée en atrriospheres; T, la quanlilé de travail théorique développée sur le pislon pour un coup double correspondant a un tour enlis,r de l'arbre moteur, exprimée en kilogrammetres. On a, pour cette quantité de travail : T

= 2

(átp -

1.0333 Dp').

(A)

S'il n'existe pas de détenle, que le volume de vapeur dépensé soit précisément égal a celui engendré sur le piston, cette formule se simplifie un peu et devient : T

2d (p - p') 1.0333.

(A')

D'apres cela, pour obtenir la quantité totale de travail T' par secondc et pour le -nombre n de tours complets de l'arbre moteur dans une minute, on trouve :

60'

(B)

. valeur qu'il faudrait encore diviser par 7D pour avoir l'expression de la puissance en chevaux-vapeur. Quelle est la puissance théorique d'un moteur a vapeur dans PREMTER EXEMPLE. ' les c9nditions spivantes : p, pression absolue de la vapeur •............... , ....... . - 4at. 5 D, volume engendré a chaque course par le pis ton ........ . - om.c.200 d, volume de vapeur dépensé (sans détente) .............. . - om.c.200 t, travail ele f metre . cube de vapeur a 1 almosphere (sans détente) ..........•.......•.........••........•..... - 10333 kilg_m . p', pression du milieu d'échap1fement. •..•............... - 1 atm. n, J:tombre <le tours ou de coups do~bles par 1' ........... . - 55

334

MOTEURS A VAPEUR.

Solution (formule A' ). Puissance correspondante T

a 1 tour :

2 X 0m200 X (4,ñ -

1) X 10333

14466 kilogrammelres.

Puissance tolale par 1" et en chcvaux-vapeur : T'

DEuXIElllE EXEMPLE. -

-14466 X ññ 60 x 7ñ

'176,8 chevaux théoriques.

Quelle est la puissanée d'un moteur

a vapeur· dnns les con-

<litions sui van tes : p, pression absolue de la vapeur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . D, volume engendré par le piston ....... . ..... ........ .... el , volume de vapeur dép ensé par coup (uétente pendant 4/ ñ de la co urse). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . t, travail <le 1 metre cube de vapeur a1 atmosphere, détendu ñfois (72).. ............................. . .......... p', pression du milieu d'échappement ou contre-pression (avec un condenseur) ..•..................... .. ....... n , nombre de tours de l'arbre par 1' ..................... Solution (formule A). Puissance correspondante a 1 tour : T = 2 X (Qm.c. 04 X 26964 X 6at. -

10333 X Qm.c.200 X Qat. 1)

= 6 atm. = Qm.c.200 Qm. c. 040 26964kilgrn. _ 0ªt· 1 - ño

12f'.>29,4 kilgm.

Puissance totale par 1" et en chevaux :

Hñ29,4 X ñ~ . X 7ñ = 1ñ3,14 chevaux théonques. 60

REMARQUE SUR LA DÉPENSE DE COMBUSTIBLE PAR LES DEUX l\lODES D'El\lPLOI DE LA VAPEUR AVEC ET SANS DÉTENTE. Apres avoir exposé la mélhode servant a délerminer le travail dü a l'emploi de la détente, nous allons essayer de donner quelques chiffres • sur l'économie qui en résulte. Si dans l'un des exemples proposés plus haut (p . 331) on avait employé de la vapeur a pleiríe pression au. lieu de limiter l'admission au 1/ ñ de la course du piston en utilisan t la dé lente a ñ fois le volume primitif, quelle aurait été la dépense comparative pour obtenir le meme effet? Le travail produit élant de i42767 kilograrnmelres par minute, pour oblenir le méme effet sans détente, dans lequel cas la pression es t aussi supposée cons1ante, il faudrait dépenser sm. c. ñ86 de vapeur (p . 327 ), dont la pression effective a délerminer est x . Cette pression sera déterminée facilerrrent en employant 1a regle (p. 329) disposée pour estimer direclement le travail a pleine vapeur, en opérant tont de suite la différence 'Clés pressions supportées par le pislon sur les deux faces, et en réduisant ainsi celle de la vapeur a sa valeur effeclive . Celte regle ordonnée alors pour trou-

CALCUL DES EFFETS lVIÉCANIQUES.

335

ver la pression, puisque ce sont les aulres quantilés _q ui celte fois sont données, 6n trouve: 142767 x = sm.e. 586 X 10333 = 1,6 atmospheres, d'ou la pression absolue de la vapeur dans le généraleur <levrait etre de 2at. 6. La quantité de vapeur a produire serait done de 8,586 metres cubes de vapeur qui a cette pression pesent (11) : gm.qS86 X fk400

f2k()20 environ.

D'autre part, la dépense pour la meme quántité de travail avait élé seulemcnt de 1,717 metres cubes de vapeur a 5 atmospheres qui pesent : 1~·c·717 X 2,576

4k423.

Par conséquent, si ·nous admettons, pour plus de simplicité, que l'on produise, dans les deux cas, un meme poids de vapeur par kilogramme de combustible, il est évident que, pour la meme puissance lhéorique de 31 ch.72, on dépensera environ le triple de combustible en marchanl sans détente, puisqu'il y a enviran 3 fois plus d'eau vaporisée et dépensée. Ce rapporl ne changera pas, quel ·gue soit l'effet utile réel eslimé sur l'arbre moteur, si ce dernier reste le meme dans les deux cas. Il est évident, d'ailleurs, que chaque degré différent de détente présentera un rapport particulier d'économie, celui-ci n'étant qu'un exemple. Dans lout ce qui précede, la dépense calculée correspond évidemment a de la vapeur seche, c'est-a-dire n'entra1nant pas d'eau non vaporisée avec elle, et ne subissant aucun refroidissement daos son parcours du générateur a la machine motrice. Enfin ce soi:;it des données théoriqiws, rnais dont on peut se rapprochcr d'autant plus que le générateur, d'une part, ·et la machine d'autre part, sont plus ou moins bien disposés en vu~ de conserver a la vapeur ces précieuses propriétés de siccité et de température. RÉSUMÉ DES

PROPRIÉTÉS llíÉCANIQU ES

De tout ce qui précede, on déduit les propriétés fon<lamentales suivantes : La puissance d'un moteur dépendant exclusivernent du volumc de vapeur dépensé a l'unité ,de ternps, en ter:iant compte de sa pression et de son mode d'emploi· avec ou sans détenle, il s'ensuit que les dimensions de la machine, comme cylindre, , sont complétement indépendantes de la force qu'on peut lui faire développer, puisqu'un meme volume donné de vapeur peut etre dépensé dans un meme temps en faisant varier réciproquement le diametre du cylindre, la course du piston et le nomhre de pulsations. , Aussi renconlre-t-on des machines de grandes d4flensions tres-faibles, et d'autres tres-peliles et cependant tres-puissantes : les machines locomotives, par exemple, soilt des moteurs tres-p uissants, avec des dimensions relativement faibles. Tout

336

MOTEURS A VAPEUR.

dépend, en résumé, de la pression de la vapeur et du· volume qui en est a la fois produit et dépensé par la plus ou moins grande vitesse de la macbine, abstraction faite, bien entendu, de la résisfance des organes de transmission. Une meme macbine peut done représenter des puissances nominales tres-différenles, suivant la vitesse a laquelle on la fait marcber. C'est de la que viennent les différences considérables qui existent entre des machines livrées, pour une meme force nominale, par les divers constructeurs.

TRACÉ GÉOMÉTRIQUE ET CONDITIONS STATIQUES DES ORGANES DE LA TRANSMISSION

Les organes qui lient le piston a l'arbre moleur, et qui operent a la fois la transmission et la transformalion du mouvement, sont d_élermin~s par leurs axes géomélriques, au moyen d'un tracé qui varie évidemment avec leur forme meme et leur nature, suivan t le sys1eme propre de la machi ne. D'autre part, la disposi lion particuliere de chaque mode de transmission détermine une répartilio_n relative des efforts éprouvés par chacun des organes différents et une relation spéciale entre les positions correspondantes du piston et de 111_manivelle, laquelle résume l'aclion dans chacun d"es cas. Nous avons a examiner sous ce rapport les systemes suivants : 1 ° Machines a aclion directe, horizontales ou verticales; 2° Machines a balancier; 3° Machines conjuguées par un seul arbre moteur; 4° Machines oscillanles.

l\1ÉCANISME DES

MACHINES

(FIG.

PL.

A ACTION

DIRECTE

9.)

La macbine représentée pl. 9 esl a mouvement direct, parce que le mécanisme de transmission se compose uniquement de la bielle reliant la tige du piston a la manivelle. Que !'ensemble soit horizontal ou vertical, ou meme incliné, rien n'est changé dans ces condilions. Cependant, daos la catégorie des machines a transmission simple par bielle et manivelle, il se présente une variante dont le caractere consiste dans la position de l'axe moleur qui se trouve placé a l'exlrémité opposée du cylindre de celle indiquée par la pl. ?· Ces machines sont généralement verticales, comme le représente la fig. 50 ciapres. Le cylindre A est placé sur un socle au-_dessous duque! se trouve l'arbre moteur B, qui est alors commandé par deux bielles C placées symétriquement de cbaque colé

TRACÉ GÉOl\lÉTRIQUE

337

MOUVEl\JENT.

du cylindre; il est muni, ·a cet etret, d'une mnnivelle a l'ime de ses extrémilés et. forme· un coude du cólé opposé oü il doit etre continué pour la transmission ·du mouvemént: Fig. 50.

Cette disposilfon présenle l'avantage de ponvoír -oo :iner aux bielles une tresgrande longueur, tout en réduisant comparalivemen·t la bau(eur de la machi ne; elle est •néanmoins a peu pres abandonnée anjourd'hui, a cause de la complicalion de la double bielle et de l'arbre coudé ou a lriple manivelle. · Les spécimens les plus connus de ce sysleme élaienl les machines construilespar .M. Saulnier ainé, et celles de 1\1. Maudsley, le célehre conslrucleur anglais. Cependant quelques machines plus réccntes onl été élablies sur le meme principe, mais avec cetle différence que l'arhre a conde a élé remplacé par un axe droit ordinaire el une manivelle reliée alors aux deux bielles par une piece en forme de T. Nous pouvons citer a cet égánl la machine de M. Farcot, dile m achine a tabouret, et qui se trouve reproduile par la pl. 17. La fig. ñ1, de la page suivaúte, représente le tracé géomélrique de ce sysleme, pour lequel nous ajouterons quelques mots plus loin. 11 existe en·c ore, comme variélé de forme, les machines a mouvement direcl analogues a celles conslruiles parM. Hermann, dans lesquelles la liaison de la manivelle avec le piston est opérée par ur1 cbassis en forme de lrapcze," el dont le fonclionnenienl est exaclement le meme que celui d'une bielle simple. Avant aiarriver aux délails du tracé géométrique général, considéré par l'exemple J.

•

338

MOTEURS A VAPEUR.

représenl.é pi. ~. et qui s'npplique cxaclemcnt aux vuriélés de formes que nous mcntionnons a,cturllrmcn t, nous donno11s par la fig. tst suivanle l'une des dispositions donl nous aYons parlé, et qui est a::loplée pour des machines horizonlales 1 par M. Duvoir, mécuniciP.n a Liancourt, el par J'aulrcs conslrucleurs. C'esl le cas de l'arbre coudé remplacé par l'arhre a munivelle simple, aYec la pirce Den forme de T, relianl la manivelle aux deux bidlcs C. On voil que ce sysleme exige de ménuger entre le cylindre el l'arbre une grande dislance, égale, a cause du T, a plus du douhle L1 e·1a longueur de la maniYelle. ,,, .

F"g.51.

·-

TRACÉ GÉO~JÉTRJQUE DE LA MACHJNE rv,)E, rL. 9. La fig. o Je la pl. 9 rnonlre spétialemcnl le (rncé géomélrique ues mouvemenls relulifs du pislon, de la biclle el de la manivelle. Le cylindre y tignre comme un simple rcclangle abcd, ayanl pour grands cólés u_ne longucur égale a la conrse du pislon, et pour pelits cólés une longueur égale a son diamelre. La lige, la !Jil'lle el la manivclle sonl représeulées par leu1·s axes¡, avec le ccrde décrit par le boulon de la manivclle autonr du ceulre e de l'urbre moleur. Aprcs avoir liré la Iigne AB pour rrprésentcr l'axe du cylinJre et l'avoir prolongée pour y marqucr le centre de rolalion, on lrace le rcclangle abcd ;uivant les' uimensions corrcspondant au diami:•tre du pislon et de sa course. Le pislon s'.y lrouve représcnlé par une _ligne parallcle a ad, pa~sanl par le milieu ele son. épaisseúr. En prenanl ensuile le pislon a l'extrémilé ad de sa course, la plus oppo~ · sée a l'axe de rolalion, on d·étermine la longueur de la lige en raison de la quanlilé dout elle doit exc.é der le cylindre pour que la tra'\'crse D (tlg. 1) ne vienne pas choqucr le prcsse-éloupe lorsque le pislon,csl Loul a foil enfoncé .dans le cylindrc. Cclle longucur corresponu au centre de la lraverse ou de son asscmulage avec la biclle; c'c~t point { sur t'axe A B, fig. 5. A partir de ce poinl, on .porte sur -le

TRACÉ G·EOMÉTRIQUE DU MOUVEMENT.

339

mcme axe la longuei.Jr fg de la bielle, el et1fin, du ·point g, ón porte la lóngueur ge ' égale a la demi-course: le poinl'e est alors le centre de l'arbre moleur. A l'égard de la longuenr de la bielle, elle estad libiti11m, pourvu que, théorique··ment,' elle excede celle de la course ou le ·double du rayon de la manivelle. Mais· en pralique, il en est autrement, el celle longueur ne saurait elre inférieure a environ 4 1/2 fois ce rayon; la meilleure condilion serait qu'elle füt i'11 finirn ent longue. On adopte assez généralcment ~ a o fob le ra,yon de la manivelle, el pour cxemple, nous avons admis le rapport o 1/ 2, ce qui dorme 2m4w pour la longueur réelle de la bielle, le rayon de la manivelle étant Qm4o. Cetle fac;on de proc·éder permet, en r2sumé, de 'déterminer la distance exacte du centre de rolation au cylindre, puisque les pieces du mouvement sont prises ·exactemenl en ligue droite ainsi qu'elles se trouv ~nl siluées a chacun des deux poinls morls. On aurait pu parUr de l'aulre p osilion oú le pislon se · lro11ve a son extrémilé be, mais cela esl moins convenable, a cause de la tige du pislon, dont la lon·guéur doit elre préalublement délermiliée indépendammcnt des conditions dn mouvement, et d'apres les dimensions propres de la traverse el de la saillie du couvercle. • l\faintenant, pour compléter le tracé, on décril, dn poinl e comme centre, un cercle d'un rayon égal a celui de la manivelle, puis du poinl f, on porte la course f(' ·de la 1raverse égale a celle du pislon, el don l on marq11e le mili eu en e'. · Pour r.éndre le ttacé plus expressif, on indique ordinairement !'ensemble des pieces en mouvemenl, la position relative qu'elles occupenl, le pislon élant au milieu de sa course el dans les deux sens du mouvement. Dans ces deux circoostances de la posilion médium d n pislon, son axe ·est juste · sur rn"rn", et celui de la lraverse au milieu de f{' sur m'rn' . La. bielle, ayant son exlrémilé correspondante en e', esl au-dessus on au-dessous de !'axe AB, suivant le sens de la rolalion de l'arbre et la éli:reclion du mouvemenl du pislon. Pour délerminér ces deux posilions, il suffil de décrire, avec le rayon de la hielle el du poinl e' comme centre, un are· de ceréle tGt' (fig. 1) qui vient couper la circonférence décrile por le boulon de la manivelle en dei.lx poinls t el t' , que l'on joinl ame le cenlr~ de la h'á"~erse par deux droiles qui cori•espondenl a l'axe de la bielle cfans les deux positions proposées. Les deux rayons rnenés des memes poinls au centre dé 'rotaliori de l'arbre ·désignenl les posilioos correspondantes de fa manivelle. (Ces deux positious ont élé indiquées exclusivemenl sur la fig. 1 pour ne pas conipliquer le tracé géométrique, fig. o, qui doil servir a une ai.Jlre démonslralion.) En examinanl les conditions du tracé, on reconnail bienlól que cet are de cer· de tGt' doit passer exactemenl par le centre de l'arbre moleur, car la distance de ce centre a la posilion rriilieu de la traverse est égale a·la lorigueur de la bielle. Si nous nous reporlons, en effet, au point de déparl tlu tracé, ou la longuelir f g de la bielle a élé portée de f en g (fig. 5), el cdle ge de la manivelle de gen e, il est clair que fe' étanl égal a ge, on a:

e' ·e = ' fg

+ ge - {e' , d' oú: e' e =

(g.

340

l\IOTEURS A VAPEUR.

Ces condilions principales sont 0rdinairemcnl les scules qui se délerminent toujours lorsqn'on représente le tracé géomélrique d'une machine a mouvement direct comme cellc-ci. l\Iais il n'est pas plus difficile ensuile de lrouvcr lelle autre position ·relalive des picccs en mouvemenl. Si l'on veul, par exemple, délermincr toules les posilions du pislon corrcspondanl a celles occupées pnr la manivelle sur le cercle qu'elle décrit, il suffit de diviser ce dcrnier en un cerlain nombre de parlics égales, et de chaque poinl de division, comme centre, de décrire des ares de cercle avec la longueur de la hielle pour rayon. Chacun de ces ares coupera l'axe commun AB en différenls poinls qui indiqueronl les posilions correspondanles Je la traverse D, qui sont aussi celles du pislon d:ms le cylindre, pnisque le pislon, sa tige el sa lraverse sonl exactemenl solidaires l'un de l'aulre. Celle opéralion est représcnlée fig. iS, ou le cercle de la· manivelle est divisé en 20 parties égalcs qui correspondenl a 10 positions du piston, allendu que celui-ci occupe les memes places pour cbaque demi-lour exéculé des deux cólés de la ligne des centres. ún voit en effet que la division se répete de chaque colé suivant fO parlies de O a O, et donne deux chiffres réciproquement complémentaires de 10 pour les posilions du pislon; aulrement dil, le pislon occnpe successivement les positions O, 1, 2, 3, ele., en murchanl dans un sens qui corresponda celles O, 9, 8, 7, ele., de la marche en scns conlraire. Quel POSITIONS ET VITESSES RELATIVES DU PISTON' DE LA IllELLE ET DE LA MANIVELLE. que soit le modc de transmission adopté entre le piston et l'arbre moteur, il est clair que le résultat doit ctre d'obteni · un mouvement circulaire uniforme pour ce dernier, et par cooséquent pour la manivelle. Or, en cherchant les posilions absolues despieces qui constiluenl le mécanisme, il faul prendi·e pour point de départ la régularité du ·mouvement ele la manivelle, et chercher, d'aprcs cela,. ce que deviennent les autres. On a vu que la munivelle esl animéc, en cffet, d'un mouvement de rotalion uniforme qui doit élre main.lenu par l'inerlie du volnnt. Si l'on compare alors les posilioos de la manivelle (fig. ñ), suivanl les divisions égales du cercle, avec les positions correspondantes <lu pislon, on reconna1t que celles-ci sont loin d'clre également distantes les unes des autres, et que, pres des points morts, elles sont beaucoup plus rapprocbées que vers le milieu de la c_o urse. . Ceci prouve que la vitesse du piston n'esl pas uniforme, comme celle de la rnanivelle, et qu 'elle croil des exlrémités de la course au milieu, et décroil du milieu nux cxlrémités. En un mol, pour des anglcs égaux, décrils par la manivelle dans des temps égau_x, le piston parcollrt des espaces inégaux, croissanls ou décroissanls, suirnnt qu'il s'éloigne ou se rapproche des posilions extremes. Celle propriélé découle naturellement de la lransformalion du mouvement recliligne en mouvement circulnire. Elle peut s'exprimer en disant que, si la bielle élail infiniment longue. et considérée alors comme parallele a elle-meme dans loutes les posilions, _le déplaeement <lu pislon suivrait exactement la progression croissanle ou décroissanle du sinus des angles engendrés par la manivelle par rapp_ort _a u dia-. rÍletre perpendiculaire ~1 !'axe gén éral• AB . .Mais la bielle ayan l nécessniremen t u ne longueur définie, il en résul le que ce lle

TRANSMISSlON DU THAVAlL.

341

Joi n'est pas exactement applicable, et qu'on s'en éloigne d'autant plus que la bielle forme un angle plus pronoucé uvrc la ligne AB d11 centre. Aussi, non-seulement les espaces parcourus par le pislon ne formenl pas des di-yisions égnles, muis üs ne sont p~s symélriques dans chnque moitié de la course. Si l'on examine, en effel, le tracé fig. 5, on voil que la posiliou 1-9 est plus rapprnchée de l'extrémilé be que celle semhlable de rautre exlrémité a d, propriété qui existe pour toutes les autres posilions; elle se remarque encore, a l'égard des positions 5 <le la manivelle, a la moilié de la <lemi-circonférence du cercle qu'clle décrit, et qui, au lieu ele coincider avec le milieu m 11 m" de la course du piston, correspondent a celle 5-5, située entre le milieu el l'exlrémité be. Par la meme ·raison, -si l'on représenlait les positions du piston par des dh isions égales, celles de la manivelle seraient jnégal~s. Ceci <levient tres-manifesle avec la position milieu du piston (fig. 1 ), pour laquelle l'arc de cercle, qui délermine celles de la manivelle, passe par le centre, et ne peut pas rencontrer alors les extrémilés du diametre qui s'y trouve tracé perpenuiculairement a !'axe AB. En résumé: 1° La mnnivelle possédant une vitesse uniform e , le pislon marche avec une vitesse p ériodiquem ent variable; 2° La bielle pour influencc, sa longueur n'élant pas infinie, ele rendre la marche du piston non symélrique dans les <leux moitiés de sa course; 3° En considéranl la course du pislon <livisée exncl~ment en <leux parlies égales, la demi-circon~érence COl'l'espoudante engendrée par la manivelle se trome divisée en deux ang·Ies inégaux, le plus faible compris eulre l'axe <le rotalion et l'extrémité de la bielle opposée a son point d'altache avcc la manivelle. L'influence <le la bielle sur la régnlnrilé de la marche du pislon et <le la manivelle se fait ressentir dans le meme rapporl sur les efforls transmis, ainsi qu'on le verru toul a l'heure; el comme ces perturbalions n'existeraient pas si la bielle élait infinie, il est done nécessaire de la faire au moins assez longue poüt· se rapprocher, daos les limites possibles, de la meilleurc condilion. Lorsqu'on peut adopler, comme nous l'avons fail ici, le rapport 5,5 : 1 avec la manivelle, on voit, par le tracé rñeme, que l'irrégularilé est Taible, attcndu que le piston étant juste au milicu de sa course (fig·. 1), la manivelle est tres-sensiblement pres du meme point de la sienne. Cepenelant, celte grande uimension <le la bielle augmenle proportionnellement la longueur <le la machine, et paTlant, son poids, ce qui pourra conduire, daos de certaines circonslances, a l'adoption d'un rapport moindre. l\fais uu-dcssous du rapporl 4 ou 4,5, on cesserait réellement d'etre dans des conditions acceplables; non-seulement une hieUe lrop courle rend dil'ficile la ré~lementation d'unc machine, mais elle prouuit une décomposilion de force trescontraire a la conservation des picccs et a la bonne marche. ÉGALITF: DU TRAVAIL DÉVELOPPÉ ET DU TRAVAIL TnANSMIS. dmellant, commc nous l'avons fait jusqu'ici, ·que la pression reste constante sur le _p islon pendant m'!e course, ce qui esl surfisamment exact pom· . élre admis dans la démonslration actuelle, l'efforl total qui en résulte se communique, par la Ligc el la bielle, a la

1\IOTEURS A VAPEUR. 31-2 rn:rnive1le qui entraine avec elle l'arl:ire moteur e'n surmonlant la résislance qui ·1ui est opposée par le lravail a accomplir. Le premier point a·e~amincr esl celui de savoit si la transformalion de ·mouvemen L n'absorbe pas théoriquement une parlie de celle puissance, et si la quantité de travail développée sur le pislon esl transmise inlégralement a la rnanivelle. Pour rcndre celte recherche plus simple, nous devons adnieltre, p·our l'instnnt, que la bielle ait une longueur infinie, de foc;on qu'agis:;ant toujours paralleleinenl a elfe-meme el a l'axe général du mouvcment, sur le boulon de Ia rnanivelle, cetle aclion soi 1·exaclemen L égale a celle P développée sur le pis Ion. l.\'foinlcnant, soit fig. 1>2, le cercle décrit par le boulon de la nianiveHe dont le centre est o el le rayon o b. Si nous supposons la mánivelle dans di verses positions ob", ob el ob 11 , la pression P agira suivant les directions pnralleks: a' b', ·ab el a" b", et en ces différents poinls son aclion sera évi-demrneri l différen te, puis'q u'en ·a' b', au point mort, cdte action sera nulle quant au mouvcment circulaire; élünt d:rns la direcli'on propre de la manivclle, et sera au conlraire entiere et máximum en a' 1 b11 oi:1 elle agil juste bn 6 enliellemcnt au mouvemenl circulaire. Fig 52.

Pour connaitre d'abord la loi de éelle aclion variable, prenons la posilion o b de

la m:mivelle, el supposons que la pression constante P soit représentée en grandeur par la droile ab suivant la dircclion de laquelle nous savons qu'elle s'exerce. En conslruisanl le reclungle adbe, on reconnaH que la force P ou ab se décompose en deux aclions qui correspondcnt a e b el d b, l'une e b dans la direction méme de la manivelle et sans effel, quanl a·u mouvement, el l'aulre db tangente au cercle el concouranl exclusivemenl au rnouvement circulaire. l\Iais par la simililude des triangles abd et obc, ce dernicr formé par le_cóté be abaissé pcrpendiculairemenl sur ob', on a: ab

<lb=

TRANSMlSSIO-~ DU TRAVAIL.

343

Or, be étant le sinus ,ue l'angle aigu acluel formé par la manivelle avec la uircclion ue la pression P ou ab; on en déduit r;ue: La pression constante P, ex ercée p ar le pistan, agit siw ·le boiiton de la manivelle dans le sens du mouvement ci·rcul 'J,ire avec u ne intensité v ariable, p1·opo1·t-ionnelle au siniis ele • l'an gle aigu fo rm é p ar cette rnanivelle avec la direction absoliie ele la pression, la bielle étant supposée .el'une longiieur infin ie .

11 est facile de se renure comple que cctte propriélé cst générale et exade ponr tous les points de la circonférence Merite par la manivellc. La fig. 52 indique -la -mcme opéralion -pour deux autrcs points b3 et b4, et il est aisé de voir qu e la composanle langcnliclle esl toujours égale au sinus de l'angle aigu formé par la manivelle a, ec l'nxc général a' o du mouvement du pislon. Pour que le Lravail lransmis, uans ct'lte circonslance, soit égal a celui développé, il faut que le produit des efforts uifférenls par leurs vitesscs respcclivcs soicnt ('gaux, é'est-a-dire que fon trome Pu= pV Or, si nous consiuérons le ternps infinirncnt conrt pendant lcquel les forces ab ou P, et db ou p, agisscnt achaque point de la rolalion qui pourrait elre choisi tel ' que celui b, on reconnait que les vilesscs v el V suivant lrsquclles leurs actions s'exerccnl ont pour Í·apporl : v f'b ·t

db;

SOi

Mais a cause de la similitude des triang-lcs adb et dfb, ce rapporl pcut clre remplacé par celui-ci : p . clb . a/J; so1t p Par conséquent, ces deux rapporls égaux fournissent l'équation suivanlc:

v= V

p P d' ou' :_p

,v =

p V,

propriélé qu'il fnllait démontrer et qui se résume ainsi :

A chaqiie rnome11t ele l' action ele la bielle sur la ,maniuelle; le proelwit de la pression constante sur le pistan par sa vitesse ,relative, parallela i1, l' axe a' o , est égal ati proeliiit ele la pression sur le bouton ele la rnaniuelle, siiivant la composa_nte._tangentielle, 1/ªr sa vitesse dans cette m éme elirection, d'oiJ, les de~bX quantiles de travai l sózit égales ent1 :e elles, ET LA TRA~SFOHM.-\.TION DE MOUVEMENT N'E'.'1 ABSOHBE AUCU:-.E PAI\TIE POUH ELLE-MEME. '·.

L'égalité entre le travail développé sur le piston et ceiui transmis au b_otiton d~ la manirnlle peut etre démontrée tres-clairement au moyen de la méthode suivanle : Une quantité de travail- étant mesurée par !'aire d'une figure plane, donl'les cótés correspondent a l'effort exercé et au chemin parcouru ( 70 ), cella qui correspond a un coup simple du piston, J'etfort de la· vapeur supposé conslant, ou estimé tel par une moyenne, .peut etre représenlée par la surf-ace d' un rectangle ayant la course du pislou pour base, rt p_our hauteur une grandenr prcportionnelle a l'etfort· cc>nstant qui s'y exerce. ·

344

MOTEURS A VAPEUH.

SoiL dúnc un rectangle aúcd, dont la base ab est égale a la course du pistan ou ·2r, ( r étant le rayon de la manivelle) et la hauteur ad, proportionnelle a l'efforL constant que nous représentons encare par la valeur de 1·; La superficie de ce r,ectangle, qui est aussi l'expression du travail total, égale : ad X ab ,· ou r X 2r

2r'

En vertu du meme principe, la quantité de travail transmise direclement au· bouton de la manivelle, pendant un coilp simple, · ou pour un demi-tour de l'arbre, peut etre représentée par l'aire d'une figure ayant pour base, ou ligne des absisses, le chemin parcouru par le bonton, et pour limite de hauteur une courbe déterminée_ par des ordonnées proportionnelles aux e.fforts variables qui s'exercent ¡;.ontre ce bouton. Fig. 53.

Soit, fig. 53, la moilié du cercle décrit du centre O par la manivclle. dont le rayan est ,· ,ce cercle étant divisé en un certain nombre de parties ég¡¡les qui représentent des positions successives de la manivelle, il est clair que le chemin parcouru, c'est lo développement de la demicirconférence, et l'effor_t , arial.Jle, les valeurs succes3ives des sinus des angles correspondant aux points d·e division, comme nous venons de le clemontre.r plus ha11t. Fi-g. 54.

Par conséquent, prenant ce développeme~t que l'on reporte en A B, fig. 54, et divisant celle longueur. en autant de parties que la demi-circonférence, 011 éleve ensuite par les points de division des perpendiculaires que l\m fait respectivement égales aux sinus des angles correspondants sur

THANSMISSION lJU TRAVAIL. .. .

345

le cercle, fig. 53. L'exlrémité de ces per,pendiculaires délermine alors une courbe ACB qui limite la ~gure dont superficie ·será la mesure de la quantité d·e travail lrañsm'ise au bouton cio la manivelle. · · · · Pou·r évaluer cette superficie; on rémarquera qu'ellé ést formee de la sornrne de tous les trapeies élémentaires comme celui efdh, dont les cótés peuvent etr"e assez rapprocbés pour que ·1a partie de la courbe correspondante se ·confonde avec une ·ligne droite, et qui a pour mesure le produit d·c sa base eh par la demi-somme des hauteurs e f et g h, ou par la bauteur moyenne ij, c'est-a-dire·:

eh X ij. -Si l'on considere le meme élément du travail sur la fig . 53, on voit que les facteurs de ce produit sont l'arc rJh rectifié et la demi-somme des sin_us e{ et gh ou celui_ij; mais en tra<;ant la perpendiculaire ele et ~n menan t le rayon i O, on détermine deux triangles elch e~ ij O qui sont semblables _: ils per~ettent done d'établir les rapports égaux ci-dessous : · O , eh -ek = i-:--:· d ou : eh X IJ

= iOX

ck.

Or, eh X ·i j étant la valeur ci-dessus de la superficie du trapeze efgh, cette derniere re1atioí1 · nous démontre que la meme superficie esfaussi égale au prnduit du rayon iO, ou 1·, par la projectioh ek ou f g de l'arc eh sur le diametre; par conséquent, la superficie total e de tous les trape-zes sera le produit du rayon, facteur commun, par la projection de la demi-circonférence, c'est-a-dire le diametre, ou 21·; soit :

mame valeur que calle ci-dessus du rectangle abcd. Mais la superfic_ie totale de tous les trapezes, c'est cella mame de la figure ACB qui mesure lo travail transmis au bouton de la manivelle : Done, cette superficie élant égale a cella du rectangle, les quantités de travail déreloppées el lransmises, que ces deux figures mesurent respectivement, sont aussi égales.

Le probleme, considéré <lans son ensemble, aurait du reste conclait lt cetle pre·miere con<lition, que le piston accomplissant une comse ·r~cliligne pendanl que la manivelle décril un demi-cercle dout cetle course est le <liamelre, l'effort moycn transmis par le bouton de la rnanivelle cst inféri cur a l'effort direct de la vapeur contre le pislon. L'égalilé du travail daus les deux cas nous pcrmet "d'en c9nclnrc alors que ces efforls sont entre eux i_n versement proporlionnels aux chemins pnicourus, c'-esl-a-dire comme 2 : 3,-141.6, moilié du rapport du diamelre h la circonférence. Ainsi, supposons que dans la machiné <lécrite la pression conslanle sur le pisto11 soit égale a 4770 kil., ce qui correspond a. ·1rne pression effetlivc de 3 atmospheres, l'effornransmis par le bóulon de -Ia·manivelle sera égal a: · 4770

x S, : 41 ~ = 3036 kilogrammes.

Autre·ment <lit, ce serait le poids élevé a fa circonférence d'un lambour d'un - rayon qui est égal a celui de la manivelle, et faisant équilibre, théoriquement, comme 1,

31-6

l\fOTEURS A VAPEUR.

résislance a la puissance tolale développée sur le pislon. S'il n'exislait pas de volant, la vilesse de la manivelle serait évidemment irréguliere comme les effol'ls,; mais nous avons dit gue la masse du volant ne permeltaut pas de cbange·menls de vitesses sensibles, la moyenne supposéc s'établil réellement; et dans une machinc en bon élal de marche, le boulon 1le la manivelle lransmet ues efforls sensiblemenl conslanls dans toute sá com~se. Seulemenl, ces efforts cbangent de direction, r.ar lanlót c'esl la machine qui le commande el li;1.nlól c'esl le volant. Achaque point mort, par exemple, la vilesse composanle du pislon élant nulle, c'est le volanl qui tire la bielle par le boulo.n de la manivelle. Mais, au milieu de la course, celle composanle esl a son maximum el supérieure, par conséquent, a celle moyenne dn boulon: c'est alors la-bielle qui pousse le bouton el le volant dont la vitesse esl inférieure a celle que le boulon tendrait a prendre s'il était libre. Un examen de fa queslion plus approf'ondi que nous ne pouvons le fuire ici permet de reconnailre que l'ohliquité des mouvements de la bielle, dont la longueur est néccssaircment définie, conlrairement a ce que nous avons supposé, n'a pas d'influence lh~oriquemenl sur l'égalilé entre le travail <léveloppé sur le pislon et celui transmis par la manivclle. Mais nous savons que, praliquement, c'est aulre chose, el que le défaut de longueur de la bielle cst principalemen_t caractérisé par le parlage inégal de la circonférence de la manivelle par rapporl aux deux moiljés de la course du pislon. Plus celle inégalilé est sensible el plus il esl difficile de ré,gulariser la vitessc, puisque les quanlilés de travail seront reparlies tres-inégalement par rapporl a la circonférence. Envisagé sous son point de vue toul pralique, on peut dire que l'on reslera dans de bonnes condilions lorsque la différcnce des deux moiliés de la course circulaire, par rnpporl aux deux moiliés égales d'un coup de piston, se· mainliendra pres de 1/18 sans nlleindre 1/9, c'esl-a-dire que la manivelle formera un angle d'environ lJ degrés avec la verlicale qunnd le piston esl au milieu de sa course, sans que cet angle atleigne jamais 10 degrés; on encore que la bielle aura, dans celle posilion, une, inclinaison d'environ 10 dcgrés par rapporl a l'axe, et, en général, moins de 20 clegrés. En effel, le calcul indiqí1c que dans la premiere condilion la longueur ele la bielle tloi t elre o,72 fois le rayon de la man ivelle, et dans la seconde 2,88, rapport qui 11'est jamais adopté sans inconvénient. Le rapporl ordinaire que l'on choisit est géné¡alement, comme nous l'avons déja dit, 4 a o fois le rayon de la manivelle; mais lorsque les circonstances le permeltenl, il est bon d'en adopler un plus grand, ce qui a lieu surloul pour les machines a balancier comme on le verra plus loin. Dtcot11ro~mo DES EFFon-rs rAn L'OBLIQUITÉ DE LA BIELLE . ..:... Si l'obliquité de la bielle est sans effel, quant a la quantilé de lravail transmise, elle agit au conlraiée avec une cerlaine inlensilé sur les dilférenles picces du mécaui~me qui ont h résisler a des efforls dus a la décomposilion de l'effort tola!. . Les parlies du mécanisme qui supportent parliculierement un effort de ce gen re, sonl ies glissieres N el N' de chaque colé du Mti (fig. f'e, pi. 9); el, ce qui est remarq11able, l'une ou l'autre exclusivement, suivant le sens de la rolation de l'arbre moleur. 1

DÉCOl\IPOSITION DES EFFORTS.

34,

Soit, fig. 5, le pislon daus la posilion 4, par exemple, el la bielle el la manivelle dans leur positiou relalive dans la période du mouvement ou elles sont situées audessus de l'axe général, l'arbre lonrnant dans le sen"s indique par la fleche. Si ron représente par hk la grandeur de l'effort total suivánt lequel la tig-e dn piston agit en poussant sur l'extrémité de la bielle, la conslruclion du parallélogramme hijk, monlre que l'effort hk délermine de la part de la bielle une résislance en scns conlraire mesurée parle cólé kj, el que ces deux forces onl nécessairemenl une résullante dirigée de haut en bás qui est ilc. Par conséquent si l'assemblage de la lige et de la bielle n'élail point rigide111enl guitlé et soutenu, il est clair que cct assemblage tendrait a se déplacc1: dans la di~eclion de ik: la tige et la hielle tendraient a augrnenler l'angfo qn'elles for~ent acluellemenl. Les glissieres relenant au c0nlrail'e la traverse D sur l'axe horizpnlal AB, elles s'opposent a ce déplacement, mais en supporlánt alors l'efl'ort suirnnt Jeque! il esl sollicilé, c'esl-a.-dire que celle inférieu"re éprouve une pression proporlionríelle a ilc, ou plulót a la perpendiculaire ple. Or; si nous reprenons la merne position du pislon, mais dans la période ele son relour, la hielle et la ma11ivelle au-dessous de !'axe, les memes e!forls se produii·ont, lels que le parallélogramme hkj' i' les indique. i\Iais celte fois, ils agissent dans des direclions inverses, ce qui fait que la lige du pislon et la biclle lentlenl a se redresser: done c'est encore la glissiere inférieure qui s'oppose a cct effct, et pour qu'il en fút aulrement, il faudrail que la macbine lournfit en sens inverse, chose dont il est aisé de se convaincre par le tracé qu'il suffit de retourner sens dessusdessous pour s'eu rendre compte. Aim:i, pour une maclll.ine dor'll la marche est invariable les seules g-lissieres inférieures suffiraient: on en a construit, en ef'fet, dans cellc disposition. l\foinleuant, il est visible que l'intensité de cet effort dépend lle l'angle formé par la bielle et l'axe AB, d'ou il sera d'autant plus consiuérable que le rapporl entre In bi~lle el la manivelle sera plus petil, d'apres ce que l'on a ,,u ci-dessus. Le tracé montre que la valeur maximum de celle pression sur la glissiere, qui correspond au moment ou le piston cst an milieu de sa course, est scnsiblement proporlionnelle au sin us de l'angle formé par la bielle avec l'axe A B. D'apres le rapport · adopté dans nolre exemple entre la bielle el la manivelle, cet angle équivaut environ a 10° 1/ 2; en supposant, comme ci-dessus, la pression tolale P égale a 4770 kil. Celle tolale sur les deux glissieres inférieures devient-: P X Sin. 10° 1/2

Jffi0 X 0,182 = · 868 1 il.,

soit 434 kilogrammes pour chacime des deux glissieres inférieures. Celle pression, déja. considérable, deviendrait encore plus forle si la bielle élait plus courte; non-seulement i1 en résulle un frolterrient qui absorbe de la puissance, mais si le plan des glissieres n'est pas lres-exactement en rapport avec l'axe du mouvement, la tige du piston ressenl une parlie de l'effet de la décomposilion des efforts et tend a se fausser; en o-valisanl aussi, par l'usure, la garniture qu'elle traverse.

MOTEUHS A. VAPl~UIL Apr.es les glissieres, c'esl la manivelle qui éprouve-un efforl longihidinal qu'elle Lransmél au palier qui guide l'arbre moteur. Cél effort est évidemment variable, el presque nul au milreu de la co'urs-e dans ' lequel cas la pression lotale est transmise perpendiculairemeril ·a'u _rayo'n de locníanivelle; il est au contraire ,Jans toute son inlensité aux deux points morts. Cet effet est rendu sensible par la fig. 5 de la pl. 9,. ou l'on voil, par le parallélog-ramme lr/j" lo, tracé dans la posilion 4 pres du mílieri de la cóurse, ·que la·composante • représen lant l'efforl snirnnt le rayon de la manivelle et proporfioimelle a. · oj", tarnlis qu'elle de,•ient o'j3 dans la posilion 8, en approcbanl du point mort, k'.i'' el le" o' représentant l'effort lransmis suivant l'axe de la biell~. Mais le palier M', oulre cetle résislance dirfgée dans le sens du rayon de la manivelle, . supporle un effort d'une tont autre nature et du a la puissance totale transmise, imlépendammenl des effets de la hielle. Nous allons en dire quelques· mols. Si nous admeltons, pour l'instant, ce qui esl vrai en raison de· l'action du volant, que la manivelle transmet un effort fixe et constamment tangenliel, lá résistancequ'elle surmonle est représentée par un effort égal agissant en sens contrai.re a l'extrémilé opposée des diametres successifs que la manivelle occupe. Fig. 55.

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Soil AB, Og. 55, cet effort conslant· qui agil a. l'exlrémilé de la maniveUe 08,. t.lans le seos de la marche indiqué par la fleche; la résistauce surmonlée esl égale, el représenlée par ab. comme un·_e force s'opposant a la. marche i1 l'exlrémité du meme diamelre B b. II en résulte que les coussinets du· palier snpportent en cet i·nstanhme pression é'gale a la somm:e des deüx efforls ou au double de AB,' pressfoni:eprésentée en grandeur et en. direction par OC. · l\'lais pnisque l'effort et la résislance·i:eslent constants sur tout le parcours de lacirconférence, la pression sur les coussinets le sera également, et de plus, elle chao·gera de direclion achaque instanl et agira sur tous les points.-de la circonférence des coussinets pcnda,n t une ri'!volulion complcle. · .. -

DISPOSITIONS DI VERSES . DE l\lOUVEMENTS.

31,,9

·voifü ·ce ·qui· se prfjCÍuiraÜ si la ' mánivelle n'.éprouvait pas d'effort longitudinal par réffet de fa bÍelle. Si l'on· tient éom.pté, . au coritrair'e·, de"- celte cii•constance, et que l'on représente par O e la valeur de l'eff.ort Jécomposé suivant la: manivelle (en :adoptant, comme ci-dessús,'Ie rayoi1 OB pour représenter la grandeur proportionnelle de l'effort to!al P), ori , oblient-, dans . cette -position· la: résultante OR qui devienl la vérilable grandeur . et la direclion exacte de la poussée sur les coussinels, laquelle élait Oc dans le pre_mier cas. En opérnnl <le meme aux deux points morls, pour lesquels la tr&ction sur l'axe <le la manivelle est a son maximum, on trouve les deux résnltantes OR' et O R" qui représentent encore les pressions supportées par les coussinels du palier, et qui sont, comme on le voit, dirigées en sens conlraire. Pour élre rigourcux, il faud1;ait dire que celte aclion rnaximum se produit pres des poiuts morts plulót qu'exactement sur eux, atlendu que la pression n'agit réellement avec toute son énergie sur le piston qu'un peu apres son départ, et alors que l'orifice de dislribution est suffisamment découvert. L'enseignement que l'on tire de cetlc analyse, c'est que la décomposilion du mouvement, suivant l'axe de la manivelle, n'augmente que légerement la pression sur les coussinets, pression qui donne naissance a un froltement dont il faut, dans Lous les cas, tenir compte. Ensuile, si la machine est bien réglée et que son volant divise bien sa puissancc autour de son axe· moteur, il est remarquable que la pression sur les coussinels se dépla"ce presque comme la rnanivelle, <l'ou le11r circonférence intérieure éprouve des efforls sensiblement uniformes sur tous ses points. Par conséquent, la: disposilion exlérieure <lu palier peut etre regardée comme assez indépendanle de celle générale de la machine, el il semble peu importaut qu'il soit vertical, ou incliné comme l'ont pro posé quelques constructeurs pour les machines horizontales. Mais il n'en est pas de mcme de la division des coussiucls ef d'e' leo~rs .moyens' de ~errage, <létails d'exéct~Liori qui ont í·e~~ des perfection~enÍent¡¡ Útilés que llOUS <l~c¡irons pÍus 1a.r d, ayee les ~nseml~l~s. . . . . . . J\IÉCA.NI.Sl\iE DES l\lACHINES

A· BA.LANCIER

- ~e systeme de' transrnissfon pai' halancier cs.t, ah1si qu'on l,' a vu par l'historique, · le.premier. mode qui ait .élé·_a dopté pour les .molem:s a_vapeur ;. cela•tient ptobnble-. rnent a ce que les premieres applications de machines ol)t. été fa.ilcs pour des élévations,d.'eau,, dans leqi..Iel cas le moüvem~nt du pislon, n'a pas besoiri d'e.Lre tt:a·nsf-Orm.é·, mais simplcmenl transmis aux porripes qui oill une marche recl:iligi;ie comin·e·le pis ton a.vapeur. Aujourd'hui me·me, lorsqú'il s'agit d'un ehlploi analogue,, ari adopte q,uelquefois encore la machine a halancier. · · ·· ; Ce .sy·s tcme qui, a. l'inconvén•i ent d'elrc plus dispéndieux, est remplacé le pltfs souvent par l.es moleurs a mouvemeñt <lkect de conslrnction· plus simple. et .plus.. é'cortomique; muis il possede' aussi des qualilés incontestables. qui· le font pr.éférer <l~rts ce1:fains .cas,. comme; par exei:nple, polir les füatur-es,, les tissage·s mé"c:.miqucs, .

MOTP:U HS A VAP·E llR. les moulins, ele., oú une régulari lé tres-grande est indispensable. 11 devient surto u l avanlageux pour les machines a vnóeur a deux cylindres,' auxqnelles la disposilion Ju halancier se prcle pnrfnilemenl. La fig. 56 représente le tracé géomélrique du mouYement des organes principaux J ' un e machine a balancicr et a un seul cylindre. Fig.. 5G.

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En principe, c'est la-machine verlicale ordinaire composée de son cylindre A, de la bielle C et de l'arbre moteur B, exceplé que le cylindre est sé paré de son mécanisme par le balancier D qui transmet, sans les transforiner mais en les renversant, les mouvements du piston tt la bielle. Les principcs énoncés .ci-Jessus a l'égard des posilions relatives du pislon et de fa manivclle, et de la décomposilion des efforls, s'appliquent exaclement au sysleme a balancier, sauf quelques différences, que l'on peut regarder comme insignifianles en pratique. Le balancicr D, comme on le verra plus loin, esl une forle piece en fon le, oscillanl sur,_un ·point fixe ordinaire1nent placé au milieu Je sa longueur; ses extrérnités uécriveÍlt done <leux ares de cercle Jont la corde est égale a la course du pislon. Les bras Ju balancier peuvent elre inégaux; mais alors la course du piston et le 1 diametre du -cercle décril par la mnnivelle subissenl la meme influence, puisqu ils sont respeclivement égaux a la corde de l'arc de cercle correspondan t. . Pour que lu déviation due a ces ares soit moins sensible, les a·xes verticaux du cylindre et de l'arbre moleur sont placés sur le_milieu de leurs fleches, et de plus la

DISFOSlTIONS DIVERSES DE MOliVEi\lENTS.

351

Liaison entre la tige du pislon el l'extrémité du buluncier est opérée par l'intermédiaire d'un mécanisme tres-ingénicux, qne l'on appclle parallélogramme, qui a pour objet de maintenir la tigc du pislon sur l'axc du cyli11dre, en neutralisant l'effet de l'arc de cercle engendré par l'extrémité du halancier. Ce mécanisme qui sera <lécrit plus lard avec tous les <létails nécessaires a sa construclion, a élé inventé par Watt, comme on l'a vH par l'historic¡ue, et porte son nom. La bielle élant reliée au halancier saos intermédiaire, il en résnlle que son extrémité supérieure accomplil le meme are de cercle, tandis qu'elle suit une lign e droite dans la machine a momement dircct; celle différence ne modifie pas, pratiquement, le mode d'action sur la manivelle et ne pcut elre l'objet, quant ü présent, d'aucune remarque importante. La condition principale a remplir pour le mécanisme de ce system~ de machi ne, c'est de donner au balancicr une longueur suffisante pour que l'angle qn'il décrit soit le plus faible possihle, dans les limites de la pratique, et diminue par cela meme l'influence que peut avoir la fleche des ares de cercle sur la décomposition du mouvement. Celle longueur dev~ait elre, 1héoriqucment, infinie comme celle de la biellc. En pralique on donne généralernenl au balancier une longueur ég-ale u environ 3 fois la course du pislon ou 6 fois le rayon de la manive)le, et quoique ce rapport soit sen_s iblement moindre dans les machines américa in es, il seml.Jlerait plulót . dev.oir elre augmenté que jamais diminué. En adoplant un tel rapport, l'angle total •uéci'it par le. baJancier e~t égal a cnviron 38° 20', et la fleche ues ares est les O,Oíñ de la course. C'est une limite pratique qu'il est convenable de ne pas dépasser, et qu'il.vaudrait meme m1eux ne pas atleindre, en augmentant la longucur du balancicr quand cela esl possible. Ajoutons qtt'une grande longueur est surtout indispensable pour l'effet un parallélogramme; nous aurons l'occasion de faire remarquer que le rapporl 1 : 3 esl meme insuffisant pour les machines a deux cylindres. Les machines a balancier ne se prelenl pas aux grandes vilesses de rolalion que l'on atteinl aujoupd'hui avec les machines a mouvement dircct qui peuvent etre réglées, meme dans de bonnes conditions, sur 90 u 100 coups doublcs par minute, et quelquefoi~ plus. La vilesse des premieres ne dépasse guere 40 lours, ce qui cst presque un maximum: la plus usuelle esl 20 u 25; dans les grandes puissances, elle n'est meme que 16 a 18. Une marche grave convient mieux a ces machines. On comprend t1u'une piece comme le balancier, qui esl toujours relativement lres-pes:mte, ne peut pas clre soumise a un mouvement oscillatoire trop rapide, sous peine d'éprouver des ébrnn11:;ments et meme des ruplures, accidents presq.ue inévitables lorsqu'on fait subir des changemenls brusqucs de direclion .u une forle masse en mouvement.

:352

MOTEURS A ·VAPEUR.

J\1ÉCANISJ\1E DES MACHINES

coN·JU·GuÉES .

On dil que deux ou plúsieurs machines a vapeur sont conji¿guées, accouplées on oonnexées, lorsque leurs Ínanivelles appartienpent a un arhre · corrimun ·.qu'elles acliQnneut .ensemble. L~s exemples les plus fréquents de ces , mo.teurs .son't les locomolivcs et les appareils de navigalion; mais aujourd'hui on adopte tres-"olonliers dans· les grandes usincs; surtout póur des puissances de .ñO :Che,'atü: ·et:plus, deme. machines accouplées qui donnent un <legré de iégularilé tres-re·rnarquabJe; Pour se rendre ·comple de la répartilion des efforts sur un axe qui :re~oit si"mullanémen l l'action de deux qiacbines accouplées,. nous distinguons tro¡s .différ~nts modes de p·ositions relalives d'accouplement,. savoir : , .. . , 1° Les axes <lés deux cylin<lrés étant paralleles entre eux ; . 2Q Les .axes des ?ylindres formant un cerlain ang-Ie qui a le centre· <le l'arbre ,po'ur sommet; . _ ·. 3q Les cylindi:es placés bout a bout sur mi memc axe et agissapl s~n un!:! maruvelle unique. Prem.ier oas. CYLINDRES PARALLELES. - Deux cylindres l1 vapeur agissant.parallele•ment sur un mé-me axe et sur des manivelles' dislincles, peuvent etre <lisposés iLcólé -l'un de l'autre, comme dans les locomotiyes, ou vis-a-vis l'un de l'autre, ainsi que -cefo .se prés nle dans quelqucs machines de navigation a hélice: . Dans la premicre de ces dispositions la marche <les pistons est symétrique; et 9pposée dans la secomle: mais-l'effet est le rneme si les manívelles forment entre ~l_les le meme angle; .. 1

·,

. Fig . 57. .

en memé

Soit, fig. 57, le tracé géomélriqúc, en'élév•ation. et plan, ~uu niotive1riént de d~ux . 1-i1achi~é::; ági~sant . ainsi simullanémeñt sur un rithr·e C ,' ~t par deux ·manlvelles disÜrides A et B qui sont rappodées seii exlrémilés. . . :

DISPOSITIONS DIVERSES DE i\IO UVE MENTS.

3o3

Si ces manivelles élaient placées parallclement l'une a l'aulre, sur le meme rayon, ou diamélralement opposées, il est évi<lent que l'on pourrait considérer l'appareil comme une maohine simple, rieu ne serait changé dans la réparlilion des efforls autour de· la circonférence -décrile, si ce n'est que ces efforts représenteraient évidemment la sommc eles deux puissances; seulement, dans un cas, les pistons mar-· cberaient dans le mé me sens,, et daos l'aulre ils auraienl une marche réciproqucment inverse. Mais le ·but a alteindre en accouplant deux machines est une plus grande 1~égularilé, une réparlilion plus égale des efforls pendant une rolalion de l'arbre et la ueutralisalion des points morls. C'est, en effet, ce que l'on oblient en plac;ant les deux manivelles perpencliculaires l'une a l'autre, ou, aulrement dit, en les callanta angle clroit su1· t'axe cornmun. II esl évident, <l'apres cela, que si l'un des deux pistons se trouve a l'uu des poinls morts, et nul d'aclion par conséquenl, l'autre est, au contraire, au milieu de sa course et en pleine aclivité. Deux machines ainsi conjuguées pourraient presque se .passer de volant, au moins pour se mouvoir purement et simplemcnt; mais cet organe est toujours indispensable dans les machines fixes, pour obtenir la r égularité parfaile de la vitesse, ce qui ne pourrait d'aillcurs clre obtenu a cause d'un resfant d'inégalité dans les efforts, el dont nous allons dire quelques mots. En examinanl les positions successives occupées simullanément par les deux manhelles, on reconnait d'ahord que chaque fois que l'une cl'elles passe au point mort, l'effort total a la circonférence est du a l'autre manivelle, el qu'il est égal a son maximum P, pour lequel nous prenons une grandeur proportionnelle au rayon 1·, en conservant la m eme notalion que ci-dessus. Ensuile on peul remarquer que celle position s~ répete quatre fois pendant un tour complet de l'arbre. Or, si l'on veul connaitre la valeur des efforts différents entre ces quatre posilions symétriques , el égales, il suffira de se rappeler que l'efforl transmis a l'une _des deux manivelles est proportionnel au sinus de l'angle aigu qu'elle forme avec la direction de l'effort total P, ce dernier représenlé en grandeur par 1· , et la biell c ' infinie. Par conséquent, la sonune des efforts sur les deux manivelles sera a son maximum quand celle <les sinus ou de leurs angles aigus sera aussi la plus grande, condition qui correspond au moment ou ils son t égaux; or, les angles aigus égaux que les deux manivelles puissenl former avec l'axe du mouvement sont ceux de .Wo, puis qu'elles sonl a 90°; d'ou il résulte que : · Entre tes points morts, le maximum d'effort total , transmis aii mayen de deux rnanivelles a angle ·cl1'0it, ··est ·obtenii lorsque ces manivelles sont placées a 45 clegrés PO:r rapport a l' axe du mouvement. Mais ceci nous permet· encore de dire que cclle posilion, qui se répete aussi qualre fois daos un tour, correspond a l'effort maximum absolu; car si P, ou r, représente l'effort total quand · l'une des manivelles est a l'un des poinls morls, et que r égale ·1, l' effort maximum ·r' intermédiaire ci-clessus sera représenté par ;

r' = 2 sin 45°; d'ou r' J.

= V2 =

1,4142.

l\JOTEURS A 'VAPEUR. ·'

Ppr_conséquent, 11ous pouvo,ns résumer ce qui précede a .i n si·:

-- " t ; , m~njvelle¡¡ ·1q,11-i lr~usm~llenl chacun~ ~ne memc puissance to tale, les efforts -tangen.l iels pré¡;en_lent des iµégalilés divisée& _symétriquemenl suivani 4 minima égaux et 4 m,axiP,lé\ .a4!¡si .é_g aux ; . , , , . , ,~. i . 2° Le rapporl entq~ un tninimum et un maximun:i est 1 : 1,4H2; la variaU011 s'opere théoriquemenl pendant un parcours de 45°. , .. (II ne faut pas oublier que la bielle esl supposée infinie, et que son obliqujté réelle Juodifie les valeurs trouvées par les raisonnements qui précedent, mais de qu~nlilés assez faibles, si la bielle cst suffisamment longue, ,pour que le principe puisse -eq ctre pratiquem!füt conservé.) , . •· · · ) Il peut .elre inl~ressant d'indiquer ici comment 011 ,peut rend,re graJ>hiquement Ja réparlilion du traNail de deux ou plusieurs machines accoup•lées, et par suite rendre sen_sible la varialion qui en résµlte. . . On a vu précédemmenl, fig. 54, la réprésentalioQ. graphique du 1ravail d'u11c. seule !'1ach¡ne : en adoptant l~ meme príncipe pou_r les deuf mar~h-ant--a ar~g1e droil, nous oblenon~ la fig. 58 ci-dessous. -, ',

1° P!é!n_dan,l la dur;é~ d\m tour de l'arhre, COJnmand~ •p_a r

•

d~~l-X

Fig. 58.

' ..

.' . . .....

•

...

•

, A BC représenlant le travail d'une manivelle, celui e.le la deux-ier:Q.e ser:aH indiqué par les combes poncluées Bt C', les point!':i de dépad étan t nalurellem~nt c1:oisés. En reporlanl les ordonnées ele ces courbes ~u-des:sus de· .cel_le AB C, on oblient ,' en détinilive, la courbe B' aBaB', qui exprime exaclemen_t la variation cherchée de l'effort langenliel tola!. Si on_pro~ede ele ia mcme maniere avec un sys~cme i trois cylindres et a·trois manivelles connexées, elisposécs suivant les rayons ~oncournnt aux angles tl'un t.riangl~ équiÍalérnl in;crit, on lrouve six maxirna et six mínima elans qn tour complct. Chac¡ue maximum corresponJ au passage d'une manivelle au milieu de la disl~nce Jcs p·oin.ls morls. La Yaleur. de ccl effort ma~imum est ~ 1·. · · .

·-

•

DISPOSITIONS DIVERSES DE MOUVEMENTS . 0

.. L'cf(ór(mfoi~¿-m s¿· Ihanifeste lorsque r'one- des rnahive]Ics pil'sse a f' un des i)OÍnls mor(s ;· sa valeur égale' 2 ·sin 60°. · , · .' ' · En effet, soil, fig. ñ9, le cercle engendré par le's' lrois maniveiles AB,' AC el AD, qui le parlagenl en trois parlies egales; si l'on choisitla posilion ou l'une d'elles AB Fig. 59.

est au_milieu do 1~ course,_l'cfforl qu'elle transmet est égal ar, tandis que les efforls éga11x. 1ransmis par les dcux a:utres AD el AC sont éga-ux chacun a sin 30° .. _ . On a dqnc, pouPJeffort tc:Hal lransmis dans cetlc posilion par les· lrois inanivelles : .

1·

2 sin 30°

2 r.

Si l'une des manivelles esl ::fu point morl, en A B', par exemple; les <leux a u tres ·occupent relalivemenl les posilions symélriques AD', A C'. L'efforl lransmis par la premiere AB' csl évidemment nul, et les efforls co1·respondanls aux dcux a u tres sonl proporlionnels chmmn1 a; sin 60°. L'efforl total égale, par conséqucnl, clans MUc dicmd-eme position : 2 sin• e0°

= 0,866 x· 2 = 1,í32.

Aim;i, cette deuxieme; vafour esl moinclre que la premiere, et le rapporl entre ces cfforls maximum et minittmfi1 esl égal, en réstímé, a : 2: 1,'732. La Yarialiou a 30°d'éte11d'ue, qui estl'espace parcoum ])arles trois manivelles pour passer d'une posilion a l"i.tutre, a'osl-a-Jil'c, par ex-cmple, pour que leur ensemble se déplace de fa\;on qu-e l'une·d'cllcs, soit cellc A•B, passe de AB en AC'. Deuxieme cas. CYu:-innES I~CLINÉS. - On conslruit e.les machines composées de deux sy.stemcs complels actionnarlt simullanémcnl un meme arbre et uont les cylindrcs for:mertt,antre_.eux, un certain a:ngle, c-omme le monlre la fig. 60. ·6eUe ar,plicalion1a élé fa.ile, nous le croyons, pouP la premiere fois. sur des

356

l\'JOTEUHS A , VAPEUR.

a~pareils <le navigalion, et plus tard a des machines fixes. Aux aleliers du chemin de fer de Lyon, a Paris, ou en voit un Lrcs-beau spécimen conc;u et exéc~lé sous la <lir~cli_o n de l'habile ingénieur,. l\'J •. Delpech: · · Fi ~. fiO.

i on aclmel pour prcmiere condilion que l'ang·le entre les deux lignes d'axe 011 les <lireclions des deux cylin<lres soit de 90 degrés, pour obten ir l'unifor'rne répár..: lilion des ·efforts (comme précédemment, fig. oi), il faudra que l'accouplement des <leux machines se fasse sur une. seule manivclle, ou bien sur deux <lifférentes, si les circonslances l'exigeñt, mais toutes deux dans la meme posiliou. 11 est é,·iden t qu'alors les direclions propres de ces deux éylindres remplacent la comhi nnisou des manivelles di~lincte.s <lu prernier exemple. fi~. 61.

• ·1

Si les cylin<lres forment enlre eux un anglc aulre. que l'angle droit, comme·sur la fig. 61, on déterD)inc,ra les posilions relalives ,des manivelles .en ,sup1)osant.l'unc ll'elles au ,point _mort , et l'aulre perpen<liculaire a Ja· <lireclion .de 1>0~ cylihdre.

DISPOSITIO TS DIVERSES DE l\'IOUVEMENTS.

3t>i

I..'~nglc qu'-elles ·rormerorit entre elles ·será ·le ·cornplémenl 'négatif de celui' des yylindres . . .- ~insi, var exemple, supposons que les axes ·de~ cylindrcs formenl entre eux ·un :rngle de 1.20 degrés, les deux n;¡aniv.elles AB et AC seront calées a· 120 _ ·go ,.- 30°. · • Le. meme résultal sera obtenu en plac;ant· l'mie d'elles diamélralemenl oppo· . sée, en Ab. · '. Elles formeraient. alors ·un angle de 180 - 30 = 1.50 degrés. • Daos les deux cas, la réparlilion des efforls serait la mcme que pour deux crli_ndres paralleles avec les manivelles placées a a•n.gle droit. · Troisieme cas. Cn.1 onEs nour A BOUT. - 11 peut arriver que deux cylindres soienl. placés bout a bout, sur un axe commun; et actionnanl un meme arbre. . Dans ce cas, la conslruclion obligeañt a assembler les deux bielles sur un bouton unique, il n'y a pas conjugaison ; les efforls se manifestent simplement comrne pour une seule machine d'une puissunce double. Cette disposilion se présente par~ fois dans íles ·nrnchines horizontales, et en parliculier dans les appareils actionnanl des pompes ou des souffleries. · 1

,l\fÉ_CANJ~ME ,DES

l\lACIIINES

OSCILLANTES

. Les ;machines a vápeur · ainsi oésignées ont pom• príncipe la suppression de la hielle tlans l;:1 transformation du mouvement: laquélle piece est remplacée par le momement d'oscillalion donné a l'enscmblé du cy}indre et de sa tige, A part celle p~~·ticularilé, on pourra ·1eur applii:¡uer, ,saris réserves imporlanles, loules les' lois précédentes relaliYes _soit aux vitesses du pislori d ·de la rnanivelle, soit a Ja réparlition des efforts daos chacun ·des cas proposés: · · · ,· On allribue généraleme.nt; en Franée,' l'invenlion des machines oscillanles a'. M. C,avé, · mécanicien ingénieux . et ·cél'chre, .a· qui l'on · doit en· pártie .la construcLion oe nos prerñiers appareils im¡iorlanls appliqués ·a la navigalion, et des perfec11.onnements notables dans une·foule a.'objels níécaniques. On distingue deux syslcmes principaux dáns les· machines oscillantes :·· • 1. 0 • Les.•machines dont 'le centre d' oscillation est situé en- dehors du cylindre, ' . soil en dessous, sqit en ·déssus. : 2° ~Le~i ·machines dans lesqnelles ce . centre mcrne correspond· au inílieu de :la cburse du pislon ou :pre.s ·de ce point.· • ~ PREMrnR SYSTE~rn. - La fig. 62 repr~senle le tracé géométriqne d'nne machíne osciUáute donl le pojnt d'appui ou le centre· d'oscilJalion esl si_tué en dehors de· la; course. clu.piston. :. _:. . :. Oihvoit:qué ce sysleme·. consiste a ·fixer le cylindre A en un· poin t de ·rotalion· fixc e sur l'axe du mouvement, et d'apres lequel°il peut décríre un are de cércle: . . ' <l'upe_.cerlaine ·élen¡hie.Jl a. tige d u .pistorL esf alors reliée, sans in Lerm~diaire, a~eS lá manivelle,:de_ telle .fai;óJ1:·4ri~th1-~se;:dépla¡;ant dans .le cylindre et ' en rsuivant :4c· 1

358

l\i OTEUH.S A V APEUR' . .

cercle décril par le .bóulon · de lamanivelle, la ligne d'axe se cféplace ungulaire~ menl d'apres le poinl C, comme centre, en enlrainant le cylindre, qui oscille, par conséquenl, et vienl occuper toutes les posilions compriscs entre cclles extremes Ca el C b. Pour définir celle fonction, en la comparant a celle des machines a llielle, o peut dire que dans celle-ci l'axe Cb r'epréscnte 1me -vériFig. 62. lable bielle qui se rallonge ou se raccourcil. suivant. les posilions différentes de la manivellc s'ur 1c ccrcle qu'elle . décril; mais dans lous les cas la plus pelile longueur de celle bielle ne peut ctre moiodre que qualre fois le rayon de la manivelle ou de deux fois la course du pislon. Si l'on veut alors examiner avec soin la relalion entre les positions dn pislon el de la rnaniYell~, on, remarque que celle relalion se délermine fac ilemcnt a.u moyen d'c la lige du pislon dont la longueur, mesuréc du rnilieLrde l'épaisseur de ce dernier au centre du bouton l!le la manivelle, esl invariahlc. Ainsi, en divisanl le cercle décril par la manivelle en un ccrlain uombre de parlies égales, on joinl ces poinls par des ligues avcc le centre C d'oscillation, et des memes poinls de division on porte sur chacune des ligues angulair:es lru longueur géomélrique be de la tigc dn- píston; trai;ant. ensuile, par les poinls. oblcn.us, des ares de cercle, dll point C comme centre, les iulcrsections,de ces ares avec l'axe CB délermh1ent, en le¡; rapportant a eet . axe,_ les positions relalives du pislon el de la manivelle'. Si l'on réunit les memes points par une ligue conlinue, il en résulte une eourbe fermée cde( qui rcprésenle le lieu géomélrique de la marche <lu pislon pendant -un tour complet de ia. manivelle, avec la combinaison du mouvement oscillatoire. Ce tracé nous rno11tre, en résumé, que celle marche suit bien la meme loi que 1.lans les machines a cylindre fixe. La meme inégali1.é persiste .entre les de.ux, m@itiés de la course du pis-ton et celles de la manivelle . Les machines oscillantes, disposées. comm.e il vient d'élre . DEUXIEME SYSTEME. dil, ont l'inconvénienl grave que, dans les deux posilions m0yenne.s, la masse cntiere de la machine se trouve reportée: en dchors du centre de graviité, ce · qui donne lieu a des perturbalions dans la marche, par ces ruP.tures d'équilibre fréqucmmenl répélées. S'il n'en résulle pas. de perles réelles de travail, attendu que ce qui s'en trouve dépeusé en passanl de l'une des pm,ilions. obligues extrep:ies a lfa_~e vertical esl récupéré dans le mouvement inverse, il n'en est pas moins vrai que le& pjeccs en mouvement en ressentent des efforts atJ'clilionuels qui les usent etañs0rb:énl de. la puissancc par le frottement. . Ces motifs, et de certaines difficultés d'ajustemenl,, onl fait que ce sysl't>me,. qui,, d'aill_eurs, n'a guere été apQliqué que sur, des machines de faible puissance, est a1

DISPOSITlONS DIV.ERSES DE . MOUVEMENTS.

359

peu pres complélement rejeté aujonnl'hui. Mnis on emploic volonliers, meme pour des pnissnnces copsid.érables, .tes machines oscillat1tes <10:nt le <::entre du mouvement esl situé pres du milieu J-e la haulem· du cylindrc et se confond sensiblement avec le centre de gravité de la masse en mouvemenl. Tel est parliculierement le: sysLérne pni posé, il y '.a :prus de quarante ar~s / par M._Cavé, qui a e~'é cal~ ·un éand notnbre de hínchines· de ·ee ·gerire· sur. tóuteides di-mensions. . . : ' " : .': 1 • ·tá tig: 63•rcp1'ésd1le le· fracé · géorhél-rique d\ine rnachine de ce _systeiné. · ·.,, ·· ·1 · ·• ·' ·· 1 • ' ; ·,.: Le ·cerit-re C tl'oscillaliorn:oin~ide 'a-vec la posiliori"rrl'i~ Fig. 63. · • ·, a· • líen du piston, ce_qui ·esl le plus généra 1ement a opté; · 4uoiqu°lm puisse chércher a Je plticer sur le centre de '~'rnvilé m·áyeh · du cy.lindr~, du pislon et de la maní 'vé'lle; lenani corri¡'lle du·tlé<pÍacemenl de c·es-oi·ganes. ·. 1 ·' D'apres celté disposifion, le t¡·acé géomélrique ~ffed~é : c0mme •p récéaemment · don ne, . pour 'Íe iiéplacement du . p·istoñ, •úné coui•be ·cdG(aya nl la fÓrme réguÜere d'mi S dont les boucles sont d'aulant plus apralies que le - rap'·port .erilre le ray011 lle -la manivelle eUa ilislancc ·d:11 ce~'lre :: de ra.r bre a ,celui, d'.óscillalio:n d1u cylihdre 'estplt1s cónsr, :·J:érahler .. . , . · .,J);ms.le .cas ·ó t:de ,cenlr·e-d'oséilÍa-li0n -et '.Ja. ¡;osilióiúni,. lieu du pislon ne coi:ncider;:rienl pas, on ol.Jlientlrait enco re une courbe de méine forme, mais !'une des deux houcles du 8 serail un peu plus ferméc que l'aull'e .. 1 A la seule inspeclion du tracé, on voil que ce systeme perm_e t de réduire nolablemenl la ha11leur de la ma chine, puisqu'on gngne la longueur tolale d_' une bielle. Ponr avoir une idée dn résullal, on peut remarquer qu'une machi ne a mouvement direc l, wrnme celle représentée pi. 9, possedc une longueur totalé égale· it e~virori Ú fois la manivelle, d'ou il résulle que cellc acluelle, fig . 63, n'aurait comme plus g rande élentlue que 6 fois, approximativement, la longueur de la manivelle. Celte disposilion de machine oscillante, sans présenter les menies avanlages que les machines ü cylindre fixe, a trouvé néanmoins des applicaliou~ nombre uses, et parliculiercment _pour la navigation a vapeur. Ainsi, on sai.t qu'en Anglelerre, MM. M:rndsley et Penn ont exécuté de puissanles machines oscillanles accouplées, pour des sleamers marchant a l'aide de rones a palelles. M~L Nillus et l\iazeline freres, · du Havre, ont également conslruit, pour nolre marine cóliere et pour la marine de l'État, des machines semblaliles qui font l"admiration des connaisseurs par la régularilé de leur marche et la perfeclion des délails d'exéculion. Remarquons que la position du centre d.'oscillation a l'intérieur de la course a permis de conslruire de ces machines marchant horizonta lement, . ce qui n 'était poinl pralicable dans le premier cas. Tel esl le modele prése nlé a l'Exposilion, universelle de 1855 par M. Fauconnier. 0

360

l\lOT:EURS A VA'PEUR. ;. ,

•

...

RESUMÉ DES Pl\IN'CJ:PES GÉNÉRAUX 1

•

, L'ensemble des éludes cq~t~nues dans ce chapitre est rel_atif aux bases fonda: ménlales de l'élablisse~ent des moteurs a v_aP,eur, considérés sous le rapport des fonctions générale~, des principes· du calcul de leur puissance, des moqes d,iffé-: rents de disposilions el des circonslances . .qui accompagnent .la trans. . pai:ticulieres formation de la marche.du pislon. · .. 11 nous a paru utile, avant ,d'~ntr~r dans de plus amples délails sur la construc~ 1.jon de chacun des organes q~i composent ces moteurs, de donner au moins une idée des divers systeme~ proposés, en nous atlachai1_t surtout a ceux qui ont été le . plus généralement adoptés dans la pratique, el,sans nous arréler a quelques genres parliculiers qtii n'ont·qu'1:m :ffiédiocre intérét ou qui ne different pas d'unc rnapiere sensible des autres, et qui, d'aille4rs, ponr la plupart ont été a peu pres complélemcnt abandonnés. Appuyé s~r ces préliminaires qui ont mis nos -lecteurs il meme de reconnailre les fonctions des organ~s principaux; nous pouvons en faire maintenant une étude particuliere, en comme~<;ant par la parlie que nous regardons comme la plus essentielle : le mécanisme du tiroir et de la distribution.

_FIN

CHAPl'l'I\E

l'I\EMIEII.

CHAPITRE 1T Ml~CA~ISMES DE 0ISTRIBUTION

• ( PLANCHES

10, H

~2)

Ce chapilre est consacré tout enlier a l'étudc délaillée des organes erñployés a la dislribulion de la vapeur dans les moleurs fondés sur cet agenl physiquc, organes <l_ont on a vu précédemment les fonclions principales. II s'agil mainlenaut d'examine! av~c soin les conditions exactes de leur élablissement et ·les_dispositions différentes qu'ils sont susceptibles de prendre daus la pratiquc. Comme l'emploi de la vapeur présente deux modes différenls el caraclérisliques, c'est~a-dire l'admis~ion avec ou sans délente, de merne les appareils de dislribulion peuvcnt Nre classés eir deux gen res correspondants; cependant une merne disposition doit, le plus souYent, satisfaire a eelte do_uhle fonclion; d'autre fois, la distrihution ne peút produire que l'admission a pleine vapeur, ou opérer l'admi~sion a un seul dr-gré de détenle, ou bien, enfin, permetlre la dé tente a divers degrés et l'admission a pleine vapeur, ad libitum. No,us élablissons done, pour les diverses distributions de vapeur en usagr-, les dislinctions suivanles : 1° Admission a pleine vapeur sans aucune détente; 2° _Admissiou avee détente fixe, c'esl-a-dire a un seul <legré; 3° Admission avec dé ten te variable; 4° Admission a pleine vapeur ou avec détente, a volonté; 5° Disposilions qui ne peuvent produire que l'un des deux modes exclusivement. Ce sont ces divers syslernes que nous allons décrire successivement avec détails, en monlrant les particularités qu'ils renfermenl, les propriétés dont ils jouissent, et en faisant voir les ~écanismes qui ont élé imaginés et ·mis en pratique pour remplir les meillcures conditions. · Nous nous atlacherons principalement a l'étude des tracés géométriques au moyen desriuels on parvient a combiner les diverses parties d'une distribution et a en apprécier les effets, élude qui présente parfois des difficullés sérieuses lorsqu' on n'y est pas encore initié.

362

l\JOTEURS A VAPEUH. . .

DISTBIBUTIONS SANS DÉTENTE TIRO IR Sli\IPLE COi\11\iANDÉ PAR UN EXCENTRIQU E CIRCULA IR E

( FIG. ~,

PL.

~0)

Ainsi qu'on a pu le voir par la description de la maobine type, pl. 9, l~rsque la dislribulion de la vapeur dans le cylindre est opérée sans détente, c'est-a-dire que l'admission s'effectue sans interruplion pendant la course enliere du piston, on_fait usage le plus généralemenl <le la piece appelée le tiroir, d'une constrnclion extrememenl simple et qui csl commandée par un excentrique circulaire, dont les effets sonl absolument ceux d'une manivelle ordinaire. Le$ fig. 1 el 2 de la pl. 10 représeulenl le tracé gé:Omélrique qui permet d'étudier les efféts d'une pareille distribulion, dans le$ condition$ mei:nes de celle apparte,... nanl a la machine· représentée pi. 9. La figure 1re représenlc, a· l'é.chelle de 2/i$, la table A $lll' laquelle glisse le füoir et ou viennent déboucher les trois caoaux B, B' e.t .C , correspondaot a l'inlérieur du cyliodre el au milieu d'é.chappeme1Jt. Le tiroir s'y tr.ouve. figuré par un senl trait fort ·DE FE' D' suivant son profil en coupe longitudinale~ La fig. 2. représenle, mais a l'échelle d.e 1/10, le. ceJ'Cle décrit par la manivelle moldee, mis en rapport avec la lnarche de l'e.xoenl'.l;ique, figurée. par la ',:i·rcopfé-,rence lracée avec le rayon d' excentricite ( p. 318). C0NDITIONS DE MARCHE ET DIMENSIOl'iS D.U T1n:orn. - En énumérant les pr0prié~és générales du tiro ir simple, nous avons <lit que s.á. longueur e,l,Lérieure D D' dev~üt cor~ respondrc a la distan ce extreme des -0rifice.s B e.t B', et que la Jar¡¡;,eur DE ou D' E; desbandes élail celle de ces mémes orifices. Ceci n'est ~xact q.u'en lhéorie, atlendu qu'il existe en pratique cerlaines condltions a rempfü qui e~igent des mQdifications que nous allons foire connailrJ), Si nous prenons pour hase celte donnée théorique,, on s.ait que le pislon se ,lro.uvanl a l'une ues exlrémités de sa course, le tiroir est juste au milteu d.e la. sienne, et ferme, pur conséquent, les deul orifices: d'ou il s.uil ,q.ue l'adri:ús,sion eJ Í'é.c happe.uient sont complétemenl interrompus. Or, si les bandcs n'avaient que juste la la.rgeur des ol'i.fices B el B', on ne pour~ rait pas compler sur l'exaclitude de ce ré-sullal ~ l'abseo.ce de reaouvrcment pourrait faire ·qu'rl y eñl communicalion, pendant un court ins.tant., entre l'intérieur de la hoile de Jislribulion, qui est en libre rappoTt avec le géné.rateur, el le. vide )ntérieur du tiroir, qui est constamment en commuoica.tion avec le milieu d'échap,perne11 l par I' orilice C. _ Cene premíere remarque conduit done a donner au.x baudes du tiroir un peu, plus lle largeur qu'aux orifices pour produire un recouvremenl, et passer avec surelé le momcnl de lransilion e11 empcchant des passages désordonnés de la vapeur. O'aulre part, nous avons dil que l'excenlrique était callé d'équerre avec la maní-

•

MARCHE ET DIM.ENSIONS DU TIROIR.

363

velle, ce qui fer.ait correspon<lre rigoureuse-rnent le milieu de la course du tiroir avcc les extrémités de celle du piston. Cetle conditio.n n'est pas non plus exaéte, car, s'il en élait ains'i, ·en tenant compte surtout du recouvremenl des han des sur les ori1ices, le pisfon, se mettarit ·e n marche, effectuerait tine notable po.r tion de sa course sans recevoir l'aclion de la vapeur, et, ce qui serait plus ñuisible, sans qu'áucune issue ful offerle a l'échappement de la vapeur passive ·du coup précédent. En considération de cette importan le remarque, on s'arrange, au contraire, pour que le liroir ait déja découvcrl l'orf{ice d'aclmission, et celui de l'échappement; avant le départ dii piiton de chacune de ses extrémités de course, ce qui revi·ent a modifter l'angle de -callage d-e l'excentrique, c'est-a~dire a: clonnm· de l'avanue. On a construit, dans !'origine, bien des m_achi,n es ~ vapeur sans donner tl'nvan~ au Liroir de distribution : on a été longtemps S'UilS en comprenclre 1'importance; ce · n'a été, uous le croyons, que depuis l'emploi des locomolÍves, -c'est-a...dire des machines a grande vilesse, que l'on a appris réellement a bien régler la positron et le jeu des 1iroirs. On Yerra, en effet, que plus une machine marche vH-e, plus il est nécessaire de don.ner de !'avance au lirofr (1). · Par I'éhrde du tracé gé-Omélriquenous verrons c-0mment on déte1·rnibe faci-lement 1~angle d'avance qui joue nn. nile si important dans la marche des dist~ibulrons. Mnis nous pouvons déja trouver les dimensions réelles du tiroir et fixer l~ ~aleur linéaire de !'avance a l'introduction et a la sortie de la ·vr1penr. Les ,c ondiüons completes d'un "tiroir simple sont dé'terminéeS' d'np-res la largear de l'u.n des ,orifices d'admtssion et de celui d'e l'échappement, d'oi) I'on détJuit : J-a largeur des .bancles., !'avance a l'introduction, !'avance a la sorlie, la longueur to tale du 1iroir et sa course. Il faudrait deme fixer d'avance la dimension dé eet orifice; mais pour cela i.l fc'l!ut Go1ma.itre les effets du tiroir, ce que le tracé géométrique ~eul nollls appre'n¡Jra. Nous le sopposerons done pour l"inslan t connu et donné; 'ren'est que pllrs ta1·d, en traitanl 0.es proporti0ns des parties principales d'une machine a vapeur, que 11ous indiquenms ce qui est rclatif aux orífices. Les oritkes de distrihution .sont généralement rectangulaires, et, a ce tilre, les dimensions linéa.ires. peuvent varier pour une meme superficie. La dimension ql1e. nous coNsidéro:ns actuellement est celle, ordinairement la ph1s petite, qui se trouve disposée· smivant la marche du firoir. l.e probleme se résume done ain&i : étanl clonnées la largeur de l'un des deux orífices Bel celle de la lumiere C de l'échappement, dét-erminer d'abord Ía · largem· d'une hande et la longueur du tiroir. Le liroir occupant juste la position milieu, tel qu'il' est indiqué en DEFE' D', fig. fre, les deux orífices B el B' sont symétriquement recouverts par ies ' baindes dont la largeur est par conséquent égale, plus un certain recouvrernenl de chaque 0

(1) Nous croyons que c'est au mécanicien anglais Gcorges, qui a péri si malhcur;eusement !lans la oataslrophe du cbemin de fer de Versailles (rive 1:auche) en i842, que l'on doit les premieres a:pplications de !'avance du liroir dans les machines locomolives. Ayant eu l'occasion de le l'Oir souvent de l8.IO a. i842, il nous en a parlé plusicurs fois comme étant le premier qui, sur la ligne de 'Sainl-Germain, avait modiflé, sur les machines qu'il élait chargé de conduire, le reglement des tiroirs, et qui oblenai1, par ce simple changement, des avantages marqués par rapport aux m,Jchines des autres conducleurs.J

364

MOTEURS A VAPEUR.

colé pour les moli(s ~xposés ci-des.sus. La lnrgeur de c~1aque bande excede done celle de la lumiere d'une quantilé que nous admellrons, pour l'inslant, égale a un dixieme de la largeur de l'orifice. Lorsque ce tiro ir aura marché d'une cerlaine quantilé, soit dans le sens de fa fleche en F, en quitlant celte position moyenne, ilarrivera un moment oú les deux orifices B el B' seronl simultanément découverts : l'un B, pour laisser passer la ,·apeur dans le cylindre, elTaulre B', pour permellre a la vapcur neulre de s'écliapper en passant par l'intérieur du tiroir et par l'orifice central C. l\Iais ces deux fonctions, au lieu d'elre exaclement simultanées, doivent au coiltraire présenter une avance rclalive en faveur de l'échappement; c'est-a-dire qu'il a élé reconnu nécessaire que la vapeur qui á terminé soil actibn commence a sorlir du cylindre avant que de no{ivellc vapeur s'introduise de l'aulre cüté du piston. Pour obtenir cct effet, il suffit de partager inégalement l'exces de large,u r de la bande·sur l'orifice, le tiroir pris dans la position milieu. Il s'ensuit alors que, si nous considérons, par exemple, l'arete D el celle E', qui vobt délerminer, le 1iroir marchant, l'ouverture de chacun des orífices Bel B', celle D élant arrivée en correspondance exacle avec le bord de !'orífice B ou barbe-a-barbe, !'arele E' aura découvert l'orifice B' d'une quantilé égale a l'inégalité du recouvrement, puisque la marche est égale pour ces deux aretes D et E'. Ce résullat, sur lequel il esl inu'tilc d'insister, comme élanl pour ainsi dire évident, a lieu indépendamment de l'avance ahsolue a l'introtluction oblenue par l'angle de callage,. ce dont nous allons parler bientól. Mais en fixant les conditions qui permeltent de l'atteindre, on possede tous les éléments nécessaires pour déterminer la dimension du tiroir et sa course. En effet, la moilié de la course du tiroir sera accomplie lorsque, partant encore de la position milieu, l'orifice B sera complétement découverl; et pour cela, il faul que l'an~te D parcoure la largeur de l'orifice B, plus la quantité dont elle déborde cet orifice, c'esl-a-dire du plus gmnd recoibvrernent : done, cetle derniere quanli~é 1rouvée, la demi-course le sera aussi, puisque la largeur de l'orilice esl donnée. Pour trouver ce plus grand recouvrcment ou la quantilé dont le tiroir dépasse extérieuremenl chaque orífice au milieu précis de sa course, il faut seulcment considérer que, si le recouvrement intérieur était aussi grand que celui extérieur, la largeur de la bande serait augmentée de l'avance relative a la sortie, d'ou les deux recouvremenls égaux auraient chacun pour valeur la moilié de la différence des larg·eurs de la bande, ainsi augmenlée, et de l'orifice. Si nous désignons alors par · R le plus grand recouvrement cherché; l, la largeur de la bande; o, la largeur de l'orifice; a, !'avance relative a l'échappement, nous lrouvons pour .le plus grand recouvremenl:

MARCHE ET DlMENSIONS DU TIROIR.

365 Par conséquent la délermirialion de la demi-course du tiroir revienl it la regle suivantc : .

ª·

On ajoute la largeur de la bande du tiroir l'avance que l'échappement doit présenter sur l'introduction, et de cette somme on retranche la largeur de l'orifwe; la moitié de c.~tte différence , qui est la valeur du plus grand recouvrement, étant ajoutée a la largeivr de l' orifi'ce, clonne la clemi-course clu tiroir.

Pour bjen fixer les idées, nous prenons l' exemplc représen té fig. 1re, pl. fO, dans lequel cbaque ori~ce B ou B' a 30 millimetres de largeur, et · la bande (\u tiroir 33. . Ayant adrpis qu~, du cólé de l'échappement, l'orifice soit découvert de 1 millim.elre avant que l'introduclion commence, nons frouvons alors pour· le plus grand recouvrement: _ l + a - o _ 33 + 1 - 30 R - --2-- = 2· 2

- , EXEMPLE.

Celte valeur, ajoulée a la largeur de l'orifice, donne alors 32 millimelres pour la demi-course du tiroir. C'est aussi le rayon d'excentricité, le tiroir étant commandé direclement par l'exccnlrique, ainsi qu'on l'a vu précédemment. Quant a la longueur lolale du tiroir, oulre que le simple tracé exéculé dans les conditions ci-dessus suffit pour la déterminer, on peul aussi ta lrouver numériquement avec facililé, puisque celte lon-gueur est égale a la distance exll'eme des orificés plus deux fois le plus grand recouvrement. La distance extreme des orífices esl composée de la somme meme <les trois orifices B, B' el C, plus les inlervalles qui les séparent; ces intervalles ont eux-memes pour valeur minimum la largeur des b¡rndes du tiroir qui doivent s'y juxtaposer aux points extremes de la course, sans déborder sur les orifices. Done, dans nolre .exemple, ou les intervalles des ol'ifices ont 35 millimetres el l'orifice central C = 40, la longueur totale du tiroir esl égale a : (2

x 30) + (2 x 35) + 40 + (2 x 2) =

174 millimctres.

Si l'on en retranche les deux bandes, il reste pour le vide intérieur : 174 - 2 X 33 = 108 millimelres. REMARQUE. Lorsque nous disons : la largeur des inlervalles qui séparent les orifi,ces, il n'esl pas nécessaire d'admellre que celle largeur soit attribuée a des épaisseurs ~e fonle correspondantes, ca1· celles-ci pourraient etrc d'une épaisseur inférieure a la largeur des bandes, en les réduisant du cólé de l'orifice central C. Le résultat réel a obtenir est que les bandes, en débordani a chaque fin de course sur l'orifice CE)ntraJ, lui laissent néanmoins une largeur suffisanle. En pralique, on cherche a réd4ire autant que possible cetle largeur, afio de ne pas avoir <les surfaces de tiroir trop grandes. C'est lorsque les dimensions du tiroir sont AVANCE ABSOLUE A L'1NrnooucT10N. ainsi ~élerminées, qu'il esl possiblc de fixer la quanlilé <l'arnnce totale, ou l' angle de callage, d'aprcs !'avance absolue a l'inln;>duction.

366

MOTEURS A VAPEUR.

Celle quanlilé d'avance absoluc n'a i'ie1i de thé"oritjue, et change méme avec les principaux syslemes diITérents de rqoteurs. Avant de rechercher ce que l'expérience enseigne pour chaque cas parliculier, nous admettons la valeur adoptée générale1nenl pour les machines analogi1es, comme espece et comrne puissance, a•celle représenlée pl. 9, donl la fig. 1'ª, pl. 10, est la distribution. Dans cet exemple, !'avance absolue a l'inlroduclion ou la quantilé d'ouverlure réelle, que nous désignons par i , est fix~e a 1,o millimelre, c'esl-a-dire qu'au momenl ou le pislon arrive a l'exlrémité de sa course~ l'orifice qui doil fournir de la Vr,lpeur pour le coup prochain. est déja découvert de celte quantité. D'apres e~ qui vienl d' elre dit, l'orifice d'échappement est alors découverl de 1 millimelre de plus, soit 2 f /2 miilimctres. Par conséquenl, le pislon é!ant a l'extrémilé de sa course, le tiroir n'est plus atl milieu de la sienne, comme cela a été dit, et ainsi que cela aurait lieu, s'il n'existail ni recouvrement ni avance. Le tiroir est, au contraire, dérangé de sa posilion cenh·ale d' une dislance égale a fmil1.5, !'avance a l'inlroduclion, plus2 millimelres, la largcur du recouvrement extérieur, soil 3mm. o. Son déplacerncnl to tal, désigné par A, peut done etre exprimé ainsi: A

R+ 'l,.

l+a-0-1-i·.

Celle avance linéaire tolale détei<mine alors l'angle d'avance, c'esl-a-dire les posilions relatives de la manivelle et du rayon de l'excenlrique, figurant celui <le· la pelite manivelle fi'clive µonl on a expliqué la fonclion ( p. 318). · En effel, ces deux manivelles, qui élaient siluées a angle droit lorsqu'on ne tenait pas comple de l'av,.mce, forment maintenant mi angle oblus -composé d'un angle de 90°, plus un angle aign qui a l'avance linéafre A pour si.nus, mesu·r é sur le cercle décrit par le centre de l'excentrique. C'est une clétcrminalion qu'il est tres-facile d'oblenir en tra<;ant, .par exemple, du poinl a, fig. trc, formant l'intersecti.on de l'axe GH avec le plan des orifices, un cercle d'un diamelre égal a la course du tiroir. Prnjetant le centre a' de celui-ci dans la posi lion de l'a,ance, en a2 sur le cercle, ce point a 2 devient le éenti·e de l'excentrique et aa2 le rayon, qui délermine ainsi, avec celui ma, l'ang·le total d'avance maa2 • Ceci est évident, puisque le rayon ma représenlc Ja -posilion de la -manivelle quand le pislon esl a l'extrémité de la co.ur-se correspondant a l'orifice B. Mainlenant il est aisé de voir que le meme .effet se....:repr-0duira poar-la phase opposée d~ mouvement.: car, lorsque la manivelle sera parvenue en m', le centre de l'cxoentrique se lrouvera en a3 , correspo:nclant au c~ntre d-n tirofr r-amené- d'une meme avance de l'aulre cólé de l'axe GH. Ajoulons que, si la commande du Liroir a lieu a l'aide d'un mécanisme qui renverse le mouvement une fois, comme on l'a supposé dans la disposilion de la machine ty.pe, pi. 9, le centre de l'excentrique devrait alors se trouver en a3, a l'exlrémilé opposée du meme diame.Lre que le premier a2 •

MARCHE . ET DIMli:NStONS D,U . TIROIH.

36i

ExPREss,oN GÉ.N~MLK DE LA counsE ou nirnm. -- La regle ci-dcss.us m<liquée pour tro~1ver la delI)F-course dU tíroir fournit tout naturellement la course enliere, et pe1:met de-plus de-lui assí:gncr· une expression générale facile a relenír. II arrive souveJlt que les dimensions d'uu tíroír el celles de la disposition des orífices étant données1 on cherche quelle <loit étre sa course en ménageanl !'avance né;c essaire a l'in lrod uclfon de l.a vapeur. Au m0-yen d'un tracé, comme fig. 64, on met le liroir en regard des orífices, le profil du tiroi1: élant parfois tracé sur uue bande de papier ou <le mélal mince pour pouvoir se dépl-ac.ér a volonlé. · L'uyunt ainsi placé a.vec le degré d'avance .c onvenable a l'introdnc_:tio.n, on posFig. 64 . s.ede alors comrne données pouvant servir a trouver laoourse: l'avanoe i a l'introductio.n, !'avance s a la sorlíe, la largeur l d'une ,bande, la largeur o d'un ori-lice. Sans fairc de lraéé, qn !ro.uvera facileme,n l la course en faisant le raisonnement suivaat. On a vu précédemment que la demi-course, ou 1/2 h, a".ait pour va}e1.1,r le plus granll recouvrement, plus la largeur de l'orifice, soit :

1/ 2/t =

a- o 2

+ o;

.La coqrse eofüwe égale done : h

= l + a - o+

Maís a repr.é scnle la différence des avances

+a+ o.

a l'entrée et a la so.rlie, soil:

a= s - i. '

• Par conséquent, ·fiúsant la subslitu lion dans i'équafüm précédente, tl víenl : h

=o+ l + s - i.

Celte derniere expression de la cours-e d'un tiroir est alors généralisée ainsi : a la largeur d'wne bande, plu,s cetle d'un or·ifice, plus l'avance absolue a la sMlie moins l'avance absolue a l'introdiLction. Nous allons <lonner un exemple· de cetle regle, 1res-simpfo et d'une grande rrtUtlé pour l'intelligence de la marche d'un ti-roíT ordínaüe. PnEMIEJ.R EXE~IPLE. - Quelle course Joíl effectuer un tiro'ir dans les can<litions suivantes : La CO'l:1,rse el'un tiroi-r est égate

Largeur de l'une des bandes .. .. .. .. ..... . - 45 millimelres. d'un oritice.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o » 35 Avance abiwJue a l'inlroduclio11....... . .. i 2 » » a hi. sortie. . . . . . . . . . . . . . . . s - 5 '

Solution. - On trouve: h

•

4~ ..¡,.. 35

+5-

2 :::;:: 83 mi}'limelres..

368

MOTEURS A VA-PEUR ..

. Quand nous donnerons l'étude complete des dirnensions d'une machine a vapeur, uous ferons· voir commenl, apres avoir fixé les dimensions des orífices, on d'o it délerminer les degrés d'avance a l'enlrée et a la sortie, suivant le genre du moteur et la vilesse, el, .par suite, régler la largeur des ·bandes du tiroir.' ' Les clirnensions du tiroir et les con= TRACÉ GÉOMÉTRIQUE DE LA MARCHE DU TIROIK. ditions de marche. étant connues, il est de la derniere imporla·n ce d'en étudier les effGls comparés aux. mouvements du piston, autremenl dit de déterminer leurs rapports de posilions réciproques achaque instanl. . C'est une recherche qui ne présenlera aucune d-ifficullé, connaissant les posilións J!~latives de la manivelle et de l'excentrique, et en remarquant-que le tiroir se meut e-xaclemenl. suivanl la mc~e loi que le pislon, chaoun d'eux étant commandé par un semblable mode de .transmission de mouvement. · A cet effel, nous lrai;ons du point a, lig. 2, un cercle avec un rayon am égal, a une cerJaine échelle (soit au i / fO ), a celui de la manivelle; puis, divisant ce cercle; en un cerlain nombre de parlies égales qui représentent les posilions successives· de la manivelle de aO a aO',, ele., on lrar,e par les mémcs points, avec la lo.ngueur de la bielle pour rayon, des ares de cerclcs qui <lonnent alors sur -le·diametre 00'' les posilions correspondanles du pislon (voir la meme opéralion fig, 5, pi. 9). Ces posilions sont ainsi indiquées fig. fre, au-<lessous de la table des orífices. Du méme centre a, Hg. 2, on lrace ensuile un cercle égal a celui décrit par le centre de l'excenlrique ou a la course du tiroir. (Pour rendre le tracé plus sensible, ce cercle cst a l'échelle de 2/ 5, comme le délail fig. fre, ce qui ne cbange rien aux rapporls cherchés et c<;>nduira aux meme1, résullats que s'il élait a la me~e échelle que le cercle de la manivelle.) Comme l'excentrique est solidaire de la manivelle, il P-xécutera simullanément les mcmes mouvcmenls angulaires; muis ne se trouvant pas sur un méme rayon, la division n'aura pas le meme point de départ. Par conséquent, la manivelle étant en am, le centre de l'excenlrique se trom·e en a2, sur le diamelre meme a 2 a 3 , conformément a I'angle de callage, et la division du cercle doit etre faite 'd'apres ce diamelre, comme point de départ. C'est ce que montre le tracé ou l'on voit, par la correspondance des chiffres, les posilions successives· occupées par le centre de l'excenlrique en meme temps que la rnanivelle sur le cercle qu'elle décrit. · La marche du tiroir sur la table des orifjces pourrait done ctre représentée par la meme méllJode que cclle ~u pislon, puisqne la donnée primilive, un .cercle divisé, esl la meme dans les deux cas; mais nous opérons ici d'une fai;on qui rendra les effets beaucoup plus sensibles. . ous avons tracé, au-dessus de la table A, fig·. fre, une sér-ie de lignes paralleles et équidistaules 1-9', 2-8', ele. , qui représentent juslement cette meme table aulaul de fois que nous voulons observer de posilions différentes du liroi1·, et suivant le nombre de <livisions du cercle et de positions du pislon. Pour compléter ce tracé, on a ensuile projelé les areles des trois orífices B, B' et C, par les 1\gnes D D2 , E E 2 1 e e', {{', E' Eª et D' D3 • l\fainlenant du point a, fig.1 re, on trace le cercle de la course du tiro ir en y repor-

•

1\IARCHE ET DIMENSIONS DU TIROIR.

369

lant les memes divisions que fig. 2, mais qui ne sorrt pas indiquées ici pour éviler d'embrouiller le tracé. Ces points de divisions, projelés alors sur les lignes paralleles a la table des orífices, en observant bien la coi:ncidence des numéros de position, y déterminent celles successives du centre du tiroir, en correspondance avec celles de la manivelle et de l'excen_trique, et par conséquent du piston. Ces points de projection peuvent etre aussi réunis par les deux courbes a' be et cela', qui déterm-inent cetle marche du centre du tiroir <lans les deux sens de son mouvemeni, el pour toutes les positions intermédiaires a celles des divisions adoptées. l\lais si, d'aprcs l'une des courbes a' be de la marche du centre, on reporte les dimensions du tiroir sur cbaque ligne horizontale 1-9'; 2-8', ele., on obtient, en résumé, les situations exactes des bandes par rapport aux orífices, ce qu'indiquPen effel la fig. 1re, sur laquelle les positions successives du tiroir sont rendues sensibles au moyen de teintes en arrachemeut pou · les bandes. Seulement il faut noler que le tracé n'esl complet que pour wn cowp simple, c'est-a-dire un demi-tour de lu manivelle, et, par conséquent, de l'excentrique; mais il est facile de comprendre ce qu'il resterait a faire pour une évolulion complete; car, la courbe a'bcindiquanl la marche du tiroir quand le piston se déplace de OO a 0'0', il est clair que l'aulre courbe e el a' indique la méme chose pour la marche in verse du piston de 0' O' a OO. Ce tracé, qui ne peut etre d'aucune ulilité au point de vue de la construction dn tiroir, ses fonctions étant connues d'avance, est au contraire d'une tres-grande commodilé pour éludier ces fonctions, et applicable a tout autre mécanisme de commande que l'excentrique circulaire. A l'aide de la fig. 1re, nous pouvons suivre sans peine et avec cerlitude la marche du piston et celle du tiroir qui doit luí laisse1· arriver la vapeur. Faisons ohserver, toulefois, -qu'il existe une légere inexactitude par ce fait qu'il n'a pas été tenu compte, pour le tiroir, de l'obliquilé de la barre d'excentrique (p. 319), qui influe comme celle de la bielle motrice; mais le rapport entre sa longueur et le rayon d'excentricilé est ordinairement si grand que celte influence peut ctre négligée sans aucun incouvénient. Examinons done les rapports de position du piston et du liroir au point de vue de l'ouverlure progressive des orifices d'introducliou et d'échappement. Le piston étant a l'extrémité de sa course, en 00, fig. 1re, le tiroir esl a son point d'avance, comme l'indiquent les parties teintées pour les bandes sur le plan 00 des orífices; Le pislon marchant de OO a 1-9', ce qui correspond a 1/ 20 de la circonférence (lécrite par la manivelle, le tiroir a marché dans le meme sens et découvert l'orifice d'introduclion B d'environ les 4/10 de sa largeur, ce qu'il est aisé de voir par l'indi~ . calion des bandos en arrachement. sur la parallele 1-9'; Le piston parvenu en 4-6', soit environ les 4/ 10 de sa course et 4/ 20 de la rota~ tion de la manivelle, le tiroir a complélement découverl l'orifice, qui reste sensible~ ment ouvert en plein des positions 3 a 6, soit, pendant un parcours du pislon un peu moindre que de la moitié de sa course to tale. . En conlinuanl la meme observalion, on yoit que le liroir, apr~s avoir alleinl le · milieu de su course, reparten sens in verse <le la marche <lu pislon, et que, par l'el'· 47 1.

370 MOTEURS A VAPEUR. fet meme de l'avance, il ferme complétement les deux orifices pour l'introduction et l'échappement, entre les positions 9 a O', et tres-pres de celte derniere : d'ou il résulte que toute communication e;xtérieure est interrompue avec le cylindre dans cette meme période, mais qui est extremement courte et qui corresponda moins d'un centieme environ de la course du pislon, et de 1/ 40 du cercle décrit par la manivelle. En résumé, .le croisernent des mouvements du piston et de la manivelle fuit qu'au déparl le pislon engendre de faibles volumes, tandis que le tiroir découvre rapidement !'orífice. Dans la posilion médium du piston; ou il marche rapidernent, le tiroir est, au conlraire, a son solstice (que l'on nous passe cette comparaison), et finalemeul la vapeur peut affluer avec assez d'abondance pour saturer l'espace et élablir convenahlement la pression, sous la réserve toutefois que la dimension générale de l'orifice soit elle-meme suffisante . Mais, si ceci est vrai pour le cas d'un tiroir simple, l'admission de la vapeur ne se trouvant pas interrompue d'une autre fa<;on, en sera-t-il de meme lorsqu,'il y a detente, et qu'un organe indépendant du tiroir principal vient arTeler l'affluence de la vapeur, lorsque le tiroir n'a souvent découvert l'orifice que d'une faible portion, suivant la position du piston choisie pour opérer la déteute? Sans résoudre, quant a présent, ce probleme, nous pouvons affirmer que la marche progressive d'un tiroir n'est pas sans inconvénients, et qu'un mécanisme ( et il en existe) qui perrnet l' ouverture et la fermeture presque spontanée des lumieres de distrihution, surlout l'ouverturc de l'échappement, a-incontestablemenl des avantages marqués sur celui dont nous venons de nous occuper. Une derniere remarque reste a faire a l'égard de l'iuégalité des deux moitiés de la course du piston, a cause de l'obliquité de la bielle, circonslance dont on a vu qu'il avait élé tenu compte en faisanl le tracé. II esl évident que, pour une dislribution, comme celle-ci, a pleine vapeur, ceUe inégalité n'a pas d'influence, puisqu'elle ne trouble pas la régularité t.le la marche du tiroir, quant aux points.du départ, aux momenls ou !'avance a l'introduction doit se manifester . . Cette influence est au contraire sensible, ainsi que nous le montrerons, lorsqu'il s'agit d'opéref' une détente en :un point quelconque de la course, qui doit etre une parlie exacte du volume engendré par le piston. SIMPLIFICATION DU TRACÉ GÉOl\JETRIQUE PHÉCÉDENT (fig. 3).-Lorsqu'on se livre a !'examen pralique de la marche d'un tiroir, on fait usage d'un tracé tres-simple dont la fig. 3 de la pl. 10 pourra donner une idée complete. Apres avoir, comme précédemment, tracé les cercles qui représentent la course de la manivelfe et du tiroir, a une mcme échelle ou a des échelles différentes, peu importe, on fail la division de ces circonférences d'apres les points de départ respeclifs de la manivelle et de l'excentrique, suivant l'angle d'avance; mais, au lieu de conserver a Ía manivelle sa position réelle au point mort, on l'avance d'un quarl de cercle, comme si le tiroir était mis en mouvement sur un axe placé perpemliculairement a celui du piston. Ainsi les positions relatives réelles de la manivelle et

MARCHE ET DIMENSIONS DU TIROIR.

371

de l'excentriqne étant arn el ac¿2, fig. 3, comme dans le premier exemple, fig. 2, on conserve celle a2 de l'excentrique, et on amene le centre du bouton de la manivelle en G, qui d~vient le point O. Les dcux cercles étant divisés d'apres cette supposition, on mene, par les points de division du cercle de l'excentrique, des lignes paralleles a l'axe GH, et par ceux du cercle de la manivelle des parallcles au rayon arn. Ces deux syslemes de lignes perpendiculaires les unes aux autres déterminent par leurs interseclions, correspondant chiffre pour chiffre a la double division des deux cercles, une série de points qui, réunis par une ligne continue, forment une ellipse GllIJ, Jaquelle est un lieu _géométrique des positions relatives du tiroir, et possede a ce litre les propriétés que nous allons examiner. Pour· pouvoir, a l'aide de ce tracé, étudier les positions relatives de la m;rnivelle et du tiroir, on trace, tangentes au cercle qui corresponda la course de ce derníer, 'deux droi tes AD et A' D' qui représenteut chacune la table des orífices pour les deux phnses du rnouvement. D'apres la disposilion meme de la figure, la marche clu tiroir est, en effet, parallele au rayon arn, et le centre a2 de l'excentrique est rapporté, comme repere, a un point quelconque de la longueur du tiroir . .Suivant la fig. 1, ce point a2 correspondait au centre du tiroir, tandis qu'ici, fig. 3, il se rapporte a l'cxtrémité de l'une desbandes. Par conséquent, si ce point c¿2 était sur l'axe général G H, l'extrémité de la bande s'y trouvant aussi, !'ensemble du tiroir occuperait juste sa position centra le, et la bande déborderait chaque orifice correspondarÍt clu plus granel 1·ecouvrernent, comme en DE FE' D', fig. 1. Done il faut, pour mettre chaque o,rifice B ou B' en rapport avec les conditions du tracé, fig. 3, les indiquer tous drmx a droite et a gauche de l'axc G H a la distance de ce plus grand recouvrement, puisquc, dans les deux sens du mouvement, le bord intérieur de la bande doit coi:ncider avec cei axe qui cl')rrespond lui-meme a la position centrale d11 tiroir. Si l'on examine la fig. 3, on voit qu'en effet le point a2 est juste dans la position de !'avance a l'introduclion par rapport a l'orifice B, et que celui a 3 correspond a l'extrémilé de la bande opposée par rapport a l'autre odfice B'. En résnmé, c'est comme si la longueur du tiro ir était réduite a zéro, et qne les deux orifices füssent en conlact; et s'il n'existait aucnn recouvrement, ces deux orifices partiraient en effet tous deux de I'axe G H du mouvement. Maintenant, soit dopné de trouver la position de la bande du tiroir dans la période dn mouvement ou l'introduction a lieu par l'orifice B, la manivelle étant an point 2 de sa circonférence. Il suffit d'abaisser de ce point une perpendiculaire 2-2 a l'axe G H, et par son intersection avec l'elli pse de mener une parallele a ce meme axe; cette parallele correspond, sur forifice B., au point b, qui est la position cherchée de la bande cln tiroir en cet instant. Lameme opération peut.se faire pour tout autre point de 1~ circonférence décrite par la manivelle, en observant, bien entendu, que pour tous les points choisis sur la demi-circonférence clescenclante, süivant le sens de la rotation indiqué par la fleche,

3í2

:MOTEURS A VAPEOR.

le!? positions trouvées se rapporten la l' orifice -B, et, pour la derni-circonférence mon-

a. l' orifice B'. Les indications de ce tracé seront facilemenl compl'ises, surlout apr~s avo ir é•tudié, comme on l'a fail ci-dessus, les rapports de positions entre la Ínanivelle el le pislon. 11 est évident que, si l'on veut tenir comple de l'obliquilé de la hielle, les positions relalives du tiroir et du piston élant toujom:s le hnt de la recherche, il foudra que le point choisi pour la ·manivelle soit déterminé, non pas d'apres une di,i5ion égale de la circonférence, mais directemenl d'apres la posilion du pislon, en procédant comme nous l'avons faitjusqu'iÍ présent a cet égard. Faisons encore remarquer une par_ticularité caractérislique du tracé quant tl J'ellipse GIHJ. Cette courbe présente une certaine obliquité par rapport a. l'axe GH, ce qui provienl exclusivement de l' angle cl'avance. 11 est en effet évident ·que, si J'excenlrique était callé d'équerre nvec la manivelle, les points de départ de la division des deux cercles seraient situés st1r des diametres communs (la maniyelle élant avancée de 90°) et le grand axe de l'ell-ipse correspondrail précisément ~l l'axe GIL On obtiendra encore les memes résullals que précéSurrnESSION DE L'ELLIPSE. demment, meme en supprimant l'ellipse, dont il n'a été queslion ici que pour fai_re connaHr~ son emploi daos ceüe circonslance, el qui a été proposé, il y a déja .Iongtemps, par des ingénieurs de mérite (1). Celte suppression va nous permellre, en rn cme temps, de conservera la maniveHe et a l'excentrique leur rapport exact de posilion, c' est-a-dire que le centre de l'excentrique élanl encore en ci2, le rayon de la manivelle sera représenté par am, directement suivanl l'angle de caHage·. Conservanl done !'ensemble du tracé, moins l'ellipse, proposons-nous Je résoudre le m eme probleme que ci-dessus,_la mani velle ayan t marché du point . rnort 1h jusqu'e11 un point K déterminé. On joindra ce pomt avec le centre par un rayon Ka; puis prenant, a l'aide d'un compas, l'ouverlure de l'angle de callage, de e en a2, du point e', l'inlerseclion du rayon de la manivelle avec ce meme cercle, on reportera celle ouverlure d'angle de e' en ci~ : la projeclion de ce point parallelement a GH donnera évidemmenl en b la posilion cherchée de la bande du Liroir. Ce dernier procédé est le plus simple de tous, el a moins de molifs particuliers, nous en ferons usage exclusivement par la suite pour des recherches analogues. PRINCIPE nu CHANGEMENT DE MARCHE.- On a vu (p. 321) que pour produire a volonlé le changement de marche d'une machine, il suf.fisait, soit de changer la posilion de l'excenlrique par rapport a la manivelle, soil de disposer deux excentriques occupant chacun la position requise pour les ·deux sens de mouvement, et organisés pour commander isolément le meme tiroir. C'est surtout dans les locomotives, dans les appareils de navigalion et dans les machines a vapeur des mines, qu'il est utile d'appliquer .des mécanismes de chantante,

(1 ) Nous pensons que ce mode de tracé a été appliqué en premier p ar M. Clapeyron iL propos de la dislribulion des machines lÓcomolives de Sainl-Germain, dont nous avons donné une descripLion complete clans la 1'11blicatio11 ill(lllstrietle, vol. 111, el pi . .o. 11 a élé indiqué aussi clans le trailé ele 1\1. Campaignac sur les appareils de navi galion. ·

MARCHE ET DIMENSIONS DU TIROIR.

373

gements de marche, parce que l'on est souvent obligé defaire.fonclionner le moleur 1nntót dans un sens et tantót dans un autre. l\fais dans les machines destinées am:: usines ou manufactures, il est rare qu'on en fasse l'application. S'il n'existail pas d'avance, que l'angle de callage füt ile 90 degrés, les centres des tleux excenlriques seraient silués sur un merpe dinmetre. Mais aussitut que le callage n'a pas lieu a angle droit, la meme condilion ne peut plus persister, allQndu que dans quelque sens que tourne la macbine, le meme ang'le doit exister entre la manivelle et le rayon de l'excentrique; et si les deux rayo ns appartenaient au memc diametre, les angles de callage correspondanls seraient suppléments l'un de l'autre, mais inégaux : la quantité d'a,•~nce, pour un sens de la marche, produirait une valeur double en relard pour l'nutre. Peu J.e mols suffiront pour fixer les idées a cct égard. Soit A (fig. 6iS) un tiroir a sou point d'avance, la manivelle ama l'extrémité de la course et la machine réglée pour marcher Fig. 65. dans le sens indiqué par la fleche B. Le rayon de l'exceotrique est en aa\ et le tiroir va se rnouvoir dans le sens de la fleche D. . Si, la manivelle conservant sa position, la machine devail tourner en sens coutraire, suivant la fleche C, il est évident que le tiroir n'en conserverait pas moins sa position d'avance et le sens de son mouvement, puisque la vnpeur devrait etre inlrod II i te. par le rneme orífice, le pislon é1an t 1oujours a In meme ex_lrémité de sa course. Pour que le tiro ir conserva.t le sens de sa direclion en meme temps que son degré d'avance, il faudrait alors que le centre de l'excentriqne fút reporté de l'aulre cOLé de la manivelle et suivant le centre a3, J.ont la projeclion correspond encore a celui a' du tiroir. Ceci revienta dire, en résumé, que: Deux excentriques, disposés vour ,wn changement de 'l'liarche, forment var leiirs rayons 1·esper,ti[s des angles égaiix avec la manivelle, et symétriquement clisposés, et l' angle qii' ils forment entre eux est égal a 360 degrés moins le double ele l' angle de callage. Soit une dislribulion avec changement de marche pour laquelle ExEMPLE. l'aúgle'de callage est égal a 95 degrés. Les rayo05 des deux excentriques, au lieu <l'e,tl'e en ligue droite, formeront un angle obtus égal a 360 -

(95 X 2)

170 degrés.

Nous aurions pu décrire, des a présent, les dispositions mécaniques d'un changement de marche; mais comme nous aurons a examiner des machines qui en sont munies, principalement les locomolives et les machines de Havigalion, celle menLion y trouvera tout nalurellement sa place.

•

374

l\'IOTEURS A VAPEUR.

TIROIR

311\IPLE

COJ\fl\IANDÉ

PAR U 'E CAl\11\fE

DITE

CURVILIGNE

ÉQUILATÉRALE •• ( FIG.

PL,

10)

Pour les machines a deux cylindres, ditf's du sysleme longtemps connu en Angleterre sous le nom de Woolf, et en France sous celni d'Edwards, on fait généralernent usage, en place d'un excentrique circulaire, pour la commande des Liroirs distributeurs, d'une camme triangulaire appelée culbnleur, montée sur un platean ou disque circulaire qui exécute un mouvement de rotalion continu. Cette camme est disposée a l'intérieur d'un cba.ssis rectangulaire qu'elle éleve ~t abaisse successivement, et, par la tige verticale dout H est muni, enlraine les tiroirs de dislribution. La fig. 4 de la pl. 10 peut donner une idée complete de cette disposition. ll s'y trouve représenté un tiroi.r A, exaclement de meme forme, ainsi que la · table B des-orífices, que celu i don t les propriélés ont été décrites j usqu'ici. Ce tiro ir esl assemblé par une oreille a avec .une tige cylindrique C' qui porte, forgée de la meme piece, asa partie inférienre, le cbi\ssis rectangulaire Da l'int.érieur duque! se meul la cnmme. Pour que la reclitude du mouvement soit assurée, la tige esl continuée au-dessous du chassis, et l'ensemble est guidé par deux douilles en bronze b et e, l'une ajustée dans une console en fonte, et l'aulre clans la plaque de fondation. La camme E est une picce de fer acérée ou tout en acier, fixée sur un platean en fonte F, leqncl est lui-meme monté sur un axe en fer qui re<_;oit de l'arbre principal de la mnchine, par une paire de roues d'angle, un mouvement de rotalion conlin11. Pour assujellir tres-solidement celte camme, elle est encastrée d'une parlie de son épaisseur dans le plateau et fixée au moyen d'une vis el. Jl est évident, d'apres cela, que la camme qui est montée en dehors du centre du platean s'éleve et s'abaisse par l'effel du rnonvement de rotalion, en enlrain:mt le chAssis qui, lui, exécnte alors un rnouvement rigoureusement rectiligne allernatif, ainsi que le tiroir qui s'y trouve raltaché, comme on vient de le mir. Mais tout ce qui jusqn'ici semble analogne au jeu de l'excenlrique circulnire est profondémeQt modifié daos les résultals, en rai'son ·de la camme et de sa forme. La camme E esl formée de trois ares de cercle ayant chacun pour rayon la cowrse que le tiroir doit effectuer, celui extérieur concentrique au mouvement de rotation : c'esl, en peu de mots, un triangle équilatéral tracé du centre a la circonférence du cercle égal au double de la course, et dont les sommets sont pris réciproquement comme centres pour les conrbes. La largeur intérieure du chAssi~ D étant égale a ce meme rayon de courbure, la camme en tonchera done exaclement les deux cótés dans ton les les positions que la rotation dn phteau F lui fait prenclre. Dans ces diverses positions de la camme, il

l\IARCHE ET D11\IENSIONS DU TIROIR.

y a seulement deux des trois courbes qui agissent, suivant le sens de la rolation du plateau, pour faire mouvoir le chllssis; il n'y en a meme qu'une seule, l'une de celles qui yont du centre a la circonférence; car aux deux positions extremes de la course, c'est la courbe concentrique qui se trouve en contact avec le chllssis, et il ne peut plus se produire de mouvement de la part de ce dernier ni de celle du tiroir. Ce dernier point élablit le caráctere principal de ce sysleme de commande, qui a pour effet que le tiroir reste stationnaire, a chaque extrémité de sa course, pendant un sixieme de toQr de la machine (puisque le développement de chacune des courbes correspond a un angle de 60 degrés), tandis que le déplacement en est tres-rapide et s'effectue complétemenl dans la durée d'un tiers de tour. On a compris l'avantage de donuer au tiroir un mouvement progressif rapide qui découvre en peu de temps les 9rifices d'introduction et d'échappement par rapport au déplacemenl du piston dans le cylindre. Le tracé géomélrique, fig. 5, dont nous allons parler, rend tres-sensible cet _effet de la camme triangulaire. Cependant, excepté dans les machines a deux cylindres et a balancier, on ne rencontre pas l'applicatibn <le ce systeme, qui nécessite une transrnission uispendieuse et difficile a élablir avec la -plupart des autres machines. Faisons remarquer en passant cette autre particularilé de la camme qu'ell,e permeltrait le changement de marche sans rnécanisme additionnel, c'esl-a-dire qu'onpourrail faire ~ourner la machine dans un sens ou dans l'autre, suivant l'impulsion initiale donnée a volonlé au moment de la mise en lrain. Mais empressons-nous d'ajouter qu'il faudrait pour cela que le tiroir ful réglé sans avance, ce qui n'a pour ainsi dire jamais lieu, comme nous avons essayé de le faire comprendre. TRACÉ GÉ0MÉTRIQUE DE LA DISTRIBUTION PAR LA CAIIIIIIE FIG. 5. - Ce tracé est entieremeut fondé sur le rneme príncipe que ceux fig. 1 et 3, décrits ci-dessus. Il comporte cependant quelques différences légeres pour ce fait qu'ici les, mouvements du tiroir ne sont pas simplement déduits des fonctions d'une manivelle, ce qui a lieu avec l'excentrique circulaire, mais résultenl de la cornbinaison des posilions successives de la camme et de son contact avec le chllssis D. Voici, au surplus, comment nous procédons. Apres avoir mené deux axes perpendiculaires GH et IJ, de leur intersection o, comrne centre, on décrit un cercle ayant pour diamelre le double de la course du tiroir, et par consé4uent ponr rayon celui de la camme. On trace ensuile celle camme en om,n ou son axe correspoud a cclui GH, et qui est nécessairement sa position milieu ainsi que celle du cMssis et du tiroir. Si nous admettons comme point de repere que la ligne supérieure, du chassis co'incitle avec le bord exlérieur de l'une des llandes du tiroir, celle qui correspond a l'orifice e, cette bantle doil etre, pour cette position, en LM, en projection avec le point rn µe la camme alaquelle on sait que le cMssis est Langent. D'apres cela l'orifice r; sera également délerminé en le trac;ant par rapport a la bandeen LM, conformément a la répartilion des recouvrements, donl 011 a vu plus haut les rapporls 'luand le tiroir est juste au·milieu de sa course. La table de l'orificé e esl alors repré- . sentée par une ligne OO menée parallelemcn t a I J et it une dislance arbi lraire.

• 3i6

l\IOTEURS A ·vAPEUR.

Ajoutous que, si les uimensions clu 1iroir et eles orífices sont calculées pour qu'ít l'exlrémité de la course la bande el l'orifice se lrouvent barbe a barbe, le bonl inléri.(:!ur H de cet oriJice corresponclra précisément al'axe G H, ce quiarrive sur le tracé, el ce qui doit elre en effet, puisqu'a l'extrémité de la course la ligne supérieure du chassis, prise pour point <le repcre de la baode, occupera ce meme axe. Ceci fait, on répete de ;l'autre cóté du cercle et ·a égale distance de son cenlre o la ligue 0' '0, représentant la table des orifices, ainsi que l'orifice e' qui se trouve nécessaircment, par symétrie, au-dessous de l'axe G H, celui e ~tant au-dessus. On divise ensuite l'intervalle des lignes 00 et 0'0' en un cerlain nombre de parlies égales par. des dro_ites paralleles a IJ, pour la courbe du mouvement, comme fig. 1. C'est en effet sur ces lignes f-9', 2-8', etc., qui correspondent a un meme nombre de positions de la manivclle (voir fig·. 2), que doivent e~re rapportés les déplacements successifs du tiroir qui déterminenl ensuile la courbe cherchée. La premiere opération a faire est la détermination de l'angle d'avance. Pour cela on trace la bande du tiroir dans la posilion L'M' qu'elle doit occuper au <lépart du piston suivant la quantité <lonnée d'ouverture de l'orifice; la projeclion du bor<l L' <léterminanl ainsi la position de la ligne supérieure f g du chassis fghi, on lraceJa camme tangente a celte dr.oite, suivant om'n', et le diametre RR', qui partage l'arc concenlrique m' n' en deux parties égales, dé termine alors, avec l'axe IJ, l'angle de callage K o R, Ko représenlant la position du rayon de la manivelle. La position <le la camme en om2 n2 indiquerait done celle de la meme bande au moment ou l'introduclion a lieu par l'autre orífice e1• Bien que la camme 'ne soit pas montée directement sur l'arbre de la manivelle motrice, on corn;oi t facilement que ce rapport de position est rigoureusement conservé, puisque les vitesses de rotalion sont identiques. Couformément a ce qui a été expliqué plus haut, on opere alors- la division <ll.f cercle de la course d'apres le diametre RR' pour point de départ; puis on trace la camme en chacun des points de division. Menant des tangentes aux ares de cercle qui représentent ainsi la camme dans toules ces posilions, leurs interscclions, chift're pour chiffre, avec les lignes de divisions f-9', 2-8', etc., déterminent une suite de poinls qui sont les éléments de la courbe cherchée L' o U. Cette courbe correspond au mouvement de la hande pendant l'introduclion de la vapeur par l'orifice e. On comprendra facilement qu'en conlinuant le mcme tracé on obtiendrait la courbe symétrique L2 KL' correspondant a la marche de la meme han<le pendanl quel'échappement s'effectue par l'orifice e. Au lieu de figurer la meme opération pour l'autre orifice e', opéralion qui serait i<lenlique a la premiere, on s'est altaché a suivre la marche de la seconde bande du tiroir par rapport a l'arete intérieure suivant laquelle se regle l'échappement. Pour cela on trace cette seconde bande dans sa position ceulrnle, en O N, correspondant a la premiere en LM; puis, allendu que les deux bandes marchent ensemble, la premiere ayant été abaissée au point d'introduclion en L'M', la seconde a élé abaissée de la meme quantilé el lracée en O'N', Projelant alors le poiul 0' en O\ une seconde courbe o~ P0 3 u élé tracéc a partir de ce point en por-

MARCHE ET D11\'IENSIONS DU TIROIR.

377

tanl sur chacune <.les lignes verticales des grandeurs égales a J/0 a pnrlir ele In premiere courbe L' o L2. Ce lle deuxieme courbe 0 2 PO~ permet ainsi d'observer les degrés successifs d'ouverture a l'échappement, en meme temps que ceux de l'intro<.luclion par l'ori11ce e sont observés a l'aide de la premiere courbe. Quanl aux dimensions choisies pour cet exemple, elles consistenl en ceci: 2

Largeur d'un orífice d'introduclion ........... . o = 30 millim. - 38 » Largenr desbandes <lu tiroir. ................ . 2 ¡) Avance absolue a l'inlro<.luclion .............. . i 4 )) Avance absolue a la sortie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . s De ces dimensions données ou déduit par conséquent les suivanles : Course clu tiroir (p. 367): h

Avance relalive

+ o+

s - i = 38

4 - 2

= 70 millimelrcs.

a l'échappement (p. 364): a= s - ·i

4- 2

Plus grand recouvrement (p. 364): l + a- o = 38 R = 2

2 m11limelres.

2 - 30 2

e,/

. ,. m1 11 1mdrcs. •

La v_aleur trouvée pour la course clu tiroir est done attrilmable au rayon de In camme, puisque celle-ci, en tournant, déplace verlicalement le chassis D de ce rayon meme. Mais en pratique il est remarquable que cette valeur doit etre légerement a'ugrnéntée, attendu que les · angles de la cam·me ne peuvent pus resler vifs · et demandent a etre légerement arrondis. Quoi qu'il en soit, le chassis effcctuerl;\ bien la conrse proposée en observant que l'angle central de la camme, <.léduction faite de l'arrondi, co'incide tres-exactemenl avec le centre de son cercle de courbure exlérieure, le diametre <.le ce cercle étant jusiement ég-al au uouble de la course.

COl\iP.A.RAISON

ENTRE

LES

EFFETS DE

L'EXCENTRIQUE

CIRCULAIRE

ET DE LA .CAl\11\íE CURVILIGNE

Si nous comparons mainlenant la marche des liroirs, suivant la commande par excentrique circulaire ou par la camme, !'examen des courbes obtenues (fig. 1 el 5) nous rnonlre combien le temps de repos résultant de la carnme aug-mente la seclion effcctive de l'orifice et favorise, par conséquent, l'inlroduction de la vapeur. En effet, si l'on considere la courbe du mouvement (fig. 1), on reconnait que le I. 48

378

MOTEURS A VAPEUR. 2

reclangle D D E E\ daos lequel elle esta peu pres i oscri le, esl proporlionnel ü la section de J'orifice dont la largeur en est le petit coté: la surface renfermée enlre le cólé D D2 el la par ti e coocave de la courbe représente done la partie proportionnelle de Ja section. de !'orífice découverte pendanl la durée enliere du mouvement, c'esla-dire pendánl un coup ele piston. Mesurée géomélriquement, cette partie esta la superficie totale du rectao gle DD 2 EE 2 comme 2:3,1416: soit un peu moins que les 2/ 3: D'oú l'on déduit: qi¿'un t·iroir comrnande par un excent1·ique circutci-ire ne livre au passage de la vapeur que moins des deux tiers de lci section ele l' orifico, potw la diwée complete cl'ivn coi¡,p ele pistan. Si nous faisons la méme recherche a l'égard de la courbe L'o L2 (fig. o), en remarquaot que J'ouverture Je l'orifice est comprise daos la parlie L'op, nous trouvons que la section tolale découverte est les 0;77 en vi ron de celle réelle de l'orifice: soit un peu . plus des 3/4. l\Iais c'esl surlout la rapidilé de l'ouverture qui est remarquable. Tandis que, dans le premier cas (fig. 1), l'orifice n'est encore découvert que des 2/3 environ de sa larp;eur, le piston étant dans la posil10n nº 2, il l'est, au contraire, presque enticrernent pour la pbase correspondante avec la camrne, ainsi qu'il est facile Je s'en convaincre par !'examen ·Je la fig. o.

DJSTRIBUTEUR8 DIYERS FONCTIONNANT COMME LE TIIlOIR Sli\lPLE

A part le tiroir simple dont les propriétés viennent d'etre décrites, il existe quelques organes de formes différcn tes, qui operen t néanmoins la d istributioo d'une fac;oo aualoguc, écarlá.nt eucore, quant a préseul, les moyeos spéciaux imaginés en Y':Je d'opérer la délente. Parmi ces disposilions diverses, beaucoup sont abandonnées; quelques-unes rencontrent de rares applications, ou conslituent les procédés parliculiers de cerlains conslructeurs, mais ne sont pas encore générali sées. Nous allons en faire connaitre plnsieurs de celles qui sont le plus remarquah le. Trnom DE WATT. - Les machines a double effet el a basse pression, construitrs par le célebre ingéoieur unglais, ont été munies d'un systeme particulier de ti-roir d'une form e trcs-différenle de celui ordinairement employé aujourd'hui, mais dont le principe, comme fonction, en élait analogue; il était, du reste, égalemenl commandé au moyen d'un excentriquP- circulaire. La fig. 66 représenle, en coupe transversale, !'ensemble de ce tiroir e.t de sa boile i't vapeur, ainsi que la communicalion avec le cylindre el le condenseur ou milieu d' échappement. Le tiroir de ce systeme de distribution est une piece en fonte A, qui ressemble assez a une parlie de tube cylindri_que; il est ajusté a l'intérieur d'une boile de meme forme B, en communication avec le générateur par une tubulure C, ménagée vers le_milieu de sa hauteur, et par sa partie inférieure avcc l'appareil de condensation oú se fait l'échappernent de la vapeur .

•

379 . DISTRIB,UTEURS '.DlVERS. Ce lle boilc est munie, a cet effet, de Jeux garnitures D et D' con lre lesquellcs glisse le _tiroir en s'appnyant, par sa face opposée, Fig. 66. -sur les extrémités de deux lubulures E et E', qui sonl fonducs avec le cylindre a vapeur et pénclrent, en s'y ajúslant tres-exaclemen t, dans la boite ü vapeur B; ces tubulures sont lraversées par les canaux dislributeurs qui débouchent sur la face en conlact avec le tiroir, lequel est muni, tlans celle parlie, de saillies Jressées qui en délerrninent les ban<.les proprernent <lites. Le tiroir ainsi ajusté dans la.boite it vapeurB, le contact parfait de ses bandes avec les garnitures D et D' sépare complétement les extrémilés de cetle boile de la partie comprise entre les garnitures, et qui communique avec le générateur. D'apres cela, la vapeur ne peut done pénélrer dans le cylindre qu'aulant que les orifices E ou E' sont mis en relalion avec celte partie de la boile a vapeur: d'oú il r_ésulte que, contrairement a ce que nous avo ns vu jusqu'ici, la Jisiribution s'effeclue par le jeu des aretes intérieures desbandes du tiroir. Quant a l'échappement, il a lieu évidemment lorsque les orífices sont mis en relation avec les extrémilés de la boite B, et la commn-· nication avec le condenseur s'étnblit, soit direclement par l'orifice inférieur E', soit par l'inlérieur du liroir, qui forme nalurellemeut conduit lorsque c'est par l'orifice snpérieur E que s'opere l'écbappement. A l'égard de la commande, on voit qu'elle se fait pa_r une tige verlicale F traversant le 1iroir et fixée par sa partie inférieure apres une barrelle fondue avec lui; celte tige est rcliée exlérieurement avec un cM.ssis auquel un excentrique circulaire lransmel un mouvement de va-et-vient, comme a l'ordinaire. Considérant, maintenant, les condi1ions de ce mode de dislribulion, on voit qnc, par la longueur du liroir qui permet de reporter les lumieres aux extrémités du cylindre, il supprime les longs canaux qui, dans la disposilion ordinaire, consli1uent des espaces nnisibles en raison de la vapeur qu'ils reuferment et qui n'est aucunement ulilisée. Mais la difficullé de ten ir bien élancbes les garnitures inlérieures sans les serrer Je fac;on a gener la marche du tiroir, jointe au refroidissemenl considérable que ce dernier éprouve par levaste développernent de son intérieur toujours en communicalion avec le conclenseur, sonl des molifs qui ont fait abandonner celle disposilion en la rcmplavant par le liroir simple ordinairc. Toutefois, pour les machines tlans lesquclles on cherche a économiser le plus possible la dépensc de vape111·, on a le soin d'appliquer un ·tiroir vers chaque exlr6milé du cylinclre, afin cl'évilcr les grands

380

i\IOTEURS A VAPEUR.

conduils, et, par suile, d'obtenir le mcme avanlage qu'avcc le tiroir de Wall. Celle applicalion est surlout faite dans les machines a grande course . On a égalemenl fail usage de pistons fonctionnant comme liroirs, et dans les mcmes circonstances. Nous aurons l'occasion d'en donner des exemples. i\Iaudslay, un des anciens conslrucleurs les Ron1NET msrnmurn 11 DE MAUDSLAY. plus distingués de l'Anglelerre, a employé, il y a une trentaine d'années, pour des pelites machines a vapeur, un syst~me de distribulion dont l'organe principal est un rohinet a qualre ouvertures. La fig. 67 représcnle celle disposilion, en coupe verlicale, faite par l'axe durobinel, el en cou pe horizonlale suivant la liFi g. G7. gne 1-2. Le rohinet dislril)uteur A csl disposé a l'intérieur d'une boilc en fon te B, qui re~oil la vapeur"dc la chaudiere par la tubulure e, et s'adapte au cylindre rnoteur au moyen d'un systeme de hride et de boulonnag·e ordinaire. Comme le montre la section horizontale, la ___ _.1 clef du robiuet est creuse et divisée intérieurement par une cloison qui part du noyau et forme deux parlies sans communicalion enlre elles. Elle est percée, en outre, de quatre lumieres a, b, b' et b2, dont une, celle a, correspond exclusiver'nent avcc l'one des deux divisions inlérienres de la clef, laquelle division est ouverle a la partie supérieure, et commnnique avec l'inlérieur de la bolle a vapeur B. e Les. trois ouvertures b, b' et b2, qnant a la clel' meme, ne communiquent qu'entre elles . D'aulre part, le boisseau du robinet esl percé de lrois ouverlures C, C' et D, qui sont les lumieres de trois canaux communiquant, cclni C avec le haul du cylindre, celui C' avec le bas, et celui D avec le condenseur. i\Iainlenanl la clef du rohinel est animée d'un mouvemenl de rotation alternali.f qui lui est communiqué a l'aide d'un excentrique circulaire, et par l'inlcrmédiaire d'un mécanisme qni se relie a son prolongement E. Ce mouvemenl amene successiverncnt l'orificc a devanl ceux C et C', conduisant aux deux pnrties du cylindre: or celte parlie de la clef étant exclusivcment en rapport avec l'inlérieur de la boite B, dans laquelle µous avons dil que la vapeor afflue par la tubulure e, il s'ensuit que ce lle si lua tion corrcspond a l'admission de la vapeur dans le cylindre par l'un des llenx orifices C ou C'. l\Jais, en men~e temps, deux des lumieres b sont simultanément en rapport avec l'antre orifice el celui D du condenseur, ce qui permct l'échappement. Si nous prcnons pour cxemplc la position indiquée sur la fig, 67, 011 voit que 1 la

DISTRIBUTEURS DIVERS.

38-1

1umierc a élant vis-ü-vis de celle C, la vapeur s'introduit dans le cylindre par le canal corrcspondant. En meme temps, l'échappement s'opere par le canal C' mis en rapporl avec celui D, du condenseur, par les lumieres b2 el b et par l'intérieur de la clef, la lumiere b' élan t dans ce moment sans usage. Mais, lorsque la lumiere a sera en regard de l'orifice C' et lui dislrihuera la vapcur, l'échappement qui doit alors se faire par !'orífice C aura lieu par les lumieres bel b', celle b' étant en regard de l'orifice D, et celle b2 neutre. Nous ne devons pas insister davantage sur un appareil aujourd'hui complétement aba~donné. 11 est évident qu'un robinet semblable s'use, surloul inégalement, et donne Iieu tres-promptemeJ?t a des fuites. Si, pour les éviler, on le serre un pcu fortement, il offre alors une résistancc considérable qui le rend tres-difficile u faire mouvoír et le fait gripper. DrsQllES cmcULAlRES UISTRIDUTEuns. - M. Cavé, qui avail primilivement appliqué <lans les machines oscillantes des robincts tournanls pour distrihuteurs, a souvenl cmployé, comme organe de dislrihution, il y a 25 it 30 ans, une plaque ou Jisque circulaire mobile, percée d'ouverlures en forme de secteur. Quelques constructeurs en ont également fait des apFig . 68. plicalions, soit en imprimant au dísque un mouvement de rotation continu, soit séulement en luí donnant un mouvernent . circulaire alternatif. On a plus tard moclifié la construction de ce sysleme en le rempla~a.nt par une sorte de boite circulaire mobile Jonl la fig. 68 pent dónner une idée-•assez exacle. La table des orífices, fondue avec le cylindre, est circulaire; elle est percée de quatre orífices, dont deux sont les lumieres des canaux. de dístribution-i et i' allant aux extrémilés du cylindre, el les deux. a utres correspondent aux tulmlures I et S, qui communiquent respeclivement avec le généraleur et avec le milieu d'échappe• ment. Ces orífices ont la forme de sec~ leurs qui convient évidemment a leur disposition sur une table circulaire. La dislribution est alors opérée au moyen d'une boite circulaire creuse A, donl !'une des faces est évidée suivant deux. ouverlures en segment qui ne laissent entre elles que ·deux parties pleines a el b, de la meme climeIÍsion que les orífices i et i'. &t de plus, cetle boile est divisée iulérieurement par une cloison e, laquclle rend exaclement distincles les deux par-

382

l\lOTEURS A VAPEUR.

ties qui corrcspondent respectivement aux orifices I el S de l'arrivée el <le la sorlie de la vapeur. Celle boite étant maintenue d'une fa~on quelconque sur la table des orífices, el . exécutant un mouvement oscillatoire qui amene les deux parlies pleines a et b, tantót a droile et a gauche des orifices i et i' , el tanlót sur ces orífices me mes, on compren<l que la dislribution et la sorlie de la vapeur s'opéreront tres-réguliercment, et comme avec le tir6ir ordinaire, l'une des deux parties de la bolle A correspondant spécialement a l'introduction de la vapeur et l'aulre a son échappemenl. 11 n'esl pas douleux que ce systeme ele elistribution, exéculé avec soin, et pour eles machines de faible puissance, puisse fonclionner ulile_m ent; la forme cylindrique ele la boile mobile et son froltement plat ne donnent pus licu aux m emes inconvénients, par !'usure, que le robinel ele l\Iáudslay. 1\-Iais, contrairement a ce qui arrive avec le tiroir ordinaire, que la vapeur fait appuyer fortement snr la table, la boite circulaire A tend i1 se soulever, puisque la vape ur exerce son action entre son fond plein et la lahle de glissement. Il fauelrait combatlre cetle actiou a l'aiele d'un moyen quelconque qu'il serait, du reste, facile el'imaginer. Nous venons de supposer que le cylindre étant fixe, c'est la boile qui doit évidemment osciller pour opérer la distribu lion. l\fais admellons maintenan t le contraire, que ce soit le cylindre qui oscille, ainsi que cela pcut avoir lieu, el la bolle alors complétement immobile, il esl clair que la distribution se fera tout a fait elans les memes condilions. Un seul changement doit ~voir lieu dans ce cas-lu. Les .tuyaux I et S d'arrivée et de sorlic de la vapeur devraient elre rallachés direclement a la boite, en correspondance avec ses deux parlies intérieures, au lieu de l'etre au cylindre dont la table ne présenlerait que deux orífices. 11 a élé conslruit, en effet, quelques petiles machines oscillantes sur celte disposition. l\fais on en voit lres-rarement aujourel'hui, parce qu'en eléfinilive elle ne présente aucun avantage sur les liroirs, qui sont toujours préférés.

DJ:STRJ:BlJTJ:ONS AVEC DÉTENTE

DÉTENTE FIXE

DiTE .OPÉRÉE

PAR

rn )

( FIG.

PL.

RECOUVREMENT

Les divcrs syslcmes proposés pour opérer la délenle u.e la vapeur, c'est-a-dire interronfpre son introcluction en un point donné de la course du piston, ont généralement pour caraclere d'ajouter des organes au tiroir principal, ou plnsieurs tiroirs, ou bien un tiroir simple commanelé par une combioaison mécanique aulre que l'cxcen trique circulaire, ele. •

. -

DISTRIBUTIONS AVEC DÉTENTE.

383

Cependant, en dehors de ces mo yens, on peut opérer la clétenle avec un tiroir simple commandé par un excentrique circulaire, sans autre modification qu'une notable augrnentation de recouvrernent des orífices pa-r les bandes, autrement dit, en donnant au liroir un eX:ces ele longueur totale sur la dimension extreme des deux orifices d'inlroduction. Ce procédé permet d'opérer une délente évidemment invariable el, avouons-lc, qui semble pen efficace, ainsi que nous essayerons de le· démonlrer. Néanmoins nous connaissons des constructeurs qui sont arrivés, par des tatonnc. ments intelligents, a tres-bien régler une détente par recouvrement, rneme jusqu'a une limite maximum de l'expansion pendant le dernier tiers de la course du pis ton, et a oblenir des effels d'économie tres-sensibles, comparalivemenl a l'admission complete a pleine vapeur. Si l'on examine la fig. 8 ele la pl. 10, qui représente un tiroir T ainsi combiné, et dans la position ou l'un des orifices est barbe a harbe avec_la hande du tiroir, on voit que cette position peut correspondre, soit au commencemenl. de l'introduction de la vnpeur, qui est aussi le moment du départ du piston, soit _a son inlerruplion, c'est-a-dire au moment de la détente. Si, par exemple, le tiroir descend, a partir de cette position, fig. 8, l'orifice va se découvrir: ce sera done le moment de l'infroduction et celui du départ dn piston. Si, au contraire, le tiroir monte, c'esl-a-dire s'approche vers sa position cenlralc, l'orifice va se 1rouver débordé et la vapeur n'entrera plus : ce serai~ alors le moment de la délenle. En cherchant a se rendre' compte de la position approximative du piston, daos ce deuxieme cas, on est naturellement conduit a µenser qu'il doit se trouvcr dans la deuxieme moilié inférieure de sa course, altendu que lorsq11e Je tiroir revient vcrs sa posilion milieu, le piston a ordinairement quitté le milieu de la sienne et court vers son extrémité. Ce premier examen des choses nous montre, en résumé, que l'interruption de l'entrée de la vapeur a eu lieu avanl que le piston n'ail terminé sa course et que cel effet est du a l'exces ele recouvremcnt ·elu tiroir dont la barnle a recouvert l'orifice dans le mouvemenl de relour, bien avant d'arriver a la position cenlrale, qui, dans les circonstances ordinaires, corresponda l'extrémité de la course dn pislon. Pour obtenir, en résumé, la fermeture prématurée de l'orifice d'admission par le simple retour du tiroir, il faut donner aux bandes un grand exces de largeur sur ces orifices et ouvrir, dans le méme rapport, l'angle de callage de l'excen triqu e; cet exces de largeur desbandes est d'autant plus grand que le point choisi pour la détente est plus rapproché du commencement de la course du piston. En pratique, il n'est guere possihle d'obtenir ainsi une délenle pendant plus du deroier tiers de la course du piston, ce que nous monlrerons plus loin au moyen du tracé géométl"ique. Mais eléja on peut comprendre que l'exces de recouvrem·e nt des llandes fail que les deux orifices se trouvent simultanément recouverts a partir uu commencement de la détente, d'ou il résulte que, s'il y a uétente d' un coté, iI y a compression de I'autre, puisque l'écbappement est aussi interrompu. II est vrai que pour allénuer

384

l\lOTEURS A VAPEUR.

ccfinconvénient, on donne anx oriílces un cxces de largeur du colé de celui de la sorlie, afinque l'écbappementreste eocore ouvert tanclis que la dé tenle s'effectue; mais alors on a une tres-grande avance a l'échapperncnt, et la vapeur commence u s'enfuir avant que le piston ail achevé sa course et qu'elle ait elle-meme, par conséquent, produit toufson effet. La position du liroir, fig. 8, monlre bien cclle parlicularilé. En le prenanl dans sa phase montante, soit au moment de la clétente, on voit de combien l'autre orifice, qui est figuré ainsi augmenté intérieurement, est en core découvert et laisse l'écbappement se continuer qu elque lemps. S'il dcscend, au contraire, la meme quanlité d'ouverture Lle l'orifice inf¿rieur conslitue autanl d'avance, en quelque sorle nuisible, al'écbappemenl. Ainsi, pour prod uire une détente un peu prolongée par le systeme du recouvrernen t, il faudrait que l'échappement s'effecluat par une sorlie parliculicre comman<l ée par un mécanisme spécial, ce qui, du reste, a é té fait par plusieurs construcleurs. 1\falgré son faible résullat, la détente par recouvement rencontre beaucoup d'applicalions. Elle est depuis longlemps employée sur les loco motives, auxqL1elles il serait difficile d'appliquer un' mécanisme de dé lente offrant quelque complication .(1 ). On en fait aussi tres-souvent l'application §Ur les appareils de mines, de navi gation, et en gé-néraldans les machines a vapeur dont la conslruclion uoit etre simple, et ou l'on recbercbe, soit le bon marché d'élablissement, soit la facilité de la conduile el des opératious. Nous allons faire connaitre maintenanl un procédé graphique qui permet de trouver les dirnensions relatives du tiroir et des orífices pour oblenir, avec ce systemc, un degré de détente déterminé (2). II est évident que, pour déTRACÉ GÉOMÉTRIQUE DE LA DÉTENTE PAR RECOUVREi\lENT. terminer les dimensions d'un tiroir, combinéés avec celles des orificcs, pour procluire un degré donné de détente, il faul tenir compte de bien des condilions dont plusieurs dépcndent les unes des aulres et sont également inconnues. Ainsi la largeur relalive des bandes, d'oú résultent les quantités de recouvrements, lesquelles permettronl de déterminer les degrés d'avance, sont les conditions nécessaires, en résumé, pour trouvcr la course. Cependan t, on ne posse<le d'abord que les données relalives au degré de détente et a la largeur de l'orifice d'introuuction. Ce probleme, qui présenterait quelques difficultés pour etre résolu par le calcul, peut l'etre tres-aisément a l'aide du tracé géométrique représenté par la fig. 6, pl. 10, et que nous allons essayer de faire comprendre. On trace un cercle A BCD, d'un diametre quelconque, représentant a la fois celui décrit par la mauivelle el celui de la course de l'excentrique; puis on porle sur (i ) Les premieres applications de la déLente par recouvrement aux locomotives ont éLé failes en i839, par l\l. Clapeyron, le savant in géni eur des chemins de fer de Sainl-Germain et de VersailJes. -(Voir ce suj eL la P ublícation indush·ielle, vo l. 111 .) (2) É1t1de de la détente var i·ecouuremcnt, par l\l. J. Valet. - ( P1iblication industr-ielle, vol. IX et :11.)

DÉTENTE PAR RECOUVREMENT.

OC, considéré comme denxieme moitié de la course dH piston, le point ou In vapenr doit cesser d'etre introduite: soit, comme exemple, le point d pris a la moilié <lu rayon et indiquant alors le piston aux 3/ 4 de sa course, qui sera ici le poin t ·choisi pour le commericement de la détente. En tra<;ant, par ce point d, un are de cercle avec la longneur de la bielle ponr rayon, son intersection E avec le cercle A BCD permet de tracer le rayon OE qni correspond alors tres-exactement a la position qu'occupe la manivelle, le pislon étant au point d de la course. On joint ensuite le point E avec celui A par une cor<le sur laquelle on nbaisse l e diametre perpendiculaire GF. Cetle derniere opération complete le tracé; car si l'on admet que la largeur de l'orifice d'introduclion soit égale a la fleche FH, les dimensions cherchées-son t les suivan tes : La portion restante G H, du meme diamelre, est égale a la largeur de la bandc; Le diametre entier F G est égal a la course entiere du liroir; c'est-a-dire que ces dimensions sont JJropo?·tionnelles a celles que l'on .cherche, et qui deviennen t alors trrs-facilcs a trouver par une simple proporlion ou par un tracé. Si l'on porte, en effet, la larg-eur <lonnée de l'orifice sur la fleche FH,. de H en a, que par le point a on tire ensuite une parallele a b a la corde AF, et que, par le point b <l'intersection avec A E, on mene b o parallele a A O, ob sera le rayon <l'excentricité ou la demi-course réelle du tiro ir; trac;an t avec ce rayon le dem i-cerclc abe décrit du point o, comme centre, le diametre a e est égal, par conséquent, it la course entiere du tiroir, et la portion H e est la vérilable largeur tle sa bamle. Ce tracé élablil done les relations fixes existant entre la lnrgeur de l'orifice d'introduction, celle de la hunde du tiroir et sa course. 11 donne égalemenl l'ang·le de calage corresponclant. Cel angle est, en effet, mesuré par celui EOG, formé par le rayon O E qui indique la posilion de la manivelle au moment de l,a délenlc, e t par celui O G mené perpencliculairement a A E. Par conséquent, lorsque la man ivcllc se trouve en O E, le centre de l'excenlrique est situé sur le ray~:m O G, et, pour la position du point <l'introduction, la manivelle en O A, ce centre se tronvcrait s111· O G' , l'arc E C G ayanl élé reporté en A F G'. Cette mélhode est fonJée sur des remarques qu'il est tres-aisé <le faire d'apres les études précédentes. 11 est évident, en cffct, qne : 1° La fleche de l'arc de cercle engentlré par le centre de l'excenlrique, tl epuis le moment de l'introduclion jusqu'a celui du comrnencement de la détente, est égale a la largeur de l'orificr;, puisque le tiroir doit juste parcourir celte largeur dans les deux sens pour. ouvrir et fermer complétement l'orificc; 2° Cet are est d'un meme nombre de degrés que celui décril par la mauivelle, depuis le point mort jusqu'a la position occupée par le piston, a l'endroit ou la détenle doit commencer, puisque la manivelle et l'excenlrique marchenl ensemble; 3° L'angle de calage est égal a la moitié de la d1:fférence entre la circonfé?'ence et ce méme are de ce1·cle. Pour démontrer celfe derniere propriété, il faut supposer que le diametre F G ( fig. 6) soit l'axe de la marche du piston, et, par conséquent, celui de la marche du 1.

386

MOTEURS A VAPElR.

t:iroir, et que l'orificc soil alo,·s F H. Dans celte hypothese, le centre de 'la manivelle sera en G et le centre ele l'excenlrique en A, au momenl oú iLva commcncer a découvrir l'oriflce; or, dans celtc position, l'anglc de calage cst 1oul naturellement G OA, tandis que l'on a vu précédemment qu'il est égal a celni E O G; mais ces deux angles sont égaux, attendu que le centre de 1;excentrique _parcouranl l'arc AF E pour ouvrir et fermer l'orifice, cet are esl coupé en <leux parJ'axe F G, rcprésenlant, dans l'hypolhese actuelle, la ligne des poinfs morts dn piston. _ Done chncun de ces deux angles G O A ou E O G est bien l'angle de calage, el moilié <le la différence entre la circonférence enliere et 1'1:1rc AFE parcouru par l'excenlrique pour ouvrir el feriner l'orifice d'introducfion . .l\faintenant, les climensions du tiroir, de la cour~e et de son angle d'avancc, qni ne résulte que du simple recouvrement de la bande sur l'orifice, ainsi Llélerminéc.s supposenl les bandcs barhe lt barbe avec l'orifice, nu moment de l'introduclion, et sans aucune avance réelle a l'infroduction ni a la sorlie. l\fais sans faire d'autre opéralion, il suffil de diminuer la largeur trouvée pour la bande d'une quantilé rgale a !'avance itJ'introduclion, et de donner en.suite une dimcnsion telle a l'écartement intérieur des ban<les qtie le recouvrement sur chaque orífice soit parlagé pour produire une avance douhle a l'échappernenl: la course n'en sera pas c1!_angée; mais l'angle total de calagc devra etre augmenté de !'.avance a l'introtlnction, ce qui est peu de chose. Dans tous les cas, celte modificalion a cela de parliculier qn'clle est sans influence sur le point choisi pour le commencement tle 1a détente. Empressons-nous d'ajouter qu'il n'est queslion ici · que de l'avance simple i\ l'échappement el non pas de celle qui résulterait d'une augmentalion iulérieure de Ja Jargeur des orífices pour diminuer la compression, ainsi qu'on l'a vu plus )1aul. Nous avons dil en-effet ( p.- 367 ), que la course-d'un tiro ir esl égale a:

h=l+o+s-i; Or, la largeur Je la bande élanl diminuée de i, et l'avance alasortit! égalant 2 i, l'expression de la course devient: · h

(l -

(2 i -

= l -+

l\Iais tlans les conditions du tracé ou chacune des avances est supposée égale i't zéro, la course est aussi exprimée par : h

+ o,

Ce qui démon tre l'égalité de la course dans les denx cas. 11 en esl de meme pour trouver l'aúgmentation de l'avance linéaire qui dé termine l'angle de calage rnodifié. Nous avons vu (p. 366) qne ce lle avance A est égale a : A

l+a-o 2

. i;

En faisant les deux avances douhles l'une de l'autre, et se rappelant (p. 367) que:

i; d'oú a= 2 i -

387

DÉTENTE PA-R RECOU-VREMENT. on lrouvc, -pour cell·e avance totale, avec les dimensions rnodifiées <lu liroir : A

l-i+o + -i 2

+¿=

l+o ~

l\Iais, dans les condilions du tracé, les avances égales

. ¿;

a zéro, on aurail cu

A= l+ o. .

Par couséquent, il faul lui ajouler ,¿, l'avance admise a l'inlroduction, pour lui <lonner sa véi-itable valeur par suite de la modificatiou. Ces regles sont précises, mais peut-elre un peu abslrailes : aussi en <lonnerousnous bienlót une application. Auparavant, voyons la correclion nécessaire a faire en raison <le l'influence de la bielle. En se reporlant au tracé, fig. 6, on voit que, daos la position du pis ton choisie pour le moment de la détente, la manivelle est en OE et le pistan en d, en tenant comple <le la bielle, ce qui suppose celte manivelle dans la plus pelile des deux moitiés inégales de sa course (p. 34!). Or, sa position opposée et symélrique est le prolongement OE 2 du meme rayon, ce qui, en tenant compte de l'iníluence de la bielle, mct le piston en el2, tandis que le 1¡ 4 exact de sa course de ce colé est en el', et laposilion correspondante <le la maIJivelle en OE'. Cela signifie, en résumé, que pour les deux positions semblaples du pislon, sur lesquelles on doit régler la détente, la manivelle présente un angle de varialion égal ici a E' O E2 • Or, l'excentrique marchant comme la manivelle, il s'ensuit que la dé len te réglée pour le 1/4, <l u coté de el, ne commencerait que le pis ton en cl2, pour l'autre coté au lieu du 1/ 4 juste qui est d'. Eri dehors des tatonnemenls qu'un construcleur peut essayer pour corriger cetle différence, par une inégalité <le largeur des deux bandes ou autrement, nous conseillons de parlager, des le príncipe, la différence en deux, en pla<;ant, pour faire le tracé et pour le point de détente, la manivelle sur la bissectrice de l'angle E' O E~ de la différence entre les deux positions symétriques du pislon pour les deux sens du 1iJouvement. La <létente commencera alors un peu avant que le piston ait alteint la posilion normale adoplée pour l' un des deux sens de la marche, et un peu apres pom· l'aulre, sans que cette différence puisse elre préjudiciable a la bonne marche de la machine. - · En s~mme, la dél"t!nte par recouvremenl esl difficile a oblenir, meme pendanl la moilié de la course du pislon, pour deux rnolifs : 1° Par la compression qui dui·e aussi longlemps que la détenle, a moins d'augtnenler intérieurement la largeur des orifices, ce qui fail alors que la vapeur active s'échappe du cylindre bien avant que le pis ton ait terminé sa conrse; 2° Par l'énorme dimension desbandes du tiroir et du tiroir meme 1 d'ou il résulle une augmenlalion générale de la bolte de dislribulion et de l'excentrique, ainsi que de la prcssion que· le tiro ir :mppÓrle et q u\l faut vaincre pour le fai:re mouvoir.

388

l\IOTEURS A VAPEUR.

Pour lerminer ce lle lhéorie, nous donnons une table des <limensions relatives du liroir et de sa course pour divers <legrés de délente, en supposanl a l'orifice une largeur fixe de 20 millimetres. TABLE DES DIMENSIOJSS RELATJVES D'UN TIROIR, DE SA COURSE ET L'ANGLE DE CALAGE, POUR Ol'ÉRER, A DIVERS DEGRÉS, UNE DÉTENTE PAR RECOUVIIEMENT.

DURÉE de la détcn le relalivemeut a la course totale du piston.

DIMENSIONS DE LA CUURSE ET DE LA BANDE, ET ANGLE DE CALAGE

1mur uu oriflce úe '!O milliru~tres de lal'geur. J~argeur de la bande.

Course.

mjllin1.

milUw.

6/ to

-158

-178

5/ to

4/ 10

3/ iO

2/ to

i / 10

OBSERVATIONS.

Uapport des largeurs de la bande et de l'orillce.

Angle de calage.

dcg1•, ot min,

7,9

140° 50'

-136

lí,8

135

toll

.\,4

f29 to

3,11

-123 iO

2,6

H6 30

i,9

tos 20

Toutes ces dimensions résulient directement de ce qae fournirait le lrncé, saos la correc1ion relative aux avances réelles a l'in• troduction et ll l'échappement, et saos tenir corupte úc l'i11fluence de la bielle, laquell~ est sup¡iosée infinie.

Pour toule autre largeur d'orifice, il suffit de multiplier les nombres de la table par le rapporl entre celle largeur et 20 mil. qui sert de base. Ainsi, pour 25 mil. par exemple, ·et la délente 4/10, quelles seraienl la course el la bande? Oii lrouve pour la course : 108 X :~ = 135

D'ou la ban<le, qui est théoriqucment égale a la différence <le la course avec l'_orilice, devient: 135- 25 = 110. Ce tahleau, sur l'exactilu<le duquel on peut comptcr, monlre bien dans quelles limites on pcut appliquer le systeme de délente par recouvrement. Ai_ns·i, pour la délenle a moitié il faudrait <lonner a la largeur de la hande pres de six fois celle <le l'orifice, d'oú il est facile <le prtvoir les dimensionstotales du tiroir etde la boite. Il se produirait aussi une compression tres-longue et difficile a atténuer, malgré le rélargissement intérieur des orífices. C'est done avec raison que l'on regarde ce moyen comme inapplicable, dans les grandes détentes, méme pour une durée égale a la moilié cíe la course du piston. APPLICATION DES DONNÉES PHÉCÉDENTES (fig. 6, 7 el 8). Les fig. 7 el -8 représentent les posilions principales <l'un liroir T c_onslruit a l'aide du _tracé fig. 6, pour pro-

DÉTENTE PAR RECOUVREMENT.

389

duire la détenle pendant 1/4 de la course (point d du tracé fig. 6) l'oriílce ayant fo millimetres de largeur. Les dimensions de ce tiroir sont telles que les donne le tracé, et avant la diminution de la largeur de la bande pour !'avance réelle a l'introduction. La fig. 7 indique le tiroir dans deux posilions. L'une, en coupe, est celle exaclement centrale, c'est-a-dire le tiroir débordant également les orífices e et e'. L'autre, suivanl le profil en ligne poncluée , correspondant au moment ou la vapeur va s'inLroduire par l'orifice e', ou bien, au moment de la délente, suivant que l'on suppose le tiroir montant ou descendant. La fig. 8 représente de meme deux posilions. Le tracé en coupe correspond au Liroir barbe a bai·be avec l'orifice e, au ipoment de l'inlroduclion ou de la détenle suivant qu'il est supposé descendre ou monter_. La position représentée par le pro• fil simple corresponda l'une des extrémilés de la course du tiroir. Cette derniere phase ·du mouvement indique que les orifices e et e' ont élé élargis intérieurement pour diminuer la durée de la compression , ainsi que cela a élé expliqué plus haut. On voit qu'en effet le tiroir ne découvre l'orifice e que de sa largeur effective de 1o millimetres, qui a serví de base au tracé, et que cet orificc possede un exces de largeur que le tiroir n'alteint jamais. Cet exces a done pbur effet de laisser l'échappement conlinuer encore quelque temps, apres le point de détente, comme on peut le remarquer par le tiroir en coupe pleine (fig. 8), qui ferme complétemeut l'orifice e et découvre encore celui e' précisément de son exces de largeur. Si celte posilion est prise, au contraire, pour le moment de l'introduclion par ~•orifice e, il en résulte que l'échappemenl a déja commencé depuis un temps relativement long par l'orifice e'. _ Sur chaque fig. 7 el 8, la course du tiroir est indiquée par un cercle décrit des poinls o' et o2, pris sur la ligne des centres pour se repérer avec le mitieu de la longueur du tiroir. Nous y avons également indiqué les positions du rayon de l'excentrique en correspondance avec les profils d u liroir dans les phases différentes de son mouvemen 1,., et suivant le sens de rotation indiqué par les fleches. L~ rayon o' g de l'-excentrique, fig. 7, correspond au profil en lignes ponctuées, et ponr l'introduction par l'orifice e'. Le rayon o' h correspond a la merne position, mais au retour et au mornent de la délente. Les deux positions centrales, correspondant au tr;acé en con pe, sont indiquées par les rayons o' i et o' i'. Enfin les positions analogues; fig. 8, sont indiquées·par les rayons .0 2 g' et o2 h', pour le tiroir tracé en coupe, 0 2 g' pour l'introduction et 0 2 h' pour la clétenle. La positi_on extreme inférieure, tracée en profil simple, correspond a 0 2 i~ pou~· le rayon de l'excenlrique. On peqt remarquer que le tiroir, <lans ses positions extremes, r ecouyre en parlie l'oriflce d'échappement. Cela tient tout simplement a une économie réalisée <lans la longueur to tale du tiroir el de sa boile, ce qui peul d'autan t mieux se faire, que l'on donn~ d'abord a cet orifice un exces de largenr et qu'apre~ toút_il reste conlinuelle1:nent découvert, en tout pu en partie.

390

.l\IOTEUlfS A VAPEUR •

.Voici mainlenanl les dirnensions du tiroir relativemenl ~argeur de l'orificc ....................... : « de la_bande, cl'apres le tracé ....... . €ourse_ tolale _du tiroir ..._......... _........ . Largeur intéricure. <lu liroir d'aprc_s les orifices e_t leur in lervallc ......................•

a l'orifice donn·é : 1 o millimelres. 43 ñ8 '> •

Si J'ou voulail ensuile donner 1 mil. d'ouverlure a l'introcluclion, en en suppo.: sanl le double a l'échappement, a-part l'élargissenient.inlérieur des orifices, pour ne pas changer· la coúrse, la· l>ande serait réduite a 42 mil., suivant ce q·u i a élé ~il ci-dessus (p. 386), et l'intérieur du tiroir dcvrait etre porté a M au lieu de ñ~t L'angfe · d'avance serait ouverf de 1 mil., mesuré parallelemént a lá marche Ju ~iroir, toujours conformém~nt 11 ce qui a élé dita cet égard. On au.Úil done, pour vérifie·r la course totale : ;'

= 42 -+ H>- + 2 - 1 = ñ8mi!.,

meme valcur .que cellc trouvée direclemenl. . . . ~

·• DÉTENTE IIXE Ol'ÉRÉE PAR U~E . GLISSl.ERE

( FJG.

•1

PL. ~ 11 )

On opere la délente 1lans de tres-bonnes conditio11s en employant la dispositiori que représente lá fig. fr~ de la pl. H. Ce systeme se compose d'abord d'un.tiro ir A <l.'une forme un ·peu différente de celui décrit précédemment. Au lieu de· se termi-,, ner a l'extérieur par le bord des hundes, il présente une masse d!une forme prismalique dans laquelle sont ménagées deux lumieres a' el b' de meme largeur que les orifices de dislribution a et b, et qui ·le traversent de part en parl; leur écarlement élant juste égal a la dimension extérieure qu'aurail u·u tiroir simple, il en résultc qu'.isoléi.nenl ce tiroit fonctionne exaclemenl de meme; ces lumieres vie11nent, en cffet, coincider aux exlrémités de la coursc du tiro ir avec chacun des orifices, el la comJnunicalion entre la boite de dislribulion et le cylindre est élablie absolument comme si les bouts fermés qui déterminent ces lumieres n'existaienl pas. i\lais cclle forme est motivée par le jeu d'un registre ou d'une glissiere B qui se met:It sur la face supérieure du tiroir, laquelle est, a cel effet, parfaitement dressée; cclle glissicre re<;oit son mouvement d'un exceritrique circulaire complétement indépendant de celui qui commande le tiroir principal, si ce n'est qu'ils sont montés tous deux pre:;; l'un de l'aull'e sur le méme arbre ·moteúr de la machine. On comprend qu'en combinant d'une manihe convenahle les dimensions de cclle g:lissiere et sa course-, on peut arriYer a fermer les oritices a' et b' dans de cer~ fains moments · ou, par leur proprc position relativemcnt a ceux a el b, ils laisse-raienl cncore pénélrer la vnpcur dans le cylindre s'ils reslaicut décom1 erts,

DÉTENTE PAR UNK GLISSíERE.

' 391

On opere aiusi la détenle par la glissiere qui vient ~ propos empcchcr la vapeur remplissánt la boite P de traverser le-tiroir et d'arrivér aux orifices: Cellc disposition ne perme·t évidemment de produire qu'urre détente ffxe, suivanl Iés cpndifions arretées cl'a.vance, en délerminant les condilions de marche de la glissiere. 1\Iais on peut choisir le moment de la détente a volonlé, et, pour' ainsi _dfre,. avec atJlant de facilité pour un point quelconque de la course dn piston, ce que nou$ avons rcconnu presque irnpossible par la mélhode d'un seul liroir a .recouvi·emcnt. . . Avec la disposilion qui nous occnpe actuellement, rien ne Yient mo_dificr les con.dilions de l'échappeméntqui peut évidemmenl s'effecluer comrne h l'aide du fü'. oir -simple, et cela quel que soil 1e <legré de détente . . En somme, le senl inconvénient qu'on puisse lui reprocber est d'exiger déux ,e:x.Centriques : nous a_d meltons, pour l'instant, Iá queslion de variabililé . mise . de coté, condilion qui ne s'oblient pas aisément, comme nous le monlrcrons bienlót_. Comme délail de conslrnélion, nous avons peu de chose a en dire. La transmission d11 mouvement atl tiroir pri'ncipal A (fig. i, pl. H) se fait, comme a l'ordinaire, par la lige Q qui traverse la boite a va. Fig. 69 , peur, et se rallache a un chassis en fer R dans lequel le t iro ir est libremen t enclavé, a fin de luí permeltre, sous l'influence de la pression ele la vapeur, de s'appuyer exactemen f sur la table des orifices. La glissiere esl cornrnandée de rncme par la ligc S, qui porle deux embascs engagées enli-e de11.x oreilles ouvertes en fourches et foridues ·avec la gl issiere. Ce mode d'assemblage a encore pour but de rendre la glissiere libre de s'appuyer sur le liroir, par l'effet de la pression; elle esl seulement guidée de chaque colé par des rebords dressés parallelemen t et fondus avec le tiro ir principal. On a fait usage d'unc disposition analogue h celle-ci, qui, .comme l'indique la fig. 69 ti-contrc, consiste a employer denx bolles a vapeur con ligues ·communiquant de l'une a l'autre par uñ orifice; ce Jernier est a1ors muni d'un registre spécial, commandé a part du principal tiroir, et qui vient a propos infcrrompre la communication d'une bo1le a l'autre. On voit que la distribulion est opérée par un tiroir ordinaire A, placé it l'inléi·ieur de la boHe B, c¡ni rec;oit la vapeur d'une seconde boile C avec laqnellc elle communique par un orifice D. Le registre E venant a.' couvr'ir cel orifice, la vapeur qui afflue continuellement dans la premiere boite par le conduit F,'ne péu.t plus .pénétrer · dans la. seconde, et la dé tente commence Jans le cylindre. , · L'effel qui en résulte esl évidemmenl moins irilmédiat que lorsquc ·1a glissiere est placée directement sur le tiroir de distribution percé de lumieres, dont la capacité est bien inférieure a celle <le la bolle B qui vient s'ajouter au Yolmrie du cyiindre a vapeur et modifier le rapport de la détente. ·

•

392

l\IOTEURS A VAPEUR •

(fig. 1re, pi. H). - Les conditions .d'élablissemcnt de la glissiere dont nous venons d'expliquer les fonclions, présentent quelques difficultés pour les <lélerminer, sans ta.tonnements, et les mellre en rapport avec le degré de délente qn'on vent lui faire produire. Cependant celte opéralion est possible directement; nous allons faire connaitre la méthode que 110us proposons a cet effet. Si l'on examine !'ensemble des fonclions d'une telle glissiere, on ne tarde pasa reconnaitre qu'elles dépendent de condilions réciproquement. vadables; ainsi : 1° Pour un meme deg1·é de défente, et le meme tiroir principal, on peut changer inverseme_n t la longueur et la course de la glissiere soit, par exernple, diminuer sa Iongueur et augmenter sa course, et vice versá; · 2° La longueur et la course seront d'autant plus grandes que la détente doit étre plus prolongée, et réciproquement; 3° Enfin, considérant les phases du mouvemenl de la glissiere en raison des vitesses variables qui lui sont transmises par le mouvement transformé de l'excen_ trique, on trouve que le moment de la vitesse maximnm doit etre appliqué a celni de la fermeture de l'orifice, lorsque le passage de la vapeur doil etre interrompn, opération qui doit s'effectuer aussi rapidement que possible. D'apres ces considérations, nous adoptons, des le principe, les bases suiYanles: 1° Les deux ·excentriques égaux; 2° La glissiere au milieu de sa course au momenl ou la délenle commence. Ces deux bases admises, nous pouvons, sans difficulté, déterminer loutes les nutres condilions de la marche du tiroir el de la glissiere, et parliculierement la longueur de celle derniere el l'angle de calage relalif des deux excenlriques. En effet, on commence par lrncer le tiroir A, comme s'il dcvait fonclionncr isolémenl. Ses dimensious, sa coiJ.rse et son angle de calage, par rapport a la manivelle molrice, seront done délerminrs exactcment suivant les regles données plus haut (p. 362). Ensuile on déterminera, a l'aide des memes regles et tracés géométriques, la position qu'il doit occuper, par rapport aux orífices de dislribulion, par rapport i1 la posilion au piston dans le cylindre au moment choisi pour la délcnle. C'est celte phase qui est représenlée fig. 1r•, ou le tiroir A est tracé en un point tel que l'orifice d'admission a est découvert d'environ les 3/4 de sa largeur, position qui correspond, d'apres le sens du mouvemen t indiqué par la fleche, au premier 1/o de lacourse du pislon. (Voirfig.1re, pl.10.) On suppose,en effet, que lemécanismc ac luel soit réglé pour la délente, correspondant a la durée des 4/ñ de la course. Puisque celte position est celle du moment d'inlerruption de l'entrée de la vapeur, la lumiere a' doit etre alors couverle, mais seulement barbe a barbe, par la glissiere B; comme cette phase de ses fonctions doit correspondre au milie~ de sa course, suivant les bases adoptées ci-dessus, sa longueur est ainsi déterminée, altendu que son axe de mouvement est celui méme F G du tiroir, qui résulte de la symétrie de leurs mouvemenls par rapport aux orífices de distribution. Ainsi, la glissiere doit avoir pour longueur : le clouble de la clistance enire l'axe géCONDITIONS DE MARCHE DE LA . GLJSSIERE DE DÉTENTE

DÉTENTE FIXE PAR UNE GLISSIERE.

393 nérat F G et le bord extfrieiw de la, lurniere a' clan~ la posüfon qii' elle occupe aii rnornent de la détente. La dislance des points de détente peut elre comptée sur les orí.fices memes a et b, si, comme daos nolre excmple, les lu'm ieres du tiroir sont percées parallclcment a l'axe F G. Mais si elles sont déviÚs, comme cela se fait presque toujours (voir la llg. 3, pl. H.), celte dislance sera nécessairement mesurée sur le dessus du tiroir et réduite, tout naturellerhent, de la quanlilé d'obliquité des deux lumieres. La détermination pure et simple des posilions du tiroir et de la glissiere permct d'atleindre complétcment le but proposé, car il ne reste plus qu'a trouver l'angle de calage de leurs deux excentriques: nous allons voir qu'il l'est déja. _ En effet, si du centre o du mouvemcnt du tiroir, fig. 1'º, on décritlc ccrcle qui représenle sa course, par la posilion meme qu'on lui a donn ée on peut tracer le rayon de l'excenlrique; il suffit, évidemment, de joindre l' inlersection rn de son axe et tlu ccrcle avec le centre : le rayon o m, esl celui de l'excenlriquc correspondanl a laposition acluellc du liroir. Or, la position dn rayon de l'exccnlrique de la glissiere B est connue, puisque celle-ci est en ce momenl au milieu de sa course; el si d'un autre point o' de l'ax e commun F G on trace le cercle indiquan lla course de la glissiere. lequel a été adm is égal au premier, le rayon du second excenlrique corresponda o' n sur l'axe F G. Done l'angle de calage réciproque des deux excentriques est celui rn o n' formé par le rayon o rn de l'excenlrique du tiroir avec l'axe F G du mouvemenl général. En adoplant de semblables condilions, on peut conslatcr par leur analyse les propriétés suivan Les : 1º Etant admis que la glissiere B occupe le milieu de sa course au momen l ele lu Jélente, le myon ele l'excentrique n'a ríen d'absolii comme grancleur, et l'angle ele calage récip1·oque des deux excentriques ainsi qiie la longiiwr de la glissiere sont seuts invariables pour un rnéme degré ele clélente ; 2° l\lais si ce rayon était plus pelit que celui de l'excentrique du tiroir, autrement <lit, si la course de la glissiere élait plus faible que celle du tiroir, l'opéralion ne s'effecluerait pas bien, allendu que la lumiere couverle par la glissiere serait démasquée avant que le tiroir füt revenu au milieu Je sa course, et la vapeur pourrail rentrer de nouveau dans le cylindre; 3° L'égalité des deux exccnlriqucs correspond au minimum de course a tlonn cr lt la glissiere; mais ce mínimum esl snffisant et a pour résullat que, lorsqu e le Liroir esl revenu au milieu de sa course, la lumiere qui a élé masqu ée pour la <lélenlc, l'est cncore el meme est débordée par la glissiei:e d'une quanlilé égale· au plus grand recouvrernent du tiroir(p. 364). La démonslration de ces théoremes serail faslidieuse ici et d'une ulilité contestable pour les praliciens; d'ailleurs, le tracé géométrique, fig. 2, donl nous allons dire quelques mols, permeltra aux personnes désireuses de se rendre un compte e:xact de faire elles-memes celte élude. Nous ajonlerons seulemen t que · la cou rse de la g·lissicre peut etre plus grande que celle du 'tiroir, mais qu'elle n e doil pas élre plus pelile, alfo de remplir cclts l.

394 .

MOTEURS A VAPEUR.

condilion de premiere im porlance, que la lwrniere a'

Otb b' dib tiroir, masquée pou1· ta délenle ne soit, dans aibcun cas, de no-wveaii dém,asquée par la glissie1·e, avant q11,e le tiro ir ait lui-rneme cornpléternent recouvert l' orífice d'introduction. ·

Un peu plus de course a la glíssiere qu'au tiroir ne peut etre qu'avantageux, et rend encore plus rapide l'obstruction de la lumiere au moment de la détente., TRACÉ GÉOMÉTRIQUE DE LA DÉTENTE FIXE (fig. 2, pl. 11).-0n peut vérifier la marche de la glissiere lres-aisément a l'aide d'un tracé basé sur le meme principe que celui représenté fig. 1•0 , pl. 10. C'est, en effet, par un tracé analogue (0g. 2, pl. 11), que nous allons suivre la marche relalive du tiroir A el de la glissiere B donl !'ensemble est représenté fig. 1••, et dont on vient de voir les condilions fondamentales. Le Liroir A est figuré rígoureusement suivant ses dímensions en longueur, les seules qui aient uue influence dans sa marche. Il est représenté exactement dans sa position cenlrale par rapporl a la table des orífices de distribution a et b, leur axe commun étant toujours F G. Supposant, comme pour la fig. 1 ro, pl. 10, un certain nombre de positions différenles de l'excenlrique, on délermine la marche des lumie1~es a' el b', par rapport aux orífices a et b, au moyen des quatre courbes semblables a H I J, dont on a vu les propríélés. Ces combes permeltent en effet de suivre l' ouverture progressive des orífices d'introduction peudant un coup de pislon; faisons remarquer, . toutefoís, qu'ici l'angle de calage avec la manivelle n' étant pasen question, ces courbes sont r ég ulieres, ce qui ne change rien ace que l'on cherche, c'est-a-dire la relalion pure et simple du tiroir et de la glissiere de délente. Ceci fait, d'un point o, pris a un endroit quelconque de l'axe F G, on décrit uü ccrcle d' un diametre mn' égul et commun aux courses <lu tiroir et de la g·lissiere; ¡mis, sur une tangente de a ce cercle, on .indique l'un des orifices d'introduclion, soit celui a, par exemple, en observant son rapport exact de position, quant a la quanlilé Je recouvre1uent, comme si om représentait, pour un inslant, l'arele iulérieure de la lumiere a', le tiroir étant au miliéu de sa comse, conformémenl a ce qui a déja élé expliqué (p. 37f). Dans cetle siluation ou la marche du tiroir est bien mise en rapport avec l'orifice d'intro<luclion par le cercle qui représente sa marche, on trace une verlicale n L au point ou l'aréte inlérieure de la lumiere a' doit ctre parvenue quand la détente devra commen·cer, c'est-a-dire lorsque celte lumiere doit clre cornplélemeut rnasq uée par la glissiere. Celte verticale coupe le cercle en deux points m' et n; le rayon o m' correspond évidcmment a la posilion de l'excentrique du liroir áu moment de la dé lente; mais puisqu'en ce meme moment la glissiere doit etre au mili e u de sa course, le..rayon de son e:xc'entrique se trouve sur l'axe meme, en o n'. Done, l'angle relatif de calage <les deux excen1riques est n' o m' ; el comme l'angle m o n lui est égal, il s'ensuit que le rayon on indique la posjtion de l'_e:xcen. trique de la glissiere lorsque le tiroir occupe le rnilieu. de sa course, ainsi qu'il a élé figuré sur le tracé. Pour délermincr ensuile la courbc de marche de la glissicre, comme on l'a fait pour le Liroir, il sul'Ora d'abord ue se souvenir que le ccrcle, donl Je· centre esto,

. DÉTENTE FIXE PAR UNE GLISSIERE.

395

indiquant'leur marche commnne, est rapporté comme repere au milieu de leur Iongueur, ainsi qu'on l'a supposé fig-. tre de ce~le mcme pl. H. Par conséquent, Je rayon de la glissiere étant en on, par rapport a la position actuelle du tiroir, le milieu dé la longuenr de la glissiere est en ce moment sur la verlicale n L, d'ou L est considérée comme point de départ de la glissiere simultanément avec celui H dn tiroir et d'ou parten effet sa courbe de marche. Cette courbe doit done partir du point L. Pour l'oblenjr, on divise en un cerlain nombre de parties égales, par eles droites paralleles, l'intervalle de celles J J 3 et H ll3, qui limilent, pour un demi-tour de l'excentrique, le développement des courbes du tiroir; puis on divise la demi-circonférence dn cercle en un rneme nombre de parties aux poinls 1, 2, 3, 4, ele., d'apres le diametre nn2, comme point de déparl, puisque c'est sur ce diamelre qu'est situé le rayon o n de l'excentrique de la glis. siere, lorsque celui du tiroir est en o rn.; position d'.apres laqnelle les conrbes du tiroir ont été déterminées. La projection, parallelemenl a F G, des points de division du cercle sur les droiles clivisant l'intervalle de celles H ll3 et J J3, délerminent alors des interseclions (chi ffre pour chiffre) qui, élant réunies, clonnent la combe Ll\IN, correspondanl a la marche du milien N ele la glissiere B. 11 ne reste plus q11'a donner a celte glissiere la longueur qu'elle doit avo ir et que, d'ailleurs, nous connaissons déja. Nous avons clérnontré, en effet (p. 392), que la longueur L' L2 de la glissiere doit etre égale a la distance des points de détenle indiqu~s sur les lumieres ci' et b(, plus le double de la largeur de ces lumieres. Comme ici les lumieres sont percées d'équerre et répet1:nt exactement sur la face supéricure dn tiroir les orífices a et b, on traceta sur l'un d'eux a, la ligne rn 2 rn 3·, correspondant au point de détente, et la moitié de la longueur de la glissiere B, dont le milieu est L~ sera égale, par conséquent, a la distance de celt.e ligue a l'axe FG; pfus la longueur d'une lnmiere; soit:

L' L2

2 (G m 2

+ H H').

Maintenant on complete le tracé, en reportant la courbe Ll\IN en L'l.\'l'N' et en L2 M2 N2, a partir des extrémi tés de la glissicre; la marche de celle-ci est alors indiquée par ces courbes, dont les positions, par rapport a celles du tiroir, permettent de reconnaitre aisément la marche relative de ces deux organes. Ainsi il est clair que l'orifice d'admission a, pour cette phase de la dislribution, reslera découvertjusqu'au momentoú les courbes se croisent en l.\I', qui est en effel celui de la détente, ce dont il est facile de se convnincre, altendu que la ligne de détente .rn,2 rn 3 vient faire intersection en rn-3 avec la courhe H' I' J', eLavcc la droile · l\'l'M 2 qui est la représentation de la glissiere dans cetle position. Enfin on reconnait que la lumiere a' ne sera pas de nouveau démasquée puisque les deux courbes L' M' N' et H I J ne se rencontrent pas avant que le tiro ir soi l reveo u asa position centrale, auquel point elles conservent encore une pelite dislance N' J, qui constilue la quanlilé de recouvrement de la glissiere sur la lumiere a' aans cette position. C'est,du reste, celle H 3 U ponr la lumi.ere opposée b'.

•

MOTEURS A VAPEUR. 396 D'autre part, il est visible, en examinant la courbc UM2 N2 que la lnmiere b' se découvre de plus en plus, et qu'a la prochaine posilion cenlrale du tiroir ceHe lumiere sera toute disposée pour l'admission, l'exlrémilé correspondanlc de la glissiere se trouvant alors en N2, comme l'autre extrémité est acluellement en L', etc. Quanl aux courhes L' fN' et Uf'N 2 indi'quées en trails ponclnés, elles correspondent au mouvement de relour de la glissiere, et indiqueraient la meme chose que les aulres, pour l'admission par l'orifice b, si les courbes de retour du tiroir avaient été tracées, ce qui n'a pas été fait afin de simplifier la figure. Mais elles représeutent un autre fait tres-caractéristique : elles montrent la marche que suivrail la glissiere, des son point de déparl actuel si la détente, ayant loujours lieu au meme endroil ni2 m 3 , devait s'effectuer au retour du tiroir au lieu de commencer dans la premiere partie de son mouvement: c'est-a-clírc si, au lieu de détendre pendant plus de la· moitié de ·1a course du piston, comme nous l'avons admis, on détendait seulement pendantmoins de cette moitié. Dans celle círconstance, l'angle de calage serait seul changé. Au lieu d'etre man, il serait mom', aigu au lieu d'etre oblus; mais on voit qn'il serait délermíné, comme précédemment, par l'interseclion de la ligne L n avec le cercle des courses. Cclle ligne produisant det1x interseclions m' et n, il suftit de choisír entre les deux, suivant que le pojnt de détenle con;-espond a l'aller ou au relo_u r Ju líroir: l'angle aígn correspond l1 la premiere de ces conditions et celui obtus a la seconde. En admettant ·le calage a angle aign, on voit que les courbes HI J et L' fN' se croiscnt en M3, qui est encore le point de délente en correspondance avcc celui indiqué par la verticale m2 m3, mais celte fois dans le mouvement de relour du liroir. Si nous rapprochÓns les différentes propriétés que nous avons pu constater dnns le cours de celle démonstralion, nous rcrnarqnons : 1° qu'unc glissiere d'une longueur déterminée est capable de produire le mcmc degré de détente avec des courses variables, ~l condilion que l'angle ele calage relatif . des deux excent?·iques reste invariable dans tous les cas; 2° Qu'une glissiere d'une longueur déterminée pourra produire des degrés dif_ férents de détente, en effectuant une meme course, mais en faisant varier l'cingle de calage relatif des deux excentriques; 3° Qu'avec le rneme angle de calage et la meme course on change le degré de la dé ten te en faisant varier la longueur de la gtissiere. Nous verrons que ces deux dernieres remarque~ ont été utilisées pour établir une détente variable par cette roeme disposilion du tiroir avec glissiere mobile, mais, dans un cas, l'angle de calage relatif variable a volonté, et dans l'autre la longueur de la g\issiere seule variable." En résumé, une analyse plus complete de ce systeme de distribulion a détente serait fort longue et toujours difficile; nous ne ponvons done que la tcrminer ainsi, en faisant remarquer que, si l'analyse est ¡difficile, nous en rendons le principe fort simple, pour une détenle fixe déterminée, et réduit a ceci : 1° Donner a la glissiere une course égale, au mínimum, a celle du tiroir; 2º Donner pour longuem' a cette glissiere : deux fois la distance du point de dé-

DÉ TENTE FlXE PAR UNE GLISSIERE.

39¡

ten.te a !'.axe, mesuré sur le dos du tiroir, plus le double de la largeur des lumieres, sur la meme face de ce tiroir; 3° Supposer la glissiere au milieu de sa course au moment de la dé tente; 4° Régler l'aug_le de calage relatif des deux excentriques par la simple représentation graphique du tiroir et de la glissiere dans le moment de la détente, en figurant la position correspondante du rayon de l'excentrique du liroir, lequel rayon forme avec la ligne perpendiculaire a la table du tiroir l'angle cherché (fig. f re, pi. H). aº Dans tous les cas, déterminer le point de détente d'apres la position du piston, et en tenant compte de l'influence, de la bielle, suivant les príncipes énoncés pom la détenle par recouvremcnt (p. 387). D ÉTENTE FIXE PAR UNE GLJSSIERE MOBILE PERCÉE DE LUMIERES ( FIG.

3 ET 4, PL .. 1 ,1 }

On a étahli des distribulions a détente fixe différant seulement de la précédenle en ceci que la glissiere, au lieu d'etre une simple plaque pleine, élait percée de denx lumieres comme le liroir principal. La fig. 3 de la pl. H représente celte variété de la détenle par une glissiere; elle monlre aussi, ce qui peut avoir lieu dans tous les cas, les lumieres a' et b' du tiroir inclinées dans le but de diminucr la dimension de la glissiere, et, par conséqucnt, sa résistance au mouvement sous l'influence de la pression de la vapeur. Ce mode de constructio11 don ne plus de lalitude que le précédenl pour la combinaison réciproque du double mouvement du tiroir et de la glissiere, attendu que les parlies plcines extérieures des lumieres a 2 et b2 forment recouvremenls a celles a' et b' en dchors des ·moments d'introduction, et permeltent d'éviter plus facilement les rentrées de vapeur anormales; aussi, dans l'exemple actuel, la course de la glissiere est-elle plus faible que celle du tiroir, ce qui ne pouvait pas avoir lieu avec la inélhode précédente. Voici, du reste, le procédé tres-remarquable sur lequel on peut faire reposer la conslruction de ce gen re parliculier de détenle, pour lequel on ne suppose pas les memes données que ci-dessus; celles actuelles consistent seulemenl en ceci : i O Le dcgré de détente ; 2° Le tiroir principal. La TRACÉ GÉOMÉTRlQlJE DE LA DlSTRIBUTION A DETENTE PAR UNE GLISSIERE A LUMlÉRES. fig. 70 suivanle rcprésenle ce tracé qui n'aurait pu etre assez intelligible avec le dessin seul de la pl. i1. Soit Om le rayon du cercle égal a la course <ln tiro ir, leqnel cercle est rapporlé a la marche de l'arele r, par laquelle doit s'opérer la dé tente, c'est-a-dire celle qui doit cofocider avec le bord s de la lumiere a 2 de la glissiere au moment de la fermeture de la lumiere a'. D'autre part, le centre de l'excentrique qui commande la glissiere doit etre aussi en o, et rapporté a l'arele s, dont nous observons les mouvements simultanés avec

398

MOTEURS A VAPEUR. l\'Iais nous ne connaissons encore ni le rayon de cet exconfrique,

ceux de !'arele 1·. ni sa posilion. Partant <le la posilion d'nvance du tiroir ou elu poinldedépart du piston, le rnyon de son excenlrique est en Orn . D'autre part, la lumicre correspondan{e a' clu tiroir eloit etre enlierement découverle par la glissiere, d'ou les lumicres ci' et a2 sonl rxac lement superposées, te qu'indique en effet le !meé fig. 70. Fig . 70.

l\faintcnant, admettons qu'au moment oú la détenle doit se produire, le tiroir soil dans une telle position que le rayon de son excentrique se trouve en Orn'; l'oriftc~ a' sera parvenu au point oú son arete est dans la projeclion 1·' du poinl rn'; mais, puisque c'est le moment de la détente, il faut aussi que l'orifice a2 ele la glissiere soit avancé de fai;on que son arete s se trouve en s' en parfaite super.position avec celle r' du tiroir. • Alors le rayon de l'excentrique de la glissiere doit avoir son ·extrémité sur la ligne rn/ r', projection commune des aretes superposées el de l'extrémité rn' du rayon de l'excentrique du tiroir : antrement dit, ce tracé démontre q11'au momcnt de la détenle, les deux excentriques ont les extrémités de leurs rayons sur ime rnérne droite parallele a l' axe F' G' du mouvernent. Celte con di lion suffit pour trouver to u tes les au lres. En se reportant au poin t de départ, ou les deux lumieres a' et a2 doivent etre juxtaposées, on trace t1u point rn une droite rn t, formant avec Orn un angle égal a celui Om' r', et projetan t ensuite l'arete s par une droite parallele a F' G', la ligne droite O n, qui joint l'interseclion n de ces dcux droites au centre O, est le rayon cherché ele l'excentriqué .de la glissiere, comme grandeur et comme position : l'angle de calage relatif des eleux excentriqucs est, en effet, m On. Par conséquent, au moment ele la détente les deux rayons sont en O m' et On'. Pou'l: s'assurer que l'orifice a.' n'est plus clémasqué a partir du point •de détente,

DÉTENTE PAR UN EXCENTRIQUE A BOSSES.

399

il suffil <l'amencr le rayon <le l'excentrique du tiroit· dnns la·posilion <l'avance opposée en Orn2, el d'indiquer de meme le rayon On2 e.le la glissiere. On voit ainsi tresdairement que l~s areles s et r sont maintenant lres-éloig·nées, et que l'orifice a', loin de se décomrir, s'est au contrnire recouvert de plus en plus depuis le moment de la détentc. Cependant, pour que cet effet ait réellement lieu, il faut que la bande extérieure • de la glissiere soit aussi sut'fisamment longue. Cette longueur peut etre alors <léterminée dans cette dernie_re position en obsenant qu'elle recouvre encore la lumiere a: d'une certaine quantité. Quant a la longueur de la glissiere, ou la distance des deux lumieres a2 et b\ ríen n'est plus aisé que de la trouver. 11 suffit d'indiquer l'axe F G <le l'ensemble du mouvement, et de supposer l'arete s pai;-venue sur E' G' au milieu de sa course. La longueur cxtérieure des orífices a2 el b2 de la glissiere est alors égale au double de la distance des deux axes F' G' et F G. Résumant ce qui précede, on remarque que_la course de la glissiere varíe avec le <legré de <létentc, pour le memc tiroir, et qu'elle est <l.'autant plus longue que celte <l.étente est plus prolongée. On peut également constater que l'augle de calage relalif <les deux excentriques dépend, par exception, de la largeur de l'orifice qui est l'un des éléments de la délerminalion clu probleme actuel. Si, par exemple, on voulait 4,ue la délenle eut licu lorsque le rayon de l'excentrique est en Om3 , ce qui correspond a une position du pislon comprise dans la premiere rnoilié de sa course, le meme tracé, fig·. 70, montre que le rayon de l'excentrique de la glissiere serait On3, celte ligne iridiquant aussi sa position relative a celui O ni ue l'aulre excentrique. La fig. 4 de la pl. i l indiqcte simplemenl; .a une plus grande échelle, les conditions géométriques de l'exemple représenté fig. 3. Les rayons o m/ et o n' <lésignent les excenlriqucs au point de dé tente; celui o .W correspond a la manivelle au meme instan t. Tenant cornpte de la bielle, en aclmeltant poÜr le cercle décrit par la rnanivelle celui du rayon o m et la longueur de la 1.Jiellc ramenée a la meme échelle, on voit que le pislon 'est en el, c'est-a-dire aux trois quarls <le sa course, qui est en effet ici le commencement de la délenle. 11 serait trop loug de faire un .examen cornplet <le cette question, qui, c.lans chaque cas pro posé, peut donner lieu a plusieurs solutions; mai;; nous espérons que les exemples que nous venons d'en donner suffiront pour permetlre a chacui:l d'en compléler l'étude suivant les circonstarices particulieres qui peuvent se présenter.

DÉTENTE PAR UN EXCENTRIQUE A BOSSES

l\I. Saulnier ainé, qui s'élail acquis une juste répulalion daos la mécaniquc par

ses <liverses inveulions, a conslruit pendaut une clouz;aine cl'années tles machines assez ingépieux, mais uont l'emploi a néan-.

a vapeur avec un systerne <l.e détent_c

400

MO'i'EURS A VAPEUR.

moins été ahandonné a cause de certains défauts qu'il présente dans sa marche comme dans sa construclion. Nous le considérons ici comme syslerne de détcnle fixe, bien qu'il soil susceptible tl'elre rendu variable, dans de cerlaines limites, au prix d'une moclificalion que nous indiquerons. La fig. 71 représen le celte disposilion, qui réside principalement dans u ne camme d'une forme parliculiere subsliluée a l'excentrique circulaire pour la commande du liroir. Fig. 7-1.

On voit que cette camme A cst un disque plat, monté sur l'arbre B de la machi ne, et dont le contour présen le plusieurs parlies concen triques de différen ls rayons, lesquelles sont raccordées entre elles par des courbcs en S. Cette camme est disposée a l'intérieur d'un cbassis reclangulaire C muni de deux galets D qui, par la forme meme de Ja camme, sont r.ontinuellernent en contact avcc elle dans toutes les positions successives qu'elle occupe peudant le mouvement de rotation de l'arbre B. Ce cbassis rec;oit de la camme un mouvement de va-ct-vient qu'il communique, soiL <lireclement, soil par une combinaison de leviers, au tiroir de clistribulion E auquel nous pouvous le supposer relié par sa tige F, d'une maniere rigide. Le cMssis éprouve des momenls de repos, puisque la camme µossede des parlics de son contour exaclement concentriqucs a l'arhre. Ces phases correspondent aux Lcmps de l'admission et de la détente, pcndant lesquels le tiroir cst, en effet, imrnohile, soit qu'il laisse la vapeur s'introcluire, soit qu'il l'cn empecbe en masquant I'orifice. Mais comme I'écbappement ne peut etre interrompu en meme lernps que l'admission, il faut que le tiroir soit plus long qu'a l'onlinairc ele la largeur meme d'un orífice, de fac;on que celui qui vient d'admeltrc la vapeur étanl masquée, l'autre reste néanmoins 011vert pour l'échappement. Cousidérant, d'apres cela, !'ensemble de la marche du tiroir, on y remarque les phases principales suivanles : 1° An départ du piston, le tiroir découvre rapiclemenl l'orifice et le tienl cornplétement ouverl jusqn'au moment ou l'admission doit cesser; 2° Puis il se déplacc de la largeur de l'orifice en marchnnt en seus conlraire ppur le couvrir, et conserve cetle position jusqu'ü ce que la course du pislon soil achevée;

401

DÉTENTE D'EDW ARDS.

3º A ce· moment, l'atlmission devant avoir lieu par l'orifice opposé, le liroir se tléplace, dans le sens de son dernier mouvement, el d'une quanlité égale a deux fois la largeur 'd'un ·orifice, afinque celui qui communiquail avec l'échappernent soil démasgué et en rclalion avec l'intérieur t.le la boite a "apeur. Ainsi, pour un coup de piston simple, le tiroir re~oit deux mouvements el lrois repos, ce que monlre en effel la camme meme qui présenle, pour une moitié, deux parties courbes progressives el trois parlies concenlriques. Mais pour un tour complet, le liroir exécule réellemenl qualrc repos el aulant de mouvements. La durée t.le la t.létenle tlépent.l. évitlemrnenl de l'étendue angulaire d~s parlies concentriques de la camme d'oú il résulte que le liroir laisse passer la vapeur dans le cylindre pendant des temps plus ou moins long·s, comme aussi il reste plus ou rnoins en repos. Avec une seule camme la détenle serait alors fixe. l\fois ponr oblenir une délente variable, on forme la camme de deux épaisseurs .qui pcuvent se déplacer l'une par rapporl a l'aulre en faisant lourner l'une d'elles sur l'axe commun. L'eITet de ce mouvement esl alors l'exlension des parties concentriques, les deux épaisseurs se présenlant l'une a la suite de l'aulre en contact avec les galets. Ou con~oit que ·ce moyen de ,varier la détente ne pouvail pas etre paríailement u lilisable, puisqu'il faut, pour cela, arreter la machi ne, ce qui suppose une nu:ialion <le travail. d'une durée un peu prolongée, tandis qu'aujourd'hui on cherche a élahlir une détente non-seulement variable a la rnain pendanl la marche de la machine, mais encore variable par le régulaleur, el par suite a loul inslant. Considéré au point Je vue théorique, ce syslerne de détente est susceptible d'une assez grande précision, el permet l'ouverlure des orífices lout en grand. Mais celle précision est naturcllement rallachée a la conservaliou <les picces du mécanisrne; el il esl .clair que l'aclion réciproque des galels el de la camme doit faire naitre promplemenl une quantité d'usure qui lend, comme l'on <lit: a {aire ferrailler les pieces el a uétruire l'exaclilude de leurs fonclions. Somme loule, l'absence absolue d'applicalion acluelle de ce systeme peut nous dispenser de nous y arreler davanlage.

DÉTENTE

VARIABLE

DITE

DÉTENTE D EDW.ARDS

Les systemes de dislribution a dét~nte que nons venons d'énumérer ont généralement pour caraclere ele ne pas permeltre de varier a volonlé le <legré d'expansion de la vnpeur, au moins, sans un changemenl notable de l'une des piccesou de leurs dispositions réciproques; de plus, la délenle élait obtenue, si l'on en excepte le syslerne dit a r ecouvrem ent, soit a l'aide d'un organe commandé séparément, soil par la subslilution d'une camme a l'excentri'lue circulaire. M. Edwards a fait le premier l'applicalion a ses machines a deux cylimlres, lors1.

402

MOTEORS A VAPEUR. qn'il dirigeait les aleliers de conslruclion ele Chaillot (1), 1.l'an systerne de- détente, variahle a rnlonté el achaque inslanl·, sans organe spécial de commanele nutre que celui appliqué au tiroir <le tlistribution. · La détenle d'Edwards étant le principe fonelamental ele plusieurs syslemes tresemployés depuis, il nous a paru utile de la faire connailre. Le liroir anquel l'nute11r fait l'applicatiou de celle détente est construit de la meme fat;on que celui décril précédemmeot el représenlé fig. 3 pl. H. La tig. 72 en i • t.liq11e la disposilion exacle, lelle qu'elle a été appliquée au pelil cylindre ele la machine des ateliers Ju chemin de fer de Saint-Germain. Celle figure montre que le Liroir propremenl dit A est, en Fi g . 72. effet, traversé par des lm11ieres a' et b' correspondant a celles a et b qui conduisent aux extrémités dn cylint.lre. Il est également muni, au dos, d'unc glissiere B qui doit opérer la elé1ente en venanl masquer a propos les lurnieres elistributrices · du liroir. Faisons observer toulefois que ces lumieres sont plus étroi. les que les orífices du cyliodre, daos le but, comme nous l'expliquerons tout a l'heure, de pouvoir fermer ces lumieres par un faible mouvement du mécanisme. On peut aussi remarquer que 1n vapeur esl arnenée du générateur a la boite de distribulion par un orífice O, s'ouvranf sur la meme table que les orífices distribuleurs : c'est, du reste, ce que nous relrouverous plus loin dans bien des exemples. La glissiere n'cst reliée a aucun mécanisme extérieur, et, prise ainsi isolérnent, elle se trouve simplement collée en quelque sorle sur le revers du tiroir par la pression de In vapeur; de fai;on que, si aucune cause étrangere ne l'arrelail, elle suivrait le tiroir clans son monvement, sans se eléplacer relalivement a lui, et sans produire, par conséquent, aucun cffet. Pour la faire agir, l'auleur a disposé a l'inlérieur ele la boite tt vapeur deux crochels C et C', montés sur deux axes qui dépass~nt exlérieuremenl pour porler deux roues clentées de memc eliamctre et engrenant ensemble. En agissaut convenablement sur ces roues, on peut faire lourner les deux axes, et füire éloiguer ou rapprocher, suivaut le seos du rnouvemenl, les exlrémilés des crochels !'une de l'aulre. Si nous les supposons dans un élat d'écartement ioférieur a la course du tiroir, plus la longueur <le la glissicre B, celle-ci, au lieu d'acbever la course que le tiroir luí ferail faire en l'enlrainant, rencontrera l'un c.les cleux. crochels, s'y butera et ne suivra plus le Liroir qui achevera alors sa course sans elle. Pendaut ce moment (1) CeL é lablissement, fondé par ~IM. Perier el Chaper, n 'e:dsle plus aujourd'hui; il y a tren1e ans, c'élail le plu8 con,idéraule de Parí s. 11 en est sorLi un grand nombre de bonnes ma,:hines, el principalemenL des machines a vapcur a deux cylindres, tclles que cclle de 30 chevaux. muntée aux alelieq; du chemin de fer de Sai11tGer111ain, avec le sysleme de délcnle d'Eclwards.

DÉTENTE D'EDWARDS.

403

d'arrél de la glissiere, il est clair qu e la lumiere du ' tiroir, par laquelle l'admission avail Iieu, viendra d'elle-meme se masquer, et l'admission élantalors inleiTompue, la délente commencera. Lorsque le tiroir va Tevenir sur lui-meme, il enlrainera de nouvean la glissicrc, en la délachant Lout nalurcllement_du conlact avec le crocbet, mais conlinuant sa course, la glissicre viendra se buler sur le deuxieme crochet, et la meme opéralion aura Iieu pour l'aulre colé du cylindre; et ainsi de suite. Pour nous résumer sur cet ingénieux mécanisme, nous disous que la glissiere arrelée dans son mouvement, la lumiere d'admission se couvre. tandis que celle opposée se déconvre, et se trouve disposée pour l'inlroduclion en sens inversc. Ainsi, en prennnt la fig. í2 pour exemple, on voit que la vapc.m venant de pén étrer dans le cylindre par l'orifice a, la glissiere, suivanl la marche du tiroir, renconlre le crochet C et s'y arrelc : la lumiere a' est alors cachée sous la glissiere, et l'admission est intcrrompue. Par le meme mouvement, la lumiere b' cst oomplétemenl démasquée el toute prétc pour l'inlroduction qui a lieu par l'orifioe b• .Maintenant, il esl tres-fucile de concevoirque si l'on change l'écarleme-nl des crochels, la course libre de la glissicre éprouvera une modificalion c01T.espondanle, el les orífices scront masqués plus tót ou plus tard: de lit la variahilité du deg-ré de déte11te. 11 suffit en cffcl, pour cela, de meltre en mouvement les roues qui .com mandent simultanément les deux crochels, opéralion toujours facile, méme pendant la marche de la machine. Un cadran divisé el placé aussi extérieuremenl, permet de r.econnailre tres-exactement de combien on fait tourner les axes des crochels, et par conséquent sur quel <legré de délente on regle la machi ne. Nous arrivons a la propriélé caraclérisliqne, ou plutót a l'inconvénie,nt pr-incipnl de ce S}'Sleme de détenle, qui a pourlant l'immense avanlage o.e n'exa,g.er ,;wc~rn mécanisme de commande et d'elre tres-facilement acccssihle. Puisque l'obstrnction de l'oril1ce ne peut avoir Iien qu'aulant que le liroir possede encore une marche au moins égale a la largeur de sa lumiere, aprcs la butée de la glissiere, el que sa conrse est terminée quand le piston es t an milieu de la sienne, ou apen pres, ils'ensuit que l'admission apleine vapeur nep eut pasdurer plus que la demi-course du pislon, a11Lremenl dit :, Le system e de détente d' Edwards et taus cwx qui en clérivei_ll ne permellenl vas d' e{fectuer une déten te moins prolongee que la seconde moitié de la course clu piston. Mais la durée de l'admission h pleine vapeur pent étre aussi faible que po?sible et rnéme presque nulle: il suffüait, ponr cela, de serrer les croche ts de fagon a cmpecher presque toul monvement ele la parl de la glissiere. Cependant, les dimensions adoptées pour cctle distribuHon ne permellent pas de reslreindre l'admission a une dnrée moindre que celle qui correspond a une portion de la conrse du liroir égale a la largenr de ses lami er es a' et b', laquelle esl réduite aulant que possible pour élendre les limites de la variabililé de la délenle. 1\Iais il en résulte qu e ces memes limites peuvenl ch:rnger suivant les dimensions relalives adoptées a priori, entre les diverses parlies du mécauismc.

404

l\'IOTE U RS A VAPE UH.

D'a utre pa rt, s'il n'est pus possiule de r eslrcind re la délenle a moins de la moi lié de la course d n pi s!on, on peut m archer enti erem ent a pleine vapeur, c'est-a-dire qu e l'admi ss ion peul elre co nlinu ée pendanl la course enti cre dn pislon. Il suffil , pour cela, d' ouvrir assez les cro ch ets ponr qu'ils n e soi ent plus r encontrés par la gli ssiere qui r es te alors . immobile a~1 mili eu de la lon gueur d11 tiroir en déco u vrant é~alcment ses deux 1urni eres . l\'l ais pour q11' elle vienn e se fi xe r dans celle p osilion , il ex is te sur le meme plan qu e les denx crochels un e harrelle fi xe cenlrale E, co nt re lnq urlle la glissiere vienl bu ter inléri eurement pa r les de ux talon s dont elle es t m uni e, el dans des condilions lelles qu e le liroir par ve nu a l' exlrélllil é de sa co urse , la glissiere se tronve a ussi placée tl sa posilion con stante fix e. lJ 11 e seu le évoluli on simpl e dn tiroir suflit évid emm ent poui• qu e ce l effel soit protluit , aprcs qilo i la lrntée contre ce lle barre lte n'a plus d' ac lion. Cct in con v.énienl de la détenle d' E~wnrds et de cell es qui lui sont an alog ues, quant a la limite de restriction de la dé tent e, n 'es l pas, n éa nmo in s , un e ca use suffisante po ur qu e l'a ppli ca lio n n e p11i sse s' en fajre ava ntage usement ; car les moti fs m em es pour lesqn els 11ne machin e a é lé di s posée pour march er avec 11n e grande détente s'oppose nt assez souve nt a ce riu e cetle Miente soil limilée ju squ'au poinl de marcher h plein e va peur pend ant un e derni-course du pi ston. Cependant, un sys le111 e perrnetl ant la tl é lente acl libitum n e p e11t elrc q ue p référnhle, s' il n 'offre pas d' nutres in convéni enls parti r. uli ers. Un re proch e plu s sé rieux a aclresse r aux div ers mécanism es qui out ponr hase la glissiere, fo ncli on11 an t so i t par un excen tri<]u e circul aire spécial, soi l par la bu tée simple, c'est l' étra nglem ent des orifices di strihuleurs, surlout po ur les dé lentes Lres-prolongées . 11 es t cla ir qne l' ohs trn clion de la lumi ere du tiroir devimt avoir lieu lor sque celui-ci es t par ve nu an point de sa course correspond anl a celle du piston choisie pour comm encer la détente, l'orifice di str ibuteur sera d'a11tanl moins tl écou vert qu e la délente d_o it cornmencer plus tó l. ro us a llons avo ir l'occasion d'exam in er ce point imporl a nt en décriva nl le sys leme de détente, si r épandu, de M. Fa rcot, sys teme q ui es l le déri vé le plu s perrec lionn é de la délentP- rl'Edward s.

DÉTENTE

VA. RI A. B LE

(F IG.

D I TE

DÉ T EN T E

P L.

FA R COT

~4 )

f. Farco t a f'a il con nai lre en 1838 un systcrn e de distribution a dé tente va1·iab le pour leq uel il a pri s un brevet de courte durée , sans penser probabl em ent au brillan t ave nir q ui lui était réservé (1) . L a dé lente Farcot esl en etfet employt•e a uj ourd'hui par un grand n ombre de m éca ni ciens fra l1(;a is, et c' est a pein e si des sy_stumes plus r éce nls par vienn ent a lui d ispuler les applicalions pour obtcnir, (i ) Yoir pour l'u ne des prcmieres app licaLions de ce ys leme de dé Len te, la P ublicalio11 btclustric//e vol . pi . 38, el pour les suivantes les vol. m et xu du meme recueil

DÉTENTE DE" F ARCOT.

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bien entendu, des effcts comparables 11 ceux qu'elle esl capable de produire (1 ). Le príncipe général exposé des !'origine par l'inventeur est encore intact aujourd'hui·, mais dans ses mains mcmes la· conslruction a subí des mocliftcations •importan les et constilue un ensemble perfeclionn~ dont la 11g. 5 de la pi. 11 pourra donner une idée tres -complete. Celte figure rcprésente, en coupe transversale, la distriuution appliquée a une machi ne a vapeur horizontale d'une puissance nomina le de 2ñ chévaux, conslruite pour la manutenlion militaire de Chaillot par l\1. Leco uleux, mécanicien il París (2), d'apres les formes el les disposi~ions parliculicres de M. Farcot. (Deux machines ont élé en effet fournies pour la 111anulention par ces deux constrnclcurs et pres11ue sur les memes plans). La fig. 6 est une -me du tiroir d élaché de la boile et regardé du colé opposé a la face froltante. ENSEMBLE ou MÉCANlSME DE LA DÉTENTE FAncoT. - On vient de voir que le syslcme d'Edwards consistail en un liroir percé de t leux lumi eres d'une moindre largeur q'ue les orilkes de la table, et 111w1i d'une glissiere libre, mais bulunt au moment d'opérer la fermelure des lumieres conlre des arréls fix es . l';ous avo ns , fait remarqucr que le r é lrécissemenl de ces lumieres avait pour objet d'en rendre la ferrneture plus prompte et en m eme lemps de permeltre de réc.luire la durée de l'admission a pleine vapeur dans des limites aussi étendues que possibl,~. Dans le systeme de :M. Farcot, les deux lumieres a' et b1 sur la face frottante du tiroir A so11l égales en largeur aux orifices a et b; muis sur la face opposée ces 111mieres, apres s'etre considérablemenl élargies, sont divisées en trois ouvertures étroitcs a2 donl la somme esl néanmoins égale ou supérieure,a volonlé, ü la largeur normale de la lumiere . Ensuile, aµ lieu d'un e seule glissiere, le tiroir esl muni de deux registres B et B1, complétemenl inc.l6pendants l'un de l'aulre, devanl agir chacun séparément par u11e butée, comme la· glissirre d'Edwards, pour op.é r er la délenle en ohstruant les lumieres a2 ou b2, suivanl la pbase des mouvemenls du liroir A en correspondance avec les deux sens du mouvement allernatif du piston. Ces registres sont eux-memes pcrcés Je deux lumieres a 3 ou b3, cxaclement de la· dimcnsion de celles du liroir el également cspacées, de fac;on que, lorsque l'admission de In vapcur doit avo ir li e u, les parlies ¡.ileines d u registre et du tiroir se superposanl, les trois orifices a2 ou b2 sont enlieremenl décbuverls (voir fig. 8). L'arret conlre lequel doivent buter les registres a leurs rnoments respectifs d'opérer esl une pi ece en forme de cammc C montée a l'extrémi lé d'un axe F qui lraverse le couvercle E de la hoile ü vapeur D; chacun des deux registres porte, a (t) Si le brevel de M. Faréol eu l élé d'une pl11s lon gue durée el que l'induslrie en ful rPslée aussi lon glernps lribulaire, meme pour un faible droil prélevé par force de cheva l, il esL évidenl que celle invenlio11 pouvail deve11ir, pour son aulcur, aussi avaulageuse sous le rapporl financier, qu'elle a conlribué a s_a répulalion cornme mécanicien. (2J M. Lecouleux. esL le successeur de M. ftloulfarine, qui s'esl aussi di slingué pour l'exéculion des macbi11es a vapeur. Nous au1·o ns de nou,·cau l'occasion de cil er l\1. l\1oulfariue pour les machines a deux cylindres qu'il a !Slab li es il l'lilJlel des Monnai es, eL qui onl élé pendanl longtemps ci lées comme des modele, du S)' slemc de Woolf. Ce, machines onl élé décriles dans , la Publicatio1i indusll'ielle, vol. vu.

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cel etfet, un talon saillanl d, par lequel il vient buter contrc la camme C, IorsqueJc liroir principal l'a :uncné au poiut convcnable. Déja nous pouvons füirc remarqucr qu'il existe cctte différencc avec la clétentc d'Edwarcls que la piccc d'arrel pcut etre placée au centre de fa boitc acause de l'indépc11dancc des deux regislres. · l\Iainlcnant, la variabililé du poinl de détente cst obten u par la camme C, dont la forme extérieurc ·p réscnte des rnyons .de dimensions différenles, el qui, en la lournanl par son axe F, arr&le les registres plus tot 011 plus tard, effet pro<luit par les crochcfs tl'Edwards, suivant qu'on les oune plus ou moim. Celtc camme peul possédcr des formes di verses, soit comme elle ·est indiquée en déla.il fig. 9, oú clic csl composée de deux dévcloppanlcs de cercle, et, comme le fait M. Farcol, soit comme Je monlrc les iig. 6 et 8, 011 on luí suppose une forme moins accent.uée. L'iHdépendance d"es deux glissieres conduit ici a une disposilion pn.rficulierc qui ne se trouve pas dans la délenle d'Edwards, rnais qui contri bue encore a améliorcr les cffcts oblenus par celle-ci. C'est une bulée tic relour qui a pour objet de ramener chaque registre a la place qu'il doiL occuper pour démasquer cornpléfement les lumicres du tiroir au début de J'inlroduclion~ Clrnquc registre porle a cel effet un lalon e dans lequel se trouve taraudée une broche G qui, achaque fin de course du tiroir A, vient bulcr contre le fond de la boile a vapeur ou contre la tete d'une vis f qui permet, en la détournanl <l'une certaine quanlité, de régler le moment exact de la bulée. On coni;oit que le tiroir principal occupant toujours la méme posilion achaque extrémité de sa course, on puisse régler la longucur de la broche G de fa<;on que, lorsqu'elle touche le poinl d'arret {, le registre correspon<lant B ou B' soit dans la posilion 011 ses lumiercs sont en co·i ncidcncc exactc avec celle du liroir, comme sur la fig. 8. Par conséquent, le tiroir A parlant de celle position extreme pour revenir a celle centrale, a la prochai.ne in lrod uclion les orífices son t cntierement libres pour le passage de la ,·apeur. Cetle opéralion du retour de la glissiere de détenfe, qui s'accomplissait a l'aide tlcs rnérnes crochels dans la détente d'E<lwartls ( celle glissiere s'y trouvanl d'une seule piece), présenle ici un tres-grand avantage, a cause de la fixilé de la butée extreme qui est nécessairement invariuble, quel que soit le degré de <léfenle réglé par la posilion de la camme C. Celte disposition jouil en effet de celte propriéfé que, pour un <legré quelconque de détente, le registre est toujours amené au meme point de déparl el dérr:iasque complétement les lumieres <lu tiroir au momenl de l'introd11clion, tandis qu'avec la délente d'Edwards, celte posilion change suivanl. le plus ou moins d'écarlemenl des crocbels qui fonctionnent a la fois pour opérer l'obslrnclion des lumieres el pour les démasc¡uer. Pour nous résumcr sur !'ensemble <les fonctions de la délente Farcot, suivons le mouvement dont une phase est indiquée par la fig. 5, pl. H. Sur cclle figure le tiroir A est supposé arrivé dans la posilion 011 la détente Joit comm encer, c'est-i1-dire oú l'admission, qui avait lieu par l'orifice a, <foil elre enticrement interrompue. ons voyons alors que le registre B masque exactemenl, sans les recouvrir, les

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lumieres a2, et son talon d hute sur la camme C. Mais celte butée a déja lieu depuis quelques instanls, puisque cesorifices se lrouvaient enlieremenl découverts au com- . mencement de l'introduction : la biitée du taton rl contre la caníme a 1ni lüni aii moment oib le tiroir A avait encare a parcoi11rir une d'istance égale a la largeur eles l1,1,mieres a2 pour arr·iver aii point ele la détente; le registre cessant de le s-u,ivre penclant le méme temps, les orifices a2 sont done exactement masques. Telle c-st la hase du tracé géomélriqne qui permel de calculer les effets ele ce mécanisme ainsi que nous le verrons plus loin. Le liroir conlinnanl de marcher pour arriver a l'e>.lrémité de sa course, il est clail' que le rcg·istre reste toujours en bulée, el il ne se produit pns d'aulre e-ffet que la progression croissante du recouvrcment des orífices a2 • Pendanl celle aclion, l'aulre registre B', qui masquait les orifices b3 depuis le monrnnt de la elélente d.u coté opposé du pistan, a élé rlélaché du confoct Je la camme, enlrainé par le liroir A contre lequel 9ous savons que la pression de la vapeur mainlient ces registres assez fortement appliqués. Mais au moment indiqué par la fig-ure, rensernble du tiroir A et du registre B' est arrivé au point on labroche G' va bnter sur la tele lle la ,,is ('; celte bulée arretera la marche dn registre, el le tiro ir A con !in uanl d'avancer, les lumieres /¡> se tron veron l elécou verles et prNes nlors pour l'aJmission par l'orifice b. On coni;oit maintenant que celle demiere opération aura lieu exactement pourle premier registre B, lorsque le tiroir remonlera et sera pret d'atteindre sa position extreme~ supérieure (en prenant la position meme de la fignre comme repere). Ce méca11isrne fonclionne tres-bien el exige seulement quelques soins pout· le Llien régler; il fonclionne aussi d'aulant mieux que la vilesse de la machine n'est pas trop considérable : il parait de toule i1npossibilité de l'appliquer utilemcnt ü des machines posséelant uu€ v,tesse de plus de 90 it 100 tours par minule, ce qui serail cerlainement une limile extreme. Que! serail, du reste, le syslerne de distribution a détente produisant un bon effet dans ce;; condilions? On déelnil de ce qui préceele que la .<.lurée de l'aelmission a pleine vape11r pcul' etre d'autnnt_plus faible que les lnmieres a2 sont plus étroiles par rnpporl a In marche totale Ju tiroir qui doil au moins marcher de leur largenr depuis le début de l'adlllission, pour les m1squer; celte conelilion de la plus grande détenle cst done ohlenne l?rsque le talon d Ju registre hule sur la camme des le départ du tiroir du poinl d'avance a l'inlroduction. D'un aulre coté, la plus gi:ande admission a pleine vapeur, qui ne p cul pas dépasser la prerriiere rnoilié ele la course <lu piston, comme avec le systcme d'Edwards, s'en rapprochera J'aulanl plus qt.ie ces lumieres a2 seront encore plus élroitcs, puisqn'il faut que la butée ail lieu contre la camrne quand il reste encore au tiroir'ü parconrir au moins leur largeur pom· arriver a son point extreme, ce qui n'amcne encore les lnmiercs a2 el a 3 que barbe a barbe, el snns recouvrement. Mai:; l'admission a pieine vapeur pendant toule la course esl facile : il suffil de mettre la c·nmme en travers, de fü9011 qu'elle ne soil pas atteinte par les talons et et d' des r ~g·istres; les hulées extremes ramenant toujours ceux-ci a la plus grande

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onverlure des orifices a? el b2, il en résulte que ces registres reslent dans celle posilion el immobiles par rapporl au tiroir A, qui fonclionne comme u11 liroir ordinaire. DÉTAILS DE LA co STRUCTION. Bien que la vapeur tende a rnainlenir les registres constamment appliqués sur le tiroir, on esl obligé de les rclenir mécaniquement, parce que, dans les rnomenls d'arret, ce1Le prP.ssion faisanl défaut, ils s'en détacheraien t complélemen t. Le moyen employé pour tenir les registres B ap.pliqués conlre le liroir, indépendammenl de la pression de la vapeur, consiste a les presser a l'aide de quntre ressorls arqués H qui sont relenus dans des chapes g fixées a des oreilles h venues de fonte avec le liroir A; ces ressorts pressent sur deux regles 011 currelets I qui forment nux registres B des joues élasliques sous lesquelles ils peuvent glisser, quelle que soil Jeur posilion. Indépenclamment de ces regles qui les 1nainliennent nppuyés sur la face de glissemenl, les registres sont aussi g·uidés laléralement par deux rebords dressés parallelement et apparlenanl au liroir principal. L'axe F, qui porte la camme C, traverse une bolle a éloupe <lisposée clans _le couvercle E de la boile it vapeur. Au lieu <le lui ménager une embase a l'intérieur rle la garniture, pour empecher ses vnriations longilu<linales, on a tout simplement jeté un filet de vis tres-serré sur sa parlie qui lraverse la bague en bronze i qui lui forme alors écrou. A la vérité, lorsque l'on fait tourner l'arbre pour changer la posilion de la camme, il se produit un mouvement longitudinal par l'effet méme de la vis; mnis cet effet est sans conséquence nnisihle atlendu que le mouvement maximum étant un quart de ~our, en admellant que le pas de la vis soit mcme de 2 millimetres, l'axe F ne se déplacerail encore que de 1/2 millimelre. En dehors de. la hoile a vapeur, !'axe F porte un cadran divisé pres duquel est une aiguille fixe qui permet <le reconnaitre la posilion exacte ~le la camme el le dc·'.gré de délenle correspondant. Ce cadran peul etre manceuvré a la main pour agir sur la camme, ou, comme le pralique l\'I. Farcot, avec le modéraleur a force centrifuge qui fail ppérer aulomaliquement les variations de la délente. Seulement, il est remarquable que, lorsque la varialion de dé tente est confiée au régulaleur, ceci suppose que le point de délenle ne doit éprouver de varialion qu'autant que la vilesse de la machi ne s'écarle elle-meme de sa valeur normale, puisque l'aclion du régulateur, en l'y ramenant, foil aussi revenir le degré de détenle au sien. l\1ais si le degré de délente devait étre modifié, parce que la charge de la machine le serait aussi pendant un certain lemps, il faudrail alors délerminer le nouveau point de détenle en tournant convenablement la camme, puis en la metlant en rapport dans cetle autre position avec le mécanisme qui la relie au régulateur. Ce mécanisme, qui n'est pas figuré ici, se lrouve amplemenl détaillé sur les planches suivantes représentanl diverses machines de M. Farcol. Déja on en voit un premier exemple par la pl. 17. Nous avons dil que la camme a le plus souvent la forme dessinée fig. 9. Cette forme nécessite le déplacement des butoirs d et d 1 , qui sonl déviés régulicrement de l'axe du mouvement pour se soumellre plus directement aux deux courbes et

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parvenir au contact meme du noyau, posilion indiquée sur la fig. 9, ou ces buloirs sont représentés en cl2 comme s'ils avaienl changé d'axe : mais on sait que c'est la camme qui, en tournant, se trouve ainsi placée par rapport a eux. Nous avons a remarquer maintenanl la conslruction tres-soignée de !'ensemble de la hoile a vapeur et de l'assemblage <lu tiroir avec son cadre. (Nons avons dil que celle distribution est horizonlale cormne la machine a laquelle elle est empnmlée, landis qu'elle est posée ici verticalement par l'exigence de nolre dessin.) Le tiroir esl pris dans un cadre en fer J, comme on l'a vu plus haul; la liaison de ce cadre av ec la tige K est faite tres-convenablement au moyen d'un boulonnage a écrouj. Il esl en outre muni d'une scconde tige K', assemblée de la m émé fac;.on, et qui a pou_r objet de· maintenir rigourcusement la reclitucle clu mouvement du tiroir, en s'ajuslant dans une douille cylindrique k fondue avec la hoile a vapeur. La face froltante du tiroir est garnie d'une semelle en bronze l, qui rend le froll emenl plus doux et qui peul aussi élre renouvelée dans le cas iune usure notable. On sait que ces parties frottantes ne sont pas lubriíiées, qu'une graisse quelconque ne pourrait pas se maintenir a cause de la chaleur et de l'exaclitude du conlact des surfaces planes, el que ces surfaces deviennent polies el brillantes, d'ou vienl cette expression usité'e : la glace dii tiroir. Enfin, nous devons sigoaler l'utile perfectionnement apporté par l'invenleur asa disposition primilive, et qui consiste en deux regards ménagés an couvercle de la bolle pour penuellre l'examen facullalif et la réglcmcnlalion úu mécanisme intérieur. Ces deux regards sont. des ouvertures circulaires fermées au moyen de tampons L relenus par des boulons m dont la tete esl en forme de T. Nolons en passant que sans ces regards il était difficile de régler une telle détente dont toutes les pieces sout renfermées el dont le jeu dépend de la camme, qui ne peut etre mise en place que lorsque _le couvercle s'y trouve lui-méme. ÉTUDE GÉOMÉTRJQUE SUR LA DETENTE FARCOT (fig. 7 et 8, pl. H). - L'étude actuelle a pour objet principal de se r~ndre comple úes positions relatives occupées par le liroir et les registres pour chaque <legré de délente proposé. A cet etret, la fig. 7 est le tracé géo.métrique des mouvemenls du tiroir principal, suivant la méthode exposée précédemment (fig. 3, .pl. 10). Elle consiste a-tracer un cercle d'un rayon o M, représenlant celui décrit par la manivdle, puis un secoud cercle d'un rayon o p égal a la course du tiroir. Menant ensuite les tangentes O N et 0 1 N', on y indique les deux orífices a et b, en tenant compte de l'angle de calage qop, le centre o correspondant a la marche del'extrémité de la bande du tiroir. Ce tracé ainsi élahli, il devient tres-simple de trouver les positions du tiroir pour cbaque degré de détente. Pour cela, on doit diviser la course du piston, que le diamelre MM' représente, en parties égales, allendu que la dé lente est opérée par vol u mes proportionnels a celtc course. Celle-ci est divisée en 10 parlies égales qui correspondent alors successivement a 1 3, 4 el 5 tlixiemes d'admission a pleine Yapeur; le premier dixiemc est en outre divisé en deux pour le degré de clétente, assez exceptionnel du reste avec 1/20 seulemenl de la course du piston d'admission a pleine vapeur.

;2, J.

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PuisfJue l'excenlrique et par conséquent le tiroi1· marchenl comme la manivellc, il fa11l cbercher les posilions de celle-ci pour chaque degré d'admission. Ceci se foil aisément, ai11si qu'on l'a. vu, en lrai;ant, par les poi·nls dé division de la course du pislon, d.cs ares de ccrcle avec la longuenr d.e la bielle pour rnyon. Ces ares coupenl la circonférence en différenb poinls que l'on joint avcc le centre o par des rayons qui correspondenl alors aux posilions cherchées. Mainlen.nnt, puisque le rayon de l'excenlrique esl en q o quan<l la manivelle est au poinl mor!; en o.M, il,esl clair ,quc, si l'on reporte l'angle de calage de chacune des po Hions tlc la manivelle, on trouvcra les posilions relalives Ju iliroir. Si,en effel, des points <l'interseclion q', q2 el q3, des rayons de la manivelle avec le cercle de l'excenlrique, ou reporte la conle p q de l'angle de calagc, on aura les positions successíves p<, p2 et pª du ceolre de l'excenlrique; et leurs ¡..,rojections sur !'orífice a <looneronl lt's positions correspondan les du bord Je la baode du tiroir. C'est ce que monlre la fig. 7, suP laquclle ces positions sont int.liquées sur !'orífice a pour les degrésil. / 20, 1/ 10 el 2/ 10, correspondant a celles <lu pistoo tlans la parlie oM de sa course.- U n'élait pas inléressant de contínuer la meme opération pour 3 ou 4 <lixíemes ,qui correspont.lraient a l'orifice presque enlierement tlécouvert. Aiusi, 011 peut rcmarquer que, gTace aux mouvemcnts croisés de la manivelle et de l'exccnlrique, el a !'avance, l'orifice esta moilié découvert pour la faible admission de 1/ 20, el que, pour celle 2/ 10, ordinairemeut a<lóplée en pralique, cel orífice l'esl presque enlieremeut. Muis comrne en ces poinls le registre <loit avoir complélemenl obstrné les lumicres tlu liroir, puisque ce sont les momenls de détente, il faul tlonc en rdra11cher quelque chose pour le passage progressif des lnmieres du tiroir sous les parlies pleiues_du registre. Pour bien tixcr les idées it cel égard et aider a la solution ele cetle queslion imporlanle de l'étranglemenl Ol'S orHices, nous allons donner un diagramme qui monlre avec la derniere évitleoce la valeur réellc de la quanlilé d'ouverlure pour des limiles cxl1•emes des poinls de <létenle. La fig. 73 ci-conlre représenle, répélé deux fois, le mcme tracé que la fig. 2 <le la pl. 11, relafü·emenl a la marche d'un liroir percé de lumieres par rapporl aux orífices de dislribution. Ainsi H'_J élant la largeur de l'orifice a', les droites H' I et J l' en sont la projeclion; les courbcs H I et H' I' représenlent la marche de la lumiere Ju tiroir, mais seulement pour la moilié de la course du pislon, vu que nous h'avons pas a élutlier, avec la déleolc Farcot, une admission plus prolongée. D'nprcs ce que l'on a vu préc6demmenl, et surlout par l'étutle de la fig·. •tre de la pi. 10, on compreutl que le rectangle H' I l' J étant regardé comme proporlionnel a la moilié de la section <l'un orífice de distribulion, la surface de la figure curviligneH' 11' esl de mémeproporlionnelle a la moitié de la quanlilé d'ouverture effective due a la marche de l'excentrique, pour le tiroir simple, sans tlélcnte. Tous uous proposons alors de chercher quelle fraclion plus ou moins grande de celte superficie curviligne exprime l'ouverlure effeclive de l'orifice pour des degrés de déleule déterminés. Soit J'abord le faible <legré 1/20 d'atlmission, pour lequel les .fig. 7 et 8 de la

DÉTENTE DE F-AR COT.

411 pl. H indiquenl ~xactemenl la position du tiroir par rapport a \'orifice. Prenanl ce dcgré d'ouverlare, on le porte, sur le 1racé, fig. 7-3, de H' en a, et projelaul ce poinl Fig. 73. -- -- ______ I r -"=- ---- - --7_¡'

){--------~-- ----'---

_j ______JJ.____ _L _ L _ L L -

purallelement sur la courbe, son inters·ection b permet <le lracer la -droite AB qui e-sL alors le lieu géotnifüique de la dél ente, c'est-a-dire la position du tiroir au moment ou ses lumieres sonl reconverles pal' le registre. 1\fais pour que la - fP-rmeturn ail lieu en·ce point, elle doit commencer quand le lh·oir a encore a parcourir une dislance•égFílr iL la Jargeur de cbncune des lmnieres élroites supérie_ures; ainsi, en· porlant celte largeur de a en e, la ligne cd indique la posilion que doit occuper la lumiere du liroir, lorsque celles de sa face snpérieure voul commencer a pénéil'cr sons le l'egislre. Par conséquent, tandis que- la grande lumiere du liroir s'avc1nce de cd · en ab, celles supérieures (marquées n 2 sur les fig. ' ñ et 8 de la pi. H) se reconvrent de cd en H' e, suivant la progression marquée par la combe de; enfin, sur H' e la fcrmeture est complete. JI résulle de ceci que¡ pour l'admission a pleine ·vapeurpendant 1/ 20 de la course c.lu-pislon, la quantité effective d'ouvei-ture de l'orifice de distribulion esl représenlée par la pelile figure curviligne H' de, dont la superficie est en vi ron 0,4 de celle H' be qui rcprésente l'ouverlure réelle de l'otifice par le liroir principal et suivant laquelle la vapeur serail introduile pour la meme marche du piston s'il n'exislait pas de <lélenle. - Cela -c.lémoutre parfaitement ce que l'on doit entendre··par l'élt·anglement des orifices; il est certain que, pour une admission aussi faible, ce qui esl du reste assez rare en pralique, il faudrail •<lonner aux orifices une plus grande dimension ,que pour la pleine vapeur afin que la• pression s'élablit dans le cylin<lre au meme <legré que dans le généralelll'; pour faire, en un mol, que l'cspace ful satnré.

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MOTEURS A VAPEUR.

Sur le rneme iracé, fig. 'í3, des opéralions semblables sonl indiquées pour les degrés d'admission 1/ 10, 2/1.0 et o/ 10, pour lesquels les quantités d'ouverture de l'orHice sont scnsihlement égales a 0,o3, 0;6o et 0,42 de la section a pleine vapeur, quancl il n'exisle pas. de rnécanisme obluraleur ponr la détenle. Ainsi, par les combinaisons du mouvement du liroir, il arrive que le maximum proporlionnel d'ouverture se trouve aux environs de l'ndmission aux 2/1.0, chose assez singuliere, mais don t on se rend comple facilemen t si -l'on remarque qu'a partir de ce point l'orifice esl presqne enlieremen t <lécouvert et reslerait tel pendant lon gte mps saos le registre qui ferme, au contraire, tres-rapidement. Apres avoir fail connailre ces principales condilions de In détente Farcot, déclui· tes du tracé fl g. 7 1 pi. 11, il no11s reste a examiner les effels dus a l'influence dela biell e, ce que uons avons déja rnonlré ponr les autres systemes. · 1 Les poinls de détente sur la parli e o 1\1 , fig-. í, de la course du piston, qui correspo nd ü la plus grande des deux parlies de la course circulaire de la rnanivelle, étant sy mélriques avec ceux de l'autre parlie oM, il est clair qu'il n'en peut elre de meme de la rnanivelle donl les posilions correspondan les ne forrnent pas les rpernes angles que pour l'autre parlie, avec l'axe l\IM' d.u motJvernent, ce qui a élé déjh amplement démonlré. Par conséquenl, l'excenlrique qui marche avec elle amenant le liroir anx memes posilions sur l'orifice b que sur celui .a, il s'ensuit que ces posilions, d'accord avec celles du pislon ponr l'un <les deux sens de la marche, n'y seroul plus éviclemme nl l_)om· faulre pour les memes degrés de détenle. Les différences qui en résultenl seront facilement appréciées en tra~anl les positions r éell es de la manivelle, partant de oM', pour les poinls de détente de cetle parlie, le pislon marcbant de M' a o. Des inlersections s', s2 el s3 , des ra.yons qui les représe nlent, avec le cercle de l'excenlrique, on porte la corde p q de l'angle de calage, en s' r 1 , s2 r 2 et s3 r3, el ces points r', r 2 et 1· 3 étant projelés sur l.' orifice b, y i ndiq uent exaclement les positions que le tiroir doit occuper par rapporl a celle clu pislon pour les poinls de délente correspondants. Le simple examen du tracé permet alors de reconnaitre que le tiroir décoiivre moins l'orifice quancl la manivelle parcourl la plus faible des parties inégalcs <lesa co urse que dans l'aulre de ces deux parties. Par conséquenl, puisque c'est le moment de butée clu registre qui détermine cetui de la délente, et que cetle butée dépend de la camme, c'est done cette derniere qui doit etre tracée de fa~on que les deux moitiés produisent des effets différenls, ce que nous allons essayer de faire comprendre. TRA.CÉ UE LA CAMME DE DÉ.TENTE. La fig. 8 de l~ pl. 11 représente, a rnoitié d'exécution, une partie du tiroir dans la posilion du moment de l'introduclion par l'orifice a, le pislon moteur se trouvant alors a son l_)Oinl rnorl correspondant. Les lumieres a2 sonl complétement démasquées el en coincidence avec celles a 3 du registre B. · Supposons l'emploi d'une camme C de la forme choisie fig. 6, el cherchons a en délenniner la forme et les dimensions principales d'aprcs les données du tiroir et du butoir el qui apparlienl au registre B. Ces dimensions sonl les rayons de Ion-

DÉTENTE DE FARCOT.

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g ue11rs différenlcs qui correspondent a ses courbes excenlriques, qu e nous supposons pour l'inslant semblables et symélriqu es. Ainsi, admellant que la camme C soit ramenée de face, par un simple rabattement,. on trace, parallelement a la table des orifices, une drnil e nin vis-h-vis du buloir d, et comme cette camme est moulée sur l'axe F_G du mouvement du tiroir, l'interseclion m de ces deux li gnes sera le centre du tracé. Pour Lrouver les dimensions que doil avoir la camme pour un degré détenniné d'admission a pleine vapeur, remarquons que: si la face butante du taquet d se trouvait ji&stement vis-a-vis du bo1·d ele la banele du tiroir quancl ce dernier est ai& vo·int de l'orifice qui corresvond a la limite d'aelmission, le regist.re B decouvrant encare completernent la lwrniere a 2 , la camme a urait pour rayon correspondant: la distance de l'aa;e F G ai& voint ele detente sur l' orifice a, JJlus la longueur d'wne tumiere a2 • Cela est évident, puisque la butée aurait dü <levancer le point de détenle de la la rgeu r des orífices a masquer. Parlant de celte remarque, voici le moyen que nous pro poso ns pour déterminer la forme de la camme, en lui donnant une courbe d'une progression aussi réguliere que possible. Aprcs avoir porté sur l'axe mn, et u partir de la face bulante du laquet el, une <lislance tn égale a la largeur des lumieres a2, on ·joint le poiul n avec le bord p de la band e du tiroir, daos celle position de l'avanc~ oú les lumieres a2 sont toujours enticrement démasquées. In<liquant ensuite, sur l'orifice a, les posilions du bord p aux différenls poi nis successifs d'admission, par ces poinls p', p\ p 3 et JJ 4 (ce derni er élanl le bord de l'orifice el correspondant a l'admission jusc.¡u'a mi-course), on mene des paralleles uJJ?i qui coupent l'axe mn aux poiuls n', n2, n 3 et n4, et du centre m ou d.écrit des cercles qui ont respeclivernent pour rayons les distances mn4, mn3, mn2 et mn'. La camme doit alors offrir ces différenls rayons aux moments de la hutée pour opérer les détentes indiquées sur l'orifice par les poinls v' a p 4 • Pour limiler le dévelóppement de la courbe capable de présenter ces rayons successifs a la butée, suivant qu'on fail lourner son axe, on commence par mener all plus pe lit cercle deux tangentes i& u', v v', entre lesquelles nous admeltons qne la camme soit entierement comprise; puis de l'inlersection x' de la tangente u u' avec le cercle suivanl, on men e a ce dernier une seconde tangente qui coupe le cercle du rayon mn2 en un poinl x 2 par lequel on trace de rneme une tangente x 2 x 3 détcrminant encore une inlersection x 3 avec le plus grand cercle, auquel, enfin, on mene une derniere tangente x 3 x 4 • Finalement, il en résulte une figure polygonale x x' x 2 x 3 x 4 ayant ces langeutes pour cótés dans lesquels on inscrit la courbe conlinue x x 4 qui délermiue une moilié ·de la camme. La courbe ainsi déterminée, on remarque que les déplacements angulaircs de cetle camme pour les degrés différents de détente sont indiJués par les rayo ns m x3, mx2, etc., qui <levront coi:ncider avec l'axe mn pour les admissions successives 1/ 20, 1/ 1O, eté. D'apres cela, lorsque la camme sera tournée de fac;on . que mx soit sur l'axe de butée, on rnarchera a la nlns grande admission possible, soil a m9itié course ,

41.4

.MOTEURS A VAPEUR.

Mais une lelle camme 11e permellrait pas de marcher a pleine vap'eur, puisqu'au pelit diamelre le taquet bnte et masque les orífices; il faudrail, pour qu'il n'y eut pas de butée, que le rayón mx ful diminué de la largeur des·lumieres a 2 • Elle·aurail · alors une forme trcs-allongée el rlcs courbures Lrop rapilles, ·ce qui démonlre que 'é elle camme, qui est d'ailleurs Ll'es-simple, convient aux machines donl radmission ne dépasse pas une limite délerminée. Cependanl, pour permetlre toule latitude h cet égard, M. Farcot et d'aulres constl'ucleurs adoplenl la forme représenlée fig. 9, qui consi::lle en développantcs réunies sur un noyau d'un pelil diametre. l\Ioyennant ,que les hutoirs soienl répartis des deux cólés de l'axe, comme nons l'avons expliqué plus haut, on obtient facilement de grandes varialions enlre les moments d'aclion •de la camme. Pe11 de chose nous suffira maintenanl pour montrer- la correction a füire a la camine afin de compenser I'inflnence de la bielle. JI est évident que, si ceUe influen'ce était nulle, les points de 'détente scraient syinétriques par rapporl aux denx orifices ainsi que les deux parli'es de la ·camme. Mais ce lle influence aJJportan Ldans les posilions du tiroir les modiflcations examinées ci-dessus, si l'on recommeuce ]e tracé de la camme avec les nouvelles posiLions du tiroir pour I'orifice b, on oblienara une courbe un peu différenle, laquelle a élé délerrninéc fig. 7, el lracée en trn i ls pónolués suivan t y v/. Ainsi la correction relative u l'influence de la bielle se-résumc ·11 fairn la camme Un ·peu plus Iongue d'tm coté qlle de l'autre, la parlie la plus -l ongue du ·colé de l'folroduction qui corresponda la plus pelile d~s purlies du oerole décrit par la maríivelle poúr chaque demi-coursc égale du piston. En 'résumé, le cnraclere principal de ce sysleme -de détente ~st la variabililé focile et sans commande exlérieure aulre tjue le mécanisme du tiroir principal. Les -ámélioraliohs itnporlanles qú'il possMe,comparativement a celui d'Edwards, c'est la séparation -tle -la glissicre 'en t.leux parties qui rendent les deux orífices indépendanls l'un de l'aulre, el la division ,des lumieres <lu Liroir-en plusieurs-parlics éli·oiles, cé qui produit une fermelure plus prompte, augmente la valeur etfeoli've , de•la seblWn de l'óuve1•lure el -permel des limites d'admission ·plus·éhmdHes.

DÉTENTE VARIA~LE • PfrR LA LARGEUR DES ORIFICES

Par

1\1. GE o n G

E , ingénieur

(FIG . ,) ET

PL.

a Paris

42)

M. George, donl nous avons fait connailre précédemmenl le systeme de ,fo'yer fumivore,1est égaleme11t l'auteur d'mie• dislribulion ,a· délente -variable qui• présenlc celle curieuse. propriété de permellre d'interrompre Fadmission de la ·v apeur a chaque point de la course du pislon que l'on puis6e fixer,. sans autre mécanisme exlérieur qu'un excentrique circulaire en plus de ce~ui du tirofr principal.

DÉ.T EN'fE DE GEOR·GE.

415

La fig. F e de la .pl. 12 ,représente, en coupe longitudini:lle, une boile de dislribution disposée suivani ce sysleme et .appliquée a ,sqn cy.lindre a vapeur; La fig. 2 en est une seclion transversal~ suivant la ligne d'axe _1-2 p¡;lssant. par l'orifice d'échappement. Ce mé~anisme se compose principalement. de <l.eux fü:~-i rs-A •ct B, renfei;més dans la meme bolle -a vapeur C. Ils sont séparés par une_cloison D qui les r cnd. enlieremenl indépendanl_s en m éme tempsqu'elle divise en deux parlics a peu pres égales . la bolle a vapeur, dans laquelle elle joinl parfaitement par ses qualre cotés, mais scins etre aucunement fixée, .afin de reposer toujours avec exactilude,sur 1a f&ce postérieure du, tiroir. Le Liroir A qui- opfre la dislribution esl combiné, par rapporl aux, orifices a et b du cylindre E, de la meme fa¡;on que ceux qui distribuent la vapeur sans dé len/e; il est, du reste, comrnandé par un excenlrique circulaire analogue a celui de la dislribulion Farcot, par ses lumieres e et el qui s'élargissenl du colé de la face supé:rieure, toulefois· sans etre divisées pa1:,des lumieres plus élroites. Le tiroir B de la detente, commandé également par un, excentrique circulaire, n'esl, a proprernent parler, qu'un cadre rectangulai_re percé d'oulre en oulre et dont les bonls intérieurs extremes e et ( constitucnt les areles des bandes qui agissent pour admetlre la vapcur ou l'intercepter. La cloison D est formée, dans son épaisseur, de deux platines réunies _par des vis h léle noyée. La platine supérieure est percée d'une longue ouverlure rectangulaire donl la platine inférieure D' esl. le fond; celle-ci est égalemenl percée de· deux lmnieres g et h, conlinuellement en rapport avec celles du tiroir de distributiou. L'intérieur de la grande ouverture ménagée dans la _platine supérieure D est garni de deux registres en bronze i et j, de µleme épaisseur que la platine, et aj uslés a queue d'amnde par leurs rives ·paralleles_a fo marche du tiroir, comme findique la seclion transvePsale fig. 2. Ces deux registres,peuvent s'~loigne1· óu se rnpprocher !'un de l'autre simullanément, de fai;on a modifier symélriquement les deux lumicres g' el h( qu'ils forment, vis-a-vis de celles g et h de la platine infél'ieure D', avec les rives extremes de l'ouverture de la platine D ¡ c'est dans cette facullé . de modilier la largeur des orifices g' et h' que réside le moyen de varier le degré de détente, ainsi que nous l'expliq.uons plus bas. Le déplacement égal et symétrique des deux· registres i el j s'opere du reste lresfacilement au moyen dti pignon le qui eng-rime avec deux cr~mailleres l fixées cbacu-ne a l'un des registres et de chaque coté du pignon pour en oblenir des mou-v emenls de direction in;vcrse. Ce pignon est monlé sur un axe qui traverse une boile a élonpc appartcmant,s u couvercle, et qui porte une poignée m , a. l'aide de laquell e on le fait lourner a la main; un oaclran n et un index disposé a l'cxlrémilé de la poignée permetlent de régler le mouvement dn pignon et, par conséquent, la posilion des registres i etj, suivant le degré de détente a obtenir. D'aprcs ces disposilions, examinons comment ce mécanisme permet, en effet, de chojsir le poinl de délen~e toul a fait ü volonlé. Admcllons d'abord que le tiroir A soit au point ou la vapeur commcnce a s'in...--··._·.·:",.·

MOTEURS A VAPEUR. 4.16 troduire dans le cylindre par l'orifice CL, c'csl-a-dire ·an poinl d'avance; le Liroir B de délente es t a l' exlrémité de sa co urse, et décon vre enti erement l'o rifice g'; la vapeur, amenée daos la boite par la tubulure F, s'introrluit librement dans le cyliudre en traversanl les ouvertures g', g et c. L'exce ntrique circulaire qni fo it mouvoir le tiroir B a son cent.re moblle placé précisément sur le meme rayon que la manivelle, d'ou il r és ulte qu e ce tiroir marche exaclement .comme le piston, com mence et finit sa course en meme temps que lui. Par conséquent, si nous suivons sa mllrche apnrtir rlu -point ou nous l'avonssup-"· posé placé, l'arete e, en s'avanc;ant vers le centre de la boHe C, va recouvrir progressivement l'orifi ce a' jusqn' a le fer mer cornp létcment el intercepter le passage de la vapeur. . Muis puisq11e le piston et ce tiroir sont partis ensemble de l'exlrémilé de lenr course respective, il es t clair qu'ils en onl accompli achaque iustant une meme partie; done la por'lion de course effec lu ée par le tiroir B, ponr couvrir l'orifice g' est cxac temen t proporlionn ell e a celle accom plic elans le meme temps par le pislon; or, la largeu r de l'orifice rl' éla nt variable par le déplaccm cnt el es registres i etj, il s'ensu it qu'elle peut elre une partie quelconque ele la course eln tiroir, laqn elle sera toujours en parfoite correspondance avec la course du piston, Ainsi, la fermelurc de l'orifir.e g' (le memc raisonnement es t applicable évidemm ent ~1 celni h') aura li en exactem ent en telle posüion dn piston qti'il peut etre proposé, dnns l'un c ou dans l'autre rnoitié de la course; la précision dn résultat es t si simple et si facile a obtenir que l'on pourrait diviser la course d.u pislon, pour ainsi dire, en millimetres, et interrompre l'admission de la vapeur successivement en chacun de ces points de division, a volonlé. D'autre part, le changement du degré de détente ne change jamais le point de départ au momenl de l'introduction, attendu qne le changement de position des registres i etj ne modifie que les aretes inlérieures des lumieres g' et h', et que · les bords exlérieurs auxquels les aretes e et f revi enn ent toujours tt chaqne fin de conrse sont invariables. Seulement les largeurs des lumi eres g' et h' et leurs sections sont proporlionnelles aux volumes successifs d'ad mission a pleine vapeur. Ccpendant, le rapport des lon gueurs de la bi elle et de la manivelle n'étant pas le meme que cclui de la ti ge et du rayón Je l'excentrique, les pósi tion s du tiroir et dn pislon ne so nt pas rigoureusement id entiqu es et en correspondance parfaite, excep té a 11x poinls extremes, relative menl a leurs courses totales. Mais ce n'esl qn'nne correction a faire ad hoc aux divisions du cadran n qui s·eraient égales sans ce ltc circonslauce. Néanmoins, elles peuvent etre chiffrées en fractions exacles de la course e.Ju piston, et meme suivanl la division métrique, de fac;on a dire que l'admission a pleine vnpeur esl égale a o, 6, 7, 8 centimetres, ele. Qunnt a l'admission a plei.ne vapeur, pendant la conrse enliere, . elle est tont aussi foci le ~1 produire : il suffit de serrer assez les registres i etj pour que les ouvertures h' et g' qu'ils déterminent ne soient jamais recouverles daos la course enti ere du tiroir B.

D,ÉTENTE DE MEYER.

417

Tel est cet ingénieux mécanisme auquel nous ne connaissons cependant pas de nombreuses applications, . malgré son mérite. On lui reproche ses deux excenlriqnes et qt~elques ajustements demandanl de la précision, tel que celui de la cloison séparative D par son ponrtour avec la boite i vapenr et celui des registres i et j daos _Ieur cadre. Mais aussi elle procure la facilité de choisir le point de détente en un point quelconque de la course du pislon, ce que nous avons vu impossible a obtenir a l'aide d'au tres syslemes ( p. 403) presque aussi complexes. Quan t a l'emploi des deux excentriques, nons verrons que bien des cons\rucleurs expé rimenlés ne craignent pas de les adopter. M. George a proposé diverses modificalions an rn l•canisme que nous venons <le décrire, mais que nous ne croyons pas urgenl de développer. II s'agit principalernent u'une délente fixe, mais en un point quelconqne de la course du pislon, ce qui est obtenu en établissant les glissieres a poste fixe au lien de leur appliquer, comme ici, un mécanisme mohilisateur, ü volonté (1).

DÉTENTE VA.RIA.BLE DITE DÉTENTE MEYER

( FIG.

PL. ~

Ce sysleme, imaginé en 1843 par M..l.-J. l\Ieyer, ingénieur, ancien conslructeur de machines a i\Iulhouse, a élé non-seulemcnt appliqné souvent par l'auleur, mais encore par plnsienrs mécanici ens, et principalement anjourd'bui par la maison Cail et ce. Quelques mols suffiront pour faire comprenclre en qnoi il consiste el sur quel príncipe il esl fondé. On se rappelle le sysleme de clétenle tixe opérant par une glissiere mobile au moyen d'une commande spéciale par excenlrique circulaire, et gliss:rnt sur le revers dn liroir principal, pcrcé de deux lumi0res correspondanl aux orífices <lr, dislribulion. En expliquant les fonctions de ce mécanisme, uous avons monlré (p. 396) que le <legré de détente elépend ele la long ueur de la glissi ere, la course et l'angle de cnlage de son excenlrique reslant les memes. Or, le sysleme Meyer esl la répéli lion el u précéden t, avec la lo11gueur ele la glissie1·e VARIABLE, et par suite le <.legré de détente. La fig. 3 de la pl. 12 représente ce mécanisme ele distribuliou appliqué a une rnachine a vapeur de 60 cbevaux, qui commande une soufflerie horizonlale conslrui le par 1'.::mcienne Compagnie eles établissements Cavé . Le tiroir A élant exéculé avec ses deux lumieres a' et b', correspondant ü celles a el b du cylindre E, la glissiere de délente, au lieu tl'étre d'une seule picce, est composée de deux registres B et B' dans lesquels sont encastrés des écrous en (1} La délenle variable de M. George est complélemenl décrile dans le 1xº 1•olume du recueil la Publication indus1>-icl/e. Nous devons dire qu'elle rappclle le sysl~me proposé par M. Gozenback pour les machines loco-

molives, oü I'applicalion des délenlr.s var iables n'a pu jusqu'ici se répandre rccherche avanl toul dans ce gcnre ele moleur~. I.

cause de la simplicilé que l'on

MOTEURS A VAPEUR.

418

bronze el, montés sur une vis C a filets inversement inclinés, et clont la lige prolongée doit meltre la glissiere en mouvement a l'aide d'un excentrique circulairc. Dans celte pusilion, les deux registres sont enlrainés par la ligc C, comme une glissiere d'une seule piece ayant pour longueur leur dislance :cxlérieure, d'oú il se produit une délente cl'un degré correspondant a celte longueur. l\Iais si l'on fait tourner la vis C sur elle-meme cl'une cerlaine quanlité, les écrous el, qui ne peuvent pas lourner, s'écarlent ou se rapprocbent aillsi que les registres dont l'écarlement exlérieur est alors modi6é, c'est-u-dire que la glissiere cst rallongée ou raccourcie et le degTé de délente changé. Ainsi, tout le principe de cette disposition réside dans la fonction de la vis a double filet, qui conslílue la commande des registres et permet d'en modifier l'écartement suivanl le degré de détenle a produire. L'assemblage de la tige filctée C avec l'excentrique doit se faire de fac_;on qu'elle puisse tourner sur elle-meme, lorsqu'on veut changer le degré de ' détente pendant la marche de la machine, sans cesser d'etre raltachée aux pieces qui lui communiquent le mouvement de va-et-vient de cet excenlrique. Il suffit, a cet effet, de couper cette tige entre la boite a vapeur et un guide exlérieur fixe, et de relier les deux parties par une chape dans laquelle elle forme tourillon a rappel. (Voir celte disposition sur les pl. 18 et 19, qui représentent une machine établie dans les ateliers de 1\Ii\I. Cail et C Pour agir de l'extérieur sur la tige filetée et la faire tourner sur elle-meme quand on varíe la détente, on luí fait traverser la boite a vapeur par une seconde garnitnre, puis son prolongemen t e vient s' engager daos une douille F fixe pendant la marche, et qui lui forme un guide e:xlérieur. Cette douille est ajustée dans un mamelon G appartenan t a une console fixée apres la hoite a vapeur, et peut y Lourner sur elle-meme sans s'y déplacer longitudinalement, altendu qu'elle est retenue par des goupilles f qui traversent le mamelon G et pénetrent dans une gorge circulaire pratiquée sur la circonférence de la douille. La tige e et la douille étant clavetées ensemble au moyen d'une clef longue, on comprend qu'en agissant sur le volant manivelle H, fixé sur la douille, on fail aisément tourner la tige sur elle-meme sans eqipecher son mouvement longitudinal. Pour mesurer celte action et régler le point de détenle, on fait usage d'un index I monté a vis sur la douille F, qui est prolongée el filetée en dehors du mamelon G. Cet index porte un petil appendice qui s'appuie conlre un arret fixe J alta.c bé au mamelon G et l'empeche d'elre entralné 'par la douille lorsqu'on fait tourner celle-ci . Par conséquent, le mouvement circulaire imprimé a la douille fai t déplacer longitudinalemenl 1:index qui indique, par des divisions faites sur l'arret J, tous les degrés de délente correspondant aux positions successives qu'il occupe. Ce rnoyen d'obtenir la distribution avec délente variable est simple et ing·énieux tout a la fois. On lui reproche cependanl de ne pas permetire de corriger les inégalités dues a l'influence de la bielle aussi facilement que par le systeme de 1\'l. Farcol, avec lequel il suffit de tracer la camme en conséquence. On pourrait y parvenir néanmoins en rendant les deux pas de vis différents, ce qui aurait pour résultat 0

. )

DÉTENTE DE TRÉZEL.

419 de déplacer aussi les registres simultanément de quantités uifférentes; les erreurs seraient alors peu sensibles. Mais il resterail encore la queslion d'usure qui an:iene·du jeu entre les écrous et 1a vis : on sait combien le graissage est difficile a maintenir a l'intérieur d'une bolte ou regne continuellement une tres-haute température.

DÉTENTE VARIABLE DITE DÉTENTE TRÉZEL ( FIG ,

PL,

12)

M. Trézel, ancien constructeur frarn;ais a Sain t-Quen tin, a présenté au monde _industriel, en 1844, un systeme de d6tente _variable qui parut asscz bien combiné pour atlein~re le but proposé dans ses condilions théoriqu es les plus rigoureuses. Afin d'en bien reconnaitre le principe, il est bon de se rappeler ce qui a été dit sur les procédés de detente par un tiroir et une glissiere mobile (p. 390), ainsi que sur l'emploi de la camme curviligne (p. 374) comme organe de commande rempla9ant l'excentriqne circulaire. M. Trézel a appliqué le príncipe énoncé (p. 396), relatif a la variation de la détenle par l'angle. de calage, en rernpla9ant les excenlriques circulaires par des cammes curvilignes équilatérales qui ouvrent benucoup plus rapidement les orífices et possedent certaines propriélés qui ont été mises en évidence. Nous allons expliquer comment l'auteur a mis ce systeme en pratique pour en obten ir les meilleurs . résullals possibles. DESCRIPTJON DE LA DISTRIBUTTON A UÉTENTE TRÉZEL. - Le mécanisme de distribution comprend la boite a vapeur C, qui renferme le tiroir principal A, traversé par des lmnieres a' et b', et muni d'une glissiere obturatrice B, pleine et d'une seule piece. D'apres la disposition particuliere de la machine a laquelle cet exemple est emprun lé, _le tiroir principal A est relié par sa tige el a un cadre formé de tiges paralleles e assemblées par · leur extrémité inférieure, avec un T faisant parlie d'un chflssis D, a l'intérieur duquel se meut une camme curvilig·ne E; celle derniere (fig. 5 et 7) est montée sur un hout d'arbre F, mis en mouvement par celui de la · machine, et qui commande le tiro ir presque exactement dans les mémes conditions que celui représenté par la fig. 4 de la pl. 10. - La glissiere de délente B est commandée cl'une favon tout a fait analogue, a l'aide u.e sa tige f, qui est directement reliée a un aulre chAssis G, correspondant a une seconde camme curviligne H (fig. 5 et 6) également fixée sur l'arhre F, pres de la premiere, mais procluisant une course plus grande. Ce ch&ssis G differe du pre-mier en ce que ses cótés actifs sont colll'bes au lieu d'élre droits et parnlleles; ils sonl concentriques avec un point pris dans la parlie s11périeure de l'axe de ce mouvement.

420

MOTEURS A VAPEUR.

Cetle forme particuliere du chassis a pour but de corriger les inégalités dues

a l'ohliquilé de la bielle. On se rappelle qu'il résulte, en effet, de l'emploi de cet organe que , pour l'unc des moiliés exactes de la course du piston, la manivelle décrit des angles plus faibles pour des divisions égales de celte course, et que, pour ces rnemes parlies égales du chemin parcouru par le piston, le tiroir découvre moins l'orifice dans une moilié de cette course que dans l'autre. Par conséquent, pour des cbemins égaux du pislon, dans chacune de ses dcux. direclions, pris comme poinl de détente, la glissiere obturatrice a plus de cbemin a faire pour l'un que pour l'au lre; ce son t les memes raisons qui ont fait augmenter d'un cólé la longueur de la camme dans la détente Farcot. C'est aussi ce qui est produiL par le chassis curviligne G, qui, par rapport aux deux posilions moyennes de la camme H, s'éleve, avec la glissiere B, d'une quantité plus grande au-dessu~ qu'au-dessous; autrement dit, si la position moyenne correspond. au moment de l'obstruclion de chacun des orífices a' et b', ou de la détenle pour chacun de ces deux cólés de l'introduclion, la glissiere partant de ses positions extremes pour y arriver, fai t plus de chemin en desccndant qu'en montant, ce qui est conforme aux résullats combinés de la marche du piston et du liroir A, sous l'influence de l'_ohliquité de la bielle. l\faintenant on varie le degré de détente en changeant l'angle de calage relatif des deux cammes, par la mohilité facullative laissée a celle H de détente. Cette camme n'est arretée sur l'arbre qui les porte toutes deux que par une vis de pression g placée sur son moyeu, tres-prolongé en dehors du chassis; un caclran I, adapté a ce moyeu, et une aiguille fixée sur l'arbre F permellent de régler les angles pour chaque point de délente. l\L Trézel a modifié plus tard celte parlie du mécanisme de fa<;on a pouvoir agir sur la camme et varier la détente (1). La fig. o de la pl. 12 esl un détail des deux chassis vus deface avec leurs cammes, suivant leurs posilions relatives. Les fig. 6 et 7 représentent ces memes chassis, mais délachés l'un de l'autre pour mieux les faire voir, ainsi que les cammes. Ces dern.iercs different un peu par la forme avec...la camme de Woolf (fig·. 4 et t>, pl. 10), a laquelle nous les avons néanmoins comparées. Elles sont en effet disposées de telle sorle que le centre d-e l'arbre qui les m et en mouvement est a leur intérieur, tandis que -dans le premier exemple les courbes excentriques de la camme venaient se renconlrer sur ce centre meme. Cela, du reste, n':i.pporte pas de modificalion sensible a la loi du mouvemenl qui en résulle, puisque les ares de cercle qui les constituent sont concenfrique~ a ceux que l'on lracerait suivant le premier príncipe, mais augmentés de. celui uu moyeu réservé autour de l'arbre. Daos tous les cas, les angles arrondis valent mieux que des areles vives, et M. Trézel a construit des cammes semblables, tlont les deux autres angles ont 6té arrondis sur un rayon tres-prononcé. (1) Voir la descr lplion complete de la délenle Tréz el dans la Publicalion ind11strietle, vol. 1v, pi. !Jet 40.

DÉTENTE PAR UN l\IANCHON A BOSS'ES.

421

Enfin, Jes expériences exécutées avec ce mécanisme de détente onl prouvé qu'il fonclionne bien et répornl aux vues de l'auteur, c'esl-a-dire qu'il permet: 1° De détendre en un point quelconque de la course du piston; 2° De corriger l'influence de la bielle et meme <le modifier le degré d'ouverture pour les deux cótés, de fagon a compenser meme la différcnce de seclion du cylindre en raison de la tige du piston ; _3° D'ouvrir dans chacun des cas les orifices rapidement et presque entieremcnl. Cependant ce sysleme ne s'est pas aulant généralisé qu'on aurait -pu l'espérer, el cela peul-elre a cause de la répugnance des conslructeurs a employer plusieurs cxcenlriques, el surlout des camrnes avec des chAssis mobiles dont l'exécution comporte toujours une grande précision duns le tracé commc dans l'cxécution.

DÉ°TENTE VARIABLE PAR UN AIANCHON A BOSSES

Exécutée par !\I JU.

s TE HE L l N (FIG .

e•,

constructeurs

Thann

8 ET 8 BIS, PL, 42)

On altribue a M . .l\iaudslay, en Angleterrc, et a M. J.-J . .l\'leyer, en France, un systeme de délcntc variable par un manchon a bosses, qt1i a regu el qui regoit encore bien des applications dans les machines a vapeur fixes. En principe, celte disposition a été proposée principalcment en vue de perfectiouner le régulateur a force centrifuge en lui adjoignant un organe susceptible de mieux régler l'introduclion de la vapeur qu'a l'aide du papillon ordinaire, et entln de rendre ce systeme de régulateur plus efficace pour la conservalion de la vitessc normale de la macbine avec laquelle il fonclionnc (1). Si l'ou se rend compte, en effet, des fonclions de l'appareil qui produit la délente, on ne tarde pas a reconnaitre qu'il n'en varie le degré qu'a chaquc écart de vitesse, comme nous l'avons monlré a propos de la détente Farco..t; mais sans présenler, comme celle derniere, la possibililé de changer a volonté le degré normal pour une memc vitesse de ia machine. L'exemple que 110us donnons ( fig. ·s) est pris sur une machi ne a clouble cylindrc sorlie des ateliers de MM. Stehelin et C0 , constructeurs a Thann (Haut-Rhin), qui occupent aujourd'hui le premier rang parmi les constructeurs frangais. La lig. 8 de la pl. 12 représente ce mécanisme en vne extérieurc et la. dislribution sur Iaquelle il agiten coupe verticale. L,a fig. 8 bis est une section horizoulale suivant la ligne 1-2 et qui a pour ohjel de ·bien faire voir la forme du rnanchon a bosses et sa relation avec le ch&ssis a l'aide duquel il communique avec la soupape d'admission. (!) ce sysleme de régulaleur a élé présenlé par ~I. Cbarbonnier ingánieur, a la Sociélé induslriclle de Mulhouse, qui en a fait un compte rendu favorable daos son bulleLin, no 83, année 18~3.

422

1\IOTEURS A VAPEUR.

Ce sysleme de elétenle a pour base une soupape B, appliquée a la bolle C du tiroir de dislribulion A, elans eles condilions analogues a ce qui a été expliqué (p. 391) a l'égard d'une füslribution a double boite et a deux tiroirs; cette soupape est mise en relation par sa lige avec un manchon mobile D qui tourne a l'inlérieur d'un chassis E, et qui est muni de eleux parlies saillanles a, en forme ele cammes ou virgules, dont la proéminence est variable et progressive suivant le sens des génératrices de la partie cylindrique du manchon. Chaque fois que ces parties saillantes se présentent vis-a-vis des bouls du cht\.ssis E, celui-ci est repoussé et entraine la soupape qui laisse alors pénélrer la vapeur dans la boite de distribution; les saillies ayant échappé, le cbassis, redevenu lihre, est renvoyé a sa position de repos par l'action d'un ressort, et la soupape B, sollicilée surtout par la pression de la vapem, retombe sur son siége et intercepte le passage de celte derniere. Or, si nous admeltons qu'on se soit réservé le moyen d'élever pltJs ou moins le manchon sur son axe, meme pendant la rotation, il est clair qu'il offrira au chassis des saillies plus on moins in tenses; par suite la so upape sera soulevée plus ou moin_s et pendant des temps différenls : de la le moyen de varier le temps d'introduction de la vapeur et le degré de la délente. Mainlenant pour compléter c·etle explicalion et bien apprécier la construclion de lout le sysleme, nous allons faire connaitre les moyens employés par les constructeurs pour relier le mancho.n mobilc au régulateur de vitesse. L'arbre F sur lequel le manchou est ajusté n'est aulre que celui du modéraleur a force cenlrifuge qui a, comme on le sait, pour fonction de régler la vitesse de la macbine; seulement ici, au lieu de communiquer avec une simple valve ·o u papillon, il doit soulever le rnanchon qui y est relenu. par une ele[ longue, et metlre la délente en rapport avec les variations momentanées du travail qui ameneraient les écarls de vitesse qu 'il faut combatlre. Ce manchon ele délente, tournant avec le régulateur, s'y trouve aussi suspendu par deux liges b qui sonl en effet raltachées a la douille mobile que l'é6artement plus ou moins considérable des boules foit élever ou abaisser sur l'axe de rolatiou F. Par conséquent, si la vitesse de la macbine s'accroit, les boules du régulaleur soulevent, en s'écarlant, le manchon D, qui présente alors au chassis E des saillies moins forles; il en résulle que l'admission a pleine vapeur est réduite, et par suile la machine, recevant moins de vapeur, diminue de vitesse. Dans le cas contraire ou une augmentation de charge fait diminuer la vitesse de la machine, les boules du régulaleur retombent, et le manchon, en s'abaissant, fait foire au chassis E une plus grande course, ce qui augmenle la durée de l'admission · de la vapeur et ramcne de nouveau la machine asa vitesse normale, en mellant sa puissauce en équilibre ~vec les efforts qu'elle cst appclée a vaincre. Le chassis E, qni rei;oit l'action des cammes a du manchon, est composé, pour la facilité d u monlage, 9-e deux parties a peu pres demi-circulaires reliées ensemble par des platines el des boulons. L' nnc de ces parlies est clavelée avec une tige e qui sert de guide et, en dépassant a l'intérieur d.u chassis le mamelon avec lequel elle 0

DÉTENTE PAR UN MANCHON A BOSSES.

423 csl clavetée, présente une saillie ronde contre laquelle les cammes viennent agir pour enlrainer le chassis et soulever la soupape B de son siége. Pour que ce cliassis ne tende pasa varier de sa position horizontale, l'un de ses_mamelons est muni tl'uue clef qui dépasse et glisse entre dcux polen ces o fondues av.ec le háti G. La tige e traverse l'un e des colonnes G composant le bali sur lequel ce mécanisme ..esr établi; elle pénctre en suite dans une douille creuse d, a l'intérieur de laquelle est disposé un ressort a boudin qni a pour ohjet de commencer a repousser le chassis lorsque les cammes sont passées; a celle action s'ajoute la pression de la vapeur pour ramener la soupape sur son siége. Cependant comrne il pourrait arriver que cet effet ne se produisit pas assez promptement par suite de l'insuffisance du ressort, ce qui ferait iufaillihlement cmporter la machi ne, le manchon D a été muni asa parlie inféri"eure J'une <louble camme _m qui vient bu ter a pro pos snr un appendice n fix6 ave·c l'un des mamelons du chftssis E qui est ainsi forcément repoussé, ce qui assure la fermeture de la sou-. pape. Celte extrémité du chassis esr assemhlée de meme avec une tige e qui cst reliée avec eelle f de la sou pape par une genouillere dile de Cardan, en vue de parer aux dénivellalions qui pourraient se produire entre le cylindre de la machine e t le hati G qui ne sont pas montés sur une plaque de fondation unique. Les deux colonnes qui forment le bali G sont reliées a leur partie inférieure par une forte semelle nervée, et, pres du mouvement du chftssis, par une 1raverse g dans laquelle est ménagé un collet pour l'arbre F. Celui-ci élanl prolongé plus bas, -1.raverse de meme la semelle du batí et vient rcposer, par un pivot, sur une crapaudine fixée sur la mac;;onnerie et ind·é pendante de cette premiere partie ch¡ mécanisme. Il re¡;;oit son mouvement par une paire de roues d'angle dont l'une appartient a un arbre de couche spécial, commandé de meme par celui de la macbine, et qui porte aussi l'excentriquc circnlaire pour faire marcher le tiroir de dislribution. Si le manchon D était simplement suspendu au régulateur, on comprend que ce dernier devrait exercer un effort considérahle pour le soulever, ce qui est contraire aux fonctions ordinaires d'un régulateur a force centrifuge dont les boulels ne doivent elre appelés a développer qu'une faible force molrice. Aussi ce manchon doil-il etre bien équilibré. I1 est en effet repoussé de la partie inférieure par une rom\elle h sur laquelle il semble reposer et qui embrasse l'arbre sans tourner avec lui; cette rondelle cst assemhlée avec deux 1iges verticales i qui pénetrent dans la 1raverse g de chaque coté de l'arbre F, et sont lerminées a leur extrémilé inférieure par des galels de friction, contre-lesquels viennent agir les hranches d' un levier a con tre-poids qui prend son point d'appui et d'oscillation sur une console fixée apres la semelle dn bati G. On comprcnd, d'apres cela, que le po_ids du manchon D se trouve complétement soustrait a l'action du régulaleur qu'il suit alors dans to1.:1s ses mouvements sans le charger . . II nous reste maintenant a donner quelques détails sur le tiroir di'stribl1teur A

424

l\'IOTEURS A VAPEUR.

qui, pour celte applicalion particuliere, présenle une disposition que nous n'nvions pas encore eu l'occasion de ciler : :nous avans vu, en effet, qu'il dépend d'une machine a doublc cylindre, dont le mode cJe dislribution offre des circonstanccs to u les spéci ales, ainsi qu'on le verra plus loin, ave e beaucoup de développement. Pour l'instant, nous nous hornons a faire remarquer que le tiroir A est construit pour distribuer a deux cylindres a la fois,_l'écbappement de l'nn fournissant <.le la vapeur a l'aulre, et la_sorlie du dernier s'effectuant comrne a l'ordinaire <lans un milieu a basse pression, c'est-a-dire au condenseHr. A cet effel, la table de glissemen L est percée de cinq orifices don t deux j et j 1 communiquent avec le premier des deux cylindres; deux autres k et k' avec le second cylindre; et l'orifice central l cornmunique avec le condenseur. D'autre parl, en sus du vide ordinaire n pour l'échappement, le liroir A possede un canal intérieur rn dont on va reconnailre aisément les fonclions. Daos la posilion iudiquée fig. 8, la vapeur que la soupape B a laissé passer remplit la boile C, et comme le ti_roir découvre par son bord extérieur l'orificej, elle y pén etre el parvient dans le premier cylindre sur l'un des cótés du piston. Alors la vapeur qui s' échappe par l'aulre cuté débouche par 1' orifice correspondant j', lequel esl maintenant en rapport avec le canal m, dont l'extrémité opposée correspond avec la Inmiere k du deuxierne cylindre. Par conséquent, tandis que la vapeur de la boile est inlroduile dans le premier cylindre, la vapeur qui s'en échappe est dirigée sur le second par le canal intérieur m, du tiroir A; et enfin, Ja vapeur d'écbappemenl de ce cleuxieme cylindre passe de k' en l par le vide n, pour allcr an condeuseur. En un mot, le tiroir A en constilue denx l'un dans l'autre. Celte disposilion n pour but, et comme mérite, de diminuer les espaees perdus ou n11isibles que la vapeur, qui passe d'un cylinure dans l'aulre, rcmplirait en pure perle si cha<mn des deux cylindrcs possédait ses boiles et liroirs dislincls. La détente l\1eyer ainsi élablie représente, comme on le voit, un mécanisme assez imporlant qn'il serait peut-etre difficile de simplifier. Dans l'applicalion aclnelle, cclte objection diminue d'importanc(,'l a cause de la grande puissance de la rnachine qui est d'une force nominale de 80 chcvaux. Nous en donnerous quelqnes délnils en parlanl des machines a deux cylindres.

EM1"LOI DES SOVPAPES ÉQVI_:LIBRÉES COM1tIE

ORGANES

DISTRIBUTEURS

Dans les syslemes divers de dislribution, avec ou sans détente, qui onl été passés en revue jusqu'ici, cbaque fois que le tiroir ou les organes qui le remplacent, robinets ou disques, a élé employé et commandé par un excentrique cit;culaire, ou meme par une camme, on a pu conslater le manque de spontanéité dans l'ouverture ou la fermelure des orífices, ainsi que la gl'ande pression de la vapeur qui pese sul' le revers du tiroir et le rend. difficile a mettre en mom-ement; celte demiere cir-

SOUPAPES ÉQUILIBRÉES. constance esl alors le motif principal qui s'oppose a faire les orifices beaucoup plus grands, ce qui contluirait a de tres-grands tiroirs et á d'énormes efforls ü vaincre. 11 est vrai de dire que des hommes tres-expérirnentés .ont imaginé des Liroirs éqibilibrés; mais l'application n'en esl pas encore générale. Ce qui se pratique au contraire avec succes, c'esl l'emploi de soupapes et s~rtout des soupapes di Les de Cornouailles (Cornwall), qui peuvent fournir promptr.men t de tres-grandes ouverlures, et qui n'exigent pour étre manmuvrées que iles efforls relativement faibles. Ce systeme de tlistribution doil son nom a · l'applicalion imP.ortante qui en a élé faite aux grandes machines d'épuisement des mines de Comwall (Anglclerre). Mais le príncipe en est assez ancien, et du, suivant Treugold, a Hornblower, ingénieur anglais dont nous ·avons cité le nom dans l'hislorique. Si l'application est venue longlemps apres que l'auleur l'a proposée, il est vrai . de dire que celte invenlion a été bien perfeclionnée depuis que Tredgold en a reproduil une image. l\f. Gingcmbre, ancien ingénieur d'Indret, a élé l'un des premiers conslrucleurs en France qni ajeut appliqué la distribution par soupapes, rnais en séparant alors les soupapes de sortie ue celles d'introduciion. Depuis quelque Lemps l'emploi de la soupape équilibrée ,s'est propagée, et divers constructeurs frarn;ais en onl fait des applications. On sait que les machines du chemin de fer atmosphérique de Saint-Germain fonclionnent a l'aide d'une distribution ainsi disposée. M. Farcot a aussi conslruit, avec des son papes ér¡uilibrécs, d'excellentes machines dont nous montrerons un exemple. Nolons, qu'a par\ les propriétés particulieres de ces organes distrihutenrs, on est conduil par leur adoption a séparer complélerne11t l'introduction de la vapeur de son échappement, ce qui esl d'un excellenl effe l ponr éviter le refroidissemen t de· la vapeur active. Avant de décrire la distribulion a soupapes construite par 1\'I. Révollier, mécanicien a Saint-Élienne, nous allons examiner en principe la soupape elle-rnémc, en choisissanl pour exemple l'une de celles appliquées a !'ensemble et représenté par la fig. 11 de la pl. 12.

CONSTRUCTION D'UNE

( FIG.

SOUPAPE DITE

PL,

ÉQUILIBRÉE

12)

L'ensemble d'une soupape du systeme de Cornwall comprend deux pieces principales: le siége A et une cloche B qui vienl y reposer par deux rebords distincts, donl les diametres respectifs different d'une quanlité telle que l'extérieur de l'un correspoud a l'intérieur de l'autre. Le siége est composé d'un anneau a dont la circonférence intérieure cst tom;née I. 54

426

MOTEURS A VAPEUR. pour recevoir"le Jiorcl de la cloche et constiluer l'un des deux joints. Cet anueau est fontlu avec une sorle de coupole pleine b, dont le bord est également <lisposé pour former l'autre poinl <le conlact avec la cloche; l'anneau et la coupole sont rénnis par quatre nervures perperHfic11lnires e, donl l'exlérieur tourné sert de guide a la cloche. L'ensemble du siége se place sur la cloison C qui forme la paroi de la capacilé ou l::i vapeur doit pénétrer, en encaslrant l'annea11 a dans une fraisure ménagée aulour de l'onverlure percée pour le passage dn fluide, et se fixe an moyen d'un boulon d, qui travcrse un mamelon fondu au centre de la coupole, et dont la tete est arrelée par une barrelte e plncée en fravers de l'ouverture de la cloison. La cl.oche B est entierement circulairc et percée d'ontre en outre; elle est rnunie seulemenl, asa partie supérieure, de qualre rayons ou hras f au centre desquels se fixe la chappe g, par laquelle elle est soul vée. 1 Deux points ele la cloche sont alors tourués avcc exactilude pour co'incicler par des limbes élroils avec les bords correspondants ele l'tlnJ1cau et de la coupole. Par conséquent, si nous supposons l'extérieur de la cloche plongée d:rns la vapeur et en conlact exact avec le siége par ces deux parties loumées, il est clair que la pression s'exerccra autour de cetle cloche et sur la fnce concave de la coupole, tandis que son passage par l'ouverlure tle la cloison C sera compléternent intercepté. · JHais celte cloche étant soulevée et délachée de son double contnct, la vapeur passera par les deux espaces annulaires que le soulevement détermine a partir de l'annean a et du bor<l <le la coupole b. Pour se rendre comple de 1::i propriété fonclamenlale <le celte disposition ele soupape, que l'on . regarde comme presque équilibrée, il faut considérer son débit comme correspon<lant a la section <le l'ouverture de la cloison C, et y supposer l'application d'uno soupape ordinaire. Remarquons que si une sonpape pleine ordinaire se trouvait placée sur un conduit d'un égal diamelre, l'efforl a exercer pour la délacher de son slége serait égal a la <lifférence de pression des <leux milieux, mullipliée par la seclion circulaire augmen lée du limbe de conlact de la soupape. Avec le systemc ele Cormvall il existe cleux orífices d'inlroduction c1u lieu <l'un seul, et qui, de plus, sont disposés suivant des surfaces cylindriques au lieu d'etre paralleles a la direclion du· mouvement imprimé a la soupape pour la soulever. I1 en résulle que l'effort a exercer <lépend uniquement de la superficie des surfaces de conlact, mesurée snivant leur projeclion dans un plan perpendiculaire a l'axe, lequel est aussi celui de son mouvement. Et comme la largeur des deux limbes par lesquels la soupape repose sur l'anneau a et sur le bonl de la coupole b, est théoriquement arbilraire, cet effort pourrait elre infiniment diminué si la pratique n'indiquait une limite pour obtenir des surfaces de j9ints suffisanles. Résumons ceci par un examen des dimensions de la soupape prise pour exemple. Le <liamelre de l'anneau a, au contacl extérieur de la soupape, est de 160 millimetres et cclui de la coupole, a l'intérieur du meme contact, est égal a 130. Les dem¿ zones <le jonclion ayant un uiametre intérieur et extérieur commun, leur

s·ou p APES

427

ÉQUILIBRÉES.

superficie transversale devieut la différence de celles de ces deux cercles, soit : _ 2.-

3,1416

16 -13

68C- q_ 33

Par conséquen t, si nous supposons que la pression effective de la vapeudi l'exlérieur de la soupape égale 1/2 kil. par centimetre carré, il faudra faire un effort de 34 kilogrammes enviroñ pour la soulever, tandis qu'avec une soupape ordinaire Jans les memes condi tious et pour la mcme ouverlure ·on trouverait: _2 k

0 5

3, ·1416 x _16 4

-1QOk 5

l\'Iais le lravail <lépensé pour lever la soupape de Cor·nwall est réduit dans un plus grand rapport, attendu qu'elle ouvre simultanément deux passages, d'ou sa levée cst moilié moinure pour un meme orífice offert au débil. Par conséquent, si l'effort esl a peu pres réduit au tiers, le travail l'esl au sixieme, approximativement. D'apres cela on voit qu'il ne faudrail cependant pas dire : soupap1:,s ér¡uilibrées, comme on les nomme généralement, mais plutot: soupapes allégées, puisque l'équilibre n'est pas complet.

ENSEMBLE n'uNE DISTRIBUTION A SOUPA.PES

Par

iu. J. F .

n É v o L L I En, constructeur (FIG,

rn,

PL.

Saint -Étienne

12)

Ces figures représentenl le détail de la distribulion de vapeur qui a été appliquée par M. Révollier a la machine que ce conslructeur avait présenlée en 1855 a l'Exposilion universelle ou chacun a pu la voir en fonction (1). La fig. 9 esl une section longitudinale de la boile a vapeur qui est fondue avec le cylindre : on remarquera que, pour conserver une assez grande échelle, nous n'avons montré que l'une des parties correspontlant a une extrémité du cylindre, l'aulre étant du reste co.mplétement semblable; La fig. 10 est une section transversale du cylindre, faite sur l'axe de la boite a soupapes opposée a celle que représente la fig. 9. Comme ensemble cette dislribulion comprend quatre soupapes destinées rcspeclivement deux a deux a l'inlroduction et a l'échappement de la vapeur. Ces soupapes sont nrnes par un excentrique circulaire qui aclionne up. mécanisme permettant, néaumoins, d'opérer une délenle, ainsi que nous allons l'expliquer. (1) La

machine de l\I. J. -F . Révollier se trouve complétement décrile et représentée avec délail daos la

Publicatio11 indusll-ielle, vol. x1, pl. 2,

428

1\IOTEURS A VAPEUR.

(En réalité cette machine possede deux excentriques, allendu qu'elle esta changcment de marche a l'aide du mécanisme clil : Coulisse de Stephenson, parlicularilé dont nous ne pouvons pas cncore tenir comptc). JEU DES souPAPES. - Le cylindre A esl fon el u avec deux boiles semblablcs ti celle B, el dont la forme exlérieure est cylindrique commc les organes principaux (JU'elles renferment. Ces deux boites sont done identiques l'une a l'autre et correspondcnt aux deux sens du mouvement du ,piston moteur. Elles sont divisées dans le sens vertical en lrois compartiments dislincls : a; b et c. Les compartiments supérieurs a communiquent constamment ensemble par un canal C, fondu de la memc piecc que le cylindre et par lequel lcur arrive la vapeur sorlant du généraleur. Ceux inlerm édiaires b sont mis en rapport par le jeu des soupapes, alternativement avcc les compartimenls inférieurs et supérieurs a et e, mais communiquant toujours avec l'intérieur clu cylindre. Enfin, les comparlimcnts inférietirs e se réunissent au canal D, par lequel s'effectue l'échappement de la vapeur apres qu'élle a terminé son action molrice sur le piston. L'admission permanente de la vapenr dans le canal C se regle par une soupape E, surmonlée d'une tige filetée a manivelle d, que l'on tourn~ a volonté pour faire reposer la soupape sur son siége ou l'en éloigner, suivant que l'on veul arreler Ja machine ou la mettre en marche. Celte soupape esl mdnlée dans une boite e, fondue avec le cylindre, ainsi que le canal f qui amene la vapeur de la chaudiere et donl la lubulure F rec;oit la boite clu papillon ré.gulaleur. Pour simplifier l'explicalion du jeu des so u papes qui met.ten~ ces di verses parlies en rapport, il suffira de s'altacher a l'une des deux boiles B, celle que la fig·. 9 représen Le, puisqu'elles sont semblables toutes cleux. La soupape supérieure H regle la communicalion du canal C, toujonrs plein de vapeur, avcc le comparliment intermédiaire b qui s'ouvre directement dans le cylindre; lorsque ce lle so upa pe se leve, la vapcm: s'i n lroduit et pousse le pis ton. La soupape inférieure I repose en ce moment sur son siége et interromp't nécessairement la communicalion entre les compartiments b et c. :Mais au retour du pislon, la soupape supérieure est fermée et la vapeur uu canal C n 'entre plus en b; celle I, qui est au contraire levée, fait comrnuniquer les compartimenls b et e, et perrnel a la vapeur de s'échapper en s'écoulant par le canal D. Or, l'opéralion qui s'effectue daos l'une des hoiles a soupapes B a lieu évidemment clans l'aulre, muis inversement, c'esl-a-dire que la soupape d'inlroduction H de l'une se leve simultanément avec celle d'échappemenl I de l'autre, ou bien elles se ferment daos le méme ordre. Cependant, ces mouvements ne sont pas absolument simultanés, altendu que le mécanisme qui fait ruouvoir les soupares agil avec des inlermilltences pour produire de !'avance et de la clétente, comme nous le dirons tout a l'heure. 11 est bon de remarquer que les soupapes d'échappement sont plus grandes que celles de l'intrqduclion, d'accord en cela avcc ce qui se fait toujours pour les orífices de sortie, parce que la vapeur qui s'écbappe posseue une pression relativement moindre, el par conséquent une vitesse moins grande que celle active qui vient du

DISTRIBUTION A SOUPAPES.

429

généraleur, et parce qu'il existe un grand intéret afaciliter son prompt écoulement. A cel égard les soupapes permeºLteut, en séparant leur mécanisme de commande,

de les faire agir isolémenl et daus des temps différents. MÉCANISME DE LA coMMA DE DES souPAPES. - Chaque soupape H on I est disposée pour elre soulevée par un levier horizontal g, situé a l'intérieur des bolles B et ayant son point d'oscillalion relenu apres leur paroi au moycn d'un goujon fixé extérieurement par un écrou h. Chaque levier g travcrse en son milien la chape - appartenant a la soupape, et son extrémilé s'engage dans une mortaise ménagée a la parlie inférieure d'une tige verlicale i qui communique avec l'cxtéricur en lraversant une boite a étoupe j. Seulcment, la tige qui correspond a la soupape inférieure I dcvant traverser le compartimenl a, se trouve entourée dans cel espace par un fourreau mélallique k qui périetrejusque daos la boite a éloupe, afin d'éviter toute communication anormale de vapeur d'un compartimeut daus l'autrc. De plns,, comme les soupapes H et I sonl siluées dans un meme plan, le levier g comman. dant celle supéricure H esl détourné pour éviler le fourreau. En dehors des boiles i, étoupe, les tiges i sont assemblées avec des chapes J surmonlées chacune d'une tige cylindrique qui traverse l'une eles deux douilles K d'un guide fixc K' ; cettc douille renferme un ressort a boudin l qui agit contre le bout de la Lige pour aider la descente de la soupape, lorsqu'elle est abandonnée par le mécanisrne qui l'a soulevée. L'extérieur de la douille K est filelée et munie d'un écrou a l'aide· duquel on regle l'énergie du ressort a boudin. Les deux soupapes d'une meme boite B sont mises en mouvement par un pelit balancier L dont les extrémités sont engagées daos les chapes J sur lesquelles il agit alternativement en les s~ulevant, ainsi que les üges i qui entrainent les leviers g et par conséquent les so upa pes. Cbaque balancier L est monté sur un axe horizontal m , dont l'extrémilé porte un levier L' auquel le mouvement de l'excentrique fait décrire un are de cercle. La lransmission du mouvement de l'excentrique a lieu au moyen d'une harre G qui exécute un va-et-vient en ligne ,droite dans des guides n fixés au cylindre; ce lle barre porte deux chapes rcctangulaires o dans lesquelles les leviers L' sont assemblés en coulisse pour la compensation de l'arc de cercle que décrivent leurs extrémilés. Par conséquent, les deux balanciers, pour les deux systcmes semblables B, et leurs leviers de commande L', 'forment comme deux T qui se meuvent ou oscillent toujours parallelement en donnant aux soupapes des mouvements presque simultanés; seulement il est clair que, lorsque la soupape d'introduclion H est soulevée d'un colé, c'est celle d'échappement qui l'esl <le l'autre, et vice versá, tandis que les deux autres soupapes sont immobiles sur leurs siéges. MoYEN o'oPÉRER LA DÉTENTE. -Si l'on considere l'ouverture des chapes J et qn'on en fasse la comparaison avec la dimension de la partie des balanciers L qui y pénetre et les actionne, on voit que la plus grande parlie de la course de ces balanciers peut s'effectuer sans produire d'effet, c'est-a-dire en donnant lieu a un temps perdu pendant lequel la soupape correspondan te reste en repos.

430

l\IOTEURS A VAPEUR. Or, de celte particularité nait le moyen de prodl!ire de la dé lente puisque chaque soupape d'introduclion peut s'ouvriF et se fermer dans un temps plus courl que celui de la course complete de l'excentrique el de celle du piston. Cel1e uétente peut meme s'effectuer dans des condilions théoriques ralionnelles, puisque la levée de la soupape et sa fennelurc auront lieu· subilement, tout en ouvraot l'orifice en plei11, el que le maximum de levée coi respond toujours al'exlrémilé supérieure de la course des balanciers qui est nécessairement invariable. Le lemps de la levée de la soupape dépendant de la quantité de course a vide des l>alanciers L dans leurs chapes J, on peut alors, en en modifiant l'ouverturc, changer en meme lemps la quantilé de course a vide et varier le <legré de détente. On peul oblenir ce résultat en introuuisant des cales d'épaisseurs différenles dans les mortaises des chapes, de fac,;on a en réduire convcnablement la hauleur.

Si les notions que l'on vient de lire dans ce,chapitce ne completent pas ce que l'on pourrait dire sur les divers moyens qui ont été proposés pour opérer la distribulion de la vapeur, elles permetlenl au moins d'en avoir un~ idée suffisante et snrlout de se rendre aisément compte des systemes que l'on pourra renconlrer sans elre menlionnés ou décrits avcc dé1ail. D'ailleurs les ensembles de machines que nous décrirons hientót· présenlent quelques variélés de mécanismes distribuleurs que quelques mots permetlront alors de faire comprendre. La dislribulion d'une machine a vapeur est une des choses les plus importantes, en général; mais le rnécanisme en est aussi bien minutieux, difficile a combiner et a exécuter dans les meilleures condilions. On a beaucoup cherché, beaucoup fait a ce sujet; des ingénieurs éclairés, des praliciens habiles ont imaginé de tres-ingénieuses disposilions, el pourtanl on n'esl pas complétement satisfait : il reste beaucoup a faire encare

FIN DU CRAPITRE

DEUXIEME.

CHAPITRE III

APPAREILS D'ALIME TATIO t

DES G~NÉRATEURS A VAPEUR

( PLA ' CHE

13)

Les appareils qui servent a alimenter les générateurs a vapeur, en Ienr fournissant l'eau qui est sans cesse enlevée par l'évaporation, sont moins des nccessoires nffeclés aux moteurs memes cin'a leurs généraleurs proprement dils, et, a ce tilre, ils auraient pu trouver place dans la description de ces derni ers. Cependanl, la porupe alimenlaire est tout a fait adhérente a la machine, elle en rec,;oil dircctement son mouvement : elle fait done réellement parlie de son mr.canisme; nous avons du, par cela meme, la classer avec les divers organes qui la cornposent. Disons toutefois que l'on rencontre eles machines a vapeur qui u'ont pas de pornpe d'alimentalion, mais alors leur générateur est alimenté par un appareil spécial indépentlant. Nous avons done, dans les app::ireils d'alimenlation, a décrire deux systemes différen ts et bien clislincls, savoir : 1° Les pompes foulantes, diles pompes alirnentafres, que la machine motrice aclionne directement, ou bien qui sont com.mandées par un moleur spécial connu sous le nom de petit-cheval. Les locomotives, et surtout les machines de navigation, sont généralement munies de cet appareil, parce qu'il permet ele régler a volonlé ·plus facilement la quantité d'ean envoyée au générateur, et particulierel!}ent d'alimeriter ceh,Ji-ci dans les moments tl'nrret de la machi ne princi pale; 2° Les appareils, que l'on appelle autornoteiirs, el qui, sans mécanisme, mais par un jeu convenablement combiné de soupapes mises en relalion avec le ni vea u de l'eau contenue dans le générateur, permeltent a l'eau d'un réservoir extérieur d'y pénélrer en surmonlanl la pression inlérieure. Parmi ces derniers appareils OR en distingue quelques-uns qui ne peuvent elrc appliqués qu'aulant que la pression dans le générateur dépasse peu celle de l'almosphere ambiante, et d'aulres qui peuvent, au contraire, convenir a des pressions beaucoup plus élevées. Enfin, il est apparu depuis peu un appareil qu,i differc des précédenls d'unc maniere notahle. C'est un injecleur qui a pour principe l'aclion dynamique d'nn courant de vapeur, et qui alors, puisant cette vapeur dans le milieu meme oú l'eau doit etre introdnite, rend indifférent le cbiffre de la' pressiQn in lérieure, au moins quand elle dépasse celle de l'a!mosphere ambiante. Nous avons nommé l'injecleur

432

MOTEURS A VAPEUR.

de M. Giffard que nous devrons décrire avec tous les détails nécessaires pour permeltre d'apprécier, comme il le mérite, tout ce qu'il renferme d'ingénieux. Nous allons done essayer de faire connailre ces divers syslemes d'appareils d'alimenlation, en suivant l'ordre indiqué ci-clessus.

POMPES ALIMENTAIRES

POMPE FOULA.NTE SIMPLE

(FIG.

PL•.

rn)

D1srosmoN GÉNÉIULE. - Les pomp'es les plus généralement en usage, et que l'on applique directement a la macbine motrice, sont analogues a celle clont la fig. 1 de la pi. 13 montre une coupe transversale fnite par l'axe commnn du corps et des bo1tes a clapets. Une pompe alimentaire refoule l'eau en surmonlant la pression intéricure du généraleur, et en aspirant a une faible bauteur. Celte circonstance, jointe au pelil <liamelre qu'elle a presque toujours, fait qu'on adopte un piston plein appelé pistan plongeur ou simplement plongeur. C'est, en g-énéral, le systeme adopté chaque fois que l'on doil surmonter une forte pression, soit par l'élévalion propre de la colon ne d'eau, soit par la pression dn milieu dans Jeque! il faut la faire pénéirer. La pompe représcntée fig. 1 comprend un corps cylindrique A, en fonte de fer ou de bronze, dans lequel joue le pislon proprernent dit B, qui n'esl autre qu'nn cylindre plein ou évidé intérieurement, mais tourné tres-exactement a l'extérieur. Ce corps de pompe esl muni, a sa partie supérieure, d'un stii(!i.ngbox avec presseéloupe a, qui guide le piston et doit empécher toute comrnuuicalion avecl'air exléri eur. Au.,-Jessous de cetle gamiture, il est d'un diame{r~ un peu plus fort que celui du piston, afinque celni-ci y joue sans froltement, le presse-étoupe el le fontl <.lu stuffinghox étant ses seuls guides. Le modele dont nous donnons ici le type présente cette parlicularité que le corps de pompe est fondu de la me.me piece avec les boites uclapets; c'est une disposilion ,qui esl tres-souvent adoptée, surtout pour les pelites forces. Le corps principal est muni, a sa partie inférieure, <l'une hoite ou chapetle e, de forme oblongue, dont l'in lérieur est divisé de fac;on a former deux chambres bel b' pour les clapets D et D', dits d'aspiration et de refouleipent; des canaux d, d' mettent ces clapets en relation respective avec leurs conduits correspon<.lants E, E' et avec le .corps principal. Selon la disposition adoplée pour les pompes foulantes, on voit par le dessin que l'intérieur du corps de pompe A esl mis en communicalion, d'un cóté, par l'ouverlure latérale e avec la premiere chambre b qui renferme le clapet d'aspira-

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433 POMPES ALIMENTAIRES. tion D, et, de-l'aulre, pai· l'orifice inl'érieur e' avec le dessous un seconu clapel D' dit de re{vulement. Et de meme le tuyau d'aspiralion E est en relalion directe par le canal d avec le dessous du clapet D, tan<lis que le tnyau E', qni communique avec la chaudiere, correspond, par le canal el', a la seconde chambre b', au-dessus <lu clnpet D'.

On sait, d'apres cela, que lorsque le piston se leve, le vide qu'il lai.sse a l'inlérieur foil prédominer la pression atmosphériq ne sur le réservoir daos lequel plonge fe tube E, d'ou l'eau s'iotrqduil dans le co_rps de pompeen soulevant le clnpel D. Lorsque le pislon descen<l, au cootraire, l'eau refoulée soulcve le deuxieme clapelD' en [ermant le premier, el péoelre, par le cond,uil E', daos le générateuren stmnontnnl la pression, qni est vaincue par l'effort mécanique que développe le pislon. Sans nous arreter davaotage sur celle fonclion, qui est celle de loules les pompes fonlantes, nous allons indiquer quclques parli.cularilés de la conslruclion de l'appareil choisi pour exemple. DÉ.TAILS DE coNsrnucTJON. Les clapets de cetle pompe soot de la forme dile en charnvignon; ils sonl semblables el de memes dimensions; la fig. 3 représenlc> l'un d'e11x en élévation el en plan vn en dessous. lis se composent d'un disque plal, donl le hord est tourné conique pour l'applicalion sur le sié~e, avec une donille on queue éviuée latéralcment en trois parlics pour servir ue guiue cylindrique. cannelée ou , loul en laissani le passage au fluide. Les clapl'ls sont ajuslés clans <.les onverlures cylinuriques dont l'enlrée ou le bonl supérieur forme le siege proprement dit; ces ouverlures sont concenlriques avcc les t: hambrcs b et b', lesquelles sont égalemenl circulaircs el eolierement ouvertes par le haul, ali11 de permeltre l'inlro<luclion des clapels et lenr ajuslement snr leur siége. Pendanl ta marche de l'apparcil, chacune ele ces cbambres est formée lrcsherméliquemenl par un tampon ou couvercle en fontc e dont on fü~L le joint a11 moyen cl'une rondelle de cuir ou de plomb. Comme il est in<lispensable dc pouvoir au besoin ,,isiler les clapets et opérer tlans ious les cas assez rapi<lem en t, les t.impons e sont reten ns par une simple vis <.le pression _a poignée F, taraudée dans un. élrier en fer G qui s'accroche a des ergots f venus de foni e avec le corps priucip:.il <le la pom pe. Cctte disposilion est facilement comprise a l'aid e de la fig. 2 qui cst une vue de ci'Jlé ue !'ensemble de la pompc, muis suivant une seclion transversale faite sur b ligne d'axe 1.-2 de la boite b' du clapct de refoulcmenl. Si pour une cause quelcom¡ue on veut visiler l'un des clapets, il suffit alors de tlesserrer la vis F suffisamment pour pouvoir dégager l'étrier, puis de sonlever le lampon. Cette opéralion se fail clone tres-facilement et en peu <.le temps, ainsi que la remise en place. Souvent mcme, pom elrc dispensé de meltre l'élrier a sa place en prena nt soin de l'accrocher, ses brnnches sont montées sur des tourillons d'apres lesqucls on le fail lourner en le rabatlnnt, au lieu de le délacher tout a fait. Ceci préseole l'avanlage de rendre toutes ces pieces solidnires el d'éviler qu'ell es ne s'égarenl accidenlellemeul dans un lemps ue réparation quclque peu prolong"é. 1.

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l\íOTEURS A VAPEOR. On voil que chaque clapet porte a sa partie supérieure une pefüe lige g qui fait corps avec lui. Elle serl a plusienrs fins, d'abord pour prendre le clapet et le sorlir de sa place, rnais particulicrement pour Je saisir lorsqu'on doil Je róder sur son siége. Lorsqu'il est en fonction, celle pelite tige serla limiter sa course en butant conlre le tarnpon de fermelure, afin a'éviter qu'en se soulevant trop, le clapet n'abandonne la parlie cylindrique qui le guide et que, par suite, il ne retombe pas sur son siége. La gurnilure daos laquel~ joue le pis ton n'est rcmarquable que par sa sirrlplicilé. Elle se cornpose de tresses de chanvre bien grnissées et rnainlenues serrécs autour du pislon par le bouchon ou presse-éloupe a et par · deux boulons h dont les tetes s'appuient conlre des oreilles venues de fonte avec le corps de pqmpe. Le presseéloupe est rarementmuni d'un g·od.et graisseur, nttendu que l'éloupe seule, qui doit elre grasse, est lubrifiée avec du suif plulót qu'avec de l'huile; el d'ailleurs l'nppareil fonctionnant a de basses ternpératures, relativement, la graisse se conserve assez longtcmps. · Nous disons relativement, car on alimente assez générnlement avec de l'eau tiede. Cependant, si la température dépasse 30 a 40 degrés environ, la pompe fonclionne mal; et lorsque l'on veut profiter de certaines chaleurs perdues pour cbnuffer l'eau d'alimentalion, il vaut mieux alo~·s effecluer. cette opéralion entre la pompe et le génératcur pour que celle-ci ne rec;oive que de l'eau froide. Nous avons eu l'occasion de montrer, a propos des générateurs, quelques disposilions relalives a l'ulilisation de la chaleur perdue au profit de l'eau d'alimentation. Le modele de pompe que nous venons de rlécrire peul s'exécuter aussi bien en hronze qu'en fonte ele fer, mcme dans les dimensions qu'elle possede sur le modele représenté. En tout cas, il semble convenable que Loutes les piece·s qui la composent soienl de la meme matiere, si ce n'esl toutef'ois les clapets qu'il est assez urgent de conserve1.· en bronze a cause de leur délicatesse et de leur ajustement. De l'avis de plusieurs praliciens expérimentés, la présence de métaux différenl::; en contact avec ele l'eau, do"nt l'action est toujours tant soit peu acide ou saline, donne naissance a un courant galvaniqne qui accélere l'oxydation de l'appareil. Sans vouloir affirmer que cette objeclion soit tout a fait sérieuse, nous en tenons compte comme d.'une remarque propre a fixer l'a~tention et a provoquer, a l'occasion, des recherches uliles. CoMMANDE DES POMPES ALIMENTAIREs. - Dans leur application aux machines a mou vement dircct, non a balancier, les pompes alimentaires sont, le plus sonvent, commandées par un excentrique circulaire placé sur l'arbre moleur a cóté de celui du tiroir. L'excenttique est raltaché a une bielle dont l'extrémité opposée est terminée par une chape qui s'assemble avec l'anneau i fixé au pislon B par un taraudage ou une clavelte. ,. Suivant la uisposilion ndoplée fig. 1 et 2, la pompe esl fixée verticalement; muis elle pourrait etre horizonlale ou inclinée avec un léger changement dnns la position des bolles a clapets, cornme nous áurons l'occasion d'en monlrer des exemples. Quelquefois la pompe alimenlaire est raltnchée direclement au mouvement du pislon de la pompe a air, lorsqu'il.existe un condenseur; mais alors on est obligé 4

POMPES ALIMENTAIRES.

43t>

de réduire le uiametre <.lu piston parce que la course est relativement considérable. ll est vrai qu'avec l'excentrique on peut tomber dans l'exces contraire lorsqu'on ne veut pas lui clonner des dimensions exagérées. Cependant, cetle derniere condilion cst plus d'accord avcc la marche ordinaire ¡].'une pompe qui est généralement len~e, exccpté dans les locornolives et les machines a grandes vilesses. Appliquée aux machines a balancier, la pompe prcnd son mouvement sur cet organe et peut avoir une course tres-réduite. CoNumrE DES P0MPES ALIMENTAIRES. - La fonction lle cet appareil, qui devrail elre continue comme la vaporisation, est souvent intermiltente, a cause de la· difficullé de mettre sa proeluction exaclemeut en rapport avec la dépense par la vaporisation. D'ailleurs, une pompe éiant sujelte a des inégularités, on luí donne une puissance loujours plus grande qu'elle ne uevrait l'etre réellement, sauf a suspendre par in:. stanl ses fonctions. , La mise en marche facultative d'une pompe alimenlaire s'effectue par deux modes différents, mais qui n'offrent pas les memes avantages. On s'arrange parfois de fa9on a la débrayer et a l'arreler complétement : il n'y a pas la d'inconvénieut, si ce n'est le mécanisme meme d'embrayage qui doit etre d'une manreuvre prompte et facile. Dans el'autres cas, on la laisse marcher saos iriterruption, et on agit sur le robinet placé sur le conduit d'aspiration, soit pour modérer son ouverture, soi t pour le fermer complétement si l'on doit interrompre tout a fait l'alimentation. Cetlc derniere rµéthode n'est certainement pas la meilleure, car si le robinet ele l'aspiration est fermé, la pompe marche a vide et une rentrée d'air peut avoir lieu s'il existe la moindre fissure. Mais, ce qui esl plus grave, la réglementation par des robinets que l'on ferme plus ou moins, tandis que le pistan marche touours, donne lieu a des méprises qui ont eu souvenl pour résultat ele faire éclater les tuyaux ou quelque parlie de la pompe. Nous avons été témoin d'un fait ti.e ce genre .. La hielle commandant une pompe ainsi manreuvrée et appartenant a une forle machine a balancier a été trouvée tordue tout pres de son assemblage avec le pistan, malgré le fort diametre de cette tige, qui n'était pas moins de 4 a t> centimelres. Un accident de ce genre semble devoir etre attribué a la fermeture malencontreuse d'un robinet placé sur le conduit de refoulement, circonstance d'autant plus probable a l'égard du fait que nous cilons que le chauffeur qui conduisait cette machine avait a sa disposition des robinets placés sur la chaudiere et qu'il ouvrait ou fermait a sa guise pou_r alimenter. On a propasé bien des moyens de régler l'alimentation par une pompe, d'apres le nivea u meme de l' eau dans le générateur; peu ont rec;u une véritable consécration par la pratique. Mais, quel que soit le moyen que l'on choisisse, on évilera tout accidenten appliquanl a la pompe une soupape de su.reté que nous n'avons pas figuréf! sur celle-ci, attendu que l'on va bientót en voir des exemples. Une soupape de su.reté ne Viévient pas seulement les accielents, mais peut servir

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MOTEURS A VAPEUR.

i'.1 purge r la pompe de l'air qn e l' ean amene lo njours avec elle e l qui en esl !'une d es causes d'arrc t les plus fréqu cntes. On sait, e n cffct, que si la pompc doit élcver l'eau d'une hauteur un p e u grand e, elle prodnit un vide co rrr.s pondant qui fait dégager l'air en dissqlution naturelle dans l'ea.n. L'ail' pnrvc nu da ns le corps de pompe a lteint sa partie supérieure, s'y accumulc peu it pe u e l finit par acquérir une prcssion qui empec hc le clape t d'aspiralion de fonclionner. On n e pcnt s'cn débarrasser qn' cn onvrant un robinet placé spécialement pour ce t usage sur le corps tl e pompc, ou en so ulevanl la soupape de súreté, quand on a cu le soin d'cn m énagcr· une.

POi\il'ES A LIME TAIRES DE DIVERSES DISPO S ITIO

(FIG,

PL.

~3.)

PoMPE u1TE u'EowARos, f1 g . 4 .. - Cclte pompe appartient a la machin e a vapcm i'.t deux cylindrcs de M. Edwa rds, celle dont nous avons d éja parlé, el qui a été monlée, il y a pres de 2o ans , a ux ateliers du ch~min de fer de Sainl-Gcrmain. On la distin g ue de la pompe précéuente par 1-a disposition de Ja boile i'.t clapcls et par l'addition de la soupn pe de súrelé. La 1oite clapels csl une sorte de canon C indépendant du corp-s de pompc el s'y rallachant par un e tubulure a bride au moyen de laquellc la communicalion s'élahlit entre les deu x parties. L'inlérieur du canon C es t disposé pour recevoir les d c ux clapels D e t D' qui sont alors l'un au-dessus de l'aulre, el de Jiam e lres éY iJ cmmenl différents puisqu 'ils doivent é lre introduils par la m eme ouverlurc supé· r icure ferméc par le tnmpon e. Le tub e <l'aspi ralion es t alors ratlaché au robinet E, qui est r elié par un· taraudap;e a la partie inférieure de la boite a clape ts. Cellc:.ci. porte égalemenl daus la partie b' un e lubulurc a laqu elle s'adapte le luya u qui. correspond au gé n érnteur. Quand le piston sorl Ju corps de pompe, l'eau traverse le conduit d, souleve le clapct D e t pénclre daos le corps de pompe par le eond uil d' qui est placé en tí·e les Jcux clapels. Qua1:1u le pi.ston refoule, c'est le clapet D' qui esf soulevé, et le fluide passe de la cbamb r e b' <lans le tube qui le conduit a la chaudiere. Quoique cetle disposilion de boile clapets soit encore trés-souve nt adoplée, il est clair qu' elle ne vaut pas celles ou les deu x clapets sont complé lement libres comm e dans l' exem ple précé<lent. Ici la vérificalion de l'un des deux peut exiger mi clémontage complet. Ajoutons encore que le cheminement du fluide, dans la pompe représenlée fig . 1 et 2, est ·plus rationnel que daos celle-ci ou l'on peut dire qu'il doit rebrnusser chem,in a chaque coup, et prendre, daos le corps principal et daos la communication d', des vitcsses allernativement inverses. Les clapels ont ici une forme un peu différente des précédcnls. Ils sont de celle

POl\IPES ALJl\'IE TAIRES.

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<.lile ii lanterne; la queue qui les gni<.le est, en effet., un cylin<.lrc eren~ ouvert ü ln base et percé latéralernent. Nous nrrivons a la soupape de sCirelé dont nous avons parlé. Celte soupape H, ele tres-faible dimension, esl placée a la parlie supérieure du corps de pompe ou se loge l'air qui vienl s'accumulcr au bont d'un cerlai11 temps. Cetle soupape est chargée pnr un 1evie1· I placé horizontalernent et arlicnlé sur tlcs oreilks apparlenant a la pompe; ce levier est rnnni d' un talon d'équerre g qui conesponJ a la soupape el lui transmel, dans un rapporl clélermi né, l'aclion <.lu poids .r. Nous avons dit que cetle soupape esl indispensable pour éviler les accidents, les ruptnres qui peuvent etre occasionnés par la fermel11rc inopinée d'un rohinct 011 par une autre cause capable d'arreter la circulalion de l'eau dans la pompc; clic sert aussi a donne·r issue u l'air q11i s'y trouverait renfermé. L'é tablissement de cctlc soupapc est conforme il celles appliquées sur les généralenrs. Les conditions de son équilibre onl pour base la pression intérieme du milieu dans lequel on foulc lé liquide; pour celle pression la soupapc de la pompc doit présenler un exces de surcharge, afin d'en assurer la fcrmeture e:xacte; on compren<.I, en effet, qu'elle pourmit, sans inconvénient, ten ir la pression jusqu'a la limite pralique de résislance despieces les plus foibles de la pompe et de celles q11i composent le circuit #~u refoulement. POMPE AVEC BOITES RAPPO!lTÉES ET CLAPETS A CHARNIÉRE, PAR i\I. E. BOURD0:'1 (fig. f'> a7). - Ce.constructeur adopte généralemcnt un sysleme de pompe auquel il a· su donncr une disposition de détail qni parait ralionnelle et.d'un service commode. Le premicr exemple que nous en montrons est une pompe horizonlale appliquée h nne machine de meme disposition et d'une puissance norninale de 25 chevaux (1). La fig. 5 est une seclion verlicale faite sur l'axc du corps de pompe et du pislon; La fig·. 6 en est une coupc transversale suivant la ligne 1-2. La particularilé sur ·1aquellc nous insistons Péside dans la conslruction des deux hoiles a. clapels et sur ces derniers qui sont a charniere. Le corps principal.A est muni de deux condnils e et cr, exaclement symétriques et se ferrninaut par des brides dressées. On a fixé s11r ces brides, au moycn de vis, deux siéges en bronze C et C' qui porlent it la fois des bccs recourhés ,el _et c2 , sur lesquels sonl montés les clapets D et D' et les lubulures E et E' pour l'applicalion ues conduits d'aspiralion et de refoulement. n est remnrquable que, suivant le jeu nalurel des clapets, le siége ou bec d est en communication direcfe avec le tubc d'aspiration, et celui c2 avec le canal e' et le corps de pompc, tandis qu e l'autre canal e esl en relation directe avec la cbambre b. Les siéges C et C' sont ensuile recouverts par le_s cloches e qui formcnt les chambres b et b' des clapels; ces cloches sont maintenues, comme précédemment, par des élriers G et des vis F, pour etre démontées facilernent au hesoin. Quant aux clapels, ce sont <les disques pleins montés a charniere sur le bord des (1) I\lacbines a vapeur horizontal es accouplées des moulins d'Odessa, conslrnites par M. Bourdon pour J\I. Gosme, et faisanl marcher douze paires de meules de 1m 50 de diamétre, avec leurs appareils de nettoyage et de blutagc. - Publica tion lndtistrielle, vol. n, pi. 20 et 2i.

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l\IOTEURS A VAPEUR.

siéges d el e'!.. 11 est j usle de di re que les conslru leu rs préf ren t généralemeu t. pour d'aussi faibles dimensions, la forme en champignon, moins délicate d'ajuslemenl et moins susceptible de se déranger que par le mode a cbarniere. En0n, cet ensemble présente une bonne harmonie de forme et une circulalion inlérieure }Jien rationnelle, exernple de coudes brusques et de cbangemenls de direclion. L'indépendance des bolles a clape!s et db leurs siéges permel un aju lement précis et des réparalions facilcs. Le corps de pompe cst en fon te de fer, mais les clapets et leurs boites !,;Ont en hronze. Passant aux disposilions accessoires, nous fcrons remarquer que le piston B est fondu creux de fac;on il permellre de placer a l'intérieur la bielle de commancle J, laquelle est articulée dans un tarnpon vis é au fourreau B et qui en ferme l'extrémité. On comprcnd que cetle disposition a pour but de diminuer"la longueur totale du mécanisme lout en cqnserva1ü a lu bielle une assez grande longueur. Les pompes verticales, dont nous avons monlré des exemples, se fixent directement par leurs bases, soit sur la plaque de fondalion de la machine, soit sur un· support ménagé ad hoc. Celle-ci, qui est borizonlale, porte, fondue avec elle, une paltej (fi.g. 6), par laquelle on la fixe sur le honl du bali <le la machine. Celte pompe est pourvue d'une soupape de sureté H, conformément aux disposi• tions décriles ci-dessus. Elle a pour siége un tampon a vis placé sur le concluit transversal ce', sqr la ligne d'axe du piston. Les boulons h du pressc-éloupe présentent une légere différence avec les précédents. La tele est remplacée par un reil oblong- qui s'agrnfe sur ·un lenon de mcme forme fondu avec le corps de pornpe. La fig. 7 représente une pompe verticale exaclement cornposée comme la précédenle- par rapport aux boites a clapets. Destiuée a fonclionner comme celle d'Edwards, elle luí esl évidemment bien préférable. Les memes pieces y sont indiquées par les memes letlres que dans les Lig. o et 6. Terminons pa1' cette remarque importante relafrve aux clapets ~t charniere: quelJe que soit la posilion donnée a la pompe, il est indispensable que celle des clapets oit telle qu'il reposent naturellement et de leur propre poids sur leur siége, avant Loute aclion quelconque de la parl des pressions développées par le jeu du piston. S'il en élait autrement, le jeu des clapets, toójours difficile a maintenir régulier, ferait faule achaque instant, et la plupart du tempsla pression du fluide serait sans etTet pour les faire revenir a lemps a leur place. On exécute, daus certains cas, et surlout pour les machines locomotives, eles pompes alirnentaires dont les clapets ou soupapes sont des spheres qui reposent sur des siéges alésés d'une forme correspondante. Nous aurons l'occasion de les faire voir en décrivant ce genre de moteur spécial. 11 resterail a examiner les pompes alimentaires sous le point de vue de leur produclio11. I\Iais il nous semble préférable de ren oyer cette queslion au moment ou il sera trai.lé de toules les proporlions des organes principaux qui composenl un moteur a vapeur.

ALii\IENTA.TEURS AUTOi\IOTEURS.

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AL'IMENTATEURS AUTOMOTEUB.S

Les pompes alimenlaires ne fonclionnent presque jamais avec une régularité lclle que l'on soit dispensé ele le:s surveiller en s'assuranl qn'~lles fournissenl bien réellement l'eau nécessaire a la marche et tt la súreté du générateur. Avcc une pompe ordinairement de peliles dimensions, sans réservoir d'air, dont les passages sout élroits et qui marche souverít a une vilesse consiclérable, il fau t s'allenclre a voir par fois les clapets hors de leurs siéges ou mal fermés, cette <lerniere circonstance pouvant aussi se produire par l'inlerposition <l'un corps solicle, lel ql].'un grnin de sable ou <le gravier entrainé par l'euu. Apres un certain lemps d'arret elles peuven t aussi se désamorcer; on voil quelquefois un chauffeur obligé, lorsqu'il veul rcprendre l'alimentalion en embrayant la pompe, de lui faire donner quelques coups a la main ou de démonler un regard pour remplir el' eau la boite a clapets. Le travail incertain des pompes, joint a la difficulté de régler leur produit sur la vaporisation, qui peut meme ctre augmenléc saos accélérer la vilesse de la macbiue et de la pompe, a conduit les ingénieurs a chercher -cles appareils dont les fonclions soient intimement liées a la hauleur rneme du niveau de l'eau clans la cbau<liere qui réglerait alors elle-meme son gain sur sa perle. Déja un moyen s'offre presquenalurellement a !'esprit. ·supposons, en effet, que l'on adapte a un générateur un tube assez éleré pour y établir une colonne d'eau en communication avec celle de la chau<liere et faisant équilibre a la pression <le la vapeur; puis mettons le" sormnet de ce lle colon ne en relation par un robinet a flotleur avec un réservoir d'eau, il est clair que ceUc c0lonne, tendant a s'abaisser comme le niveau lui-meme, lui fournira par sa base le volume nécessaire pour se maintenir, tandis qu'elle en recevra une meme quantilé du réservoir súpérieur : voila en principe un alimenlaleur automoteur qui fonclionnerait évidemment bien. i\Iais ce tube <levrait avoir en hauteur autant de fois 1om,33, moins une, que la vapeur possede d'atmospheres; par conséquent, meme pour une machinc fixc a haute pression, le moyen esl a peu pres impraticable. Cependanl il en a · élé employé, mais seulemeut pour des générateurs marchanl a une pression peu supérieure a celle de l'atmosphere; dans ce cas la colonne d'eau peut etre d'une élévalion assez limitée; nous allons en monlrer un exemple emprunlé encore aux générateurs de la machine dn port Sain l-Ouen. rous ferons voir ensuite quelques-unes des combinaisons qui ont élé imaginées pour les générateurs a h ute pression.

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MOTEURS A VAPEUR.

ALIMENTATEUR A COLONNE APPLlQUt AUX GjNtRATEURS A BASSE PRESSION ( FIG.

PL.

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Les générateurs de la machine de Sainl-Ouen ont élé munis, comme la plus grande parlie cJes chaullieres a basse pression, syslcme de Wall, de l'nppareil représenlé par la fig. 8 de celle planche. 11 se compose d'une colonne A, <l'environ 3 melres <le hauteur, montée sur la chaudiere B avec laquelle elle t;!Sl en libre communication par un tubc plongcur C. Le liquide s'y éleve, par conséquent, <l'une hauteur correspondante it l'exces de la pression de la vapeur sur celle de l'atmosphere. La marche élant réglée, avec ces générateurs, sur 1nt. 2, soit 1/o en sus de l'almospbere nmb_iante, il en résulte que la colonne d'eau se mainliencJra a une hauleur d'environ 2 metres au-dessus du nivcau inlérieur, soit aussi le cinquieme d'une colonne cl'eau faisanl équilibre a une pression atmosphérique. Celte colonne est ler:minée asa partie supérieure par une cuvette D donl le fond est formé par une piece E, ayant la forme d'un enlonnoir renversé, el deslinée a 1111 usnge que nous ferons connaitre plus loin. Ce fond est percé d'un~ pelil~ ouverlure munie d'une soupape conique F, suspcudue par une tige a a un levier G qui a son point d'appui établi sur le bord (le° la ~uvelle; l'une de ses exlrémités est raltachée a une tige rigide b qui pénelre dans la chau<licre, en StJivant l'inlérieur d'un tulle H qui plonge librement dans l'eau; celle tige supportc un flotleur I, annulaire a cause du tube H, et d'une densité supérieurc ü cclle de l'eau. L'autre exlrémilé <lu levier G supporle un conlre-poids e, pour équilibrer le flolteur, et <lonL on peut régler la position en choisissant le eran convenable pour le point de suspension. Faisons remal'quer en passant que la disposition du Lube H, oú l'eau du génératcur se mct eu équilibre de pression comme daos la colonne principale, n'a d'aulrc o!Jj e l que d'éviter une garnilure d'éloupe pom· le passage de la tige b. Cec.i exposé, la machine a vapeul' comrnande une pompe spéciale qui pren<l une pnrtie de l'eau tiede issue ·de la condensation et l'éleve <lans la cuvetle D qui termine la colonne A. Nons <lirom, quelques mols plus loin sur cetle pompe, qui cst représenlé fig. 9 de la rneme planche. Lorsque le niveau dans la chau<liere esta son point normal on au-dessus, le flottcur I ne tend point a descenclre, et la soupape F étant mainlenue sur son siégc, l'eau cnvoyéc dans la cuvetlc D ne pcut pas s'introduire dans la colonne A. Si le niveau s'abaisse, au contraire, le flolteur le suil et détache de sou siége In soupapc F qui laisse alors échapper l'eau de la· cuvclte. Celte eau venant s'ajouter

POMPES ALIMENTATRES.

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celle de la colonne qui équilibl'e la pression el dont la hauleur ne peut varier qu'avec elle, il en résulle qu'une quanlité d'eau semblable a celle venue de la cuYelle pénclrc dans la chaudiere et rarnene le nivean a son point normal. La haulenr réfablie, le flolleur est remonté el la soupape F ramenée sur son siég·e. Ajoulons que la cuvette D n'élant pas assez grande ponr contenir une quanlilé d'cau supérieurc a celle de ralimenlation continue, on lui adjoint une conduile de ll'op-plein qui ramene l'cau excédanle au réservoir meme d'ou la pompe l'a puisée. En décrivant les appareils accessoires des généraleurs, nous avons dit ( p. 258) qu'il avait élé organisé des mécanismes pour relier le registre de Ja cheminée avec un indicateur de pression, afin de régler l'un par le jeu de l'autre. L'appareil qui vient d'elre décrit, et qui n'est autre chose, en résumé, qn'1111 véritable manomelre a eau et a air libre, est précisémenl l'un de ces mécanismes régulaleurs du registre placé a i'entrée de la cheminée. Un flolteur J, plongé <lans la colon ne d'eau, est suspendu a une chaine el qui, d'u n bout, traverse l'orifice ménagé au centre t.lu fon<l E de la cuvette D, et par l'autre extrémité supporte le registre, npres avoir été conduite exlérienrement par des poulies de remoi. Par conséqueut, la colonne d'eau tlu tuhe A variant de hauteur snivant la pression daos ln chau<liere, le flolleur J s'éleve ou s'abaisse en prodnisanl l'effel inverse sur le registre de la cheminée qui en restreinl la seclion quand la pression s'éleve, et l'augmente, nn contraire, lol'sque celte pression düninue. · On peut voir !'ensemble de tout ce mécanisme sur les fig. 24 et 25 du texle, page 110, qui représentenl l'une des chaudieres établies au port Saiut-Ouen. PoMPE ALIMENTAIRE ÉLEVATOIRE (fig. 9, pi. 13). - Celle pompe apparlient a la machine a vapeur de Saint-Ouen, et éleve l'eau jusqu'a l'appareil décrit ci-dessus. Elle differe des antres pompes alimentaires en ce seos qu'elle est élévatoi1·e au lieu d'élre foulan Le et a piston plqngeur. Ce lle pompe n'a, en effet, qu'un faible efforl a vaincre, puisque, versant a l'air libre dans la cuvette de la colonne tl'alimentalion, son pis ton ne supporte que le poids d'une colon ne cl'eau égale a la dislance verlicale de la pompea la cuvetle alimentaire, distance qui est d'environ o melres, soit une 1/2 atrnosphere au lieu de 5, et plus, que les pompes foulantes ont a surmonter daos les machines a haute pression. Le corps de pompe A est complétement onverl par son extrémilé inférieure. Il esl boulonné avec la boite B tlans laquelle sont rnénagées les chambres des clapels D et D'. Le clapet d'aspiration D se trouve au-dessus d'une conduile C mise en rapr,orl avec le réservoir dans lequel la porn.pe puise l'eau, el qui n'est au1re que la bache recevant l'eau de condensation dont la tempéralure est un peu élevée. La chambre Ju deuxieme clapel D' communique par une tubulure E avec le conJuil allant a la cuvette supérieure Je la colonne alimentaire; mais les conslrucleurs ont jugé utile de placer sur cetle conduite, et tout pres de la pompe, une cloche en fonle qui forme réservoir d'air. Le pis ton F est compasé d'un manchan a gorge garnie de tresses ele chanvre, el fixé sur une lige mi ncc G, g·ui<lée par une garnilure ordinairc a rnénagée a pres la boite B. 1.

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l\fOTEURS A VAPEUR.

Cette pompe ne présente done de particulari1é que la forme du pisfon et le ñ10ue de réunion des différcntes parlies qui la composent. Aujour<l'hui il ne s'en fait guere de semblable, parce que l'on envoie l'eau directement dans le générateur, et pour ce trnvail une pompe a piston plongeur convient micux. ALIMENTATEURS

•

A HAUTE PRESSION

Nous avons indiqué une fai;on d'envisager le procédé général de l'alimentation aútomatique, et l' on vient de voir qn'il peut etre en effet facilemen t réalisé lorsque la pression clans la chaudiere exceue peu celle de l'atmosphere ambiante. l\fais pour des pressions sensiblement plus élevées, on a eu recours a d'autres moyens, dont nous allons faire connaitre les plus simples. II est bon d'ajouter que ces diverses dispositions ont été surlout essayées pour des générateurs qui sont appliqués a un autre travail que celui dé fournir de la vapeur a une macbine motrice, attendu que, dans ce dcrnier cas, pouvant se servir d'un·e pompe, on n'est pas uans l'obligation absolue <l'employer un autre moyen, a moins de trouver un meilleur procédé que la pompe. Jl exisle aussi des appareils alimentaires qui fonclionnent concurremment avec la pompe, et dont la mission consiste a régler la quanlité <l'eau introduite pctr le niveau meme dans le généraleur. RETOUR n'EAU OUSBOUTEILLE n'ALIMENTATION. - Cet appnreil, tres-simple, fonctionne saos pompe et sous toutes les pressions; il est employé pour des généraleurs appliqués soit au chauffage, soil a des manipulalions qui comporlent l'emploi de la vapeur, sans machine motrice. Comme on peul facilernent s'en rendre compte a l'aide de la fig. 74, il consiste, Fig. 74 . en príncipe, a placer au-µessus de la chaudiere un vase A contenant un certain volume d'eau, et que l'on met en relation, a volonté, ave.e le générateur B, par deux conduits C et D, l'un débouchant au-dessus de la surface libre du liquide dans levase A et l'autre au-dessous. Le premier tube C correspond de la cbambre de vapeur a la partie supérieure du récipient A; le deuxieme, partant du fond du meme vase, descend égalernent dans la chaudiere, soil en plongeant dans l'eau, soit en se terminant un peu au-dessus du niveau. Ces deux tubes étant pourvus des robinets a et b, lesqucls sont fermés en marche, lorsqu'on veut introduire de l'eau dans la chaudiere on commence par ouvrir le premier a, et la vapeur pénétrant dans le récipient A, y établit sa pression au-dessus du liquide qu'il renferme. Quan<l on juge que celte pression est bien établie, on ouvre alors le robinet b, et

ALllVIENTATEURS AUTOMOTEURS.

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les deux surfaces libres étant également pressées, l'écoulemenl du liquide du vase supérieur dans l'autre peut s'effectuer dans la meme condition qu'a l'air libre, en vertu de la différence de hauleur des deux niveaux. Celui de la chaudiere élant rélabli, on ferme les deux robinets et l'alimentalion est de nouveau suspendue. On voit que cette opération exige les soins d'un l10mme et une surveillance intelligeote. Cependant on pourrait la rendre aulomalique a l'aide d'un mécanisme hasé sur le principe des robinets a flolteur, ce qui s'est fait, du reste, quelquefois. Quant a savoir si le· lube inférieur D doit plonger ou non daos l'eau du générateur, cela peut avoir lieu des deux fagons; il est cepenclant préférable de le faire plonger, afin d'éviter les bouillonnernents par la vapeur qui chercberait a ·s•y introcluire, s'il s'ouvrait immédiatement dans l'espace qui la renferme; rnais il faut alors soigner la manamvre des robinets : car si celui b était ouvert avant que la prcssion füt bien étal>lie dans le récipient A, on serait exposé a voir l'eau de ' la chaudiere y monter el le remplir, aulieu que le contraire se produisit. Nous avons supposé que la bouteille d'alimentation était elle-meme fournie d'eau a la main, avant de mettre en train, et pour un temps <lélerminé. lVIais on s'est quelquefois arrangé pour que ce récipient put aussi s'ulimenter lui-mcme de la fagon suiv:mte : On le met en rapport avec la. source, ou le réservoir proprement dit, au -moyen d'un tube d'ascension muni d'un robinet, puis. pour élever l'eau, on fait passer dans le récipient un courant de vapeur, qui chasse d'abord l'air et se condense ensuite, en laissan t un vide qui permet a l'eau de la so urce de moa ter et de remplir le récipient. Il est bien entendu que ce procédé n'est praticable qu'autant que le récipient n'est pas situé a une trop grande hauteur au-dessus du réservoir d'ou I'eau doit s'éleyer. RÉGULATEUR o' ALIMENTATION FONCTIONNANT AVEC UNE POMPE. On a également fait usage de l'appareil suivant, fig. 75, pour régler l'inlroduction de l'eau d'alimentation fournie pai; une pompe a marche continue. Fig. 75.

C'est une baile cylindrique, en fonte ou en bronze A, qui se place sur le générateur B avec lequel elle peut communiquer a l'aide de la soupape a, dont la tige est

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MOTEURS A VAPEUR.

liée a un fl.olteur C disposé a l'une des extrémités d'un levier en bascule c. Celle boite est fermée en dessus par un couvercle a tubulure e donl l'orifice inlérieur est rnuni u'uoe soupape b, montée sur la meme tige qne celle a, mais touroée en sens conlraire de fur;on que l'une ferme quaod l'autre ouvre l'orifice correspondan t. La boite A est mise en libre relation avec la pompe alimentaire dont le coodnit de refoulement vient s'ajusler a une tubulure d, située entre les deux soupapcs. D'autre part, le conduit e, ménagé au couvercle, va aboutir, ou fait retour, au réservoir meme ou la pompe puise son eau. Supposons d'abord que la soupape a repose sur son siége, I'autre sera détachéc <lu sien et rnellra l'intérieur <le la bolle A et le" con<luit e en communication. Dans cctte silt,1aliou, l'eau fournie incessamment par la pompe ne parviendra pas au g·é- · nérateur, mais, passant par l'onverlurc de la soupape b, fera simplement rclour au réservoir par la tubulure snpéricure e. Si, au conlraire, les deux soupapes se lrouvent c'lans la situation opposée, l'ean d'alimentalion pénétrera exclusivemenl par l'ouverture de la soupape a et sera alors inlroduile dans la cbaudiere. Celle double fonction se résume done dans le jeu du fl.olteur C qui, en s'élcvant ou en s'abaissant comme le niveau de l'eau, ameoe les deux soupapcs simultanérnent dans l'une ou l'aulre des deux positions que nous venons de supposer. Si l'on pouvait compter surla régularité des fonctions du flotteur, un Lel appareil serait parfait. Mais un dérangement qnelconque dans son mécanisme, capable d'empecher en tout ou en partie le jcu des soupapes, met daos un grand embnrras, puisque toutes les pieces sont soustraites a la vue et qu'on se trouve alors Jans l'obligalion, pour les rernettre en état, d'arreter complétement le générateur et d'allendre qu'il soit au moins suffisamment refroidi. Il est du reste a remarquer que cette disposition, loµt ingénieuse qu'elle paraisse, n'est plus appliquée . . ALIMENTATEUR AUTOMATIQUE A CATARACTE (fig. 10, pl. 13). - Nous emprunlons cet appareil au bulletin de la Sociélé industrielle de Mulhouse qui l'a fa\t coonailre par son bullelin, vol. 27, année 1800. ll a été imaginé par MM. Hi~ginbolharn et Gray, de l\Ianrhester, qui en onl fait quelques applicalions. · Saos posséder de renseignements complels sur les effets pratiques de cet appareil <l'alimen lalion, nous en ferons mention, néanmoins, pensant qu'il renferme quelques particularités dignes d'élude. ll est en partie fondé sur le principe de l'instrument dil cataracte, qui, ainsi qu'on le sai t, utilise un écoulement d'eau constant pour prod uire des actioos intermittentes de la part d'un robinet ou d'uoe valve quelconque. 11 se compose , <l'abord, d'une caisse A posée sur le sommet d'une piece a denx conduits B et C qui plongent dans le générateur qn'il s'agit d'alimenler. Le con uuil B descend presque au fond du géi;léraleur et correspood avec une capacité séparée D, disposée a l'inlérieur de la caisse A. Cependant la communicalion peut en clre inlerceptée par un clapet a fermant sous l'influence d'nne pression dirigée debas en haut. L'autre conduit C s'ouvrc dans la chambre de vapeur, et s'éleve par un prolonge-

ALIME TATEURS AUTOMOTEURS.

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ment C' ménagé dans la caisse A, ou pour mieux dire a l'intérieur du cornparliment D avec lequel il peut communiquer par son sommet lorsque l'autre clapet b, qui s'ouvre de haut en bas, esl abaissé. Avant d'expliquer le jeu de la cataracte, qui a juslement pour effet de fermer ou d'onvrir a propos ce dernier clapet, voyons de suite les fonclions qui permetlent au liquide Je pénétrer daos le généraleur. La caisse A esl remplie tl'eau qui peul passer en partie dans la capacité D en soulevanl un trois'ieme clapet e, que nolre dessin ne monlre qu'en trails ponctués. Supposons ce clapel fermé, celui b ouvert et la capacité D en partie pleine J'eau. La vapeur inlroduile par le conduit C pourra pénétrer dans le compartiment D, el exerc;;anl sa pression sur le liquide qu'elle renferme, il se produira l'effet que nous menlionnions ci-clessus avec la bouteille alimentaire : les cleux surfaces libres également pressées, l'écoulement aura lien sous l'influence ele leur dislance verlicale, el l'eau descendra dans le géuérateur en abaissanl le clapel a. Si mainlenant le clapet b esl ramené sur son siége, la vapeur qui occupail le sommet dela capacité D, cessant cl'elre en relalion avec sa source, se condensera .et délerminern un vide qui aura pour double effel de faire refermer le clapet a sous la pression prédominanle de la chaudiere, et de faire au contraire soulever le clapet de fond e, sous l'action de l'atmosphere qui presse conslammenl sur le liquide contenu dans la caisse A. Cetle denxieme partie du jeu des pressions aura finalernent pour résullal de faire passer une parlie du liquide de la caisse dansle compurlimenl D, qui s'en remplira el sera disposé pour la prochaine opération semblable. Pom achever Je faire cQnnallre celle ingénieuse combinaison il ne reste done qu'a expliquer de quelle fac;;on le clapet b, qui devient la cheville ouvfiere du systeme, se trouve ouvert ou fcrmé a propos, et pour chaque volnme d'eau a inlroJuire daus le généraleur. Ce clapet b est relié par sa lige a un balaucier E ayant son point fixc d'oscillation ménagé sur le couvercle de la capacité D, et dont l'une eles extrérnilés .esl munie d'un contre-poicls F, tandis que l'aulre supporle une caisse en lole G, de seclion triangulaire, et qni peut basculer d'apres son point de suspension. La-caisse en bascule G est mise en rapporl, par un tube H, avec un réservoir d'eau supérieur, placé en un point quelconque. Ce lube verse lil.Jrcment dans la caisse G par l'exlrémilé de la partie recourbée, qui est reliée avec celle exlérieurc par un robinet I doul la clef est réunie avec le bras d'un flol.leur J, lequel doit suivre les mouvements du niveau dans le récipienl A. Si nous prenons_le mécanisme dans la si tuation que la figure représente, l'eau s'écoule dans le déverseur G sur lequel le contre-poids F préclomine actuellement et mainlient le clapel b fermé: c'est le moment ou l'alimenlation est suspendue. Mais l'écoulement par le tube H conlinuant, le déverseur G est bienlót sufijsamment rempli pour que sa pesanleur l'emporte sur le contre-poi<ls F et mcrne sur la pression de la vapeur contre le clapel b. Alors le déverscur s'abaisse en en-

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l\IOTEURS A VAPEUR.

lrainanl le levier E, et il se procluit simultanément di verses actions que nous sommes ohligé de séparer pour bien les faire saisir. Le déverseur G, en s'abaissant, produit les effets suivauls : 1° D'aborcl le clapel b est délaché de son siégc et donne lieu a nntroduction de l'cau dans la chaudicrc, dans les condilions expliquées plus haul; 2° Le déverseur G renconlrc le bord du récipieut A, bascule et y renverse l'eau qu'ilconlcnait; 3° Le liquiue ainsi re~u par la caisse y fait remonler le niveau, ce qui a pour résultal cl'élever le flolleur J, qui, a son tour, ferme le robinct I et arrele l'écoulemenl de l'eau par le conduit H; 4° Le déverseur vide, le contre-poius F l'emporle, releve le levier E et ramene le clapet b sur son siége, ce qui suspend l'alimentation. · _ D'apres ce qui a été exposé précédemment on sait que la fermeture du clapet b dorme lieu au passage du liquide ue la caisse A dans le comparliment D. Alors le niveau dans la caisse A, en ·s'abaissant, fail redescendre le flolteur J, qui rouvre le robinct I, et l'écoulement par le tube H recommence, ce qui amene enfin une nouvelle série semblable des nombreux effets que nous venons cl'énumérer. Si l'on essaye de résumer les lcmps suivant lesquels se produisent ces phases diverses, on reconnait que celui de l'ouverlure du clapel b est sensiblementfixe puisqu'il ne peut durer que ce qui est nécessaire au déversemenl du liquide contenn· dans la caisse G. Par conséquent, l'introduclion de l'eau dans le générateur doit avoir lieu par volumes éguux. D'autrepart, la rapidilé de succession des volumes iulroduits dépend évidemment du temps nécessaire pour le remplissage du déverseur G. On peut done faire varier les quantilés totales d'eau alimentaires fournies en rentlanl les déversemenls de la caisse G plus ou moins précipités, ce qui ne pent elre obtenu.qu'en modifiant l'écoulernent par le tube H, soil, par exemple, a l'aide d'un robinet placé sur ce conduit, entre l'alimentation et le réservoir qui fournit l'eau. Toulefois, il est important de faire remarquer que si le niveau de l'eau daos le générateur venait a se maintenir plus haut que son point normal, soit par un ralentissemenl de la production de la <lépense de vapeur, soit par un exces d'al¡mentation, l'inlroduclion de l'eau cesserait a partir du moment oú le niveau s'éleverait au-dessus de l'exlrémité inférieure du conduit C; il est clair qne, tlans celte silualion, la vapeur ne parvenanl plus au sornmet du comparliment D, l'écoulement uu liquide ne pourrail pas se produire entre lui et la chaudiere; mais le jeu dudéverseur n'en continuanl pas moins, l'eau qu'il fournirait i'.t la caisse A s'écoulerait en trop-plein par un orifice d affeclé a ce senice. En somme, cet appareil convicnt a loules les pressions, mais son jeu n'est pas exempt d'une cerlaine précisiou nécessaire dans ses fonclions tres-mulliples. Il ne semblc pas non plus qu'il puisse utiliser de l'eau d'alimentation a une tempéralure un pcu é\evée, comparativement a celle de la vapeur dont la condensation, dans le comparlimenl D, doil elre en rapport, pour la rapidilé, avec le jeu du déverseur, afin ele laisser a propos l'eau extérieure s'introduire ~ans celle capacité D.

INJECTEUR AUTOMOTEUR.

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INJECTEUR ALIJ\IENTAIRE AUTOMOTEUR

Inventé par l\l . G I F FA RD, ingénieur Et cxécuté par ni. H. FLAUD, ingénieor-mécaoicien

(FIG .

~l,

PL.

Parv; ( 1)

rn)

L'appareil de M. Giflard, quoique de création récente, a déja obtenu un grand · succes, tant pour ses effets réels que par l'originalilé de son ingénieux principe. C'est un appareil alimentateur qui marche, celte fois, a l'exclusion de toute pompe, soupapes, flolteurs a contre-poids, etc., et en général sans aucune piece mécanique mobile. On sail que lorsqu'on lance 1:1u jet de vapeur dans une conduile telle que, par exemple, la cheminée d'un générateur, il se produit d'ahord un enlrainement de l'air qui s'y trouvait con len u, et, par suile, un appel con linu de l'air extérieur qui, de procbe en proche, participe a la vitesse du courant élabli el s'écoule par la conduite avec la vapeur, dont la force vive s'est ainsi direclement lransformée en travail moteur. Suivant l'expression adoptée par les savanls, c'est : le príncipe de la comrnwni•

cation latérale du mouvernent des fluicles.

Plusieurs praliciens ont, depuis longtemps, fait des essais du meme principe a des applicalions analogues. l\I. de Mannoury d'Ectots'est particulierement, et peul-étre le premier, dislingué dan_s ce geure u.e recherche. On possede de lui un brevet pris le 14 aout 1818, ou il fait connailre lout le parti que l'on peut tirer d'un jet de vapeur pour faire mouvoir directement un fluide, air ou eau, et il y indique tres-bien quelques-unes des principales condilions a observer pour l'établissement de semblables appareils, tels que les orifices coniques et les ajutages récepteurs divergents, afin de conserver aux fluid es leurs vitesses iniliales, en évitant les perles de forces vives par les froltemenls. D'autre part, l.\I. E. Bourdon s'est fait breveter, le 30 décembre 1848) pour un sysleme de condenseur par surface, a l'aide duquel l'eau servanl a la condensation élait elle-méme vaporisée par la vapeur échappée, puis renvoyée au cylindre a va• peur en la réunissant a de nouvelle vapeur puisée a la chaudiere. Pour effectuer celte opération, l.\I. Bourdon a décrit un appareil qu'il appelait aspirateur et qui se composait de tubes concenlriques a becs coniques par lesqucls il faisait passer de la vapeur prise a la chaudiere; celle vapeur, par l'action dynamique du jet, enlrainait celle engendrée dans l'enveloppe du condenseur, et, réunie a elle, parvenait a la bolle de dislribulion du moteur. (i) Nous !levons planche.

a I'obligeance de -M.

Flaud la communicalion du dessin d'exéculion représenté sur celle

MOTEURS A VAPEUR. 448 Un peu plus tard , vers 18M, M. Bourdon a conslruil de vérilables injecle urs a pa bec conique, amenant la pliqués a l'élévalion de l'eau. On y distingue un tube _ vapeur, renfermaut une tige pleine pour en modérer le débil el des ajutages spéciaux pour l'arrivée de l'eau; ces tu bes et aju tages sont commandés exté ri eurem cnt par des vis latérales pour réglerleurs positions. Enfin, par un brevet pris fo 10 sep lembre 18ñ7, M. Bourdon a fait conna11rr les perfeclionnements qu'il a apportés ü ces divers apparei ls, employés, soit commc asp irateurs, soit comme injecteurs deslinés a l'élévation de l'eati. M. Giffard, par un brevet pris le 8 rnai 18r.i8, et un certificat d'acldilion Ju 7 rnai 18ñ9, a fait une applica.tion tres-importan te des mcmes príncipes, en imaginant un appareil, a l'aide de moyens analogues, pour l'alimentalion des généra teurs, et en se servant, a cet effet, de la vapeur meme· qui s'en échappe seule par un point, y · rcn1re bientót par un au tre, condensée, mais amenant avec elle le vol ume <l'eau pris en chemin el requi.s pour l'alimentalion. Ceci exposé, quant a l'esprit du foil, nous allons examiner _les combinaisons de l'appareil qui en opere la réafüalion. CoNSTRUCTION ET F0NCTJONNEME 'T DE 1'1NJECTEUR (fig: 11). - L'ensernble complet de l'injecteur, tel q_u'il est indiqué par celle figure, présente extérieuremcnt l'aspect d'un canon cylindrique, en bronze ou en fonte de fer, que l'on place pres du gént!rateur qu'il doil servir a alimenter, a peu pres comme un manometre. L'injectcur peut ctre en effet placé pres du générateur, contre !'une Jes murailles voisincs. 11 fonclionne, sans changement dans ses <lisríosilions intimes, horizontalement toul aussi hi~n que dans la pos~tion verticale qui luí est attribuée par la figure. Le corps principal Je l'appareil est composé de lrois parties cylindriques A, Bel C ré unies les unes aux autres par des porlées filetées. Celle supérieure A porte un robinet D auqucl se joint un tube _a communiquant avec le réservoir de vape nr de la chaudiere, et par lequel s'effectue, en effet, l'injeclion _de vapeur motrice. ta_meme parlie est aussi munie d'une tubulure E a laquelle est raccordée le tuhe e communiquanl avec le réservo_ir dans lequel l'eau d'alimenta~ion est puisée. La piece B est une virole qui raccorde le corps principal A avec une tuhulure de prolongement C a la.quelle est réunie, par une hriLle, un tuyau b qui correspond aussi au générateur, mais dé\ns la partie qui conlient la masse d'eau encore a l'état liquide : c'est par cette conduite b que l'eau alimentaire est inlroduite. La tulmlure inférieure C porte un pelil aju lage l, 'dont la fonction se réduit ü purger l'uppareil du liquide qui vient accidentellement se déposer a son intérieur. En examinant la structure intérieure de l'appareil, on reconnait que l'ouvcrture , d.u rohinet D correspond a un évidement circulaire, qui se répele exaclement. pour le conduit E par lequel l'eau d'alimentalion doil arriver. Ces deux éviJements, qui semblent d'ahord sans communication, sont cependanl en rapport a u moyen <l'un canon crcux F, ajusté a frottement doux dans l'intérieur du corps A, el dout l'enlréc s'cffectue par une garni lur·e a presse-éloupe ordinaire d. Ce canon F est pcrcé vis-a-vis de l'ouverlur.e du roliinet D d'une mullilude de. petils trous par

INJECTEUR AUTOl\'IOTEUR.

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lesquels la vapcur passe pour pénétrer <.lans son intérieur. 11 est terminé par une tuyere óu buse couique e, consliluant la seule issue offerte a la vapeur fournie par le robinet D. La buse eonique terminale du canon F vient s'engager en parlie dans une ouverture de meme forme, pratiquée dans la piece de raccord B, et qui se rétrécil de fo(;on a présenler un orifice sous forme d'ajatage conique f, lequel vient déboucher a une petite distance d'un bec conique sernblable g, formant l'ouverture ue la tubulure C. Celte lubulure est en effel lraversée par un conduit qui va en augmentant de diamelre <lepuis l'exlrémité de la buse g jusqu'au tuya u de conduite b. Pour expliquer le fonctionnement de cet apparcil il faut le supposer d'abord au repos, dans.lequel cas sa communication avec le générateur est inlerceplée, d'une part, par la fermeture du robine t D, et, d'autre part, par ~m clapet de retenue placé sur le conduilb, et r¡ue la pression de la vapeur tienl elle-meme fer~é. Pour mettre l'alimentateur en marche, on ouvre alors le robinet D, et la vapeur, pa~sant par les trous du canon F, s'écoule par son inlérieur en formanl un jel rapide de Ja tuyere e a celle f, d'oú elle s'échappe, soit en parlie dans l'almosphere par des regards h ménagés a la virole B, soi t en partie par la tuyere g. l\iais ce courant met bientót en mouvement l'air renfermé dans l'ajntage E qui se trouve en cornmunication directe avec lui, par l'espace annulaire existant eutre le bcc de tuyere e et l'ouverlure de celui f, dans lequel le premier n'est qu'engagé; ce mouvement de l'air se transmét, en quelque sorte par aspiration, a toute la colon ne renfermée dans le tube e qui correspond a l'eau d'alimentalion. Alors l'air s'écoulanl avec la vapeur, la pression atmosphérique qui pese sur le réservoir d'eau exlérieur fait élever cclle-ci dans le conuuit e, d'ou elle vienl hientót affluer dans l'appareil meme et dans l'espace annulaire communiquant de la tuyere fa celle g. Une fois l'cau mise en ·contact <lirect avec le courant de vapeur, elle participe a son tour a son mouvcment, et, enfin, un courant régulier de l'eau et de Ju vaprnr en partie condensée s'élablit <l'une tuyere a l'autre, sous la forme d'unc baguette cl'eau 1res-mince, animée d'une grande vitesse, ce qui se voit parfailement entre les deux becs f et g en regardant par les ouverturcs h de la virole B. D'apres les proportions de l'appareil représenlé, le volume d'eau introduit a plein tuyau par l'ajulage E, qui a 19 mil. de diamelre, se lrouve ainsi débilé tout entier par les orífices des luyeres f et g, dont le diametre n'esl que de 3rni1. 5. l\fais faisons remarquer que la tuyere inférieure g est sensiblement évasée a l'entrée pour fnvoriser l'établissement du jet et sa communicalion d'un orífice a l'aulre. Le courant d'eau, ainsi déterminé dans la tubulure C, s'établit de méme dnns toute la longueur du conduit b allant a la chaudiere dans laquelle il s'inlro<luit en fon;ant le clapel de relenue. L'introduclion de l'eau et de la vapeur doit etre réglée avec exactitude el a volonlé de fa9on a élablir les conditions convenables de leur écoulement. A cet effet le canon F est traversé par une tige pointue G, qni peut s'y enfoncer graduellement pour modifier le passage de la vapeur par la buse e. Cetle lige est 57 J.

MíO

MOTEUR

A VAPEUR.

filetée daos le canon qu'elle dépasse exlérieurement en traversant une bolle a éloupe i qui en dépend, et porte une manivelle H a l'aide de laquelle on pcut la manreuvrer. Le canon F peut elre lui-meme plus ou moins enfoncé dans l'app::ireil pour régler le passage de l'ean entre le bec conique e et l'orifice évasé de la luyere f. Ce lte réglementation est opérée au moyen d'une poignée I fixée sur une tige J qui est relcnuc, par un assemblage arappcl, u uóe oreille j appartenant au canon F, et filetée, suivant un pas allongé, daos une douille k fondue avec la partie A de l'i[!jecleur. Bien que cet ioslrument marche tres-bien d'une maniere contioue, on le fait foncLionner cepeodant avec des in lermi ltences, atteudu qu'il esl toujours difficile de faire. concorder tres-exactemenl le poids de vapeur dépensé par la ID!lchine avec · celui de l'eau injectée, surtout qu'ici l'appareil alimentaire se lrouve tout a fait indépendaot du moteur. l\Iais dans les petites forces, le poids d'eau afournir est si faible que, pour alimenler tl'une maniere constante, les orífices de l'injecteur deviendraieot bcaucoup trop pclils pour _bien fonctionner. 11 est done préférable, <lans ce dernier cas, de conserver de bonnes dimensions a l'injecteur et d'alimenter par phases iolermitlentes. Tel est, comme disposilion générale, cet ingénieux instrument dont nous venons d'essayer de faire comprendre les foncJions. l.Vlaintenant il resterail a établir la discussion de ses effets et les notions théoriques qni permeltent tle lrouYer hypothéliquement les conditions qu'il doil remplir. Cette recherche ne pourrait avoir lieu ici d'une fac;on complete; et, d'aillcurs, le systeme est encore trop nouveau et assez peu étud.ié, malgré de nombreuses applicalions, pour qu'il en ait élé déduit eles données certaines. · ous ne croyons done mieux faire qu'en donnant le r~sumé d'une aoalyse qui a été faite de cct appareil, et d'une fac;on si io lelligente et si claire, par M. Ch. Combes, le savant iogénieur des mines, travail qui a élé publié dans le nnméro de juin f8o9 du Bullelin ele la Sociélé d'Encourngemenl. ArERcu suR LA THÉORIE DE L'INJECTEUR G1FFARD. - Dans les notions préliminaires, nous avons donné quelques renseignements sur les propriétés de l'écoulement des gaz et des vapeurs, soit par des orilices en minces parois, soit par des tuyaux de conduite (§ 41 a 59). C'est en nous appuyanl sur le mémoire de 1\1. Combes et sur ces éléments que nous allons essayer de donner une idée du fonctionnemcnt de l'injecteur de M. Giffard. Lorsqu'on don ne issue rlans l'atmosphere a de la vapeur dont la tension est sensiblernen t plus élevée, cette vapeur s'écoule avec une vitesse qui peot élre tres.. consi-_ dérable, ainsi qu'on l'a vu, seulemenl il peut árriver de deux choses l'une : que celte vapeur conserve toute sa pression jusqu'a l'orifice extérieur ou qu'elle se détcncle préalablemrnt j usqu'a la pression du milieu d'écoulement. Daos celte derniere condition, si l'on admet qu'elle conserve sa température, sa vitesse d'écoulement sera plus considérable que dans le premier cas, atlendu qu'elle représentera un fluide d'une tres-faible densilé, et correspondant alors a une tresgrande hauteur génératrice de la vitesse.

INJECTEUR AUTOl\IOTEUR.

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Pour facililer les raisonnements qni vont suivre, nous admeltrons la premiere condition, c'est-a-dire la vapeur s'écoulant avec la vitesse due a l'élat de compression ou elle se trouYe dans la cha.udiere. Ceci établi, la vapeµr s'écha.ppant avec cette vitesse par l'orificc conique snpérienr, une certaine quantité d'ean vient s'y mélanger, la condense et forme un jet · liquide composé de la masse d'eau et de celle de la vapeur, et dont la vilesse sera d'aulant inférieure a celle de la vapcur, que celle-ci représentera une plus pelile parlie de la rnasse totale en mouvement. Pour que ce jet puisse vaincre la résislance du fluide qui presse les parois intérienres de la chau.diere et y'pénélrer, il faut que la vitesse soit plus grande que Gelle suivant laquelle ce memeliquide iaillirnitpar un orifice praliqné dansla chaudicre; en d'autres termes, considérant la buse f (fig. 11, pl. 13) comme l'orifir.e d'échappement du jet d'eau alimenlaire et celui g comme élant l'orifice par lequel l'eau du générateur tend a s'échapper, la vitesse du premier jet doit excéder celle du second. Pour satisfaire a cette condition, il faut que la masse d'eau enlrainée soit suffisante pour Iiquéfier la va.peur, mais pas assez grande, cependant, pour réduire la vitesse du jet a celle de l'eau qui s'échapperait <le la chaudiere. Par conséquent, la quantité d'eau que l'on peut ainsi faire pénétrer dans le géuérateur se trouve intimcment liée a sa. lempérature primitive et a la pression de la vapeur. Avec de l'eau alimentaire préalablement tres-chaude et de la vapeur aussi a une forte pression et a une haute lempérature, il faudrait entrainer une forle masse d'eau, ce qui pourrait réduire la vilesse du jel au point <le rendre sa pénélration impossible. Pour sorlir un inslant des généralités, posons quelques chiffres, d'apres l\I. Combes. A 5 atmospheres, nous avons vu (48) que la vapeur s'écbappe dans l'atmospbcre ayee une vi tesse de 562 metres par 1" environ, en supposan t que la déteute soit nulle. Pour que cette vapeur !-Oit condensée,l'eau du mélange conservant une tempéralure supposée de 58 degrés, il faut lui ajouter a peu pres 15 fois son poicls d'eau a 15 degrés, ce qui rédnirail la vitesse du jet a 1/16 de celle <le la vapeur. Soit: 562 me!. = 31\!m ·l 2 v • 16 Mais, d'autre part, l'e~u que renferrne la chaucliere supporte une pression de 5 atmospheres; el si on la suppose jaillir dans l'air ambiant, la pression effective d'écoulement est 4, ce qui revient a dire que la bauteur génératrice de la vitesse de l' écoulement égale :

d'ou la vitesse d'écoulement devient : V

= V 19,62

X 41,32

28m 37.

402

MOTEURS A VAPEUR.

Par conséquent, si les choses avaient lieu exaclement ainsi, le jet alimenlairc, possédant une vitesse de plus de 3o metres, vaincrait facilement le liquide contcnu dans la chaudiere qui ne tend a s'échapper qu'avec 28 metres de vilesse iniliale. Si la vapeur se d6tend en arrivant a la bnse, suivant l'nne des deux condilious supposées, la vitesse d'échappernent serait plus grande; pour la merne pression de o atmospheres avec délente jusqu'a celle du milieu ambiant, M. Combes _démonlre que la vilesse cl'écoulem cut alleindrait pres de 800 metres au lieu de 062, indiqués ci-dessus pour la prcmiere condition. l\fais, de toule fa9on, ces chiffres doivent subir une 1·éduction notable, allendu que la vapeur n'esl pas dépensée par un orífice en mincc puroi, muis bien par un conduil <l'unc cerlaine longueur qui a b eaucoup d'influence sur la vitessc. Pour ne ciler qu'un cxemple, nous dirons que si ce tube a, fig·. 11, dont le ctiam etrc est 20 mil., avait seulernent 2 metres de longueur du généra_teur a l'injecteur, la vilesse d'échappement serait réduite a 302 metres au lieu de 562 (o3), dans le cus de la dé lente nulle, el pour l'orifice en mince paroi, muis toujo11rs en comptanl sur la buse conique dont !'orífice d'un diametre beaucoup plus faible que celui du conduit, ·c onserve au fluide une plus grande purlie de sa vitesse initiule (o3). Raisonnant d'apre_s ces condilions hypothéliques, il y a cela de curieux que, plus faible est la pression dans la chaudiere, et plus considérable est le volume, · d'euu que l'on y peut faire pénétrer a l'aide d'un meme poids de vapeur en circulalion. La raison de ce fail, qui pourrait sembler paradoxale a premiere vue, c'est que, pour des pressions de plus en plus faibles, la vitesse d'éconlement de la vapeur clécroil bien rnoins rapidement que celle de l'eau. Les formules de vilesses d'écoulement de la vapeur et des liquides mon1rent, en effel, qué la vitesse d'écoulement de la vapeur esl direclement proporlionnelle a la racine carrée de la pression relalive el inversement proportionnelle a celle de la densilé (48), tandis que la vitessc u'écoulement de l'eau, dont la densilé varíe peu comparativement, reste sensiblement proportionnelle a la racine carrée de la pression relalive. Soil, par exemple, de la vapeur a une pression absolue de 1 i /2 almosphere, s'échappant a l'air libre, et sans détente, sa vitesse d'écoul.ement sera encore de 343 metres, tandis que celle de l'eau, sous cet exces de pression de une 1/2 atmosphere, serait seulement de 10 melres. • Enfin, pour résumer les condilions de marche trouvées déj}t par cet examen théorique, nous ajouterons ceci : _ 1° Un poids clonné de vapeur pourra entrainer d'á.utant moins d'eau avec lui que sa tension sera plus élevée, attendu que la vitesse du jet doit conserver une plus grande inlensilé pour vaincre celle que l'eau du généraleur tend a prendre sous des pressions élevées; · 2° L'eau d'alimentatio_n ne peut posséder, comme température préalable, que celle qui rend possible la condensation du poids de yapeur entrainant, en conformité du

INJECTEUR AUTOMOTEUR.

453 príncipe énoncé tout a l'heure. L'auteur dit lui-meme que la tempéralure de l'eau d'alimentation doil elre inférieure it : 60 degrés pour 2 atmosph.; 00° pour o•t. ; 40° pour gat.; mais en ajoutant que l'on peut réchanffer celle eau entre l'injecteur el le o-énét' . raleur. Reste la question d'effet ulile, qui n'esl pas encore, au moment ou nons parlons, enlierement tranchée. U semblerait d.'abord, _puisque toule la vapeur employée it l'in jeclion renlre avec sa chaleur et avec l'eau daos la chaudiere, moins les pertcs dues au rayonnernent, que la force motrice-déµensée est 1héoriquemenl nulle, ce qui est vérilahlemenl conlraire a loute idée m;ue. Cependant, pour se füire une idée du mode d'ahsorption de force molrice dans celle circonstance, ou aucune quanlité de chalenr ne semble dispersée aulrernent que par les perles acciüentelles Je radialion ou tl'émission par les surfaces en contad avec l'air ambiant, on est obligé de se reporter aux principes de la nouvelle lhéorie dynamiqne de la chaleur qui élablit que, dans toute production ou absorption de travail, il y a une quantilé de chaleur disparue ou produite équivalen le. On sait que celte théorie dynamique de la chaleur est due, en parlie, au célebre Montgolfier, e.tqu'elle a été de nouveau étudiée par son neveu, M. S6guin . Quoi qu'il en soit, et en admellant au moins que cet appareil dépense la quantilé lhéorique de force nécessaire pour effectuer le travail qu'il produit, l'injecteur de M. Giffard est un bon et bel inslrument, qui pourra remplacer avec grand avanlage les pompes alimenlaires don t le fonctionnernent est si capricieux. Déj:\ de nombreuses applicalions en ont élé f'aites, particu\ierement aux machines locomotives el a la manufacture des tabacs de París, ou cet appareil alimente des généraleurs représentant 200 chevaux-vapeur et leur fournit, dit-on, jusqu'a 4 metres cübes d'eau par heure. Nous ferons vo ir aussi l'importanle applicalion que MM. Mazeline en ont faite récemment sur un na vire a vapenr t.le oOO chevaux, pour remplacer les pompes de cale . .Mais il faudrait bien se garder de penser qu'il fonclionnerait utilement pour élever de l' eau dont on n'utiliserait pas la chaleur que la vapem lui abandonnc en l'entrainant, car, dans ce cas, la quantilé ele chalenr perdue serait infiniment plus considérable que celle a dépenser pour mettre en fonction un moteur capable du rneme travail. Celle appli calion, comme appareil pour épniser la cale d'un navire, n'est done pas faite au point de vue de l'économie, mais comme moyen rapide, et au défaut de la macbine du Mliment. L'injecteur représenté par la fig. 11 de la pi. ·13 esl disposé pour 30 chevaux, et a ce litre doit pouvoir fournir, suivant la garantie meme de l'auteur, 900 litres d'eau par heure. Pour un pareil débit, la vitesse du jet, au passag·e des luyeres, est approchant égale a 39 ou 40 metres par seconde.

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MOTEURS A VAPEUR.

RÉGULA TEUR

AUTOJ\:lOTEUR D' A-LIJ\iENTATION

Par M. GARGAN, ingénieur-constructeur,

a Paris

A l'exposition agricole de 1860, M. Gargan, qui a acquis une certaiue réputation pour la construction des locomobiles et des wagons, a montré un nouvel appareil, destiné il régler automatiquement l'alimentn.tion des générateurs, qui est tres-ingénieux, el promet d'heureux résnltats. Fig. 75 bis.

La fig. 75 bis représenle l'unc des CÍiverses dispositions que cet appareil peut recevoir, toul en conservant son principe. Il est indiqué en coupe parlielle, et monté sur une chaudiere donl une parlie est aussi coupée en arrachement pour faire voir comment leur relation est établie. L'auteur en caraclérise le principe ainsi: volwnie cl'eau changé de rnilieu, c'est-adire pris dans l'atmosphere ambiante et introduit dans un nouveau milieu ou regne la pression inlérieure de la chaudiere, milieu duquel le liquide peut s'écouler librement pour pénélrer dans la chaudiere, au fur et a mesure :que celui qui s'y

RÉGULATEUR AUTO.MOTEUR.

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trouve renfermé s'épuise : les fluctualions du niveau dans le générateur sont alors la cause_molrice el régulatrice de l'alimentation. Comme le montre la figure, l'instrument comprend d'abord un hoisseau en bronze B, fixé en dehors de la chaudiere, et a l'inlérieur duquel joue une piece cylindrique A qui le travcrse lle part en part. Ce lle piece, .qui form e une sorte de registre cylindrique, est le mewretw ou le récepteur n10bile de l'appareil; elle est anirnée d'un mouvement rectiligne de va-et-vient, comme un pislon" on un liroir dont elle r~mplit simultanément les fonclions. De chaquc cóté de l'ouverture cenlrale ménagée pour le registre, le boisseau B porte deux canaux E et D qui d~bouc~enl sur la surface cyiindrique jnlérieure et vis-a-vis l'un de l'autre, vers sa parlie supérieure. Celui D correspond ü un conduit G qui communique avec le réservoir d'eau d'a1imentation, lequel est placé un peu plus haut que l'appareil. Celui E corresponda un tube H qui débouche directcment · dans la chaudiere 1 a la haute·u r méme oil le niveait doit étre mcti!itenit. Enfin un troisieme canal F communiqne de la par(ie inférieurc du boisseau a un · concluit ou tuyau I, qui se rend au générateur üans lequel il débouche a une certaine distance au-clessous du nive.au normal. Le mesureur ou piston-tiroir A est muni intérieurement d'une ca vité C percée de trois orífices a, b et c. Celui a se trouve du meme cóté que le conduit D du réservoir extérieur; les orifices b et e sont diamétralement opposés el d'un écartement égal a celui des orífices des conduits E et F, a vec lesquels ils doivent correspondre lorsque le piston occupe la position inférieure, tandis que dans celle opposée l'orifice a. vient cofocider avec l'embouchure du canal D. En tenant compte du mouvemént d~ va-et-vient du registre qui fait ainsi communiquer alternativeme~t ces orífices, voici comment les choses se passent : L'eau du r·éservoir, qui afflue continuellement par le conduit D, remplit tous les vides ele l'appareil, y compris les tu bes H et 1, et prenan t pour exemple la position représentée par la figure, c'est-a-dirc le registre A au has de sa course, le Iiquiue renfermé dans l'appareil est en relation libre avec la chaudiere dont il supporte la pression, tandis que sa communication avec le réservoir alimenlaire est interrompue par suite de l'abaissement de I'orifice a au-dessous de celui du canal D. Or, cette phase des fonctions pourrait correspondre a celui de l'inlroduction de l'eau dans la chaudiere, mais u la condition que le niveai~ y fút abaissé AU-DEssous de l'ouverture du tube H: aulrement pas une goulte de liquide ne peut s'écouler de l'appareil. Si les orífices des tubes H et I sont, en effet, couverls par l'eau de la chaudiere, qui transmet la pression de la vapeur, le liquide renfermé dans tout rappareil est dans la meme situation que du mercure dans un tube barométrique trap court pour équilibrer la pression atmosphédque; ce tube serait alors rempli complétement de mercure, lequel, loin de pouvoir s'écouler, serait au coutraire refoulé jusqu'au. sommet du tnbe . .Mais si le niveau vienta s'abaisser suffisamment pour découvrir l'ouverture du conduit H, la rnpeur divisant la colonne liquide peut s'inlroduire jusqu'a son som-

MOTEURS A VAPEUR. met, et exeq;nnt alors sa pression au-dessus de la masse contenue en C, le liquide se lrouve dans un milieu d'égnle pression et peut s'écouler par le conduit 1 sous l'influence ele sa hauteuriniliale, deben E. ll résultc cnfin de celte disposilion que l'appareil, étnnt conslammenl en ra.pport nvec le réservoir nourrici~r, n'en laisse néanmoins introduire dans le générateur qu'autanl que le niveau s'y abnisse au-tlessous de son point normal; rnais celte circonslance se pi·oduisant, éhaque mouvernent tlu registre A peut fournir a la chandiere tout ce que l'appareil renferme d'eau, quantité aussilól remplacée par le réservoir nu rnoment ou le registre, revenant a l'extrémité supérieure de sa course, ramene l'orifice e¿ vis-a-vis de celui du canal D. Cet ingénieux inslrumenl offre:uonc l'intéressanle fonction d'une nlimentation automatique, certainement infaillible, et sans l'emploi de clapets ou rob inets quelconques. Sans l'arr~ter un seul inslant, pas un atome de liquide ne. sera introduit • dans 1~ générateur tant r.¡uc le niveau dépassera de la plus faibl~ quantité le point qui luí est assigné; mais aussi le moindre abaissement au-dessous tle ce point donnera lieu a l'arrivée de l'eau alimentaire. En en faisanl l'application, il semble alors co¡1Venable de choisir pour le point de communicalion un endroit du générateur ou l'eau est relalivement eri repos, ce qui a lieu naturellement avcc les appareils fixes, puisque l'on chois·i t toujours l'endroi_t le plus éloigné du foyer pour placer le tube d'injection. Pour les chaudieres de locomotivcs ou de bateaux, on pourrait faire communiquer les tuhes H et I avec un récipient fixé extérieurement au générateur, et formant une sorte de niveau d'eau dQnt la seclion transversale, ayant peu d'étendue, rendrait moins sensibles les oscillalions acciélentelles du niveau général. Ce soni la du reste des problemes d'application que la pratique permeltra de résoudre facilement. r Quant aux délails d'exécntion elu modele représenlé par la gravure, ils ne méritenl qu'unc mention lres-succincle, attendu qne c'est un appareil de principe, loin d'elrc une disposilion définilivement arrclée. Le registre cylindrique A, quoique tres-exaclement tourné et rodé au diametre inlérieur du boisseau, porte de chaque colé de ses orifices des gorges circulaires garnies d'une rondelle élasliqne el, capable d'empecher les fuites. Le mouvement de va-et-vient que re¡;.oit ce registre eeut lui etrc communiqué de diverses fac:;ons. Mais comme les passages de liquides, qu'ils aient lieu du réservoir u l'appareil ou de ce dernier au générnleur, s'effectuent a chaque exlrémité de la. course, il esl ulile qn'il y ait la un repos assez sensible. Si celui qui résulte du mo11vement de la manivelle ou d'un excenlrique n'esl pas assez prononcé, il est aisé d'imngincr tout autre mécanisme pour atteindre le bul proposé. La figure représen le l'appareil appliqué directemenl confre la chaudiere ou il est rctenu sqr un support en fonte qui porte des brides J pour recevoir le boisseau, comme un arbre dans eles coussinets, et qui s'y trouve effectivemeut reten u par des chapeaux boulonnés avec les oreilles J. · Si on compare cet apparcil avec celui de M. Giffard, comme les dcux plus récenls 456

•

4o7

RÉGULATEUR AUTOMOTEUR.

alimen laleurs automoteurs, on remarque que le Jnesureur clu régulnteur Gargan ,fonclionne seul, sans mise en train intermittente comme l'injecteur Giffarel; ses résullats semblent aussi plus surs, vu que les pieces en sont moins délicates et qu'ils ne dépendent aucunernen_t de la température de l'eau alirnentaire ni de celle de la vapeur. ll est vrai que l'mjecteur Giffard n'exige aucun mécanisme de commande, el peut élever lui-meme son eau par aspiration, comme un e pompe alimentaire, tanclis que l'autre appareil 11écessite que l'eau alimentaire soit préalablement élevée asa pro pre hauteur dans le réservoir nourricier. En résumé, ces deux instruments, également ingénieux, ont leurs mérilcs respeclifs, et ne peuvent etre que tres-bien utilisés dans !'industrie, qui offre eles circonslances assez di'verses pour qu'ils trouvent leur app li calion avec les propriélés qui les d islin guent.

Ce qui précede pourra suffire pour donner une idée des disposilions di verses qui peuvent etre adoptées pour élablir de bons appareils d'alirnentalion. ll resterail cependanl ~t faire connailre quelques procéués employés pour le chauffage ele l'eau alimenlaire; mais cecine elépend pas direcleme1il du molenr lui-mcme, et, cl'ailIeurs, nous retrouverons l'occasion d'en clire quel4ues rnols plus laru , so it pour les · locomotives, soil pour les machines de navigalioo. l\fais, comme nous l'avons dit en commenc;anl, nous nous réservons ele_elonner les proportions des appareils al~mcntateurs avec le calcul général eles machines a vapeur, et parliculieremenl les quanlités d'cau exactcs it dépcuser el ~t vaporiser, pour des pu issances cléler11 .inées a prod uire.

FIN

DU CHAPITRE TllOISIEME.

•

' J.

CHAPITRE IV APPAREILS DE CONDENSATIO ( PLA ·cHE ~

ORIGINE ET PRINCIPE DE LA CONDENSATION

Nous avons cité fréquemment jusqu'ici, sans le décrire, un systeme de milieu arlificiel d'écbappement, <l'une résistance moindre que l'atmosphere nalurelle, et qui s'adapte a bien des machines a vapeur <lans un but d'économie du combustible employé. . On a vu, par l'hislorique, que le premier perfectionnement apporlé aux :p:iachincs -de e"comen a consislé dans l'introduclion d'un jet d'eau froide dans le cylindre, afin d'y condenser la vapeur et <le créer un vi<le qui laissfil prédominer la pression almosphérique, alors réellement molrice, perfectionnemenl lié inlimement i'L l'invenlion de Papin qui supposait ce pendan tia condensalion effecluée par le refroi. dissemenl e~térieur du cylindre. l\lais plus tard Walt, reconnaissant l'inconvénient ele refroi<lir achaque instanl le cylin<lre, qui devait recevoir aulanl de fois de la vapeur active <lont il fallait conserver la chaleur et la tension pour soulever le pislon, en surmontant la pression almosphérique, eut l'idée heureuse de condenser cette vapeur dans un vase séparé du c linure, et qu'on avait alors intéret a maiolenir constamment froid. De la l'invenlion du condenseur proprement dit, qui s'applique généralement aux machines a vapeur, mais dans un élat de fonclionnement différent. En effet, lorsque "alt lui-meme imagina les machines a douhle effel dans lesquelles la vapeur est seule motrice, a l'exclusion de la pression almosphérique, il devait suffire, pour qu'une machine proquisit un effet quelconque, que sa pression ful plus grande que celle de l'atmosphere ambianle qui lui formait alors un imple milieu d'échappement. Par conséquent, le piston-moteur agissaut en vertu ele la uifférence des pressions de la vapeur el <.le l'almosphere, on perdait toute la valeur <le celte derniere a laquelle la vapeur devait résister en pure perle; ceci fail qu'on appliqne encore le con<lenseur, non pas cette fois pour laisser prédominer davautage la pression atrnosphérique, mais pour crécr un mfüeu d'une résistance moindre, et dans lequel on parvient en effet, aujourd'bui, a créer un vide complet a moins ll'un dixieme pres .

ORIGINE DE LA CONDENSATION.

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Ce mode d'application du condenseur fil faire une distinclion entre les machi11es échappaient leur vapem a l'air libre : il y eut les machines a bcisse pression, capables de marcher a l'aide du condenseur avec ele la vapeur d'une lension peu supérieure a une atmosphere, et celles a haute JJression, da.ns lesquelles, par le fait de l'écbappement a l'air libre, la vapeur devait atleindre an inoins 3, 4 et meme 5 almospheres de pression. Acluellement, malgré l'application du condenseur, les basses pressions sonl en parlie abandon_nées, comme conduisant a des dimensions de machines lres-considérables, pour une meme puissance, et parce que, d'ailleurs, l'emplo(des moycnnes et des hautes pressions présente une économie directe de f!<Ombuslible. Ainsi, avec ou sans condensation on produil aüjourd'hui la vapeur, pour les moteurs d'usine, le plus souvenl a 4, 5, et meme 6 atmospheres, en faisant · usage de la détente qui, ainsi que nous l'avons montré, réduit beaucoup cette pression au moment de l'échappement (1 ). 11 est done ralionnel de désigner les systemes différenls en les appelant: machines avec ou, sans condensation, suivanl qu'elles échappent a l'air libFe ou dans un condenseur, la pression initiale dans la chaudiere pouvant elre la rneme dans les deux cas. D'apres cette définilion du principe d'un appareil de condensalion, il est facile d'expliquer sa construclion physique générale quia peu chan¡i;é, dureste, depuis son immorlel inventeur Watt. · Un condenseur comprend d'abord un vase clos mis en relation permanente avec le conduit d'échappement du cylindre; un jet d'eau froide arrive conlinuellement a l'intérieur de ce vase, et en condensant la vapcur qui s'y précipite achaque coup de piston, il détermine un vide plus ou moins parfait. A cet appareil principal, que l'ou dislingue sous la dénomination de condenseur par contact direct, est jointe une pompe élévatoire qui a pour mission d'extraire constamment cette eau de condensalion, ainsi que l'air qui s'en dégage sous l'influence du vide partiel, et qui, par cela meme, s'appelle pompe h air. A cólé de celte disposilion, qui est la plus employée et certainementla meilleure, mais qui exige un volume d'eau disponible assez considérable, des essais ont été tentés po~1r opérer la condensation de la vapeur pa1· swr(aces réfrigérantes en faisant alors servir la meme eau a la condensalion, afin d'en dépenser beaucoup moins. Nous dirons quelques mots de ce systeme qui consiste_a fairc circuler la vapeur dans des conduits conti"nuellement raffraichis par un courant d.'eau froide.

a douhle effet de celles qui

•

(l) Les appareils de navigalion, surtout ceux qui sont appliqués par la marine de l'Étal, sont généralemenL a condensalion eL fonclionnent avec de~la vapeur del l/2 a 2 ou 3 atmospheres au plus. Les machines locomotives et les locomobiles sonl, au contraire, sans condcnsation et marcbent il. des pressions de 6 a 7 atmospheres.

•

460

MOTEURS A VAPEUR.

APPAREILS DE CONDENSA.TION DE CONSTRUCTIONS DIVERSES

CONDENSEUR AVEC POMPE A. A.IR CONCENTRIQUE

Du systeme dit de MAUDSLA y

(FIG.

•

PL.

Ce syslemc de condenscur est lres-souvent employé a cause de sa simplicité, bien qu'il ne présenle pas les memes avantages que d'autres disposilions que nous décrivons plus loin. On le désigne par le nom de Mandslay qui l'a appliqué, peulelre le premier, aux 111nchines fixes a directrices qu'il construisaiLil a pour caracterc distinclif que la pompea air est située a l'i~térieur meme du condenseur proprernent dit, conlrairement a ce que faisait Watt qui formait de ces deux orgnnes deux corps séparés. La fig. 1 de la pl. 14 représente !'ensemble de cet appareil suivant une coupe verlicale passant par son axe général. On y distingue un premier corps cylindrique en fonle A, qui est le condenseur, et dans lequel est ajusté le cylindre B de la pompe a air. Leur ensemble se trouve élabli dans une cuve C, d'une forme générale rectangulaire ou cylindrique que l' on appelle la bache tlu condenseur; elle se rcmplit de l'eau froide qui lui est amenée, soit 'direclement, soit par une pompe élévatoire, dile pompe a eau froide, et qui alimente le jet condensateur. A l'intérieur du cylindre A est ménagé un rebord circulaire a, _avec une fraisure conique, pour recevoir la pornpe a air B, que l'on y place en la scellai:i.t au mastic de fonte, afio d'obtenir un joint parfail. L'extrémité inférieurc du condenseur est fermée de meme a l'aide d'un bouchon b, aussi ajusté dans une fraisure a queue d'bironde, et scellé au mastic ferrugineux. De cette fa\;on, l'espace annulaire existant autour du corps de pompe, est cornplélement élanche, par rapport a la pression atmosphérique, en admeltant, bien enlendu, que ce corps de pompe lui-meme le soit également: Cet espace forme la capacité du condenseur; il est mis en relation avec l'orifice d'évacualion du cylindre a vapeur, par un conduit D abouché a la tubulure e, fondue de la méme piece avec le corps A. L'injeclion d'eau froide a lieu par une sorte de pomme d'arrosoir E qui pénclre dans la tubulure e, aussi pres que possible de l'entrée de la vapeur; cel injecteur est en communicalion par un robinet F, avec un tuyau G qui plonge daos l'eau de la M.che. Par conséquent, ce rohinet étant ouverl et le vide exislant a un degré convenable daos le condenseur, la pression extérieure agit sur la surface libre du

461

GONDENSEUR DE MAUDSLAY.

liquide et le fait monter daos le tube G, d'ou il jaillit par les nombreux trous de l'injecteur E. L'cau, ainsi inlroduite dans le condeoseur, le remplirait bicntót saos la pompe a air qui doit l'en extraire au fur et a mesure qu'elle s'y accumule. Le piston est composé, comme celui de toules les pompes élévaloires, d'unc piece creuse a gorge H eoveloppée cl'une garnilure de cbanvre (1), et surmontée d'un clapet circulaire el. Celui -ci a pour guide la tige e qui tra,•erse la boite a éloupe d'un couverclc en fonte I fixé sur le dessus du cylindre. Ce couvercle est égalemenl percé et muoi d'un clapet f ayant ponr guide l'extérieur ele la meme boite a éloupe. Quant a la partie inférieure du cylindre B, elle est complétement ouverle et en libre commnnication avec le condenseur; c'est au moins ce qui s'est fait ainsi bien des fois. l\Iais il est préférable d'y placer un clapet de retenue comme nous en montrerons de nombreux exemples. Adrnetlant done la disposilion acluelle, on voit que l'eau inlroduite clans le coudenseur se réparlit enfre lui et le corps de pompe, espace dans lequel elle peut éprouver úes pressions différentes. Si le vide obtenu dans le condenseur élait aussi complet que celui engendré daos le cylindre A, lorsque le piston s'éleve, il est clair que l'eau, également pressée, ou aussi peu pressée dans un espacc que dans l'aulre, se mellrait de niveau daus les deux au lieu de s'élever dans le cylindre en suivant l'ascension du piston.- Celui-ci ne l'extrairail done qu'en traversant sa masse et lorsque son ni vea u serait assez élevé pour soulever le clapet d, le pislon étant a bout de cour~e. Mais la pression de la vapeur naturellemenl émise par l'eau de condensation excede suffisamment celle du degré de vide engendré par le pislon pour que l'eau soil déprimée dans l'espace annulaire et s'éleve dans le coi·ps de pompe, de fat;on que le piston, en redescendant, traverse celle eau élevée qui souleve le clapet, lequel lu relieot alors pendanl le mouvement asccnsionnel du piston. Ce mouvement a pour-effet Je faire lever le clapet supérieur f, de sorte que l'eau enlevée par le piston peut se rendre dans la cuvelte ou capacité supérieure qui surmonle le conuenscur au-dessus de la pompea air. Celte cuvetle est munie d'un conduit de trop-plein J par lequel l'eau s'écoule au dehors, apres en avoir fait puiser une partie par la pompe alimentaire, afin de profiter de la légerc élévalion de température de l'eau de condensation. 11 est évident, d'apres cela, que l'absence de clapel de relenue a la hase du corps de pompe donne lieu a des fluctuations incessaotes du niveau de l'eau dans le condenseur, et quoique l'appareil puisse fonctionner aiosi, un clapel rend. la marche plus réguliere et plus sure. Comme il faut ·éviuemmenl que la quantilé d'eau injectée soit maintenue en rapporl avec le volume et la température de la vapeur dépensée, ainsi qu'avec la température meme de ce,tle eau, on regle celte quantité a l'aiue d'un robinet F (1) Nous donnerons dans un arLicle spécial les détails de conslrucLion des pistons pompes /J. air.

•

a vapeur el des

pislons de

462

l\IOTEURS A VAPEUR.

dont .la ele{ est surmonlée d'tme tige verticale g qui s'éleve jusqu'au point ou '.son exlrérni lé peut elre accessible au conducteur de la machine. La fig. 2 représenle le déluil d-u mécanisme de commande de ce robinet d'injection. La lige g passe dans une sorte de pelile colonne K qui se place sur la plaque de fondalion de la machine. Ce lle tige porte une poignée h munie d'un index i, qui correspond a un cadran j sur lequel sont tracées des divisions en rapporl avec les degrés d'ouverture du robinet. Ces divisions sont souvent chiffrées par rapporl a la marche de la machine, tels que ses divers degrés de vilesse, de détente, ele. Cependant la manreuvre pratique, a l'aide de laquelle on juge de l'étal de marche de la conuensalion, consiste simplement, de la part du chauffeur, a ta.ter avec la main l'eau élevée dans la cuvette du condenseur pour apprécier sa tempéralure et régler, d'apres cela, l'ouverture du robinet d'i'njection (1 ). l\fais pour toute machi ne montée avec soin le condenseur doit etre mis en rapport avec un indicnleur de vide (p . 268) qui fait connailre, mieux que loute aulre épreuve, le degré de perfeclion du fonclionnement de l'appareil. La disposition indiquée par la fig. 1 de celle planche est applicable a une machine verticale, a balancier, ou a une·) nachine horizontale avec une transformation de mouvement convenable pour atlaquer la tige· de la pompe a air . Cette tige, guidée <l 'ahord par la hoile a étoupe <lu couvercle, l'est également dans une traverse L :fixée sur la cuvelle; au-dessus de ce guide la tige est ordinairement assemblée avec une tringlc reliée au rnouvement de la machine. 11 esl important de faire remarquer quf toutes les parties susceptibles de présenter des garnitures sont noyées a:fin d'cmpecher les rentrées d'air. Ainsi le joint du cond uit D avec la tubulure e et le robinet f doivent etre maintenus rigoureusement au-dessous du niveau de l'eau dans la hache C. Le clapet ( et la boile a éloupe de la tige e doivenl etre en contre-bas du tuyau de trop plein J. En état de marche réguliere, le REMARQUE SUR LA MISE EN TRAIN O:u :coNDENSEUJL condenseur et _les conduits qui aboulissent au cylindre a vapeur doivent elre aussi exaclement que possible purgés d'air et ne renfermer que du íluide condensable. 1\fais au moment de la premicre _mise::en train, tout est rempli d'air, et pour l'en exlraire il n' exisle que le jeu simple de la pompe qui agit comme la machine pneumalique pour faire le vide dans son récipient. Or, on sait que la machine pneumatique la mieux exéculée ne produit qu'un vide partiel, mais d'autant plus avancé que les charnbres d'air sont mieux évitées, c'esta-dire qu'il ne reste pas d'espace nuisible entre le clapet d'aspiration et celui du pislon arrivé a la fin de sa course. La pompe a air d'un condenseur~élant élévatoire, c'est le clapet du couYercle qui :figi.ll'e celui du piston de la machine: pneumalique, puisque c'est lui qui se leve pour,l'évacuation, tandis que le clapet du piston figure celui d'aspiration et se leve au moment ou le volume de gaz a extraire se parlage entre les deux cólés du ( t) On estime en général que, pour la bonne marche, la LempéraLure de l'eau de condensaLion ne doiL pas s'élever i1 plus lle 38 a 40° cent igradcs.

•

APPAREIL AVEC CORPS SEPARÉS.

463

pislon. Alors la chambre d'air nuisible se trouve entre le clapet du piston, en haut de la course, et le clapet du couvercle; aulrernent dit le clapel uu piston ne peul se lever pour laissel' passer les gaza exlraire qu'aulant qúc l'air qui serait confiné au-dessus de lui s'esl suffisamment dilaté par l'effet de la descente du piston. On compreod, d'apres cela, que, pour mettre un condenseur en train el faire extrail'e par la pompe l'air qu'il renferme, il faut la remplil' cl'eau au-dessus clu pislon et de la cuvette supérieure, afin de favori er la sorlie de l'air qui pourrait resler renfermé entre les deux clapels. Cetle sol'lie est du res le facile, puisque l'air, plus légcr que l'eau, vienl en occuper la partie supérieure. éanmoins, ceci démonlre une fois de plus-la nécessité des joinls parfaits et ele noycr les garniturcs. L'eau de condensation; et la vapeur meme, amenent assez d'air sans éprouvcr encare des renlrées de l'extérieur. Avant d'examine~ dans ses détails la relation d'un appareil de condensation avec le cylindre a vapeur, nous allons de suite en décrire les principaux types de construclion.

APPAREIL DE CONDENSÁTIO

( FIG.

!.VEC CORPS , ÉP!.RÉ

PL.

,11~ )

Cet appareil esl analoguc i':t ceux corislruils par Watt, mais les délails de sa conslruclion sont en parlie de M. E. Bourdon. La fig. 3 en est une ~oupe verlicale passant par l'axe commnn du condeoseur el de la pompe a air; _ La fig. 4 est une projection horizontale extél'ieure de l'ensemble. On voit qu'il se distingue ·du précédent en ce que le condenscur A et la pompc a air B sont complélement séparés l'un de l'autre; ils sont moo tés tous dcux sul' un coffre en fon le C qui établil la communication de l'un a l'aulrc. Cepeodant, ain ·i disposé, i1 est utile qu_e l'appareil entier soit plongé daos une cuve pleine d'eau comme celui décl'it précédemment. Oulre que la séparalion des deux corps rend leur montage plus facile, elle a pour •principal avaulage de disposér l'injeclion de fa~on a lui faire former une gerbc 4ui remplit, pour ainsi dirl!, le condenseur et se répand plus uniformémenl dans la masse de . vapeur affl.ucnte, ce qui doit amcner une condensalion d'autant plus promple. La caisse ou base C porte a sa partie supérieure deux ouvertures circulaires visa-vis desquelles on fixe le condenseur et le cylindre de la pompe par leurs rebords et par des boulons. Celle caisse étant fondue enlierement creuse, on ajusle a son intérieur un clapet a destiné a remplir la fouction dont nous avons parlé, c'esla-dire <le former la relenue des eaux dans le corps de pompe lorsque le J?islon descend. ·

464

l\IOTEURS A VAPEUR.

Ce clapet est monté sur un siége indépendant b, que l'on introduil asa place en l'y retenant simplement par du mastic de fon le, opéralion qui se fait fac itemen t avant que le conrlenseur soit en place. On compreud, du res le, que, puisque ce clapel pourrail rneme ñe point exister, le joint du siége n'exige pas d'aussi grandes précaulions que dans une autre circonstance. Toulefois on se r~serve de le visiter par un regard ménagé dans la piece C et fermé a l'aide d'un lampon boulonné l. Le príncipe de l'injection conduil a une disposition différente de la précédenle: le rohine_t esl remplacé par une bonde conique F clont le siége esta l'orifice d'un ajulage en bronze E qui s'aboucbe avec une tubulure k, apparlenant a la base C, el i't laquelle correspond un conduit G qui amene l'eau froide. La boude F est fixée tt l'exlrémilé d'une tige g qui sort du condenseur en traversant la boile a étoupe ménagée dans son couverclc M; elle est aussi guidée pres !]e l'orifice par un élricr j porlant nn anneau filelé sur l'extrémité du conduit E. La tige esl carréc dans ce guide, pour l'empecher de tourner quand on fait agir le mécanisme qui serla la faire rnouvoir. Par conséq uent, en élevant la bonde elle don ne issue a l'ean qui vientjaillir dans le condenseur suivan t une vei ne initiale an n ulaire, et forme une gerbe qui va se briser coutrc ies .parois du conJenseur et llnit par relomher en goultelctles lresJivisées qui en remplissent la capacilé presque euliercment. A l'égard du procédé employé pour soulever ou abaisser la bonde, il peut consister dans celui indiqué. La tige g traverse un.e pe lile colon ne K (détaillée fig. 5), forman t support comme ci-1lessus, et se taraude dans un écrou fixé au centre d'un volaut rnanivelle h, arreté par un assemblage a rappel au sommet de la colonne K. En tomnant ce volanta la main, on fait monter ou clcscendrn la 1ige dont les mouvemenls sont appréciés a l'aitle de l'index i , qui traverse une rainure praliquéc dans la colonne sur laquelle se 1rouve en ce poinl une échelle graduée. Cette disposition de l'appareil injecteur est tres-ratio.nnelle; elle donne, du reste, a 1\1. Bourdon qui en a fait beaucoup d'applications, d'excellents résultats. Ajoulons qu'au Iieu de supposer l'eau froiue venant d'un réservoir placé a la meme hauteur que le condcuseur, commc fig . 1, nous admeltons que le tube G plonge Jans un puils ou une cilerne, et y puise l'eau par aspiralion, sous l'in- . flucnce du vide créé au condenseur. C'est, en effet, ce qui peut avoir lieu, rnais it condilion que la hauteur de l'aspiration ne soit pas trop considÚable, et qu'ellc • n'altcigne rnéme pas celle qui ferait équilibre au vide le moins parfait. insi, pour fixer les idées, supposons que ce vide soit fait a un dixieme pres, c'est-a-dire qu'il existe encore dans le condenseur une pression mesurée a l'indicateur (p. 269) par une colonne de 76 millim. de mercure, ce qui rendrait la pression atmosphérique prédominante d'une bauteur de

om 760 - om 076 = om 684. Une colonne d'eau équivalente aurait done pour bauteur, Om 684 X 13,598

9m 301..

-CONllENSEUR ET PO)IPE A DOUBLE EFFET.

465 Si le nivcau tlu pnis.:trtl étail en conlre-has tlu contlcnseur tl'uue quanlilé égale a cclte hauleur, il est évident que l'eau s'y élcverait, muis ne jajllirail pas. Or, non-seulement il fout q11'elle jaillissc·, mais elle tloil conserver une viles;;e capable de founür au débit, en lcnant com¡:,le des tlimensions de l'orilice injecleur et eles di verses résislances ou contraclions qui allcrenl la vitesse el la dépense. Si done on possede un réservoir dislanl seulement de quelques metres (soit 4 ou 5 met., par exemple) en conlre-ba du conuenseur, on évitera une pompe élévatoire par l'aspiralion direcle. l.\Iais pour une hauleur qui laisserail des doules sur la réussile, on devra élever l'eat~ ·pré,1lablcment dans une hache, comme le mqnlre fo fig. 1, ce qui présente le double avantage de noyer le con<leuseur el de le lenir constamment rafrair.h i. Les clapets el el f de la pompe onl une forme conique souvenl adoplée pour la facililé qu'ils présenlent lle relombcr bien cxacle1'nenl sur leurs siéges, et aussi pour favoriser la formalion de la veine d'écoulement de l'cau. On a conslrnit des pompes a air _dans lesquelles le convercle I est supprimé et ,·emplacé par le clapet ( toul seul, qui glisse alors le long de la lige meme par une g-arniture d'éloupe. 11 est, dans cecas, enlevé anlanl par l'adhérence de la garnilurc -que par l'eau que le pislon sonlcve, el dans la tlcscenl¡;! du pislon la pression almosphérique le ramene su1· son siége. Ce lle disposi lion fonclionne convcnaLlement el .a élé adoplée par des conslrucleurs cxpérimenlés.

CONDENSEUR HORIZONTAL A.VEC P0.\ll'E A. A.IR A D0UULE EFFET

Construit par

1'11.

LE e o U TE l ; X, ingénieur- mécanicien

( l' IG.

A ~

PL. ~ 4)

Ou a remarqué que, dans les tlcux apparcils qui viennent d'elre décrils, la pompc csl t1 simple effet; et comme son pislon tlonne le meme riombre de coups, dans un temps donné, que le piston moleur, il s'ensuit que le vide n'esl réglé dans le COJ)·. <lenseur qu'une fois sur deux cylindrées de vapeur qui lui sont envoyées. Bien que ce mode de fonclionnernent ait élé généralement appliqué, el qu'il le soil encore, on comprend ·que l'on peut mieux faire en rcndanl l'aclion de la pompe a air cxactement correspondante a celle du pislon moleur, c'esl-a-dire en la rcndanl a double effet. C'est ce qui se fait mainlenunt de plus en plus. Nous croyons que MM. Thomas et Lrnrens sont les premiers ingénieurs, en Frunce, qui aien prnposé des condenseurs avec des pompes a aira double effet; 1\1. Farcol esl aussi l'un des premiers constrncleurs qui aicnt appliqué ce sysleme sur des machines . horizontales, ce qu'ils fo;ll ericore journellemenl. MM. SéÍ-a-phin freres, MM. Cail el C• ont égalemenl exécuté un grantl nombre d'appareils a condcnsalion, parti1. 50.

l\10TE UBS A YAPEUR. 466 culicrcmenl pour les sucrerics e l les raffinerics <le sucre, a, cc des pompes a aira double effel, comme ayanl l'avanlage <le réduire notablemeut les dimcnsions et par

suite le poi<.ls et le prix de l'appareil. Le comlen seur rcprésl•nlé par les fig. 6 el 'i est un exemple de celle disposilion llerfectionn ée , et renferme aussi les principnles amélioratio11s apporlées a ce genre <l'-a pparcil, telle qu e la posilion horizontale, mi eux appropriée aux machin es qui a ffecteu l cclte slru clure, el l' cmploi eles cla-pels en caoulcbqnc. 11 appn rli cnl a la m achi ne que nous avons déjh ci tée (p . 4ó5), et qui a élé éla!Jlie par M. Lcco uleux u lu Manulention rriililaire de Parí s. La fig. 6 est une coupe longi lu<linale de ce condcnscur, faite par \'ax e de la

pompe. La li g·. 7 en ost une seclion transversale faite sur le condeuseur proprcmcnl <lil, ·e t suivant les lubcs inj cclc urs. L'enseml)le de l'appa reil est composé de plus_ieurs pnrlies réunies par des houlons. L'une d'ellcs comprend le corps de pompc B, qui es t fontlu avcc un coffre reclhngulaire C, dans lequel sont m én agés deux compurlirnenls ci et a' , ou sont rapporlés les cla pels. Cetle prernifre partie es l .surmonléc <l'une caisse K, de mcme forme, q ui conslitue la cmelle de déversemcn t de l'en11 de cond ensa lion, e l dont l'inlérieur présen le un comparlim ent sépa ré, lcq uel, étant en correspo ml ance a,ec l'inlcrvalle des cl:ambrcs a et a', forme le con<lenseu r proprement dit A. Celle capacité porte une tubulure a laq uclle se j oiut un conuuit D qui communique avec un récipicnt viuc inlerposé enlre le conduit d' échappemen t du cylindre a vapcur el l'apµ are il actuel. Ces récipients et conduils cx téri eurs vienncnl alors ajoul?r lenrs capacilés a cellc du comparlimcnl A, el constitu cnt avec lui la capacité lotale du condenseur. Nous verrons plus lanl que ce ll e di sposilion est celle adoplée par M. Farcot, avec celle différence qu e l'inj cc tion est diri gée directement tlaus le récipienl ex lérieur, au lieu d'elre effccl uée, comme i,ci, dans un compartimcn t résérvé a la p ompe a air. Du colé opposé a l'arrivée de la vapenr sont rn énagées dcux aulres tubulures auxq11elles s'ajusle une piece formée de deux conduils bifurqu és e et e', correspondaut a nu robinel F qui regle l'arrivée de l'eau d'injeclion. Ce robinct possede un boisseau fond.u avcc une cuvellc en forme d.'en lonnoir, el <l'une g rande capacilé, qui pcrrriet d'y tenir une conche d'eau pi<éservatrice des renlrées d'.lir. La clcf cst surmonlée d.'une ti ge g, maintcnue par son embase el par le moyeu d'un disqu e j fixé sur la cuvelle. Celle ti ge porle un e poi gnée h par laquelle on mnn rellne le robinel, et qui esi munie d'un prolonge meul avec un index i, corrcspondant it un e tli,'ision failc sur la ci11confércnce du disquc. Le hoi sséa u élan l rém'l i par sa hase avcc le tu ya u G qni amC'ne l' cau d'inj ecl ion, la clef du robincl est percée d1 une lumiere coudén qui s'ouvre ace.co nduit et acclu i <le la piece bifurquée e e'. L'eau froi<lc, arrivant par Ges deux tl.i"<'l'llChcs, pénett;e d>a11 s le condenscu r par deux tu bes cu cuivre rouge E el E', per~és d un Lres-grnnd nombre de peli Is trous. Elle jailli t par con <•q11en t d:tns Fi nlét ieur de la capad té A, sui-

COXDE~SP:UR ET PO"\IPE A DO BL1 EFFET. vant dcux centres rayonnants uonl les jds s'entrccroisentcl re :n pliss '. ! nl, nnssi complétemcnt qnc possible, l'es pace offert a la vnpcur. On a si bien senti l'importance tl'élenifrc la sphcre tl'activilé <le l'inj ec lion, que l'on a fail le Lubc E plus long que l'aulre, en profilanl <le s1 position vis-i1-vis de la. tubulnrc O tl'cnlréc tic la vnpeur. Nous arrivons mainlenanl aux fouclions tic la pompe, qui e ·L, comm'..! nous l'avons dit, a Jouble cffel, exlray:mt l'cau dn contlcnseur .'1 ehaquC' co up si :1ple. on pislon H est formé d'nn disqne plein, gnrni <le Lre s~s de cha:wre. n lige e es l guidéc par une prcmicrc bolle a étonpe ménagéc tlans le couvcrcle J; celui-ci csl fontlu avec une cuvcllc 1', dnns lnquelle on mel de l'eau pour noycr celtc prcmiere garnilurc. Cellc cuYcllc porte extéricm·cmcnl une seconde ga rnilure pour laisscr Lravcrser la ~igc et empecher les fui le .. Le cylindre B c.ommuniqnc libremenl par les lumieres b el b' avec les comparl~mcnls a et a.', ,fans lcsquels s'ouvrent, cl'une part, les clapels u'aspiralion d el d', et de l'ault·c, ceux Je rclenue ou de décharge f et('. Les dcux premiers clnpcls d et el' sont appliqnés contrc les parois du condcnsr111·, el sont appelés a s' ouvrir pour laisser passer l' e:m de cetle capa e i té dans les compnrlimen L-; a ou a', suivanl le sen de mouvemcnt du pislon. Les deux autres clapcls f el(' sont placés sur les ouvcrlnrcs que l'ea11 lraverse, lorsqu'elle se trouvc rc.fouléc, pour pénélrer dans la cuvellc de déchargc. Ainsi, on compre11d que, pour cbaque course du pislon, l'eau passe a la fois dtt condenseur dans l'une des cbambres a ou n', el s'éleve rep ussée de l'autre dans la cuvetlc J{. Ccllc-ci (!.,t mnnie cl'un canal déverseur k, dont l'orifice est situé assez baut pour que le condenseur soit conslamment couvert <l'eau; ce eanal csl mi en rapport avec la contluite J qni dirige lns eaux hors <le la machine. Suivanl la phase choi ic sur nolre <lessin, on voit que le pislon appelle l'eau du condenseur par le clapcl el' , et la refoule dans la cuvelte par cclui f. Les clapets el el f' sont alors !'ermés, el, au retom dn pislun, l'innrse aura lieu. On remarque que cet appareil n'est pas disposé pour elre enlicrcment plongé dans une bache, mais que les précaulions sont priscs pour que toutes les partics susc;pliblcs ele laissci' des fui les soienl noyées. C'est ilu reste un cxcelknt procédé, que nÓus avons vu nririliqué aux pompes a eau, des 1845, par M. Ch. Faivre, ingénieur de mérile. L'ensemble d n condenseur présenle une c_aisse a peu pres cubique, qui se fixc pres de la m1china, sur la ma¡;onnerie et p1r des boulons tle fondalion. Toutes les parlies en soñl facilcment accessibles; et pour ,Tisilcr les deux clapcls inlérieurs il el d', denx regnrds, fermés par des bquchons l, ont été ménagés dans les paroi~ lalérale¡¡. Pour Lerminer la descriplion de ce sysleme de conden eur, il nous reste a mentionner la conslruclion spéciale eles clapets el celle d'un rohinel valve appliqué a la. IJ)eme machinc par 1\1. Lecouteux, pour diriger a volonlé l'échappement de la vapeur dans le condensC'ur ou liaos l'almosphcrc. Co~STI\UCTION DES r.LAPETS E~ c.\QUTCH0Ur. (fig. 6, .9 et 10, pl. 1 ie). - L'cmploi des

468

l\IOTE RS A VAPEUn.

clapels m caoulchouc est un Jes perfectionnements les plus impor1anls qui aient élé apporlés aux pompes ii air el a eau, el principulemenl ii celles des appar~ils de conuensalion. lis onl a la fois ponr avanlages la durée, In conservalion el la facilité d'exéculion. II esljusle d'ajonter que celte innovalion est dne au procédé Je vulcanisation qui a rendn l'emploi du caoulchouc si géuérnl. Chaque clapel esl formé el'une lame reclangulaire d'une épaisseur qui varíe, suivanl son élendue, ele fO a 30 millimelrcs; ceux de l'appareil actnel porlent 10 millimelrcs el'épaissenr, pour une surface rcclangulaire de 40 cenlimetres sur f9. Cellc lame cst simplcment pincée par le bon], entre le siége et une feuille de métal con lre-coudée m (fig. 6) , qui luí sert de relenue au momenl del' ouverl ure. · Le siége cst une plaque de fon le L (fig. 9 et 10( que l'on appelle grille, en raison des onverlures reclangi.1laires qu'elle p1·ése11le. On comprend que la lame de caoutcbouc, par su flexibililé, elemande a étre soutenuc suivant une grande portion ele son étendue, lorsqu'elle lombe sur son siége et que la pression tend it l'y appuyer forlement. La tlg. 9 esl la vue de face ele l'une de ces grilles, qui se fixent au moyen ue boulons sur les orífices oú les clapels sonl appliqués; la fig. fO en est une coupe transversale parle milicu ele la largeur. Celte coupe iuelique la forme donnée aux barreaux pour favoriser le passage du fluitle. Les lames d'arrét m, contrn lesquelles les clapels viennent buler en se délachant du siége, sont aussi percées pour qu'ils n'y restenl pas collés et que la pression méme de l'eau les en elétache lorsqu'ils relombent sur Ieur siége. . ROBINETS A SOUl'APES POlJR ÉCHAPPEMENT VAfllAULE (fig. 8). - Prévoyant le Cl.15 Ol.l ~me macbine i't condensulion serail susceptible d'échapper a. l'air libre acciele11tellemeut, lorsque, par exemplc, l'eau de condensalion vie11urail u manquer ou qu'elle serait lrop chuude par l'élévation de la tempéralure ambianle, elivers conslrucleurs font usage d'un appareil qui permel de changer la uireclion de l'écbappement de _la vapenr, sans avoir ríen a Jémonler du mécanisme. i\J. Lecouteux a fait ce lle applicalion a sa machi ne ele la Manutention militaire, el la fig. 8 représeule la elisposilion qu'il a adoptée. A esl le conduit qui vient direclcmcnt du cylindre; il est fondu avec un boisscau cylindrique B porlant une tubulure C par laquelle il esl en 1~apport avec le tuyau qui va au condenseur. Ce boisseau est surmonté d'une boite D forman[ couvercle et communiquant par une série de luyaux E avec l'atmosphere extérie11re. De chaque colé du conduit A sonl deux siéges coniques, l'un a, rapporlé en brouzc, el l'aulre ménagé a l'ouverlure de la boile D. Une soupape en bro11Ze F, monlée sur une lig-e cenlrale b, esl tournée suivant deux limbes coniques opposés, de fa~on a elre appliqué exaclement sur les deux siéges. Alors, si l'échappement doit se faire au condenseur, on éleve la soupape contre le siége supérieur, Lel que !'indique la fig. 8, ella communication avec l'atmospherc est supprimée. Daos le cas conlrairc, on abaisse celle soupape sur le siége iuférieur a, el la va-

CONOENSEUR A SURFACES REFRIGERANTES.

469

peur, arrivanl toujours du CJlindre par le conduil A, s'échappe direclemenl, par celui E, dans l'almosphere. On voil tres-hien que la soupape esl rclenue sur sa lige b, enlrt- une embase et un écrou tnramlé. Celte iige, gui est guidée asa parlie inférieure par la tlouille ménagée au siége a, est filelée dans une parlie de sa longueur el trnverse un écron ajusté dans la pelilé colonne e ycnue de fon le avec la piece D, laquelle colonne cst terminée par une boite it éloupe pour le passage de la lige. Par conséqucnt, les changemenls tle posilion de la soupape s'operent en faisant tourner la tige par son volant-manivclle d. Lo1:squ'on marche avec le condenseur, et qu'il esl alors intlispensable d'empccher les renlrées d'air, la soupape, élant sur son siége, laisse au-dessus d'elle une cavilé que l'on remplil d'eau; mais pour marcher a l'air libre, la meme précaulion n'est plus néccssafre, ailendu qu'une rcnlrée tl'air accitlenlelle au condenseur, alors sans usage, ne peut plus avoir d'inconvénient.

CONDENSEUR AGISSANT PAR

( FIG,

41,

SURFACES

PL.

RÉFRIGÉRANTES

On a essayé de praliquer la condensation de la vapcur en agissant par le refroidissement exlérieur des conduits qu'on lui faisait lravcrscr en sortant du cyliodre moteur, et qui consislaient alors en un grand nombre 4e lubes en mélal lres-dia.thermane ou bon contlucleur de la chaleur. · Un ingénieur anglais, 1\1. Sem Hall, a particulierement foit connaitre, en 183~, un systemc de conde_nseur fondé sur ce principe, et qui parait avoir été appliqué en Angleterre avec assez de succes (1). 11 est vrai qne l\I. Hall avait surtout pour but de séparer l'eau de condensalion de la vapeur contlensée, nfin d'employer exclusivement celle-ci a l'alimentalion de la chaudiere, ce qui aurnit pour mérile d'éviler les _incruslalions, puisque celle eau est alors naturelleµient distillée. Aussi l'applicalion de cet appareil u-t-elle eu lieu principalement sur des appareils de navigation pour lesquels on n'a a sa disposilion que l'eau de lamer, qui occasionne des dépóts si considérables. Le condenseur de l\f. Hall était composé d'une caisse traversée par des lubes tninces, en laiton, par lesquels la vapeur venanl dn cylindre se divisail et se condensait par un courant d'eau froide enveloppanl les iubes. L'eau issue de la condensalion de la vapeur élait alors reprise exclusivemenl par ia pompe a air, employée en rneme temps a faire le vide dans les tu bes; puis elle élait renvoyée au génératem, en passant par un appareil alimenlateur analogue a ceux qui ont élé (t) Le Bulletin de la Société d'~'l1couragemen (année 1836) a r,ublié ce syste~_e avcc délails.

. -170

.MOTEuns A VAPE

décrils dans le chapilre· précédent. 1\Iais il élaíl urgenl d'ajoulcr a cela tm. appareil dislíllaloire pour fournír un_e cerlaine quanlilé d'eau pure ad1lilion11ellc,' de tínéc a réparer les perles inévital,les de la vaporisalion. On doit aM. Dutremhley, qui s'e t beaucoup occupé des machines a élhe11, un systeme de conden aleur tub11laire ayant quelque analogie, quanl au príncipe, avec celui de HALL, mais qui en dilE:re sous le rappol'l de la construclion, en ce c,¡ue, an lieu d'employer des l11bes ronds, il avait im 1giné des lubes tres-arla lis qu'il pouvai t, par cela meme, lo o-~r en plus rrra111l nombre uans un esp ·1 ce donné, aíin d'oblcnir une lrcs-grancl e surface réfrigéranle sous le moindre volume possibl e (1). Plus tard divers construcleur out essayé l'emploi d'un condenseur analoguc, moins la séparalion de la vapeur con e.len ée de cclle em ployée a la condeusalion ; la pompe a air fonclionne alors pour l'exlraclion de la vapeur condensée et pour élablír le courant d'eau réfrigéraleur. La fig. 11 de la pi. 14 pourra donner une idée de celle dispo ilion; elle représente un appareil de condensation applíqué, il y a plusieurs années, par 1\Ii\J. Legavrían el Farinaux, anciens mécanicíens de Lillr., a des machines a Yapenr i:1 deux cyli11drcs qu'ils conslruisaienl (2). Le condenseur esl un cylinure de fonle A, traversé par un cel'tain nombre de tubes en laiton a, en cornmunicalion direcle, pnr une coupole E, avec le luyau D qui a111ene la vapeur sorlant du cylindre. lis communiquent, de mcme, avec une capacité inférieure F, mise en rappol'I avec la caissc C sur laqnelle csl monléc la pompe a air B. Les lubes a sont pri par deux cloi ons en tole bel b' enlre lcsquellcs on fait circuler de l'cau froide qui enveloppe alors les lubes, et pcut s'écouler par une 011verlure ménag·éc au fond b', dans la chamhre inférieure F, avec l'eau issue de la condensalion de la vapeur el qui s'écoule des lubes. Par conséquent, la pompe a air forme un appel qui enlrelient le courant d'rau :froide, en entrainanl avec elle la vapeur conJcnsée el en maintenant le vide daos Jes diverses parties qui rei;oivenl la vapeur. La fig. H suffil pour faire comprendrc !'ensemble de cclte conslrnction, y com1pris la pompea air qui differe peu de ce qui a élé expliqué précédemment. On voit qu'clle esl munie d'un clapet de relcnue e, el d'un autre, f corpmuniquant -avec la cuvelle lle déversemen l K. Cclle cuvelle esl un coffre reclangulaire, p]acé latéralemr,nt, au lieu de surmonter direclemcnt le corps de pompe. Daos la machine dont cel appareil fait parlíc, la commande a lieu par un excentrique circulaire relié a une bielle G qui att.aque la tige .du pislon de la pompe. Aujourd'hui ou a presque enlierement renoncé a ce systcme, qui exige, en réalilé, un plus grand vol u me d'cau froide, avec une ci.rculalion- tres-active,. que la condensati0n par vo1e d'injeclion dirccte. · (1) La descriplion et le dessin de l' appareil de ll. Dulrernbley onl élé donnés d,ms I& vol. v de la />ubUcalio1• índustr-iel/,. • ·

(2) Une machinc de ce ;.y;leme ,l élé décrile dans la PuWcalio11 iudustrielle, vol. v11, pi. 27.

PROPRIÉTÉS DES APPAREILS DE CONOENSATION.

471

Comprenant celle objcclion, l\I. E. Bourdon a fail des cxpérieuces avec un condenseur a lubes, mis en mouvemeut ele rolalion cláns le récipienl oú passe le courant Ll'can froide. Ce procé<lé avail éviclemment pour objel uc rcoouveler aclivemeol les couchcs d'eau froide sur les Lnbcs C;Ondensalcurs, el, en résumé, produire la liquéfaclion <le la vapeur avec rapidilé. De plus, l' ing-énicux invenleur se proposail <le vaporiscr l'eau de condcnsalion par l'absorplio_n de la chaleur de la vap r. ur condcnsée, et de rrnvoyer celtc nouvclle vupeur au cylindrc en l'addilionnanl i.t celle clu généraleur. ous avons cilé ce procéd~ (p. 44-i) h propos de l'injecleur Giffard. Cependant, ces cssn is n'onl pas cu de suile, el le systcme par injeclion ou par ~oulac.l uirecl a toujours pré,alu.

PROPRIÉT.ÉS GÉNÉRALES DES APPAREILS DE CONDENSATION

Un &pparcil de condensalion agit sur le travail u.e la machine suivanl ueux modes diITércnls. ll opere d'ahord par la granueur de l'espace presque üde qu'il offrc a la vapéur pour s'y répandre en se dilatant, et, ensuile, par l'eau fr oide qui condense celle vapeur en !ni emprunlanl la qnantilé de chaleur latent e qui la maintenait a l'.élat de fluide élaslique, plus une tres-grande parlie de la chalcur sensible, de fac;on a produire, cu résumé, une ccrlainc qnantilé d'cau moins chaudc, n'émellanl que de la vapeur d' nne faible lension. · ' . On peut uonc consiuérer tleux points principa.ux pour l'élablisscmenl d'un appareil de con<lcnsalion· : · · 1° Le _yolume de. l'espace viue lolal qu'il doit présenler en rapport avec celui <le la vape4r qui doit s'y délenure; 2° L¡1 quanlilé d'eau froitlc a y ipjecler suivanl la tempéralnre de cclle euu el le volume ou le poids de la vapeur et sa lempéralnre. Nons allons Jire quelques m:>ls de ces deux conuilions, ré·ervanl p our le calcul général Je:; proporlions des machines a vapeur la délerminalion direcle de celles <lu coaden eur en rapporl avec chaque machinc en parliculier. On pose générnlement, comme prinVoLUME n'u:-¡ APPAREIL DE co:-.oENSATIO:"l. cipe d_es appurcils de condeusation cetle loi physique, tres-bien démonlréc par tou s les observalcurs : Lorsq1b'on établit la commtmication entre deu,x récipienls ren{ermant chacun tb11 méme liqtbíde, rncús a des temvératu,res di{Térentes, l' éqtbilibre de tension, entre les vapeul's qu' ils érnellent, s'etablit dans les deu:c récipients sufoant la tension qui correspond a la vapeur érn ise par le liquide le 7J1us froid. En appliq11a11t cetle loi aux condenscnrs des machines n vapeur, on doil foire obscrvcr que le condenseu"t· esl en cffet presque C'.>mplélemenl privé d'air et ne rc11ferme que du liquide qui émct de la vapeur ca;:able d'en salurer l'espace, ou au maximum de force élaslique, l:md is que l'autrc récipienl, c'csl-a-dire le cylin-

4í2

l\IOTEU RS A , \ PE UR.

dre, contienl bien de la rnpeur a une plus hn11le tension, mais hors du conlncl de l'eau qui l'a émise, et qui, en péné.lrant dans le condenseur, commence par se clilalrr comme un gaz pcrmanenl, suivanl la somme <les Yolumes du cylindre du condenseur, el dans un cerlaio rapport entre sn propre tension el celle du milieu d'échappemenl. C'est au moins ce qui peut arriver au· prerni L'r momeol de la communication; .mais la condensalion ne tardant pas a se prod uire, la réduclion de teosion s'opere -au fur el a mesure, el finil par n'étre plus qu'égale a celle de la vapeur émise par le liquide exislnnl dans le condensc11r. ll esl uai que, pour ol.>lenir ce résullat, il faut en meme ternps ajouler la quanlilé d'eau froide nécessaire pour s'emparer de la chaleur dégagée par la vapeur en se condensan!, sans quoi celle chaleur s'ajoulanl au liquide primilivemenl renfermé par le condenseur, la lempéralurc en scrait élevée, et la vapeur émise seraii d'une tension bien supérieure a celle qui régnait au débul de la commuuicalion. Par conséquent, puisque l'cffet recherché n'esl vérilablement olJlenu que pa1: l'addilion de l'eau froide, qui exige, évidemmenl, un ccrtain temps pour opérer, il existe un inlérel réel a donner nu condenseur une capacité telle que la vapeur épronve imm éilialemcnt, en se réparlissant enlrc le cylillllre el fui, une notable détente, av:rnl mcme que la condensalion n'en soit effecluée. Ceci nous fo11rni t l' explicalion rl'u n fai t con lradicloire entre les consh'ucleurs, uonl les uns cherchent a placer le condeuseur aussi pres que possible du cylindre, landis que d'autres ne craignent pas de l'en éloigner, parfois meme d'une distance assez importanle, !elle que la longueur totale d'nne machine horizontale, qui, pour une pnissance moyenne de 20 ü 30 chevaux, peul etre de 5 it 6 metres~ En e1Tel, le condenseur éfanl aussi éloigné du cylindre, se lrouve en communicalion avec luí par un conduit d'une grande capacité, qui s'ajoute i'l la sienne propre et rcnd l'erfet avantageux dont nous venons de parler. Cependant, placé lout pres Ju c lindre, le condenseur u'en sera pas plus mal en lui do11nant, de toule fac;on, une capacité suffisante. En examinanl les machines élahlies par les conslrucleurs les plus expérimentés, on rcconnait que la capacité du condenseur ajontée a celle des conduits de communicalion n'esl jamais inférieure a la moilié, ou au moins an tiers dn volume engendré par le pislon pour un coup simple. Nous revicndrons plus !ard sur ces proporlions en trailnnt des dimensions générales d'un moleur a vapenr. L'état normal des fonctions d'un coudensenr peul done etre résumé ainsi : 1° La vapeur se répartit enlre le cylindre et le condenseur et éprouve, par cela meme, une dilalalion qui d'abord réduit approximativement sa lension dans un rapport in verse des volumes; 2° Suivant la loi physique exposée ci-dessus, la pression de la vapeur, déja réduile, tend a se mellre en équilibre, par la contlensalio11, avec celle qui rcgne dans le cond_enseur; 3° Mais pour que la basse pression iniliale dans le condenseur puisse elre consenéc, il faut inlrocluire des quautilés d'eau froide pour chaque volume ~mccessif

PROPlUÉTÉS DES APPAI\~ILS DE CO~DE SATIO~.

4i3

de vapeur inlroduile, de fa~.on a accélércr d'abord la conuensalion, et que le mélange forme un liquide ala lempéralure Je celui qui, <lans le conuenseur, donné nai'ssance a la pression iniliale. VALEUrt DES QUANTITÉS D'EAU A INJECTER. - Les notions préliminaires (1. r• seclion) ' fournissenl tous les renseignem ents nécessaires, pour résoudre ce probleme relalif _ a l'établissement d'un appareil Je conclensalion. Les données parliculicres de ce probleme sont les suivanles : Mélp.nger a un cerlain poids de vapeur, a une température fixée, une quanlilé d'cau froide dont la tempéralure esl aussi déterminée, el oblenir, apr~·s ie mélange, de l'eau chaudc donl la vapeur, qu'elleestcapable d'émetlre dans le vide, ne dépasse pas Üne certaine limite de force élaslique. Ordinairemenl la quanlilé Je vapeur esl cxprimée en volume el par sa tensiou, ce qui exige une lraduclion en poids et en température, mais qu'il esl facile d'effectuer. II en esl de meme pour le mélange donl il faut trouver la tempéralurc d'apres la lension proposée. Le volume de vapeur est celui introduil a pleine pression dans le cylindre molenr a l'unilé de lemps. ExEMPLE. - Trouver le poids P', d'ean a injecter pour opérer la condensalioo, dans les coodilions suivanles :.

200 litres. Volume de vapcur dépcnsé par seconde.......... Pression absolue............................... 4 almosph. Tempéralurc de l'cau disponible pour l'injeclion ... t = 1.2 degrés. Pression de la vapeur émise ~ar le mél:mge, en hauomet. 04. teur de mercure. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . • . . . • Solution.

om.c. 200

de vapcur P

a la pression de 4 alm., pese, d'apres la table (p. om.c.

200 X 2"0997

1.9) :

0"420.

-La température de la vapeur a 4 almosphercs csl, d'apres la meme table:

= 145°,4.

La valeur du calorique lalent, pour 1. kilog. de vapeur environ, suivant la table (32) : t

a 4 atmospheres

est,

500 calories.

En fin, la table de la page f3 nous• fait connaitre que ele l'eau, pour émellre dans le vide de la vapeur dont la tension ne dépasse pas, au maximum de force élastique, 40 millimetres de mercure, corresponda la température de 35 degrés; soit: t' = 35°. Alors par la formule J (33), des problemes de mélanges, on trouve:

= (T +

t' - ' 1.

t') P = (f45°,4

500 - 35) X 0"420 = 1.1."U. 35° - i2

414

l\ÍOTEUR

A VAPEUR.

insj, pour cbaque volume <le 200 litres de Yapeur a 4 atmo pheres dépensé pai· la machinc el emo)'é au condensrur, il faudrail injecler plus de 1 t kiloo-ram19e& <l'rau a 12 dcgrés pour que la trmpéralure ne dépas lll pas 35°, el que la contre-: pre sion ne füt que ele 40 miilimclres a l'indicalcur du vide; soit ·1/H) d'almo¡.bere. C'est au si la qua11lilé d'rau que doit cnlcYer la pompe clans le meme lemp ; rnais nous verrons qu'on lni donne loujonrs une puissance bcaucoup plus gramle que celle nécessaire i'l l'exlraclion de l'cau de conden alion, a cau e de l'air qu'ellc doil égalcmenl cnJevrr el qui se drgage de l'eau introcluite sous l'influence du: , idc, el meme de la vapcur qui en con crve cncorc. Faisons remarc¡uer, en pa anl, que ce poi<ls d'eau a injeclcr esl indépendant <le la pui sanee nominale de la machine, atlrndn qu'un meme volume de vap,!Ulº <lépen ée pcul dévolopper des qnanlilés de travail différenles, suivant son mode d'emploi, ,aus délente ou avcc une détcnle plus ou moins prolono-ée. Toujour e L-il qu'unc condensalion exige de tres-o-ran<lcs quanlilé d'eau dis-ponible el relalivement a une bnssc tcmpéralure; car si nous nous arrelons a l'cxemple ci-<lessus, 11ous vo ons que le poids d'eau froidc a injecler est pres de 30 fois celui de la apeur dépcn é<'. _ Il csl vrai que nous avons adrnis une opération tres-avancée, c'esl-iHlire qne l'eau de condcnsalion soil a une fail>le lrmpéralnre, tandis 4u au lieu de 35° elle possede p!us somenl 40 et meme 44 a 45 degrés. Mais en.fin, le poids d'cau a injecter est loujours 20 a 30 fois celui de la vapeur, ce qui cst, de toute facon, considérable. Quelques savanls auleurs ont fait' observer qu H·peat bien n'élre pas avanlageux <le pousser le vide trcs-loin, allendu que l'effort nécessaire pour faire mo1tvoir la pompe s'en augmente <l'autant, et qu'il peul alors arriYer moins qu'une compensation. Cependant les conslrucleurs aclucls cherchent, au conlraire, a ren<lre ce vide aussi avancé que possible, en réduisanl la pompea ses moindres dimensions, et en perfcclionnant sa marche. · ous n'ajoulerons ríen, quanl a présent, a ce qui vient d'elre <lit sur les ap¡iareils de conden aliort, que nous aurons souvent encore l'occasion de décrire, en mcme temps que les machines auxquelles ils sont app1iqué . .Mais en trailant particulierement des proportions générales des moleurs a vapeur, cellcs des apparcils de condensation y lrouveront naturellemeut leur place.

FIN

CHAPITHE

QUATRIEME,

CHAPITRE V MACHI 1 ES A VAPEUR VERTICALES A MO

VEMENT DIRECT

(PLAXClfES 45, 46 ET 47)

Nous nous proposons de monlrer 111aintenant divcrs excmples de machines dont la po ilion est verlicale, posilion qui est alors celle que le cylindre a vaprur .occupe lui-meme, rnai.s en faisant toutefois la dislinclion des machines diles a móuvement direcl, de celles diles a balanci.er dans lesquelles le cylindre est aussi placé verlicalement et que nous décrirons dans un cbapilre spécial. 1 ous ri'avons guere a insisler, pour ce lle revue, que sur les délni.).s de construction, allendu que tout ce qui préccde explique complélemenl les fonclions des organes principaux d'un moleur a vnpeur, tels que la lransfo1analion du mouvement, les mécanismes de dislrilmlion, les appareils d'alimenlnlion el de condensation, caracteres que l'on retrouve, guclle que soit, en résumé, la disposition générale du moleur. On sail que · toules ces machines ne possedent pas d'nppareil condensaleur; mais teUes qu'elles se présentent il esl toujours possible el' en supposer un, ou de l'y ajouter réellemenl; on a vu, en effet, que l'atljonclion de ce! appareil n'exige c¡u'.unc ,prise de mouvernent pour la pompe a air, ce qui n'apporte aucune modification essentielle au rr'récanisrne de la mnchine et a sa conslruclion. Les machines verticales a rnouvement direct onl élé et sont encore, surtout pour les faibles puissances, tres-souvent employées. D'une disposilion el d'une conslruction plus simples que les machines a balancier, elles sont venues loul nalurellrment apres crlles-ci, et les ont relr!placées dans cerlains cas avec avantage, ,parliculierement ·a canse de frnr moindrc prix de revient et de l'économie qu'elles permellenl de réaliser dans les frais <l'inslallalion. Elles exigen I moins de place, el peuvent se loger dans des espaces beaucoup plus restreinls; les organcs qui les composent élant plus ramassés, sont aussi d'une sqrveillance et d'un enlrelien plus fuciles. Leur rnontage se fait plus rapi<lement, avec moins ele peine et de pTécaulion. Si a ces avautages on joint celui tl'avoir, quand il esl nécessaire, 1'arbre moleur placé a la parlie supérfoure de la macbine, condilion opposée a la slructure dn systeme a balnncier, on doit comprendre que le sysleme ver.tical ait élé p1 éféré daos bien des circonstances. ·

476

:MOTEURS A VAPEUR.

11 faut ajoutcr cependant que la machi.ne it balancier représente mieux que la .machine a mouvcment direct; elle est plus monumcntale, ce qui peut. etre quelquefois un motif pour son adoption. Mais elle a surtout ceci d'important, qu'elle peut acquérir un tres-haut dcgré de régularité par le fail de son mécanisme en quclque sorle mis en éqnilibre par le balancicr; et puis, une fois bien monlée et solidement assise, elle exige peu de réparations. Ceci fait qn'on luí donne somént la préférence dans les établissemenls importants, qui onl besoin d'une grande force motrice et qui recherchent surtout la grande régularité de mouvement. En résnmé, pour les pelites forces, lorsque ce n'esl pas la machine horizontale. on adopte généralement les machines verticales sans balancier et sans condensation comme moteurs de conslruction économique. Bien des disposilions ont été imaginées dans ce but; il nous parait ulile de faire connaitre les principales 1.lans lesquelles nous dislinguerons les types suh·auts: f 0 La machine a deux colonnes prenant son point d'appui en parlie sur son propre bAli et en parlie sur un mur voisin; 2° La macbine a chevalet, dans laquellc les deux colonnes sont remplacées par un simple bali lriangulaire, avec le meme mode de point d'appui; 3° La machine a quatre colonnes, qui, portées sur une seule et meme plaque de fondation, sonl réuni es par un entablement en fon le sur lequel repose l'arbre moteur, afin d'isoler tout le systeme des murs du Mtimenl et de permetlre de le placer par suite partout oü on peut le désircr; 4° La macbine a socle ou a tahouret, surmonlée de glissieres ou C'Oulisses verticales, et qui porte également tous les organes pour isoler de meme tout !'ensemble; o0 La machi ne a cylindre renversé et porté a la parlie supérieure du bAli; 6° La machine a colonne creuse el a jours, rcnfermant tout le mécanisme. Toules ces machines se_distinguent non-seulement par la forme et la disposition de leur bati, mais souvent aussi par leur mode de distribulion, comme par le mécanisme employé pour diriger la marche rectiligne du pislon. Elles sont d'ailleurs susceptibles de fonclionner avec ou sans détente, et avec ou sans conde11sation, comme aussi d'elre modifiées dans les détails d'exécution. Nous n'avoos p::is compris dans ce genre de machines verticales, que nous avons appelées machines a mouvement direct, les moleurs a vapeur dans lesquels le pislon opere directement son effet, comme dans le·s marteaux-pilons, par exemple, que l't:m emploie beaucoup aujourd'hui dans les forges et dans les ateliers de construclion. Ces rnoteurs, qui devront nécessairement faire le sujcl d'un article séµaré, se dislinguen l d'une mani ere toute spéciale, par la dénomination de machines a a,;tion directe. Nous en avons aussi séparé les machines oscillantes ( p. 35,) , qui sont, du reste, susceptibles d'affecler a la fois tous les divers modes de conslruclion des machines verticales et meme horizontales, mais dont le caraclr.re distinclif spécial doit etre l'objet d'une menlion parliculiere.

MACHINE A DIRECTRICES.

477

JIIIACBINE A DE'D'X COLONNES ET A DIRECTRICES

Construite par 111. 111 AR TI N , mécanicien ( FIG. ~ ET

PL.

a Paris

45)

Celte machine est l'cxemple moderne d'un type adopté depuis longtemps pourles forces moyennes, snrlout avanl l' extension du systeme horizontal. Presque tous: les conslrucleurs de machines a vapeur en ont exéculé un grand nombre. Nous. pourrions rappeler parliculierement M. lmbert, ancien mécanicien de Paris, dont le nom est encore conservé pour désigner ce sysleme de conslrucliou, simple et économique. Le bali se compase de deux colonnes en fonte boulonnées par leur base sur une forte plaque d'assise, el reliées a leur sommet par un~ grande corniche dont les cótés latéraux vont se sccller daus le mur meme du ha.limen t. Pour diminuer les proporlions généralcs du bali, le cylindre repose sur la plaque de íondalion par le ruilieu de sa hauteur, tandis que dans les premieres machines analogues il y repo. sait direclemcnl par sa hase, la plaque forman! elle-memc la rr1 metw·e inférieure. Cette machine n'a pus de condenseur, ce qui signifie que l'échappement de la vapeur a lieu direclemenl dans l'atmosphere. ENSEMBLE DE L!. CONSTRUCTION

La fig. 1 de 1~ pl. f5 est une vue de face exlérieure de la machi ne; La fig. 2 en esl une seclion transversale, faite par l'axe du cylindre et de !'ensemble du mouvement. Le cylindre A de cette machine est fondu avec une brid·e circulaire a ménagée au milieu de sa hauteur, et par laquelle il est boulonné sur la plaque de fondation B, qui repose sur deux dés en pierre C. Sur la plaque B sont montées, de chaque coté du cylindre et en arriere de son axe, deux colonnes en fonte D sur la tete desquelles repose un entablement également en fonte E, qui a pour double fonction de porler le palier F de l'arbre moteur G, et de consolider le tout, en venant se relier au mur transversal du batimenl dans lequel est montée la machine. Cet entablement présente, en plan horizontal, une sorte de rectangle donl un des deux grands cólés esl supprimé et remplacé par le mur laléral contre lequcl les deux petits cotés sont boulonnés et scellés. Sa longueur doit élre suffisante pour y renfermer le volanl B. Cette premiere parlie du Mti est complélée par celle relaiiYe aux glissieres qui servent a guirlP.r la marche rectiligne du pislon.

·,4-'i8

MOTEURS A VAPEUR.

Les guidcs de ces glissiercs sonl denx pelilcs colonncs en fer I, tournées bien cylindriques, et bo11lonnées par \eur base aux oreilles verrnes de fonte avrc la bri'd<i supérieure du c5'li11dre a vnpeur et sur l'axe du mou:ven1en1. li.es ex1rémilés opposées sout assemblées avec une pelite corniche ou traverse J qui se relie aux dcux ~olonnes principales D. Cclle corniche ·csl!(úntrée a ohaque bout pour se meltre en relraite de l'axe, afin de Jivrer passage a la bielle L. Lrs glissieres propreme nt diles s01:1t ~es.demi-c?quilles cylindriqurs en bronze e, fondues chacune avec une donille par laquelle riles s'assemhlent avec la lraverse M de la tige dn pislon. Ces <leux pieces suivent alors IQs deux guides qui maintien·nent la ycrticalité de la ti'ge dans tous les sens. Comme dans la llisposition horizontale, \'une des denx ·colonnettes I supporte, exclusivemcnt, une pression latéralc qui résulte de la décomposilion de mouvement entre la bielle 'L et la manivellé N, s uivaot le seos d11 mouvement de l'arhre moteur; il peut don·c en 1'ésulter une usure inégale qui lende a rejeter la tige bors de la verticale; mais on s'est arrnngé de fac;on a rélablir trcs-exaclemenl celte posilion en fixanl les glissieres e snr la travérse M au moyen de élavettes de serrage s,. qüi agissent comme pour les cous·s inets de la hielle et p crmeltcnt, soit de regagner le jeu, soit de réglcr, daos lous les ·cas, le cootacl avec les guides, en ohservanl la verticalilé de la tige du piston. La dislribulion appliquée a celle machine est celle a détente dn systeme Farcot. La boite de distribulion O est placée en avaot du cylindre, pour en facililer l'acces, et dans la parlie supérieure, a cause de la briJe a et par suite du mode meme de , montage du c-ylindre . Pour cela un renvoi de mouveme nt devenait nécessaire, afin de communiquer du tiro ir el a l' excentrique P, lequel commanJe égulemenl le pistoi1 <le la pompe alimentaire Q. L'ensemhle du mécanisme de ren· oi se c@mpose d'1t00.rd d'un cha.ssis R, auquel ,est rattachée la lige Ju tiroir, et qui entourc la boile de dislribution. Les deux tigcs -verticales qui enlrenl dáns la composition du •oha:ssis, trave,~scnt ·la ibui<le a paT 1des ouvertures garúies de gobelcts en bronze pour le graissage. Ceci Goncomit alors, avec la garnilure de la boite a vapeur, a mainlenir la reclilude du mouvemen:t du chassis. Celui-ci esl relié, au-dessous de la plaque B, var ·une tlige articul'ée .e, a un levier f, dont le point d'appui et a:oscilla\lion est pris sur le fond du cylindre. L'exlrémité opposée du levier f ést assernblóe avec une-,lige vertioale g, qui travensc •la plaque B, el vicnt se ,reli'er, par une par:'lie ·taraudée et d-eux é'orous h, avec un goujon i , formant le lourillon d'assemblage ,tle 1la .haure d'excenh·iqued et.du pi·ston de·la pompe alimentait·e, qui esl aortforme a ,celle dite d'Edwa1·d.s, •pair la disposition de la bolle a clapets. Quoique ce systeme soil ado;,té par plusieurs ,mécaniciens ,dans .un bm 1<lhfoonomie, nous dernns •faire remarquer q11e la solidarité,de la .commancle ,entre.le tiroir et la pompe peut ~tre regar<lée comme wn inconvónienl, •stirlouit :par le jeu :que peut prendre le goujon i , qui esl 'tout a f1fü en poJ1te..:a.,fat.1~. La machine est pourvue d'un régulateur a force cenlr:ifuge S, qui estiorganisé pour agir sur la camme de délenle, aolflmelle fonl bien tles conslr.t1deur.s. L'axe lt de ce régulalenr cst appuyé ¡sur un ohe,valet ~riang;tllai,re ff. fix<é sur la

MACH'INE K DIRECTRICES.

4¡9-

plaque ele fondatjoú. ll'est guidé asa parlie snpérieure par mi petil_support l, bóulonnú nprcs le palier F, el to11l pres des deux roues d'anglc m par lesquelles I'arbre principal lui communique le monvement... - º La lransmission clu manchon clu régulaleur a la camme de détentc a lieu par la tigé n agissanrsur un levier o, clisposé commc cel11i f, et asscmhlé par: l'autre b@ut avcc une tige p qui adionne, a son tour, un pelil levier a segmenl denté q, engr:e-· nanl avec un pi gno n monté sur'l:axc de la cómme. Cel axe parle aµssi une aiguille qui monlre sur le caclran r chaquc degré de la délente. On Yoil que le ch~~al~t T . esl' ulilisé' ·µour servir de gnide a la tige g qui commancle le tiroir; cetle lige e'st; é'n éffel, mai11lenue dans son mouvernent vertical p.ar· deux su,pporls t fond.us de la me111e piece. que le chovulel. Co¡,¡srnucT10N uu cn1No11.E. - Le cylindre mo1eur A est fondu a:vec deux can.aui circulaircs i~ qui correspon<lent respeclivemenl a l'arrivée et a l'échappement de la ,,apr.m. On a .vu (p. 3~~ } en quoi consiste ordinairemenl la disposil~on de ces canaux pár ra-pport aux orífices dislributeurs. Mnis ici ils coutournent lous deux _ le cyliiidre e:t _se t_ermine¡nt1par deux tubulures u', auxquelles viennent se .racc0rd.cr denx conduits U, dont la fig. 2 permet d'apeucevoir l'un d'eux. Le reste de la structure du cylindre n'offre de parliculier que le mode ele fcrmeture du fond, qui s'oµere au moyen i l\m bouch0n v, sans b.ride saillante, a cause ele la mise en place du cylin<lre, en l'introduisant par l'ouverlure circulaire ménag,;e daos la..plaque.,de fon:dalion. ,

DIMENSIONS ET CONDITIONS DE MARCHE .

Voici les dimensions principales de cetle machi ne, el desquelles on pcul déduire sos <,:ondili0n~ de ma,rchl')v: Diametrc du cylindre ou du piston ......................... . om 290 Coúrse-du piston. : ..•.. : . : •...•.......................... on 630 Diamelre des' tourillons de l'arb're molenr .................. . omoso Rapporl de la longueur de la biclle au rayon de la manivdle .. 4: 1 Rayon moyen de la jl;lnte du volan l ... , •........... : . . ..... , 1m 400 .Poids de la janle du volant. .............................. . 1000 kil. D'apres cela, la pression 'étant de o almospheres daos la chaudiere, la dé lente élant réglée a une durée égale aux .3(4. d~ ~a course du pislon, et sachanl que l'échappement se fait a l'air libre, il est facile de calculer sa puissan~e théorique .(p. 3~3),. . . .• - Sol.iüióii •. ~ V\>1ume en metfe cube eng~hdré p,ar le piston a cl:i'c1qu.e coup,_ ~i"mpl~: ·..· .· '

'· •

• :.1

. . -,

480

MOTEURS A VAPEUR.

Volume de vapeur, i':t pleine pression, dépensée par coup simple:

= -D = O,Mt6 =

Qm,c.·0104.

Travail de f melre cuhe de vapeur ala pression de f almosphere, et détendu quatre fois (í2) : t

24658 kilograrnmetrcs.

Pression absolue de la vapeur............ Pression du milieu d'échappement... . • . . .

= 5 alm.

f atm.

Quantilé théorique de lravail développé par coup <loub'.e du piston ou pat· tour de 1'.arbre moteur (p. 333, formule A) : <

T = 2(dtp-10333 Dp'); . T . 2 (0,0104 X 246158 X 5 - 10333 X 0,0416 X f)

= fí04"í~6.

Mais la vilesse de la machine étant réglée a 45 tours par minute, on trome _alors, pour le travail lo tal lhéorique par seconde : T'

= Tn = {704,726 60

X 45

i. 278

,'-' 4 4•

Enfin, celte derniere valeur ramenée a l'unilé ordinaire, en chernux-vapeur, et ,en admettant un effet u lile de 60/ 00, fournit en résumé, pour la puis!'ance nomi.nale de la machine : f278 544

X 0,60

= f0,22 chevaux-vapeur.

iclle serail la puissance nominale de la machine représentée fig. i et 2, pl. 15, (lans les conditions exposées ci-dessus, el en admel1aut que son état d'enlretien et de régularité de marche permit d'ohtenir 60 p. 0/0 de la puissance théorique, correspondant a ti volume et a la pression de la vapeur dépensée.

llllACBINE A MOUVEMENT D,E PAB.ALLÉLOGB.AllllMB

Construite par

M. LECOUTEUX,

(FIG, ~, PL.

méca.nicien

a Paris

~6)

CeHe machine est donnée ici parliculierement pour le mécanisme destiné a diri~ ger la tigé du piston en remplacement des glissicres dont nous avons vu plusieurs fois la disposilion. La construction d'ensemble, hors de ce point que nous voulons examiner, esl presqne enlieremenl analogue a celle de la Il1é\Chine précédenle, si ce n'e:;t que le cylindre A repose par sa base sur la plaque de fondaHon, au lieu

MACHINE A PARALLÉLOGRAMlVIE.

48l d·et,re pris· par le milieu d~ sa hauteur . .Elle est conforme, en cela, á la plupart des preinieres machines -verticales construites par MM. Bourdou, Imberl et par. t.l'autres mécaniciens . . · - Sur la plaque d'-assise B on ménage une •partie saillanle, qui pénelre_dans Je cylindre· et permet de le bien centrer en favorisant aussi la confeclíon du joinl. Sur celte plaque sonl établies les deux colonnes D qui supportent un entablement E disposé comme précédemmenl, toutefois avec cette différencc que lepalier F de l'arhre moteur G est rapporté, au lieu d'etre fondu de la meme piece que l'entablement. Celui-ci, au lieu d'étre réduit a trois cótés, fait entíerernent le tour du volant H,l afin -de recevoir le deuxieme palier de l'arbre moteur, condilion préf'érable a Loutes celles qui -conduisent a placer ce palier sur le mur, et par suite a l'isoler rela1ívement du batí de la machine. La dislribution est faite avec l'application de la détente Farcot; elle fonctionne avéc un excentrique disti~ct de celui qui fait marcher la pompe alimen.taire. Le régulateur S, auquel on a donné le clrnpeau du palier pour point d'appui, rec;oit son mouvement par <leux poulies placées, la premiere sur l'arbre motfnr, et la seconde sur un hout d'axe monté sm un cadrern, lt l'intérieur duquel se. trouvenf deux p_etites roues. d'ang:le, dont l'une est fixée .sur ce ·bout d'axe. et l'.autre sn1: i::elui {}u régul_ateur. .. :. En sommé, Get. ensemble est si simple qu~ ·la seule vue .de face, fig. i re; le reprét senterait complélement, si l'on pouvait apercevoir la boite de distribution et la pompe alimenlaire, toutes deux siluées dans l'axe du cylindre qui les masque. On ne peut pas davantage apercevoir les conduils de vapeur qui out élé habilement dissimulés dans la plaque de fondation meme. . Nous pouvons done reporter toule l'atlention sur le mécanisme qui serla <lirig~r la tige du pislon, mécanisme que l'on peut appeler parallélogrCl/mme, par analogie avec celui qu'a fait Watt pour atteindre le meme but dans les machines a balancier. La tige b u.u piston est surmontée <l'une tete fourchue a deux hranches, a, traversées par le tourillon M, lequel établit la réunion arliculée entre celte fourche el la bielle motrice L, dont la t~Le est également fourchue, comme poqr les machines précédenles, pl. 9 et pl. 15, fig.1 el 2. La partie libre de la traverse M, entre les branches de la-fourche, porte alors, monté par le milieu de sa longueur, un pelit Je: vier ou líen K, dont les extrémités son t assemblées a articulation avec deux balanciers I, de meme longueur, qui onl leurs points d'oscillatíon sur des supporls J fixés aux deux colonnes D. D'apres cela, on comprend que la tige du piston, en se déplac;ant, fa~t mouvoir l'en$emble de ce mécanisme dans lequel les deux balancicrs décrivent des ares de éerclé egaux, mais dirigés en sens contraire, et que les extrémités ·du lien K suivenl exactement. Par les dimensions de ces ¡jieces et leur ·posilon respectiv·e, le centre qu levier K, qui est celui de la traverse M et de la tige b, reste conslamm'ent s"tír l'axe gériéral du mou\rement rectilignc du piston, clorit la marche est ainsi maintenue parfailement · en ligne droite. ' ' · l.

482

MOTEURS A VAPEUR.

L'avanlage d'un pareil mécauisme, sur les g1issieres simples, est de remplacer le frollemenl par glissement, auquel elles donnent lieu, par des froltements de roulement qui, comme on le sait, absqrbent comparativement peu de for~e molrice, pourvu qu'on ail le soiu de ne donher aux axes tournants que la grosseur slrictemenl nécessaire. On-corn;oit, en effet, que le mouvement décomposé, du a l'ohliquité de la bielle motrice (p. '346), donne lieu a des efforts de poussée et de traction. sur les balanciers I, lesquels efforts se résument en pressions supportées par leurs tourillons d'asscmblnge, soit avec les supports J, soit avec le lien K. C'est a M. feu Gengembre, ancien ingénieur de l'usine u'Indret, que l'on altribue les premieres applicalions faites en France de ce sysleme de parallélogramme, qui est d'un bon effet. M. E. Bourdou a également construit, il y a envir(:)n vingt-cinq ans, des machines semblahles pourvues du meme mécanisme. Peu de mots suffiront maintenant pour en expliquer le tracé géométrique. Soient, (fig. 76), b' a2 la ligne u'axe parconrue par lepoint u'attache de la tige du piston, et C, C' et C2 lespoints occupés par le centre du lien K, des'siné sur la fig. tre, pl. 16, au milieu et aux cxtrémités de la course. On adopte généralement, en principe, que les deux ares de cercle tlécrits par les bielles I ont leurs cordes a' a2 el b' b2 exactement confondues avec l'axe b' a\ ce qui a pour résultat d'amener a chaque fin de course le lien K sur cet axe. De plus, on suppose les centres tl'oscillation A et A', situés sur des horizontales passant par les milieux a' et b2 des distances entre les· poinls .extremes C' C2 et le point C central de la course.

D'apres cela, lorsque le pislon est a l'extrémité supéri:eure de sa course, le líen esl sur la ligne d'axe, en a' b', el les deux balanciers occupent les positions A' b' et Aa'. A l'extrémité opposée, le líen est encore sur la ligne d'axe, en a! bZ, et les halan' ciers en A' b1 et A a!.

l\lACHINE A PARALLÉLOGRAl\lME.

483

Pour trouver la posilion moyenne, il suffit de décrire du point C un cercle ayant pour diametre la longueur du lien; les intersections a et b de ce cercle, avec les ares décrits par les balanciers, donneront a la fois l'inclinaison ab de ce lien et les positions relatives A' b et A a des deux balanciers. En résumé, la longucur de ces pieces, et la posi Lion des centres A et A', sont évidemment variables; mais on doit chercher a donner au lien la plus grande longueur possib\e, comparée a la grandeur des fleches a' b ou a b2 des ares <lécri Is par les balanciers. Il faut aussi que ces derniers soient tres-sensiblement paralleles dans la position moyennc, el l'on s'en rapprochera d'autant plus que le lien luimeme sera plus long par rapport aux fleches des ares. De toule fa!;On, on n'obtient pas la rectitude demandée avec la rigueur malhématique1 qui ne peut exister dans ce Lle c.ombinaison d'arcs de cercle, pus plus que dans d'autres analogues, tels que le famenx parallélogramme de Watt. Cependanl, en observant des rapports convenables entre les pieces du mécanisme, on peut s'approcher aussi pres clu but que la pratique l'exige. Ainsi, pour la machine qui nons occupe, la longueur du lien K est égale au rayon de la manivelle, et la corde des ares décrils par ses exlrémités est nécessairement double, c'est-a-dire égale a la course du piston; les balanciers sont asscz longs pour que la fleche de ces ares ne soit que 1/8 de la longueur du lien; ils ont, a cel effet, pour longueur, 3,5 de fois le rayon de la manivelle.

Dans ces con<litions, un tracé fait avec soin, et de grandeur <l'exécution, ne snfflt meme pas pour découvrir le défaut de rectitude dans le cheminement de la traverse M, (pi. 15) ce qui ne serait réellement appréciable que par le calcul, mais alors pour des quanlilés tout a fait négligeables en pralique. 11 est remarquable que ce parallélogramme peut etre exécuté dans des coudilions un peu différentes, sans que tes résultals soient sensiblement modifiés. Nous en donnons un exemple par la figure ci-contre. La fig. 77 est le tracé géométrique du meme mécanisme élabli, en admeltantque

. - MOTEtJis •A ·V1\_PEUR ; ~84 'la fleche des ares décrits· par les balanciers sbit coupéc en deux- parlies égales -pnr -la vertícale qui· représerite"l'axe du mouvem·entdu ptston. . Par cette combinaison le lien ajuste pout longucnr la corde de la moilié-dc l'arc engendré par chacun des balanciers; mais_ il est alors incliné daos chacune de ses positions extremes, au lieu d'etre sur la verticale. . En donnant au lien et aux balanciers des longueurs relativos égales a celles •adrnises dans l'exemplc précédent, la déviation totale du líen, par rapporf a l'axe du mouvement est aussi la meme, sauf que, dans le dernier cas, elle se trouve répartie égalemenl Je chaque coté. Les prcmi eres applicalio.n s <le ce rnécanismc ont élé faites sur ce seconrl mode de Lracé. JI ne nous semble pas qu'il existe de raisons sérieuses pour faire préférer l'uue ~1 l'aulre mélhode, si ce n'cst pent-etre la queslion de la poussée en direction fixe due ü la décomposition du mouvement par l'inclinaison de la bielle motrice (p. 347), qui peut rendre préfé_rable la premiere rnéthode, par laquelle le lien conserve- aussi son inclinaison dirigéc dans le meme sens entre ses po-sitions extremes, qui soni, comme on l'a y_u,, préoisément verticales. . Faisqns remarquer que l'exéculion Je celle machi ne est irréprochable ,· aussi :hien par les proporlions de ses divers organes que par le fini de ses ajuslements. Elle fonctionne sans appal'eil a·e condensation, quoi<ju'on puisse en ajouter -un, en prolongeant l'un des balanciers J pour y ratlacher le mouvement p'une pompe a air. Sa puissancc nominale effective esl de 8 chevaux-vapeur pour 40 tours de l'arbre par minute,. ce qui correspond a une vitesse moyenne dn pistan de om 80 par seconde.

MACBINE 4

DIB.EOTl\lCES .A VEC BA'l'I ISOLÉ

Construite par M. DE R T R A N D, mécanicien ( FIG.

l'L,

Paris

~6)

Celle machine, tout a fait idcntiquc, en principe, a cellc représentée fig. 1 el 2, pl. rn, se •Jislinguc par une grande simplícité d'exéculíon, qui ne nnil aucunement, d'ailleurs, it ses J'onctions comme 'moleur d'une moyenne puissance. Le cylindre A est-fondu de la meme piece que la plaque de fondation B) qui forme . comme un so ele, par la forte moulure dont elle est mu nie au pourlour . .De plus, le cyli.ndre est fondu avec une enveloppe A', pour y amcner <le la. vapeur -et conserver la tempéralure de celle qui agit sur le pistan. Cetle enveloppe n'est reliée au cylindre, aux deme extré'mi tés, que par quelques points, entre lesquels il est tresfacile de s.outenir le noyau, pour le moulage, et de.l'extraire ensuile, la piece élanl fon<luc. La fermelure Je l'espace annülaire, qui existe entre l'enveloppe el •le cylindre, est alors opéré.e par.le couvercle meme de celui-ci et par son-fond: v. •

MAC·HINE AVEC BATI · IS-OLÉ. Le constructeur a. disposé le cylindre tout a fait en contre-lias de la plaque de fondation, en vue, d'abonl, <le diminuer la hauleur totale c]e lamachine, et ensuite pour t-enir complélement libre la partie dans laquelle est ménagée la bo1L{) de <listribution. Cette particularité de l'abaissement du cylindre., jointe a la puissante assise <lonnée aux colonnes D, a permis de limiter l'entablement de fonte E a ces deux colonues, sans chercber de point <l'appui sur le mur contigu. Le montage de la machine se réduit done a l'asseoir par sa base sur les dés en pierre C, et a placer l'arbre moteur entre le bati et le mur voisin sur lequel est fixé son deuxieme sup¡:>Órl, le prcmier F étant fon<lu ·c1e la meme piece avec la corniche. Celte 'machi ne a pourtant tou te la· solidilé requise; la forme particuliere de son entablement permet aussi plus aisément d'augmenter le diamelre du volant H, qui est <;:!u reste tres-puissant. La traverse M est forgée de la meme·piece que la chape qui surmonte la tringle d n piston ·et a·laqi.Jelle s'asse·ml:ile la bielle. Les <leux glissieres e son t aj ustées aux <lenx bouts de "la traverse, s'a ns aucun moyen dé regagner le jeu par l'nsure. Le .constructeur préfere rapporler des rondelles minces clerriere les embases, quand le jeu est devenu considérable, qne d'employer <les clefs de serrage, parce que, soit par négligence, soit -par inalténtion, il arrive que l'on serre trop, et qu'on ·augmenfe J~-froltement. Cette observation est juste, lorsque la machine est confiée it des mnins inhabiles; elle a d'ailleurs le mérile de conduire aux dispositions les tilus économiques. Cependant, un moyeil de serrage facultalif a bien son avantage, si l'on veut . prendre le soin el les précautions nécessafres dans le service. Le monlage des deux guides I offre également des comlilions de simplicilé. Clrncuri d'eux porte une embasc el un tenon cyliudrique qui s'ajusle librement ,dans la plaque de fondalion. La parlie supérieure est appuyée daos un lalon évidé ·circulairement, et·qui apparlienl a la traverse J; ellcyest fixéc au moyen <l'une vis a tele fraisée. L'ensemble de cetle conslrnction a pour caractere la plus extreme simplicité• .dans les ajuslements et en rncme lemps une grande solidité. L'arure moleur est forgé de la merne piece avec la manivelle N, conuition toujours favorable, quand on peut l'adopter. Les scules parlies que la figure ne mon tre pas sont le mécanismc de dislribulion et la pompe nlirrientaire. M:ais la distribulion est encore celle a uétente du systeme d'e 1\1. Farcot; et la po-mpe, cornmandée par un excentrique spécial, ne présenle rien de parliculier, si ·ce n'est que son piston est relié a la bielle de l'excenlriquc par une donille avec vis de pression pour l'arreter on Ie-faire fonclionner a volonté, ;conformément a des procé<lés qui ont été incliqués (p. 43ñ). Les <li·m ensions de celte machine correspondent a une puissance nominale de 10 cbevaux-vapeur pour ñO tours par minute, en adrneltant, comme précédemment, ·que la pression ·soit de·ñ atmospheres dans la chaudiere, et que la détentc ail lien pendant les trois derniers quarls de la course dn piston.

486

MOTEURS A VAPEUR.

:MACRIJIIT:E A DIRECTRICES A.VEO DA.TI TBIAJIITG'ULAIRE

Construite par

nr.

LEQUESNE, mécanicien

(FIG.

a Paris

3, PL. rn)

Ce mode de construction, qui est adopté ·par plusieurs mécaniciens, a pour lui la simplicité el l'élégance, et comporte toute la solidité désirable, en l'appliquant a de peli les machines. Celle rcprésenlée fig. 3 est cl'une puissance nqminale de 4 chevaux-vapeur pour 40 tours de l'arbre a manivelle par rninüte. · Les ·colonnes el l'entablement, qui constituenl le bali dans les machines précé<lentes, sont rernplacées daos celle-:ci par un M.ti en foute D dont la forme générale est triangulaire, rnoins le sommet qui est arrondi et se raccorde avec le palier F, fondu de_la meme piece. On voil que la structurc de ce bali consiste dans un panncau de peu d'.é paisseur, renforcé sur les hords par des nervures en saillie. Il esl terminé par des patins qui s'ajustent avec des coins entre des talons mériagés a la plaque de fondation, et fixés ensuHe par des boulons. La plaque rcc;oil le cy1indrc a vapeur A, qui est pris par le milieu de sa hautcur, ou il est muni d'une bride ou rebord· a. Les guides I de l~ traverse M sont reliés, d' un boul avec des oreilles appartenant au cyliudre, et Lle l'autre avec des douilles cylindriques en fer J rapportées au bali, pour la facilité de leur alésage. Comme dans les machines décrites ci-dessus, l'arbrc moteur est porté d'un ct'ité par le sommet dn bali et de l'aulre par un dcuxieme support appuyé sur le mur, derriere le volant. On conslruit aussi des machines aualogues, avec deux Mlis scrnblables a celui D, qui permetlent a-lors le monlage co·m plet du mécanisme, · sans aufre appui que la pierre de fondation C. La distribulion adoptée ici par M. Lequesne se compose d'un tiroir ordinaire, sans mécanisme de détente. La vapeur s'introduit dans la boite par le conduit U el s'échappe du cylindre dans l'atmosphcre par celui U'. On remarque sur le cont.luit d'entrée une boile cylindrique p dans laquellc cst ajusté le papillon (p. 325), mis en rapport avec le régulateur S, pour régler la marche de la rnachine. Cette relation esl établie par un petit levier q, monté sur l'axe du papillon, et rattaché a une tringle n coJrespondant a une bascule o, dont l'une des extrémités est fourchue el engagée daris le manchon du régulateur. Ce dernier est monté sur un supporl spécial rattaché au bali par des houlons r; il esl mis en mouvemenl par deux roues cl'angle, dont l'une cst monlée sur son axe k, el l'aulre sur l'arbre moteur. Cet arbre porte le volant H ainsi que t.leux exccntriques, dont on voit les hielles j et j', pour commander le tiroir et la pornpe alime_ptaire.

• MACHINE AVEC BIELLE EN CADRE TRAPÉZOIDAL.

487,

111.A.CBIJ.\TE .A.VEC BIJ:LLE DISPOSÉE EX C.A.DB.E TB.A.PÉZOID .A.L

( FIG,

PL.

~ 5)

On a vu dans les exernples précédents, que l'arbre moteur était placé au-dessus de la machine, disposition qui permet de communiquer le mouvement a l'arhre par une bielle simple, et qui est préféré dans diverses usines pour la facilil_é qu'elle , présente de transmettre son action aux métiers ou appareils afaire mouvoir. Mais quand, par une nécessité locale, l'arbre doit elre situé pres du sol, et qu'o11 · n'adopte pas le systeme horizontal nilesysteme a balancier, l'obligalion de donner une base au cylindre a vapeur conduit a appliquer soit une disposition de doublEl bielle, qui comporte un arbre a frois manivelles (p. 33i), ou bien l'une qe celles dont nous montrons des exemples sur les fig. 3 des pl. 15 et 17. La machine représentéc par la fig. 3 de la pl. HS a cela de rcmarquable, que l'arbre moteur G devant etre ~lacé au-dessous du cylin<lre, la hielle est constiluée par un cadre en forme de trapeze, composé de deux tiges L assemblées avec deux traverses E et E', dont !'une est articulée'·avec la traverse M qu~ guide la tige du piston, et l'autre avec le bouton de la manivelle N. Ainsi, la transrnission du mouvement du piston a la manivelle a lieu comme avec une bielle simple, dont l'élément géométrique est une Iigne droite joignant les centres d'arliculalion des lraverses .. La disposition du cadre permet que !'ensemble du mécanisme puisse etre compris dans un meme plan passant par l'axe du cylindre. A part ce point qui la caractérise, la construclion de cet~e machi ne esl simple et pen dispendieuse. Cependant, elle pourrail parailre d'abord un peu isolée par rapport au baliment, si l'organe principal du mouvement, l'arhre moteur, n'étail appuyé directement sur le sol et a l'ab1;i de toute cause d'ébranlement. D'ailleurs, il s'agit d'une faible puissance, de 2 a 3 chevaux-vapeur seulement; dans ce cas on peut aisément donner un exces de résistance aux pieces qui seraient ·susceptibles de vibrer, comme, par exemple, aux guides de la tige du piston. Le cylindre A est 'fixé par quatre boulons sur un socle en fon te B, de forme carrée, et assujetti de meme sur la mai;onnerie. JI est évidé sur ses quatre ·faces, suivant des ouvertures de forme ogivale, dont deux le coupent entierement pour le passage de la traverse E'. L'une des parois paralleles a cette derniere est contmuée au-dessous du soÍ par un appendice B1 , qui rei;oit le premier p,alier F de l'arbre a manivelle, disposition plus convenable que si ce palier élait iµdépendar1t du ..bali de la machine. La bride supérieure du cylindre est carrée pour permettre l'application de deux supports en arcade I', sur lesquels se fixent, par un tenon cylindrique el un écrou, les deux tiges I qui servent a guider la traverse M, montée sur la tige du piston. ·

• -MOTEURS: A VAPEUR.

488

. '-·

••

Celte traverse e:;;t formée d'un axe cylíndrique qui s'asscmble avec une chape cla:velée a l'extrémité de la tige, et sur lequel oscille le cóté supérieur E du cadre lropézoi:dal, entre les joues. de la chape. Les <leux glissieres.._ c.sont alors monlées aux extrémilés du meme axe. Les deux guides I sont assemblés a l~ur _ext_rérnité supérieure, de la méme fa<;on que par le has, avec une pelite traverse en fonte J, au centre de laquelle se trouve ménagé un boisseau cylindrique pour y monter le régulateur S. Son axe k s'y appuie, au fond, pai,- un pivot, et .porte vers l'entrée un collel par lequel il est re len u au moyen <l'une bague b disposée a peu pres comme un presse-étoupe. · L'axe du rég·ulateur porte, pour le mettre en mouvement, ·une petile poulie m qui correspond, par une courroie horizontale ·croisée, avec une autre pouli'e da reuvoi ·plf1cée confre le mur voisin et sur un bo~l d'axe commandé de meme par ' Farbre principal G de la machine. On sait que ces diverses_parlies du mécanisme sont exlrememenl légeres,. parce que la machine .et son régulateur ont de · tres. petiles dimensions. Quant a la relation entre celui-ci et la -valve d'intr-oduclion ; elle a lieu comme daos la machine -représenlée fig. 3, pl. 1.6, par un ·systeme <.le lringle agissant sur une b.ascule ·<lont le point d'appui est pris sur la travcrse J. L'arbre moleur G porte, comrrie ci-dessus, deux excentriques pour le tiro ir de dislribu lion el pour la pompe alimentai~e; celle-ci est disposée dans une fosse c,u~ verle a la hauteur de -l'arbre G. 11 porte également le volant H, don t la jan te esl disposée pour former poulie _e~ communiquer directement le ·1_n ouvement a une autre poulie H, appartenant a la transmission générale. . L'emploi dn volant, comme organe immédiat de transmissíon par courroie, se rencontre fréquemment ~ et pour des puissances qui vonl meme j usqu'a plus de 20 chevaux, sans que la vilesse de la machine <lépasse 2o a 30 révolutions par minute. Telles sont: les machines des élahlissemen_ts de MM: Nillus et Mazeline,_a11 llavre, et 'celles des ateliers <les chemin~ de fer _d'Orléans; de Lyon, du Midi, ele. Pour de tres-grandes puissances, on arme souvent d'une forle denlure la circonférence du volant qui devient encore, dans ce ca:;, le premier organe de transmis~ ..sion. Nous en donnerons des exemples dans le~-maclÍi.nes· a deux cylindres." Quant aí.1 volanl de 1-a machine actnelle, s~n faible diamelre a p~rmis de le fondre d'une seule picce et <l'éviler une coupure a la janle ·en faisant ses bras C?urbes. Les praliciens savenl que l'on est obligé, pour fondre un volan_t d'une seule piece-, -avec des brás droils, d'établir une solution de continuilé dans la janle au momenl .<le couler la piece, sans -q uoi l'inégalilé des masses, et le· relrait. du métal, en se refroi<lissant, ·occasionneraient inévitablement des ruplures. · La pelile machine que nous venons de décrire a élé'Conslruile ¡jar M. ~ikhoff~ m~canicien a Bar-le-Duc. M. .Hermano, mécanicien bien connu a Paris pour ses . appa. . reils concernant la fabricalionI du chocolat, exécule égalemenl des machines su-r une • disposilion semblable. M. Pauwels avait adoplé un systeme analogue (1), mais avec des· modificalions qui lui donnaient tr"op de hauleur, el nuisaien~ a sa stabililé. ( i) La rnachine de M. Pauwels a été complétemcnt dessinée dans la troisieme partie du R~cueil de !11- L.~bl~n~.

MACHINE A. TABOURET.

,f89

MAOBINE A TABOll'B.ÉT AVEO BATI A QlJATB.E OOLONNJ:lil

Construite ' par !ti. FAR e o T (FIG. ~ A

PL.

~7)

Celle machine a élé élablie, il y a quelques années, par M. Farcot, pour des élahlissements spéciaux, comme les chocolaleries, ou un certain luxe est nécessaire, quand le moteur doit elre placé en vue du public, et au milieu d'appareils en qu elque sorte décoralifs. Le conslructeur désigne cclte disposition par le titre de machine a ~abouret , a. cause du socle qui sert de base au cylindre. Ce systeme a quelque analogie avec les peliles machines fixes de Maudsla,y, en Augleterre, et de M: Saulnier ainé, en France, quant a l'cmploi des deux biclles lalérales et a la composition du Mti. La machine de Maudslay, dont on peut voir un modele dans les galeries du Con-. servaloire des arts et métiers de Paris, présentait, comme celle de M. Farcol, le cylindre établi au centre de qualre colonnes et monté sur un socle carré, les angles en pan coupé, mais beaucoup plus élevé que celui de la machine actuelle. Ce dernicr point était motivé par l'application d'un condenseur et de tout son mécanisme de comrnande qui exigent beaucoup d'emplacement. Les deux bielles latérales se trouvaient reliées a .un arbre a deux coudes, prenant ses points d'appui sur des paliers situés vers le milicu de la hauteur Ju socle. Nous avous montré (p. 380) comment la distribution de la vapeur y était effoctuée a l'aide d'un robinet. Quant a la machine de Saulnier, dont le mécanisme comportait également un arhre doublement coudé, le cylindre élait monté sur un socle curré, mais de trespeu,de hauleur, _celle rigoureusement nécessaire pour le pass!lgc de l'arbre, cette machine ne possédanl pas de condensation. M. Farcot a apporlé a ce type de machine des modifications tres-utilcs, et l'a doté de la plus grande partie des perfectionnements qui lui sont dus. II a évité l'arbre coudé. par l'application du T que nous avons fait connaitre ( p. 338 ). On y trouve encare, il est vrai, pour guider Ja tige du piston, les galets mobiles, qui, dans les machines acluelles, sont remplacés par des glissieres plates comme celles décrites précédemment. ENSEMBLE DE LA CONSTRUCTION

La fig. 1 de la pl. f 7 est une section verticale de la machine, passant par.l'axe du cylindre a vapeur et perpendiculaire a l'arbre principal; La fig. 2 est une vue extérieure, regar9ée perpendiculairemenl a la coupe précédenle; l.

490

l\'IOTEURS A VAPEUR .

La fig. 3 est une section horizontnle faite sur la ligne 1-2 passant par le centre de la boHe de distribution; Les fig. 4 el 5 sont des délails qui completent l'appareil d'alimentation. D1sPos1r10N GÉNÉRALE.- - L'erisemble de la machine comprend le socle en fonte B recevant le cylindre a vapeur A et qualre colonnes D, qui sont elles-rncrnes surmontées d'un entablernent a qualre faces E, sur deux desquelles sont disposées les coulisses verticales I qui guident la traverse M du piston. La face de l'enlablemenl, siluée du colé de la boile de dislribulion O, esl augmenlée d'une arcade T pour servir au montage ele l'axe du rég_ulnleur S. Toute la machine est done comprise dans l'étendue du socle B, a l'excepti9n de la pompe alimenlaire Q qui est placée en dehors et horizonlalement sur une caisse en fon le V, dnns laquelle elle puise l'eau cl'alimenlalion que la vapeur échappée dtJ cylindre y réchauf:fe avanl d'etre abanclonnée définilivement daos l'almosphere. La tige b clu pislon K esl assem1Jlée ·avec le joug ou lraverse M aux extrérnités de Jaquelle sont monlés librement deux _galels e qui roulenl 1.lans les deux coulisses I, en suivant le pislon dans sa marche, qu'i_ls cloivent rnainlenir rectiligne. On a renoncé a l'emploi des galets, a cause de !'usure que prenaient les axes, par leur momernent de rolalion rapide, sous la pression due a la décomposilion des efforls de la bidle et de la manivelle. Pour elre ass~ré néanmoiñs que le IDQU:Yement de rolation se prodnisail sans glissement, on élnit ohligé de donner au~ galels un peu de jeu dans les co1tlisses, car s'ils y arnient toncbé exactemenl des deux cólés, on comprend qll'ils auraient élé enlrainés par la traverse sans tom:nci; sur eux-mcmes. Ce! le traverse porte, en tledans des galets, des tourillons pour l'assemblag·e des eleux bielles L, qui elescenclent de chaque coté elu cylindrc el lraversent la base du socle B par des ouvertures ublongues a (fig. 3). A l'intérieur-de celui-ci, ces bielles sont assemblées rigidemenl avec une secoñde lraverse M' a laquelle es.t réunie la lige L', lerminée par une tele a coussinets qui est reliée au bouton de la manivelle. . . On voít que, par le rcporl de l'axe au-dessous du cylindre, la bielle possede une !res-grande longueur qui est plus de 8 fois celle elu rayon de la manivelle. Auss1 les mouvements du pislon sont-ils presque symélriques pour les deux moitiés de la course, et la décomposilion de mouvement sur la traverse extremement faible. L'arhre moleur G a son premier palier F boulonné sur une traverse B', qui es~ elle-meme ·ratlachée au socle B au rnoyen de boulons el ele clavell_e s, ce qui éla: blit une solida'r ilé trcs-nécessair_e entre toutcs les parlies du mécanisme. Cet arbre porte deux excenlriques P el P', pour nclionne1: le liroi.r de dislribution et la pompe alimentaire, plus une poulie m pour commander le régulateur; enfin plus loin se trouve le volant H, et uerriere ce dernier, appuyé sur la mat;onnerie, est situé le tleuxieme palier. On sail que pres du volant se place une poulie ou une 1:oue d'engrenage pour Lransmellre la puissance ele la macbine. Nous allons examiner maintenant en détuil les parties principales de ce moleur, donl !'ensemble est tres-harmonieux el qui est assez bien combiné pour dissirnuler la pluparl des organes accessoires et principalemenl les conduils tle vapeur..

MACHINE A TABOURET.

DÉTAILS DE

49{

LA CONSTRUCTlON

CYLINDRE ET ENVELOPPES . .- Le cylinclre a vapeu r A est joint an rnaslic de fonte ilans une enveloppe A' fondue avec les cananx de dislribnlion, et qui repose sur le sode B. Son couvercle x, qui est boulonné avec la bride Je l'enveloppe, présenle tlans sa masse des vides isolanls contre 'tes déperdilions de cbaleur. L'aulre exlré• milé du cylindre. est fermée par un tampon v scellé au maslic de fonte: L'enveloppe A' est fermée de la meme fac;on par un Lampon auquel on a ménagé ime Lubulure '!.& pour y adapter le conduit qni ame·ne la vapeur de la chandiere. Celte vapenr se répandant dans lout l'intervalle du cylindre et de l'enveloppe, on lui donne entrée dans la boHe de distribulion O au moyen d'une ouverlure a mupape h (fig. 3), que l'on manceuvre de l'extérieur a l'aide d'une manivelle h' fixée sur son axe, leq nel esl fil eté dans une parlie de sa longuem. La vapeur, avant son introduclion dans le cylindre, est done employée it le chauffer et le mai11Lient ainsi a une ternpérature trcs-élevée. Nous aurons l'occásion de revenir sur celle disposilion, qui est employée aujourd'bui par la généralilé des construcleurs, principalement dans le cas d'une délente un peu prolong·ée, afin de réaliser le principe Je l'égalité de tempéralure d'un gaz soumis r1 l'expansion. Outre cP.tte premicre enveloppe, une chemise exlérieure A2 renf'erme le tonl et possede le douhle avantage de prolég·er l'enveloppe elle-meme du refroidissemenl et de procurer une décoration facile. Celle chemise est, en effct, régulierement cylindrique, sans aucune parlie saillanle non circulaire, qui puisse s'opposer a11 tournage. Aussi est-elle Loumée et polie dans Loule son étendue, y compris sa parlie supérieure qui est un véritable couvercle au-dessus de celni du cylindre. Pour concourir au meme but, la bolle de dislribution esl aussi circulaire ex térieurement, et forme avec la chemise une pénélralion lrcs-régulicre. Afin de faci_liler la mise en place, celte chemise cst formée dans sa hauteur de deux tarnhonrs qui s'emboilenl a l'endroil du corclon ménagé a la hauteur dn cenlre de la bolle O. D1sTR1BUTION. - La hoite .a vnpeur O renferme le tiroir de distribulion d organisé pour opérer la dé tente, suivant le systeme de l\I. Farcot. Nous avons vu précédemment commenl la vapeur passe de l'envrloppe dans la ' boile de dislribulio11, en ouvranl la soupape h, d'oú elle esl dirigée dans le cylindre comme a l'ordinaire. Son écbappement ne differe pas des disposilions décriles jus'q u'ici, sauf la posilion du canal u' qui, dans l'intention de dissimuler tout conduit ·exlérieur, est placé para\lelcment aux canaux de distribulion el vient déboucher sur ie fontl de l'enveloppe, d'oú part alors un tuyau extérieur que l'on peul encore dissirnuler dans l'in tériem Ju socle, avant de lui foire traverser le massif C en un poinl favorable, suivant la localité. Ce concluit extérieur d'écbappement ne ponvail etre aperc;u sur notre dessin ou il se trouve enlcYé par la coupe; rnais au moyen de la seclion· horizonlale, fig. 3, qui indique le canal u', rnénagé a l'enveloppe, il cst aisé 'de se rendre compte de ce qn'il devrait etre a l'exlérieu r.

MOTEURS A V APEUR.

La tige du tiroir sortant de la boile O par une pre~iere garnilurE! élanche, , traverse la premiere enveloppe A2 par un fourreau qui vient se raccorder avec une boite a éloupe, de la meme piece que le couvercle x du cylindre. Celte tige est alors assemhlée avec une traverse R', aux extrémilés de laqnelle sont ratlachées les deux lringles verticales R; celles-ci sont assemblées a d~ux peti les manivelles i, dépendantes d'un axe horizontal f monté sur des paliers g fixés a l'intérieur du socle. Cet axe porte une troisieme manivelle e avec Jaquelle l'excenlrique P esl relié par su barre j, et lui donne ainsi un mouvement oscillatoire allernatif qui se commuuique, par les tringles R, au tiro ir de distribulion. Bien que les rapports de mouvement enlre l'excentrique et la manivelle sembient etre clifférents de ce que nous avons supposé, pour l'étnde ele la marche du tiroir, on comprend aiséroent qu'il ne s'agit cependant que de rapports J.'angles, et qüe les quanlilés d'avance et l'angle relatif de calage doivent etre calculés comme a_l'ordinaire, sauf a tenir compte ensuite des inclinaisons et des inversions qui • résultent de la transmission meme. La position du rayon de l'excentrique doit etre délerminée en prenant, comme axe de la marche du piston, la ligue qui passerait par le centre .de l'arbre G, el par le milieu de la fleche de l'arc engendré par la petite manivelle e, a laquelle est raltachée la harre de l'excentrique. MÉCANISME nu RÉGllLATEUII. - Nous renvoyons, pour la descriplion détaillée de cel ingénieux mécanisme, a ceHe d'une machine horizontale de grande puissance construite aussi par M. Farcot, et représentée pl. 22; il suffira de donner ici une idée de l'eusemble de ses fonctions. En príncipe, iL est organisé p.our agir sur la camme de détente, et modifier le deg-ré de cette derniere en raison inverse des variations de résislance que la machine épronve et qui tendent a rendre la vitesse irréguliere. Le régulateur est commandé par l'arbre principal sur lequel est la poulie rn, qui • cbmmunique par une courroie avec une aulre poulie rn', montée sur un arbre intermédiaire X; celui-ci porte un pignon l, a dentut'e hélico'idale, qui engrene avec un deuxieme semblable l' fixé sur l'axe k du régulaleur. Lorsque, par suite d'un changement de vitesse, les bras du régulateur s'ouvrent ou se ferment, le manchon o se déplace sur l'axe, et, par une combinaison mécanique donl on verra plus loiu le délail, fait embrayer l'une des deux·roues d'angle p et p', qui sont immobiles et inactives en vilesse normale. Suivant que l'une ou l'autre de ces roues devient active, une troisieme roue p2, avec laquelle elles engrenent d'une fa<;on permanente, se mel en mouvement, et par deux autres pignons n' el n2 , fait tourner la tige n, dont la parlie inférieure -renferme, dans une douille q"', une vis sans fin qui engrene avec une denture pratiquée _a la circonférence du cadran r, solidaire de l'axe de la camme de délente. La douille q' n'esl autre chose que le guide fixe de la tige n, et fait parlie de la traverse q, qui est retenue par les axes de la camme el de la soupape h; cetle traverse est aussi munie d'un index en relation avec les divisions du cadrao. Ainsi, supposons que la vitesse de la machine augmente, ce qui fait écarter les boulets du régulateur et souleve le manchon o. C'est alors la rone p' qui devient 1

493 l'rIACHlNE A TABOURET. active, et qui communique it la roue _p2 un cerlain mouyemcnt en rapport) comme sens, avec celui de l'axe du régulalcur. Cé mouvement communiqué a la tige n, foil alors tourner le cadran r, et par suite la cammeJ duns le sens correspondanl a

une diminulion de l'admission a pleine vapeur. Si la vitesse de la machine tend au contrnire a diminuer, le manchon .o s'ahaisse, et c'est la roue p qui devient active. Comme celle roue iourne, ainsi que l'aulrcJ avec l'axe du régulat~ur, mais qu'elle allaquc la roue p 2 du coté opposé, le mouvement imprimé a toul le mécanisrne est en sens contraire de ce qui avait lieu toul a l'heure, et la camme de détente esl déplacée de facon a augmenler le degré d'admission a pleine vapeur. Ces rnoclifications du degré de détente ont lieu ainsi en marche sous l'influence exclusive du régulaleur qui, en le changeant, ramene la machine a sa vitesse normale; el la modificalion de dé lente persiste autant que la variation de résistance qui l'a déterminée (1). S'il est nécessaire, néanmoins, de changer le <legré de délente a la main, on opere ce changement, les roues p et p' étant)ibres, en agissant sur la manivelle n 3 fixée sur la tige n qui, en tournant, amene alors le cadran r et la camme dans la nouvelle posilion requise. La pompe alimentaire Q n'offre de parliculier que le réciPoMPE ALIMENTAIRE. pient en fon le V, qui lui sert de base, et daos lequel elle puise directement son eau préalablement réchauffée par la vapeur qui s'échappe du cylindre. Par la fig. 1ra et par la fig. 4, qui est une vue dét_achée Cf! projeclion horizontale, de la bache d'alimenlation, on voit que cette caisse V est muñie de plusieurs tubulures, destinées a la circulation de la vapeur et a l'introduction de l'eau froide-. La vapeur, en sortant du cylindre par le canal u/ (fig. 3), pénelre dans la caisse par la tubulure latérale s, et apr cs s'etre répandne daos l'intérieur, au-dessus de la surface libre du liquide, ce qui ne s'est pas condensé s'échappe dans l'atmosphere par la tubulure supérieure s', a laquelle s'adaple un conduit vertical dirigé au dehors du Mtiment. La tubulure t' corresponda l'arrivée de l'eau alimentaire daos ce vase V, qui est véritablement un r échanffeur, et qui la re¡;oit d'un réservoir indépendant, silué en un point plus. élevé . Une tubulµré intermédiaire t permet d'adapler un t_ropplein, de facon a réserver conslamment au-dessus de l'eau le vide nécessaire a la circulalion de la vnpeur. La pompe alimentaire est munied'un tube d'aspiration y, d'une disposition pnrticuliere, dont le détail, fig. a, pourra donner une idée complete. Ce tube d'aspiration est adapté, comme a l'ordinaire, a la boile qui renferme !Ps deux so u papes; mais son extrémité plongean le est recourbée, et forme le siége d'une troisieme soupape y', que l'on manreuvre cxtérieuremt;nt par la manhelle y? placée sur la tige qui est filetée daos une partie de sa longueur. (t ) En parlanl de ce régulaleur a' la page 408, une faule de rédaclion lendrail a laisser compren_dre qu'íl ramene nécessairemenl le m@me degré de délenle avec la vilesse normale. C'esl une erreur, qu' il esl facile de reclifler, surloul a l'aide de la descriplion délaillée que l'on verra plus loin de ce régulaleur, qui esl aussi représenlé complélemenl pl. n.

494

MOTE,URS A VAPEUR.

On comprend que ce mécanisme est destiné tt opérer avec heaucoup de facilité lá mise en !rain ou la suspension de l'alimenlalion. Comme il esl facile, d'npres toul ce que nous avons monlré a cel égard, de calculer la puissance de cetle machiue, nous dirons simplcmenl qu'en lui supposanl une vilesse de 50 tours par minute, une pression de 4 1/2 a 5 atrnosphcres dans la chaudiere et l'admission a pleine vape11r pendant un quart de la course du piston, sa puissance norninale serait de 12 a 15 chevaux-vapeur, pnissance a laquellc les pieces dé la transmission peuvenl tres-bien correspondre.

MACBINE VERTICALE A COLONNE ÉVIDÉE

M. Fairbairn, habile mécanicien anglais, a exécuté, il y a plusieurs années, un~ disposition particuliere de machine verticale, dite a colonne creuse et a jours, qui t~ été trouvée d'un hon aspect et reprodui te en France par quelques conslmcleurs, particulierement par M. Alexander et par M. Farcot, qui l'a, du reste, bien perfectionnée en y ajoulantson systeme de détente et uri appareil de condensation (1). Le modele que nous indiquons en coupe sur la fig. 78, est de M. Alexander. C'est une macbine a haute pression, sans condenseur. Ce systeme est surtout caraclérisé par la forme générale de son bali et par la disposilion particuliere du parallélogramme desliné a maintenir la Uge du piston en ligne droile, disposition qui°est due a Óliver Évans, et qui a élé suivie par divers consfrucleurs dans ·différents genres de machines. Le bali se compose d'une grosse colonne creuse en f.onle A, percée de quatre ouverlures deslinées a en diminuer le poids et a permellre d'alleindre les pieces siluées l.i l'intéricur; elle est boulonnée sur un socle carré B, lt l'intérieu1:jtuquel 1~ cylindre a vapeur C se trouve fixé par sa partie supérieure. Le sommet de la colonne rei;oil le premier palier de l'arbre moleur ainsi que le Tégulnteur a force cen trifuge. L'a~pect extéri,mr d'une Ir.lle machine ,est harmonieux, el se· prele aux applicalions dans .lesquelles la queslion de luxe enlre pour quelque chose. Elle a !'avantage de pr.é senter peu d'étendue comme base, tout en réunissant la solidilé nécessaire, par la grande résistance de la colon ne qui donne al'axe moleur uri poin-l _ · d'appui parfaiterrient rigide. Mais, d'un ,iutre colé, le servicc et la surveillance en sonl plus difficiles par la raison meme que la pluparl des picces du mécanisme sonl renJ'ermees; il n'esl pas fücile en effet de les éntrelenir et surtout de les démonler pour les réparations. Aussi .ce sysleme est-il pe11 appliqué aujo"urd'hui. Néanmoins, on a pu Yoir a l'Ex'position universelle, eu 1855, une machine semhlable,. double, vernmt de l'Ang-le{I) La innchine· a colorine de M. Farcot e:Íl clécrile ·avéc beaucoup ·de délails dans la Publicaiion ind11sh·i,ll,.,

vol .

111,

pl. 20 el 21 .

MACI.JINE A COLONNE ÉVIDÉE.

495

.lerre.;.,Ies _piplons d-~s deux cyl.indres _a~tionnaient un mcme_arbre. moteur appuyé sur les deux colonnes. 11 existe au Conservatoire des arls el métiers. de Paris, dans la galerie <iles modeles en 1?1ouvement, deux machines de e~ sysleme, dont rune a été co-µstruit_e par M. Fairh.airn, et l'autre par M. Farcot. -

Fig. 78.

Échelle de 1/3o•.

: Le paralléiog:rnmme comprend d'abord deux guides F, oscillan t sur un ·axe fixé

ft fa colonne, el donl le sommel, -qui décrit des ares de cercle d'une tres-fajble amplitud e autour de ce centre, est assemblé par une trayers.e a deux balarwiers D, '-'ers le milieu de leur longueur; ces balanciers s_ont réunis d'un bout avec 1~ g·oujon qui assemble la bielle a la tige dµ pisLon, el - _de Jautre avec. ).In bras d_e leyier E. . -

496

.MOTEURS A VAPEUR.

qui peul osciller librement d'apres son extrémité opposée ·qu1 1est rattachée, par artiéulation, a un support fixé au socle B. Comme la figure <l'eusemble ne permetlrait pas_de comprendre aisémenl le fonctionnement de ce systeme de parallélogramrne, noüs en donnons ci-apres le tracé géométrique a une plus grande échelle, Fig. 79 .

. La fig. 79 indique a la fois la cornposition géométrique de ce mécanisme et une vue en projection horizontale ayant pouP objet d'expliquer nellement la disposilion tles assemblages. La tige du piston, en se dépla1,;ant, entrainc tout le systeme dont chacune des pieces se meut suivant son poinl d'altache particulier. Les deux leviers F tlécrivent, tle leur axe fixe A, comme centre, un are de cercle 13 B' B\ qui est évidemment suivi, mais dans le sens opposé, par les balanciers D auxquels les leviers sont raltachés. Ces balanciers, tout en accomplissant ce mouvement par le poinl correspondant de leur longuenr, suivent par leur extrémité l'arc de ~ercle engendré horizoutalement par le guide vertical, avec lequel ils sout liés, el qui oscille d'apres le point fixe E, comme centre. Ces di verses amplitudes élanl combiuées convenablement, il en résulle que l'extrémité des balanciers, assemblée -avec la,ti ge du pislon, suit sensiblemenl !'axe 'vertical tracé suivant· cetle ligne, el ,•ient occuper, aux positions principales, les points C, C' et C2 • Les dimensions de ces di verses piec~s ne sont pas absolues, muis conservent entre elles cerlains rappor.h; qu'il esl fadle de t.léterrniner. Dans tous les cas on s'a'J)proche d'autant plus de l'effel théoriq~e queiles -angles·décrils sont moindres . .

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MACHINES A CYLINORES RENVERSÉS.

497 Supposons qu'apres avoir indiqué les trois posilions ·prin&i pales C, C' et C2, on se don ne la longueur CD des halanciers, qui devra etre au rnoins égale a la course, soit a plup du double de la rnanivelle. 11 est évident qu'aux positions extremes le point d'altache des balanciers avec le lien E sera au meme point D sur l'axe A O, point qu'on obtient directerrient en tra(.;ant, de l'un de ceux C ou C2, un are de cercle avec la longueur du balancier pour rayon. Mais dans la posilion centrale, les balanciers sont sur l'axe AD, et leur longueur esl comprise ue C' .en D', d'oú DD' cst la corde de l'arc que Lloit décrire, du poin t E, le gi1ide vertical ( fig. 79 ). La longueur de ce guide est évidemment arbitraire, mais doil. etre assez grande pour que l'arc qu'il décrit se confonde sensiblement avec la corde . Pour déterminer ensuile les conclilions que les leviers F doivent remplir, on fixe lcur poinl de réunion B avec le balanciel', puis on µorle la dislance CB de C' en B'; faisant passer par ces deux P.Oints un are de cercle donl le centre· soit situé sur l'axe AD, on oblienl ainsi le centre d'oscillalion des leviers F et leur lon gueur A B. Cel aper(_;u suffira pour les personnes qui vou<lraient exécu ter ce systeme de parallélogramme, ala condition qu'ell es éludienl un tra cé en grand oú ell es lécouvriront alors les dimensions les plus convenahles it adopter, soil en générnl, soit• par rapport aux dimensions parliculieres el e la machine oú l'applicalion devra en etre faite. Ce mode de paralléJogramme n'est p,as ahsolumenl lié a la disposition générale de la machine, quoiqu'un mécanisme onJinaire de glissieres présente ele cerlaines difficullés installer a l'fotérieur de la colonne. \

MAOHINES VERTICALES A. CYl.INDRES RENVERS:ÉS

On construit des machines dans lesquelles le cylindre se trouve renversé, c'esla-dire qu'étant encore placé verlicalemenl, la tige du piston en traverse le fond inférieur, el l'arbre moteur esl posé au-dessous. M. Duvoi r a exposé a Rouen, en 18o9, · une machine a colon ne évidée n.vec eles glissicres piafes ordinaires, dont la disposilion est basée sur ce principe. Le cylindre a vapeur se trouvc sur le sommet de la colonne, tandis que l'arbre molcur est a lá parlie inférieure, et la transrnissfon étant dired e, au moyen d'une bielle simple, le cylindre esl alors renversé et fonclionne comme ceux qui actíonnent les marteaux-pilons. Celte machine est munie d'un mécanisme de détente par le manchan a bosscs ( sysleme Meyer, p. 421); l'axe du régulateur occupe la hauteur tolale de la mach i ne, pour atteindre l'arbre principal qui le commande par deux roues d'angle; il est enfermé dans une colonne creuse d'un faible diametre, située tout pres de celre qui conslitue le bati principal. Cette d isposilion a été employée quelquefois en vue de placer l'arbre moteur pres du sol, tout en réduisant le mécanism,e au mouvement direct compasé cl'une l. 63 1

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l\fOTEURS A VAPEUR.

bielle simple reliant directement la lige du pislon ü la rnanivelle. Mais l'exemple que nous venons de citer est une exceplion, quant a la forme du bftli qui esl le plus souvenl composé de chevalels ou supports qui servent de gnides pour la tige du pislon, et dont le sommet supporle uue· plaque oú repose le cylindre. M. Nnsmyth, grand conslrucleur añglais, a cxécúté de ·s emblahles machines pour commander direclemenl des lrains de laminoirs, ce qui est un exemple imporlunt de mécanism_es placés sur le sol. M. Weimberger, qui a dirigé pendant plusieurs années les ateliers de construclion des mines du Grand-Hornu, en Belgique, a at1ssi adopté ce procé<lé pour commander des scieries de pierre et de marLre. Les marteaux-pilons sont, également, des machines a vapem a cylindres renversés; nous avons <lit que nous en ferions l'objel d'un arlicle séparé, comme machines a actio1i clirecte. · 11 est évi<.lent que celte position du cylindre présenle le double inconvénienl d'avoir ses boiles a éloupc renversées, con<.lilion conlraire a la facilité <.lu graissage,, el de reporter loin de la main du mécanicien les organes ordinaires de la ma·n~uvre. Par conséquent, lorsqu'on pourra disposer de la place nécessairepour une inachine borizontale, ce systeme devra elre préféré, comme permellani aussi d'altaquer directemenl l'axe moteur pres du sol, mais avec un bali plus simple et to u tes les pieces dans une posi Lion cornmode pour le service.

Si les divers systemes qui viennent d'elre passés en revue ne conslituent pas la tolalité de ceux imaginés pour les machines a vapeur verticales sans balancier, iis représentent au moins les plus imporlants par le nombre d'applications qui en ont • élé failes, et surtoul les t-ypes encore en usage anjourd'hui. D'ailleurs, il ne s'agit réeUement que ele la position <.le l'ensemble du moteur, ce qui ne peut pas amener de différences fondamentales dans les organes principaux. Les caracteres distinclifs existent plus particulierement dans la forme des ha.lis et dans la nature des points d'appui. Il est clair que le choix du systeme dépend de la ·disposition des rnécauismes a aclionner et du local disponible pour log~r le moteur. Cependunt, si l'emplacement n'est pas une question, ce choix peut encore dépendre de la nalure du service. En commern;ant cel arlicle, nous avons déja dit quelques mots sur la différence d'emploi des diverses dispositions de machines; nous pourrons compléter cet examen et la discussion a établir a ce sujet lorsque nous áurons décrit tous les syslcmes en usage.

FIN

CHAPITRE

CINQUIIBIE.

. '

.. CHAPJTRE VI MACHINES A VAPEUR HORIZONTALES

Les machines horizontal~s empruntent leur caractere essenli el a la -forme spéciale <le leur oati, qui est naturellemen t combiné en vue de la disposilion cl'ensemble el du point d'appui qui lui est réservé. Par un simp°Ie changement de position du cylindre, ce sysleme a presque fait une révolulion dans l'einploi des moteurs h vapeur, et en pcu de temps on vit se monter dans les nsines un grand nombre Je machines horizontales, qui devaient évidemment plaire, a cause de lcur simplicilé el de la solidilé qn'elles présentent. Occupant petf de hauteur, elles peuvent etre visitées facilement; par leur large assise, aussi considérable que le développement total de leur ensemble , elles permellent de marcher a de grandes vitesses sans craindre le$ vibrations qui seraient inévitables avec les divers SJslémes verlicaux. Si ron joint celle propriélé d'une grande vitesse, aisément applicable, a un e cerlaine économie réaliséc dans les fondations, on comprendra que les machines horizontales puissent elre élablies, a puissance égale, dans des conditions rnoins onéreuses que les aulres syslemes. C'est depuis moins de 20 ans que ce genre de moleur a vu ses applications se multiplier. Avant'cetle époque, 011 pensait que la posilion horizonlale devait amener l'ovalisation <lu cylindre par le poids du piston, et, en raison de cette crainle , comme par préjugé, on ne voulait pas cl'un tel sysleme. Cependant on en possédait, comme précédent, l'imporlanle applicalion ·aux machines locomotives, ce qui dale d'avant 1827, époque du mémorable conconrs qui eut lieu en Anglelerre sur le che111in de fer de Liverpool a l\fanchesler. Néanmoins, l'idée prernicrc de donner celle disposition aux machines a vape ur n'est pas nouvelle: elle date déja de plus d'un tlemi-siecle, et semble appartcn ir ü M. Périer, qui a pris pour cet objet un brevct d'invculion, en Fmncc, le 24 aoúl 1792 (1). A cetle meme époque, Périer proposairaussi, comme élant nouveau, l'accouplernent de deux machines ayant leurs manivelles disposées a angle droit, afin d'augmenter la régularité du mouvement ile rolalion. Aujourd'hui, il se conslruil cbez nous un tres-grand nombre de machines horizontales, et on peul dire qu'il n'exisle plus a.ucune hésilalion ü en faire l'applicalion. Pour noter, en passant, un point in.léressant de ·1eur histoire, nous rappellerons qu'l1 FExposilion universelle, en 1855, les machines de ce syslerne onl pa~·licipé aux plus hautes récornpenses. (•l II esL remarquable que ce breveL esL le premier qui ail élé pris en ·France, relalivemenL ame. machines vapcur.

l>OO

MOTEURS A VAPEUR.

MACHINE HORIZONTALE DE PH. TAYLOR

Avant de décrire les disposi lions acluellement adoplées, nous devons dire que]ques mots de la machi ne borizonlale de M. Philippe Taylor, qui est, selon nous, un point importanl, comme l'une des prernieres applications de ce systeme. Le Consenatoire des arls et m étiers de Paris possede, depuis une lrenluine d'années, un trcs-joli modele d'une machine exécutée en 1828, pour actiouner des pompes foulantes deslinées a opérer la compression du gaz d'éclairage (1). Fig. 80 .

La fig. 80 en représenle une coupe _longitudinale, faite par l'axe du cylindre u vapeur. C'est un rnoleur tres-simple, fonctionnant sans appareil de condensation. Exceplé le m écanisme de clistribulion, dont le syste1i1e esl abandonné aujourd'hui, on pourrait presque oire qu'elle esl semblable aux machines modernes, sauf quelques changemen ts de forme dans la slrucfure d n M.li et dans le mode de direction de la lige du pislon. Le cy1.indre vapeur A est mon lé entre deux flasques paralleles E, en fon le el jour, munies chacune de l' un des palicrs qui rec;oivenl l'arbre moteur D, lequel est'

(1) Celle machine a élé pub liée dans le Coun de dessin de l'éminenl professeur Leblanc.

MACHINE DE TA YLOR.

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001

coudé, ou disposé en forn:ie de vilbre qiiin. Ce hAli est beaucoup plns élevé qu'on ne le fait aujourd'hui, a cause de la distribulion que le conslrucleur avait cm devoir placer au-dessous du cylindre, c_e que l'on évile soigneusement dans les conslructions actuelles; on la place, au contraire, soit au-clessus, comme on a pu le voir sur la pl. 9, soit sur le coté, comme nous en donnerons un grand nombre d'exemples. La tige B du pislon est reliée a la bieHe C par une lraverse, aux exlrémités de laquelle sont montés deux galets d qui cbeminent dans de larges coulisses ménagées a chacune des deux flasques E (voir une disposition semblable pl. 17). Le cylindre est muni, a ses exlrémités, de deux canaux b qui s'ajuslent a deux tubulures appartenant a un corps cylindrique G, parfailement alésé, el dans lequel •se meuvent deux pistons a fixés sur une meme lige. Le corps G, qui conslitue exactement la boite de dislribution, rei;oit la vapeur cln géuérateur par un conduit aboutissant a une tubulure siluée entre les deux pistons distribuleurs a, mais c¡ue la vue en coupe de la figure ne permel pas d'apercevoir. Tandis que l'introduclion de la vapeur a lieu ainsi dans la boile, Yers le milieu de sa longueur, l'échappement s'effeclue par les extrémilés, auxquellas sont ménagées deux tubulures en correspondance avec les deux branches H d'un conduil en fonte I, qui communique avec l'atmosphere. • Pour achever cet aper<;u, nous dirons que la tige des distrihuleurs a est reliée a un petit levier soliaaire del' axe e, qui en porte exlérieurement un semblable, auquel est ratlachée la barre d'un excentrique circulaire monté sur l'une des exlrénii lés de l'arbre moleur, comme sur le type (pl. 9). D'apres cela, on comprend que le mouvemenl de ya-et-vient, donné simultanément aux deux pistons, les reporte tantót d'un cólé et 1anlól de l'autre de chacun des canaux b. Par conséquenl, ces cananx sont mis allernalivement en relalion avec la parlie centra le de la hoite G ou afflue la vapeur arrivant de la chaudicre, · et avec chaque extrémilé mise en rapport avec l'exlérieur. Ainsi, suivanl la position indiquée sur la fi g. 80, la vapeur active pénelre dans le cylindre par l'orifice b de gauche, el la vapeur du coup précédenl s'échappe par l'orifice opposé. Cornme le Uroir de Watt, dont on a vu précédcmment la · descriplion (p. 3"i8 ), le sysleme apislons a été complétement abandonné acause de la difficullé de rendre les garnilures parfaitement élanches. Il y a la une différence essenti elle avec les tiroirs adoptés rnainte11anl, el toul en faveur de ces derniers. C'est que la bon ne fonction des pislons dépend de leur garnilure el de leur ajuslement, tandis qu'un liroir plata la pression meme de la vapeur pour gnrantie du joint, et que !'usure ne peut allérer, si l'on admet, au moins, que la table de glissement, ou la glace, s'oit en métal suffisammenl homogene. L'arbre moteur D porle a !'une de ses exlrémilés, en dehors du ºbali, le volant F, l'excenlrique circulaire pour la dislribulion, et :une poulie qui 1ransmet, par des cordes, le mouvernent au régulateur J, dont les effels sont communiqués a la valve d'inlroduclion de la vapeur par un axe e. L'aulre exlrémilé de l'arbre porte un second excentrique qui commande · la pompe alimentaire.

ñ02

MOTEURS A VAP,EUR.

M.A.CRINE ~ORI~ONT.A.LE A DÉTENTE V.A.RIA.BLE ET SANS CONDE·N SA.TION

Construí te par les établissements

eA I L

et C• ,

a Paris .

(PLANCHES ~8 ET ~9) '

' D'une machine déja ancienne, nous arrivons, sans transition, ~ l'une des plus modernes et des-plus perfeclionnées. Mais la premiere est plutót un incident dans l'ordre suivi jusqu'ici, el que nous ne donnons pas comme un modi'le a suivre, mais qui peut servir a npprécier le <legré d'avancement actuel _de la construction. La machine de MM. Cail et C0 est exactement composée, pour l'~nsemple, comme celle qµi nous a servi de lype (pi. 9)'. Mais,' outre le mode de direction qui differe, elle posscde 1.Tn mécanisme de dislrib_ulion a détente du systeme rnentionné précédemmenl, et rcprésenté pa 1 la fig. 3 de la pl. 12. La fig. 1 de la pi. 18 cst une vue extérieure en élévation de celte machine, regardée du colé opposé a la dislribulion; . La fig. 2, de la meme planche, en est une projeclion horizontale exlérieure sur laquelle le riflti du régulateur est suprosé démonté pour laisser apyrcevoir d'autrcs partí es essentielles; La pi. 19 est spécialcment .<lestiríée aux détails du mécanisme de dislribulion el au cylindre ·a vapeur; · La fig. 3 rcprésente le, cylindre monté sur le bftli, en élévalion extérieurc, et la bolle de dislribulion en coupe suivanl !'axe de la comrnande des glissieres de - dé tente;· · La fig. 4 ,est une seclion horizonlale faite sur l'axe du cylindre et sur la distribuíion; La fig. ñ est une coupe transversale du meme ensemble, faite suivanl une ligne brisée qui passe par !'orífice d'évacualion uu cylindre et par la tubulure d'cnlrée ' de la vapeur dans la bolle; La fig. 6 est une autre seclion transversale faite en avanl du cylindre; Les fig. 7 a 9 représ~ntcnt des délails de cetle meme parlie de.la machine. ENSEMBLE DE LA CONSTRUCTION

La construclion d_e celte machine se distingue par ce que l'on peut appeler: le genre locomoti-ve , c'est-a-dire que son organisation et la forme de ses organes. ont la plus grande analogie avec ce qui est généralement adopté dans ce sysleme de moteur, pour lequel on sail, du reste, que l'on rechercbe la meilleare conslruclion et la. sureté clu fonclionnement.

MACHINE DU SYSTEME CAIL ET

ce.

503

Le cylindre A, fondu avec ses canaux el meme avec la boile de dislribulion, est fixé par deux palios a, qui en ont toute la longueur, sur un bati B, d'Úne seule piece de.fo1,1te, qui est élabli sur un massif en mac;onnerie ét assujelti par de nombreux houlons b. La lige e du piston C (fig. 4) .est guidée, sur son a-xe meme, par une senle glissiere formée de deux regles a nervures en fon le D, qui sont réunies d'un bout avéc le couvercle du cylindre, et ele I'aulre avec une traverse B' apparlenant au bali. Cette tige esl terminée par une tete d, dressée pour suivre les glissieres,· el traversée par le goujon cyl.indrique qui l'assemble avec la bielle E. Ce goujoq. est prolongé en dehors ele la bielle et vient se ra'ttacher au piston de la pompe alimentaire F, qui esl posée horizontalement sur le bali et se trouve ainsi commandée direclemenl par le piston a rapenr, dont elle posse<le alors la course. La hielle, en raison de la glissiere unique, est fourchue suirnnt une parlie suffi..: san le de sa longueur pour la course qu'elle effeclue; a pres la fo'Urche, elle présenle une parlie simple, de section rcctangulaire, el se termine par la tete a coussinels par laquelle elle est assemhlée avec la manivelle G. · Celle-ci est en fer -et calée, comme a l'ordinaire, sur l'arbre moteur H qui porte le volsmt I, plus deux excenlriques circulaires Jet K pour le tiroir de dislribution et pour les Í'egistres de détente qui exigent, en effet, une commande séparée dans ce sysleme, dont on a vu (p. 417) la description détailiée. Comme !'indique le dessin, l'arbre a son premier palier fondu avec le bali. 11 est légerement incliné, ainsi que le fonl plusi¡mrs constructeurs, pour les machines horizontales. · La vapeur est arnenée du générateur par un conduit L, adjoint a une tubulure L' fondue avec la l.Joll.e de dislribution l\'l, el, comme nous l'avons dil,-avec le cylindre. Une sou pape e ( fig. 5), disposée a l'intérieur de cel te tubulure, et manreuvrée de l'extérieur a l'aide el'un volant-manivelle f, sert a établir a volonté la communicatjon avec la boite, et a metlre la machine en marche ou a l'arreler. L'échappement de la vapeur, qui s'effectue dans l'atmosphere, a lieu, comme a l'ordinaire, par le canal cenllil g qui contourne le cylindre jnsqu'a sa partie s11péheure ou il esl túminé par une tubulure a bride pour recevoir le conduit N allant a l'exlérieur. Le régulateur O est élabli a l'intérieur d'u_n cadre P en fonte, rl'une forme a peu pres elliplique dans le baut, mais qui, vers le bas, se prolonge par denx pieds-droits pour se fixer sur les cólés du bati principal. Celle disposition, que les conslructeurs leur donne 1111 aspect parliculier appliquent dans toules leurs machines a vapeur, . -, qui les fait aisémeut reconnailre . L'axc eln régulateur est commaridé par une paire de roues_d'angle dont l'une· ·appartitmt Ü· un axe intermédiaire monté sur le cadre P, el qui, dans les peliles machines, re<;.oit le mouvement de l'arbre principal u l'aide d'une courroie qui _embrasse les deux poulies h et h'. Dans les machirtes de grande puissance, cette commande s'effectue a l'aide de plusieurs paires ele roues d'angle et d'un arbre obligue intermédiaire.

004

MOTEURS A VAPEUR.

Les mouvements du régulateur sont transmis a un papillon qui est ajusté a l'intérieur <l'une tubulure spéciale i, altenante a celle L' par laquelle se fait l'inlroduction de la vapeur. Cetle transmission s'effectue, comme nous l'avons déja vu, par un axe oscillanlj, dont les supporls sont fixés sur le cadre P, et qui porte une branche en relalion avec le manchon du régulaleur, et un levier k, lequel est relié par une lringle l avec une petile manivelle m monlée sur l'axe du papillon. L'axe j est aussi muni d'une tige a conlre-poids lt' deslinée a équilibrer les pieces que ce régulaleur doit meltre en mouvemeut. Ce qui préccde suffit pour avoir une idée générale de !'ensemble <le cctle machine, qui, du reste, ne <liffere pas, en principe, du lype représenté pl. 9. Seule!'nent cellc-ci cst complete, qnaut a ses accessoires, et conforme, la construction. TI existe, cependant, entre la machiue représentée pl. 9 et cel.le-ci, les différences suivantes: f º La glissiere est uuique et cenlrale, au lieu d'elre composée de deux glissifres disposées latéralement; 2° La dislribulion est placée sur le colé du cylindre au lieu d'etre atH.l.essus, ce qui avait élé ad mis dans le premier cas pour facililer la démonslration; ::1° La distrihulion est rnunie d'un mécanisme Je détenle, ce qui clevail elre évilé dans un premier exemple.

DÉTAILS DE CONSTRUCTIÚN.

(fig. 3 a 7, pl. 19). - Le cylinclre a vapeur constilue une piece admiral>lement disposée, mais qui serait clifficile a couslruire pour un alelier moins bien monté que ceux de MM. Cail et ce. Oulre qu'il esl fonclu avec la boite a yapeur, les masses en sont si habilement réparlies, que l'on pourrait presque Jire qu'il est composé Je parois uniformes d'épaisseur, ne laissant nulle parl de parlirs pleines inuliles. Aussi chaqué canal ou évidcment vient se répéler a l'extérieur, suivant sa forme ou son contour parliculier. L'iutérieur du cylindre présente une partie alésée au diamelre meme du pislon, el les deux exlrémilés qurrei;oivent les fonds sont d'un diametre un peu plus forl. On cotnprenclra l'ulililé d'élég·ir les exlrémilés du cylindre, si l'on remarque que le pislon ne les alleignant pas, !'usure ne doit se manifester que sur l'étendue qu'il parcoure; par conséquent, lorsque, par suite d'une répnration faite au piston, on voudrail l'inlrouuire dans le cylindre, apres quelque temps de marche, s'il n'existail pas de liberté a l'entrée, le pislon for~ant d'abord aurait du jeu dans la parlie ,, conlre laquelle il doit, au contraire, parfuitement joindre. La réunion du cylindre avec le bali a lieu par qualre boulons b' qui lraversenl les deux patios a, lesquels sont de plus fixés par des coins en fer entre des ergots appartenant au M.li. L'un de ces boulons esta lel~ fraisée et affleurée, a cause de la position qu'il occupe. • Le cylindre es~ muni a chacun~ qe ~es ~xtrémités 1 el a la partii; i!'}f~ri~ure 1 <l? CYLINDRE A VAPEUR

MACHINE DU SYSTEME CAIL ET

ce.

deux robinels purgeurs (p. 320). Ces deux robinets peuvent étre aisément manreuvrés simultanément a l'aide d'un levier a main rn (fig. 1 et 2, pl. 18), dontl'axe corresponda la clef' de l' uri des deux robinets, laquelle clef porte une manivelle m' qui est reliée par une tringle m2 a la manivelle 3 fixée sur le second ·robioet. · Le graissage intérieur du cylinure s'effectue a l'aide d'un rohinet spécial n (fig. 3 et 4), fixé au fond A', qui esta cet effel percé d'un trou au centre. Ce robinet, représenté en détail fig. 9, pl. 19, est semblable a tous ceux que l'on applique aujourd'hui aux machines a vapeur, pour lubrifler les parties daos les, quelles il regne une pression supérieure a celle de l'almosphere ambiante. Comme, par ce fait, l'huile ne pourrait pas élre introduite, et que, s'il s'agil au contraire cl'un l,llilieu clans lequel l'air extérieur ne uoit pas pénétrer, il ne sernit pas possible d'établir un robinet a ou verlure directe, ces appareils sont com posés d'uu réservoir n, situé entre deux robinets, et d'une cuvelte extérieure dans laquelle on verse l'huile. On ouvre alors le premier robinet n' qui laisse passer celle-ci daos le réservoir n, et en ouvrant .ensuile le second robinet n\ elle s'introduit alors dans le cylindre, soit par écoulement simple, parce que la vapeur y ét~blit sa pression, soit au moment du retour du pislon penelant lequel on se retrouve en rapport avec l'almosphere, ou avec le con'd enseur si la machine est Zt condensalion. Bo1rn DE n1smrnuT10 1 • - La boite a vapeur M esl fondue avec le cylindre et porte d'un cólé tleux boiLes a étoupe pour l'enlrée eles liges J2 et K\ . qui commanelenl le liroir principal Q et les regislres R de détente. Elle est complélée par un couvercle M' et un fond M2 avec lequel sont fondues les deux boites a étoupe qui gnident les m~mes tiges a leur sortie, du cóté opposé a la commande. Ce fond fait également partie ele la méme piece que !'arcade M3, qui, dans ce systeme de détente, a pour fonclion de guider l' ex lrémilé Je la tige eles glissieres, dans eles condilions que nous avons déja fait connaitre (p. 417). . Le couvercle M' esl aussi fondu avec une arcade f', fig. o, dont le mamelon central est garni d'un écrou, dans lequel passe la tige e/ de la soupape e qui regle l'entrée de la vapeur dans la bo1te. Cette tige e' est munie d'un arrét e2 qui glisse entre deux tasseaux fondus avec la tubnlure L' et l'empécl.Je. de tourner lorsqu'on vienf agir sur elle. C'est alors l'écrou qui lourne avec le volant f auquel il est fixé. La glace du tiroir est formée par une table de bronze o, dressée et rapportée a plat sur la fonte. Nous avons déja montré une semblable disposilion (p. 409), excepté que la partie de bronze se trouvait rapporlée apres le tiroir. Nous faisions remarquer, en méme temps, que le graissage de cette table est difficile a cause de a chaleur qui regne a l'inlérieur de la ho1te _de Jistribntion; néanmoins, celle-ci porte un robinet-graisseur n3, destiné a cel usage, ce qui 11'a pas 'toujours lieu. DrsTHIBUTION ET DÉTENTE. - Le mode ele distribulion a détente adopté par la maison Cail et C0 étant identique a celui représenté fig. 3, pl.12, il serait superflu de le décrire de nouveau. Nous avons seulement a faire ressortir quelques délails d'exécution que · les fig. 3 a 6 de la pl. 19 feroril tres-bien comprendre. La fig. 3 représente la boite de distribution coupée snivant l'axe meme de la tige vis ·K2 , et le mécanisme des registres complétement en vue exlérieure;

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506,

MdTEúRS A VAPEUR.

La Hg. 5 étant nne seclion transversale d'ensemble, la coupe est faite, quant aux registres, exact~ment sur le milieu de l'un des deux; Enfin, la coupe horizonlale, fig. 4,, est faite, a l'ég·ard des memes organ'es, ponr. !'un des deux sur°I'axe de la tige et de l'écrou R', et, pour l'autre, snr le tenon carré . qui relie le registre a l'écron. Le liroir principal esl encare enclavé dans un chassis en fer de la meme piece. que sa tige J2. Celle-ci est clavetée avec une douille p qui serta établir l'assemblage avcc la barre de l'cxcentrique, et qui porte une lig·e gnitlée dans un support v' fixé . au moy.e n d'une clavette a un mamelon p2, ménagé spécialement a cet effet, aprc~ le bati de la machine. Ce gnicle extérieur p' est d'nn tres-bon effet pour .concourir avec les cleux. boiles a étoupes, qui mainticnnent déjil la lige J2 , a souslraire le tiroir au 111ouvement 1l'oscillation de la barre d'excentrique.' La face de ce tiroir de distribution est nécessairernenl tlressée afin de recevoir les registres R. Mais les constructeurs ont jugé convenable, pour dimürner l'étendue dn dressage, comme on. le fait du reste dans un grand nombre de pieces méca-· oiques, d'y ménagcr a la fon le des nervures saillantr.s, a peu pres disposées en qqin.conces, et que les fig. 3 et o permeltent d'apercevoir. La tige I<.2, .sur laquclle sont montés les registres Je détenle, est assemblée avec: la barre d'excentrique K' de fac;on que cetle lige puisse lonrner sur elle-meme, tout en suivant le rnouvemenl de va-el-vient que luí trans~nel l'excei1lrique. A cet effel, celle harre K' est ass.emblée avec une douille q ( fig. 2), qui est guidóedans les rnem es conditions que la précédente. l\fais on voit, par la fig·. 8, pl. 19,· qui en est un délail, que cette douille forme une chappe évidée, et que la tige IP des registres s'y relie par un 1011rillon a écrou. qui. étahlit le mouvement de traclion, sans empecher cette lige de Lourner. Le montage des registres R rnérite une mention parliculiere et differe, du reste, sensihlement de l'exemple que nous avons montré (pl. 12). La liaison de chácun de ces registres, avec l'écrou R1 corresponclani, esl élablie par· denx portées carrées qui pérÍetrent dans des ouverlures semblables Ínénagées: ul'écrou. En dehors de ces l?ortées, et aux deux exlrémités de celui-ci, est ménagéun évidement cylinclrique dans lequel se loge un ressort a boudin r (fig. ñ), qui presse sur le registre, et assure son contact avec le tiroir. On ne doit pas .compter, en effet, snr la lige K2 dont la posilion cst rigitle, et qui doit plulól laisse1° au cÓntact des registres une certaine liberté, alors compensée par l'action des ressorls. La merne tige K2 porle a l'in lérieur de la hoite a vapeur une bague r 1 fixée pnr; une cln.velie. L'objet de cel1e lngue est, de limiter l'écarleme'nt ,des reg-islres R, el d'empeche1~qu'en tournanl la lige d'une trop grande quantité, on ne les fasse sortir des filels de·la vis: On comprend qu'une seule bnlée suffit, puisqu'ils ne peuvent mnrcher qu'ensemhle el to1ijours d'une meme quantité. · ' l\focANISME DE VARIATION ni;; LA DÉTl~NT.E. Ce mécanisrne, a l'aid~ duqnel on agit pour changer le degTé de la délente, est disposé d'une fac;on analogue a celui représenlé• sur la fig. 3, pi. 12. Nons avo11s néanmoins quclqnes ditlérences a sio:naÍer p dans la coqstrncU011. ·

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l\iACHINE ou · SYSTEME CAIL ET C0 • fi07 2 ,- L'extrémil·é de la 1ige ·K est carrée et ajustée dans la uoüille s, dé!ns laquelle elle gljsse en exécutant son mouvement de va-et-vicnt; cclte douille cst elle-merne njustée .cylindriquement dans le mamelon de. l'an:aclc l\'13, et porte, clavelé avec elle, Je 1 0 ~ 011lnt rnanivelle S a l'aide duque! on la fail tourner lorsqu'on veul cbanger~ln positioo -des tegislres R. · La méme douille esl munic d'un tourreau mince en hronze s1 destiné nenferl11er l'extrémité de la Lig·e K2, qui s''y meut, et afin d'éviter qoe l'on en soit choqué lors.: qu'on s'en approche pour s'emparer <ln- yolanl. Ce fo11rreau est sculement percé d'ün petit trou pour éviler la compression de l'air i1 son intérieur. · L'exttémilé opposée <le la douille s est alésée et filelée pom recevoir un _écrou ·en brouze t, ·cJont l'intérieur est carré pour le-passage ele la lige K2 • Il porte un index ¿'qui est coudé, et corresponda une peli le plaque, fixée s~1dc mamelon de !'arcade Mll, sur laquelle sont 1racées des divisions en , rnpporl avec les divers degrés de dé'tente. Lorsqu'on fait tourner la douille s, qui enlrnine avec elle la lige K•, l'écrou t ne pouvant pas 1ourner, empéché par l'index t', se déplace. longiludinnlen1ent avcc' cet index qui fait connaitre alors, sur la pláque graduée, la Vffleur ele tous les mouvemenls imprimés a la tig·e etaux reg;islres de détente. , GL1ss1tnEs nu PISTON. - Lorsque les machines sont de faible puissance, MM. Cail, et avec eux divers constructems, ·adoptent la disposilion d'une seule paire de glis-. ~ieres, comrne celle qui est indiquée sur la gTavure, ce qui présente évidemmcnt une écouomie sensible <lans l'exécnliorJ, et serail préférable, dans lous les cas, a · deux points d'appui el un~ travP-rse dÓnt le ccwrement est t~ujours difficile it obte-, nir; mais pour des machines puissantcs, ,on préfere adopter les deux paires de glis~ieres plaqées laléralement sur les cólés memes du Mli, comme on l'a vu, pl. 9, et comme on en montre plus loin il'aulres exemples. · Les deux regles a nervures D, enlre lesquelles glisse la tete el de la Lige un pistan, sont ratlachées, ainsi qu'il a été dit, apres la bolle a éloupe du couvercle: · La fig. 7, pl.19, représente cct assem !J lage en co\1pe longilncl,nale, et en rnpport avec la scction transversnle, tig·. 6. : L'extérieur de la bolle ü étoupe présenle, a cet effet, deux faces dressées sur lesquelles les deux glissieres sont appliquées et fixéés pa'r cleux boulons a deux écrons chacun. On insere dnns les joinls · ntie plaqOé de lniton qni peut elre f'acil..9111ent remplacée par de plus mÍ!1ces, ·1orsqi1'il ·S'est nifl1iifesté trop ·d'ii"st11·e par le frolleme.nl du guicle de la lig~. Les extrémilés opposées des regles ·D sont rénnies par une comte entretoisc el traversées par un boulori qui füe !'ensemble a la ,lraverse B'. 1 'Ce mode de direclion, qui esl principalement usilé pour les locomolives et pour des machines lixes de moyenne pnissance, assure, ..comme nous venons de le faire remarquer, une reclilude plus certainc qu'avec deux glissieres placécs laléralemenl a une certaine dislance del'axe; mais il den ne lieu a quelque assujellissement, quant au convercle du cylinclre, qui ne peu( élre clémonté isolérnenl. 11 faut alors opérer. Ja visite du piston par le fond opposé au couvercle, ce qui, du reste, esl fr~cile _avcc une machine Iiorizonlale-, ·

608

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MOtEÜRS A VAPEU'R.

PoMPE ALIMENTAIRE. - La disposition ,de la pompe d'alimenlation ne differe ·pas sensiblemenl de celles qui ont élé décriles jusqu'ici. On remarque, néanmoins, que les bolles a clapets x et x' sont placées aux deux exlrémités du corps de pompe. Le clapet d'aspiration esl surmonté d'un mécanisme, avec volant a main x2, a l'aide duguel on peut a volonlé le rnaintenir sur son siége pour arreler l'alimentation. L'installation de cetle pompe est simple, en raison de sa commande direcle par le piston a vapeur qui lui donne la meme conrse. Cependant, bien d~s constructeurs évitent cette disposition a cause q.e la grande vilesse, qui n'est jamuis favorable aux fonclions d'une pompe. VoLANT. - Nous proposant de faire un arlicle spécial sur l'emploi et le calcul des volants qui, comme -on sail, jouent un role imporlant dans les machinés a vapeur, disons seulement, avant de terminer, quelques mols de la construclion e.le celui appliqué a la macbine qui nous occupe. · Bien que ce volant soit d'un diamelre peu considérahle, il est construit en plu-· sieurs parlies, ce qui est toujours avanlageux pour en faciliter le lransport, et qui esl adopté, du reste, a peu pres généralemenl aujourd'hui, aussilól que cette piece alteint une cerlaine limite de poids. 11 est formé de six pieces clislinctes, comprenant chacune un bras fontlu avec un segment de moyeu el une porlion de jaute. Les six bras sont réunis el fixés, au moyen de bóulons, sur un plateau en fonte ou lonrteau I', lequel est fondu avec un mamelon cylindrique clavelé sur l'arhre moteur. La jonction des jante~ a lieu a l'ai<le d'un tenon rapporté, et claveté avec c.hacune des deux parties rapprochées.

' .

DIMENSION'S ET CONDITIONS D'E MARCHE.

Celle machine esl élahlie pour une puissance nominale de 8 chevaux-vapeur, en la faisant marcher a la vitessc de o2 tours par minute. Les dimensions principales sont les snivantcs :

Diamelre du piston ........................... . Superficie corresponc.lan te ..................... . -

320 04 0m 600 1m 040 0m.c. 048 3ct.q.

Course. ······• ; ······························ Vilesse linéaire Ju pis ton par 1'' ............... . Volume engendré par coup simple ....... . ...... . Diametre des tourillons de l'arbre moteur ..-..... . 001 110 Poids de la jan le du volánl.. ................... . 1100 kilogrammcs.

Dans ces conditions, on lrouve·que la délente devrait elre réglée aux o/6 envirou de la course entiere du piston, soit l'admission a pleine vapeur pendant 1/ 6 de la course, pour produire la puissance nominale qui lui est allribnée, en admetlant que la pression de la vapeur soit de o atmospheres dans le générateur, et l'effet ulile de 60 p. 0/ 0. Mais, par les dimensions de ses organes de transmission, et principalement par l_e diametre el es lourillons tle l'arbre moteur, qui est en fer forg·é, on re-

MACHINE A ·nr'STJil,BúT'IOÑ RÁTÍONN~LLE. connait qu;on peu·t lui fairc pt'Óduire <l~vantage· sans uangcr; ainsi; en changeant le <legr~ d'admission de la vapeur, il serait possible de dév~lopper une· puissance de plus de 12 chevaux-vapeur, en cónservant la inemc vilesse de ñ2 tours a la minute,

MACBINE BOlUZONTALE A DISTBIBUTION DITE BATIONNELLE

Par

1\1. E. 1\1 AL DAN T,

constructeur A Bordeaux

M. Maldant avait présenlé a l'Exposition universell~ de ·1855, et a l'Expositio·n dq l3ordea11x, en 18ñ9, une machine a vapeur horizontalc qui s'est fait sur1_out remarquer pour- son rnode de dislribution différant not!:lbtemenl des_ disposition~

Fig. 81..

Échelle de 1/1/í.

.N. · LAMBERT.

se.

ordinairement auoptées. C;est cetle parlie essentiellé dn moteur que nous avons cru devoir spécialement _représenter comme offrant un certain intéret actuel, attendu gu·e les uulres parlies sont analogues a celles des machines du mcme genre (i). En proposant celte disposition, l'auteur a eu pour bul de supprirrier l'exces de pression que les tii-oirs supportent dans les condilions ordinaires, -ain~i que lEs espaces qui se 'remplissent d'une -cerlaine qu_antité de Yapeur qui n·e peut etre uli-

(l) La machine de 111. E. Maldant est complélemenl représentée et décrile dans le x• volume de la P1tblicalio11 indu sti·ietle. •

510

MOTEURS A VAPET:JR.

lisée. Bien des dispo-sitions ont élé imaginées dans le meme · but, sans· parlcr eles soupapes équilibrées (p. 424). Nous nurons a rnonlrer tles exemples de Liroirs équilibrés, et principalement les disposilions proposées par l\fü. l\fazeline, qui, ainsi que M. Cavé, ont proposé d'ex~ellents moyens de résoudre la queslion. La fig. 81 représente, en coupe longituelinale, a l'échelle de 1/15, l'enseml.Jle du cylindre et de la dislribulion de la rnachine de l\I. E. l\laldant. On remarque d'abord que le cylindre a vapeur est fondu sans canaux; il esl muni seulement, a chaque extrémilé, d'un orifice g débouchant a la surfnce d'une table dressée sur laquelle glissenl les deux tiroirs de dislribution C. Ce sont deux pieces plates, p"ercées chacune de deux lumieres e et d affcctées respeclivcment u l'écbappement et a l'introduction de la vapeur; ils sont réunis par une bielle a, qui les rend solidaires du mouvemenl de va-et-vient que leur communique un excentrique circnlaire, a l'aide d'une bielle en fer b, aUacbée u l'un d'eux. Ces tiroirs présenlent celte particularilé qu'ils fonctionnenl, pour ainsi dire, cxlérieuremen 1, el sans elre aucunemen t renfermés. lis se meuvent, en ef:fet, entre la table dressée du cylindre et une piece de fonte B, laquelle est rnunie alors des canaux nécessaires pour la double évolulion de la vapeur. C'est une sorle de sornmier, avec deux patins dressés pour le contacl eles tiroirs, fondu avec un canal e qui débouche ·s ur les deux patins et mis en communication, -au milieu de sa Jongueur, avec une large tnbulure D par laquelle la vapeur afflue du g-énérate11r. Les exlrémités de ,ce somn:i_ier dislrihuleur sont munies de deux orífices f et {' qui correspomlent a deux conduits réservés pour l'échappement, soit uans l'atmospherc, soit dans un condenseur. La machi ne de l\f. Maldant n'élant pas a condensation, ces deux orífices f et{', préalablement réunis en un sen!, débouchcn t a I'air libre. Le sommier B repose de son simple poids sur les tiroirs; iI est monté, par 1mc garniture d'étoupe, sur la tubulure D, laquelle est fixée rigiclemenl a l'aide d'unr. bricle el de supporls houlonnés de chaque coté du cylindre; les conduits d'échappement sonl également joints aux orífices f et {', a l'aide d' une gnrnilure élasLique formée d'nne bague· exlérieure en caoutchouc recouvert d'unc virole en cuivre, laquelle bague est aussi raltachée_latéralement au cyliñdre. II résulte de celle disposilion que I'ensemble du sommier est relalivement' libre dans le seos vertical, et peut toujours rcposer sur les liroirs, no11obstant I'usme qui pourrnH se produire. Pour comprendre le jeu de celle dislribution, il sufl1ra de reconnailre que la vapeur esl amenée par un conduit extérieur, correspondant a une premiere boite É qui recouvre la soupape d'admission h, disposée sur le dessus de -Ja tubulure n, et que l'on ,manreuvre par le volant F dont le moyeu csl claYeté sur -un écrou dans lequel passe sa tige. Du conduit central D, fa , 1apeur se répánd dans le·-canal e, el de la elle s'inlroduit daos le cylindre en lraversant celle -des deux lumieres el qui se ' lrouve en r~pport, avec l'un des ori-fices g. Pcndant que l'introduclion s'effeclur. ainsi a l'un des bouts du cylindre, on comprencl que- i'aulre esl en relation, par son orifice, ave<; la lumiere e du tiroir correspondant, laquelle est alors en commuriication avec ·uó éoncluit (l'évacualion r:

MACHI~E DU · sYSTEME B0URD0N. Dans la posilion indiquée, fig. 8{, l'introduclion va commencer d'un c<)lé et -l'échappement est déja ouvert a l'autre extrémité, de e/ en fi. Les lumieres d'échappemenl e et e' des tiroirs sont beaucoup plus larges que celles g du cylindre, ce qui permet de donner beaucoup d'avance. En résumanl les points fondamenlaux du ·mécanisme-, on voit que la charge supporlée par les tiroirs se compose du poids du sommier B, plus une pression égale a celle que la vapeur exerce sur la seclion des orificcs extremes du canal e. Celle charge totale est évidemment bien inféricure a celle qui peserait sur un tiroir ayan t les dirnensions convenables pour le meme cylindre, et qui serait plongé dans une boi~e avapeur. Ajoutons, enfin, que les tiroirs élant siluésenlre le cylindre el le _canal distribnleur, les espaces perdus sonl presque nuls, et que la tlislinclion élablie entre les conduits d'évacuation et ·ceux qui amenent la vapeur active estune condilion excellenle, ainsi qn~ nous l'avons déja fait remarquer. Qnant a l'ensemble de la machi ne, il est composé simplemenl de deux _ha.lis Jatéraux, reposant directement sur la mac;onnerie el sur lesquels le cylindre est fixé par des patins bonlonnéa. L'un des deux n'esl prolongé que de la quantité nécessaire ponr 'recevoir les glissieres dn pislon, tandis que l'autre esl plus long a cause_ du palier qui rec;oit l'arbre moteur. . L'excenlrique circulaire, qui commande la tlislribulion, agit par l'inlermódiaircd'unc coulisse tlans laquelle on peut faire varier le poin( d'atlache lle sa harre, et. obten ir une dé lente variable, par Ja rnodification que la course du liroir en éprouve. On verra plus loin l'exemple d'un mécanisme analogue, muis cmployé pour ohtenir une délenle variable par la course d'une glissiere additionnelle.

MACHINE HORIZONTALE A DÉTENTE VAB.IABLE ET A CONDENSATION'

Par 111. E. B o u RDON, ingénieur-constructeur

a Paris

(PLANCHES 20 ET 2~)

Celle bolle machi ne, exposée en 18tm par l\f. Boürdon, parlicipait a la lllise en monvement des macbines-oulils avec cetles de Mi\I. Farcot, Révollier, ele., et a vnlu a son auteur la rnédaille d'or. Elle se distingue non-seulement par tout !'ensemble de sa conslruclion et par l'applicalion d'un condenseur, mais encore par son mode particulier de distribution et de détente, et par ses dimensions relnlivemenl grand·es en ce qu'elles correspondent a une course longMe et a une marche lente. · La fig. 1, pl. 20, représenle !'ensemble de cette machinc en coupe longilutlinak, passanl par !'axe du cylindre et de la condensalion. Les fig. 2 a 4, pl. 21, sont des délails, a une plus grande échcllc, du cylindre moleur et de la dislribution; Les fig. ~ a H, pl. 20 et 2'l; sonl divers détails des orgaues principaux .

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512

l\'IOTEURS A VAPEUR.

ENSEMBLE DE LA CONSTRUCTIO

Le cylindre moleur A, dont la pl. 21 fait voir tous les détails, est fixé, par _des patles a, sur un bati en fon le B formé de deux flasques séparées, reliées d'un ~out par le cylindre meme, el qui, a pres la jonclion, forment un demi-cercle l'exlrémi té opposée. Le cylindre esl ajusté dans une enveloppe en fon te A', qui porte les oreilles a, la tahle des orifices el les conduits de tlistribution. L'enveloppe esl elle-meme recouverte d'unc chemise A2, en bois, pour la conservation du calorique. La tige du piston C cst guidée suivant le mode indiqué pl. 9, c'est-a-dire qu'elle est assemblée avec une lraverse D, donl les extrémilés sont munies de coussinets reclangulaires .en bronze, qui cheminent entr_e le dessus du bali, dressé-a cct effet, et une regle a nervurc, ou glissiere E, monlée sur chacune des deux flasques B, . La bielle F, qui relie la 1raverse D a la manivelle motrice G, est fourchue sur plus de la moilié de sa longueur, pour le passage du mécanisme desU-né a fuir.e mouvoir la pompe a air; en dehors d~ la fourche, qui esl formée de <leux parlies méplates, elle devient cylindrique et se termine par une tete· a coussinets, ª".ec bride démonlante, L'arbre rnoteur H a son premier palier fondn avec le bftti; il porte le volanl I, l'excentrique J qui fait mouvoir le tiroir de distribution, et une poulie K sur laquelle on recueille la puissance développée pour la transmettre ,· par une courroie, aux appareifs a faire mouvoir. L'introduction de la vapeur s'effeclue directement dans la boite L du tiroir, par un robinet valve M, monté sur une lubulure fondue avec celle-ci, et auquel vienl s'~dapter le conduit N comm~niquant avec le générateitr. La vapeur étant Jistrihuée :au cylindre par les orífices b et b' (fig. 2 et 3, pi. 21 ), son écbappement s'effectue par le canal central e; ce canal conlourne l'enveloppe et vient se terminer a la parlie inférieure par une tubulure circulaire a bride, a laquelle esl joint un conduit en fonte d, qui communique avec le condenseur. Cet appareil, qui a élé complétement décrit en príncipe, _differe seulemenl du modele qui en a été <lonné, fig. 3, pi. 14, par quelques délails de consl uction. II se compose du condcnseur propremen t dit, qui est un récipient O, exaclement cylindrique, et en communication avec la pompe a air P par un simple conduit e, _ au-dessus duque! se trouve le clapet de relenue f. On a vu comment l'eau d'injeclion esl inlroduile dans le condenseur par une 1ubulure g, dont l'ouverlure est réglée au moyen d'uue bonde conique h, qui peut elre aisérnenl rnanceuvrée du dehors. Le pislon i Je la pompc est aussi ·sernblable h celui qui a élé menlionné; il est muni d'un clapet plat i' jouant librement sur la ligej. Quanl au clapet supérieur le, il porte, ainsi que nous l'avons annoncé (p. 465), la boi_le a étoupe de la tige qui s'éleve avec elle d'une certaine quanlilé, lorsque le piston remonte l'eau dans la cuvetle P'.

MACHINE Dll SYSTEl\lE BOUHDON.

iH3 L'appal'eil de comlensalion a, dans celle machine, le mérile d'elre complétement rallaché au bati, condition lrcs-avantageuse pour le montage et pour la commande de la pompc a, air(1). Le condenseur esl muni, asa partie supérieure, de deux arcilles par lesquelles il ,est fixé, au moyen de <leux boulons, aux deux flasques du Mti B, qui porlent égalcme11l des palles en rapporl avec celles du condenseur. La pomre a air esl aussi snspemlue au batí, et le conduit inférieur e, qui la réunil au condenseur, rend !'ensemble parfailement solidaire dn reslant de lq machi ne. Comrnc le corps de la pompe est moins haul que le condenseur, la réunion avec les patins du bali r.st opérée par qualre boulons-enlretoises l, füées par des écrous, avec qualre oreilles fondues avec la cuvelle et quatre autres appnrlenant au bali. Le mouvcment du piston de la pompea air est pris sur la biclle molrice, au moyen d'unc pclite hielle Q disposée a Finlérieur de la fourche ou elle est articulée sur un boulon-lourillon qui en traversc les deux colés, pres de la double tete. La bielle Q csl assemblée de l'antre bout avec un levier R monté sur un axe d'oscillalion m., <lont les supporls sont méuagés sur deux chaiscs n houlonnées avec les Jeux colés <lu bali. Cel axe porte deux aulres leviers R', d'équerre avcc le précédcnt, lcsqucls commandent alors deux bielles R2 qui sont rallachées, de chaque colé de la cuvelle P', avec une lraverse o monlée sur l'exlrémilé de la tigej du pislon de la pompe. Celle traversc, qui doit elre guiJée dans son mouvement vertical pour main~ tenir la reclilude de la tige du pision, csl lcrminée a ses exlrérnilés par des renflcmcnls cylindriques percés, emmanchés sur Jeux liges p c¡ui furn1e11L des guides parulleles. Ces ligcs sont fixées, d'un hout, avec des bossage5 fondns a,·ec la cuvelle P', et de l'autre avcc des oreilles ménagées en prolongement des glissieres E du piston. La pompe alimentaire S re\;oit sa commande de l'axe m, dont on ulilise le mouvement oscillatoire, en fixanl a l'une de ses exlrémilés 1111 petil levier m' assemblé avec la bielle qui · commande son pislo11. Cel!c pompe esl le seul organe de lamachine qui ne soit pas absolumenl ·auhérent au batí : elle esl fixée simplemeut sur une console en fon te ratlachée au 111arnif. Avant d'exarniner les délails des parlies principales de celle machine, faisons rcmarquer l'inslallalion du régulaleur T, dont l'axe esl monté sur une arcade U qui est boulonnée avec les deux glissieres E. Le mouvement lui esl donné par une paire de roues d'angle q et q', dont !'une est fixée sur un bout d'axe tournant dans une douille fondue avec l'arcade; cet axe est actionné par l'arure moleur a l'aide de deux poulies réunies par une courroie. Ce régulateur n'est pas en communicalion avec la détente. Son action se fait sentir sur un papillon r (fig. 2 et 3, pl. 21.), ajusté sur le conduit qui relie le robinel-valve l\l a la boite a vapeur. (1) C'est une disposilion adoptée depuis longtemps par 111.:Bourdon, qui déja, en l849, en a foil l'applicalion a deux machines accouplée~, d'une puissance colleclire de 50 chel'aux, el deslinées a mettre en mouvemenl un moulin de t2 paires lle meules. Ces machines sont complétement représentées et décrites dans le vol. u: de la Publication i11d'U$'1-ielle. · • I.

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MOTEURS A VAPEUR.

DÉTAILS DE CONSTRUCTION CYLINDRE A VAPEUR (fig. 2 a 4, pl. 21). La fig. 2 est une élévalion extétieure du systeme de dis1ribution, toul monté sur le cylindre et .sur le IJati; La fig. 3 esl une seclion 1ransvt'rsalc du méme ensemble, suivant la ligne 1-2, pnssant par l'axe de l'introduclion et Lle l'échnppement de la vapeur; La fig. 4 est une coupe horizontale faite par l'axe 3-4 du cyliudre et de la dislribuliou. Le cylindre A est fondu a parl Je son enveloppe A', Jans Jaq11elle il es~ silliplement ajusté sur des cordons saillants appattenant aux deux parlies, et lournés lresexaclcmrn 1. Les cordups su11l élargis· a l'endt9il Jes deux canaux b el b', pour empecber la solutio_n de continuité tlu joinl. L'inlervalle compris entre le cylindre et l'envelop-pe re<;oit de la vapeur qni lui vieut directement de la chaudiere par un pelil tube s, avec robinet s', branché sur Je robinet val ve l\L Le chauffage de l' enveloppe a lieu ainsi séparémen t, au lieu d'y établir d'abord la circul~lion de la vapeur avanl de l'envoyer dans la boite de dislribution. Qnoique ce dernier mode soit nssez généralement adopté aujourd'hui, il u'est pas nbsolument prouvé qu'un syslcme présenle des avantages tres-marqués sur l'aulre. l\'lais ce qui es t 111i e11x élabli, c'est que la chemise ne doit pas é lt:e cbauffée avcc la vapeur de l'écbappement, surtout lorsq11'il y a un condenseur. Celle méthode serait évidemment lres-d éfect11euse et aurait pour résullat de rcfroidir le cylindre, _au lieu de le réchauffer. Seulemenl on peut remarquer que, si le cylindrn cst chauffé séparément, il fout alors établir la communicalion par inlermitlence, ou, de ton le fac;on, faire évacue.r de lernps i'l nutre la vapeur de l'en-veloppe, d'oú elle n'a pas d'issue en marche, el ou elle peut se condenscr. Elle esl d'ailleurs munie, a cet cITet, d'un robinet de purge t ( fig. 1 ), branché sm le mcme conduil t' que ceux t2 adaplés, pour le meme service, aux deux fonJs du cylindre. Le graissnge de l' inlérieur du cylindre est opéré par le robiuel spécial u, qui est d'abord lara11dé Jans l'enveloppe, el qui por le, a pres le laraudagc, une partie cylindrique, plus faíble de diametre, laquelle pénelre alors au Lravers de la paroi dn cyliudre A dans lequel l'huile doit etre inlroduile. La fig. 5, pi. 20, représenle en détail la disposilion de la boite a étoure traversée par la tig!é! dn piston, et le moyen employé pour la lubrificr. . La posilion horizontale s'opposant a ce que l'huile puisse élre versée dans)e godel qui accompagne onlinaire1ucnt tlll presse-étonpc, la bo1te est mun:ie d'un robinet u' dont l'usage esl alors de faire pénélrer l'huile directem~nl daos l'étoupe. l\Iais, con_1mc celle-ci est fortement serrée et d'ailleurs sécbée par la chaleur, il pour;r ait arriver que l'huile ne s'y i'nlrodu;sa pas: M. Bom'don, ainsi que d\rnttes constructeurs, place da.~s la hoi.te, et vi.s...a-vi-s dH rpbinet grais.seu.r, une bague en bronze u2, qui entoure la li ge, sépare l'éloupe en deux parties, et, rece~nt rhuile

MACHINE DU SYSTÉME BOURDO~.

ñt :;

daos une gorg-e praliquée extérieuremcnt, laº laisse parvenir a la ti g-c par la gorge inlérieure qni esl mise en relalion, avec la premíere, par une sél'ie de pctits trous. Ce qui formail alors le g-odel du prcsse-éloupe n'cst plus qu'unc capacité close a l'aide d'une contre-partie qui s'y emboite, et retienl l'b11ile que la lige en lraine, el qui tomhe1ait en dehors, au tl élri111 enl de sa consenalion et de la proprelé. Dans bien des machines horizonlalrs, et surtoul clnns les locomotives, celle disposition esl rcmplacée par nn graisseur en forme de gódct, ménagé sur le bonl Ju pressc-éloupe, a l'in léri enr duquel est pratiquée nne gorgc qni rclirnt l'h11ile. · Les fig. 2 el 3, pi. 21, rnonlrenl exaclement la disposilion de la chemis" en bois A2, dont l'inlervalle avec l'enveloppe A' est rempli de matiere pulvérnlenle, non ·<:oqductrice de la chalenr, lelle que de la sciure J e bois, de la poudre de charbon, ele. Nous "avons déja insislé sur celle précieuse mélhode de proléger un cylindre a vapenr des ref'roidissements, el q11i conslilne l'nn des procédrs indbper.sables concourant h l'économie <ln combmtible. · P1sro:-1 MOTEUR (íig. 6 el 7, pi. 20). - Nous avons dit qu'en général les pislons t!c machines a vapeur soñl composés de segmenls métallirpies, qtfc des ressorls po,-, ssent sans cesse au conlacl des parois du cylinrlre. Ce fait général donne lir11 a ur c infinité de disposilions différenles, soit clans la forme des segmenls, soil dans la mani ere d'y aclapter les ressorls. Voici la conslruction adoplée par 1\1. Bourdon pour les pistons de ses machines. La fig. 6 est une .con pe lon gilndinale du pislon,snivanl la li gne brisée 5-6-7; La fig. 7 en est une coupe transversale, faite suivanl la li gne 8-9, le coin conique v étant supposé reliré. La parli e rrollante, celle qui conslilue les segments dans une aulre disposilion, csl formée ele denx lames minces circnlaires et concentriques e' et ci, coupécs chacune en nn point <fo lenr circoníérence et maintenues entre deux plaleanx en fonle C et C', qui s'cmboi 1enl par leurs moyenx, et sont réúnis par 11'ois boulons. Le cercle c2 est muni inléri curement u'nne porlée, tournée coniqué, el rcfenduc sur tout son rourlour; il peul ainsi, comme le premier, s'ouvrir et s'élendre circulairement rn cédanla l'aclion de 24 ressorls a bonrlin v'. Ces derniers sont pris entre l~ plalenu C el une bague v, qui porte des fraisures cylindriques Jans le. quelles ils s'engngenl; la bague esl 1onrnée coniqne, de fa<;on a s'ajusler exaclcment sur Je~ port ées inlér1eures dn ccrcle c2 • L'efforl des rcssorl s, combiné avec la forme conique de la bague v, 1enc.l alors a faire ouvrir le éerclr c2, lrqnel cxerce la meme action sur celui e', qui l'enveloppc, et le maintient en conlacl avec les parois du cylirnlre. Comme la coupure du ccrcle cxlérieur e' Jaisserail pa!-ser la vapeur d'un-cóté ;1 l'aulre Ju pislon, ori y enfóurche une plaque c3 (fi g . 1 ), fixée sur le cercle inUrieur, et qui, loul en laissanl le premier jouer sur elle, ferme la co111munication. Quant a la réunion de la tige avec le corps du piston, elle a lieu au moyrn d'une clef qui traverse a la fois cetle ti ge et le moyeu dn plateau C', et appelle re dernier a joi"nt contre l'emba!'ie conique que porte la lige, el qui est encaslrée dan s une fraisure praliquóe ad hoc dans le plaleau.

516

l\IOTEURS A VAPEUR .

D1srnrnunoN (fig. 2 a 4, pl. 21 ). - Le sysleme de distribntion a détente appliqué a cetle machine pcul etre résumé par les obsenalions suivantes: 1° Glissiere de délcnte d'une seule pic•cc, et percée de lumieres (p . 39i); 2° Division des orífices du tiroir pour en accélérer les effels et élendi:e les limites des admissions possibles (p. 40,); 3° Jcn de la glissiere identiqne au sysleme el'Edwards (p. 401.), mais les crochets remplncés par une camme adaptée en dchors de la boite a rnpcur. En rnpprochant ces propriétés, qui onl élé complélement expliquées, on possédcra loutes les condilions re.mplics par ce moue de distribution, sur lnquelle nous n'aurons a revenir que pour sa construclion particulicrc, et priucipalement sur le procédé imaginé par l'auteur pour placer extérieurement la _camme qui regle la coursc de la glissiere de délente. Ce but a été attcinl en faisant la tigc du tiroir creuse, afin d'y laisser passer une scconde lige x', reliée a la glissiere x, et qui porte exlérieurement un chassis x'!. don~ la fonclion est el'arreter la marche de la glissiere, en butant contre une cammc Y monlée sur un axe fixe. A cet effet, le tiroir principal V est enclavé dans un chassis en fer auquel est adaptée, par un taraudage, une tige creuse K', dirigée par le sturnng box de la boile a vapeur, et qui vienl se relicr extérieuremcnl avec un chassis P auquel la bielle J' de l'excentrique esl rattachée. Ce chassis cst lui-meme guidé par ses deux !ringles longitudinales, qui-glissenl dans deux paliers apparlenant h un support L' fixé sur le dessus eln Mti B. A l'endroit de son assemhlage avec le cbassis, la tige K' forme elle-memc boile a éloupe a la tige x' de la glissiere qui porte alors le cadrc xi, a l'intérieur eluquel se trouve la camme Y. La tige continue au dela du cadre, et se trouve encore guidée par une douille en bronze montée sur une piece U, boulonnéc avec celle L' el qni est contre-coudée d'équcrre, pour venir également supporter le tourillon el' sur lequ-el la camme est fixée. Ce lourillon est monté sur une douille fomlue avec le support L'; la camme Y est clavclée avec luí, ainsi qu'un cadran e' monté a son extrémité. Lorsqu'on veul cbanger la posilion ele la camme, on fait tourner le cadran a la main, a l'aide d'un boulon e2 dont il est ·muni a cet effcl; le cadran entrainc avec lui le lourillon et la camme, et lorsqu'il cst arrivé dans la posilion requise, on l'arrete au moyen d'une pince e3, que l'on fait serrer a l'aide d'une vis de pression e•. Ce lle pince fait l'office e.le repcre pour reconnailre la posilion donnée a la camme; elle porte une ouverlure avec laquelle on fait co'incider e.les cúcles tracés sur le cnuran (fig. 2), et ou sont inscriles les indicalions qui correspondent aux divers dr grés d'admission. Pen de chose suffira maintcnanl pour achever ele faire comprendre les fonclions de ce mécanisrne. Le liroir, en marchant, enlraine avec lui la glissiere, comme ~.a ns le sysleme d'Edwards; mais lorsque le caure apparlenant a la tige de celte glissicre rencon tre la camme, elle cesse de suivrc le liroir dont les oriüces se recounent, et la délenle s'effeclue. Ensuile on cbange le degré d'admission en tour-

MACHINE DU SYSTEME BOURDON. -

tH7

nanl la camme, dont la plus grande climension fui l faire a la glissiere de détente la plus faible course, ce qui correspond a la moindre admission, et vice versá. Quaut a la marche a pleine vapeur, il suffil de mellre la camme en lravers, ce qui amene la glissiere au milieu dn tiroir, posilion qu'ellc conserve alors. Si ce mécanisme, nécessilé par le mouvement exlérieur de la camme, e.sl un peu compliqué, on recueille au moins, comme compensatioil, l'cxtr~me réduclion de la boile a vapeur et des espaces nuisil.Jles, el une réglemenl-alion facile. Pour compléter ce qui est relalif au mécanisme de dislribulion, nous ajouterons quelques mols sur la construclion de l'excentrique et du robinet-valve. La fig. 8 représente cet excenlrique et son collier eu vue extérieure de face; La fig. 9 en esl une coupe transYersále suivant la ligue 10-H. On remarque, par ces figures, que les boulons f' servanl a rénnir les deux parties du collier de l'excenlrique se prolongenl pour se relicr par l'extrémilé opposée avec la tringle principale J', qui parle a cel effet un renflement carré. Pour empecher les vibrations de ces pieces et augmenter la roideur de l'ens~mhle, elles sont sou len u es vers le tien; de leur longueur par un are f 2 ( fig. 1), qui tra verse un bossage ménagé a la 1ringle J', et s'assemble a tenon dans des bossages semblables appartenant aux liens f'. _ . On a profilé de l'excenlrique p~nr y ndnpler, par 1rois vis, la 'conronne r 2 qui forme ponlie de commancle au régulalem:, en évilanl ainsi un calage spécinl surl'arbre. Le rohinel-valve M est analogue aux soupapcs de prise de vapm;r dn générateur type ( pl. 1). 11 est com posé d'un clapet con ique disposé sur son siége, a l'inlérieur de la baile M, et qui est manreuvré de l'exlérieur au mayen du volant-mauivelle M', dont le moyeu forme écrou asa tige, qui est filetée. Le volaut cst pris dans un collier a chapeau mobilc, appartenant a un élrier en fer boulonné avec le couvercle de la baile. On se rappelle que la prise de vapeur servant a chauffer l'enveloppe 'a lieu sur la boite M. Le robinel s', affecté a cet usage, est adapté a un petil canal s2 , ven u de fonte avec elle, et conlourné de fac;on que son orifice intérieur débouche en arriere dn clapet, dans la parlie qui est toujours en rapport avec le générateur, tandis que l'oritice extérieur esl ramené sur l'axe de figure de la baile de dislribulion. On a vu aulre part le jeu du papillon ?', qui est en relalion avec le régulateur a boules, et a pour mission de conserver a la machine sa vitesse normale. On sail que ce papillon peut etre supprimé et remplacé par l'organe de , arialion de la détenle mis en rapport avec le régulateur. Ainsi 'JUC l'indiquent les fig. 1 a 3, ce papillon est placé sur la tubulure communiquant avcc la boite a vapeur, entre le tiroir V et le robinet-valve. II esl monté sur un a:xe prolongé exlérieurernenl par-une tringle r 3 que le manchan du régulateur fait osciller lorsqu'il se déplace; cet effet esl obtenu, comme a l'ordinaire, par une combinaison d'équerr~s el de lev1ers de renvoi. ArPAREIL· DE coNDENSATJON. - Nous avons fait connaitre cel appareil assez amplement pour n'avoir a parler que de quelqnes détails d'exécution qui ne pouvaient cnlrer dans la description d'enscmble. 1

MOTEURS A VAPEUR. · Dans les premieres machines de M. Bourdon, le clnpel de relenue f élail ñ cha1·niere, et disposé, comme rious l'avons indiqué ( fig. 3, pi. H), a \'intr.rieur d'un-. conduit rectangulaire réunissnnt le condenseur a la pompe a air. Ici il esl plat, ;i soulevement libre; lalevée estlimilée par un trépied ajusté sur la bride de la lubu· lure cylindrique e, qui élablil l~ communicalion avec le corps de pompe. Cela est tres-simple et fücile a m·onlcr comme a démontcr. 11 est vrai que le cfapct f ester.fermé; mais oulre c¡u'il est aussi nisé d'enlever la tubulure e c¡u'un rcgard spécial, --on sait que ce clapet a peu d'imporlnnce, puisque Jans cerlains cas, on a pu s'en passer; et c.l'ailleurs, sa forme actuclle exclul l'itlée de réparalions fréqucntes. De meme, dans des machines conslruites anlérieuremen!, le 'pislon de la pompe était command é directement par un hras de levier solidRire de l'arbre oscillant m, ce qui obligeait de faire de sa Lige un fourreau dans lequel la bielle o~cillnit. Celle lige, tres-grosse alors, conduisait a des diametres considét-ables, réduisait l'ouvcr·. ture du clapet supérieur, et enfin donnait lieu a une augmentalion de froltemenf. Le constructeur a préféré revenir a úne tige mince, avec des directrices spéciales et les bielles R2 • Enfi~ ; on voil ici l'applicalion d'un mécanisme déja décrit (p. 464) pour manreovrer la soupape d'inj eclion h. L'extrémité supérieure travcrse le couverclc du condenseur par une boile a étoupe, puis est filclée dans le pignon d'angle h' qui lni forme écrou. Ce pignon engrene avec un autre pig-non semblable h2, dont l'axe porte une poignée a indexen rapport avcc un cadran placé en dehors du batí B, et sur le cóté meme de la distribution, atin que loules les rnanamvres soient en meme temps sous la main tlu conducteur de la machine. Po~1PE ALIME rAmE (fig. 10 et H, pl. 20). Celle pompe est fondue d'une seule píece avec la chapelle des chambres a clapels, dont la fig. H montre une seclion faite sur leur axe commun 12-13. Elle est analogue a celle que nous avons décrite ( p. 432 ), exceplé l'assemblage du pislon avec-la bielle qu-i le commande. Pour ne pas descendre celte pompe trop ba~ et la laisser a la portée Ju chauffeur, qui l'embraye, a volonté, a l'aide d'une clavette, on a fait le piston creux, en forme de fourreau, afin d'y logcr la bielle m2 qui est assemblée avec sa parlie inférieure. Mais comme elle n'est pas adhérente au bali et qu'il peut se produire de légeres. dénivellalions entre elle el le rnécanisme uuquel elle esit reliée, l'assemblage de la bielle avcc le pis ton est a rotule sphérique. La tige m2 est, en effet, terminée par une sphere; une moitié de son coussinet est pl'ise sur le pislon mcme, et I'aulre moitié esl rapportée par un taraudage. Celte pompe est munie d'une soopape de surelé y, fonctionnant dans les conditions qui ont élé expliquées en décrivant spécialemerit les appareils d'alimentalion. Rappelons que, dans la pluparl des machines munies d'un condenseur, la pompe alimenlaire y prend, comme dans celle-ci, son eau d'alimentalion, qui est tonjours a une température assez élevée et d'environ 40 degrés. A défaut d'un meilleur procédé; tel que l'emploi d'un réchauffeur direct, on réalise ainsi une économie de combnslible en rapport avec les lempératures de l'eau de condensalion et de celle, ordinairement dis ponible, d'un réservoir iudépentlanl ou d'un puils.

MACHINE DU SYSTEME BOURDON.

5t9 .

VoLAJST. - Le volant est composé-<lc six bras, fondus séparément, et fixés par des houlons sur un plateau en fonte clavete sur l'arbre moleur. La couronne est égale ment formée M stx ·parties réunies ,par des tenons et des clave.Hes. _Les bras s'y trouvent réunis par des entailles a queue d'hironde dans lesquelles leur exlrémité est ajuslée; vis-a-vis de chaque bras un boulon traverse la couronne et pénetre d'une certaine quanlilé Jans le bras ou il est serré ·au moyen d'unc clavette. Dll\iENSIONS ET CONDITI'ONS DE MARCHE

La puissance nominale de cclle rpachine esl <le 25 chevaux-vapeur, su vilessc de rolation réglée a 30 lottrs par minute. Nous allons en résurncr les dimcnsions principales, et surtot.tl celles qui peuvenl servi-r de base a la quanlilé de lravail qu'elie est capable de dé~elopper.

om 420 Diametre du pislon a vapeur ........................ . f3d.q. 85 SnpPrficie correspondan te ................ ; ......... . fm 160 Conrsc ......... , .................................. . fm 160 Vilesse linéaire moyenne par 1" ........... , .......... . .Vol u me engendré pour un coup simple ............... . f 60d.c. 66() om 290 Diamelre du pislon de la pompc a air ................. . 6d,q. 60 Superficie correspondan te •.••........ ! • • • • • • • • • • • • • • • om 465 Course ...................................... ,~ ... . Volume engendré pour un coup • simple........... . ... i9d.c. 140 Volume du coudenseur (y compris le-conduit qui comm1.mique avec le cylindre).. • . • • • • . . . . . . . . . . . . . . . . . 73d.c. 00 om 060 Diametre du pislon de la' pompe alimentaire. . . . . . . . . . • Od.q. 28 Superficie correspondan te ..••••.• ;.................. Course ................ ·. . . . • • . . . . . . . . . • . . . . . . . . . . . . . om 225 . Voll,1me engendré pour un coup simple................ 0d.c. 630 Om 180 Diametre des tourillons de l'arbre moteur.............. 4m 000 Diametre moyen ·de la jan te du volant. . . . • • . . . . . . . . . . . Vitcsse a la circonférence moyenne par fN (avec 30 tours). 6m 283 Poids de la jantc, approximativement.-................. 2500 kilogr. Si l'on calcule la puissance de la machine a l'aide de la formule A ( p. 333), on trouve qu'elle développera la puissance ullle, pour 1aquelle elle est établie, dans les conditions suivantes : ; Le rendemenl élant supposé égal a 0,6 de l'effet total sur le piston; · La contre-prcssion dans le condenscu,r, é.gale a o•tm.05; La pression daos Ja chaudie,re égale a 3•tm. 5; La détente pen<ilant les 4/5 de la course du piston. Mais l'arbre moteur esl assez !Qrt poQ.r permeltre ~e lui faire développer pres de 40 cheyaux, a la me.me -viJ.esse, en ~h,angeant les conditions de pression ·et de détente de la vapeu_r! ·

....

520

MOTEURS A VAPElJR.

MODE SPÉCIAL D'APPLICATION' DU CONDENSEUR A UNE MACHINB

HORIZONTALB

L'applicalion d'un appareil de condensalion anx machines horizontales a loujours présenlé quelques difílcullés, ponr.le rendre adhéren l au bAti de la machi ne, a cause de la commande; la divcrsité des moyens employés par les constrncleurs en esl une preuve. 11 est done u lile d'en mulliplier les exemples; c'est po11rqu01 nous avous choisi parliculieremenl pour les modeles que rrons présPnlons i1 nos 1ecleurs, des machines a condensalion, afin de leur mon trer les dispositions adopiées par les meilleurs mécaniciens. Ainsi, apres avoir vu celle de M. E. Bourdon, on •éludiera, nous en sommes persuadés, avcc beaucoup d'intércl, celles de MM. Farieot qui ont tant fait sur les machines a vapeur, et ensuite celles de M. Bréval, de M. Legavrian, etc. Mais avant de les décrire, il nous a paru ulile de parler de la <lisposition snivante_qui a été e~sayée récemment sur une machi ne horizontale, afin d'en fairc ressorlir les avantages et les inconvénienls. La fig. 82 rcprésenle l'cnsemble de cetle macbine en vue exlérieure avec le condenseur B disposé comme dans _la machi ne précédente (pi. 20 el 2-1 ), et en communication avec le cylindre par le conduit C. La pompe lt uir est alors placéc exlérieurement et fixée au bi\ti par des oreilles venues de fonte avec sa cuvelle. Pour la metlrc en mouvemenl, dans celle position, on a réuni au bouton de la manivelle molrice une manivelle plus faible, moutée sur un bout d'arbre qui porte, en dehors du bali, un plalcau claveté F armé d'u n tourillon auquel est assemblée une bielle E; ·celle - ci aclionne une équerre en fer H, clavetée sur un arbre posé iransversalement devant le cylindre s4r denx supports de fonte fixés sur ies hords du batí; la tleuxieme branche de cette · équerre est assembléc avec la pe lile bielle G altacbée a la lige du pislon de la pompe; cette tige est du 1·este guidée verlicalemenl par une traverse posée sur le bord de la cuvette. Une pompe commc celles de ce genre, qui marche avec un viJe tres-avancé, n'otfrant de grande résistance que pour élever le piston, on a eu le soin que la bielle E ne lravaille aussi qu'eu lirant; lorsque le pislon de la pompe dcscend, il esl énergiquenicnt repoussé de haut en bas par la pression atmosphérique, ce qui produil encore des efforls <le lraction sur les pieces auxquelles il est relié. Tout ce mécanisrne parait dans de bonnes condilions, et rend la machine aussi simple que solide. Afin de conserver cette simplicité, on a profité de l'arhre transversal, qui oscille avec l'équerre .H, pour commande1· le tiroir <le dislribution, ainsi que la pompe alirnenlaire, donl le pislon est actionné par un bras de levier fixé a l'exlrémilé opposée de l'arbre. On supprime ainsi clu meme cou p les excenlriques ordiuairemenl employés a ces deux services; on a du seulcmcnt rendre le bouton d'assemblage de la hielle E avec le platea u F mohilisable a volonlé, afin de régler facilemcnl l'angle de calage, a cause clu tiroir de dislribulion.

Échelle de i /30.

A UNE MAtlllNE HORIZONTALE .

MOllE SPÉOIAL D'APPLIOATION D'UN OONDENSEUR

· Fig. 82.

• - - y-.1

022

l\IOTEUI\S A VAPEUR.

Rien ne s'oppose évidemmenl a ce que la poiope alimentaire soit commandée par les memes organes que la pompe 4 air. Mais pour le tiroir de distribution, il en est autrement. L'expérience a démontré qu'il peul se produire, dans le mouvement du piston de la pompea air, des secousses ou des a-coup qui se répercutent alors sur le tiroir. C'est un inconvénient qu'il fout absolumenl éviter. Par conséquent popr adopter cetle disposi lion d'apparcil de condensation; qui a certainement des av?tnlages, il faudrait au_ n1oins commander le tiroir a part, an moyen:d'un excenlrique spécial, et placer la boile a vapeur sur le colé du cylindre, car elle ne se trouve ,ici sur le dessus que par la posilion meme de l'arbre transversal auquel le mouvement Ju tiroir était emprunté.

MACHINES HORIZONTALES A DÉTENTE VARIA.BLE ET A OONDl!lVSA.TION

Par 1\1. · F ARCOT et ses fils

( PLANCHES

23)

Les machines a vapeur construites dans les aleliers de M. Farcot et ses fils, jouissent aujourd'hui d'une cónsidéralion européenne pour le degré de perfeclion auquel ces ingénieurs sonl arrivés, soi1 sous le rapport des proportions générales bien ~nlendues, soit pour les délails de conslruction qui ne laissenl ríen a Jésirer. On les regarde aussi comme économisant le combustible jusqu'a la limite maxinrnm que !'industrie ait pu atleindre jusqu'a ce jonr. Cette qualilé dépeud de diverses causes parmi lesquelles on doit évidemment distinguer, d'une parl, l'exéculion .meme de la machine pour oblenir le meilleur effet ulile, et, d'un autre coté, le sysl~me parliculier de généraleur qui, comme on l'a vu pl. 2, es.L ralionnellement élabli, et permet de produire beaucoup de vapeur. 11 est également exact de dire que l'économie que ces machines procurent dépend de la détente prolongée a laq~elle elles sonl réglées, et qui ne peut rendre tout son eITel _gue par une distribulion en bon _étal de marche, des enveloppes protectrices conlre les perles de chaleur, un vide tres-avancé daos le cond~nseur, etc. NOU$ avo ns choisi deui modeles de machines avapeur hOJ;'izon tales sorties récemmen t de la maison Farcol. L'une d~ ces machines est ele la force nominale ·de 60 cheva11x, et l'autre de. 20 sei.Ilement. En principe, ces deux machines sont semblables, mais elles different tou[efois, non~seulement par leurs dimensions, maís encore par l'applicalion de leur appareil de condensation. Par la descriplion générale que nous allons' en donner, nous reriverrons successivement le lecteur tantót a I_'m~e _el tanlól a l'autre, suivant les similitudes ou les différences qui existent -entre chacune d.e leurs purties respectives.

l\1ACHI.NE'S DU SYSTEME FARCOT.

023

' ENSEMDLE ' ~E LA CONSTBUCTibN DES MACHINES . D~ SYSTiME FABCOT (FIG,

PL.

22,

ET FIG,

~2,

PL,

23)

La fig . .1 de la, pl. 22 représente_ l'élévalion extérieure de la machi ne: de 60 chevaux, regardée du coté de la distribulion, la pompe tt afr et la pompe alimentaire étant supposées vues .en coupe_; , La fig. ·2 est une sectipn horizontal~ partielle du cylindre a vapeur et de la boite de dislribution; · Les fig. 3 a 8 sont des détails du mécan-isme du régulateur et dn palier de l'arbre de Ja manivelle; · La fi.g. 9, pi. 23, représente l'élévaliQn exlérieure de. la machine de 20 ch,evaux, avec .la pompea air en coupe longitud in ale; La fig. 10 est une projeclion horizonlale du méme ensemble qui est complélement des¡;iné en .vue ex.térieure ;. La fig. 11 est une vue de bout du cólé du cylindre a vapeur, la pompe lt air élanl · en cou pe tr_ansversale_ ; La fig. 12 est une section transversale partielle du cylindre el de la boite de distribution, faite par l'axe du canal d'échappement. - Dans les deux machines, le cylindre· a vapeur A, renfermé dans une ertveloppe en fon te A', est fi_xé sur le bali B, qui est fondu d'une seule piece. Ce bali, ayan t 1res-peu de hauteur,' ses cólés sont formés de panneaux sans évidements. Des par~ies saillantes sont ménagées des deux cótés pour former, avec les regles en fon le C, les glissieres du pistan, et diminuer l'épaisseur des coussinets-gnides. Le bali se rétrécit a partir du cylindre, afin de ne laisser a la traverse du pislon que la longneur qui lui est slrictemenl nécessaire pour recevoir la u.ouble tete de la bielle D, et deux petites bielles E qui command·ent la pompea air. Ces deux bielles se voient sur le_ plan de la machine de 20 chcvaux ( fig. 1O, pi. 23). La bielle principale est ronde dans la gra}?de machine et a seclion carrée dans la deuxi~me; dans les deux cas, elle est lerminée par une tele fermée, ou sans bride mohile, dans. laquelle sonl ajnstés les coussinels ou joue le boutori de la manivelle F. Celle-ci est calée, comme a l'ordinaire, sur l'arhre moleur en fer G reposanl sur un premier palier B', venu de fon te avec le httti, tandis que son deuxieme palier doit etre fixé sur une mai;onnerie voisine. L'arbre inoteur porte un éxcentrique ciÍ'culáirc H pour le tiroir de dislribulion, une poulie . pour commander le régulaleur, et ele plus le volant I, qui a du etre énlevé sur le dessin pour ne pas cacher d'autres parlies de la macbine. La bo1te a vapeur J renferme le tiroir de dislribulion et les organes spéciaux pour la détenle, suivant les formes et dispositions représentées pi. H, fig. ñ a 9. · L'i_n stallalion du régulateur a force centrifnge K, dans ces machines, a cela de parliculier qu'elle se fait sur le cylindre a vapeur, daus le but de le rapprocher de

MOTEURS A VAPEUR~

la bdile de distribnlion et d'en. débarrasser les glissieres. II est monté sur un bali en arcade K' qui se fixe sur des oreilles verrnes de fonte avec l'enveloppe A'. Les fonctions de ce régulaleur ont reru un comrnencement d'explication en décrivanl la macbine verlicale représentée pl. 17. Nous en donnons plus loin un complément dé1aillé . . L'appareil de condensation áppliqué sur la grande machi ne ( pl. 22) se compose d'une pompe a air a double effet L, mise elil 1·appor.t ;wec un réeipient M, Jjsp@sé a cóté de la machi ne, qui est le condenseur ¡pro,prement dit, ou -se faiB'injecHon, et oú se rend directemenl la vapeur échappée du cylindi'e. {Ce condenseur, hldiqué seulement en Hgnes poncluécs sur Ja p'l. 22, est représenlé complélement, et en coupe, sur la pl. 23.) La 1~ompe a air cst inslallée au-dessous du M.U princjp~l, su·r le massif en · nmc;onnerie dans lequel une fosse a élé ménagée a cPt effet. Ellt\ est commandée par un forl balancier en fon le N, qui oscille cl'apres un .support fixe étahli sur le fond de la fosse, el qui rec;oit son mouvement de la tra-verse du piston moteur a l'aide des deux petites bielles F mentionnées ci-dessus. Le pislon ~e .la _pompe alimentaire se lrouve sur le níeme axe que celui de la pompe a,. air :avec leque'l i1 -est alors relié ,et commandé, simultanément. Celte disposition a l'inconvénient d'en séparer les divers points d'appui et .surioul de placer les deux pompes dans une silualio:n qui rend ieur vási-ie díffieile.• C'est pour cela que :MM. Farcot la rem~lacenit actu,ellemen1. par celle indiquée pl. 23, el qui ,consiste a re:porler la pompe a air en ar.riere du cylindre, en la commandant au moyen d'uH mécanisme donl lGs poinls d'app,wi importanis sont tout a fail inhérents au bali principal. Ainsi., le balanci.er a deux hranches N est monté sur un axe d'oscillation -posé horizonlalemenl sm~ deux supports N', exaclement clavetés et boulonnés ayee les _ deux cólés du hflli B. Transformé en levier du premier genFe, 1-:e balancier est pro~ lo.ngé au dela de son point d'appui, et s'assemble avec une longue bielle P laquelle-esl atlacbée directement la tige de la pompea air. Cette bielle suit un cooloir ménagé dans le massif en maconnerie et au-dessous du cylindre, tandis que la pomJ)e a air se trouve tout a fai.t dégagée, quoique ,étant encore au-dessous du .sol. .Cetle bielle ne comporte aucune brisure ou cllarniere entre la tige d.e la po.mpe et le balancier, en vue de c@mpenser l'arc d'oseillalion de ce clernier .. Gu'idée par un seul su pporl P' appuyé :Sur la maconnerie, elle ,fl.ér;hit su-ivant un ,angle qui a pour rayon sa longucur meme, et poQr corde la fleche rile l'arc engendré par sou point de réunion av-ec le balancier N. Suivant les proporlions memcs des picces relatives a cetle machi ne, la distancc • de !'axe ver1ical dn balancier a celui du supporl P' est de 2m46, ei la fleche de l'arc est égale 32 millimetres e-nviron. II -en riésulle cque l'aogle de -flexion tolale est peu pres de 0° ,4o', pour lequ.el la tige de la bieHe, daos le support, J'ésiste par ·un diamelre de 42 millimetres• .Dans ces eonditions, :les oonslruc.leurs -onl constaté que la flexioR ,s',opéraii bien, sans influer sur la .rigidilé dn métal .et sans désorganiser le point d'appui.

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MACitINES DU SYSTEME .F ARCOT.

Le déplacement de '1a -pompe a -afr améne forcément celui de la -pompe-:alimcntaire O, d<mt le corps est 'ici fondu de la méme piece; son piston est commandé par la biclle P, au moyen d'}ln -p'ilon fixé perpendiculairement, pres de son asseml>lage avec la tige de la pompea air. Nous ferons remarquer que Ml\f. Fareot arJoptent de préférencc, pour le sens de la rotation, de l'arbre moteur, dans leurs machines, eclui qui est indiqué par des fleches sur les figures, et qui peut etre désigné par cette expression : Le volant 'rabaitant du cote du cylíncbre. Poor comprendre cette préférence, il faut se rnppeler que, lorsqu'une machine tourne dans le sens op-posé, c'est la glissiere inférieure qui supporte la pression due a la décomposition du mou:vement (p. 346). Mais, comme elle supporte de lfü1te fa<;on le poids propre des i:iieces, on se rapproche mieux de l'équilibre en faisa11t lourner la machine en s.cns eontraire, ce qui a pour résultat de reporler alors l'effort, par décomposifion, sur la glissiere ·supérieure (p. 34i).

DÉT~ILS DE CONSTRUCTION

CvLtNDRE ET msrnrnur10N. - Le cylindrc et la distribulión sonl semb1ables uans les deux machines. · L'euveloppe A' est fonduc avec dcux palins a qui en ont loule 1a longueur, et-par lesquels le cylindre est fixé sur le l:rftli. Aulant pour la stahililé de cet assemhlag·e t¡ue pour la régularité du coup d'ceiJ, ces patins sont complétement encastrés dans la plale-bande supérieure du ha.ti, et les oreilles qui re<;oivent les boulons tigurc11t pour ics chnpitcaux des colonnes ménagées au l>ati, au pnssage des boulous. Les deux fonds du cylindre sont creux pour les ·motifs déja exposés (p. 491). , La boite de distribution J, dont la disposition intérieure a été Lres-complélement décrite (p. 404 a 4-14,, esl fondue avec une tubulure ouverle departen parl {fig. 12, pi. 23), et mise en rapport avec un canal b qui apparlient a l'enveloppe A', et débouche librement dans le vide existanl entre elle et le cylindre. Cet orífice, qui cst muni d'une soupa-pe e, est destiné a pcrmeltre l'folroduction,dans la boile du tiroir, de la vapeur qui est arnenée préalablement du généraleur dans l'enveloppe par une tubulure spéciale d. La soupape e, par laquelle on regle celte inlroduction, et qui serta la mise en train et a opérer l'arret de la machine, est mnnmuvrée du dehors au moyen d'une petite manivelle e', laquelle esl montée sur un axe taraudé dont l'écrou esl fixé dans le couvercle qui recouvre simullanément Ja baile a vapeur et la partie qui renferme la soupape. L'excentríque, qui commande ie tiroír de dishihulion, est encore un di-sque plein H, monté en deux parties sur l'arbre G, pour pouvoir le meltre en place, a pres que la manivelle et le volant sont a la leur; un coll ier e en fon te, et égalemenl ·en deux padies, entoure le disque; l'une des deux est fondue avec une queue qui csl asscmbléc avec la barre, ou tige cylindrique f, laqueBe est reliée a la ligc du tiroir. Pour empccher la flell.ion de celle lige, les l>oulons servant a réunir les dc.ux par-

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."' · :· :· ).\1-0TEURS -A VAPEUR.- ·

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iies du collier_sont prolongés de fa¡;on a former des jambes de ,f<1rce qutviennent se réupir se bouJonner avec la barre.[. Dans l_a · gra_nde machjne, pl. 22. ,ou ce$ pieces sont heaucpup plus développées, l'ensemble de la barre f et eles jl,\mbes de . · . . ; force f' est, de plus, réÚ1;i par une entretoise (2. La réunio_n de la barre d'exce~lriqtie avec la tige du tirofr mérite une men1ion parliculiere, a éause ·du moyei:i tres-simple_employé pour assur_er la rectitude du mouvement. . , Dans le deuxieme niodele de rriachine, pl. 23, la ha1:1:e f est terminée par une fourcl}e qui estarticu!ée avec une moufle g,, 117-ontée par uñe douille clavetée_snr: la tige du ·tiro_ir. Cetle mou·fle est forgée avec un bout de tige en prolongement de cell~ du tiroir, et toules deÚx sont m_a intenues, en ,glissant, dans . deux pitons g', boulonnés avec la plale-bande rlu Mti, qui présente un élargissement rnénagé . cul hoc . . Dans l;i grande machine, pl. 22, celle disposilion est un peu différente. L'.excentrique ne se trouvant pas surle meme ax·e que la tige du tiroir, ·celte derniere suit directement les deÚx pitons g' el 'porte entre eux une douille, avec bouton en porte a faux avec lequel s'assemble la barre de l'excentrique; celle-ci esl alors simplement droite el terminée par une tele ovale et ouverte, pour y loger des coussinets. On remarque aussi que, pour diminuer la lo11gueur des pilons, le M.ti porte,

pour les recevoir, une sailli: fres-pronoi:~ée.. .. . . . MÉcANISME ou RÉGULATEUR. - Nous avons dit quelques mots (p. 492) du jeu de ce mécanisme, qui· relie les mouvements du rr.gu_lateur ala camme ele détente, et donl les fonctions remplacenl le papillon employ;é clans d'aulres machines. , Nous allons !Ilaintenant l'examiner dans to1_1s ses délails. Le;; fig. f et 3, ou 9 et 11, permellent. ele comprendre !'ensemble ele la dispositiot?, eln régulateur, et S'a relalion avec la camme de détenle par le cadran monté sur l'axe de cette camme, a l'extérieur ele la bolle a vapenr. · du régulaleur étant pris dans des collels ménag-és au porte une bali .. K', L'axe . . . roue d'angle h, commanelée par une semblable h', montée sur un axe transversal i, qui a pom: point d'appui une douille ménagée au batí K', et un palier · fixé sur une 9onsole fondue aveé le meme bali. L'extrémité de l'axe i porte une poulie j, mise en relation, par une courroie, avec celle j' monlée sur l'arbre moteur. Nous avons elil que les mouv~menh¡ verticaux de la clouille, qui esl enlevée _p ar le jeu des boulets du régulateur, avaient pour résullat de faire emhr.ayer l'une ou l'autre des deux·paires de eón es k,, et · ele faire tourner, dans les _deux sens, un arhre horizontal l, qui communique ses mouvements a une tige verlicale rn, laquelle agit ~1Jors sur,le cadral). n, a l'aide d'une vis sansfin, · Les fig. 4_a 6, pl. 22, nous permeltront de compléter cette· explication . . La fig, 4 est une seclion, a une plus ._ grande échelle, de l'axe, principal et (].es pieces qui coi:nposent le· mécanisme d'emhrayage du régulalem: de la- grande ma-

chine (pl. 2~). Les fig: o·et ·6 représentent, en yue de face extérieure et en section hórizqntale, la disposilion du 'cad~·an monté sur l'a.xe de la camme ·et·sa relalibn ·avec !'ensemble de ce mécanisme.

MACHINES bu SYSTEME F-ARCOT.

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' Poúr ardv·e r a bien 'friire comprendré les combinaisons de cet appareil, ce qui présente de prime-abord quelques difficullés, nous- en expliquerons i~s fonctions · ., · · ·· avanl d'insister sur les détaiis. · · 2 Des qualre plaleaux coniqu es k, k', k et k3., il est important_de remarquer d_'abord que les deux extérieurs, 7t et k3 , penven Lelre considérés comme irzvariablement fixés a. l'arbre o dil régulateur, el tournant alors avec lui, indépendarnmentde Loul autre effct. Les plateaux inlérieurs k' ét k1 seront, au confraire, regardés, CI, JJ?'iori, CO!ll111e fixes, soil sans m.ouvement reclili.gne ni circulaire, lorsque le r~gulaleur né prod_uit pas d'effet. ' Ces deux plateaux k' et 7c2, portent, réunies avec chacun <l'eux, les roues d'angles l2 et l3, et sont montés, indépendants l'un de l'autre, sur une douille a do_uble portée q, aju·slée sans clavetage et a friction libre sur l'axe du régulateur. Celle , douille, qui dans áucun cas ne lourne sur elle-meme, esl arrnée d'u.ne po;-tée cy~ lindrique qui serl de support a l' une des extrémités de l'arbre l, lequel communique avec l'axe verlical m. L'arbre l porte une roue d'angle l' qui engrene simultanémen t avec les deux a u tres l2 el l3, et ces trois roues, dans l'hypothese qui nous sert de point de départ, sont complélement immobiles, ainsi que les plateaux k' et k\ l'arbre l 1 celui m , et enfin de lout ce qui est relié a" la camme de détente. : Mais le manchon p, que le régulateur fait mouvoir lorsque . les bo.ulels s'éle~ent mt retombent, est i·attaché rigidement par une longue clef p', logée dans l'arbre o qui est creux, a la douille q, que nous avions supposée imn:iobile avec_ ~o.ut ce qn'elle porte. · -· Al"oi's·, admetlons successivement les deux effets contraires dus au régulatéur, el voyons ce qui en tésulte. ·. · · · . • . · .· ' Si les houlels s'écarlent, le manchon p est soulevé, entralnant avec lui 'la long-ue clef p'; cellé-ci souleve la douille q, et tout soi1 équipage, en faisarit osciller légerement l'arbre l, d'apres son point d'appui in't ermédiaire dans la rotule, donl le support q' est fixé au ha.ti K'; mais la douille élant ainsi enlevée, le plateau le' vient s'emboiler sur celui le, tournant ·avec l'arl.Jre o, et se trouve alors enlrainé par fr~clion clans son-mouvemeril ele rolation. Par conséquent, la roue l\ qui en dépend, tourne également, fait tourner celle l' avec l'axe l qui la porle : conslafous ce p'remier résnltat avant d'énumérer son effet définilif sur la camme de délente. Nolons encore que le moüvement de rolalion du plaleau le' et des denx rones l2 el _l' a évidemmen t été communiqué a la roue. l3 el au platean le2, mais sans qn'·il en ré_sulte d'autre effel, -puisque ce dernier est, en cet inslant, lout a fait lihre. · Dans le cas contraire ou les boules du régulatcur retombent_, parce que la roachine dimi.nne ele vilesse, le manchan .p s'abaisse, la clef longue fait descendre la douille ·q, et cellc fois c'est -le platean 7c2 qui vi ent se mellre en prise avec celui k3 • Comme précédemment, ce plateau, se metlant en r;nouvement, fera to~rner l;axe l; mais par la propre disposition des rones d'angle cet axe tournera dans ni1 sens ·différenl de la premiere fois : c'esl la l'un des points importants de la démonsl~·ati~n actuelle.qui nous a -permis de faire comprendre c-omment ·le régulaleur, suivant que ses branches s'écartent ou se rapprochent, fait tom'ner l'arbre l daos un sens

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MOTEURS A VAPEUR,

ou dans l'autre, landis qn'il reste: irnmobil·e lorsquc le régu:laleut lournc a la 'iilesse que la machine doit conserver. Ainsi que l'indiquent les figures d'cnsemble, l'nrbre t potle un~ pelite reme t.l'ang}e r engrcnant avec une seconde r', qui est fixée sur l'axe vertical m~ cel axe _est guidé a sa parti·e inférieure par une- douille en bronze s, faisant partie 1F'une piece retenue d'un colé' par une tige s' laraudée dans le couvcrclc do la boHe a vapeur, et de l'aulre par l'axe s2 de la carnme de déteate. La branche horizonlale de la piece s forme un index fixe, en rapp0rl avec les divisions tracées sur le carlran n qui, comme nous allons le dire, tourne avec l'axe de ln camme. Ce cadran est en effet muni, sur urre partie de sa circnnfércnce, d'une dcnture qui engrene avec une vis sans tin ménagée a la L_ige m, a son passage dans la douille s qui est ouverle laléralement, et porte une ·barbe opposée a l'index. pom Jaisser a la fois pénétrer le cadran et le rnaintenir engrené avec la vis. D'aprcs ce qui précede, on com¡wenrlra, fadlement que l'arhre oscillant l, en tournanl dans un sens ou dans l'autre, communique ces mouvements a la ltg;e verticale m qui, par sa vis sans fin, fuit alors tourner le cadran n ainsi que l'axe s2 de la camme. Celle-ci, en changeanl de posilion, far!, comme on le sail, varie1· le degré de la t.lélente;. Celte disposition de régulaleur lié a la détente a pour mérite, comme nous l'avons déja montré (p. 493}, de modmer l'a détenle quand les résistances, en variant, influent sur la vitcsse de la macbine, mais tout en lui permettant de reprendre sa vilesse normale, et en conservanl le nouveau degré de détentc acquis,, si les résistauces persistent dans leur rnodification. On vient, en effet, de voir que les rnouvements verticaux dn manchoii p du régulateur font meltre en prise l'un ou l'aulre des eones k' on k2 • ce qui fait tourner l'arbre l d'une cerlaine quantilé; mais .q11aml ce deruier effel a eu tout son résul- · tat, que le degr.é de déten le a changé de fai,;on a rarnener la machi ne a s;:i vitessc. 111 régulaleur reprenant la sienne, le cone qui élait en prise est abandonné, ce qui ne change rien au résultat obten u, tant que le régulatcur tournant asa vilcsse, lrs eones k' et k2 se tiennent éloignés des denx aulres. Si le mécn11icien veut lui-rneme rég-ter le <legré de ciélente a~tquel doil marchrr In machine, ·1 fo.il tonrner a In main la lige rn qui peut etre munie, ponr cela, d'1m pelit volant rn' (fig, 1, pi. 22), Quelques détails sont nécessnires maintenant .p our faire compi•endre ccrt.aines parlies de e~ mécanisme . . Par la fig. 4, pl. 22, on voit que l'arbrc du régulateur esl composé de trois parties, deux pleines o' et o\ et une inlenllédiaire forméc_ cl'un tubc crcux o', pour loger la tige JJ' qui relie la douille q au manchon rnohilc p. Le cnne, ou plaleau supérieur k, cst ratlnché au tulle o' p:1.r l'inlermédiaire d'nn manchon a bride o3, avec lcqucl il esl assemblé au moyen de boulons qui ¡J'ermcttent de régler l'écarlement, ce plateau k par rapport a celui inférieur lc3 • Le manchon o3 est fixé au tube o par une clef don! le passage au travers de la tige p' s'effeclue par une morlaisc allongéej de fa9on lais.ser celte tige la liberté de ses mouvemenls verticaux. ,

l'\'IACHlNES DU SYSTEME FAHCOT.

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Le platean inférieur k? esl aussi monté, el rele·nu par une ele!', sur la parlie 0 <le l'arbre. Ce dernier esl alors enlo11ré par un ressorl a boudin o-t, qui a pour mission <.le tenir,le meme plateau conslamment a ,sa posilion, tout en lui laissant une ~ertaine élaslicité au moment de sa mise en prise avec celui k2 • Un procédé analoguc a élé employé pour garJer l'élaslicilé du platean supérieur k:. La douille q, qui porte les plaleaux lt' et k-2 el les roues l2 el l3, est surmontée <.l'unc espece de cuvelte rapporlée q\ dans laquelle est une rontlelle en fer qui rer;oit la clef <l'assemblage avec la Lige v'. Celte cuvelle est disposée pour receYoir l'huilc uécessaire au graissage Je la douille q, en son frollement sur l'arbrc du régulateur. A ce pro pos, nous dirons que -cliaque platea u, et principalement celui k, au lieu J'elre un disque plein, comme le dessin semhlc l'indiquer, doil etre formé, «..lans les grandes dimcnsions, tle la couronne conique reliée au moyen central par des bras rninces el courbes comme ceux d'une poulie. C'est par l'intervalle des bras que l'on peut alors verser l'huile dnns la cuvelte t. On a remarqué que l'arbre horizontal l est oscillant, sans pour cela que la iige rn, q_u'il commande, soil réellernenl extensible. Comine il faut 11éanrnoins que -eel effet soit rendu, l'arbre l est percé pour reccvoir un bo11lo11 it fourcbellc qui vient s'assembler avcc une douille q3 ajuslée a l'rollement libre sur la tige rn, au-dessns de la roue d'angle 1·1 • Celle-ci peul glisser sur cetle Iige el fa i ten quelquc sorle parlie J'un pelil platean r 2 (fig. 1), qui repose simplement sur un plalea11 semblable apparlenant a un canon m 2 mo~té sur la mcme lige rn, qui le lravcrsc. Ce canon renfel'me un ressort a boudin qui, prenant s011 poiut d'appui sur une bague ü poi~née m\ tarnudée sur la Lige 1n, tend a pousscr conslammenl le cauon et son platean contre cclui r 2 de la roue denlée. Il eu résulle que, si l'arbre l vienl a osciller, la douille q3 peut le suivre en se déplar;ant sm· la lige m, el le ressort renfermé dans le canon rn\ qu'il soit comprimé ou qu'il se dislende, rnainlient loujours l' engrenemen t des rones 1· _et 1·'. Qnant a la bague rn!l, qui sert tle point tl'appui au ressort, son taraudage permel d'en régler la tension en la foisanl lourner par ses poignées (1.). APPAREIL DE co:-ioENSAT10:-i. - Celle parlie des machines de MM. Farcot esl tri.·sperfectionnée, et mérile une menlion loule parliculiere. Nous nous reporlerons, pour le décrire, a la pi. 23 ou il se lrouve représenlé avec le plus de délails. La pompe a air L, qui esta double effet, est fondue avec une caisse en fonle, dont l'intérieur esl divisé en deux capacilés complélement distinclcs comme le 'double jeu du pislon. Elle est aussi fondue, comme on l'a fait remarquer, avec le corps de la pompe alimentaire. Cetle parlie est surmonlée d'une aulre caisse reclangulaire L', ouverle par le haut, et percée dans le fond de deux ouverlures sur lesquelles sont disposés les clapets de refoulement Q el Q', correspontlant aux deux divisions du corps de pompc. Cetle caisse, qui forme la bache dans laqur.lle se rend l'cau élevée par la pompc, (i ) 111~1. Farcot ont imaginé lout réccmment un nouveau sycleme de régulalcur donl on pourrn voir la description co¡nplele dans le recueil la P11blication i11du<1trielle, vol. 1:111. Nous en fcrons menlion néanmoi11s dan s · ce tra.ilé a propos d'autres machines des ml!mes construcleurs.

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MOTEURS A - VAPEUR.

est muriie d'une lulJulure L2 pour recevoir le cou<luil de trop-plein par lequel J'ean de condensation est di1 igée a l'extérirur. Les clapets d'aspirulion R et ll' sonl plücés (fig. -11) au déboucbé d'une tulmlure & fondue de la meme pit' ce que la pompe, e l qui est bifurquée a -son enlrée pour fournir une issue dislincle da11s les deux di, isions de la caisse. Cclle meme lubulure t posscde, nu-dessus de chacun des clapets d'aspirulion, un autre Mbouché t2, sur Jeque] on pince un clapet additionnel f'onctionnant comme crux R el R', mais qui s'ouvre t1 es-prcs du fon<l de la bfwhe L'. On désigne C<.ºs clapels addilionncls sous le nern de reniflards, parce ()lle IPnr fónction esl de donne1• une issue spéciale a l'air ou au» gaz non condensables qui se dégageul de l'eau et t.le la H1pe11r, el qui pruvenl ainsi s'échapper pnr les clapels sup :· rieurs Q sa11s pénétrcr dans la pompe. Tous les clnpets sonl en caoulchouc el t.l'une oonslruclion analogue a ce qui a été dé_cril (p. 46,). Ceux R el R', qui sonl complélcment enfermés et J'un acces difficile, sonl di!-posés sur un si ége indépcndanl, qui permcl de les y monter avanl la mise en place; on ,ient ensuile les appliquer, lont prets a fonctionner, .sur l'o::wrlure qui leur csl réservée. Commc, dans celle posilion, on ne peul pas non -plus praliquer de larauda ge pour fürr le SÍl'ge , el qu'il fuut pourlanl se réservt'r la facullé <.le le sorlir aisémenl, le conslrucleur a nppliqué, pour mainlenir chacuu d'eu:x. qualre boulons u, agis ant c·o1mne des cnlrt'loiscs répulsives,c'r.st-n-dire que ohaqueboulon, s'appuyant d'un bout sur le siége <l.u clapet, l'écrou qu'il porte a l'aulre boul \ient serrcr contre un e saillie venue de fon le loul exprcs avec "Je corps principal L, el permel de faire le joinl avec toute la solidilé désirahle. Nous avons t.lit que le cooJenseur élail un récipient cylinJrique M posé borizon1alemeut, un peu au-Jcssous du sol de la machinc, et tout a fait en dehors du massif. La vapeur échappée du cylindre se renJ au condenseur par le canal A3 (flg. i2), terminé par une bride qui est boulonnée avec un pout de conduil u/ (fig. 9· el H ), lequel esl joint an condenseur par un embo1lement. L'enlrre de la vapeur a lieu ainsi, loul a fail a l'extrémilé du condense11r ou se fail aussi l'injeclion par le robinel M', donl la conslruclion a été représentée sur la fig. 7 e.le la pi. 14. U y a néanmoins entre ces •deux exemplcs de légeres différences, qui ¡1orlenl surtoul sur des Jélails d'exéculion que l'on peul négliger ici. Ce condenscur offre cctte parlicula"rité, qu'il esl divisé en deux par un diaphragme u2, percé d'un tres-grand nombre de petils trous qui achevent ,Ja dhision de l'eau injeclée. Lu disposilion générale de l'appareil ne se prete pas•n ce qu'il puisse etre eme-loppé d'eau. Ccpendanl la boile a éloupe; lraversée -par la ligeidu piston de la pompe, esl noyée, suivan l des proct:·dés qui differcnl dnnsi les deux machines. Dans la grant.le machi ne ( pi. 2~), o'esh le meme moyen qui élé indiqué pl. 14: une cmelle •el deux garnilul'eS pour le p11ssage de la tige. Dans la Jeuxieme machine (pi. 2J ), la bolle a éloupe rsl simple et renferme une· bague creuse qui enloure la tige; cdle bague communique avec un petil conduit 't3 qui lui a1Lene de l'eau de la bache t,, de.foc;on q,ue.la,tige a, p-OUr,.garnilm·es deu.x

MACHINE,S DU SYSTEME F ARCOT.

.53f

parlies d'éloupe enlee lesqnelles se lo 6e une lranche d'eau qui rend impossihle toule renlrée d'air. Pour lcrminer ce sujel, il reste a expliqner le mécanisme de com nan:Je de la pompea ait:. nppnrlenant a la grnnde machine (pl. 22). La tige de celle rompe et cell e <le In pompe alimentaire sont clavelées snr nn _manch,on qt.¡i lraver;-se une morlr.ise méoagée au balancier 1\1, a\!eC leq11el il esl _n; nni par clcux louriUqns ajuslés dans <.les trons cylindriques; il en résulle que ce point du bnlancier doil élre cond11it en ligne clroite, au lieu de décrire. u.n are de cercle, comme cela aurail lieu si l' cxlrémilé inférieure du balancier élail montée -sur des lourillons dont le centre ,soil invariable. Ces tourillons inférieurs sont, a11 conh'aire, engagés dans des coussin els qui peuvenl gl isser verticalen4 ent dans denx guides reclangnlaires S app:u·lenant aux supports N', el le bnlancier esl sibspendii par• deux bit'lles lalérales S' 1.lonl le poinl fixe d'oscillation est pris s!.lr les -chevalels N', a la hauteur de l'axe m ;me des lig-e~. II s'ensuil que le bala,~cier, élan{ entrainé par sa pnrlie supérienre, se <.léplacc en obéissant aux bielles S' q-ni ne peuvent ·que décrire un are <.le cercle 1-2 aulonr de leur poinl ifixe. Celare établit une c0mpensalion qui permel au point d'alla r.h c de;tig,,s de rcstrr sur leu1· axe horizontal recliligne, el dans ce mouvemenl, les tourillons inféri eurs du balancier se déplncenl légeremrnl dans lenrs gni<les S. Nous n'insislerons pas davanlage snr cette disposilion qne les conslrucleurs onl presque aba.ndonnée pou-r la remplacer par celle _que la pl. ?H représenle. PALIER PRI:-.cIPAL (fig. 7 el 8). - On a vu (p. 3i9) que la posilion horizontale Je la machine pouvait donner lieu a une observalion particulicre a l'égard du palier de l'arbl'e moleur, et que quelques conslructeurs l'ioclinenl. M. Farcot lui conserve sa posilion verlicale, majs il élablit la ooupure des coussj~ l)els dans ·le mcme sens, ce qui lend au méme but et est assez généralement imilé aujourd'hui. Par les fig. 7 et 8, qui,représentenl, en ·cou pes perpenJiculaires l'une a l'autre, le palier B' de la grande ·machiue (pi. 22), on peul voir, ·en effel, que les denx coussinels v sont disposés pour elre rapprochés· sur l'a,rbre suivant la direclion .horizonlale, anlrement dH, dans la.direclion méme de !'axe du mouvement. lis sonl soumis an serrage de dcux coins en fer ou r.n fonte x, que l'on foil des~ cendre a volonlé a l'aide de leurs vis x', assemblées a rappel. avec lr•s coins el taraudées dans le chapea11. Ce dernier esl alors complélem ent fixe et réuni an corps du palier par des houlons spéciaux y; il porte le,godet graisseur dont le lro1,1 esl rempli par une vis z, a. la circonférence d_e laquelle on a•prali'}ué·une entaille lriangulaire el en siffl.et, destinée a lai:iser écouler l'huilc. En serranl la vis a fond, l'hui le ne peut aucunemenl pénélrer dans les couss.inets; rnais, en la délournanl plus ou mo,ins, il en passe des quanlilés plus ou moins grandes, parce qu'on amene a l'or,ifice des sections différenles de sa rainnre lriangulaire. Nous complélons lt!s docu~enls relatifs a ces machines, aussi bien ccmbi11óes qu'exéculées, par un résnmé de leurs di mensio,ns principales el de leurs .condiHous de marche.

l\IOTEURS A VAPEUH. DIMENSIONS ET CONDIT!ONS DE MARCHE DES DEUX 1\IACHINES REPRÉSENTÉES PI,.

23.

PnEmER ~JOOELE ( pl. 22). - Ce!te machi ne, dont la poissance .nominale esl de 60 chevaux-vapeur, avec 36 révolutions par minute; a les dimensions· principales suivantes: Diametre du pis ton a vapeur ...•.•......•... ,'..... Superficie correspondante ............•.....•.....

Course . ............................ ............... • Vilesse linéaire par 111 • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • Volume engendré par un coup simple •...•.•.••••.. Diametre du pislon de la pompe a air .............•. Superficie correspondan le ...•......•. ', .......... . Course .................. • ....................•.. Volume engendré pour un coup simple ..........•. Volume <lu condenseur (y compris les condnits qui communiquenl avec le cylindre) ................ ! • Diamelre des tourillons de l'arbre moleur .......... .

650

33d.q. 18

1m 300 tm 560 431d.c.340 om 380 f1d.q. 34

450 51d·c· 00

f78d.c. 00 om 200

Avec ces d imensions, les constrncleurs admellent que la machine, pour développer sa force nominale, doit marcher avec de la vapeur a ñ atn1ospheres dans la chaudiere, et une"admission de 1/ Hi seulement, c'est-a-dire une détenle a 1ñ fois le volume primitif. lis adme1lent, en outre, que le vide dans le condenseur soit avancé jusqu'au point de ne présenter que 1/10 d'atmosphcre de contre-pression; ce!te résistance passive s'abaisse souvent, avec de.s mach ines lentes, a. une pression mesurée., a l'indicateur de vide, par 3 cenlimetres de mercnre, soit environ 1/ 20 d'atmosphere. Si, d'apres ces . données, on calcule la puissance théorique de celte mach ine a l'aide de la formule A ( p. 333) et au moyen de la table ( 72); indiquanl, ponr letravail de 1 melre cube de vapeur a 1 atmosphere détendu a rn fois son 'volume primitif, 383-17 kilogrammelres, on trouve, pour celle puissance théorique développée direclement sur le piston, 81 cheva11 x-vapeur . . Par conséquent, la puissance nominale, cell e que l'on doit recueillir sur l'arbre du volant au moyen du frein, éta,nt 60, il s'ensuit que l'effet utile doit alteindre · 60

0,74.

Les expériences faites sur les machines de MM. Farcot donnenl, généralemenl, 78 p. 0/ 0 d'effet uli le, en rapportant la quanlilé de travail Lrouvée a l'aide du frein sur l'arbre dn volant, a celle calcu lée et développée directement sµ1· le piston, et en foisant abslraction des espaces perdus dn cylindre, lesquels doivenl etre rapporlés a la dépense réelle de vapeur. C'cst un point qui sera développé plus tarda propos des proportions générales des machines.

MACHINES DU SYSTEME FARCOT.

033

Ce chiffre d'utilisalion est tr~s-considérahle en le comparant a celui sur Iequel on complait ordinairement, et qui ne dépassait guere 60 p. 0/0. Il doit clre atlribué a la bonne exécution de la machinc, dont la dislribution est assez bien réglée, le vide au condenseur assez parfait et les résislances passives su.ffisamment allénuées, pour que des délenlC's aussi prolongées rend'ent tont lcur effel. Le volume lolal du condenseur, y compris les conduif3 cJc communicalion avec Je cylindre ¡'1 vapeur, est égal aúx 2/ o du volume engendré par le piston moteur dans un coup simple; Le rapport des volumes cngendrés par le piston de la pompe a air el le piston a vapeur, est de 1 a 8. DEux,t.ME MOUÉLE (pl. 23). - Celle machine est d'unc puissance nomiuale de 20 chevaux-vapeur, avec 48 tours par Íninute. Ses cornlilions de marche, cornme . pression, détente de la vapeur et contrc-pression du condenseur, sont les memes que pour la précédente. Le rapport calculé de la puissance théoriqne a celle nominale, est aussi 74 p. 0/0, aulrement dil, si l'on compare le résullat du calcul au chiffre de la pnissance nominalé qui doit etrc recueillie sur l'arbre moteur, on ohtient ce rneme chiffre d'ulilisation. Onlinairernent l'effet utile s'éleve avec la ¡~uissance de la machine, attendu que les perles dues, soitaux rcfroidissements, soit aüx diverses résistances passives, n'augmen1ent pas dans le rncme rapporl qu e les dimensions. ·Néanmoins, dans les limites de proportion des deux machines précédentes,MM. Farcol adoptent nne meme base, c'est-a-dire une meme quantilé de vapeur dépensée par force de chev-al a l'unité de temps, ce qui fail que. dans les deux cas aussi, l'effet utile, résultant des dimensions et des conditions de marche, doil etre identique. Voici les principales dimensions de la machine de 20 chevaux : Diamctre du pislon a vapeur ••••••••••• , .••.••.• ,. Superficie correspondan te .•.••.•.....•.•...••..•.• Cot1rse ...... . ~ ... , .......... • ..............•.... Vi tes se linéaire par 11 • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • Volume engendré par un coup simple ....•......... Diametre du piston de la pompe a air •.••••••••.•.• Superficie correspondante ..•.•.••••••..•....••...

()m 4HS 13d,q.o3 Om 800 im 280 108d.c. 24 Om 2n0 4d,q. 90

Cot11·se .. ......................................... .

Om · 280 13d.c. 72 62d,c. 00

Volume engendré pour un coup simple ..••••••..•• Volume total du condenseur ......•.....•••..... ·.. Rapport des volumes de la pompea air et du cylindre a vapeur ...••.....•.•.....•......•.......•.•.. Rapport des volumes du condenseur et du cylindre a vapeur . ............._.............. ............ . Diamelre des lourillons de l'arbre Jil0leur .• ,, •••••.

120

o, 6

om rno

1/8

= 3/o

534

MOTEURS A VAPEUR.

MACRINE BORJ;Z~NrALE A DÉTE"ll'TE VARtABLE ET A 00:.VDE,l\TSATIOJIIT

Par lU . URÉVllL, ( PLANCHE

a Paris

24)

M. Bréval, ingénieur-mécanicien, qne nous avo ns eu déja l'occasion de citer '(p. 232), construit amsi des machines a vapeur borizonbles perfectionnées, qui se dislinguent, parliculierement, par leur sysleme de dislribulion a détente variable et pnr la disposilion de l'áppareil de condens:ilion, qq.i ap¡)artiennent spécialemenl a ce conslructcur. Nous allons décrirc une m.ichine sortie de ses aleliers; mais en insislant surloul sur ces deux poinls. La fig. 1 de la pl. 24 en esl une vue exlérieure de face, l'app:ireil de condeusation senl en coupe; La fi g. 2 est une section transversa.le faite sur le cylindre, p1r le centre de la · ibolte de d isl~ib11 Lion ·; · . La fig. 3 est une seclion horizontale parlielle de la b::Jile a vap :m1· et du cylindre molcnr; Les fig. 4 et 5 représentent, en délail, le tiroir circulaire affecté a rintrotluclion de la vapeur daos la boite de dislribu tion. E.NSEMBLE DE LA CONSTRUCTION.

Considérée sous le point de ~ue de ses organes moleurs principaux, cette machine .ne differe pas sensiblement de celles décrites ci-dessus, et pourrait etre comparée, jusqu'a un certaiFI point, a la machi ne rerrésentée pl. 2.) _e l-21, a l'exception, comme nous l'avons diil:, de la distribulion et du condenseur. Le cylindre a vapeur A, muni de son envelopre en fonle et d'une chemise en bois, est fi ,é par ses pali•ns a sur un bali B fondu d'une seule piece. La traverse du piston esl guidée lalérale ment dans deux glissieres formées chacune par úne partie •dl'essée, ménagée au bali, et une regfo a n-ervure D, qui est isolée par des douilles-e ntreloises et fixée par: des boulons b qui traversenl le lout. A la traverse du pis-ton est assemhlée la bielle E dont le fut esl -rond et galbé en vue de la résislance a la compression ;. l'extrémilé ·qui correspoml a la traverse est fonrchue et l'autre est s\mple. Comrne le constrncleur s'est arpliqné a ramener tous les mécanism~s de service du meme coté, opposé a celui du volant, l'arbre moteur F est coudé, ou en vilbrequin, p0or former la manivelle et recevoir ·l'action de la bielle; la partie droite ' principale porte le volant G et l'organe de commande, poulie ou engreuage; l'anlre bout de l'arbre, celui qui esl en avant, re~oit les excentriques de distrii>ulion, et

MACHINE DU SYSTEl\IE BRÉVAL. la mani,·elle qui commande la pompe a air. 11 esl a peine nécessaire d'ajouler que l'arbre moleur s'appuie alors sur deux paliers ménagés E-Jlllélriqucmenl aux deux cótés d u bali. Conlormémr.nt a ce que nous avons déj11 monlré plusieurs fois, la vaµeur ~st introduite d'abord dans l'emeloppe, par le conduit H, el de l'envelopl)e elle parvienta la bolle de distribulion 1, lorsqu'on lui livre pas~agc en ouvranl le robinetvalve J. Le conduit e, qui communique de l'emeloppe a ce robine1, est muni dupapillon d mis en rapport; comme al'orJinaire, avcc le régulaleur a force cenlrifuge, doot nous expliquerons plus loin l'installalion. Voyons ,.des a présen1, en quoi consiste le systeme parliculicr de distribulion appliqué a celle machine par ·1e construcleur. La bolle a. vapenr renfcrme un tiro ir princiral K, mis en moúvemcnt par un excenfrique circulaire L, lequel tiroir est pcrcé de deux lumiercs, comme celui d'F:dw11rJs ( p. 401 ), el se trouve muni d'une glissiere mobile ~!, commandée par un sccorn.l cxcenlrique N, ainsi que cela a élé expliqué pour une délenle fixe (p. 390). l\lais ici la déle11 le esl. rendue variable, a l'aide d'un mécanisme qui permet de cbanger·la cow·se de la glissiere el de rendre cel le course: inférieure, rgale ou supérieure, it volonté, a. celle fournie direclement par l'excenlrique spécial N. A cel effet, la barre N', de cet excenlriquc, cst assemblée avcc un bouton, donl la base esl engagée daus une coulisse O qui oscille sur un tourillon pris dans une douillc 0 2 fondue a vcc la regle a nervure D; celle coulisse porte une oreille a laquelle s'assemble, par arliculalion, une pelile bielle P, reliée directernent a la tige tle la glissiere 1\1, de tlétenle. 11 en résulte que le rnouvement ordinaire de l'excentrique N f~ül décrire un are tle cercle a la coulisse O, qui agit comme un levier inlermédiaire, et donue a la glissiere de détente un mouvement de va-ct-vienl. Mais si l'on remarque que le point tl'assemblage de la barre de l'excenlrique avec la coulisse esl variable a volonté, on comprendra que la dislance au point fixe d'oscillalion, en changeant, modifie, en meme temps, l'amplitude de l'oscillalion et Ju course de la glissicre de délente. On déplace facilement, en effet, le point d'atlache• de la barre N' a l'aide d'une vis e, taraudée dans le prolongemerít du tourillon f, et mainlenue dans un pi ton g fixé apres la coulisse; il suffit, pour cela, de faire lourner la vis en -agissant, a la main, sur le volanl-manivelle h qu'.elle por.le; la vis lournant sans avancer, c'est le tourillon f qui se tléplace dans la coulisse en entrainant !'ensemble de la barre N' et du collier qui doit, peudant celle _manreuvre, tourner sur l'excenlrique, comme cela se produil dans toul appareil a changement de marche. Ainsi, prena11l la posilion indi,:¡uée fig. 1., puisque la barre d'excentrique e$l assemblée, pour l'inslant, vers l'extrémité de la coulisse, et que, d'ailleurs, l',a1:c d'oscillalion, en ce point d'assemblage, a invariablement . pour corde la course mcme de l'c.xcen!rique, il en ré:;ulte que le poinl d'allache de la bielle.P, et ¡,ur suite ,la glissiere de ,déten le, décri venl une course 'YflOindre, et actuellement a peu pres moilié,•puisque ce poiut d'altache occupe en'(iron le mjlieQ entre le poinl f)x,e d'oscillation el le bouton f.

536

MOTÉURS A VAPEUR.

Supposons maintenant ce bouton relevé dans la coulisse et amcné sur l'axe meme de la biellc P, la glissierc de délentc effeclucra exaclement la coursc fournie par son excenlriquc. Enfin, relevons le point <l'assemblage de la barre N' plus haut; et la course de la glissiere de délcnte sera plus gmnde que cellc de l'excentrique. En se reporlant it ce qui a été dil (p . 392 ) sur le mode de délenle par une glisi>iere mobile, on con<;oil aisément commenl on peul oblrnir une détente variable :a l'aide de ce mécanismc, cfonl nous dirons e ncore qu elqu es mots plus loin. Nous devons parler mainlenaut de l'appareil de condensalion, qui forme un ensemble placé vcrlicalement au-dcssous <le l'arhre moteur, dont l'cxlrémilé porte une pelite manivelle k pour cornmander la pornpe a·air par une biclle l, laquelle pompe csl a double effet, et, par conséquent, apislon ¡.,lein. L'appareil cst composé <le <leux parli cs superposécs, reposant sur une plaq'ue de 1fondalion qui en forme en meme temps le fond; celle inférieure compren<l le -corps <le pompe Q et deux colonnes latérales creuses i el i', qui établissent la communicalion entre ce corps de pompe, le condcnscur proprement dit, et le conduit d'expulsiun; l'autrc p:utic cst consliluée par deux récipients verlicaux symétriques R el R', fondus avec le couYercle du corps de pompe, et fonnanl le prolongemen·t des conduits latéraux i el i 1 ; l'un R esl mis en relalion avec le cylindre a v:tpeur par un ,aste tuyau de fonle R2, et conslitue le condenseur, et l'autre R' forme la colonn e d'ascension de l'eau e}.pulsée qui s'échappe de l'appareil par un oonduit déverseur j communiquant avec l'exlérieur. Les faces intérieures des colonncs R el R' sont munies de partics dressées qui servent de guides a la traverse de la tige d.u pislon de la po1.n pe. Cellc-ci est mise en relation avec ces deux colonnes par qualre clapets en caoutchouc rn, rn', corr espondant a l'aspiration dans la premiere el au refoulement dans la seconde. La capacité qui constitue le condenseur proprerncnt dil est composée de celle du conduil R2 ajoutée a la parlic supérieurc de la colonne R, a laquelle vicnt aboufü le cooduit d'injection o muni de son robin et o' (fig. 2). Le conduit R 2 est un simple tube cylindrique primitivement ouvert a cbacune de se~ extrémités, fermé du cóté du cylindrc par une plaque pleine et assemblé <le son autre bout avec une tuhulure apparlenant a la colon ne R; sa relalion avec le cylinure a vapeur est établie par uue tubulure d'équerre boulonnée avec celle qui termine le canal circulaire <l'évacuation R 3 , venu de fonte avcc le cylindre. En ménageant au tube R2 une issue indépendante, fermée en marche par une plaque pleine, le conslructeur s'est réservé la possibilit_é Je marcher accidentellement sans condensation, ce qui peut se faire en retiranl celte plaque pour adjoindre au tube un cond.uil dirigeant la vapeur dans l'almosphere., le mouvemcnt de la pompea air ayant élé préalablement suspendu. Cette disposilion de condcnscur est recommandable pour ·s a simplicité, et a l'a,·anlage <le -ne p_as apporter a la machi ne de modification importante pour son inslallalion : autremenl dit, le meme modele de machine peut tres-bien etrc eII!ployé pour ma1~her avec ou sans condensalion. Faisons remarquer encore que ccllc

MACHINE DU SYSTEME BRÉVAL.

,537

machine qous offre, var ce condenseur pÍacé loiu' du ~ylindre a vapeur, un ~xemple d'Lin fail dont il a élé parlé plus haul ( p. 472 ). La pompe alimentaire S, esf également horizontale, et ramenée, ainsi que lous les appareils de service, stir le devant de la machine. Son piston est 'c~mmandé par l'excentrique L, affecté déj~ a la Ínise en mouvement du tiroir de· dislribution. Cornme la distance entre la pompe et l'cxcentrique est trop petil~ pour employer une bielle a _la transformation du faible mouvement oscillal9ire du. collier, auquel le pist,on est rattaché, cet assemblage a lieu au moyen d'un coussinet reclangulaire monté dans une chappe q, fixée au pislon, lequel coussinet est pris· dans une glissiere formée par une partie dressée sur le collier et une pla<fue p qui s'y trouve fixée parallelement, par des boulons adonble écrou. Alors le collier de l'excentrique· fail rnouvoir le piston qui est maintenu en ligne droile dans sa garniture d'étoupe, tandis que le mouvemen1 oscillatoire .est racheté par un léger glissemenl du coussinel d'assemblage dans la glissiere. C'est un mode de lransformation de mouvement qui est ~réquemment employé, mcme pour .des pistons a vapeur, et sur lequel nous aurons l'occasion de revenir, parliculierement a propos des machines marines 1fans lesquelles l'appareil spécial · d'alimentation, que l'on nomme petit cheval, a quelquefois élé disposé ainsi, dans · dans le but de diminuer l'étendue de la commande, par la suppression de la biellc. Comme dans la pluparl des machines pourvues d'un condenseur, la pompe alimentairc prend l'eau par un conduit z, qui relie la boile clu clapet cl'aspiralion avec la parlie h1férieurc de la colonnc i', ou s'éleve l'eaü refoulée par la pompea air.

DÉTAILS DE CONSTRUCTION.

D1sTRIBUTION, - On a vu que la vapeur arrive. directement du gén1raleur dans l'enveloppe d~ cylindre, d'ou elle se rend a 1~ bolle de distribution I qui renfermc le liroir et la glissiere de délente. Cette enveloppe est munie, a cet effet, d'un conduit e qui correspond a un orifice circulaire e', d'un plus grand diametre, et apparlenant a la boite a vapeur avec laquelle il communique par un orifice latéral r. Les fig. 4 el ñ de la pl. 24 représentent en délail cetle parlie dg la boile de dislribulion. Elles permeltent de voir que l'orifice r peut étre ouvertou formé, a volonté, par un segment circplaire en hronzc s, parfaitcment ajusté el rocié da.ns l'ouverture cylindrique e'. Ce registre, ou segment, porte un évidement ou pénélre librement une portée carrée qui appartienl a un ·axe J, Jeque] traverse une hoite a étoúpe ménagée au couvercle qui forme a la fois l'ouverture e' et la boite de distribution. · Par conséquenl, en agissant a la main sur le volant J', fixé sur l'nxe .1, on entrafoe le segment dam; le sens convenable pour recouvrir ou dégager l'orifice r. s11ivaut qu'il faut empécher ou favoriser l'infroduction de la vapeur. · 68 J.

538

MOTEURS A VAPEUR.

Ce systeme de robinet est d'un bon effet. N'étant pas lié rigidement a son axe, l'exces de pression sur la face supérieure le tient parfaitement appuyé sur son siége; l'usure est saos effel et ne don ne lieu a aucun serrage ni réparation. Le tiroir K et la glissiere M sont pris dans des cadres en fer reliés aux tiges K' et 1\1', lesquelles sont guidées d'abord par leurs boiles a étoupe respeclives, el ensuite par une console Ta paliers jumeaux qui est boulonnée au Mli. C'esl a la suite de ce supp·orl que les deux tiges sont raltachées, l'une directemeut it la barre L' de son excentrique,'et l'autre apres l'oreille de la coulisse de détente O. RÉGULATEUR. - Le régulaleur U est monté, par son axe, sur une arcade D' ven u e de fonte avec l'une des deux glissieres D du piston. Son manchon mobile est mis en rapport avec un pe lit bras de levier t formé, dans sa longueur, de deux parties qui se renfoncenl l'une dans l'autre, pour racheter l'amplitude de l'arc qu'il engendre, lorsque les mouvemenls verticaux du manchon le font osciller. Ce levier est fixé sur un axe transversal u qui porte un seco_nd levier t', d'équerre avec le précédenl, et relié par une tririgle v a. la pelite manivelle v' monlée sur l'axe du papillon d ( fig. 2). L'axe trans.v,ersal ii a pour supporls, d'un hout l'arcade D', et de l'au Lre une lige u' clavelée sur la glissiere D siluée du coté correspondant. Quant ala commande du régulateur, elle s'effeclue encore par une paire de roues d'angle x et x', celte derniere porlant sur son axe une poulie qui communique, par une courroie y, avec celle fixée sur l'arbre moleur. ÉTUDE DU MODE PARTICULIER DE DÉTENTR VARIABLE. -Nous allons maintenant examiner, sous son point de vue tbéorique, le fonctionnernent du rnécanisme qui opere la variation de la détente, mécanisme dont nous n'avons constaté ci-dessus que les effets extérieurs. Ces considérations théoriques sont simples et se résument ainsi : 1° La longueur de la glissiere égale a la distance_, de centre en centre, des · lumieres d'introduction, mesurée sur le revers du tiroir; 2° L'excentrique, qui commande la coulis~e, calé a 45° d'avance (par rapport au seos de la rotalion) sur celui du tiroir. La variation de la détente s'oblient done d'apres les bases suivanles : La longueur de la glissiere et l'angle de calage INVAnIABLE;S; La cou1·se de la glissiere, seule, VARIABLE. La plus pelite course correspond a la délente la plus prolongée, et vice versá. ·~ Ces conditions forment un cas particulier de plus a ajouter a ceux qui ont élé résumés et prévus (p-. 396). En examinant avec soin les conditions du fonclionnement de la coulisse O, on trouv~ qu'elles ne produisent pas autre chose que la réduction ou l'augmentation, ad libitiim, de la course de la glissiere, excepté une légere perturhation apportée par l'obliquité de la barre de l'excentrique, lorsque· cette barre est raüachée a la coulisse a une distance assez sensible de la ligne horizontale des centres, audessous ou au-dessus. Néanmoins, ces perlurbations peuvent etre sans influence nuisible: pour cela il faut, d'abonl, que la harre N1 soit d'.une grande longueur comparée au développe:

MACHI-NE DU SYSTEME BREVAL. ñ39 inen t circulaire de 'ia cou lis se, et que le rayon de courbÚye de ·cette uerniere soi t déterminé dans de certaines conditions, que nous allons faire ·connaitre. · · Supposons la glissiere de détente exactement au milieu de sa course et la barre de l'ex"céntrique amenée sur la ligne <les centres, u'ou la glissiere auruit alors pour cour'se le diarrietre du cercle d'excentricité, et l'excenlrique serait aussi au milieu de sa course circulaire. Si nous prenons cette position pour point de déparl, il faut, pour que le mécanisme soit dans de bonnes conditions, qu'en dépla«_;ant le bouton f dans la coulisse, ce mouvement n'apporte aucun dérangement dans la pos_ition de la glissiere qui doil, en effet, conserver sa pos.ilion centrale en rapport avec celle de l'exceritrique, quelle que soit l'obliqiiité ele ·la barre, par suite de son changement <le pÓsitíon su·r la coulisse. . . Soit, flg. 83, le tracé géométri·que des mouvemenls de l'excentriqne N, de la barre N'' et de la coulisse O. Le centre de l'arbre moteur esto ; o a ou ob e~t lcrayon ·d'excenlricilé, et el le .point fixe d'oscillátion Je la· coulisse, a laqnelle nous savons que la glissiere est raltachÚ en un point f. · Fi g. 83.

Si nous mello ns l'excentl'ique au milieu de sa course, son centre en a ou en b,· el qµe le point d1altache de ia harre sur ia coulisse soi tjustement en e sur la ligne horizontale o e des centres, en méme temps qtte sur l'axe vertical passant par le centre d <l;oscillation de Ja coulisse, il est clair que la glissiere effectuera exactement une conrse égale a a b, le diamelre dn cercle engendré par le centre de l'excentrique, et e ou f sera le point de repere de la posilion eenlrale du tiro ir. Or si, dans celte posilion, 110n vienta déplacer angulairement la barre de l'excen•, trique pour amener, par exemple, son boulon en e, il faut que la eoulisse n'eprouve aucun mouvement, afln que 1~ glissiere ne s·oit point dérangée de celle posil.ion cen-· trale, qu'elle doit conserver tanl que l'excentrique n'esl pas lui-meme déplacé. Pour oblenir- cet effet,. il faudrait que .la combure de la coulisse ful un are tlc

' '

MOTEURS A VAPEUR.

ñ40

cercle passant par le point e, et décrit du centre atitour _duquel tourne le collier de l'excentriql!e _quan_d on déplace la barre; mais comme le centre <le l'excentrique peut étre en aou en q, il en résulte que la courbure cherchée doit etre une moyenne entre . les ares que l'on décrirait des poinls a et b avec la longueur a e ou be pour rayon : il parait do~c convenable de choisir le centre meme o de l'arbre .mofeur, et o e pour rayon, ce qui don ne a la coulisse l'arc géométrique <le courlmre e e, que l'on prolonge un peu au-dessus de la ligne des centres. On ne peut done pas oblen_ir un résullat malhématiquement rigoureux; mais si. l'on fait le tracé en donn_a nt a ces pieces le.s dimensions qu'elles ont sur la pl. 2-1-, on verra que les erreurs commises sonl presque inappr~ciables. En résumé, pour loutes les posilions occupées par la .bari:e surJa coulis_s~, celle-ci> décrit, du point d corn~e centre, un are de_cercle dont le rayon, qut ,est ici cf,e, ~st variable, et qui ~ ab pour corde invariable, d'ou la· course correspondante . d~ la. glissiere est exprimée par la cor<le d'un angle égal, mai~ ql).i a. de p_our rayol). 11 est vrai que le point d'attache réel de _la glissiere est a ·une distance df, du point d'oscillalion d, plus grande que de; mais ce rayon d f n'étant pas normal a l'axe o e du mouvement produit, il en résulte une _dépomposilion qui ramene la course de la glissiere a la valeur qui vient de luí etre attribuée. . . Pour calculer les effets définilifs de cette combinaisou, i1 sufiit alors de chercher les courses diverses que l'on donne a la glissierc de détente, en variant la pos~lion de la barre N' sur la coulisse, ce. qui se réduit a comparer les valeurs des rayons de et de, dont l'un, celui clc, ·est invariable, ainsi que la corde engeridrée par I'aulre; la valeur a déterminer est alors la corde engendrée par le rayon de. Nommant, de, le rayon invariable; . de, le rayon variable, donné par la position de fa barre N'; ab, la corde.invariable de l'angle décril par le rayon variable de;

x, la corde cherchée, ou la course de la glissiere dans chaque cas, on aura toujours : x

de ab X de· _

Appliqµant celle simple proportion aux conditions que les dimemüous actuelles de c~ mécanjsme permettent de remplir, on trouve que la glissiere de détent~- . pent accomplit' des courses variables entre 2iS et -100 millimetres, celle directe de. l'_excenlrique N élant 60. Pour terminer ce' sujet, nous rnontrerons un exemple <lu jeu .<le la glissie.re au moyen d'un tracé basé sur le meme principe que celui représenlé sur la fig. _2 de la pl. H. Su:i,vant cette méÍhod_e, dont la fig. 84 -est une applica-tion . ~ la d islributi.on qui nous occupe, F G représente l'axe du mouv,e ment du fü:oir et de la glissiere .a; a est l'un des orífices d'introduclion au cylindre ,. et a' la lumiere correspondan le du tiroir. Les conrbes H IJ et H' I' J' indiquent la marche de cette lumiere, par rapport

541 . MACH.INE._ DU SYSTEME BJ:\ÉVAL. al'orifice, et pou~ un demi-iour _de l'excentriqÚc, donl le cercle décrit par le centre . est tracé sur l'axe FG avec son rayon-.orn. _ . Pour trouver fa marche de la glissiere de détente et la mellre en relation avec celle du, t_iroir, il faut _se rappeler, d'ahord, qu'elle a pour iopgueur la dislance de centre en centre des lumieres du t1roir, mesurée sur la face meme contre laquelle elle .glisse. Pour simplifier le tracé, fig: 84, nous supposons que les lumieres du tiroir ne sont poipt obli_ques, ce qui ne éhange~a :r.ieri aux, condilions définilives, moyen.nant que l' on _don ne alo~s·a la longu~ur de la glissiere la distan ce des centres des lumieres, prise sur la face du tiroir en c<;mtact avec la. lahle meme des orífices. II faut noter encare qu_e \'excentriquc qui commande _la. coulisse est calé invaria-. blement a 45 degrés 'par rapporl-a l'ex.cenlrique de distribu~ion. F1g. 84.

Ces deux points 'cte départ établis, on constate que ·Ie jeu de la cóuUsse O ( fig. 1, ~4) a exactement poúr ~ésultat de modifier la cmuse de la glissiere dans la me~e co~dition qie si l'on subslíluait a l'excentrique N d'aulres excentriques de ~ourses successivement ~ifférentes, mais suivant le rneme angle de calage . . Par conséquent, du centre o (fig. 84 ), lra~ons le rayon .º rn de l'excentrique du tiroir au milieu -dé sa course e't le tiroir l ui::1nemé dans cette positión; puis, menons un Í·ayon on, a 4o degrés, correspon·dant aü éalage in_variable des excentriqucs idéals, de courses différenles, dont il s'agit d'étudicr les fo~1ctións. Si l'on suppose·, d'abord, que la coulisse soit réglée de fa~on a figurer un excentrique ayant on pour rayan, nL sera l'axe de la glissiere, le tiroir A élantau miHeu de sa course, eUa glissiere sera complélement indiquée en portant la moitié de sa longueur, détcrminée, comme il a été dit tout a l'heure, de Len L'.

pl.

MOTEURS A VAPEUR.

En procéclant comme on l'a vu (p. 394), on tracera alors la courbe de marche L' i N de la glissicre, et son iuterseclion i, avec celle HIJ du tiroir, qui correspond au moment de la détente; permettra de connailre ou celui-ci se trouve au meme instant; par les notions relatives a une recherche semblable (p. 368), on en déduirn facilement la posilion correspondante du piston. · Enfin, supposons un~ ¡;mire réglementation de la coulisse, e_t qui donne a l'exccntrique un rayon plus petit on'; n' l sera l'axe de figure de la glissiere dont la demilongueur invariable sera reportée en ll'; la courbe de marche ·correspondan te VI J' indique encore, par son in1ersection I avec HIJ, le moment de la'détente pour celle réglementation paiticuli'ere. En résumé, chaque réglementation différente de la barre d'excentrique -sür la coulisse change la course et la position de la glissiere par rapport au tiroir, et par conséquent la délente, bien que l'angle de calage reste invariable. Faisons.remarquer, en terminan!, qu'au départ du tiroir la glissiere marche dans le meme sens que luí, qtielle que soit la réglementation de la coulisse, ce qui failque, pour tous les degrés de détente, la lumiere du til'oir reste découverte pendant un lcmps relnlivement plus long qu'avec la plupart des autres systemes de glissiere employés. C'est ce que la fig. 84 permet de juger par la direclion des courbes de marche ele ces deux organes de la dislributi_on. . D'apres les courses diverses que la glissiere est susceptible d'effecluer, comme on .l'a vu précédemment, et, pour celte machine spéciale, on trouve, a l'aide. du tracé géométrique, les limites de elélente sui yan le.s : La course ele la glissiere réduite a la course minimum 2o millimelres, b durée de l'aelmission a pleine vapeu1· correspond enviro·n aux 15/100 de la course du pislon : soit a la détente pe!)dant les 80/ 100; La coursé de la glissiere étant égale a celle de son exccntdque (la barre N' ramenéc sur l'axe horizontal, dans la coulissc), l'admission a pleine vapeur cst égale a la de1pi-course dn -piston; , La éourse ele 1a:glissicre élant a son maximum de 100 millimelrcs, l'admission a pleine vapcul' dure les 8/ 10 de la course uu piston: soit détente pendant 2/ 10, Il est dit précéµemment que la glissiere de détente a pom· longueur REMARQUE. la clislance de cent.re en centre des lumieres du liroir, mesurée sur son revers: c'est en effet sur cette donnée que le tracé a élé fait: Muis le plus_.généralemenl le constructelir augmente celte longueur d'emiron la moitié de la largeur d'une lumiere, · allendu que, dans le cas d'une détente tres-prolongée, l'orifice masqué pour la dé- . tente se trouvérait uémasqué avant la fin de ·1a course d·u liroir, ce qui doit etre évité dans tous les cas. Le tracé (fig. 84) peut servir aétudier cetle circonstance. On voit que, la glissiere nyant pour course le cei::cle dont le ra)Oll est on', sa courbe de marche l'IJ renconlre de nouveau, en J, celle du tiroir, et q,ue, a partir de cet in's tant, l'orifice serait découvert si le tiroir n'élait pas lui-meme . parvenu a son. poinl mort.

MACHINE DU SYSTEME LEGAVRIAN.

543

DllllENSIONS ET GONDITIONS DE MARCHE DE LA l\lACHINE REPRÉSENTBE PL.

20.

La puissance nominale de celte machine est de 20 cheYaux, avec une vitesse de rotalion de 50 tours par minute. Elle a les dimensions principales suivantes : Diametre du piston.a vapeur .. : .... . ............. . om 350 9d,q. 62 Superficie correspondan te .•............... . . : ... . Course ................•............ . ............ om 900 86d,c. 58 Volume engendré par un coup simple .........., ... . Diamelre du piston de la pompea air .............. . om 220 3d.q. 80 Superficie correspondan te .. , •...................... Coui·se ......................................... . om 280 V9lume engendré ·pour un coup simple ........... . fQd.c. 64 Volurúe tola\ de l'espace disponible pour la condensaliou .••........... ·•.......................... 56d.c. 00 Diamelre des tourillons de l'arbre moteur ... :...... om 120 3m 500 Diamelre moyen de la jante du volanl. .••........ : . Poids id. id. : . ............ 2780 kilogrammes. Dans ces conditions, cette machine devra fonctionner avec de la vapeur a4 atmospberes de pression absolue, la délente réglée a la durée des 4/o de la course du pis ton, soit 1/5 d'admission a pleine vapeur, et la conlrc-pression daris le• coudcnseur a 1/10 d'atmosphere, pour développer la puissance nominale de 20 chevauxvapeur, en admettant un rendement rninimum de 50 p. 0/0 de I'effet théorique , direct sur le piston.

MACBINE BOBIZONTALE A D:ÉTENTE VARIABLÉ ET A CONDENSATION

Par

!U, LEGAVRIAN

et flls, constructeurs

(PLANCHE

a l\faulins-Lille

25)

Celte machi ne, par laquelle nous terminons notre cl1 ~ix de modeles du type horizontal a un seul cylindre, est conslruile par MM. Legavrian, de Moulins-Lille, ingénieurs-mécaniciens, connus depuis-longlemps pour la construclion mécanique en divers genres. La différence principale a signaler, comparativement aux précédenles, réside· dans la disposition de l'appare'n de condensalion, dont la pompea air est in_clinée, comme l'ont f!)-il déja, depuis une douzaine d'années, MM. Thomas et Laurens, et:

044

l\:lOTEURS A V/\PEUR.

ensuile d'aulres constructeurs, pour des machines actionnant direclement des soufflerfes a pis ton. . La distribulion, du systeme Farcot, offre également certaines parlicularités. Il est surtout important de faire .observer que MM. Legavlian donnenl généralement a toutes les pieces de leurs machines des dimensions qui les rendent relativement plus robustes que celles qui sonl du do[J_laine d.e la construction parisienne. Ces dernicres ne manquent pas néanmoins de solidité; comme on le sail; mais si les construcleurs d'e Lille peuvent y ajouter encore sans · augmenter sensiblement leur prix de v~nle, ils font bien. Ce qui est sérieusemen_t entendu et pris en considération dans la machine qui nous occupe, c'est la solidilé du massif en mai;onnerie qui n'est aucimement découpé et semble tout d'une piece, l'appareil de condensation, qui est le plus souvent la cause· du morcellement des massifs, ayaut élé reporté entieremenl a l'exlérieur . .

ENSEMBLE DE

LA CONSTRUCTION.

La fig. 1 de la pl. 2t3 représente la machine de MM. Legavrian, en vue extérieure de face, du coté de la distribulion et de l'appareil de condensnlion dont la pompea air est figurée en cou-pe ;· La fig. 2 est une projeclion horizonl_ale d'ensemble, vu extérieurerncnt; Lá fig. 3 est une section transversale faite sur le cylindre a vapcur, par l'axe du éanal d'échappement _et du condenseti1~; : La fig. 4 est üne _section partielle, a une plus grande échellc, faite sur l'axe longitudinal de la pompea air et des pistons plongeurs alimentaires; Les fig. o a 9 sont des détails d'organes principaux de la distribution. · · _Le cylindre a vapeur A, avec son enveloppe, le Mli B, fondu d'une seule piece, et la/ traverse du piston, guidée dans les glissieres C, ne présentent pas, dans leur . ensemble, de différences sensibles sur les précédentcs machines, ,si ce n'est que les glissieres sonl maiutenues au maximum d'écarlement sur les deux cótés du bali qui sonl alors compléteme'nl reclilignes, sauf l'élargissement des plale-bandes pour recevoir les patins ·a d.u cyli ndre. , La porppe a air est formée d'une premiere parlie L comprenant le corps cylindrique incliné, et ceux ele eleux pompes alimentaires Q; ces trois corps sont fonclus de la meme piece qu'un coffre ramené dans la direction verticale et qui renferme les clapet_s ~•aspiralion b.et b'; ceUe párlie est surmontée de lá bache L', dont le fond est muni des clapels de refoulemeht e et e', et porte intérieurenient une tubulure de trop-pl~in 'd mise en relation avec le conduit extérieúr J. Enfin, cetle bache rei;oit un couvercle L2, en forme de coupole quadrangulaire, qui couronne el ferme l'appareil, avec c~rtaines conditions ele délail énumé_rées plus loin. Par la fig. ·4, qui esl une secliou faite sur l'axe de la pom('le a air, perpendiculairément au plan vertical, on péut voir les deux corps• de pornpes alimen-

MACHINE DU SYSTEME LEGAVRIAN. taires Q, disposés sy111élriqueme11t, et dont les pisto ns sonl 1·P.liés a la meme traversc que celui <le la pompea air. Ces de11x pompes, dont les boiles 11 clapels ne sont pas figurées, fonction11ent simullanémenl comme une seule, et ne forment dcux corps séparés que pour rendre la résislance symélrique avec la direclion de la coinmande. Toul l'ensemlile de la pompe a air repose, par des paliiis, sur le fond d'une fos3e réservée a cólé du massif principal qui m;oit la machiue. La tige e du piston esl rnllachée i\ une bielle fourchue O, dont l'aulre extrémilé esl nssemlilée avec un petit bras de levier 0', fixé sur un axe horizontal P, lequel esl monté sur des palicrs P', au-dessous du bali principal B; l'un de ces paliers appnrlient ü une • plaque de fonle íixée indépendan1ment du Mli, lanuis que l'nulre, qui n'a pu clre indiqué qu'eu trnils ponclués, csl renversé et fixé au bali mcmc. Cel axe P rei;oit un mouvcmenl tl'oscillalion a l'aide de dcux grarnls lcviers N, clavelés avec lui, el qui sont cux-memes assemblés avec deux biellcs F ratlachées á la Lravcrse Ju pislon avapeur; ces bielles, comme dans les machines représenlées pi. 22 el 23, fonl décÍ'Íre aux leviers un are de cercle ayanl pour cordela course du piston moleur. L'oscillalion de !'axe P fait alors décrirc au levier 0' í.111 are conespondanl, mais d'un rayon plus faible el donl la cordc exprime l'amplilude du mouvement Lransmis par la bielle O au pislon de la pompe. D&ns la plupart des machines munies d'une po111pe a air incliuée, le mouvement est donné au pislon de celle-ci par un excenlrique circulaire monté' d!rectement sur l'arbre moteur. La raison qui pcut molivcr le rcmplaccrnent de l'excenlriquc . par la disposition aduelle, c'est qn'a inoins de rédnire bcancoup la course de la pompe, on est conduil it .des dimensions cxagérées ponr 1111 cxcentrique, qui, de toute foi;on, donnc lieu a un frotlemenl considérable. Peul-elre, pour une machinc de pctite force, pourrait-on le conserver commc élant plus simple qu'une combinaison de leviers et de bielles; mais, arrivé a certaines limites de puissance, l'emploi de l'excentrique, pour cct usage, pnrait au moins délicat. ·_ Le condenseur, donl le fonclionnemcnt est tout it fail nnalog11e a celui représenlé en détail, fig. 3, pl. 14, ,el dont une applicalion a élé montrée par les pl. 20 el 2-l, -esl formé d'un corps cylindrique l\'I, pincé verlicalemcnt. 11 communique, par une tubulure, avec le conduit d'échappement i du cylindre, et l'injeclion d'e:m froide -a lieu.de has en haut, sous Út forme d'une gerbe, par un conduit j dont l'ouverture est réglée par une bond e conique j'. Celle-ci appartient a une lige •,erlicale j2, qui traverse un couvercle a boite a éloupe, disposé un peu au-dessous de l'ouverture1 de fac;on a laisser une parlie vide que l'on rcmplit d'eau pour noyer ce joinl. L'e>.trémilé supérieure de la tige est filelée dans une arcade l., boulonnée avec le rebord du corps cylindrique M, et porte un volant k' par lcquel on la fait lourner pour soulever la bonde j' ou la faire descenclre sur son siége. La parlie inféricure du condenseur est munie d'une lubulure par laquelle il est _. mis en relalion avec la pompea air, a l'aide d'un luyan en fonle M', qui est contourné ·pour atteindre la face an\érieure·, et vient aboutir a la capacité comprise ·entre les clapets b et b'. Le condenseur, pris ainsi entre les c·onduils i el M', se trouve comme suspendu, mais néanmoins tres-bien assujelli. ),

546

l\IOTEURS A VA-P EU R.

Le régulaleur a force cenlriíuge, dout on a vu les applicalions fréquenles, est remplacé dans la machine actuelle par celui du systeme de M. Lariviere;·qui fonc-. tionn e au mayen de l'air, suivanl un príncipe unalogue a celui du régulalcur invenlé, il y a enviran vintil-cinq uns, par feu 1\1. Molinié. Le régulaleur Lariviere est composé d'un cylinclre renfermanl un pislon au-dessus <luqucl une pclite pompc, mue par la inachine rneme donl il s'ugil Je réglcr las vitessc, lenrl a faire le vide, tandis que la purlie iuférieure reste un communic11tion. avcc l'almosphcre. La li ge du pistan csl mise e11 rclulion avec le papillon,qui regle l'enlrée cJ e la vap eur dans l'apparcil de distribution; clic cst chargée d'un poids qui fail équilibre a l'aclion que lu pression almosphérique éxercc a In parlie inféricure, el qui es l calculé de fa 9on ;1 ce qu e ce pi slon reste iu1mo!Jile qwrnu lama-. chine marche a sa vilcsse normale. L'air exlrail <lu régulateur par la pompe y effeolue su renlréc par un, orifice dont la seclion csl r églée <le lelle surte, qu 'il y ait une exacle compensalion entre l'air r enlré el celui aspiré, pour un e vilesse délermiuée de la pornpe. Par conséquenl, si la machine conserve sa vitesse normale, le pislon du régulaleur, égalcmenl poussé ilc has en haul el chargé de haul en bas, conserve su posilion cJ'équilibre, et reste immohile ainsi que le papillon. Daus le cas co11lraire, la vil~sse de la pompe venanl a cbange r, l'air extrail n'esl plus en rapporl avec celui qui rentre par l'orifice invarialile, d' ou le pistan du régulaleur se tléplace et commu11iq11c son mouvement a la valve ou papillon qui r egle l'introtluction <le la vap eur. Cependanl 1\1. Lariviere, qui a co11strnit un grano nombre de ces régul,ateurs, les dispose intlifféremmenl pour fonclionuer par le vid.e ou par l'air almosphérique. Dans la macbine qui · nous occupe , le corps priucipul S, re11fcrmanl le p1slo11 régulateur, est posé au-cJessus d'une sorte de d.óme A2 , qui surmonte le cylindre et rcnferme le papillon ainsi qu'un tiroir de mise en train, organcs dont le délail esl donné plus loin. La petile pompe aspirante R, qui complete l'appareil, communique avec lui par un lube de cao11lchouc donl la tlirecliou, qni n'a rien d'absoluc, ne se lnouve pas in<liquée ici; elle est placée horizonlalement, en debors du ha.ti, et. rei;:oit sa commande de l'arbre oscillanl P, donl l'exlrémité, réduite de • diamelre, porte, a cet effel, une peli te manivelle l a la<Juelle la bicllc l', <lu pislun tle la pompe R, est rattachée par arliculathrn.

DÉTAILS DE CONSTR UCTION .

CYLINIJRE ET ADM1ss10N DE VAPEUR. - Le cylindre a v-apeur A, ajusté dap.s· son enveloppe en fonte, présenle une <lisposition dont le principe a, été déja expliqué -précMemmenl. Muis l'admission de la vapeur e sa distdbution ont des caracteres qui leur sonl proprcs el qu'e n@us allons intliqucr. La vapeur est amenée du générateur pac un conduil m, qui aboulit a une tubulure appartenant a l'enveloppe. De nntervalle qui sépare celle-ci: du cylindre, lp.

MACHINE DU SYSTEME LEGAVRIA N. _v4peurrs'introJuil; par: un orifice rn', dans une hoile close, ou dome polygonal en fonte A2, monté snr upe table dressée méoagée a l'enveloppe. A l'aiJe des fig. o el 6, qui représentrnt cetle piece en délnil, suinml deux conpes . verticale et horizonlale, on voit que son inlé1 ieur esl divisé en deux parlies, dont l'une esl en lib1~~ relntion avec. l'orifice rn', landis que l,'autre se trotl\'e en rapporl avcc l'ouverture d'nn ca~al n fondu avrc l'enYeloppc, el commun iqnanl nvec _l'in, térieur de la boile de disfribution. Les llenx divisions du dome sont néanmoins en re1ation pnr une o_nverlme ménagée aln cloison qui les llétermine, el dans laquelle ouverture est ajusté le papillon rég-ulateur T. . Fnisant abslraction, pour l'instanl, du jeu du papillon, on voit que la vnpeur, , passant., par l'orifice rn', peut s'introduire Jans le canal n et parvenir a In boilr de d~sfrihution. On a fait choix alors lle l'onverlurc du canal n pour y placer un liroir U qui ser! a opérer l'arret el la mi~e en train de la mnchin e. Cet organe est une __,gl-issiere plate pcrcée d'unc lumirre rcclangulalre qui doil venir co'inciclc•r a propos __-avec l'orifice d.11 canal n. Celte ouverture est occupée vers le milicu par 1in pinire-. !onfdans lequel s'engage l'exlrémilé d'un pi Ion o, dont la parlie supéri éure pr.rl~ un goujon pour lui servir de gnide; le corps clu piton rst monlé, cnlre <len\ écrous, sur une lige o' quipeut y tonrner sur ellr-mcme, et qui, 1ravcrsanl le dome, vient se lnrauder lhlns un écrou 0 2 fixé sur un l1ossagr. venu de fon te avcc le cylin. dre. (Voir fig. -l et 2.) En faisant tourner celte tige, par son volnnt o3 , rlle se déplace longiluclinalemenl daos son éc~·ou et entraine avec elle le pi ton o et le liroir U dans leqnel il est e_ngagé. On favorise ainsi le passnge de la vapeur ou on !'intercepte a volonlé, suivant · que la lumiere du registre U vient ou non coincider avec l'orifice du ·conduil n. _: ,Le papillon Test, comme al'ordinaire, une pelile plaque de hronze dont les boriJs aclifs sonl coupés én chnnfrein et dont le milicu est traver~é pnr une tige mince _qui lraverse une boile a étou¡;ie. Il est aj t~sté carrémen t dans son ouverture, el mis a sa place en l'introduisanl par un regal'd ménagé vis-a-vis el fermé par un lampqn p. La relnlion entre le régulateur el le papillon est élablie an moyen d'un pctit m'éca1.tisme de renvoi ordinaire. L'nxe el u pa.pillon est .lerminé P,ªr un levier .pris en Ire deux écmus montés sur une tige filetée p', laqnclle est asscrnhléc ávec l'une des cxlréruilés d'-une basc:.1le p2, taradis que cclle opposér. est reliée avcc une lige 1) 3 • Cetle derniere est assrmblée, par arliculalion, avec une sphere fixée sur la tige du pisto11 <lu régulale11r S, . pour faire équilibre a la pression atmosphérique qui tend a le soulever con Iinucllem,mt. La comhinaison de ces clivers levjers et tiges a pour effet de transmetlre les oscillalicins verticales du piston régulateur au papillon, qui ferme alors plus ou mojos , l'ouverture dans laquelle il est ajusté, et moclifie la section de passage de la vnpcur . a ch<1,que écart de vilesse Je la machi ne. · D1s'l'H1BUT,ION. - Au lieu (!'i}!re isolée du cylindre et rapportée simplemen.t conth.! _ Ja table dressée des orífices, la.hoile a vapeur est' forrnée, . par moitié, d'une capaci'lévide réservée a l'enveloppe meme et ,d 'un cadre V, qui la complete, .en .s'y fixant suivant un joint établi' sur le centre de la ·bo1le a étoupe et Je la qouille, par

tH8

l\IOTEU RS A VAPEUR.

Icsquelles la tige du liroir el son prolongement sont guiMs; un : couvercle V', boulonné sur le cadre, fcrme alors la ho1le, comme a l'ordinaire. Le liroir de dislribulion X esl enchass~ dans un cadre en fer auquel apparli-ennenl la tige q el celle qui serl de guide, par l'exlrémilé opposée; il glisse sur une semelle dressée, rapporlée sur le_ fond de l'évidement, ménagé l'enveloppe, qui com;lilue la moilié ele la profondeur de la boile vapeur: Cellc clisposition, unique dans les exemples monlrés jusqu'ici, a pour objet de diminuer la saillie totale de la IJoite de dislribulion. Les figures du dessin permettenl de voir que cclle boite csl en cffet tres-aplalie et ne possede que bien juste la <limension nécessaire ponr le jeu despieces qu'elle renfermc. Le Liroir esl consll'llit pour opérer la détente, suivant le sysleme Farcot. Mais la camme, qui sert h régler la marche des registres, est remplacée ici par un coin 1rap ézoúlal donl les fig. 7 h 9 font voir la disposilion. Ce coin en fer ou en a_c ier r est ajusté, par une saillie rectangulaire, dans un évidement dressé apparlcnanl au couvercle V', et c.lans lequel il peut glisser verticale• menl; il est monté, et fixé par une goupille, sur un axe r' qui traverse le cadre V par une hoite a éloupe ménagée a la parlie supérieure, landis que l'nutre exlrémité est guit.lée par une bague rapporlée a l'omerlure d'1m trou fermé exlérieurement par un bouchon a vis. Le sommet ele cetle lige élant fileté dnns un écrou relenu dans une douille qui fait corps avec le rebord de la lloite V, lorsqu'on fait tourner l'écrou, par le volant manivelle r 2 avec ~equel il est fixé, la tige r monte ou descend en entrainant le _coin r avec elle; le déplacement du coin produil alors le meme effel, sur la bulée des registres de délente, que cclui d'une camme que l'on fait tourner plus ou moins pour cbanger le degré d'expansion de la vapeur. Les dcgrés Lle variation, rapportés an déplarement du coin, peuvcnt elre inscrils sur une échelle, que nolre dessiu n'indique pas, et qui se trouve repérée avec un index fixé au so·mmet de la lige r'-, <lont il permcl d'observer les mouvements verticaux. Il serait inutile d'enlrcr dans l'e:xamen comparatif des effels de la camme el clu cnin, qui peuvent évidemment rendre chacun les memes services, peu de chose pres. Mais on ne peul pas négligcr de foire obscrver que la réglementalion de la <lislribution offre beaucoup defacililé avecle coin, don! le tracéesl déja tres-simple, mais surlout qui penl fonclionner el etre mís en place sans que le couyercle soit i\ la sien ne, ce qui permct t.l'en étudier les effels sans lalonucr, au momenl du monlage. L'excentriqne H, qui comrnamle le tiroir de disl\focANtSME DE L'EXCENTRIQ E. lribution, est remarquable par son mode de liaison avee la lige du tiroir, qni est d'un sysleme lout pnrliculier. La barre H' et la lige q son Lratlachées, indépendammei:it, une co11lisse s qui glisse comme le chariol d'un tour, dans un support Y, rapporté el bonlonné sur le bord du hali principal B. La barre H s'y lronve assemulée par un boulon et nne tete de biellc, nfin de forrner arliculnlion; la liaison de la tige du tiroir est opérée, au con· traire, ri¡:!;idemenl au moycn d'une oreille et deux écrous, qui permellent cependan t de régler la posilion.

MACHINE DU SYSTEME LEGAVRIAN. Po~tPE A A!R. - E-n rnison de la commande simullanée dt! rislon de la pompe a air et des deux-rompes aUmentajres, la tige principale e est tres-soigneusement guidéc. en son p0in l d'assem blage ayee la birlle Je commanrle. Cefte tige est 11ssernhlée a.vec une travcrsc h (ng. 4) dont les exlrémilés sonl réunies avec les pislons des pompes alimen !aires Q; eles pMfées y sont ménagées pour son assemblage avec Tes denx brnnches de la birllc O. Ln I raverse porte deux palins f perpendiculnires an plan drs trois ti ges, et a l'aide desquels r.lle cst guidée par deux glissieres g fondues de la meme picce que le couvercle du corps de pompe L. A l'nulre exlrémilé, ces glissieres sont maintenues clans lenr écartement par une entreloise g', dónt le milieu est un marnelon percé et traversé par le prolongemcnt de la tige e. La coupole U, qui recouvre la bache de In pompea air, est munie d'une cnvelte t dont le fonJ est percé d'nn certain nombre ele petits lrous. Celle précaulion des conslrncteurs a pour objel de rec11eillir les goutlelelles d'eau qui pourraienl elre projetées dans l'écbappemenl de l'air expulsé par la pompe, el qui sorl par les trous de celte cuvelle. P1EcEs PRINCIPALES nE LA TRANsmss,oN. - La hiel1e D est mépfale et simple dans toute sa longuc11r. Au lien d'elre lerminée pnr une parlie fonrcbue, c'est la tige du pislon qui est assemhlée avcc une tete ou chappe u lraversée rl'outre en onlre, ainsi que la biclle Del. cellcs F, par le T ou joug v , dont les exlrémilés portent les coussinels qui suivenl les tleux glissieres C. La rnanivelle E et l'arbre motcur G sout en fontc ele fer. Ce tlernier est d'un tres-fort <liamclre, et les parlies qui doivent recevoir le volant ou les organes de transmission _sont taillées a buit pans, de fac;on a rendre le calage plus sur. 1 ,

DIMENSIONS ET CONDITIONS DE MARCHE

Cette machine possede, ainsi que les précé<lentes, les moyens qui pennetlent d'en faire varier la puissance dans des limites assez élendues. Son cylindre est timbré a o,o atmospheres, bien qu'elle ne doive marcher hahituellement qu'a 3,o, et la délente, qui peut varier entre les limites de 1/6 et 1/~5 J'admission a pleine vapeur, est réglée, pour sa puissance nominale de 35 chevaux, a la durée de 9/10 de la course du pislon. Cette puissance est basée, du reste, sur les conditions suivantes : Vilesse de rotation .•......•.•. ·•••••.••• ,,.,.,. Pression Je la vapeur dans la cbaudiere......... Durée de la délenle, par rapport a la course <lu pislon...................................... Contre-pression par le condenseur. . . . • • . • • • • • • .

38 tours par f'. 3,o almospheres. ; 9/ f O O, 1 almosphere.

Voici maintenant les principales dimensio-ns : Diamctre du pislon moleur •..• .- ••..•... , . . . . • • • Superficie correspondante.. . . . . . . . . . . . . . . • . . . • •

om 600 28d.q. 27

•

550

MOTEURS A VAPEUR. Course ................•..........•........••. {m 000 282d,c, 70 Volume engendré pour un coup simple ..•...•.. Diamclre du pislon J]e la pornpe a air ..........•• om 3CO 7d.q. 07 Superficie correspondan te .....................• Course ...................................... . om 376 26d.c. 58 Volume engendré pour nn coup simple ......... . Rapport de ce volume lt cclui engendré par le pis'ton motenr ................................ . o, 094 Volume tola! offert a l'échnppemcnl de la vapeur, comprenant celuí du condenseur el des conduits t$jd .c. 00 de comrnunícatíon .....•.................... Rapporl de ce volume a celui engendré par le piso, 2 . ton moleur ................................ . Diametre des tourillons de l'arbre molcur ( en fon le) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . • . . . • . ..... . om 220 Rayon rnoyen de la jan le du volanL ........... . 3m 000 Poids ele la jan te du volan t. ................... . 3930 kilog.

En comparnnt, comme nous l'avons fait jnsqu'ir.i, les résultats fournis par le calcul basé sur ces dimensions avec la puissance nominale, on trouve que l'élal de la construclion de la machine et sescondilions de marche doiventpermettre cl'atteintlre a un rendement de 67 p. 100 emiron. En effet, si on veut répéter l'opération, comme nous l'avons fail plusieurs fois, on tronve : Volume, en metre cube, engendré par le pislon achaque coup simple: --2

D = 0, 60

3 ,Hi6 X 1m0O

= 0m.c. 2827.

Avec la détenle 9/ 10, le volume de vapeur, a pleine pression, dépensé par coup simple égale : D 0,2827 d = - = - - = 0m,c. 0,02827. 10 10 Travail de 1 melre cube de vapeur, a la pression de 1 atmso-phere, et détendu to fois (table du § 72) : · · · ( · 3'.4i27' kílogrammetrés. Pression absolue de la vapeur .........• Pression du mHieu_ a:4ch~J?pemenl .....

3,ñ almosph. O,i

"Opérant suivanl ces dom1ées et a l'aide de la fOrmule génériale (A de•la page 333 ). on a pour le travail théorique T du a un coup double de piston : .. T

2 (dt.p -

10338 D p');

T = 2 ( 0m.c. 02827 X• · 34127 ·x 3at. ñ - i 0333

0m.c. 2827

X 0., i at. )·

= 6·169 tr.ilgr.

CONCLUSION SUR LES MACHINES HORIZONTALES.

fül!

Enfip, on ol.Jlient, pour la quanlité Je travail correspondante, par secoude et en chcvaux-vapeur : T n, 6169 X 381 T' = - - - = - - - - = 52 chevaux-vapeur 60 X 75 60 X í5 .

Par conséqnent, pnisqu'en fonclionrnmt dans les conditions qui correspondenl a celte puissance théorique, on doit recueillir 35 chevaux uisponibles sur l'arb~e moleur, il s'ensuit que le coefficient d'effel utile doit s'élever a : 35 -; 52

0,673.

Ce résultat clémontre encore r¡ue nos conslrucleurs expérimcntés ont atleirú un degré deperfection, dans l'élablissement des machines avapeur, qui leurpermetde compter sur un effel utile plus élevé qu'il y a une quinzaine d'années, époque a lnquelle on n'oblcnail guere plus de 50 p. 0/0, et avee des machines condensation. A q11oi doil-on attribuer principalemcnl l'amélioration du rendement? Nous l'avons dil: a une dislribulion bien réglée, p.ermellant aux grandes détenles de produire tout leur effet; a la condensation opérée de fa,;;on a rendre la contre-pression presque nulle, el fonctionnant avec une pompe a double effet; aux moyens préservalifs des déperclitions de calorique; a l'emploi de volants puissanls, etc., etc.

CONCLlJ'SION SUR LES MACHINES HORIZONTALES·

A UN SEUL CYLlNDRE

•

Nous aurions pu continucr !'examen des machines horizontales a un seul cylindre par plusieurs modeles d'autres bons constructeurs qui, a Paris comme ailleurs, ont su appo.rler dans.ce systeme des améliorations utiles, ou se sont fait remarquer par une parfaite exécution. Mais il eu~ fallu augmenter de beaucoup l'importance d_e r,e Traité, déja volumineux, et nous aurions craint de fatiguer nos lecteurs par des descriptions qui se'raient devenues a peu pres semblables. 11 reste, en effet, apres les types que l'on vient de voir, et qui réun issent toutes les conditions désirables, peu de différence3 a signaler, peu de particularités que nous n'ayons eu le soiri de recon.:. naitre. Nous sommes convaincu, du reste, que les divers exemples qu'il nous a été permis de choisir, dans cette catégorie de machines, pourront largement suffire aux jeunes gens qui sont appelés a les constru ire ou a les monter, comme a ceux qui doivent les employer ou les conduire, pour en bien connaltre toutes les parties, quelle que soit d'ailleurs 1eur origine, quelles que soient les modifications qu'elles aient subies. Comme nous J'avons dit, le systeme de machine a cylindre horizontal a pris une extension considérable, non-seulement en France, rnais eilcG1-e da-ns toutes les contrées rindustrielles. Les avantages qu'il présente, et que nous avons énumérés en quelques mots au commencement de ce chapitre, sont assez no·mbreux pour moti ver celte sorte d'engouement général qui n'a fait que s'accroilre aepuis l'Exposition universelle. Il nous para1t utile de rappeler ces divers avantages dans le résumé qui suit : D'une exécution simple et peu dispendieuse, la machine horizontale peut se placer partout ou l'on dispose d'un emplacement conrnnable; Toutes les pieces du mécanisme étant préalablement ajustées et rendues solidaires sur un seul

MOTEURS A VAPEUR.

ño2

et méme bati , le montage sur place peut toujours se faire rapidement, et Ie-vlus spuvent, lorsque la machine n'est pas d' une trop grande puissance, ell e est envoyée toute mdntée a l'usine; Comme elle pre:i d peu de hauteur, elle reste constamment i1 la portée du mécani cien ou de l'ouvri er ch~rgé de la conduire; auss i la surveillan ce en c::t facil e, etsi quelque parl.ie se dérange, i l n'a ,pas de peine a la r econníli tre pour y po rter remede aussitó t ; Occupant, pour un e force do nn ée, un e grande superficie comparati vement a son élévation, elle -est bi en solidement assise, sans exiger d'ailleurs de fo ndat ions profundes, dispendieuses et incommodes ; 0n peut, lorsqu'ell e est bien propo rtionnée, la fa ire ma rcher a de grand es vitesses, sans qu' elle soit susceptible d'éprouver el es vibrations sensibl es: il n' est p:1s rare, en effet , de vo ir aujourd' hui des machines horizontales dont les pistoñs a vapeu r fonctionnent avec des vitesses moyennes <le 2 a 3 metres par second e; L'arbre de couche de commande étant daos le méme plan que l'axe du cylindre, et par suite a peu de di sLa nce au-dessus du sol, se trouve le plus généralement rl ans un e position convenable .po.ur transmellre le mouvement aux outils ou appareils a faire • mouvoir; La machine horizontale s'approprie aisément a la plupart des indu stries dans lesqu elles on a .besoin d' une force motrice, so it cause de son bon marché relatif, soit pour la facilité de son in.stallation, ·soit encore parce qu'elle permet de varier les vitesses sans inconvénient, et de s'accoup ler ou de se joindre a d'a utres moteurs, quand il est nécessaire; · Elle se préte, eníl n, a un g rand nombre d'applications diverses sans aucune transmission de mouvement iqtcrméd iaire, comme, par exemple, pour acli onner directement des pompes a élever l' ea u, des so uffieri es a cylindres, des appareil~ a fouler les gaz, etc. 0n comprend sans peine que, réunissant autant d'avanlages, les machines horizontales aient do fai re de notables progrés en p eu de temps, et qu e, dans un grand nombre de cas, elles aient é té jugées so uve nt préférables a d' autres systémes. 11 est vrai de dire que, dans !'ori gine, elles é taient seulement a haute pression , sans co nd ensation, et méme assez so uvent sans détente vales adopter. l\Tais r iable, ce qui les rendaiL d' une 8impl icité tres-grande , et devait engage r a ussi, comme on sait que l'absencc de détente et de condensation est un motif d'a ugmentation de .d épense et de co mbustible, on a du chercher a les doter de ces perfectionnements importants dont jouissaient déja les a u tres syslémes, et les ·rabricants, qui veulent avant tout dos machines économiques, ont demandé avec raison aux constructeurs d' y ajouter Ja condensation, malgré les difficultés pratiques que l' on épro u va it alors a rendre le condenseur solidaire avec le bati, et a imprimer le mouvement au piston d e la pompea air. Actuellement les machines horizon tales ~ condensation sont tres-répandues et font une co;currence tres -grande aux machines verticales. 0n ne craint méme pas de construire de ces machines a deux cylindres, comme nous en montrerons des exemples, apres avoir décrit les syslemes a balancier par lesquels nous commeneons le second voJume.

FIN

CHAPITI\E SIXIEIII.R DR

QUATI\IEME

SEr.TION.

TABLE DES MATIERES CONTENOES DANS LE PJlEMIER VOLUME

PRÉFACE .......... . ... . ...... ... . ... . ..... ... .. :. ....... . ......... . ..... . .. .. ...... . . . . . . . .

PREMIERE SECTION N OTION S PRÉLIMINAIHES DE PHYSIQUE ET DE ~IÉCANIQUE, APPLIQOÉES 1

A L ÉTUDE DE LA VAPEOR D EAO

CHAPITRE PI'tEMIER 1

PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DE LA VAPEUR D EAU Pnges .

DÉFINITION DE LA VAPEUR ......... .. , ... ,. .. PlllNCIPES DE LA FORMATION llB LA VAPEUR. ... Formation de la vapeur d'é'au dans le vide .. Iufluence de la température sur la forruation de la vapeur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Maximum de force élastique de la vapeur. .. . Relation entre la force élaslique de la vapeur et sa température. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . TABLE des forces élastiques ruaxim uru de la vapelll' pour les températures ele o it 100 degrés centigrades... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . TABLES d.es températures de la vapeur d'eau pour des tensions ele 1 a 1000 atmospheres. Densité de la vapeur cl'ean .. ....... . .. ..... Premiere condition. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Deuxieme condition...... . .. . • . . . . . .. . . Conséquences.... . . . . . . . .. . . .. . . . . . . .. .

2 3

5 6 8

H 16 17 17 17

Pngcs.

TABLE des densités et volumes de la vapeur d'eau au maximum de force élastique ele o a 100 degrés .............................. TABLES des clensités et volumes de la vapeur 1l'ean de 'l á 1000 atmosphéres .. .... ...... Ébullition de l'eau......... ,.. . .... ...... .. Fixité de la température au point d'éb ullitiou .. :.. . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . Marmite de Papin ..... :............... Iutluence des suhstances eu dissolntion sur latempérature du point d' ébullition. .Mode de vaporisation d'un liquide qui contient des substances étrangeres . • . . . Condensation de.la vapeur .............. ~... Absorption .•.. , •..... . .. ..... ...•.. . • , Action calorifi.que dans la formation de la vapeur d'eau .... . ... , .... .. . , .... .. .. . . . , .

' 18 19

20 21

22 25 25 26 27 28

CHAPITRE JI C.IPACITÉ CALOR I_FIQUE DES CORPS

UNITÉ DE CUALEUR .. -.. , , , , .......... , . .. , . . CALORIQUll SPÉCIFIQUE .. . •, ... ,,,., .. ,,, . . . , TABLE des capacités des gaz déterminées par MM. Delaroche et Bérard. . . . . . . . . . • . . . . . TABLll des capacités calorifiques de diverses substances . .... . .. . . . . . . . . .. . : . . . . . . . . . . APl'LICATION DES COEFI•ICIENTS DI! CAPACITÉ CALORIFJQUE ........ , ~, .. .. , . , , ', , .. , .... , . , , Quantité de chaleur qui correspond a une variation donnée de température.. .... ...... l.

30 31 33 31,

35 35

Température d'un mélange ... . •.. :. . . . . • . . . Combinaison d'un mélange.. • . . . . . . . . . . . . . . CUALEURS LATENTES OU CALORIQUE DE CBANGEJllllNT DIÍTAT,.,, ......... ... . _-,, . .... , .. . Calorique de fusion.. . .. . ....... ... . .... . .. Calorique lalcnt ele vaporisation. . . . . . . . . . . . TABLE des quantités de calorique latent de vaporisation.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . APPLICATIONS DU C,ILORIQUE LATENT DE VAPORISA'flON. , ...... ,. ..... ..... .. . . ... ... . . . . 0

36 39 40 41

43 44 115

554

MOTEU R S A V APEUR. CHA PI TRE III SOURCES

CHALEU R

Pngcs.

Pages.

QUANTITÉS DE CilALEUR FOURNIES PAR LES COMBUSTIBLES... . . . . . . .... .. .. ...... .. . . .... . 48 TABLE des puissances calorifiques des combustibles industriels . . .. . . . . .. . .. .. . .. . .. .. 50 APPLICATION DES PUISSANCES CALORIFIQUES . .... 5 1

Recherche de la dépense de combustible pour produire une élévation dounée de température... .. . . . .. . ..... ... . . ..... . ...... . .. 51 Puissance vl).porisatoire d'un poids donné de combustible. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . 52

CHA PIT RE IV PllOP R IÉTÉS Ml~CAN I QUES DE LA VAPEUR

CONDITIONS DE L'ÉCOULEM E T ET DE LA DÉPENSE DE LA VAPEUR .... • .. , . .... ...... ,... .. .. Écoulement de la vapeur par un orifice pcrcé en mince paroi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vilesse d'écoulement d'un gaz par un orifice en mince paroi . . . . . . . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . Problemes sur l'écoulement de la vapeur par orífices en mince paroi. . . • . . . . . . . TADLE ET TRACÉ GRAPHIQUll relatifs :i. l'écoulemeilt de la vapeur.. . . . . . . . . . . . • • . • . . . . TABLE des vitesses de la vapeur s'échappant dans l'atmospbere• a di verses pressions. . . . . TABLE, des vitesses de la vapeur s'ócha¡:,pant dans des milieux :i. des pression~ difl'érentes . Tracé graphique.. . . . . • . . • . . • . . . • • . . . . . Vitesse d'écoulement d'un gaz par un conduit. Problemes sur l'écoulement d'un gaz par

un conduit. . . . . . . . . . • . . . . . . . • . . . . . . . Volumes de vapeur écoulés par des orifices simples et par des conduits . • . . . . . . . • . . . . . Coefficients de coutraction.. . • . • • • • . • • . . Note relati ve :i. la recherche du diametre d'une conduite .. .. . ... ... . . . .... . . .-. • . . • . . • . . . PUISSANCE MÉCANIQUE DE LA VAPEUR D'EAu. .. . Travai l développé á pleiue pression ... . ... . . Traxail développé avec délente . . ... .. ...... Loi de l\Jariotte .. .... : .. . . .. . . . .. .. . .. . Calcul du travail to,tal du a la détente de la vapeur.. ... . . .. ... . . . . . • . . . . . . . . . TADLE des quantités totales de travail développées par 1 metre cube de vapeur sous différenles délentes et sous la pression de • 1 atmosphere. . . • . . . . . . . • . . . • . . . . . . . . . . . . CONCLUSION DES NOTIONS PRÉLIMI NA IRES · . ..• , . .

54 54 55 58 60

61 61 G2 63

67 68

71 7'l 75 76

81 82

. DEUX IEME SE CTIO N AP ER~ U HISTORIQUE

L'I ' VENTION DES

ÜBSERVATEURS ANCIENS DE LA PUISSANCE DE LA VAPEUR D'RAU ...... . . ... .... , . ... . . .. : . . . Bél'bn d'Alexaaclrie l 120 ans avant J .-C.). Blasco de Garay (1543) .. .. .. .. .. . .. .. . Flurance Rivault (1605) .. .. .. .... • ... . Saloman de Caus ( 1615) .. .. . . .. ..... . . Branca ( 1G29) ... •. • .. .. .. .. . .. .. . .. • . Le marquis de Worcester (1663 ). . . . . . . .

MACHI

ES A VAPEUR

Sir Samuel Moreland (1683) . . . . .. . . . .. PREMIERS LNVENTEURS IlE LA llJAClll NlI A VAPEUR...•. ... . , . . •....•. .. .. . , . ,. .. .... . . Denis Papin (1690 et 1695) .. . .. .. . • .. • Le capitaine Savery (1698) ....... . ... . . Newcomen, Cowley et Savery ( 1.7 05) ... . Leupold (1720 l.. ... . .... ... . .. ...... . . James Watt (1 769) ...... . .. : . . ...... . .

84 84 85 85 86 89 89

90 90 90

95 97 1 ot 10,,

TROI SIEME SECT IO PRODUCTION INDUSTRIELLE DE

LA VAPEUR

D' EA'U

CHA PI T RE P.REMIE R ANC ! El\'S GÉ ' ÉRATEURS A VAl'EU R

D1 SPOSITION PRIMITIVE DES GÉNÉRATEURS. • · • ·. 108 CHAUDIÍ!RES ~ BASSE PRESSION DE WATT., .... 109 Proportions des ehaudieres de Wa tt ..... 1.11

Sur(ace ele chau((e. . . . . • . . . . . .. . . . . . . . . 111 Sur(ace de la grille .. ..... . .. .. . .... . .. 113 Voliwie ele la chaudiere .... .. ..... . . . .• 114

TABLE DES MATIERES. CI-IAPITRE II CHAUDIE R ES CY LI NDRIQUllS A FOYERS EXTÉRIEU R S (PLANORES I A 3)

Pílgc,s.

DISPOSITION GÉNÉRA LE o'uN GÉNÉRATEU R A BOUIL· LEURS (pl. 1 ) • . ., ., . , . • . ., , . . ., ..... .. .. Ensemble des foncUons dn génératenr . •. . •• • Service desappareils de süreté et d'observation. Manometre . ... ...• • . , ... .. •.• , . . .. , • . • Niveau d'eau . ... . . .. ... ... .. . .. .. .. . . Flotteur a sifJlet . .. .. ... . ..... . . .... ... Soupapes de su.reté . . . . • • • • • . . . . • . • .. . • Détail de la construction de la chaudiere •. • • Assemblages et trous d'hommes .....• .. • Disposition des feuilles de tO!e. . • • . . . . • • Réservoir de vapetll' . . . .. . . ... .. . ... ... Communications ou cuissards .•. .••. . ••. Construction du fourneau . . . • . . • • . • . . . . . . . • ConstrucLion de la chemiuée ( pl. 3) . . . . • . • . . Tracé ele la cheminée ...... . ...... .. . .. Grande cheminée <les forges de Rach eco urt

115 1'16 118 119 120 121. 122 123 123 123

121, 121, 125 127 128

(pi. 3) ... . ......... ........ ... ........ . 130

Reclressement des cheminées •.. •. . .... • . . . . Montage de la chaudiere daos le fourn eau .. .. Foyer •• •. .• •. . •. •...• . .. . ..• •........ PnOPORTIONS D'UN GENÉRATEUR A CORPS CYLINDRIQOES., . ••. •.. , , . , , •. . , , . • , . ......... , Sur-faces de chauffe . ... . . . . . ...... . . . .. .... Dimensions des corps cylindriques ..• . . ,

13l 13 t '132 135 136 136

Pagos.

TABLE des dimensions principafes des chandi eres cylindriqnes saos boui lleur et avec un houillenr ..• . •. . . •.•... . .. . . . . .•..• . . 142 TABLE des dimensions principales des chan~ dieres cylindriques á deux bouilleurs •.• , . • 163 Remarque sur les volumes d'eau . .. . •. . • 14,i. Dimensions des grilles .... , • • . . . . • . . . . . . . . . 1li 6 Section de la chemiuée et des carne.aux .• . . , . 14 9 Cheminée .. , •• .. .• ••. ••..• .•• . ..• , ... . 11,9 Carneaux .• , , •••• , •.•• , . •. .• •• ..••... • 153 Réc..1.pitulation de toutes les regles précédeutes .. ... ... , . ... . ... ... ..... ... . ... .. 155 Surface de chauffe ••. •• , . ..• .• . , . .. . . •. 155 Surrace de la grille .. . . . . .. .. .. . , . . . . • . 155 Section de la cheminée . ... .. .. . . ..... .. 156 Carneaux . •••. . .. •••••• •.. •. . , , .. . . . : . 156 Résumé des condi'Lions de marche du générateur représenté pi. -l. ... ... ........ .. .. . . 156 Surface de chauffe... ... ....... , . ... ... 156 GrÍlle et carneaux , . .. .• . . . ... •• ·•. , . . • . ·157 . Volume de l'eau .. .. . . .. . ; .. ..... : .•.. • 157 Volume de la vapeui· ... .. ..... .... . . . . 157 Hypotheses sur les capacites •• , •.• • • .• •• 158 Puissance de vaporisation comparée a la puissañce dynamiqne .••.•• . •• . ••..••• , •. . . . • 159

CHAPITRE III D I SPOSIT I ONS D I VERSES DE GÉNÉRATEURti A CORPS CYLJNDRIQUE5 ET A FQYERS EXTÉR I EUI\S (PLANOIIE

GÉNÉRATEUR COllIPOSÉ D'ONE CllAUDIERE ET o' UN nomuEoR A FLAl\IME MoÑrANTE (lfig. 1 a 31. 164 Ensemble de la chaudiere ·- et du fo urneau. . . • , , .... .... ...... .. . .... .. .. . 165 Détails de construction de la chaudiere. . 165 Conditions de marche du générateur (fig. 1 a 3). 167 DISPOSITION PART!CULIERE n'uN GÉNÉRATEUR A DEUX DOUILLllURS ( fig. lo),. .. . . . .•. . , . ,. .• 168 GÉNÉRATEUR A CORPS CYL!NDRIQUE, A DOUILLEURS LATÉRAUX ET SUPERPOSÉS I A FLAl\IME DESCEN·

DANTE, - Systeme de M. Farcot ( fig. 5 iL 7). Détails de la construction •.•• , . . • . • • • . . • . . . Chaudiere princi pale. . • . . • . . • . . • . . • . . . . Bouilleurs . , •• , • • • . . . • . • • . . • • . . . • • . . . • GÉNÉRATEUR A CORPS CYLINDRIQUE ET A FLAMME nEsCENDANTE. - SJstéme de MM . Cail et e• (fig. set 9¡.... ... . .. . .. ... .. .... . .. . ... GÉNÉ HATEUR A UN SEUL CORPS, A FLAMl\IE l\IONTANTE AYECUN BOUILLEURRÉCllAUFFEUR (fig.10). GÉNÉRA TEOR DIT A SIPBON, par 1\1. Strecker ., , 0

17'1 172

172 172

173 175

176

CI-IAPITRE I V GÉNÉ R ATEURS

CHAUFl'ÉS

PAR LES CHALEU ll S PERDUES DES BAUTS - FOU R NEAUX ET DES FOURS (PLANCHE 3)

CHAUDIERES A VAPEUR HORIZONTALES UT ILISANT LES CHALEUllS PERDUES .. , , , .. ,, ..• . , • ...•. 179 Distinction des deux classes différentes ... 1so CHAUDIERE YERTI CALE APPLIQUÉll A UN FOUR A RÉVEHBÉRll A RÉC • AUFFEI\ ( fig. 5 a 9 ).. , .. . '181

Ensemble de la construction .. • , •. . .. . •• Appareils de service .. . . ....... . . .. .. . . Gonditions de marche de la chaudiere verticale ...•.•. . .•. •.•.. ••. •. .•. . . •. •• .• .. . . Résul·tats d'expériences .. . . .... . . . ... .... .. . ,

182 183 1s1, 185

556

l\iOTEUH.S A VAPEUR. CHAPITRE V GÉNÉRATEURS TUUULAIRES ET A FOYERS I NTERIEURS {I'LANCllES 4 ET 5)

Pages.

Pugcs .

Conditions de marche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . GÉNÉRATEOR TUBULAlllE A VENT FORCÉ' par i\lM . Molinos et Pronnier . .. ... ....... •... Príncipes fondamentaux dn systeme .• ....... Description du génératenr tubulaire á. vent forcé (fig. 1 á a, pl. 5) ............ . . . .... Disposition d'ensemble ....••.........•. Marche de l'appareil. •..•••.• . .. . .. .. .• Dimensions principales .•...... .•. .. .... Application du meme príncipe de foyer a une chaudi ére cylindrique ordinaire (fig. 6, pl. 5). Résultats des expériences faites sur le générateur 'de i\IM. Molinos et Pronnier., .. , •... , Générateur de l'Exposition .. , .... ... .. .. Générateur des ateliers d'Oullins .• . , .... Géuérateur c1e la manufacture des tabacs. GÉNÉílATEOII A FOYER INTÉíllEUII A CIRCULATION nATIONNELLE, par M. E. Bourdon .• , . . , .. .. GÉNÉRATllUR TUDULAIRE VERTICAL, par M. Beslay.

6RTG!NE DES GÉNÉílATEOIIS TUDULA!ílES, .. , .....• 187 GÉNÉIIATEURS TUBULAIRES A FOVERS INTÉíllEURS DES ~[ACEIINES DO CHEMIN DE FEíl ATMOSPIIJi:1\lQUE DE SA!NT-GERMAIN (fig. 1 /J. 6, j)l. 11 ).. 190 Disposition t.l'ensemble d'un appareil complct. 191 D~tails de la constrnction des génératenrs ... . 192 Corps du foyer. . . . . . . . • . . . . . • . . • . . . . . . 192 Corps tubnlaire .. . ...... . .... ... ...... 192 Réservoirs de vapeur .. . .•.•..•...•. . .• 194 Alimentalion et vidange .•..•. . .•....... 195 Appareils qe su reté. . . . . . . .. . . • .. . • • . . . 195 Conditions de marche des générateurs de Saint. Germain .... . . . ••.. .. .•......... ... •••.. 196 Sorfaces de chau!fe ........ . ........... 197 Sur faces de grilles. . • . . . . . . . . • • . . . . • . . . 198 Considératious sur le systeme tubulaire, .•.•• 198 GÉNÉRATEORS A FOYER INTÉIIIEUR. - . Syst/::me dit de Cornwall (fig. 7 a 9, pi. 1,) . •.••.... 200 Ensemble de la disposition. . . . . . . . . . . . . . . 20 J

203 205 205 208 208 211 212 213 211, 214 215 2·16 218 220

CHAPITRE VI GÉ NÉ RA T.EUIIS

A P)l.0 DUCTION IN 's TA NT ANÉE

GÉNÉnArnun A rnooocTION 1NsTANTANÉE, par M. Bontigny ( d'Évreux), ... , .. , . .• , . .. . . 224

État spbéro'idal'des liquides ..... : . . . , .• , 221, GÉNÉnATEun EN sERPENTIN, par M. lsoard , ... '2,28

CHA PlTRE VH l'OYERS FUMIVOI\ES (PLANCHE

Pn1NCIPES GÉNÉílATJX DES FOVERS Ftm1vonrrs., ., APPAílEILS FUMIVORES A DIS'fl\lBUTEUI\S MJi:CANIQOES , ., •.••••.• ,, .•. • . ,, ,. , • ••. ,,,., •.. Grille tournaute de Brnnton .•...... , ... Distributeur Collier. . . • . • • • . • . . • . • . • . . . Distributeur de M. Payen .•. ••..... , ... A ppareil fumivore á distributeur et grille tournante, par M. Moulfarine (fig. ") ..... . Disposition de la grille ........... .. .... Distributeur ........... . ...... ,...... , •• Résumé du foucti¡mnemeut .••.••.• .. .•. Foyer fumivore á grille mobile par translation, par M. Tailfer (systéme de Juckes ).. . Ensemble de la disposilion ......•. ..... Fonctionnemen t de l'appareil. , . . • . • . . . . Notes sur les résullats d'expériences, . ... Foyer fumivore á alimentation inférieure, par

231. 233 234 235 235 236 236 237 237 2~8 238 2:l!l 239

M. DumHry (fig.1 a.3) ......... . ... ..-... Disposition d'ensemble du foyer Duméry. Détai!s id .. .. ... , Foyer fumivore a alimentation inférieure, par M. George .•.••.•.•...••.. , , . . . . . . . . . . . . TnANSFOIIMATTON DES COMDUSTIULES ThN GAZ ET FOYERS COM BINÉS .. , , • , , , ~ • . , , . . , .•. , . , , , ·. Appareil fumivore, par M. Beaufum é... . .. , .. Foyer fumivore /J. combustion mixte , p,,r M. Corhin-Desboissieres ('fig. 6 á. 8 ). , ...... Modification de la disposition prér.édente. DI VERSES D!SPOSITIONS FOMIVORES. , .. , .. , • , . , . Foyer fumivore par introduction additionnelle d'air,'par M. Combes .. ,, ....... , ..... , . . Application de jets de npeur . . . .. ... . .. ,.,. Grille en gradins . .• . . , ••.... , . ... . , ....... CONCLUSION SOR,LES APP,IRE ILS FUMIVOIIES .... ,

24 21i1 21,2 244 24 6 246 21,7 24 9 250 250 251 252 253

007

TABLE DES l\IATIERES. CHAP ITRE VIII APPAREJLS

D'OBSERYATJO:."! ET DE SUJIETÉ (PLANCHES

7 ET 8) P3gt's.

Pagcs.

Groupe d'appareils de súreté, par 1\1. Desbordes (fig. 5 et 6} . . .. . . . ... .... ... .• 277 Flotteur extériem a action di recte (fig. 7 ¡. 278 Flotteur a sifflet, par M. E. Bourdon (fi g. 8 et !1} . •• . •.. .• .••.....•• .• ... •. •. .. . 279 Sifflet d'alarme simple a fl.otteur ..... .... 280 Grouµe d'appareils, par M. Bréval (fig. 1o) . 282 Garniture de tige de flotteur, par M. Ch. Faivre .... . . •... . .......... . ........ 283 Fl otteur iJ. indicateur maguétique, par 1\1. Lethuillier-Pinel ( fig. 1li et 15) . . . 283 lllodi{ication apportée d, l'appareit précédent ... . .... . ....... . . ... ..... ...... 286 Ni veau d'eau' métalliqne iJ. ilottem, par 1\1. Herdevin. . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286 Robinets ci' épreuve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288 SOUPAPES DE SURE[É ......... ,, ....... .. . .. 288 Diamétre des soupapes de su.reté. .. . . . . . . . . . . 289 Exemple de l'emploi de la formule . ..•. • . 289 TABLE des diametres des soupapes de súreté. 292 Conditions d'équilibre d'une soupape de su.reté. 294 Construction id .. . . •••.. 293 Soupape des appareils de Saint-G ermai n. 29G Remarques sut• les fonctions des soupapes de sureté . . .. ....•......•.. , • . . , . • . . . . . . • . . . 296 ColiCLOSION SUR LES APPAREILS o'OBSERYATION ET DE SURETIÍ .. . . ,, • . . ,, ............. , . . . 29 7

MANOllETRES .. ...... .. ... . ... .. . .. . ..... . .. 255 Manométres /J. mercare . ............... .. .. 256 Manométre :l flotteu.r /J. basse pression . . . . 256 Manométre /J. flotteur /J. haute pression ... 258 Manométres /J. air libre a tubes de cristal. 2GO Manométre :l air libre de 111. Galy-Cazalat ...... . .. .. ... ..... ... . ..... .. . 262 Manométre :l air libre de M. Richard .... 262 Manométre /J. air coro primé .•....... .... 263 Manometres métalliques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261, l\Ianometres métalliques /J. tube par M. E. flourdon (fig. 1 a 3, pl. 7) .. . . ..... .. . . ... .... 265 l\Ianométre étalon ( fig. 4 et 5, pl. 7) .••. 267 Indicateur de vide (fig. 12 et 13, pl. 7} .. . 2G8 llfanometres .a lame métallique , par M. Desbordes (fig. 6 a 9, pl. 7 ) .... .... .. ... . .... 269 l\Ianometre a diaphragme (fig. 10 et 11, pl. 7) .. . . ... . • . .. ... ... .• ..... ..• •.. 270 Pyrométre {fig. 11., pl. 7) .. ... . ....... .. 271 NIVEAOX D F.AO ET FLOTTEORS A SIFFLET.. . ... . 272 Niveau d'eau /J. tu.be de cristal (fig. 1 et 2, pl. 8). 273 rlottenrs il.siffiet (fig. 3 /J.10, 12 et13,pl. 8). 275 DisposiLion d'un fl.otteur a sifflet (fig. 3 et 4 ) . . . .• . • • . .•.• •. ••• ... ••• • • •.•.. 275 Détails de conslruclion dti si{flet ...•. ... . 276 Suspension d1i {lotteiir . ...... . .... . .. .. 276 Conditions d'équilibre du {lolleur ........ 277 1

CHAPITRE I X I i\'CRUSTAT I ONS

DES

GÉ .É RATEURS

NATURE DES UÉPOTS INCRUSTANTS •.. .. , , .. .. . . 298 PnOCÉD.É5 POllR ÉVITER LES INCONVÉNIENTS DUS AUX DÉPO'fS CALCAIRES . .. . . ....... . , . .. . .. 301 Extractions.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301

VAPEUR. -

MOYENS

DE LES

ÉV IT ER

Substances empécbant l'adhérence des dépOts. Procédés chimiques . . • • . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . Epuration préalahle de l'eau d'alimenlation .. CONCLUS!OliS SUR LES GÉliÉRATEURS F!X ll5 • •••••

302 3O4 305 307

QUATRIEME SECTION 1

APPLICATION DE LA PUISSANCE DE LA VAPEUR D EAU AUX ~JA CilINES FIXES

CHAPlTRE PRE!\JLER PR l iSC IPE S CÉNIÍ R AUX

DISPOSITION DES MOTEUIIS (PLANCHE

NSEMBI.E DU F(INCTIONNEMEliT ET DE J.A CO ·STRUCTION o'u; MOTEUR A YAPEUR , ......... Disposition générale . • . • . . .. . . . • . . . . . . . . . . Détails de construction . •... .. ..• .... .... ..• Commande du tiroir . .. .. . .... ..... . .. . Cylindre a vapeur.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

312 313 318 318 321

A VAPEUJl

Pis ton .... ... .. . ........ . .... .. . . .... . Traverse et glissiere ....•..... .. ....... Bielle, manivelle et arbre motenr .. . . . .. Bati ou plaque d~ fondation.. • . . . . . . . . . Régulateu.r de vilesse. . . . . . . . . . . . . . . . . . A ppareils de service . . . . . . . . . . . . . . .

322 322 323 324 324 325

008

MOTEURS A V APEUR. Pagos.

Pages .

Résumé de la description d'ensemble .... 325 EXPOSÉ DU CALCUL GÉNÉRAL DES EFFETS MÉCANJQUES PRODUJTS PAR UN MOTEUR A VAPEUR .. 326 Travail développé a pleine vapeur ..• ....... 326 Calcul de la puissance en fonction de la vitesse du piston ... . ............ ..... 329 Travail développé avec détente . . •• . .•...... 330 RécapitÚlation des regles précédentes . . .•..•. 333 Remarque sur la dépense de combustible par les deux modes d'emploi de la vapeur avec et sans dé tente . . .•.•.. ..••• 334 Réaumé des propriétés mécaniques •.•... .• .• 335 TRACÉ GÉOMÉTRJQUE ET CONDJTIONS STATIQUES DES ORGANES DE LA TRANSMJSSJON .... . ...... 336 Mécanisme des machines a mouvement direct (fig. 5, pl. 9) .. ....................... .. 336

Tracé géométrique de la machina type. Positions et vitesses relativas du piston, de la bielle et de la manivelle .. . : .... Égalité du travail développé et. du travail transmis .. .. ... ......•..........•. . . Décomposition des• elforts par l'obliquité de la bielle .....•.....•••.•...•... . •.. Mécanisme des .machines a balancier . . . . . . . . lll écanisme des machines conjuguées ... .... .. Pl'emiel' cas. - Cylindres paralleles . .... Deux ieme cas. - Cylindres ·inclinés .. ..• Troisieme cas. - Cylindres bout d, bottt . •

l\lécanisme des machines oscillantes ..•.....• Premiar systeme .••......... . .•........ Deuxieme systeme .. ... •......... .. . . . . RÉSUME DES PRINCIPES GÉNÉRAUX ... ... . ......

338 340 341 346 34 9 352 352 355 357 3~7 357 358 360

CHAPITR E 11 MéCAN ! SMES DE DISTHIBUTION (P LANCll ES 1 0, 11 ET 12 )

D1STRIBUTIONS SANS DÉTENTE . . .. •••••••• .•.. . 362 Tiroir simple commandé par un excentrique circulaire (fig. 1, 2 et 3, pl. 10) ..•.•..... 362 Conditions de mar, he et dimensions du tiroir ..... . .. . ..•...• . .. .•• •••••• , . .• 362 Avance absolue a 1·introduction ... ..•... 365 Expression générale de la course du tiroir. 367 Tracégéométrique de la marche dn tiroir. 368 Simplification du tracé géométrique précédent (fig. 3 ) ..• . •• •• • . , ••..••.••..• 370 Suppression de l'ellipse . ..•..••.•...•.•. 372 Príncipe du changement de marche . . ... 372 Tiroir simple commandé par une camme dite curviligne équilatérale (fig. 1, et 5, pi. 1 o). 371, Tracé géométrique de la distribution par la camme fig. 5 ..• •...••..•••..••..• 375 Comparaison entre les elfets de l'excentrique circulaire et de la camme curviligne .• ..• . 377 Distributeurs divers fonctionnant comme le tiroir simple .• ..•... ••.. . ••..•..•...•.•••. 378 Tiroir de ·watt •.•. .. .•.•••..••••• . ;. • •. 378 Robinet distributeur de Maudslay . . .•.... 380 Disques circulaires distributeurs..•...... 381 DISTRIDUTJONS AVEC DÉTENTE .. . .•. , ... ... ... 382 Détente :fixe dile opérée par recouvrement (fig. 6 a 8, pI. 101 ..... ...... .. ... .. .. ... 382 Tracé géométrique de la détente par recouvrement .. ....•... . •...•... . ••... 381, TABLE des dimensions relatives d'un tiroir, de sa course et l'angle de calage, pour opérer, a divers degrés, unedétente parrecouvrement. 888 Application des données précédentes (fig. 6, 7 et 8) . ........ ... .......... ... ... .. 388 Détente fixe par une glissiere (fig. 1 et 2, pi. 1.'L ) . 390 Conditions de marche de la glissiere de

détente (fig. 1, pi. 11 ) . . .... . ..... . .. 392 Tracé géométriqne de la détente fixe (fig. 2, pl.11) ..........•.............•• .. .• 394 Dé tente fixe par une glissiere mobile percée de lumieres (fig. 3 et 4, pi. 11 ) .............. 397 Tracé géométrique de la distribution a détente par une glissiere a lumieres ••. 397 Détente par un excentriq ue a bosses. . . . . . . . . 399 Détente variable, dite détente d'Edwards ..... 401 Détente variable, dile détente de Farcot (fig. 5 a 9, pi. 11) ........ . . .. .. .. . .... ........ 404 Ensemble du mécanisme. : ....•• . •.• .. . 1,05 Détails de la construction. . . . . • . . . . . . . . 4os Étude géométrique (fig. 7 et 8, pl. 11) .• 409 Tracé de la camme de détente.. . . . . • . . . • 1, 12 Détente variable par la largeur des orifices, par M. George (fig. 1 et 2, pl. 12 ) ........ 4'14 Détente variable , dite détente Meyer ( fig. 3, pl. 12) .. , . . .. . . ....... . . ....... .. ...... 417 Détente variable, dite détente Trézel (fig. 4 a 1, pl. 12) ... . ...................... . . . 419 Description de la distribution a détente Trézel. •••.. . .• . .. .•. .... ... •. .•• •. • 4'l9 Détente vari-able par un manchon a bosses, exécutée par MM . .Stehelin et C• (fig. 8 et 8 bis, pi. 12) .. ....... ..... .. .. .. .. . . . . . 421 EMPLOI DES SOUPAPES ÉQUILIBRIÍES COMME onGAt'(ES D!STRIBUTEURS . .. .. . .. , ... .•.. • .... 1124 Construction d'une soupape dite équilibrée (fig. 11, pi. 12) ... ..... . ..... . ....... . . .. 425 Ensemble d'une distribution a soupapes, par 1\1. J.-F. Hévollier (fig. 9 et 1.0,·pl. 1.2) ..•. 427 Jeu des soupapes ...•....• ... ... ... . . .. 428 Mécanisme de la com111ande des soupapes. 429 Mayen d'opérer la détente ..•.••.•..•..• 1, . D

TABJ,E DES MATIERES. CHAPI TRE III APPAREILS D'ALUIENTATION DES GÉNÉRATEUR3 A VAPEUR (PLANCHE

18 )

Pa.ges.

POMPES ALl!IENTAIRES, .. , . .. .. .. .. .•.•... , • , 1132 Pompe foulante simple ( fig. 1 a 3) . . . . . . . • . 432 Disposition générale ... . ............... 432 Détails de construction ....•... . .••.•... 433 Commande des pompes alimentaires .. .. 1134 Conduite des pompes alimentaires ... .... 1135 Pompes alimentaires de diverses dispositions (fig. 4 a 7).......... .... ............... . 436 Pompe dite d'Edwards (fig. 4) .......... 436 Pompe avec boites. rapportées,et clapets a charnieres,parM. E. Bourdon (fig. 5 a7). 437 ALIMENTATEURS AUTOMOTEURS, •. • , . , •.. , . ... , 1139 Alimentateur a colonne appliqué aux générateurs a basse pression (fig. 8) ......•.... . 41.0

Pag-es

Pompe alimentaire élévatoire (fig . 9) . ... 44'1 Alimentateurs a baute pression ....•.. ..•... 41.2 Retour d'eau ou bouteille d'alimentation .. 11112 Régulateur d'alimentation fonctionnant avec une pompe . •..• . .•. . ..• . .... . .. H3 Alimentateur a cataracte (fig. 10) •...•. 444 Inj ecteur alimentaire automoteur, par M. Giffard (fig. 1'1 )............................ H7 Construction et fonctionnement de l'injecteur (fig. 11 ) .. : ... ..... ............ 1148 AperQu sur b. théorie de l'inj ecteur Giffard .. . ............ .. . .............. 450 Régulateur automoteur d'alimentation, par ·.M. Gargan ... . .... ... .. .. .. . ....... ..... 115/i

•

CHAPITRE IV APPAREILS DE CONDENSA TION ( PLANCHE

ÜRIGINE ET PRINCIPE DE LA CONDENSATION.,.,. APPAREILS DE CONDENSAT!ON DE CONSTRUCTIONS DI VERSES ,,.••,., .•.• •. ,• ,,,, . , .. , . .. , , . • Condenseur avec pompe a air concentrique du systeme dit de Maudslay (fig. 1) ....•..•.. Remarque sur la mise ¡en train d'm1 condenseur .• . . ••.•..••.•. • . . . .. .. ...... Appareil de condensation avec corps séparés (fig. 3 á 5) ............................. Conµenseur horizontal avec pompe a air á double efl'et , construit par M. Lecou teux

458 i1GO 460 462 1163

14)

(fig. 6 a 10) ............................ Construction des clapets en caoutchouc (fig. 6, 9 et 10) .. .. ......... ... ...... Robinets á soupapes pour échappement variable (fig. 8) ..... '. ............... Condenseur agissant par surfaces réfrigérantes (fig.11 )... .. ........ .. .. . ..... ..... .... PROPRIÉTÉS GÉNÉRALES DES APPAREILS DE CONDENSATION .. , .... , .. .. .. ... , , . . , , . , . , , . , . Volume d'un appareil de condensatiou •.• Valeur des quantités d'eau ainjecter ... .

465 467 468 1169 471 471. 473

CHAPlTRE V MACHINES

A VAPEUR

VERTICALES A MOUVEMENT DIRECT

(PLANCHES

}!ACHINE A DllUX COLONNES ET A DIRECTRICES, ·par M. Martin (fig. 1 et 2, pl. 15 )......... Ensemble de la construction . • . . . . . . . . . . . . . . Constrnction du cylindre ... . ........... Dimensions et couditions de marche.,,,. .... JlifACBINÉ A MOUVEMENT DE PARALLÉLOGRAMME, par M. Lecouteux (fig. 1, pi. 16 ) ...... . ... .MACHINE A DIRECTRICES AVEC BATI !SOLÉ, par M. Bertrand (fig. 2, pl. 16) ............. . . MACBJNE A DlRECTRICllS AVEC DATI TRIANGULAIRE, par M. Lequesne (fig. 3. pi. 16 ) ..... MACB!Nll AVEC BIELLE DISPOSÉG EN CADRE TRA-

477 1177 479 479 481 484 486

l ó , 16 ET 17)

PÉZO!DAL (fig. 3, pi. 15) .. ,., .. ,., .. ,,., .. 478 JlifACBINE A TABOORET AVEC BAT! A QUATRE COLONNES, par M. Farcot (fig. 1 a 5, pl.17 ) ... 489 Euse~le de la construction .... ... . . .. . .... 1189 Disposition générale •.•... ...•...•. .. . . 490 Détails de la construction .. .... ..... .. .. .... 49 L Cylindre et enveloppes .. .. . .........•. . 49 1 Distribution ....... . . . ...... . ... . ...... 49 1 Mécanisme du régulateur....... . .. . .. 492 Pompe alimentaire .. .. .. . .. ...... . ... . 493 l\·lachine verticale a colon • e évidée ...... . .. 1191, Machines verticales a cyliudres renversés . .•. 497

UTEURS A VAPEUH.

060

CHAPITRE VI ~l ACHINES

A YAPEUR ( PLANCHES

UORIZONTA.LES A

25)

Pagcs.

PagC's.

•

et 23). . . . . . . . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 522 Ensemble de la constmction des machines d11 sysleme Farcot ...... , .. •.. .... . .• . . .... . 523 Détails de construction. . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . 525 Cylindre et distribution . .. . • . . . . . . . . . . . 525 l\récanisme du I'égul:J.Leur. . . . . . . . . . . . . . 526 Appareil de condensation . .• •.•...•..... 529 Palier principal. . . .... . ....•• . .•....• . 531 Dimensions et conditions de mari.J;ie des deux machines rep1·ésentées pl. 22 et 23 .. . ..... 532 Prem~:1· m9del? . . . .. .... : . ........_. . . . 532 . Deuxieme modele .. . .... ... ... . ...... . . 533 MACillNE llOlllZONTALE A DETENTE VARIABLE E1' A CONDENSAT!ON, par M. Bréval (pl. 21, l. . . 534 Ensemble de la construclion .. . ........... •. 531, Détails de construclion . . . . . • • . . . . . . . . . . . . . . 537 Distribution .... . . . ..... ... ....• ... . . . . 537 'Régulateur ....... •. ... . .... . . . ..• . .. . • 538 Étude du mode particulier de detente . . .. 538 Dimensions et coudilions de m~rche .•..... ,. 51,3 MAClilNE f!OIUZONTACE A DÉTENT!l VARIABLE ET A CONDENSATION, par l\lM. Legavrian (pi. 25 ). 51,3 Ensemble de la construction ........... . ..• , 54ft Details de construction . . ............ . .' . .• . . 5"6 Cyliudre et admissiou de vapeur ........ 546 Distribution .. . ... .. .. .. ...... . .. . ..... 5"7 Mécanisme de l'exccntriqnc .... . . . ...... 51,s Pompe :l. air . . . . ........ . . ... ... . .. , .. 5't9 Pleces principales de la transm.ission, ... 51,9 Dimensions et conditions de marche . .. . ..... 51,n CONCLUS!ONS SUR LES lt!ACUINES HOlllZON'fALFS A . , UN SEUL CYLINDRE. , ,, ,,, .•.• , .. .. . . , .. , , . ··551

MAClllNE aon1zoNTALE, de Ph. Taylor ... . •... 500 MACAINE llORIZONTALil A DÉTENTll VARIABLE ET SANS CONDENSATION, par MM. Cail et e• (pl.18. et 19) ....• • . ... ...... . . .•.. . ....... . ... 502 Ensemble de la construction _. . . . . . . . . . . . . . • 502 Détails de -construction ........... . ....... . . 504 Cylindre iL vapem.,. . ... . .•..• . . .. . .... 504 Boite a distribution .• •...• . ........... . 505 Distribution et détente •...• • ... . .. . , ... 505 Mécanisme de variation de la détente . . .. 506 Glissieres du pis ton. . • . . . . • . . . • . . . . . . . . 507 Pompe alimentaire ... '.... . . . ....... .. . 508 Volant . • ... .. . . •. •.•........ . ........ 508 Dimensions et conditions de marche . .' ...... 508 MACÉIINE A DISTRIBUTION DJTE RATIONNELLE, pa-r 1\1. E. Maldant .. . ... ..• . ••. . • .. • . . • , . ... 509 MACllINE llOHIZONTALE A DÉrnNTE VARIADLF. ET A CONDENSATION, nar M. E. Bourdon (p i. 20 et 21 ).·. .. .. .. . •• . ..• . ..• . ..•.....•.... , 5l1. Ensemble de la conslrnction . . .•.. . .... _. .... 512 Détails de construction. . . . . . . . . . • . . . . . . . . . . 514 Cylindre a vapeur . .. . . . . .. . ..... . ..... 514 Pis ton moteur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 515 Distribution . . .••. . ... . ......... . , ... -~ 5'16 Appareil de condensation .......... . .... 517 Pompe alimentaire . . . ... . . ...... . .. . .. 5'l8 Volant . . . . ........•. . ............... . 519 Dimensions et conclitions de marche .•• ... .•. 519 MODÉ SPÉCIAL D'APPLICATION ' DO CONDENSEUR A UNE MACBINE IIORIZONTALE .. • •. , .... . •..... 520 MACUINES FIOTI IZONTALES A DÉTENTE V,lnlADLE ET A CONDENSATION, par MM. Farcot ( pi. 22

ERRATA Page !62, ligoe l t, en descendaut, au lieti ele : la détente qni rétablit les calcnls snivants ainsi : Travail tbéoriqne correspondant. . .... . .. Travail otile par seconde .. , • . ...... , . . . . Snrface de chattffe par cheval. . .. . .. . .....

a 3 fois

le volnme, lisez : la détente

12sm.c . 5 X 26964 X 4ª\ru . 4 15245446 kilogrammetres. 15 245446 · X ' 75 X 0,6 33 ,57 chevanx. 3600

a:,:

0,73 melre carré.

Page 294, Jigne 10, en descendant, au lim de : 50°,q, 24, lisez : 50o,q . 26 . Page 336, Jigne -14, en m~ntant et en tilt'e, au lieii de: a action directe, lisez: Page 493. "Voyez la rectification concernant 1e régulatenr de 1\1. Farcot.

PAl\lS, -

•

a 5 fois le volume;

IMPl\11\IERU: DE

J . CLAYE,

tt.Ug

a mouvement dircct.

SAlNT -BENOif 1 7.

•