DESCRIPTION SOMMAIRE DES MACHINES MARINES

§ 1. — Indications générales.

17. — Du fonctionnement des machines marines. — Les machines marines, de même que les chaudières, sont soumises à des conditions de légèreté inconnues des machines terrestres.

Les conditions d'économie de vapeur sont aussi, pour elles, beaucoup plus importantes que pour les machines fixes, parce que, du poids de vapeur dépensé par la machine, dépend le poids des chaudières et celui du charbon consommé.

Pour atteindre la légèreté voulue, on emploie des matériaux de choix et, surtout, on fait tourner les appareils au plus grand nombre de tours possible, la vitesse de rotation étant, dans les facteurs du travail, celui qui ne pèse rien.

La vitesse du piston pour les machines, et Tintensité du tirage pour les chaudières, sont les grands moyens d'allégement des appareils marins.

Pour obtenir l'économie de vapeur, on adopte les hautes pressions, les longues détentes, et surtout le système des détentes successives. Toutes les machines marines font circuler la vapeur en série, dans deux, trois, ou même quatre cylindres successifs.

L'emploi des détentes successives, avec un grand volume de cylindre final, conduit bien à une certaine augmentation du poids des machines, de même que celui des hautes pressions, à une augmentation du poids des chaudières; mais, enfin de compte, il y a économie sur l'ensemble des trois poids, des machines, des chaudières et du charbon.

Les machines marines sont toujours à condensation, l'eau ne man-

quant jamais pour le fonctionnement des condenseurs. C'est là, au point de vue de l'économie, une condition favorable qu'il n^est pas toujours possible de réaliser à terre dans les machines fixes, et que les locomotives et les locomobiles ne connaissent pas.

Au point de vue de la rapidité et de la sûreté des manœuvres, changements d'allure, stoppages, renversements de marche, les machines marines doivent satisfaire à des exigences particulières, qui sont surtout rigoureuses sur les navires de combat. L'appareil de mise en train a une très grande importance ; il est généralement mû par une petite machine à vapeur spéciale. L'emploi de plusieurs cylindres est indispensable pour assurer le départ dans un sens ou l'autre à volonté, dans toutes les positions de Tarbre, et il est nécessaire, d'ailleurs, à la régularité de la rotation ; même au temps des machines à simple détente, il y avait toujours deux cylindres au moins, recevant la vapeur en dérivation et présentant leurs manivelles à angle droit; à peine trouverait-on sur quelques cargos des exemples de machines à un cylindre. Il n'y a jamais de volant.

Les machines marines, ainsi disposées à plusieurs cylindres et sans volant, obéissent immédiatement à la commande des tiroirs ; elles ne connaissent pas la marche à contre-vapeur des locomotives, parce que les hélices elles-mêmes obéissent immédiatement à la machine et travaillent à contre du mouvement relatif de l'eau.

La disposition générale des machines marines est surtout; déterminée par la question d'encombrement.

Nous parlerons seulement des machines à hélices. Les machines à roues ont été décrites suffisamment dans les anciens ouvrages, auxquels il n'y a pas de chapitre nouveau à ajouter à leur sujet, parce qu'elles se font de plus en plus rares. Les machines à roues sont toujours très encombrantes à cause de la lenteur d'allure imposée par le propulseur. Les hélices, au contraire, laissent une très grande marge pour la détermination du nombre de tours, et peuvent en général suivre la vitesse rotative des machines, quelle qu'elle soit, sans grand inconvénient au point de vue de leur rendement. On accepte d'ailleurs une légère diminution du rendement des hélices, lorsque l'emplacement disponible impose une limite aux dimensions de la machine et oblige, par suite, à dépasser le nombre de tours qui serait le plus avantageux pour le propulseur.

Sur les navires munis de machines à faible puissance, la nécessité de donner aux hélices un grand diamètre oblige parfois aujourd'hui à réduire le nombre de tours au-dessous de ce que permettrait le bon fonctionnement des machines. Au début, c'était les machines, au contraire, qu'il était impossible de faire tourner aussi vite que les propul-

seurs l'exigeaient; on était alors obligé d'interposer un engrenage multiplicateur.

$i. — Classification des machines.

18. — Machines verticales. — Modèle à pilon. — Les machines sont horizontales ou verticales.

Gamot

Machine B* — Coupe par F axe du petit cylindre Echelle de 2 cm. par mètre

Fig. 17

Les machines verticales ont les cylindres au-dessus de l'arbre, et se présentent ainsi tout en hauteur, direction dans laquelle l'espace ne

manque jamais, du moins sur les paquebots et les cargos. C*est là ce qui les fait universellement adopter dans la marine du commerce.

Les machines verticales, ou, comme on les nomme souvent, les machines à piloïiy présentent de plus, au point de vue du fonctionnement, et surtout de la surveillance, quelques avantages, qui les font préférer maintenant pour les navires de guerre, toutes les fois que leur installation est possible.

Les machines verticales sont toutes du même système, à bielles directes, avec de simples différences de modèle, qui portent surtout sur la nature des bâtis reliant les cylindres à la plaque de fondation.

Hirondelle

Machine à pilon transformée en tandem

Echelle de 2 cm. ptr mètre

Fig. 18

Très souvent, dans la marine de commerce surtout, les machines sont montées en tandeniy c'est-à-dire avec deux cylindres l'un au-dessus de

Taulre, et une seule tige pour les deux pistons. On diminue ainsi l'encombrement dans le sens horizontal, et aussi le nombre des organes à surveiller, à graisser et à entretenir. On peut, en effet, sur un arbre à deux coudes, monter en tandem une machine à triple ou à quadruple détente.

Sur les bâtiments de guerre, on est limité, dans le sens de la hauteur, par la nécessité de tenir le moteur à ^rabri des projectiles. Autrefois il était de règle absolue de rester toujours au-dessous de la flottaison On se contente aujourd'hui de loger la machine toute entière au-des sous d'un pont protecteur, même quand celui-ci n'assure pas une pro tection complète. La diminution dans les dimensions des cylindres, qui résulte de l'adoption des hautes pressions, des allures rapides, et surtout de l'emploi des propulseurs et des machines multiples, permet de loger presque toujours des machines verticales dans la hauteur dont on dispose au-dessus de l'arbre.

La préférence en faveur des machines verticales a été assez prononcée pour faire réduire quelquefois la course des pistons d'une manière exagérée.

19. — Machines horizontales. Modèles à bielle directe, à bielle renversée, à fourreau. — Les machines des navires de guerre étaient autrefois horizontales; elles présentaient alors, dans leurs organes mobiles, l'une des trois dispositions suivantes :

Milan

Machine à bielles directes

Coupe longitudinale suivant Taxe d* un cylindre B. P.

Echelle de 3 cm. par mètre

1*" Màchinbs ▲ BIELLES DIRECTES, (fig. 19)» présentant la disposition habituelle des machines à vapeur.

Cette disposition très simple n'était presque jamais applicable sur un arbre d'hélice unique, placé dans Taxe du navire ; la demi-largeur des navires était, en effet, insuffisante pour la longueur réunie d'une manivelle, d'une bielle, d'un cylindre.

On trouve au contraire cette disposition sur les navires à deux hélices, tels que le Milan, le Davout, le Suchet, etc.

2^ Machines a bibllbh bekvebséss, (fig. 20), ayant les glissières et le pied de bielle du côté de l'arbre opposé au cylindre; le piston porte deux ou quatre tiges entre lesquelles passe l'arbre, le vilebrequin et la bielle. On a ainsi, comme encombrement, d'un côté de l'arbre, la longueur réunie de la manivelle et du cylindre ou même de deux cyUndres en tandem, de l'autre côté, la longueur réunie de la manivelle et de la bielle. Ce système de machines, bien balancé à tous égards, a été le plus usité en France ; Dupuy de Lôme en faisait un emploi exclusif sur ses bâtiments.

3"* Machines a foubreaux, (fig. 21). La tige du piston est supprimée, et la bielle attelée directement sur le piston. Le fourreau, qui renferme la bielle, se reproduit des deux côtés du piston pour régulariser l'effort de la vapeur sur les deux faces, et pour servir de glissière.

La machine à fourreau, malgré l'augmentation de volume des cylindres, était, de toutes, la plus légère et la moins encombrante ; mais sa conduite donnait lieu à beaucoup plus d'incidents que celle de la machine à bielles renversées. La machine à fourreau, inventée par Penn, a été surtout employée en Angleterre.

20. — Conventions sur le sens des mots haut et bas cylindre. — Il est à noter que, pour des raisons purement historiques, on nomme toujours haut d^un cylindre^ quand on dit haut vapeur par exemple, ou haut condenseur j à l'occasion de la régulation des tiroirs, le côté du cylindre qui se trouve du côté de l'arbre à manivelles, ou du côté où sort la tige de piston, sur une machine à bielle directe; cette définition provient de ce qu'autrefois, dans les machines à roues, Tarbre de couche était au-dessus du cylindre, et qu'effectivement la tige du piston sortait par le haut.

Actuellement, dans les machines verticales, le bas vapeur et le bas condenseur correspondent donc à l'espace situé au-dessus du piston, et le haut vapeur et le Mut condenseur se rapportent à l'espace situé audessous.

Si Ton veut bien admettre que haut et bas cylindre n'ont pas de sens autre que d'exprimer, le premier, le côté qui correspond à la double demi-course taisant décrire à la manivelle un arc de plus de 180^, et le second, celui qui correspond à Tare inférieur à 180**, alors la définition devient acceptable, et elle s'applique avec une égale exactitude aux machines verticales ou horizontales, à bielles directes ou à bielles renversées.

Dans ces conditions, on pourrait cependant, sur les épures de régulation, substituer avantageusement aux Lettres H et B, abréviations de haut et bas y les lettres G et P, signifiant grand arc ei petit arc.

$ S. — Principaux organes des machines.

21. — Organes fixes. — Parcours de la vapeur. - Considérons maintenant les principaux organes de la machine, en suivant d'abord le parcours de la vapeur à partir du registre.

Le registre est à la lois, un appareil de manœuvre à la disposition du mécanicien, et un détenteur grossier permettant de maintenir la pression aux chaudières, quand la production de vapeur est inférieure à ce que la machine peut consommer.

Au sortir du registre, la vapeur se rend à l'appareil de distribution du cylindre à haute pression.

Les appareils de détente variable, qui ont été longtemps d'un usage général, sont à peu près abandonnés, même sur les navires de guerre, depuis l'adoption des détentes successives ; le trajet est donc direct du registre à la boite à tiroir.

Dans les machines marines, la distribution par des aprareils à soupapes, si usitée à terre, n'est pas en usage Q). Le tiroir est conduit d'un mouvement continu, par un appareil à excentriques.

Les tiroirs sont de deux modèles, plans ou cylindriques, c'est-à-dire à coquille ou à pistons. Les deux modèles fonctionnent exactement d'après les mêmes principes et donnent une régulation, ou distribution de vapeur, qui dépend de trois éléments, la course du tiroir^ Yangle de calage c'est-à-dire l'angle dont tourne l'arbre de couche entre le passage du piston et celui du tiroir à bout de course, enfin les recouvrements^ déplacements nécessaires au tiroir, par rapport à sa position à mi-course, pour ouvrir, soit à l'admission, soit à l'évacuation.

1. Je laisse ici de eôté la tenkatiTS faite sur la NfOads et VIphigéniê.

L'étude de ces éléments est Tobjet des épures de régulation ; nous nous bornerons à indiquer, ici, que les recouvrements sont positifs, parce que Tintroduction et l'évacuation ont lieu pendant une période inférieure à la demi-révolution complète de la machine, que les recouvrements à l'admission sont les plus grands, parce que la période d'admission est moindre que la période d'évacuation.

L'appareil de mise en train a pour but principal de faire passer la manivelle, réelle ou fictive, conduisant le tiroir, d'un côté à l'autre de la manivelle de l'arbre, en disposant ainsi la régulation, soit pour la marche en avant, soit pour la marche en arrière. Le plus souvent il permet de faire varier à volonté la position de cette manivelle, de manière à obtenir des régulations intermédiaires et une certaine variation de la détente ; dans ce cas, en mettant la mise en train au point milieu, où l'angle de calage est nul, on tient la machine stoppée.

Dans l'intérieur du cylindre, la vapeur passe par les quatre périodes principales, d'admission, de détente, d'évacuation, de compression, qui déterminent la forme des diagrammes.

Les cycles de la thermodynamique sont les diagrammes de machines fictives qui seraient fort différentes des machines à vapeur ; les deux courbes adiabatiques du cycle de Carnot, par exemple, ont de l'analogie, l'une avec la courbe de détente, l'autre avec la courbe de compression, en tenant compte toutefois de ce que la détente et la compression s'opèrent sur des poids de vapeur très différents ; les deux courbes isothermiques ne correspondent nullement à l'admission et à l'évacuation.

La vapeur passe dans les cylindres successifs, en subissant chaque fois une détente déterminée par la grandeur croissante du volume de ces cylindres.

Le plus souvent aujourd'hui, il y a trois cylindres, que l'on désigne par les lettres HP, MP, BP, ou haute pression, moyenne pression, basse pression; on fera mieux de numéroter les cylindres par les chiffres 1, 2, 3, 4, quand il y en aura habituellement plus de trois.

Le volume de la conduite de vapeur d'un cylindre à l'autre, ou plutôt d'une boite à tiroir à l'autre, se nomme le réservoir du cylindre auquel la vapeur se rend par cette conduite. Le volume des réservoirs a une influence sur le travail de la vapeur et sur la forme des diagrammes.

Au sortir du dernier cylindre, la vapeur, ramenée par la délente à une pression très inférieure à la pression atmosphérique, se rend au condenseur. Le condenseur est actuellement un organe indispensable des machines marines, parce que les chaudières ne peuvent être alimentées qu'à l'eau douce ; il est, de plus, un élément important de la puissance, parce qu'il permet de pousser beaucoup plus loin la détente

de la vapeur en rabandonnant à une température beaucoup plus basse. En élevant de 1 kilogramme la pression aux chaudières, on n'obtiendrait nullement Téquivalent de ce que donne un abaissement de pression de 1 kilogramme à l'évacuation.

Les condenseurs sont à surface, puisqu'il importe de recueillir Teau condensée ; ils se composent d'un faisceau de tubes placés, entre deux plaques de tète, dans un réservoir cylindrique où arrive la vapeur. L'eau circule généralement à l'intérieur des tubes, où elle est distribuée parles coquilles qui terminent le condenseur à ses deux extrémités; cela rappelle assez la disposition d'une chaudière tubulaire, où l'eau réfrigérante prendrait la place des gaz de la combustion.

Le service du condenseur et de l'eau distillée, qui y est puisée pour être renvoyée aux chaudières, nécessite toute une série d'appareils auxiliaires, dont la construction et la conduite demandent les plus grands soins.

Il y a d'abord une pompe de circulation^ qui imprime à l'eau de mer réfrigérante un mouvement rapide à travers le condenseur ; son tuyautage porte deux prises d'eau à la mer, une entrée et une sortie, plus une prise d'eau à la cale. La pompe de circulation est souvent mue par une machine indépendante ; elle devient une machine d'épuisement quand on établit la circulation de la cale à la mer, en fermant la prise d'eau d'entrée à la mer ; c'est presque toujoiu's une pompe centrifuge.

La pompe à air est une grosse pompe aspirante, qui aspire l'eau condensée et fait le vide dans le condenseur ; elle renvoie l'eau dans une bdohe ou réservoir d'alimentation.

lA pompe alimentaire est, au contraire, une pompe aspirante et foulante, mais travaillant surtout au refoulement, qui prend l'eau à la bâche et l'envoie aux chaudières.

La pompe à air et la pompe alimentaire, ainsi qu'une petite pompe de cale, étaient autrefois attelées sur la machine principale. Cette disposition existe encore sur la plupart des paquebots. Sur les bâtiments de guerre, ces trois pompes sont généralement conduites par une machine spéciale que l'on nomme la machine de servitude. 11 y a intérêt à faire conduire les pompes de circulation rotatives par les machines de servitude, auxquelles elles servent de volant.

L'adoption de la machine de servitude a des avantages au point de vue de la facilité de manœuvre des grandes machines, de la condensation de la vapeur pendant les stoppages, et aussi de la simplicité des machines principales ; mais, d'un autre côté, elle constitue une complication assez nuisible.

L'ensemble des tuyautages principaux, pour les trajets de vapeur et

d'eau que nous avons considérés, est assez simple. La complication se trouve dans le tuyautage secondaire comprenant, d'abord le réseau spécial de distribution delà vapeur aux appareils auxiliaires et celui de son évacuation, qui se fait, tantôt dans un des réservoirs intermédiaires des cylindres, tantôt au condenseur, puis renvoi de vapeur direct aux cylindres à basse pression pour faciliter la mise en train, l'envoi de vapeur aux enveloppes extérieures des cylindres ou chemises de réchauffage, enfin tous les réseaux de purges de tuyautage, purges de cylindres, purges de boites à tiroirs, purges des enveloppes, avec tous les accessoires de bouteilles de purge, caisses de purge et de purgeurs automatiques.

Il existe quelquefois tout un tuyautage spécial, avec un jeu de soupapes, permettant de faire varier le rôle de certains cylindres, tantôt admetteurs, tantôt détenteurs, et de changer ainsi le nombre des détentes successives selon la puissance que l'on veut réaliser; cette disposition, qui peut être rationnelle en principe, ne s'est pas répandue, à cause des complications qu'elle entraine.

22. — Organes mobiles. — Si maintenant nous passons à la description des organes mécaniques, nous rencontrerons les dispositions habituelles à toutes les machines, dans le piston et sa garniture étanche, la tige et son presse-étoupes, la traverse de piston, appelée aussi /ou^, qui porte les patins de glissières et les tourillons, enfin la bielle articulée sur les tourillons.

A bord des paquebots, les pistons portent assez souvent des contretiges, qui travaillent comme guides dans le plateau supérieur des cylindres. Sur les machines verticales des bâtiments de guerre, il n'y a jamais de contre-tiges, à cause du manque de hauteur; mais on a quelquefois donné deux tiges aux pistons de très grand diamètre.

La bielle est plus courte que dans les machines terrestres ; le pied de la bielle est généralement à fourche, pour embrasser la traverse de piston ; la tète de bielle passe entre les deux manivelles d'un vilebrequin compris lui-même entre deux paliers de l'arbre coudé.

Parmi les mécanismes en mouvement, les appareils de conduite des tiroirs et de renversement de marche présentent des dispositions très variées ; ils exigent parfois de l'observateur un sérieux effort d'attention, soit à bord, soit sur les plans, pour bien se rendre compte du service de chaque pièce.

Divers organes particuliers aux machines marines se trouvent sur la ligne d'arbres, qui comprend Y arbre à vilebrequin, ou arbre coudé, Varbre porte-hélice elV arbre ou les arbres intermédiaires.

Le palier de butée, à anneaux saillants, est destiné à recevoir la poussée de l'hélice et à le transmettre à la coque.

Le presse-étoupes de l'arbre est à l'entrée du tube de sortie, qui s'appelle tube (fétambot, pour les hélices placées dans Taxe du navire. Il y a de plus des presse-étoupes rudimentaires, au passage dans les cloisons étanches.

Le vireur, à roue striée et vis tangente, est placé sur l'arbre à vilebrequin, et sert à faire tourner la machine a froid ; il est mû, en général, par une petite machine à vapeur, qui peut conduire aussi la manœuvre de la mise en train. Le virem* constitue un frein très sûr, la vis a'étant pas réciproque.

Vembrayage est placé à la jonction de deux bouts d'arbres. Il était surtout nécessaire lorsqu'on avait à aflfoler l'hélice pour naviguer à la voile ; l'hélice affolée tournait quand le navire atteignait 4 nœuds environ, et la vitesse s'accroissait aussitôt d'un nœud. On a cru quelque temps qu'il pouvait y avoir intérêt, sur les bâtiments à deux hélices, à affoler une hélice pour marcher avec l'autre machine ; cette pratique est aujourd'hui condamnée par l'expérience; mais le désembrayage reste utile pour le cas où l'on aurait à réparer une des machines. Sur les machines à 3 hélices, le désembrayagtj est nécessaire, pour marcher aux allures réduites, en affolant, soit l'hélice centrale, soit les hélices latérales.

Le frein placé en arrière de l'embrayage, sert à saisir l'arbre porte hélice pour l'immobiUser, quand, après avoir affolé l'hélice, on veut la réembrayer.

Sur les premiers bâtiments de guerre à hélice et même sur les frégates cuirassées, l'arbre de l'hélice portait un tambour, sur lequel on pouvait enrouler une corde sans fin allant au cabestan du navire. On pouvait ainsi, après avoir désembrayé, faire tourner l'hélice à bras d'hommes et imprimer au navire une faible vitesse.

Les différents bouts delaligne d'arbres sont jonc tiennes ensemble par des tourteaux, réunis par des soies, quand le joint est à l'intérieur du navire. Pour les jonctions d'arbres tombant en dehors du navire, on emploie un manchon de jonction claveté sur les deux bouts d'arbres.

La ligne d'arbre, sur l'arrière du presse-étoupes, est soutenue par plusieurs paliers dont le premier se trouve immédiatement en arrière du presse-étoupes, quand l'arbre n'est pas soutenu, près du presseétoupes, par le palier de butée. Ces paliers, qui ne peuvent se graisser, sont garnis en bois de gaîac. Le dernier palier, sur les arbres placés dans l'axe, se nomme chaise dCétambot ; on nomme aussi chaises les derniers paUers arrière des hélices latérales, soutenus, soit par des sup-

ports en V, soit, sur certains paquebots, par des excroissances latérales de la carène.

Enfin, à l'extrémité de Tarbre, se trouve Thélice, dont les ailes sont tantôt, venues de fonte avec le moyeu, tantôt rapportées et fixées par des boulons ou des clavettes, et dont les éléments de puissance sont le diamètre^ et le pas, puis accessoirement, la fraction de pas et le nombre d'ailes pour une même fraction de pas totale.

La description sommaire qui précède est suffisante pour permettre de visiter une machine, ou d'examiner un atlas, en se rendant compte des dispositions générales. Elle était indispensable, comme guide général, pour l'étude que nous allons entreprendre maintenant, en commençant par les chaudières.