CHAPITRE IXIIV

ENSEMBLE BU XOTEUB

811 - — La machine à vapeur d'extraction se trouve placée dans des conditions particulières et relativement difficiles, en raison de rirrogularité de ce genre de mouvement.

On y trouve d'abord un motif d'exclusion pour le condenseur, dont le fonctionnement ne saurait s'accommoder de cette intermittence, et qui, en outre, occasionne un certain encombrement, là où Ton doit rechercher avant tout la simplification. Cependant cette double objection disparaît, si l'on admet la présence, sur le carreau du puits, d'une machine condensante, c'est-à-dire d'un moteur spécial actionnant la pompe à air d'un condenseur commun aux divers services : extraction, épuisement, ventilation, etc. Beaucoup de bons esprits, et particulièrement Gallon, ont insisté sur l'économie qu'il serait possible de réaliser dans cette voie, avec de moindres difficultés que celles que l'on n'a pas craint d'affronter pour l'emploi de la détente.

Si nous supposons, comme c'est l'ordinaire, l'absenci^ du condenseur destiné à abaisser la contre-pression, la théorie exige du moins, pour le bon rendement, une tension motrice élevée.

Il devient dès lors d'autant plus intéressant, en vue de diminuer la perte de puissance produite par l'échappement, d'atténuer cette pression d'une manière progressive, par l'emploi de la détente. Mais

celte utilité évidente était restée lettre morte jusqu'à ces derniers temps, en raison de difficultés spéciales d'application. Depuis quelques années, l'attention est fixée sur cette question, et l'on a proposé, dans ce but, de nombreux appareils dont l'étude fera l'objet du § 2.

La détente entraînant une importante variation de la force motrice, la présence d'un volant sera nécessaire, pour remédier aux irrégularités de marche qui en seraient la conséquence. Cependant ce volant devra toujours être particulièrement léger, puisque la machine est appelée à s'arrêter à chaque instant après un court fonctionnement, tandis qu'un volant constitue un réservoir de force vive, dont l'importance est en raison de son moment d'inertie et du carré de sa vitesse angulaire. Dans les moteurs d'extraction , cet organe sert surtout à procurer un très grand bras de levier, pour l'action du frein à vapeur (n® 824).

La nécessité de se montrer très réservé, en ce qui concerne le volant, et d'avoir cependant une machine bien en main et très régulière d'allure, conduit à introduire deux cylindres au lieu d'un, en couplant leurs manivelles à angle droit sur l'arbre, de manière à interférer les inégalités dues au passage des points morts. 11 existe cependant encore quelques machines à un seul cylindre, mais leur nombre tend à diminuer de jour en jour.

On trouve, à la présence des deux cylindres croisés, un autre avantage essentiel en ce qui concerne le démarrage. Si, en effet, une machine à cylindre unique s'arrête précisément sur son point mort, ou dans une position très rapprochée, la bielle, se trouvant dans l'alignement de la manivelle, ne peut développer aucun moment moteur, quelque effort que l'on exerce sur le piston. Il est donc rigoureusement impossible de mettre en marche, autrement qu'en agissant à bras, avec des leviers, sur les rayons du volant, de manière à écarter suffisamment la manivelle du point mort. Avec les cylindres couplés, au contraire, si l'une des manivelles s'arrête au point mort, l'autre se trouve, par cela seul, rapprochée de son maximum d'effet.

Un obstacle analogue peut se présenter dans les moteurs à détente. Si la machine se trouve arrêtée de manière que le recouvrement du tiroir bouche la lumière d'admission, il devient impos-

sible d'introduire la vapeur dans le cylindre pour mcftre en marche ('). Au contraire, avec deux cylindres à manivelles croisées,

(') Uu inojen irés simple de remédier à cette difllculté consiste k faire débaucher, dans les fonds des cyliiidj-es, des lubes destinés à y amener directement la Tapeur du générnteur. Ces tuyaui sont, en temps ordinaire, Tennétpar unrol>iDel,queroiin'ouiTe

on ne risquera pas de même de rencontrer ce geni'e d'obstacle pour tous les deux à la fois.

'fi

•ce

ç le es

bç

On devra calculer le diamètre de chacun de ces cylindres, de

qu'au moment où la difficulté se présente, et que l'on referme dès que le démaiTage est opéré.

rnaniêrrr qu il | m-^ Miff.n* a lui VfuI p>ur eH^Ju^ s^aliquemenl

l'enlovagc, dans le cas où le second se trouveitiil à son poiiil mort, et, par suite, sans influence. U est même bon d'évaluer cet

enlevage sans équilibre, c'est-à-dire en y comprenant, indépendamment de la houille et du câble, la cage et les wagons. Il faut, en elTet, prévoir le cas d'une rupture de câble. La seconde cage et les wagonnets n'ayant plus alors de solidarité avec l'arbre des bobines, ne concourent plus à équilibrer le poids mort du premier câble. La même circonstance peut également se produire, si l'une des cages repose sur son clichage, et il importe justement que le moteur soit particulièrement docile pour ces manœuvi-es. Cet excès de pré-

Cig. SÏ9. Machine d'eilnrllaii verticiJc (Hirrls' navigalion;.

voyance aura d'ailleurs l'avantage de permettre à la machine de suflire encore pendant les premiers temps d'un réavalement du puits, avant qu'on ait pu s'en procurer une autre plus puissante.

Il est pourtant nécessaire de se tenir en garde contre l'exagération de ces excédents. Autrement, le moteur étant établi avec de trop gros cylindres, on devrait, pour amortir son excès de puissance, étrangler la vapeur à l'admission, ou tenir la pression basse dans les chaudières, ce qui serait anti-économique.

En même temps que le diamètre des cylindres, leur longueur a

138 EXnÂC110?(.

son imporlanœ. Elle détermine la Titesse du piston en fonction de celle des cages. On employait souvent autrefois un engrenage pour modifier leur rapport. Hais les constructeurs y ont renoncé pour plus de sécurité. La rupture d^une dent suffisant, en effet, pour mettre la machine en chômage, on ne saurait laisser un senrice de cette importance à la merci d^'un organe aussi précaire. D n*y a d aception que pour les machines d^avaleresse. La rapidité de Teitraction importe peu dans ce cas, puisque, au lieu du tonnage exuhérant d*une exploitation en pleine activité, il ne s'agit d*extniire que les débris du fonçage. De plus, il est bon d^établir un rapport plus modéré entre les dmx vitesses, pour qu'un déplacement donné de la b»ue dans le puits corresponde à une longueur plus sensible parcourue par les pistons, de manière qu'il soit facile au mécanicien de mettre avec précision les hommes au niveau où ils ont besoin de se maintenir pour des opérations délicates.

On a de même éliminé le balancier, qui constituait une complication inutile, et une masse additionnelle de nature à augmenta* la force d^inertie. U éloigne beaucoup plus le mécanidoi de Torifice du puits. La distance, comme nous Favons vu (n* 756k doit rester comprise entre 50 et 50 mètres, afin de laisser au cible une inclinaison convenable jusqu'aux molettes, et, d'autre part, de permettre au machiniste de voir clairement ce qui se passe à la recette.

On place, en général, ce dernier dans Taxe de symétrie de l'appareil. Cependant il parait préférable de le mettre sur le côté. S'il survient, en effet, une rupture de câble, le tronçon sort du puils, passe par-dessus la molette et vient donner un coup de fouet sur la machine, à peu près suivant cet axe. Le mécanicioi coiui donc, dans cette situation, un gi-ave danger. D convient, par suite, de Vy soustraire, tant dans son propre intérêt, qu'afin d'éviter qu'une appréhension instinctive lui fasse, dans ce moment critique, abandonner son poste, et les organes de manœuvre.

Pour que sa vue plane facilement sur tout l'ensemble, on préfère, la plupart du temps, les machines horizontales (fig. 5:24 et 525 P],

(' le type de machine d'extractîoo représenté par les figures ââ4 cl 5S a été ooosU-uit, eo 1873. à Lborme .Loire), pour les aiiiies de Cessous et Coniberedonde, et, ea 1875, pour celles de Sainl-Êloy, sur un module uniforme de 0", 80 de diamètre pour les

et fig. 526, 527, 528 [*]). Cependant certains districts acceptent plus volontiers les cylindres verticaux (fig. 529 [*]). Il entre une grande part d'habitude et de sentiment dans ces choix. Toutefois, les machines verticales présentent l'è^Jlement Tavantage d'économiser

cylindres et 2 mètres de coui*se. Les mêmes ateliers ont établi des moteui*s semblables en 1874* pour le puits Mars (houillères de Sainl-Étienne), sur les dimensions 0",6U et i",80; et, en 1876, pour le puits du Fay (Saint-Gliamond), avec O^.dO de diamètre et 2 mètres de course. Depuis lors, la compagnie de Lhorme est revenue à l'emploi des tiroirjt, dans la crainte que les soupapes ne i*etombent pas toujours exactement sur leurs sièges, principalement lorsque les cylindres renferment de l'eau entraînée ou condensée sur les parois, ce qui ferait naître un grave danger, notamment pour la montée des hommes, qui peuvent être ainsi envoyés aux poulies.

Ces soupapes sont manœuvi'ées, à l'aide de leviers, par huit cames, dont deux servent pour l'admission et deux pour l'échappement à la marche en avant, avec un nombre égal, pour la marche en arrière. En vue de faciliter la manœuvre, on interpose entre les extrémités de ces leviers et les cames de fonte trempée très dure, des sphères libres en acier, susceptibles de rouler dans tous les sens. L'emploi de ces matières très résistantes a pour but de diminuer l'usure, afin de réduire toujours la battue au minimum. Le manchon , porteui* de ces cames, est commandé par le levier de changement de marche, équilibré pour être plus docile à la main du mécanicien. Ce dernier a également à sa disposition un second levier pour son frein, et un volant pour le mouvement de la cuvette de prise de vapetu*.

(') Les figures 526, 537 et 528 représentent la machine construite en ce moment par les mêmes ateliers de Lhorme pour le puits de la Tronquié, n" 1 , des mines de Carmaux. Elle est à deux cylindres horizontaux, de 0<",80 de diamètre et 2 mètres de course. Deux tiroii*s, placés aux extrémités de chacun d'eux, permettent de réduire l'espace nuisible au minimum. Un servo-moteur assure la manœuvre rapide et facile de cette distribution, dont tous les organes sont rigides et obéissent géométriquement. Le frein Fayol i vapeur, à pression progressive ou brusque à volonté, donne la facilité de descendre des remblais sans l'emploi de la contre-vapeur. Le mécanicien manœuvre, de la main droite, le levier du servo-moteur, et celui du frein avec sa main gauche. Un volant placé devant lui, à sa portée, commande la cuvette de prise de vapeur.

(*) La puissante machine du puits nord de Harris* Navigation (South >¥ales) fournit un type remarquable de l'emploi des cylindres verticaux (fig. 520). Le mécanicien se trouve reporté ainsi à un niveau très élevé. La chai*ge est considérable, et comprend 4 tonnes de charbon, 2 tonnes pour 4 bennes vides, et 1 tonne i/4 pour la cage et les accessoires. Chaque cylindre est capable d'effectuer seul l'enlevage, avec 1",37 de diamètre et 2* ,13 de course. La distribution de Barclay est à soupapes de 0",35 pour l'admission et 0*,41 pour l'échappement. Des pistons à air en amortissent le choc pour les empêcher de se mater. Le mouvement se renverse de lui-même aux extrémités de la course, et le frein s'engage automatiquement, de manière à permettre un ralentissement moins prolongé et une plus gi*ande activité. Le mécanicien dispose, en outre, d'un changement de nnarche et d'un levier de détente à vapeur. Le puits a 650 mètres de profondeur. Cette hauteur est parcourue en 24 révolutions, dont 10 sur la pai*tie cylindrique (n** 803) et 14 sur la partie conique des tambours, qui présentent des diamètres de 5*,50 et 9", 75. Cette belle machine fonctionne avec une extrême régularité. (Brown and Adams, an Deep Winning of Coal, Proceedings of the Institution of civil Engineers, LXiY, part n, p. 27.)

I iO E\TRAaio:«.

IVmplarement et de donner, par cela seul, moins de prise aux mouvemenls provoqu('*s dans le terrain par Texploitation. D*un autre côté, elles relèvent le niveau de l'arbre des bobines, et rapprochent le câble de rhorizontalité. On a eu recours autrefois aux machines oscillantes, qui ne se recommandent cependant pas d'une manière particulière pour ce genre de service. Je citerai encore l'emploi, très rare, des cylindres inclinés. Une machine de ce genre, construite aux ateliers Foumeyron, pour Lavaveix-Ies-Mines (CreuseK présente deux cylindres disposés à 45 degrés, et attaquant une manivelle unique, établie dans des conditions plus robustes que chacune des deux manivelles couplées à angle droit du type ordinaire. On n'a plus alors à redouter Tinconvénient des points morts, puisque cette manivelle ne saurait se trouver à la fois dans l'alignement des deux bielles , que leur obliquité écarte peu de la rectangularité.

812 — La grande expansion qu*a subie depuis quelque temps le système compound devait naturellement en amener l'introduction dans l'extraction des mines»*) |fi«î. 550), et l'on v a notamment procédé avec la plus grande hardiesse aux États-Unis. Cette innovation est , jusqu'à un certain point , discutable , car la

[') La colossale machine d'extraction des mines de cuiTre de Calumet et Hécla, au lac Supérieur (fig. 550\ a été construite pour une force nominale de 4700 cheTaux, par Morris de Philadelphie. Elle appartient au type compound. Les cylindres ont i mètre et 1"tî5 de diamètret avec 1*,80 de course. Le passage de la Tapeur de l'un à l'antre s'effectue à travers des réchauffeurs, qui renfenuent chacun 910 tubes de laiton soumis à l'action de la Tapeur des générateurs. La distribution se fait par des tiroirs k grille, au nombre de quatre par cytindre. Les cames qui les gouTement sont actionnées par on arbre spécial. L'admission, commandée par un régulateur Porter, Tarie de zéro à 1 6 de la course. Le changement de marche est dirigé par une machine à Tapeur auxiliaire. Les bielles sont descendantes. Elles s'articulent, non à des mani- Telles qu'il faudrait équilibrer, mais à un disque de 5* ,5:2 de diamètre, lequel commande également la bielle horizontale qui attaque l'arbre moteur. Celui-ci tourne à raison de 60 tours par minute. II pèse 30 tonnes. Les parties mobiles dépassent 25 tonnes, et sont équilibrées par un poids égal. La plaque de fondation est de 65 tonnes. La surface de grille atteint 23**,50 et la surface de chauffe 990*^,00 répartis sur 3 chaudières. Les tôles sont d'acier sur sole, de 8 à 14 mitliniétres. La pression s'élèTe i 9^,50. On annonce que cette machine fonctionne à raison de 0^,960 de charbon par cheval et par heure, et de 7^.33 de vapeur par kilogramme de combustible. [American maehi^ nisU 25 juin 1881, page 2. — Engineering, 12 août 1881, page 166. — nevue indu»trielU, 1881, page 374, pi. XIX.;

u es

bo iZ

question d'économie, qui recommande mcontestablement ce type, doit ici céder le pas à la nécessité d'avoir la machine parfaitement en main, et docile à la volonté du mécanicien. Or, dans le système ordinaire, le fonctionnement ne dépend que de deux cylindrées de vapeur, placées sur les deux faces du piston, soit en pleine pression ou en détente, soit en échappement ou en compression. Les machines compound, au contraire, renferment à la fois trois cylindrées, dont deux sont situées au delà des faces externes des pistons, et une autre entre leurs faces internes. Pour ce motif, ce type, si bien accepté en général pour les machines de nangation, a été cependant abandonné sur des bateaux, à escales rapprochées exigeant des manœuvres fréquentes, quoique encore bien moins répétées que celles de l'extraction. Les machines de Woolf se recommandent, à la vérité, par un emploi simple de la détente, exempt de toutes les difficultés dont il sera question plus loin, mais à la condition de se borner à la détente fixe, ce qui ne saurait suffire, comme il sera expliqué dans le paragraphe suivant. M. G. Richard (*), pour concilier ces points de vue opposés, a proposé l'emploi du système des compound mixtes, très usité dans la marine, et qui permet, par le jeu d'un simple robinet commutateur, de transformer à volonté le jeu des deux cylindres successifs en un système de cylindres simultanés couplés à angle droit. On pourrait dès lors fonctionner de cette manière pour toutes les manœuvres délicates , et notamment aux extrémités de la course; de même qu'avec la distribution Scohy (n** 542), on opère en pleine pression, à ces extrémités, et avec détente pour le parcours intermédiaire.

813 — Je ferai une mention spéciale de deux dispositifs, qui ont été imaginés en vue d'éviter l'enroulement de l'un des câbles à la fois par-dessus la molette et par-dessous la bobine, ce qui lui occasionne une double fatigue (n** 730).

(*) Directeur de la Société de constructions mécaniques spéciales, à Vaugirard. Je suis heureux de saisir cette occasion, pour signaler ici l'obligeant et ti*és utile concours que j'ai renconti*é chez M. Richard, l'un de mes anciens élèves les plus distingués de l'École supérieure des Mines. Parfaitement au courant de tout ce qui concerne la mécanique, il m'a fourni de nombreux et intéressants renseignements, surtout en ce qui concerne les machines d'extraction et d'épuisement.

Dans le type Colson (fig. 531) (*), un cylindre vertical unique actionne une traverse à laquelle s'attachent deux bielles pendantes qui, par le seul fait de la symétrie de l'ensemble, impriment évidemment aux arbres distincts des deux bobines des rotations inverses, tandis que, dans les machines ordinaires, ces organes tournent en

Fig. S31. Machine d'extraction Colf«on.

même sens. Il suffira donc que les câbles passent sur les deux bobines, en même temps que sur les deux molettes, pour que l'un s'enroule en même temps que l'autre se déroule.

Le système Devillaine (*) s'éloigne encore plus du type ordinaire (fig. 532). On y emploie (^), au lieu d'un puits unique, deux puits

(*) Renouvelé de celui qui est représenté sur les planches XXXIX cf XL de YÀtfa» de la richesse minérale par Héi'on de Villefosse.

0 Devillaine [Bull. min. 2*, H, 65.) La description de cet appai'eil est accompagnée^ dans ce mémoire [pages i06 à 132); d'un devis extrêmement détaillé du fonçage des puits jiuneaux et de l'instaUation de la machine, qui constitue un excellent modèle de ce genre de documents.

0 Cette machine a été construite par H. Chaîne, dans les ateliers de Lhorme (Loire), d'après les indications de M. Devillaine, pour le siège d'exploitation qui porte son nom à Hontrambert, et qui comprend deux puits jumeaux, de 3 mètres de diamètre et 312 mètres de profondeur.

Le moteur a été composé de deux cylindres verticaux, en vue d'obtenir plus de stabilité avec moins de frottement dans ces terrains en mouvement. Pour le même motif, on a fait porter tout l'appareil sur un bâti, que des vis calantes permettent de redresser s*il vient à subir un déversement. La distribution s'opère à l'aide de tiroirs, et le changement de marche avec une coulisse de Stephenson. Pour en faciliter la manœuvre, on a mis à la disposition du mécanicien un cylindre auxiliaire i vapeur (n* 820), muni d'oriûces triangulaires qui permettent d'admettre le fluide moteur en aussi faible

m EXTKACTHIN.

jumeaux, dans chacun desquels circule une seule cage. Les molettes

sont installées sur des a3fes distincts, de manière à être tan-

quantité qu'on le juge nécessaire. Le freio est i hsnde de tftie, et susceptible d'arrêt absolu, obtenu à l'aide d'un taquet à vis (n" 824). L'éTile-niolettes inanceutre un tiroir spécial, distinct de celui de la distribution ordinaire {n- 755). Le poids total de l'appareil est de 92 tonnes, et ses principales dimensions sont les auivanles :

Course des pistons 3" ,00

Diamètie des piston» 0",80

— du cylindre de mise en ti'ain. . 0",2Ï

— du cylindre du frein 0"|55

— de la poulie du frein . S" ,00

— de l'arbre en son milieu 0",38

— de l'arbre aui portées 0",28

— du tourteau des bobine? 3" ,00

— des bras des bobines 7",00

Entre-aies des liobines l',50

— des cylindres 5", 50

{Bull. min. 2*, II. 80, Devillainc.)

gentes aux axes de ces puits. Les deux bobines sont, au contraire, montées sur un même arbre, actionné par des cylindres verticaux dont les manivelles sont couplées à angle droit. Les câbles s*en détachent de deux côtés différents, de sorte que l'un monte pendant que l'autre descend. Ce système présente l'avantage de faciliter les réparations ou le réavalement, en opérant sans équilibre avec un seul puits, tandis que l'on exécute le fonçage dans l'autre. Il admet des diamètres moindres, propriété précieuse quand on se trouve en présence de terrains disloqués et mouvants. En revanche, ce type d'installation entraîne cet inconvénient que la cage, qui obture complètement le puits, y fait l'office d'un piston, et influence, par son mouvement, l'aérage de la mine, bien que son plancher et son toit soient, pour ce motif, établis à claires- voies.