CONDENSATION

934 — Pompes de mines. — Le moteur d'épuisement (*) présente une physionomie absolument différente de celle de la machine d'extraction, que nous avons cherché à préciser dans le chapitre XXXIV.

La condensation s'y présente tout d'abord à l'esprit, puisque l'on dispose d'une importante quantité d'eau, précisément proportionnelle à la force de la machine qui a pour objet son élévation. Mais, en môme temps, il ne faut pas perdre de vue que cette puissance admet, comme second facteur, la hauteur de l'ascension. Il y a, par suite, théoriquement une limite de profondeur assignée à l'emploi de ce liquide pour la condensation, et au delà de laquelle cette quantité ne saurait suffire, sans adjonction d'eaux étrangères.

Pour le mettre en évidence, appelons P le poids, bien détermine.

(^) Annaleê, 7% Vni,203, Pernolet. — Bull, min., i'*, h HO, Lombard; 179, Luyton; II, 573, Baure; HI, 5, Baure; 428, Soulary et Desbief: IV, 443, Lombard; V, 307, Imbert, etc.; V, 575, Leseurre; VIII, 561, Soulary; XI, 31, 211, Grand Eury. — Hev. univ. d. m. et «., i«. XXX, 242, Dwelshauvers-Dery ; XXXI, 3(H, Trasensler; 2*, III, 442; XI, 223, Hoppe; XUI, 592, Bernard.— rA« Engineer, 6a?ril 1877. — Etigineering, 1875, 1* voL, 169; 2* vol., 413; 1876, 2* vol., 57, 239; 1878, 2« vol., 294. — AnnaUs des travatix publicê de Belgique, VII et XXX f, Trasenster. — Portefeuille de John Cockerill, III, machine de Sarts au Berleur. — Von Ilauer, Hûttenwesenmaschinen. — Kley, Bie Watterhebematchinen des Altenberges, Stuttgard, 1865. — Von Hauer, Bie Waseerhaltungemoêchinen der Bergwerke, Leipsick, 1879.

MOTEUR D'ÉPUISKMEM. S'y

d'eau froiiic, prntiquement nécessaire pour condenser \a qunnlitt' de vapeur qui csl capable de fournir i kiiogrammètre, c'esl-â-dire d'élever 1 kilogramme d'eau à 1 mètre de hauteur. Pour extraire ce même kilogramme de toute la profondeur H, it faudra employer H fois plus de vapeur motrice, et, par suite, verser H fois plus d'eau froide dans le condenseur, c'est-à-dire un poids PH. Or on ne dispose pour cela que de cet unique kilogramme, qui vient de sortir de la mine. Si donc on détermine une hauteur type H, parl'égalité :

l'épuisement sera suffisant, ou mfïme surabondant, pour opérer la condensation sans addition d'eaux étrangères, si l'un a. pour la profondeur réelle 11 :

H<H.<-i. Mais si, au conliaire :

cette quantité deviendra insuffisante, et l'on sera obligé, ou de renoncer i l'emploi du condenseur, ou de capter des eaux de surface.

935 — Pour nous faire une idée approximative de celle limite Ho, admettons que, dans les conditions d'un bon fonctionnement. 1 kilogramme de charbon puisse, par sa combustion, donner naissance à 7 kilogi'ammes de vapeur. Nous verrons^ également (n° 958) que, dans les meilleures machines d'épuisement, ce kilogramme de combustible peut saîTii'c à entretenir, pendant une heure, une force de cheval, en développant, pour cela. 75 X 60 X 60, c'està-dire 27000 kilogram mètres.

Le kilogramme de charbon recèle donc pratiquement la faculté

d'élever un poids égal à une hauteur de 27000 mètres, ou de mnn-

27 000 ter un poids quelconque p à l'attitude . Or la quanlili' d'eau

ti/' \

froide nécessaire pour la condensation d'un kilogramme de vapeur peut varier, suivant les circonstances, de 20 à 40 kilogrammes. Le poids /}, nécessaire à la condensation des 7 kilogrammes de vapeur, oscillera donc de 140 à 280 kilogrammes. On reconnaît par là que la puissance dynamique du combustible ne sera pas capable, en

général, d'aller chercher plus profondément qu'à . ,^ ou -ôôtt-»

c'est-à-dire environ 200 ou 100 mètres, l'eau nécessaire à la condensation. Cette limite est, comme on le voit, inférieure à la profondeur de la plupart des mines de quelque importance.

986 — Pompes d'avaleresse. — En revanche, ce chiffre est ordinairement sufQsant pour le fonçage des avaleresses à travere les morts-teiTains du nord de la France. Il serait donc facile d'y organiser, sur ce pied, la condensation. Cependant on fait presque toutes les machines d'avaleresse sans condenseur, afin de réduire l'encombrement et les chances de dérangement, en simplifiant l'appareil sous tous les rapports.

La question n'est plus du reste tout à fait la même. 11 ne s'agit plus d'organiser, sur des bases aussi économiques que possible, un état de choses destiné à durer autant que la mine elle-même, mais, au contraire, de surmonter, à tout prix, les difficultés d'une période transitoire, sous peine de rester en échec. Ce point de vue domine tous les autres. Cependant Callon a fait observer avec raison que si, à la vérité, la durée de l'opération reste limitée, par compensation, la dépense journalière de combustible atteint parfois des chiffres tels, qu'une réduction de ce coefficient ne devrait pas être négligée.

Or l'absence de condenseur sera, pour de tels fonçages, d'autant plus anti-économique que, pour être en état de terminer l'opération, le moteur doit être calculé en vue de la plus grande profondeur. Sa force se trouve donc nécessairement surabondante dans le commencement. Comme, en même temps, on emploie en général des machines sans détente, afin d'obtenir plus de puissance avec plus de simplicité, on n'a pas d'autre ressource, pour équilibrer le moteur avec la résistance à vaincre, que de tenir la pression basse. On sait dès lors que la marche devient absolument onéreuse, si l'on ne cor-

llOTEOn D'ËPUISEMKNT. SB1

rigo pas du moins, par l'intradiiclion de la condensation, uc «juc ces conditions présentent de défectueux.

Cette adjonctian pourrait du reste avoir lieu sans entraîner, ii proprement parler, une complication pour le fonctionnement du moteur. Il suffli-ail de faire actionner le condenseur par une machine condensante sptk'iale. Si celle-ci venait incidemment à se déranger pour son propre compte, on en serait quitte pour la dételer, et marclier momcntaniment sans condensation.

HOTEUB A HIMPLE EFrCT

flST — Moteur. — Le moteur d'épuisement peut être à simple ou

à double elTel.

Dans la macliinc à simple effet, la vapeur n'est employée qu'à soulever la maitressc-tige et tout l'attirail. Elle cesse ensuite suii action, et la tige redescend par son propre poids. D'après cela, si In machine est à U'aclion directe, et installée immédiatement sur Iv puits, le fluide moteur doit agir sous le piston. Si elle est à baluiicier (fig. (Hih) ('), la vapeur pèsera, au contraire, sur la face supérieure. Le pi'emier type est plus simple, mais il encombre complètement les abords du puits, et risque d'y déterminer des tassements fâcheux, si la uature des parois y prête. Le second, en reportant le cylindre à quelque distance de l'oriGee, supprime ces difTaultés, mais au prix d'une certaine complication. Le balancier peut du 1-estc être supérieur ou inférieur; à bras égaux, pour plus de simplicité, ou inégaux, pour tenir compte de ce que l'eau et la vapeur s'accommodent d'une manière très inégale de vitesses un peu prononcées, en raison de leur grande difféi'ence de densité.

La machine a simple effet actionne elle-même son condensi'ur. La pression est, en général, de 2 & 4 atmosphères. La détente y est

(■) Celte mgcliLDe de 700 clieTaui, iiutatlée à Honzeu, sur li mine du Dleibei'g, envoie ail jour 5-^.5 pat' cvlindrée, i la vitesse de 7 coups doubles par minute (D' liiii'lt, die Uergt/aa uiid Hiitlenhunde, p. M).

poussée très loin, jusqu'à s* Son influence tisl bien en harmonie

Fig. GDK. Machiiic d'

i simple crrci (mine de BIcTbar^l.

avec les nécessités de la question. La pleine pression enlève vivement la tige. Ensuite le mouvement s'éteint prcgressivemcnt, pendant la longue détente.

mriTtUR D'ÉPUISEMENT. 285

L'organe qui sert à n-glementer la distribution est la cataracte à rau, ou mieux, à huile. Cet ingénieux appnreil permet de faire varier !a détente, d'après l'instant où il coupe la vapeur. 11 règle en môme temps, avec l'admission, l'intermiltence des coups de piston. Eli effet ce moteur, à l'inverse des machines à vapeur ordinaires, ne fournit pas sans interruption ses courses successives. Il s'urrôle complètement après chacune d'elles, et repari ensuite pour en fournir nnc nouvelle, après un intervalle que l'on fait varier arbitraire ment, de manière à mettre l'activité de l'épuisemenL en rapport avec celle des venues d'eau, qui n'est pas constante.

Le diamètre du cylindre varie de 0'",50 à a'.SO; !a ciurse du piston de '2 à 5 mètres, et même jusqu'à 4 mètres. Sa vites^i^ oscille, à la montée, entre l'".:JO l'H^.TS tout au plus; elleest de (i",ij ii la descente.

938 — Cet appareil, attentivement étudié dans tous sss détails, a souvent donné des l'ésultats économiques extrêmement l'emarquables. On a réalisé une marche de 1 kilogramme de chaibon par cheval et par heure, et même exceptionnellement un peu moins encore. Dans des conditions ordinaires, avec une allure plus rapide et une délente moins piolongce, on atteint, avec toutes les valeurs intermédiaires , le chilTre beaucoup moins économique de 4 ù b kilogi'ammes.

il y a certainement lieu d'être surpris, au premier abord, d'un tel mouvement de recul sur les anciens rendements, devenus classiques, des machines de Cornouailles, malgré les progrès incontestables accomplis par l'art de la construction. Mais ce résultat {]enl s'expliquer par les condilions, tous les jours plus difficiles, de l'art des mines. Avec une longue détente, il faut une attaque énergique, pour créer en peu de temps une force vive, à i'aide de laquelle le système achèvera sa course, lorsque la détente aura affaibli l'action motrice, jusqu'à la rendre inférieure à la résistance à iniitcre. Or, avec les profondeurs toujours croissantes que l'on aborde maintenant, l'importance des masses en mouvement l'end de plus en plus dangereuses les grandes vitesses. Si donc l'un lestreint ainsi la vitesse maximum, il faut, en môme temps, raccourcir la

281 ÉPUISEÏIEM.

détenie, poiir le molif qui vjpdt d'^Ire indiqué, et par suilc, mar-

Fig. 6C6 et 607. Mncbine d'ép

(aWliers de Quillirq).

cher dans des conditions moins écunomiqucs.

L'introduction du type compound (fig. 6(Hi. (107) (') a formé à cet égard une réaction salutaire, et permis d'emplnyor une détente plus marquée, bien que mieux uniformisée, puisqu'elle se trouve répai'tie sur toute la durée de la course, au lii>u de, ne commencer qu'après la phase de pleine pression.

M. Wilner arrive au même résultat avec un cylindre unique ('), par l'introduction d'un levier coudé, que deux bielles relient, d'une part à la lige du piston, et, de l'autre, àlamailressc lige dos pompes. On fait varier par là, pendant la course, les inornL'uls de l'aclion de la vapeur et du poids, de manière à pouvoir s';ii;commoder des effets produits par la détente prolongée.

M. Davey a trouvé le moyen de faii-c réjiler, par la macliiiic de

[*) Cette machine a cli établie par I» ateliers de Quillacq Bniay (Pas-de-Calais). Elle est sans condensation. On cvlindres superposas, pour économiser l'emplacement (coi en Bohême. Annota, 1\ VIU, mi)\ miis. dans le cas liié de manière à le rendra indépendant du grand. aGn et il une distance suQisonlc pour perjncllre l'enlévemeiil du distribution s'elTeciue su moyen de sii soupapes A doubli doubleefTet. La dùtenle automatique a tien, dans ta msrclic (l'une admission de S5 D/Oduns le pelil cylindre, suivie Je l'ei peut la faire varier à la main par te déplacement des taqucU le Ecpliime. L'£puisement alîouacluellemenli laprolbndeui'd chine est établie en vue de le porter Ji 550 mètres, et cï'sl que ic rapportent ks données suivaoles :

(d'Aniin) pour les n

ctioisi le type compound i

icau puits Tulian de Kladno

luel, le petit cylindre a été

présenter plus de stabilité,

l'crcte cl du piston. U

e et d'une cataracte A

quart, i-ésnltant

:pajLsion dans le grand. On

et atteindre ainsi presque

e 350 mètres, i

à cet étal de choses futur

Diamètre du grand piston

— petit pislon

Course des deux pisioiis

Pression absolue

Hombre de coups doubles par minute {au b Force eD eau élevée

— chevaux indiqués

Profondeur

Epuisement par journée (en SU heures).

Plongeurs, diamètre

li.WI 150,00 cl 160,00

fJUO.OO n

Maîtresse tige

Colonne i refouler

Contrepoids

Charge maiimum de l'aie du balanciei'

Tourillons, diamètre

— longueur

Bras de levier du centre de grasilé du contrepoids

•) Aguillon (BuW. min., 2*, Tl», 63). — lererrior [Cllil

■iHG ËPUISËHENT.

Gornouaillea elie-mêmc, son allure, à l'aide de la distribution différenlielle (') dont il est l'auteur (fig. 608). Le principe essentiel de cet appareil consiste à faire conduire la tige qui manœuvre la distribution, par iinebarresoumiseà la fois à l'action immédiate de la machine, dont le piston la sollicite directement, et d'une cataracte qui agit sur elle d'autre part. Le mouvement de cette tige, ainsi influencé simultanément par les deux précédents , devient lonction de leur différence. Dès lors, l'instant où la vapeur se trouve coupée par la tige, pour commencer la détente, peut, d'une part, subir une réglementation uniforme, bien qu'arbitraire, par le jeu de la cataracte; et, en même temps, il se trouve directement modiûé par l'allure même de la machine. Si celle-ci s'emporte, en raison d'un défaut d'équilibre entre sa puissance et les résistances qu'elle est appelée à vaincre , elle fermera plus tét l'admission, allongera la détente, affaiblira sa force, et rentrera bientôt dans l'ordre. L'inverse se produit, lorsqu'un excès de résistance vient à ralentir la marche. Les figures 609 et 6t 0 représentent un puissant moteur, dont la distribution est actionnée par ce système différent tiel C). Nous en retrouverons plus loin (n° 948) un autre esemple.

(■) Bnçineeriag, 30 février 1675, p. 108 ; 17 iioTembrc 1870, p. 423.

(*) Cette imchine est destinée par H. UiTej h une mine d'ai^ent de M. J. Thompson ■u Neradi, en tuc d'extraire 3300 roètreg cubes d'eau dans lei vingt-quatre heures, d'une profondeur future de 13S0mËlres, répartie sur 10 répétitions de pompes, i. raison da 5 coups doubles par minalc. Les deui cylindres lerticaui juiiaposÈs ont 3* ,05 de course; 1~,43 el S*,)I7 de diamètre. A chaque eilrémiti: du parcours se ti'ouTent trois soupapes k double siège de 0','20;f de diamètre pour l'admission, 0*,S80 pour le passai du petit au grand cilindre, et 0',470 pour l'exhausiion. Ces clapets sont icUonnés par la distribution différentielle. Le moteur aura deux enveloppes de fapeur. et un condenseur dont la pompe i air sera actionnée par une machine condensante spéciale (Eugi' Rernn^, 17 novembre 187D, p. 43S).

" ■* « .-«JV:i/,fl

JIOTEUR D'ÉPUISEMENT. 287

039 — AUirait. — D'ÙDormcs masses entrent en jeu dans les

lachîncs d'épuisiîjneiit, tant en ce qui concerne l'eau elle-mi^nie.

J-*i(!. «iii el CIO MocUine J é[(Ui9cnieiil

qui s'impose comme la donnée immédiate de la question, que les piirlies solides constituant Valtirailde la pompe. Le fonclionnenienl d(! ces niasses, qu'on ne clierclie pas à diminuer et que l'on se trouve

^HS ËPtlSEVOT.

même amené à augmenter par Tadjonction de corps élrangers C), se irouTe en relation étroite aTec la nature spéciale du service de ce moteur, et il nous faut t insister attentivement.

Si la pompe est élcvatoire, Faction motrice est employée à vaincre : 1* le poids de la tige, 2* celui de Icau élevée, 5* les résistances passives. Mais, pour plus de simplicité, et dans toute la suite de ces explications, nous ferons toujours abstraction de ces dernières. Nous réduirons donc la forcé ascensionnelle à la somme des poids de la tige et de la colonne d'eau. Pour diminuer cet énorme total, on en équilibre une partie par des contrepoids additionnels.

Lorsque la vapeur a cessé son action, la tige redescend, avec une accélération égale au quotient de la difTérence entre son poids et le contrepoids, divisée par la somme des masses de ces deux corps.

On trouve, à ce dispositif, l'avantage que la tige exerce son cflbrt par traction, et qu'elle ne présente, d'après cela, aucune tendance à se gauchir ou à fouetter.

940 — Avec la pompe foulante, la vapeur est employée à relever la maltresse tige, sans agir sur l'eau. C'est seulement en descendant par la seule influence de la pesanteur, que cette tige refoule Feau dans les colonnes élévatoires. Comme cette action serait encore excessive, en raison des grandes dimensions de cette maîtresse tige(^), on Féquilibre de môme en partie à l'aide de contrepoids.

Le mode d'action est alors moins satisfaisant, attendu que la tige exerçant son action par refoulement, peut tendre à flamber, en raison du rapport démesuré qui existe entre sa longueur et ses dimensions transversales. On remarquera, dans tous les cas, comme un point essentiel, que ce n'est jamais en comprimant directement la tige sous FefTort de la vapeur, qu'on la fait agir sur Feau.

(*) La machine d'épuisement du Grand-Homu, construite par les ateliers Cockcrill

de Seraing pour une détente de ?, pèse 550 tonnes.

En ce moment M. de Quillacq établit, pour une mine de plomb de Dusseldorf, un projet d'épuisement, dans lequel deux machines à condensation sont attelées à un même puits, pour éviter Texagération des dimensions d'un moteur unique.

[*) Les effets de l'imbibition, dans des puits saturés d'humidité, peuvent augmenter le poids des maîtresses tiges dans une proportion qui atteint 20 0.0 pour le bois de chêne, et 40 0^0 pour le sapin.

■ variée

MOTEUR IfKPUlSEMEST. 28»

»41 — Quant à la disjmsition effective de cescondepoids, on l'a ariéc de Lien des manières. Le mode le plus simple consiste à employer im gros balancier, sur la queue duquel se trouve placL>c une caisse, que l'on reniplit d'objets 1res pesants. Mais, dans les organisations plus soi^^nées, on assemble, sur la queue du balancier, de lourdes plaques de fonte réunies par de forts boulons.

On a, quoique rarement, fractionné, d'après une vue très judicieuse, le total du poids nécessaire en plusieurs contrepoids séparés, placés à l'extrémité d'autant de balanciers, qui fonctionnent dans des chambres souterraines pratiquées à des hauteurs successives. Le résultat dynamique est toujours le même, et l'on réalise cet avantage de supporter distinctement les diverses travées de la fige, en les dépouillant pour ainsi dire de leur poids l'une après l'autre, de manière à soulager les parties supérïeui-cs qui, sans cela, sci-aieni obligées de les porter. De cette manière, on arrive à diminuer la fatigue moléculaire.

On a aussisubslituéau mouvement circulaire alternatif des balanciers, qui exigent un emplacement considérable, l'emploi de poulies et de chaînes, suppurtauL des contrepoids, qui montent et descendent verticalement dans un espace très restreint.

En faisant encore un pus dans le même ordre d'idées, on arrive aux contrepoids hydrauliques. Ce sont des colonnes d'eau constantes et oscillantes, qui montent et descendent alternativement, dans les tuyaus où elles se trouvent refoulées. On obtient ainsi la même économie d'emplacement qu'avec les contrepoids solides, avec plus de simplicité et moins de frottement.

M. Guary a employé comme moyen antagoniste, au lieu de contrepoids, la compression de certaines masses d'air, suivie de leur détente.

On a encore proposé de fractionner la hauteur totale de l'épuisement en deux parties égales, et d'y faire fonctionner deux maili-csses liges qui s'équilibrentmutuellemenl, par l'intermédiaire d'un balancier placé au niveau de partage.

Enfin, l'on a imaginé l'emploi de deux machines jumelles, dont les tiges s'équilibrent muluellement.