II

Utile, âoesuré en eau élevée» équivalent à deux tiers de cheval; il

développera pour cela ?; x 75 x 60 X 60, c'est-à-dire 180 000 ki-

logrammètres.

Le kilogramme de charbon recèle donc pratiquement la faculli' d'élever son propre poids à une hauteur de 180000 mètres,

ou de monter un poids quelconque p à l'altitude Or, la

quantité d'eau froide nécessaire pour la condensation d'un kilogramme de vapeur est environ de 30 kilogrammes (*). Le poids/) nécessaire à la condensation des 7 kilogrammes de vapeur sera donc de 210 kilogrammes. On reconnaît par là que, dans les conditions moyennes où nous nous sommes placés, la puissance dynamique du combustible ne serait pas capable d'aller prendre Teau nécessaire à la condensation, à une profondeur plus considérable

que — ôTK— » c est-à-dire environ 857 mètres.

Cette limite est heureusement supérieure à la profondeur de la plupart des mines. Mais ce calcul suffit à montrer qu'avec un appareil d'épuisement dont le rendement serait défectueux, ou dont le condenseur gaspillerait l'eau, bien des exploitations pourraient se trouver dans des conditions difficiles au point de vue de la condensation .

Si une telle éventualité venait à se produire, on pourrait, pour les moteurs installés au jour, avoir recours à l'adjonction d'eaux étrangères. Mais il n'en est plus de môme quand il s'agit de machines souterraines, dans lesquelles on ne dispose pour la condensation que d'un poids d'eau exactement limité à celui de la venue que l'on veut épuiser.

11 existe d'ailleurs, pour ces machines, une raison spéciale de réduire autant que possible la dépense de vapeur, et comme conséquence celle de l'eau exigée par la condensation : c'est que celte opération Qntraîne pour le liquide une élévation importante de température. Or la chaleur de l'eau peut devenir une (^use de mauvais fonctionnement dçs. pompes. Pendant l'aspiration, en

(^}. naton dc»Ia Goupilllère^ Coun de Machine», H, BTS.

effet, elle se vaporise en partie sous l'influence du vide produit; le cylindre ne se remplit donc qu'en partie, ce qui entraîne des coups de bélier- au moment du refoulement. La pompe pourrait même ne plus fonctionner si la température devenait [trop élevée.

Cette question présente d'autant plus d'intérêt que deux autres causes contribuent ici à échauffer les eaux qu'il faudra ensuite refouler à la surface : d'une part leur température initiale augmente souvent avec la profondeur des travaux ; d'autre part, on y mélange Feau chaude que fournissent les purges des conduites de vapeur et des cylindres du moteur (').

Les observations qui précèdent montrent que, notamment pour les moteurs souterrains, il devient de plus en plus nécessaire* à mesure que la profondeur des travaux augmente, de ne faire usage que de machines perfectionnées, dont la consommation de vapeur soit aussi réduite que possible.

999 — Les condenseurs employés pour les moteurs d'épuisé^ meot ne présentent pas de caractère particulier. Us sont en général actionnés directement par les machines elles-mêmes. Nous signalerons seulement l'exclusion des condenseurs à surface, qui exigeât une plus grande quantité d'eau par kilogramme de vapeur, et remploi presque général du système à mélange et pompe à air.

Ce dernier appareil étant d'un entretien coûteux avec les eaux de mines, on cherche parfois à s'en affranchir. C'est ainsi qu'on a, dans certaines exploitations, adopté le condenseur Letoret(') qui peut être employé pour les machines de Comouaillcs. 11 ne comporte pas de pompe à air, mais il ne fonctionne que si la pression finale dans le cylindre à vapeur est supérieure à celle de l'atmosphère.

Dans les moteurs souterrains, on utilise généralement le con-

(*) D'après des constatations faites aux charbonnages de la Louviéi*e, la température de Veau qui est primitivement de 31®, s'y élève à 4SP avant d't^tre envoyée dans la colonne de refoulement. ^ À la mine Hugo (Westphalie), l'eau qui est à '2:29 dans le puisard, atteint 3âi° à la sortie du condenseur, et ¥P après avoir regu les purges de la conduit^ ^ Tapeur (p. 385, note 2).

[*) Haton de la Goupilliére. Coure de Machines, 11, 882.

540 ËPUISEMEiNT.

denseur pour aspirer l*eau du puisard, et la déverser à un niveau supérieur dans un réservoir où se dégage l'air refoulé avec elle par la pompe à air, et où viennent la reprendre les pompes de refoulement. Cet appareil remplit ainsi le rôle du premier jeu aspirant et élévatoire dont nous avons signalé l'utilité (N"" 971). Il est mù, soit par la machine elle-même, soit quelquefois par un moteur indépendant

tOOO — Pompes d^avaleresse. — Malgré les avantages que présente la condensation, Ton établit presque toujours sans condenseur les machines d'avaleresse qui servent au fonçage des puits à travers les terrains aquifères. On vise ainsi à réduire l'eneombrement et les chances de dérangement, en simplifiant le mécanisme sous tous les rapports.

La question n'est pas du reste tout à fait la même. Il 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 assurément 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 Topération, 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 en même temps que plus de simplicité, l'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 corrige pas du moins, par l'introduction de la condensation, ce que ces conditions présentent de défectueux.

MOTEUR DtPUlSEMENT. 541

Cette adjonction pourrait du reste avoir lieu sans entraîner» à proprement parler, une complication pour le fonctionnement du moteur. 11 suffirait de faire actionner le condenseur par une machine spéciale. Si celle-ci venait incidemment à se déranger pour son propre compte, on en serait quitte pour la dételer, et marcher momentanément sans condensation.

M^TEVK EXTEKIELK A SIMPLE EFFET

iOOi — Moteur. — Les machines d'épuisement revêtent des caractères absolument différents selon qu'elles sont placées au jour, pour commander les pompes souterraines par Fintermédiaire d'une longue maltresse tige, ou au contraire qu'elles se trouvent réunies dans les travaux avec les pompes qu'elles doivent actionner. Nous avons déjà signalé quelques-uns des caractères fondamentaux qui distinguent ces deux catégories de moteurs, en examinant Fallure de leur fonctionnement, les conditions d'emploi de la condensation et le détail des organes. Il importe maintenant de compléter leur étude, en passant en revue successivement les principaux types usités pour les appareils extérieurs ou souterrains.

Les premiers peuvent être constitués par des machines à vapeur à simple ou à double effet.

Dans le moteur à simple effet (*), qui est le plus ancien (*), et que Ion désigne souvent sous le nom de machine de Coimouailles, la vapeur n'est employée qu'à soulever la maltresse tige et tout Vallirail. Elle cesse ensuite son action, et la tige redescend par son propre poids. D'après cela, si la machine est à traction directe^

('} Haton de la GoupiUiére, Cours' de Machines, II, 351. — Sauvage* Im Machine à wp«tr, 1, 301 et H, 103.

*) On trouvera dans le Buli. min. (3', II, 496), la description de deux machines (^épuisement du type primitir, dit de Newcomcn, installées en 1809 et 1817, et fonctionnant encore aux mines de la Société des charbonnages réunis de Gharleroi. L'Engineering a publié en 1895 des renseignements analogues sur une machine anglaise. S- Sauvage (La Machine à vapeur^ 1. 1, 13), donne la description d'un moteur construit au siècle dernier pour Tépuisement de la mine de Fresnes.

et installée iminédiatemënt sur le puits, le fluide moteur doit agir sous le piston. Si elle est à balancier (flg. 680) ('), la vapeur pèsera,

Fi^, esu. — Harliinc J'i'puiwinonl li simple eïïet (mine de Ble^berg).

te machine de 700 chcvauT. installées Monien, sur lamine du Bleibcrft.m""* 3*^.5 par cyiindi-ée, a la vit«s!e de 7 coups doubler par minute (D' Gurli, Ac uiirf llùlleiikunde, p. S4).

au contraire, «ir i ■ i:^ ï^imple, mais il «xamtpt^che de Tulilistr e ' mr • de répuisemcnt- e. ris.?

si la nature des :|«rn* '^ ^ — à quelque distaïKt * : i ■ prix d'une certaiin i-cju:

supérieur, ou inf'îTîet: i inêgaui, pour teiu' m-i • modent d'une manûf* ■ •• en raison de leur OTnci»

La caractéristicu< •:

organes en mouvfrtiHî.

lions, d'éviter soiintew-sv m ('•branleraient les Hr»f«-Mserîice. Nous a^to*- «i-.

résultent de ces •cmifi:.?.. faut laisser essenu*!. •♦'!-»♦ * rer les courses su':-**»^''-^; d'ailleurs que le* disi-î-.i considérables pouf l-^>rl-.

d'espacer les coup*- i>- mf*.

i'ievé par chacun d *fft.

Il importe en ou^r» ..ilaloires de Tapparel t .

ment distinctes, qui rr:

parliculicr. A la d^-^-rii ne sont constituée*- tu»

montée, la tension o* »

ne cessent pas d'ex^'-vv ^

Envisageons d'altur • vapeur, la maîtres*»*, i:.

comme nous le Te'r u alteint plus ou nuKU • ment se ralentit eiisi, ..

choc Texlrémité dv ^

ôH ÉPUISEMENT.

Finertie des masses en mouvement et de l'expansion de la vapeur.

La détente se trouve ainsi tout indiquée pour ce genre de moteurs, car son influence est bien en harmonie avec les nécessités de la question. Elle pourra être poussée d'autant plus loin que les masses mobiles, constituée^ par la tige et ses pistons, le balancier, les contrepoids, etc., sont plus considérables, et emmagasinent pendant la première pailie de la course une plus grande somme de force vive. La détente fonctionnera donc dans des conditions de plus en plus favorables» à mesure qu'augmentera la profondeur. Nous verrons d'ailleurs (N** 1037) comment il est possible de s'assurer si le degré de détente choisi se trouve bien en rapport avec l'importance des masses en mouvement.

Pour un même appareil, on peut accroître ce degré, sans changer la durée d'ascension de la maîtresse tige, en augmentant la pression initiale de la vapeur. Il en résulte que plus la détente sera longue, toutes choses égales d'ailleurs, plus sera considérable l'accélération de la maitresse tige au début de sa coure ascendante. Afin d'éviter qu'avec cefe conditions l'aspiration de l'eau ne s'eiTectuc mal dans les corps de pompe, et qu'il n'en résulte des chocs nuisibles, il est utile, pour les fortes détentes, de réduire autant que possible la hauteur d'aspiration de chaque répétition, el même d'y faire arriver l'eau en charge, en plaçant la bâche qui l'alimente à un niveau un peu supérieur. Cette disposition ne s'applique pas, bien entendu, au jeu inférieur voisin du puisard.

f 002 — Avec les pressions de 4 à 5 kilogrammes qui sont généralement employées, une détente à 1/4 ou à 1/5 parait constituer une marche très satisfaisante. On l'a parfois poussée jusqu'à 1/8.

L'organe qui sert à réglementer la distribution est la cataracte à eau, ou mieux à huile (*), qui actionne trois soupapes. La premièi^ commandant l'admission de la vapeur sur l'une des faces du piston, et la seconde, qui met l'autre face en communication avec le condenseur, sont ouvertes en même temps afin de provoquer Tascen-

(*) Ilaton de la GoupilUère. Cours de Machines^ t. Il, 355. — Sauvage, ia Machine à vapeur, t. I, 301.

MOTEUR D'tPOISBIlENT. 5ift

sioD de la maîtresse lige. La troisième, dite soupape d'équilibre, met en relation les deux extrémités du cylindre au moment où doit commencer le mouvement inverse. Cet ingénieux appareil permet de faire varier la détente d'après l'instant où Ton coupe la vapeur. 11 règle en outre l'intermittence des oscillations, au moyen des intervalles qui s'écoulent entre les manœuvres des soupapes d'admission et d'équilibre. Nous avons vu en eiïet que ce moteur, à rinverse des machines à vapeur ordinaires, ne fournit pas sans interruption ses courses successives, mais s'arrête après chacune délies pendant une certaine durée.

Le diamètre du cylindre varie de 0",50 à S'^ySO ; la course du piston, de 2 à 3 mètres, et même 4 mètres.

iS#3 — Cet appareil, attentivement étudié dans tous ses détails, a souvent donné des résultats économiques extrêmement remarquables au point de vue du travail de la vapeur. On a réalisé une marche de 1 kilogramme de charbon par cheval effectif et par heure, et même moins encore. Dans des conditions ordinaires, avec une allure plus rapide et une détente moins prolongée, on atteint progressivement le chiffre beaucoup moins économique de 4 k 5 kilogrammes.

Il y a certainement lieu d'être surpris, au premier abord, d'un tel mouvement de recul sur les anciens rendements, devenus clas- Mques, des machines de Comouailles, malgré les progrès incontes- Ubles accomplis par Tart de la construction. Mais ce résultat peut s expliquer par les conditions, tous les jours plus difficiles, de l'art di^ mines. Avec une longue détente, il faut une attaque énergique, pour créer en peu de temps une force vive à l'aide de laquelle le système achèvera sa course, lorsque la détente affaiblira l'action motrice jusqu'à la rendre inférieure à la résistance à vaincre. Or, avec les profondeurs toujours croissantes que l'on aborde maintenant, Timportance des masses en mouvement rend de plus en plus dangereuses les allures rapides. Si donc l'on restreint ainsi la vitesse maxima, il faut en môme temps raccourcir la détente, pour le motif qui vient d'être indiqué, et par suite marcher dans des conditions moins économiques.

46 ËPUISEVENT. '

L'introduction du type compound {fig. 6S1. 682) (') a formé ii 1

f i(5. 681 ol 68Ï. — Uacliinc d'épui seine ni campaunil (alelicra île Oiiillacii].

l') Celle macliîne n été établie par les ateliers de OuiHaeq (cl'Aniiii)pourlei mines de Bniay (Pas-de-Calais), Elle esl san» eondcasation. On a choisi le lype compoundi

MOTEUR DËPUISEMENT. 347

cet égard une réaction salutaire, et permis d'employer une délente plus accentuée, bien que mieux uniformisée, puisqu elle se trouve répartie sur toute la durée de la course, au lieu de ne commencer qu après la phase de pleine pression.

M. Wilner arrive au même résultat avec un cylindre unique ('), par ilntroduction d'un levier coudé que deux bielles relient, d'une part à la tige du piston, et, de Tautre, à la maîtresse tige des pompes. On fait varier par là, pendant la course, les moments de 1 action de la vapeur et du poids, de manière à pouvoir s'accommoder des effets produits par la détente prolongée.

M. Davey (') a trouvé le moyen de faire régler, par la machine de Cornouailles elle-même, son allure, à Taide de la distribution dif-

L*}lmdres superposés, pour économiser remplacement (comme au puits Tuhande Kladno en Bohème, AnrtaleM, 7'« VIII, 202) ; mais, dans le cas actuel, le petit cylindre a été liiéde manière à le rendre indépendant du grand, afin de présenter plus de stabilité, et à une distance sufiisante pour permettre l'enléveraent du couvercle et du piston. La distribution s'elTectue au moyen de six soupapes à double s'iè^e et d'une cataracte à double eiïet. La détente automatique u lieu, dans la marche normale, au quart, résultant d'une admission de 85 0/0 dans le petit cylindre, suivie de l'expansion dans le gi*and. On peut la faire Tarier à la main par le déplacement des taquets, et atteindi*e ainsi presque le septième. L'épuisement a lieu actuellement à la profondeur de 350 mètres, mais la nnchioe est établie en vue de le porter à 550 mètres, et c'est à ce dernier état de choses W se rapportent les données suivantes :

Diamètre du grand piston 1,20 mètre

— petit piston 0,65 —

Course des deux piston<> 2,50 —

Pression absolue 5,50 kilogrammes

Nombre de coups doubles par minute (aubesoinS) 6,00

Force en ébu élevée ilV),00 chevaux

— chevaux indiqués 160,00 —

Profondeur 550,00 mètres

Épuisement par journée (en 20 heures' . 1200,00 m. cubes

Plongeurs, diamètre 0,30 mètre

— course 2,50 —

Maîtresse tige 7i),00 tonnes

Colonne à refouler 36,5 —

Contrepoids 40,00 —

Uiarf^e maximum de Taxe du balancier . . . 170,00 —

Tourillons, diamètres 0,35 mètre

— longueur 0,40 —

Brasdelevier du centre de gi*avité du contrepoids 7,25 —

' AguiUon (Bull, min., 2% VIII, 63). — Leverrier {CRM, avril 1876, 15). I Engineering, 26 février 1875, p. 168; 17 novembre 1876, p. 422. —Sauvage, la Machine à vapeur, II, 106. — Davey, Pumping Engines, in-S".

férentielle dont il est l'auteur (fig. 6S3]. Le principe essentiel de cet appareil consiste à commander la tige qui manœuvre la distribution, au moyen d'une bari-e soumise k la fois à l'action immédiate du moteur, dont le piston la sollicite directement, et d'une cabractc qui agit sur elie d'autre 'part. Le mouvement de cette tige. ainsi influencé simultanéuieui par les deux précédents, devient fonction de leur dîDërence. Dès lors, l'instant où la vapeur se trouve coupée par la lige, pour commencer la dolente, peut d'une pari subir une réglementation uniforme, bien qu'arbitraire, par le jeu de la cataracte, et en mèsm temps il se trouve dii>ectement modiJié par l'allure même i\e la machine. Si celle-ci semporte, en raison d'un défaut

f iR. BK5. — ÙHlriliulion dirTérenlii-lk de Dsvcj '

iwurm«ciiiiiedeConic™»ii!«. d'équiUbre cntrc sa puissance

cl les résistances qu'elle est appelée à vaincre, elle fermera plus l(A l'admission, allon^eii la détente, alTaiblira sa force, et rentrera bientôt dans l'ordre. L'inverse se produit, lorsqu'un excès de résistance vient à ralentir la marche. Les figures 684 et 685 repi-ésentent un puissant moteur, dont la distribution est actionnée par ce système diiTérenliel '')- Nous en retrouverons plus loin (N° 1026) un autre exemple.

i004 — Attirail. — D'énormes masses entrent en jeu dans

(■] Celle macliine a êlé èlablie par H. Davey pojr jne inine d'argent de U. J. Thrapp^on au Iterada, en vue d'exiraire 3500 m^L-ea cubes d'eau dans lea vingt-quatre IiemW' d'une pro rondeur de 12iD mètres, répartie sur 10 répétitions de pompes, t raison il' 5 coups doubles par niiiiule. Les deui cylimlrei verticaux juxtaposés ont 3».0â 6t course ; 1",43 et 2", 87 de diamètre. A cliai|iie eiti-émilé du parcours se Irouvenl inii^ soupapes à double siège de 0*.3O3 de diamètre pour i*ad mission, 0*,380pcurlep>s^F^ du petit au grand cylindre, et O'ii^O pour l'eiliauslion. Ces clapets sont nciionnéi pr b distribution différentielle. \s moteur a deux enveloppes de vapeur, et unoMdeawur dont la pocnpe i air est actionnée par une iMcbine coudensanle spéciale {Kigùuxnti, 17 novembre 1870, p. 425;.

MOTEUR D'ËmSEHm. SU

\e% mschines d'épuisement, tani en ce qui conccme l'eau ellemême que les parties solides constituant Valliratl de la pompo.

Fig. 681 et 6SÏ. - Mtchinc df puiiemerU k distribution dinérenlielle do Dtvcy

(.Hévation ftpt.nl,

U fonctionnement de ces dernières se trouve en relation ëtroiti; avec la phase de descente de la maîtresse tige, pendant laquelle.

comme nous Tavons dit, elles interviennent seules. Pour détermina* ce que doivent être ces masses en mouvement, il nous faut donc étudier ce second mouvement de l'appareil, après avoir, dans et» qui précède, examiné la phase d'action de la vapeur.

Supposons d'abord qu'il s'agisse d'une pompe foulante. Une fois la maîtresse tige relevée par Taction motrice, elle doit, après un arrêt momentané, qui est réglé par la cataracte, redescendre lentement sous la seule influence de la pesanteur, pour refouler le liquide dans les colonnes élévatotres. Ce n'est jamais, en effet, en comprimant la tige sous l'effort de la vapeur qu'on la fait agir sur l'eau.

Son poids seul est d'ailléui'ç, non seulement sufSsant pour produire sur le liquide l'effet désiré, mais même excessif. Si cette tige agissait en raison de toute sa masse, elle déterminerait par sa chute trop rapide, en raison de ^es dimensions considérables, des chocs inadmissibles. On se trouve donc conduit à l'équilibrer en partie à l'aide d'un ou de plusieurs contrepoids. La descente n'esl plus alors provoquée que par l'excédent du poids de la maîtresse tige sur les résistances que constituent ; 1° celui de l'eau élevée: S"" les frottements; 3** l'action des contrepoids. C'est cette force qui règle la vitesse, et par suite la durée de la descente. L'allure sera donc plus ou moins rapide selon l'importance du contrepoids, et l'on réglera ce dernier en conséquence (N** 1035). Pour un puits de 3 à 400 mètres, on peut admettre une vitesse moyenne de O",60 par seconde; mais il convient de se tenir en dessous de cette limite aux grandes profondeurs.

Une autre force doit cependant intervenir dans ce mouvement. Si en effet l'excédent de poids de la maîtresse tige agissait seul, celle-ci prendrait, sous l'influence de cet effort constant, un mouvement accéléré, et le maximum de vitesse serait atteint à l'extrémité de la course; d'où un choc préjudiciable aux appareils. U importe donc de créer une résistance capable de limiter la vitesse, et de l'amortir à la fin de la descente. On obtient ce résultat en étranglant l'écoulement de la vapeur d'une face à l'autre du piston, c'est-à-dire en fermant plus ou moins là soupape d'équilibre. Celleci est même obturée complètement avant que cet organe n'arrive

MOTEin DtPUISEN£}iT. 551

à fond de course, a fia quHl s'arrête en comprimant un matelas de vapeur.

i005 — Si la pompe est élévatoire, les deux phases de son mouvement ne se présentent plus dans les mêmes conditions. L action motrice de la vapeur est employée à vaincre non seulement le poids de la maîtresse tige et les résistances passives» mais aussi le poids de Tcau élevée. Pour diminuer cet énorme total, on équilibre encore une partie du poids de la tige par des contrepoids additionnels.

Lorsque le fluide a cessé son action, cette tige redescend avec une accélération égale au quotient de la diiïérence entre son poids et le contrepoids, divisée par la somme des masses de ces deux coq)s(*). On déterminera donc cette différence de manière à régler convenablement Talluredela descente. On amortira encore le mouvement en utilisant la soupape d^équilibre. Ce dispositif n'est pas plus fréquemment employé que le précédent. Il présente cependant l'avanlage que la tige exerce son effort par traction, et qu'elle n'a d'après cela aucune propension à se voiler. Avec les pompes foulantes, au contraire, la maîtresse tige agissant par compression pourrait, en raison du rapport démesuré qui existe entre sa longueur et ses dimensions transversales, tendre à flamber, si elle n était guidée de distance en distance par des moises.

1006 — On voit d'après ce qui précède que, dans les pompes élévatoires comme dans celles de refoulement, Timportance des contrepoids dépend en premier lieu de Taccélération que l'on désire obtenir pour le mouvement descendant.

Mais nuùs avons reconnu que la masse de l'attirail en mouvement joue aussi un rôle dans la course montante, parallèlement à l'action de la détente de la vapeur; elle intervient alors par la force vive dont les organes mobiles sont animés.

Après que l'étude du mouvement descendant aura conduit, pour une pompe déterminée, à fixer, au moins approximativement, quel doit être l'excédent de poids de la tige sur ceux de l'eau et du

(*) Pour plus de simplicité, nous faisons ici abstraction des résistances passives.

contrepoids, on pourra donc être amené à reconnaître que la masse de Tattirail est encore insuffisante pour que la montée s'effectue d'une manière convenable avec la détente choisie. On devra, dans ce cas, pour satisfaire à cette condition, ou bien modifier le degré de détente, ou augmenter à la fois le contrepoids et la masse de la maîtresse tige, qui n'en sera d'ailleurs que plus solide (N** 1036).

100*7 — Quant à la disposition effective de ces contrepoids, on l'a variée de bien des manières. Le mode le plus simple consiste à employer un gros balancier, sur la queue duquel se trouve placée une caisse, que Ton remplit d'objets très pesants. Mais, dans les organisations plus soignées, on assemble, sur l'extrémité 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, adaptés à autant de balanciei*s, qui fonctionnent dans des chambres souterraines pratiquées à des hauteurs successives Le résultat dynamique reste toujours le même, et l'on réalise par là cet avantage de supporter distinctement les diverses tfavécs de la tige, en les dépouillant pour ainsi dire de leur poids Tune après l'autre, de manière à soulager les parties supérieures qui, sans cela, seraient obligées de porter les autres. De cette manière, on arrive à diminuer la fatigue moléculaire.

On a aussi substitué au mouvement circulaire alternatif des balanciers, qui exige un emplacement considérable, l'emploi de poulies et de chaînes, supportant des contrepoids qui montent et descendent verticalement dans un espace très restreint.

En faisant encore un pas dans le môme ordre d'idées, on arrive aux contrepoids hydrauliques. Ce sont des colonnes d'eau permanentes et oscillantes, qui montent et descendent alternativement, dans des tuvaux où elles se trouvent refoulées. On obtient ainsi la même économie d'emplacement qu'avec les contrepoids à poulies, en réalisant plus de simplicité et une diminution 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 Tépuisetnent en deux parties égales, et de faire fonctionner sur ces travées deux ma itresses- tiges qui se font mutuellement équilibre 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 l'une l'autre.

i0O8 — Régénérateur de force, — Nous avons dit (N** 1004 que l'excès de poids laissé à la mallresse-tige, par rapport à celui de Teau et au contrepoids antagoniste» aurait pour effet, s'il agissait seul, d'imprimer à la course descendante un mouvement accéléré; et que, pour amortir progressivement cette vitesse, on était conduit à étrangler plus ou moins la vapeur pendant la descente, à Taide de la soupape d'équilibre. Hais cette dernière manœuvre aurait pour effet de prolonger d'une façon inadmissible là durée de la course, si Ton ne compensait le ralentissement final par un accroissement de l'accélération initiale, c'est-à-dire par une augmentation notable de Texcédent de poids de la nialtresse-tige. Un est ainsi amené, si l'on veut donner à la machine une allure suffisamment rapide, à imposer à la vapeur un travail considérable pendant la course montante, de manière à relever ce poids libre.

1009 — M. Bochkollz a introduit dans les machines d'épuisement, sous le nom de régénérateur de force ('), un perfectionnement ingénieux qui a pour résultat de ralentir progressivement le mouvement de descente vers la fin, en même temps qu'il l'accélère au début, sans avoir recours à une augmentation du poids libre ni à un étranglement de l'écoulement de vapeur. 11 consiste en un contrepoids spécial (fig. 686) (*), que l'on place à l'extrémité d'un

!'} BochkolU, le Bégénérateur de forcty 1869, Valenciennes ; et 1873, Vienne. — -Leseure. BuU, min., !•, XIV, 587; 2», H, 133. — Pernolet, Annalet, 7-, I, 342; IV, ^ - Pernolet, Buli. min., 2*, I, 601. — CRM, 1876, juin, 36. — Bev. univ. d. m.,

1^,185; 1869, 258: 1-, XXI, 589; XXII, 232. — Griot, BulL mm., 3*, III, 349; VIII,

*) Cette machine a été construite à Ansin, par H. de QuiUacq, pour la fosse n* 4 de Roux (Nord de Chaiieroi). Le cylindre est à enveloppe de vapeur, sur 1",40 de diamètre f^i i",30 de course. Le diamètre des soupapes est de 0",215 pour l'admission etTéquilibre; (h,2S5 pour Téchappement, La pompe à air présente 0-,86 de diamètre et

ËPmSEMENT.

bras de levier, assemblé à angle droit sur le milieu du balancier ordinaire de raitirail.

Pig. 666. ^ Régénératcnr Bocbkolti*

BIOTEUR DtPDISEIIENT.

Au plas haut de son oscillation, ce balancier se trouve en OA (fig. 687), la bielle Xa le relie à la tige a^ et le bras est en Oa. Dans la position moyenne, Tenscmble lOkat de ces trois pièces est devenu pOBbt, et, au plus bas, il occupe la situation yOCct. On voit par là que, dans les premiers moments de la course, le contrepoids a vient en aide à la puissance, car la pesanteur agit par Tune de ses composantes, pour le faire descendre sur Tare de cercle a^. Hais cette force devient de suite négligeable, en même temps que Tinclinaison de la trajectoire* Vers la fin de TosciUation, le contrepoids doit, au contraire, gravir la pente ^y, en consommant, pour cela, une portion du travail moteur identique à rappoint qu'il lui avait apporté au début.

U ne produit donc, comme c'était d'ailleurs bien évident a priorU qu'un simple déplacement dans la répartition de ce travail. Mais celte modification est doublement avantageuse, car elle intervient

Fig. 687.

0",S3 de course. A une pompe aspininle et foulante de IG^fOO d'élévation et 0",53 de diimétre, succèdent quatre pompes foulantes, ayant chacune 57**,35 de hauteur et 0*,Ô0 de diamètre.

U Tîtesse est de huit coups par minuta et la levée de 2*,)6. Ije poids des colonnes d'eau 17840 kilogrammes; le travail utile 40 400 kilogrammétres, et celui de la vapeur ôOSGO. le poids de rattirail se décompose de la manière suivante :

Maîtresse-tige et pièces en mouvement . . . 48,780 kilogrammes.

Balancier 6,400 —

Caisse de contrepoids 5i,540 —

BochkolU 34,420 —

Total 122,140 kilogrammes.

On a donné an Boehkoltx une importance relativement considérable, en prévision du doublement futur de la profondeur. Il présente la forme d'une ferme renversée. Ses (rois bras ont 3" ,55 de longueur (Bull, min., 2*, î, 600. Pernolet. ^ Le Hégénéraieur de force. Vienne, 1873, p. 7. Bochkoltz).

556 ÉPUISEHEiNT.

à la fois pour fournir le coup de collier qui est nécessaire au premier instant, et pour amortir, vers l'extrémité, la force vive qu'il est désirable de voir aller en mourant, sans choc final (').

iOiO — Le régénérateur Bochkoltz permet, d'après ce qui procède, de réduire lexcès de poids de la maltresse-tige, que nous avons défini plus haut (N** 1004). On pourrait même théoriquement, avec cet appareil, supprimer complètement cet excédent, en dehors de l'influence des résistances passives.

Il ne convient pas cependant de se rapprocher le plus possible de cette limite; car on se trouverait ainsi conduit à donner au régénérateur une masse excessive (*). Il vaut mieux ne lui attribuer qu'un poids modéré, tout en laissant à la maltresse-tige un certain excédent. Celui-ci n'en sera pas moins notablement réduit, grâce à la présence du Bochkoltz, et il devra l'être de telle façon que l'on n'ait plus besoin d'étrangler partiellement la soupape d'équilibre durant une grande partie de la course descendante* et que l'on doive seulement la fermer complètement un peu avant l'extrémité de cette course.

iOit — Il y a lieu de signaler une seconde influence favorable qui résulte de l'emploi du Bochkoltz. Dans les machines dépourvues de cet appareil, la vitesse maxima n'est atteinte que vers la fin de la descente, et elle doit être amortie en peu de temps par la ferme-

(*] M. Bochkoltz a indiqué une seconde solution, fondée sur l'emploi derair comprimé, dont l'usagée ne semble pas s'être répandu (Annales, 1\ I, 352. — OEtUrreiehiêcke Zeilschrifl fur Berç-und'HûUenwesen, 1880, 60. — Uhland, Mtuchinenkmutrukiar. «69, II, 312).

Une troisième solution très simple consiste dans l'emploi d'un piston plongeur conjugué avec l'epsemblc du système. A l'origine du mouvement, il pèse de tout son poids en aidant le moteur, lùais il pénètre de suite dans un bain liquide où il perd progressivement une partie de ce poids, d'après le principe d'Archimède [Kôhler, Lehrbuchder Btrghaukunde^ 577).

(*) Avec une machine d'épuisement, dont les masses en mouvement représenteraient 200 tonnes et dont la course serait de 2",60, il faudrait, pour supprimer cet excédent, faire usage d'un Bochkoltz de plus de 50000 kilogranomes, suspendu à un bras de levier de 3 mètres ; il permettrait d'effectuer la descente en 6 secondes environ. Cu excès de poids de 3000 kilogrammes pour la maîtresse-tige suffirait sans régénératear à donner la même rapidité [BulL min., 3*. YIII, 800J.

ture de la soupape d'équilibre. Avec ce régénérateur, au contraire, le maximum se produit vers le milieu de la course. Il peut donc être sensiblement plus élevé, sans que Ton ait à craindre des chocs ou des coups de bélier, et il devient possible d'augmenter le nombre d'oscillations par minute. 11 s'ensuit que l'on n'aura besoin finalement, pour effectuer un épuisement donné, que d'un moteur moins volumineux.

iOi!S — En dehors des effets que produit le régénérateur Bochkollz dans la descente de la maitresse-tige, il y a lieu de remarquer quil agit d'une manière analogue pendant la montée. 11 a pour résultat d'augmenter l'effort moteur au début, et de le modérer au contraire vers la fin. Lors donc qu'on l'applique à une machine marchant à pleine pression, il produit un effet semblable à celui de la détente, et améliore le rendement dynamique. Si lo machine est déjà pourvue d'une détente, il fournit la même économie que donnerait ce mode d'emploi de la vapeur poussé jusqu'à un degré bien supérieur I*).

C'est ainsi que MM. Bochkoltz, Riedrich et Hraback ont annoncé, comme résultat de leurs expériences sur cet appareil, une économie de 10 à 15 pour 100 environ.

En résumé, le régénérateur Bochkoltz doit être considéré comme procurant les avantages suivants : réduction de l'excédent de poids de la maitresse-tige, accélération de l'alluna, amélioration du rendement par un effet équivalent à une augmentation de la détente (').

n Griot, BuU. min.. >, HI, 354.

{*] On admettait autrefois que Tapparetl Bochkoltz avait une aulrc action. On supposait que, par suite de la surface de contact des clapets sur leurs sièges, il fallait qu'on ^rçftt, au-dessous d'eux, pour les ouvrir au début de la course, une pression supérieure k celle qu'ils supportaient par<icssus ; et on considérait comme un important avantage du Bochkoltz de fournir précisément au commencement de la descente l'excédent de force motrice nécessaire à l'ouverture des soupapes. — M. Trasenster a le premier émis des doutes relativement à l'existence de cette surpression {Hev. uttiv. ^- m., I. XIXII, 310). M. Riedler [Indicator Venuchean Pumpen und WoMterhaltungêmKhinen.^Rev. univ. d. m., 2*, XV, i08) et M. Griot [Bull, min., 3% UI, 353] ont «tabli par de nombreuses observations qu'elle n'existe pas dans les corps de pompe. 1^ s'en produit une à la vérité au début de la descente par suite de l'inertie de la masse liquide, au moment où la mattresse-tige vient se reposer sur elle. Mais elle est la même aiHiessus et au-dessous des clapets de refoulement [CHM, 1895, 105].

f Ot8 — M. Rossigneux (^) a proposé pour le balancier une disposition nouvelle (fig. 688), qui produit sensiblement les mèmfê effets que le régénérateur Bochkoltz. Au lieu de Tassujettir à tourner autour de deux tourillons, il le fait rouler sur un plan fixe PP, par une surface cylindrique MM. On choisît pour celle-ci une courbe appropriée aux besoins de la question. Le bras de

■ IHMIIIIIMII

■ lllltlllllllli

Fig. 688. — Balancier Rossigneux (élévation).

levier sur lequel agit la matti*esse-tige est d'abord, lorsqu'elle se trouve relevée, supérieur à sa valeur moyenne; il diminue ensuile. tandis que celui du contrepoids augmente, et il devient minimum à la fin de la descente. Cette variation du rapport des bras de levier produit, comme avec le Bochkoltz, un excédent de force motrice au début de chaque course, puis un effoil retardateur vers la fin. Un pareil dispositif permet également, en théorie, de réduire à zéro l'excédent du poids de la maîtresse tige sur c^lui de l'eau et du contrepoids. Mais en fait, on le combine avec un certain excédent de la masse de cette tige, dont l'accélération se trouve annulée vers l'extrémité de la descente par la fermeture de la soupape d'équilibre.

Le balancier Rossigneux parait présenter, sur le régénérateur Bochkoltz, l'avantage d'une grande facilité d'installation. Il réduit d'ailleurs les résistances passives, en substituant un roulement au frottement de glissement des tourillons.

Bull, min., 2-, VII. 407 ; 3*, HI. 357. — CHM, 1876, juin, 35.

MOTEUR DtPOSEMENT. 559

Pour éviter que des chocs» se produisant aux extrémités des oscillations, n^eotralnent des déplacements du balancier sur sa table, on peut le munir (') de deux grosses dents d'engrenage (visibles sur la figure 688), qui pénètrent dans des alvéoles du bâti de fonte.

M^TEUB EXTÉBlEVft A »0VBLE EFFET

iM4 — Moteur à mouvement continu, — Les machines de Comouailles, malgré leurs précieuses qualités économiques, ont Imconvénient de devenir d'autant plus colossales, pour les grandes profondeurs, que leur allure se ralentit à mesure que la hauteur de refoulement de l'eau augmente. Elles se compliquent en même temps, car la détente ne peut guère s'effectuer en pareil cas qu'au moyen de la double expansion. Dans le but de réduire les dimen» sions des appareils, fout en augmentant le débit de l'épuisement, on a introduit les moteurs à double effet, pour lesquels le piston à vapeur actionne, à l'aide d'une manivelle, un arbre tournant muni d'un volant. La disposition de la maltresse-tige et des pompes y reste en principe la même que précédemment; on a cependant souvent substitué aux pompes à simple effet, des appareils à double effet ou du système Rittinger, qui augmentent considérablement le débit» et pi-ocurent à ces moteurs leur véritable avantage.

Quel que soit le type de pompe adopté, Ton se trouve alors en présence de cette difficulté que, la machine étant à double effet, elle doit fournir le même effort dans les deux courses, ascendante et descendante, tandis que nous avons reconnu qu'il est inadmissible défouler sur l'eau, par l'action de la vapeur, en comprimant la tige. On est arrivé à tourner habilement cet obstacle à l'aide de contrepoids, en combinant diverses solutions relatives respectivement k l'emploi des pompes foulantes, élévatoires, ou à double effet (')•

(*) Comme au puits de l'Ondaine ttet mines de Montrambert.

l^j Kous continuons, dans ces eiplications, à supprimer, pour plus de clarté, Tin-

f Of 5 — Si l'on emploie dés pompes foulantes, on donne à la tige un poids T égal à celui E de Teau de la colonne, plus Tappoînt nécessaire pour imprimer à celle-ci Faccéléralion voulue. Le

contrepoids C a pour valeur seulement la moitié ^(*).

La vapeur, par l'intermédiaire du piston et de sa tige, agît alors, non plus sur la maitresse-tige directement, mais sur le contrepoids. On y réunit immédiatement la tige à l'aide d*une bielle ordinaire, sur laquelle on pourra impunément tirer et pousser alternativement, car elle est courte, et son équarrissage est mis, comme dans toutes les machines, en harmonie avec sa longueur.

A la montée de la maitresse-tige, on demande à la vapeur une

T action égale à la moitié ^ du poids de cette tige, et l'on emploie cet

effort à repousser vers le bas le contrepoids (*). Comme ce dernier esl,

T en même temps, sollicité à descendre par son propre poids C=^«

il devient ainsi le siège d'un effort total T, capable de remonter la

tige par l'intermédiaire du balancier qui l'unit au contrepoids.

Pendant ce temps, l'eau reste en repos.

Lors de sa descente, la tige agit sur le liquide en le foulant par

son propre poids T. Les choses se passent, à cet égard, comme dans

le moteur à simple effet, et sans que la vapeur vienne y mêler son

intervention. Elle s'emploie, durant cet intervalle, à remonter, en

T le tirant à l'aide de sa courte bielle, le contrepoids ^> ce qui exige

de sa part un effort précisément égal à celui de la course inverse.

fluence des résistances passives, qu'il serait aisé de prendre en considération dans une application efTecliTe.

(^) Nous supposons en outre, pour simplifier cet exposé, qu'il soit possible d'avoir une tige d'un poids peu supérieiu* à celui de la colonne d'eau. En réalité, pour qu'elle ait une solidité suffisante, on est contraint de donner presque toujours à la tige un poids bien plus élevé, et d'en équilibrer une partie par un premier contrepoids (N** 1055). C'est alors l'excédent de poids non équilibré qui est représenté par T dans les explications ci-dessus. C devient un contrepoids supplémentaire qu'on igoute au premier pour permettre l'emploi d'un moteur à double effet*

/') Ou à relever l'eitrémité opposée du balancier auquel il est adapté.

MOTEUR D'gPtn^llEM'. Ul

IMS — Dans le cas des pompes élévatoires (fig. 689)(*), on

f ■;■ 689. — JUcliins dVpiiiseincnt conipound

ledeTrem.

';< Celle niKhiiM a été consiruite pour les mine» de Trcis (Boiiche»-du-Rli6iic). ptr n. K^rii et Réiollier de Saint-Ëtietinc. I.'enlrelien J'eau peut atteindre 10000 mètivi nibei en vingt-qii*Ire heures. On le relève de 130 inéti'es. jus<|u'i une galerie d'écouleinenlailute i 15 mètrei de profondeur. On j ( a peu lu-dessus de Is (n'^rie. aQr :. Malgré cette sitiutîon spéciale, l'appareil

ilfllté le moteur dant une chambi'e

de le prêserrer en cas d'inondation

rentre pas dans la cal^orie îles

Uî ÉPUISEMENT.

donne au contrepoids une valeur égale aux poids réunis dé la tige et de la moitié de l'eau :

A la montée, la maîtresse-tige agit par traction pour élever le liquide. La vapeur est donc chargée d'enlever, tout à la fois, la tige T et Teau E. Elle y est aidée, à la vérité, par la descente du contrepoids, sur lequel elle agit avec sa bielle en le poussant vers le bas. Elle n'a par conséquent à développer que la différence :

A la descente, la tige étant sans action sur Teau, qui reste en repos, son poids T sert à remonter le contrepoids C. Mais il n'y suffirait pas à lui seul. La vapeur est obligée de tirer sur ce dernier pour fournir l'appoint nécessaire :

c'est-à-dire un effort égal à celui de la course précédente.

machines intérieures [N** 1022), puisqu'il est placé au-dessu», et non au-deuouM de Ii colonne d'élévation des eaux.

Une pompe éiévatoire, d'une hauteur un peu moindre que la moitié de la relevée, est smmontée par un jeu foulant renversé. Leurs maltresses-tiges sont indépendantes. On pourrait, par suite, en cas d'inondation, dételer la pompe inférieure, et marcber seulement avec l'appareil foulant.

La machine appartient au typecompound. Elle est formée de deux moteurs distincts, qui commandent l'arbre de rotation au moyen d'engrenages du rapport de 2 à 7. La vitesse atteint nonnaiement iO à 12 coups par minute, et ses principales dimension.^ sont les suivantes :

Diamètre des petits cylindres 0*,640

— grands cylindres 1",2S0

— pompes à air 0".400

— pompes foulantes 0",530

— pompes élévatoires ... 0",465

Course des pistons à vapeur . 0",000

— manivelles 1",800

— pompes foulantes 1",500

— pompes élévatoires 2"J00

(BuU. min,, 2«, VUI, 817, Buisson)

MOTEUR D'ËPUISEVENT. 563

iOiV — Enfin, s'il s'agit de pompes ù double effet, le contrepoids C aura comme valeur — ^r— •

Pendant la descente de la maltresse-tige, la vapeur exerce une action égale, qui annihile Teffet de C, et laisse le poids T agir par refoulement sur Teau.

A la montée, la vapeur doit» avec Taide du contrepoids, soulever la tige et la colonne d eau ; elle développera cependant le même effort qu'à la descente, car il est représenté par :

1018 — Discussion, — La machine à double effet présente des avantages assez marqués. En premier lieu, même avec des pompes à simple effet, le travail d'une double course, équivalent à Tascension d'une cylindrée d'eau, est ici fourni par les chaudières sous la forme de deux courses simples, au lieu d'une seule. Le cylindre dans lequel s'effectue le jeu de cette vapeur deviendra donc deux fois moins volumineux. Or cette réduction du calibre du cylindre et du piston entraîne, pour une petite partie, celle des frais d'établissement et du rayonnement calorifique, et surtout celle des frottements, qui sont proportionnels aux poids des pièces.

Les avantages du système s'accentuent encore si Ton emploie les pompes à double effet, qui, pour un même débit, n'exigent que des appareils d'un volume deux fois moindre.

L'énorme masse deTattirail, qui figure dans les moteurs à simple eOet, avait en partie pour but de masquer les inégalités ducs k la délente. Or ces effets sont naturellement en raison de la quantité de vapeur qui agit, et celle-ci se trouve réduite à moitié pour chaque course simple. On pourra donc restreindre, sans nuire au rocictionnement» l'importance des masses parasites.

Cette diminution sera d'autant plus accusée, qu'une partie de ces masses figurera dans l'appareil sous la forme d'un volant monté sur l'arbre de rotation, et quelquefois de deux volants

disposés de part et d'autre d'un plan de symétrie. Or on sait que, pour cet organe, l'action régulatrice due à la masse est associée à l'influence du carré du rayon, ce qui permet de réduire le poids à volonté, tout en obtenant le môme degré d'uniformisation. Notons toutefois que dans le cas actuel, au lieu d'établir, comme pour la plupart des machines de l'industrie, le volant avec une ampleur surabondante, on calculera très juste son moment d'inertie, d'une manière qu'un observateur superficiel pourrait même être lenlé de considérer comme insuffisante. On laisse alors, en effet, ralentir la fin de la course, comme si le moteur avait peine à passer le point mort. C'est en vue de déterminer vers ces instants un ralentissement marqué des mouvements du liquide, de manière que les manœuvres de clapets puissent s'opérer sans que l'on ait à i*edouter les coups de bélier.

Si l'on ajoute à ces avantages dus à l'emploi du double effet, ceui qui sont inhérents à la double expansion, lorsque l'on jugera à propos de l'adapter à cet office, comme c'est aujourd'hui la tendance générale, on comprendra que l'on puisse arriver ainsi à détendre deux ou trois fois plus, à égalité de vitesse moyenne, avec une machine compound à double effet, que sur un moteur à simple effet et à cylindre unique.

Ajoutons encore que le mécanisme de rotation limite rigoureusement la course du piston, qui n'est pas géométriquement déterminée dans la machine à simple effet ; ce qui l'expose, en cas de rupture des maitresses-tiges, à lancer son piston de manière à tout disloquer. 11 s'ensuit également une réduction des espaces nuisibles, pour les moteurs à double effet.

Grâce à ces divers avantages, ces engins peuvent être menés plus vivement. En interposant, entre la machine et la maîtressetige, des roues dentées qui réduisent le mouvement dans le rapport de 1/4 ou de 1/5, on réalise, pour le piston à vapeur, des viless(»s très favorables à un bon rendement dynamique.

11 convient par contre de remarquer que, par suite de la suppression des arrêts intermédiaires, qui sont si utiles au bon fonctionnement des pompes actionnées par une mailresse-tige, celle-ci ressent aux extrémités de sa course, dès que sa vitesse s'accélère,

MOTEUR btPUlSEMENT. 365

des secousses et des vibrations* qui se traduisent par des chocs dans les engrenages. En réalité, l'on risquerait de provoquer ia rupture de la tige si, avec les moteurs de ce genre, on poussait Tallure au delà de 12 coups doubles par minute; et pour des profondeurs importantes, on a même rarement pu atteindre une vitesse de 10 coups à la minute. '

L'élasticité de la maitresse-tige vient d'ailleurs, lorsqu'elle] est commandée par une manivelle, exercer une action nuisible qui est loin d*ètre négligeable sur les grandes hauteurs, et dont l'influence augmente avec la vitesse de rotation. Au début de la course montante, en effet, les tiges peuvent s'allonger suffisamment pour que le soulèvement des pistons inférieurs ne se produise que lorsque la manivelle a déjà tourné d'un certain angle. A ce moment, la projection verticale du bouton de manivelle possède déjà une vitesse notable, qui ne peut être communiquée instantanément à la masse liquide encore immobile. Il se produira donc, notamment avec les pompes élévatoires, ou dans la phase correspondante des pompes à double effet, un choc, suivi d'oscillations dues à l'élasticité de la tige, ce qui la fatiguera rapidement (').

1CM9 — Moteur à mouvement intermittent. ^ — M. Kley a établi, en 1876, aux mines de Bleialf (Prusse), un type de machines très remarquable, qui participe de chacune des deux classes précédentes ('). Elles sont à double effet, munies d'un arbre de rotation et d'un volant; et cependant elles possèdent une allure intermittente, gouvernée par une cataracte. Elles réunissent ainsi d'une part les avantages du double effet et du volant, qui permettent un allégement important des appareils, et d'autre part l'influence favorable d'un arrôt avant la période de refoulement. Expliquons successivement comment ces caractères, en apparence si opposés, ont pu être conciliés dans un même appareil, et quels avantages on attend de leur association (iig. 690) (').

'}] Dechamps et Ilenrotte. Influence de Télasticité du métal sur la fatigue de la nudtresse-tige dans les machines d'épuisement à rotation. Rev. untv. d. m., 3*, V, 243.

;*) CRM, 5 mai 1877, 40, Crozel. — OEtterrefchiscke Zeitêchrifi, 188S, 15, 34; 1885, 670. ^ iahrbueh der k, k. Bergakademien^ 1884, I.

Cette machine a été établie, sui* les plans de M. Kley, par les ateliers de la

La vapeur agit également sur les deux courses du piston, en actionnart des paaipea à siiqple eflel d'après l'aménagemeitt qai a

Flg. 690. — Hiichinc d'^puliemeot de Blej, à rolaol cl 1 ciUrsctc.

été expliqué ci-dessus (N° 1015). C'est une cataracte à huile qui est chargée d'ouvrir l'admission, pour la course descendante du piston

Silm'tclien ïaschincnrabrik ï Blansko [Xora>ie). pour 1c puiU lieinrich ie la Sodéli Kaiaer-Ferdinand-ltord-Bihn. situé i HShriscb-Ostrau. dam la même proTÎuce.

EHe eal A cylindre unique de 1*,00 de diamilre et 1*,IM de courte. Le btiuxia' présente dem bras dont les longueurs sont doubles l'une de l'autre [N* 1001). A l'utr«miti du plus court, s'articule la bielle de ta niallrcssc-tîge. CeUe-ci appartient an Ijje crucial représenté par la Ogure 67b, et pèse 37 tannes 1/3. Eu un point intemédiiiit se IrouTe la titce de la pompe i air. Au milieu du f^i-and bras, la tige du pislou w relir h un parallélogramme de Walt simpttllé. L'etlrémité actionne la bielle du Tolanl. Entre les dcui flasques du balancier, on a Installé un disque contrepoids de 10 tonnes l/i. U distribution est i soupapes, manœuvi-ées par un Jeu de Ter. L'admission dure peudint un tiers de la course. -

Trois pompes foulaniea servent A atlelndre le niveau de MO mèire«. et deui poapH aspirantes et foulantes, li descendre M mètres plus bas. La Tenue d'eau, de SSO pttrR cubes en riii^-qustre heures environ, s'est trouTée parfois doublée. Le poîdi toUl if la machine est de 73 tonnes.

MOTEUR D'ËPUISEMENT. 561

destinée à enlever la maltresse-lige. La course ascendante lui succède sans interruption • Pendant cette révolution de l'arbre, la machine opère elle-même les autres fonctions de la distribution, k savoir une détente très prolongée en vue de Téconomie, Féchap» pementv la compression, et même l'admission de la course ascendante qui succède au mouvement descendant. Le volant commence par emmagasiner l'excès de force vive, développé au début de chacune de ces deux courses simples par l'attaque de la pleine pression. Il restitue cette puissance en fin de course, em atténuant la trop grande irrégularité que produiraient, sans cela, cette longue détente et la forte compression. Seulement ee volant est paressetix, et calculé rigoureusement de manîèffe à ne pas dépasser une révolution. La machine s'arrête ainai après avoir fourni son coup double, tout comme dans le sinpie elTet; et elle restera en repos jusqu'à ce qne la cataracte, que le mouvement de l'appareil a remontée pendant ce temps, déclenche de nouveau l'admission au bout d'un temps arbitraire, pour fournir un nouveau coup double*

1M0 — On trouve à cette combinaison l'avantage d'établir une liaison cinématique, qui détermine rigoureusement la course du piston. Nous avons vu que, dans les machines à simple effet, cette excai*sion est arbitraire, et ne se limite que par le jeu relatif de la puissance et de la résistance. Tout au plus dispose-t-on un tampon de choc, pour obvier aux inégalités imprévues et achever d'arrêter le piston, s'il arrive que la vitesse ne décroisse pas assez vite. Mais il est clair que ce tampon peut être brisé, et le fond emporté par le piston, lorsque celui-ci se trouvera lancé trop violemment. Cest justement ce qui arriverait dans le cas d'une tige brisée, dune pompe désamorcée, d'une fuite qui se déclarerait subitement. La résistance normale se trouvant alors supprimée, la machine s'emporterait sous l'influence de la puissance, privée de son antagonisme habituel.

Avec la disposition actuelle, au contraire, le piston ne peut dépasser un maximum d'excursion, géométriquement déterminé par Vinstant où la bielle se trouve dans l'alignement de la manivelle. Cette dernière stoppe toujours un peu en avant ou en arrière de

56S ÉPUISEUENT.

ce point mort, afin que la machine reste prête à entrer en mouvement par la nouvelle admission. Si la manivelle s'arrête avant le point mort, elle retournera en arrière, et le volant prendra un mouvement pendulaire intermittent, dont les oscillations seront très voisines de 360 degrés. Si l'arrêt a lieu un peu en arrière du point mort, ce que Ton peut régler k volonté, Tarbre possède un mouvement intermittent, mais progressif.

En cas de rupture de tiges, si la machine n'est pas détruite du premier coup, on obtient ce résultat très remarquable, que, loin de devenir ingouvernable, elle s'arrêtera docilement d'elle-même, après avoir simplement achevé le coup double commencé. En effet, en raison de l'excès de puissance qui vient déranger les calculs habituels, le volant, au lieu de s'arrêter doucement au point oi'dinairCt après avoir achevé la double course, dépassera évidemment cette limite. Une nouvelle course descendante commencera donc sans discontinuité pour le piston, et dès lors l'organe habituellement chargé de remonter la tige de la cataracte, après qu'elle a donné le signal d'une nouvelle course, en débouchant l'admission à l'instant où elle achève de descendre quand on lui en laisse le temps, rencontrera dans cette précipitation la tige en question tandis qu'elle est en train de descendre. 11 la relèvera donc, avant qu'elle ait pu, en achevant son mouvement, aller rouvrir la soupape d'admission. La course se continue par conséquent sans vapeur, et uniquement en raison de la force vive surabondante de la révolution précédente. Dès lors, il est clair que la machine ne tardera pas à s'arrêter, et il sera relativement facile, par la fermeture de l'admission, d'empêcher que la cataracte vienne, en rouvrant la soupape, provoquer un nouveau coup de piston.

f OlSf — A cet avantage capital de concilier ainsi la sûreté due au mécanisme de rotation, avec les facilités, précieuses pour Tépuisement des mines, que procure le jeu intermittent produit parla cataracte, il convient d'ajouter l'emploi de la longue détente, que permet la présence d'un volant, capable, quoique paresseux, de masquer une partie des irrégularités de la révolution, tout en conservant l'allure ralentie et mourante aux extrémités, qui est propre

MOTEUR DtPUISEMENT. 569

aux machines à simple effet et si bien en rapport avec le jeu des soupapes, en leur laissant le temps d'accomplir leur mouvement. Ajoutons encore que les deux sortes de distribution sont indépendantes, et que chacune d'elles, en état de fonctionner seule, peut être isolée au moyen d'un débrayage, s*il arrive que l'autre se trouve avoir besoin de réparations ; circonstance d'une grande valeur, puisque l'épuisement est un service qui ne saurait attendre. Cette indépendance des deux modes de distribution communique à ces moteurs mixtes une grande élasticité. Avec la cataracte, on peut abaisser la rapidité de la marche jusqu'à moins d'un coup double par minute. En la supprimant, on arrive à porter l'allure au degré maximum que comportent les moteurs de rotation. M. Voigt a également imaginé, pour ces belles machines, un dispositif qui pennet démarcher sans intermittence, quand on le juge à propos ('). On ne peut cependant se dissimuler que l'avantage d'une marche aussi lente que l'on voudra, se trouve obtenu au prix d*une certaine complication des mécanismes, et que le même résultat pourra dans certains cas être atteint avec des appareils d'une allure ordinaire, par la création de réservoirs capables de renfermer la presque totalité de l'entretien d'eau en vingt quatre heures.

IQ2Z — Généralités. — Les pompes à moteur extérieur ont donné lieu à diverses critiques au sujet de leur longue et lourde maîtresse- tige. A mesure que s'accroît la hauteur, leur allure doit devenir plus lente, et leurs dimensions toujours plus énormes. La complication résultant de l'emploi de plusieui^ cylindres pour la détente s'accroît en même temps, de telle sorte que ces machines deviennent très coûteuses avec les mines profondes.

Dans ces conditions, les moteurs souterrains, attelés sans aucun

(*) JuUiis von Hauer (Berç und Hûttenmànniêche$ Jahrbueh, XXXII. 1884, pU U

fig. \ à 5).

intermëdilaire aux pompes qu'ils doÎTent actionner, constituent une solution séduisante, dont l'emploi se généralise beaucoup depuis quelques années C). En fait, on ne construit presque plus de machines d'épuisement à mallresse-tige.

Le principal avantage de ce système consiste dans la vitesse qu'il devient possible d'imprimer aux moteurs, du moment que l'on n'est plus embarrassé par le mouvement de masses mobiles considérables (N"" 973). Le courant d'eau étant d'ailleurs continu dans la colonne de refoulement, grâce aux pompes à double effet, on peut revenir à l'emploi d'appareils de moindres dimensions et de grande vitesse, permettant d'obtenir un bon rendement du travail de la vapeur, lorsque l'on trouve le moyen 4'y faire usage de la détente.

Les moteurs souterrains procurent en outre, par la disparition de la maltresse*tige, cet heureux résultat de rendre la section du puits entièrement libre pour un autre service, tel que celui de l'extinction. 11 sufiit en effet de loger contre les parois deux conduites» l'une amenant la vapeur au fond, l'autre servant au refoulement de l'eau.

Ce principe entraine comme conséquence caractéristique la suppression des répétitions, que l'on n'aurait plus aucun moyen de relier au moteur.

Il présente d'ailleurs l'inconvénient d'exiger le déplacement des installations, chaque fois qu'est abaissé le niveau des travaux. Aussi évite-t-on d'y avoir recours dans les mines destinées à s'approfondir rapidement.

On peut signaler en outre, à l'encontre de ce système, Tobligation d'entretenir une longue conduite de vapeur, les pertes qui s'y produisent par suite de la condensation due au refroidissement {*)i et les difficultés que peut entraîner le fonctionnement du condenseur aux très grandes profondeurs, soit en raison de la

(*) BulL mtii., 3% V, 631. — CRM, 4887, 145. ^ Hev. univ, tL m., 5-, II, i- - Colliery Guardian^ 15 février 1895 et suivants, 25 août 1895 et suivants.

(*) Ces pertes dépendent de la surface des tuyaux contenant de la vapeur, et varient peu avec le débit de celle-ci. Malgré des revétementsj calorifuges soignés, elles peuvent atteindre 1 kilogramme par heare et pvr mètre carré de surface extérieure des conduites.

MOTEUR D'ÉPUISEMENT, 57t

quantité d'eau nécessaire à son aHmentatioOf soit par suite de la température du liquide qu'il fournit aux pompes (N"" 998).

iOftS — Il convient de combiner les dispositions de manière à éviter qu'une avarie des appareils, ou une crue exceptionnelle puissent maîtriser l'épuisement et noyer la machine. On s'efforce d*abord de reculer cette éventualité en créant, au-dessous du dernier niveau d'extraction, des réservoirs (N* 961) capables de renfermer l'entretien d'eau pendant un arrêt, même assez long, de la machine d'exhaure.

Le condenseur, comme nous l'avons indiqué ci-dessus (N* 999), ifi^e directement l'eau de ces réservoirs, pour la relever dans la bâche ^cée au niveau des pompes de refoulement.

Si Ton ne dispose pas d'un réservoir inférieur suffisant, et que le système ne piùsse fonctionner sous l'eau, on surélève la machine aihdessus d'une partie des travaux existants, que l'on abandonnera provisoirement en cas d'errét prolongé de l'épuisement ou de venues d'eau excessives. L'appeieii comprend alors, en outre de la pompe principale, une pompe sujqplémentaire disposée au niveau des travaux les plus profonds, et alimentant le condenseur situé près du moteur. Elle est commandée à Taide d'une courte maltresse-tige, qui reçoit son mouvement au moyen d'engrenages, afin de réduire le nombre de coups par minute.

L'emploi des moteurs souterrains exige d'ailleurs que l'on soit très largement outillé, dans les mines susceptibles d'être envahies par des venues d'eau importantes. Mais il importe que la grande puissance nécessaire pour être en état de lutter contre une inondation ne devienne pas un embarras pour les conditions normales ; aussi admet-on aloi's comme principe la subdivision de l'appareil d'épuisement en plusieurs machines distinctes, que l'on ne met en marche que dans la proportion nécessaire (').

(*] U Compagnie des mines de Brtiay (Pas-de-Calais) a un entretien d'eau normal de 5 i 6000 mètres cubes par jour. Mais, comme elle peut redouter des venues subites, dont l'une, en août 189i, atteignit 25000 mètres cubes par yingt-quatre heures, ses trois sièges, réunis par une albraque générale horizontale, sont munis de 1 1 pompes souter- ^nes pouvant épuiser ensemble 1900 mètres cubes par heure, soit 38000 en vingt heures. Vue pompe au jour peut en outre débiter 1300 mètres cubes en 24 heures.

On donne un grand diamètre à la conduite de vapeur qui descend le long des parois du puits, de manière à diminuer la perte de charge ; on atteint dans certains cas 0'°,25. Les assemblages nécessitent des joints très soignés, de manière à éviter les fuites, parfois fort difficiles à réparer. Cette colonne est divisée en tronçons de 50 à 80 mètres par des joints de dilatation. Ceuxci sont, par exemple, analogues à ceux que l'on emploie pour les tuyaux de refoulement (N*^ 991); ou bien on les constitue au moyen de tubes de cuivre recourbés MNP (fig. 676) (*).

Les pompes à moteurs souterrains, que l'on désigne parfois simplement sous le nom de pompes souterraines, peuvent être, soit à action directe (leurs courses successives étant souvent alors séparées par des arrêts), soit à volant et à mouvement continu. Nous étudierons successivement ces deux classes de moteurs.

f OIS4 — Pompes sans détente. — Les moteurs d'épuisement à commande directe sont attelés en tandem aux pompes qu'ils actionnent. Les pistons plongeurs sont montés directement sur la tige du piston à vapeur.

Dans la plupart des cas, la distribution est, d'apn^s un artifice qui remonte à Newcomen, attaquée par le piston lui-méroe aux extrémités de sa course. Avec la pompe Blake, par exemple f)i le piston rencontre, à une petite distance du fond du cylindre, un heurtoir mobile qu'il y refoule (fig. 691). Ce mouvement se transmet, à l'extérieur, à un système de tringles de communication qui font rentrer, par le fond opposé, un heurtoir semblable, pour attendre le retour du piston. En même temps, elles actionnent, au milieu de leur longueur, le tiroir de distribution qu elles déplacent brusquement, de manière à intervertir le jeu des lumières en provoquant la course rétrograde. Des dispositifs plus ou moins analogues, dont quelques-uns foii ingénieux ('), sont

(^) L enveloppe calorifuge est foimée de matières très variées; on a employé la paiUe. les déchets de soie, le feutre, le charbon de bois pulvérisé, la kieselguhr, le cartonpàte. On la complète souvent par une enveloppe métaUique extérieure, recouverte de peinture, qui la préserve des suintements humides.

[*) Revue coloniale, mars 1876. ^~ Engineering, 9 juUlet 1875, p. 57.

(') Poillon, Traité théorique et pratique de» pompes, 138. — Stapftr, Bulletin de U Société scientifique de MarteiHe, 1870. — Fontaine et Buquet, Revue induttrieUe,W^f

MOTEUR D-fiHISEHENT. 373

employée en g;rand nombre pour des épuisemenls d'importance restreinle (').

Le tiroir ne se trouvant en relation avec le piston qu'aux extrémités de la course de ce dernier, la machine marche ni^cessairement sans détente. Il est d'ailleurs évident qu'il ne pourrait en

Tig. 691. — Pompe aipinnle de Blike, 1 double elTct et t tractiun illrccle.

élrc autrement pour ces moteurs simplifiés. La résistance h vaincre étant sensiblement constante, l'effort exercé par la vapeur doit luimême rester uniforme, car le piston n'est ici relié à aucune masse mobile (telle qu'un volant, ou l'attirail des machines de Cor- Douailles), qui puisse agir comme régulateur de vitesse(*). Quoi qu'il en soit, l'absence de détente est une condition antî-écono-

^\ tg mai tS7S. — Rirsch, RapporU du jurg inlernalional de rE-rpoiUùm de 1878, (Groupe TI. eliMC U. p. ÏM. — Buisson, BuU. min.. î-, VI[I, 837. — Eiigintering, 10 juillet 1875, p. U. — The Engineering and Mining Journal. 5 avril 18U, p. 354.

i') Pompes Bailcj, C»rr, Carrell, E. Csretle, Colburn, E»rle, Hordoek, Henwood, liisey.Lee, LIojd, Norlhey, Parker. Pickering, Prunier, Rarnsbollom, Schaw, Shinlis, ^ulli, SilTcr. StapTer, Tjler, Walker, Wri^^ht, etc.

'*) "Sim indiqoerons plus loin commenl celle difflcDlté ■ M tournée pour lea poropes i" tipe Worthinirton, en ntJliBwtl le poids même de la eolomie d'eaj reroulée.

lU ÉPUISEMENT.

mique. Quelques-uns de ces appareils consomment jusqu'à 12 kilogrammes par cheval et par heure, à la vérité avec des combustibles très inférieurs, vaporisant à peine 5 kilogrammes d'eau pour 1 de chariion. Ils rachètent cet inconvénient par une certaine simplicité, et un grand rendement géométrique. Le piston de la pompe est monté sur la même tige que celui du moteur. L'eau passe h travers une capacité qui forme condenseur à une demi-atmosphère environ, et qui se vide à Taide d'éjecteurs tels que ceux de Cherry, Holmann, Mac-Carter, Horton, etc.

1005 — Le principe de ces mécanismes donne* en outre, naissance à un inconvénient sérieux, particulièrement pour ceux qui présentent peu de masse, et par conséquent peu de force vive acquise. En efîet, le moteur fonctionnant à pression constante, il doit y avoir à chaque instant équilibre entre Teffort de la vapeur sur le piston moteur et la résistance offerte par Teau. Or, pendant le renversement de la distribution, le tiroir se trouve, à un ceitiia moment, à cheval sur les deux lumières. La vapeur étant ainsi coupée, il se produit, pour finir la course, une faible détente f). Par suite, l'effort moteur devient immédiatement inférieur à la résistance à vaincre, et il peut arriver que, celle-ci l'estant victorieuse, le piston n'atteigne pas le point mort et n'achève pas le renversement de la distribution, de telle sorte que la machine s'arrête définitivement.

Divers artifices ont été employés à cet égard. Avec la pompe Merryweather, le piston agit, non pas, comme dans le cas précédent, sur sa propre distribution, mais sur celle d'un petit cylindre auxiliaire, dont le piston actionne à son tour le grand tiroir.

Dans le système Belleville, un peu avant que le piston à vapeur attaque le tiroir, un conduit s'ouvre dans la pompe, de manière à faire communiquer ensemble les deux faces de son piston. La résistance se trouvant par là subitement supprimée, le piston moteur s'élance et achève facilement sa course.

(*) On remarquera qu'inversement il 86 produit au même instant, sur Vmtre face do piston, une compression de la vapeur détendue ; et que le matelas gaxeux ainsi forme exerce une heureuse influence, en empêchant les chocs contre les fonds du çjUndre.

MOTEUR D'£nJlSKIIE.\T. ST5

Pour la pompe Tangyc ('), le jeu des heurtoirs expliqué ci-dessu* est remplacé par celui des différences de pression entre U chaùdière et le condenseur. A cet eiïet (fig. 693), le tiroir so trouve pris pntre deux pistons laliïraus, qui le maintiennent h droite et à ^nche- Dans la position actuelle, tout leur ensemble a été reporté vers la gauche, ce qui a pour résultat de donner la vapeur sur là face gauche du piston moteur, en le poussant vers la droite. Hais une chambre, restée libre derrière le piston distributeur de droite,

Pif. Ml. — Pompe TtOKjf-

permettra à tout le système de se rejeter de ce C(>té, quand il y sera sollicité. A cet elTct. deux fuites permanentes fournissent incessamment de la vapeur, à la fois sur les deux faces extérieures des pistons distributeurs. Lorsque le piston moteur arrivera au fond de course k droite, il eiïacera un petit clapet, en le refoulant dans la paroi du cylindre, d'où il fait saillie sous la pression d'un ressort. Par là, on ouvrira ta communication entre le condenseur et la chambre libre. La tension de la fuite de vapeur s'y trouvant umulée, celle de gauche, qui subsiste en permanence, ramènera instantanément la distribution vers la droite. La disposition se (rouTe dès lors renversée, et le piston repart pour la course rétroci CftJt, 1877, mm. 1 ; nui. i, Gudiii du ravilloa.

m ÉPUISEMENT.

gradé. Une clef placée à la partie supérieure permet en outre d'effectuer la mise en marche, en donnant action du dehors: sur' le

tiroir 0-

±01tS — Pompe Davey A' caiaracie différentielle. — M. Davey est arrivé à, constituer une pompe à action directe d'une complète docilité, en y adaptant la distribution différentielle à cataracte, déjà introduite par lui dans les machines à simple effet (H" 1003) (').

D'une part, le moteur est alors parfaitement en main, et Ton peut, à volonté, par la manœuvre d'un unique robinet, lui communiquer une allure précipitée, ou le ralentir indéfiniment, et môme Tarrôter tout à fait. D'autre part, indépendamment de cette intervention arbitraire de la volonté de l'homme, il subit automatiquement l'influence de sa propre marche, et régularise de lui-même la distribution, de manière à uniformiser sa vitesse, en effaçant les modifications de hasard auxquelles il peut se trouver exposé.

Cet appareil est tellement caractéristique que j'entrerai, à son égard, dans des détails circonstanciés.

±01t7 — La figure 695 montre en A le cylindre à vapeur, surmonté de sa boite de distribution B. La tige C du piston actionne directement les pompes D. Elle porte en outre un appendice E qui, par l'intermédiaire de la bielle EF, gouverne le levier difle-

rentiel FG. 6e dernier commande en G la tringle du tiroir B. Il est

- (*) On à établi en i8S3 aux mmesde Bûlly-Grenay (Pas-de-Calais), une pompe Taugye pefoulant l'eau d*un ^eu\ jet à une hauteur de 198 mètres.

. Diamètre du piston à vapeur 0",605

Diamètre du piston à air 0",175

Course des pistons » . O",900

' « .Diamètre intérieur de la conduite de \apeur O*,100

Diamètre intérieur de la conduite de refoulement 0*,i30

A la vitesse de 40 couines simples par ininute, le débit est de 50 mètres cubes i r heure t avec un rendement géométriqae dé 97 0/0« Ce rendement diminue pour les vitesses supérieures. • , •

(*) Hirsch, Rapports du jury inlernaù'onçl de V Exposition de 1878» grrpupe VI, classe 54, p. 252. — Engineering, 25 septembre 1875, \^\ Sf6 novembre 1875, 412.

MM. Gope et Maxwell ont étabU une combinaison différentielle analogue (Ei^ineerin^- 1875. t. II, 57; 1876, t. 11,57). . :

lui-même sollicité en H par la tige IJ de la cataracte. Celle-ci comprend le cylindre hydraulique I^ dont rétranglemeht est l*églé par un petit volant, et le cylindre auxiliaire à vapeur J. La distribution R de ce dernier est menée par le levier KL, actionné lui* même par la tringle LMN, munie de deux taquets M et N, que la touche O du levier différentiel viendra, en temps voulu» heurter succesâvement. Indiquons d'abord le jeu normal de cet ensemble.

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Fig. 695. — Pompe à vapeur Davey. à traction directe et distribution difTérentielle.

Supposons le tiroir B à cheval sur ses deux lumières, et la dis4 Irïbution K engagée de manière à solliciter vers la gauche la c^ata-^ racte L Cette dernière actionne en H le levier différentiel, qui pous-^ sera vers la gauche là tringle GB, et démasquera la lumière de droite, en refoulant à gauche le piston A. Dès lors la potence E, en se portant du même côté, fera basculer le levier différentiel autour du point fixe G, en mômé temjps que H continuera d'avancer lentement vers la gauche sous Teffct de la cataracte.

A la fin de la course, la touche 0 viendra buter contre le taquet N, et tirera vers la gauche la tringle MML, en faisant basculer le levier LK, et renversant le sens de la distribution K, pour effectuer la course inverse dans des conditions absolument semblables.

iOjM -^ Tel est le jeu normal. Indiquons maintenant comment il subit la double régularisation dont nous avons parlé : automatique ou volontaire.

La première est due à l'influence de la cataracte, dont la vitesse Be dépend que de l'ouverture du robinet d'étranglement,, et non

S78 ËPOSEMENT.

du travail imposé à la machine. Supposons que» dans le moufement du piston que nous avons décrit plus haut, celui-ci accélère sa marche au delà de la vitesse voulue, par suite d'une diminution de la résistance. La potence E allant trop vite par rapport au point H, le point G ne pourra rester fixe et se trouve rappelé vers la droite. La tringle B ferme en partie l'orifice d'admission : de là, un affaiblissement de la puissance» et un ralentissement qui ramène à l'allure normale. Si le mouvement de E a été beaucoup trop rapide, il pourra même arriver que la tringle B ferme complètement Tarrivée de vapeur. La machine ne comportant aucun volant ni aucune masse régulatrice» le piston s'arrêtera aussitôt, jusqu'à ce que le point H» continuant d'avancer lentement» ait rouvert l'admission.

L'inverse se produira si un excès de résistance tend à ralentir l'allure. L'admission sera dans ce cas plus largement ouverte par l'effet de la cataracte» et le moteur recouvrera ainsi un supplément de puissance pour lutter contre l'obstacle.

On voit» d'après ce qui précède, que c'est la vitesse de translation de la tige U qui règle la durée de la course. Si donc on ouvre plus ou moins le robinet d'étranglement I» on fera varier la résistance opposée à l'action de la vapeur K; le point H se déplacera plus ou moins vite, ce qui influencera l'ouverture de l'admission» de manière à donner au piston A une vitesse correspondante. On peut donc ainsi communiquer au moteur le rythme général que l'on jugea propos de lui imprimer; et c'est de cette manière que se développe, à la volonté du mécanicien, la seconde influence régulatrice que nous avons annoncée.

Ce mode de distribution diffère peu de celui qui a été appliqué par M. Davey aux machines à simple effet (K^ 1003). Dans ee dernier cas» le fonctionnement de l'appareil se distingue surtout de celui que nous venons d'exposer, en ce que, après la fermeture de l'admission» le piston continue sa marche sous l'action de la force vive emmagasinée dans l'attirail» jointe à celle de la détente. Avec les pompes à action directe au contraire, une fermeture partielle est suivie d'un ralentissement immédiat du piston ; et si elle devient complète, la pompe s'arrête momentanément.

HOTEDR D'ËPnSENE»!. Si*

!■•• — Pompe Worlhington. — Les pompes duptex('), inventées en 1856 par Uenry Worthington, se caracUrisent par l'accou- (ilement de deux moteurs à connexion directe, qui sont placés c6te à cAtc sur le même bâti ; chacun d'eux commandant le tiroir de distribution de l'autre. Elles constituent un type très bien étudié qui s'est beaucoup répandu, spécialement en Amérique.

Les figures 694 et 695 représentent une pompe sans détente. Tandis que le piston P est en marche, sa tige déplace, par Tinter* médiairc du levier coudé L, mobile autour de l'axe A, le tiroir de

f\g. 691 et eSiS. --' Pompe WorUuDittoD (<<

l'autre moteur qui se trouve arrêté en ce moment. L'admission de vapeur est ainsi ouverte dans ce dernier, un peu avant la fin de la course du premier piston. Celui-ci s'arrête alors, tandis que l'autresemeten marche pour fournir à son tour une course simple, puis s'arrêter de nouveau. Grâce à ce mouvement alternatif des deux pistons, dont chacun actionne une pompe à doublecffetDD, le o)urant de l'eau est presque uniforme dans la colonne de refoulement.

On remarquera en outre qu'avec ce système on n'a plus à redouter l'effet de la fermeture prématurée du tiroir avant la fin de la course, et de la faible détente qui en résulte, puisque chaque tiroir reste immobile pendant toute la marche du piston correspondant.

{') Sturage. U Mackiius à vapeur, I, 307 ; [I. 111.

380 ËPUISEMENT.

La figure 695 montre enim que les ]uifnières d^échappement débouchent à une certaine distance du fond du cylindrct afin que le piston se trouve arrêté par la compression de la vapeur» indépendamment de toute manœuvre du tiroir.

Malgré cette disposition, Ton ne peut guère appliquer la conden* sation à ces moteurs monocylindriques, attendu que le matelas de vapeur en fin de coui*se ne suffit plus en pareil cas à empêcher les chocs contra les fonds.

t030 — Cette objection a disparu avec les pompes Worthington à détente» qui constituent un perfectionnement important par rapport aux types précédents. L'effort moteur de la vapeur diminue alors pendant la durée d'une course, tandis que la résistance est uniforme. 11 y avait là une difficulté qui a été tournée à Taide de ringénieux artifice suivant.

De part et d'autre de ta tige de chaque piston se trouvent placés deux petits cylindres oscillants, dont les pistonnets mobiles sont attelés en un même point de cette tige. Pour la position moyenne, les axes de ces cylindres se trouvent perpendiculaires à celui du moteur, de telle sorte que durant la première moitié de chaque course les petits pistons pénètrent dans leurs cylindres, et qu ils en sortent au contraire pendant la seconde moitié. Ces cylindres accessoires sonC d'ailleurs en communication constante avec la conduite de refoulement (^). Au début de la course leurs pistonnets refoulent donc l'eau, et agissent en sens inverse de la vapeur. A la fin, au contraire, ils joignent leur action à celle du fluide moteur. en restituant l'excès d'énergie qu'ils ont d'abord absorbée. Ce dispositif, connu sous le nom de compensateur Worthington, uniformise l'effort exercé sur la pompe, et permet l'application de la détente aux appareils à connexion directe, ce qui a majoré dans une forte proportion leur rendement dynamique. La détente s'obtient à l'aide de valves supplémentaires établies sur les conduits d'admission, et actionnées par le moteur même dont elles commandent la distribution.

(*) Parfois ces petits cylindras sont remplis d'huile; ils communiquent alors arec ia conduite par Tinteimédiaii^e d'un accumulateur.

MOTEUR D'ÉPUISEMENT. 38t

Les pompes construites d'après ce principe comprennent en général deux cylindres compound pour chacun des moteurs jumeaux. On a même installé des appareils à triple expansion. Les deux ou trois cylindres d*un même groupe sont toujours montés en tandem^ comme la pompe elle-même.

La vitesse varie de 25 à 50 coups doubles par minute pour chaque moteur. Le débit liquide est donc de 100 à 200 cylindrées durant le même temps. Il peut atteindre un mètre cube et même plus (').

■0TBUm 90VTB9SAIM A W0LAMT

1L03€ — Les pompes souterraines à volant (^) sont mues par des machines analogues à celles que nous avons déjà rencontrées dans les moteurs extérieurs à double effet et à mouvement continu. Elles s'en distinguent cependant par la vitesse beaucoup plus considérable qu'on leur imprime, et qui varie de 25 à 60 coups doubles à la minute. En outre il n'y a plus lieu de calculer le volant très juste, afin de produire un ralentissement au moment du changement de course de la maitresse-tige. On lui donne au coatraire le moment d'inertie nécessaire pour obtenir une régularisation complète.

{*) M. Galloway (Coal Mining, Cardiff Exhibition Handbook, 1896) cite une pompe

Worthington, installée dans une houillère anglaise à 250 mètres de profondeur, dont le

débit est de 3200 litres par minute. Chacun des deux moteurs est à triple expansion

et eommande deux groupes de deux pompes à simple effet. Un condenseur Ledward,

produisant un vide de ^M) millimètres environ, est alimenté par l'eau qui doit être

ensoite refoulée: celle-ci se mélange en outre aux eaux de condensation recueillies au

bas des conduites de vapeur et des cylindres, de telle sorte que sa température s'élève

de i2 à 23 degrés, avant d'atteindre les pompes.

l'allure de cet appareil se règle automatiquement au moyen d*un flotteur reposant sur l'eau du puisard, et relié à une Talve qui étrangle plus ou moins l'arrivée de vapeur.

Galloway, The principal pumping engine at Llanbradach Colliery, Tran$, of ihe ftderaUd Inêtitutûm of mining Engineen, lit, septembre 1800.

(S} Suil. min., 3*, H, 438; YIII, 570. — CRM, 1804, 250. — Débauche. Mémoires de tOmùm de$ Ingénieur» de Louvain, 1803. — Notice sur la Compagnie de firtiay, Pari3t I||iure« 1806»

Les moteurs comportent parfois ua seul cylindre, commaDiUiil

(lirectemenl, d'une part la manivelle du volant, de l'autre i

MOTEUR DtPClSEMENT. 985

pompe à double effet, on plutôt un groupe de deux pompe* à simple effet à pistons .plongeurs. On fait également usage de machines à deux cylindres, dont les manivelles sont calées à 90^ sur Tarbre du volant (fig. 696, 697) (*); chaque piston à vapeur actionne alors un groupe de deux pompes a simple effet. On obtient ainsi, non seulement une augmentation du débit, mais une régularisation très favorable du courant dans la colonne de refoulement.

La présence du volant permet ici Temploi facile de la détente, que Ton peut pousser aussi loin qu'on le désire, de sorte que Ton obtient souvent des rendements dynamiques supérieurs à ceux des pompes à action directe.

La double expansion a été appliquée à ces machines. Les deux qlindres sont tantôt alignés en tandem^ tantôt placés côte à côte. Avec cette dernière disposition, chacun d'eux commande un groupe de pompes ; ou bien Tun est attelé à Tappareil de refoulement, tandis que Tautre actionne le condenseur, qui sert en même temps de pompe élévatoirc (*). Les deux pistons sont solidarisés par leurs manivelles, calées à angle droit sur un même arbre à volant.

•/; Cette machine a été construite par M. Audemar (de DAle) pour le puits Sainte- Xsrie de Hontceau-les-Mines. L'entretien d'eau, de 3300 mètres cubes en vingt-quatre heures, est relevé de 334 métrés, dans l'espace de vingt heures, ce qui représente une force réelle de 207 chevaux.

Le moteur se trouve installé à 300 métrés. Une conduite de vapeur de 0",90 de ditfflétre et 403 mètres de développement ' total, descend dans un puits de 2 mètres, parallèlement k celle qui sert pour l'élévation de l'eau. L'échappement est rejeté dans un second puits semblable au premier. Les cylindres ont 0",85 de diamètre et 1",10 de coarse. Des soupapes de sûreté, placées aux extrémités des cylindres, sont chargées de manière h se soulever pour une pression supérieure d'un kilogramme au timbre du générateur. On évite ainsi que les grandes condensations intérieures n'accumulent des quantités d'eau capables de faire sauter les fonds. Les tiges des pistons traversent ces deux fonds de part en part. Elles actionnent d'un àUé la pompe élévafoire de 34 mètres et, de l'autre, le jeu foulant de 300 mètres.

Suivtot un dispositif qui ne peut se justifier que dans des circonstances ezo^tion^ neHes, cette machine est sans condenseor.

(*) La seeonde combinaison a été adoptée notamment pour une importante pompe souterraine, installée en 1903 dans la mine Hugo (à Buer, Westphaiie). Cet appareil, à la ntesse de 48 tours, élève 2"»,400 d'eau par minute à une hauteur de 600 mètres, les deux cylindres à vapeur ont 0",70 et 1",15 de diamètre, et 1",20 de course com* mune ; le rapport des volumes est ainsi de 1 à 2,75. — Le condenseur, placé à 8 mètres en contie-fau de la machine et actionné par le petit cylindre au moyen d'un balancier coudé, comprend deux pompes ù air, de 0*,50 de course et de 0*,40 de diamètre, qui

584 ËPUISEHENT.

Les organes de distribution doivent être simples et très rôbusfos. On évite les ressorts et autres pièces fragiles.

CAIiCUIi DU H0TEUR

±OBZ — !*• Machine a vapeor. — Puissance en chevaux, — La marche à suivre, pour établir Tavant-projet d'un appareil d'épuisement, ne variera que peu, suivant les types adoptés (*). Je roc contenterai de Tesquisser en supposant, pour fixer les idées, que le choix se soit arrêté sur une machine à simple eOet du système compound, sans délente spéciale dans le petit cylindre et sans régénérateur de force.

Les données immédiates de la question sont la profondeur il exprimée en mètres, et l'entretien d'eau K en mètres cubes ou en tonnes, par journée de 24 heures.

On se donne arbitrairement, d'après les conditions de l'exploitation, le nombre n d'heures que l'on veut consacrer chaque jour à Texhaure.

A cet égard, il est à propos de se montrer très réservé, ainsi que pour la vitesse de marche, afin de se trouver toujours en mesure de maîtriser les plus grandes venues d'eau. Il resterait par exemple la ressource, après avoir établi une marche normale sur la base de 5 coups par minute et 12 heures d'épuisement» de porter ces chiffres à 8 coups et 16 heures pour doubler l'activité; et ce ne serait même pas l'extrême limite, en cas de nécessité.

élèvent les eaux du niveau de 600 métrés à celui de 586*,50 où se trouve le moteur. Le débit du condenseur, à 48 tours, est de 3"»,6; l'excédent non repris par la pompe de refoulement retombe dans le puisard.

Celle-ci est à double effet, avec piston plongeur central. Le diamètre de ce deniier, qui est attelé à la tige du cyUndre à basse pression, est de 0",192. Les corps de pompo sont munis de soupapes annulaires Fernis, à quatre étages, avec sièges en cuir.

La conduite de vapeur présente un diamètre de 0",240. Celle de refoulement a un diamètre de 0",235, et son épaisseur varie de 15 à 45 millimètres du haut en bas du puits (Oeramler, Bull, min.^ 3", Vil, 565).

[*) Lombard, Bull, min., 1*, IV. — Leseure, Sur la machine d'épuisement, CRM, 1802, p. 9. — Griot, BulL min , 3% VUI, 808.

MOTEUR DtPUISEMENT. 385

La valeur du nombre n d'heures d'épuisement ayant été une fois fixée, il suffit de diviser K par n pour le réduire en heures, et par 3600 pour le ramener à la seconde. En le multipliant en outre par i 000 pour le convertir en kilogrammes, on aura comme expression du poidi à élever par seconde, en kilogrammes :

Si nous multiplions par II, nous obtiendrons le travail réel par seconde, exprimé en kilogrammèlrest et, en le divisant par 75, la puissance effective en chevaux :

i KH «

Quant au nombre de chevaux indiqués^ nous l'évaluerons en divisant cette valeur par le rendement présumé X (*) que l'on compte atteindre pour l'appareil. Il vient ainsi, pour la puissance nominale en chevaux : •

i KH

— Cylindres à vapeur. — On se donnera, d'autre part, le nombre m de coups de piston par minute. Le poids à élever en une minute s'obtiendra en multipliant la valeur (1) par 60. Pour en déduire celui de la cylindrée d'eau, nous diviserons par m. Nous obtiendrons le travail effectif en multipliant par H, et le travail nominal en divisant par a. Il tient donc, comme expression du travail nominal d'une cylindrée de vapeur, en kilogramraètres :

50 KH ('^^ 5 mnX '

Donnons-nous encore la pression effective k de la chaudière, le

i*) On pauf admettre pour \ la Taleur 0J5 dans une machine cTépuisemènt soigneusement étaJblie (n* VJ*)»

degré de détente j^ que Ton veut réaliser, et la tension k' habituellement atteinte dans les condenseurs, évaluée, ainsi que k, en kilogrammes par centimètre carré. La puissance o s'exprime alors par la formule connue (*) :

(p = 2,222 mKS U -+- Log. nép. N — —S .

en désignant par V le volume de vapeur sous pleine pression, c'està-dire, dans le cas actuel, la capacité du petit cylindre. Comme nous connaissons d'ailleurs (2) la valeur de o, nous tirerons de cette équation celle de V.

Le volume du grand cylindre s'en déduit d'après la loi do Mariotte, que nous admettrons pour la détente pratique de la vapeur (*), et sur laquelle est d'ailleurs fondée la formule pi^éccd^nte. Il aura donc pour valeur NV.

D'après cela, si l'on se donne la course / de leurs pistons. les éjections de ces deux cylindres seront respectivement, en mèli*cs carrés :

et leurs diamètres y en mètres :

1 oa4 — 2"* Pompe. — Corps de pompe. — Le Volume à élever par coup double est, en mètres cubes :

60 mn

(*) Zeuner, Théorie mécanique de la chaleur ^ traduction de Cazin, 541. — HatOQ de la Goupillière. Cour$ de Machines^ I, 821.

(*) Couche, Voie^ matériel roulant et exploitation technique des chemins de fer. III. 756. — Haton de la Goupillière, Cours de Machines, t. I, 814, note 2.

MOTEUR BÉPUISEMENT. »7

Si Ton admet le rendement géométrique )/ (')t'on aura cotnme volufne du corps de pompe ^ en mètres cub^s :

60 mrù!

La section sera, d'après cela, en mètres carrés

^"^^ 60 mnVr

et le diamètre en mètres :

iSicmnX

— MëUresse-tige. — La tige doit être capable d'exercer TeiTort de refouleniwit 1 000 H par unité de surface. Pour la seclion (5) du corps de pompe, il faudra donc la force :