CHAPITRE XII

THË9KIE BES ACCVBUJIiATEVBS

ttO — L'énergie que la pesanteur communique à un récepteur hydraulique est ordinairement dépensée par lui dans l'usine au fur el à mesure de sa production. Cependant nous avons vu que lorsque le cours d'eau qui alimente la chute motrice présente une trop faible importance, on se trouve conduit à laisser s'accumuler son débit, pendant un certain temps, dans un bief de retenue, en vue de dépenser ensuite d'un seul coup cette réserve par éclusées, en un temps relativement court (p. 213).

Ce principe, ainsi introduit pour accommoder une force insignifiante à des industries plus importantes, a reçu une extension des plus remarquables. On en est arrivé à employer des moteurs d'une puissance notable par elle-même, mais dans des conditions qui permettent de dépenser, en peu de temps, d'énormes quantités d'énergie, hors de proportion avec la force en chevaux qui a servi à les accumuler longuement. On parvient ainsi à donner des coups de collier, séparés par certains intervalles que l'on utilise pour renouveler l'approvisionnement de cet accumulateur.

*ff — Presse hydraulique. — Le point de départ de cette action

332 MOTEURS HYRRAtlLIODES.

se trouve dans l'emploi de la presse hydraulique ('). Cette admirable

machine a été inventée par Pascal en 1650 ('}. Mais l'art des con-

fig. 156. — ?Ttsse bjdraiilique (élâiation).

struclions mécaniques ne permettait pas alors de maintenir sans fuites de semblables pressions, et la réalisation des hautes tensions.

Plg. K^. — Presse hydraulique <coupe l'erllcalc).

au moyen de cette presse, n'est devenue possible que par l'introduction du cuir embouti, effectuée par Bramah en 1796 ('). Je me borne à rappeler ici que le principe de cet appareil

(') Deltunaj. Court élémentaire de mécanique théorique et appliquée, 1851, p. Hl-

— Brisse et André. Coure de phyeique, M\. — Armengaud. Pufr^icutian indiutritUe, XVI. 5. — R. Wilson. Ou improved hydraulic Prédites {Inititation of mêfhaniett Eagitteer; novembre 1877J. — K. II. Tweddel. Amcricsn direct acliiig Steim aDil h^draulic Presses [ibidem, tmri, t87S). — W. Siemens. Constiiictioa ofVessels ta resisl high inlenial Pressures {ibidem, avi-il 1878).

Cl TraiU de léquilibre det liqueur*.

(^) Harié. Élude sur le frottement des cuirs emlmulis des presses bidrauliques {Annale» dei mine; !• série. 1. XIX, p. 101).

AaUUUUTEURS. 553

(Gg. 156, i57) consiste h opposer l'un à l'autre deui pistons, mis en rapport par l'inlcrmédiaire d'une certaine quantité d'eau ('). En raison de rincomprcssibilité des liquides, le volume déplacé par le plongeur qui se tvouve soumis immédiatement à l'action du moteur, provoquera l'émersion d'un égal volume de l'autre plongeur, porteur d'un plateau sur lequel on a disposé les matières à comprimer, quand tel est l'objet de l'appareil. Les hauteurs des deux parcours seront donc en raison inverse des sections, c'cst-àdirc des carrés des diamètres des deux pistons. De là un moyen simple de pousser à outrance la multiplication des forces, puisqu'il suffit, pour cela, de disposer du rapport des rayons.

Toutefois une excessive petitesse du diamètre du plongeur de pénétration épuiserait immédiatement la lolalilé de sa course, en produisant l'émersion d'un volume trop faible pour déterminer des fffets de quelque valeur. On se trouve donc conduit à retirer ce plongeur au dehors, afm de le remettre en état de donner un nouveau coup de piston. Il est dès lors nécessaire qu'un clapet de retenue s'oppose au retour en arrière du liquide déjà chassé dans le second corps de pompe.

Mais il vient un moment où le jeu de ce clapet se trouve lui-même entravé, ce qui impose une limite à l'ancien mode d'action. M. Desgofl* (*) a donné , dans ses presses sterliydrauliques (%> 158, 159), le moyen de tourner cet obstacle, en substituant, à partir de ce point, au jeu alternatif des pistons, l'action continue d'une vis qui pénètre dans le sein du liquide. On est arrivé ainsi à créer des pressions atteignant le chiffre inimaginable de plusieurs milliers d'atmosphères. Le manomètre à eau capable de les équilibrer par la pensée devrait donc présenter, en nombre ronds, un nombre égal de myriamètres de hauteur.

*8I8 — Accumulateur. — On voit par ce qui précède que, sous le rapport statique, le problème de la réalisation des grandes compressions avait déjà reçu une solution aussi complète que possible.

:') Od parfoii de glycérine.

l') Preues sterliydrauliques Dcs^lT el Oliviei- (Tresca. Bulletin de la SocUU d'eiiemirtgeintnl pour rindutlrie iialionale, LXVII, H).

Mais il restait, au point de vue dynamique, à donner aux moteurs un développement analogue, pour les rendre capables de dépenser l'énergie avec une énorme intensité. C'est ce dernier pas qu'a franchi M. Armstrong, par son invention de l'accumulateur hydrauli-

Fig. 158. — Presse slerb)ilr>u]ique Otr^ùtl {Ëléïaliuii).

que ('). Cette création, sans contredit l'une des plus remarquables de ce siècle, a puissamment concouru à renomeler la face de l'industrie, en permettant de surmonter des obstacles avec lesquels on n'aurait pu auparavant songera se mesurer.

(<) G, Richard. Revue générale des chemine de fer, décembre 1883, p. 38D. — Arinen)^ud. Publicaliou induilriellf, Wlt, 10. — UppermaDD. Porlefeuille économiqtit det machine», 3' série. I. K, p. 121. — Achsrd. Transmission par l'eau sous pression (Annale» det minet, 1S70). — Cailou. Court de machinet, 1,950. — Barret. A'ob iiir tn appareilt mut par Veau tout preitien, Harseille, 1870. — De >'ansout<f (Cffme citil. avril 1S8Î). — Hirsoli. Rapporli du Jury inlernalional de VExpotition de 1878, ft. Tl. ri. 54. p. 36j.— Fonlalnc. iii«ftfulion ofmcchanicai Engineert., i\àa\%l\.— }Lotia. Ina. — Frederlclt Coiycr. Bydratilk Sleam and Hand Foirer li/ïhig and Pretting Mechinery. — Armstrong. The Hislorv of Ihe moderii dcveloppmciil of Water pressure niachinerv (Proceeding* of Ihe InttitutioH of Ihe civil Engineert, L). — Percy Westniacoil. Hydraulic uiacbinery for WarehousinR [Proceeding» of Ihr hutilutioa of mechanieiil Engineert, 1800). — R, LuUiy. On lalves aiutablei tor workiug liydrauiic machiiicrv [Journal oflhc Iron and Sied Imtilule, 1871).

ACCUHllUTËURS.

Rien n'est plus simple à concevoir que le dispositif d'un accumulateur (fig. 160, 161). Imaginons un piston engagé dans un cy-

Fïg. 139. — Preue sterliydranUque DesgolT {coupe verticale).

lindre vertical, et soulevé progressivement par l'action d'une batterie de presses hydrauliques, qui injectent de l'eau au-dessous de lui, sous l'empire d'un moteur quelconque ; lequel sera ordinairement une machine à vapeur. Ce piston est chargé d'un poids P excessivement lourd ('), et tel que son rapport à la section Q du piston soit égal à la pression p par unité de surface, que l'on a en vue de développer :

P = pa.

Le millième de cette pression représente la hauteur d'eau H théo-

(■) Ou parfaii maintenu par un ressort antsgonisle cxtrànement torl, dont, i ti <criU. la réusUnce n'est plus alors consianli^.

riquement équivalente {éq. 2, p. 8) :

Quand on voudra faire remonter le poids V de toute la hauteur A du cylindre, on aura besoin de dépenser un travail considérable P/i.

Mais, une fois le système panenu au sommet ('), il sufGra qu'un taquet, déclanché par sou arrivée, débraye les presses en fermant Ir robinet d'entrée du liquide, pour que celui-ci reste emprisonné, avec la tension qu'il a acquise. Il forme alors une réserve potenlielle déturgie, que l'on pourra ensuite dépenser ù volonté, à un instant quelconque.

On n'aura, pour cela, qu'à ouvrir un autre robinet, admettant le liquide dans un récepteur hydraulique approprié, qui sera ordinairemenl une machine à pistou (chap. XI), La descente de l'appareil renclanchc d'elle-même les presses, qui se remettent de suite à travailler.

Le cylindre devient

ainsi l'équivalent du

bief de retenue d'une

fi,. ,.,.-. ccu,..i.u.,, *"'= hydraulique fie-

tive, de hauteur H, que

l'on aurait rempli peu à peu, de manière à y emmagasiner une éclu-

(') Il est iudispenssbio qu'un accumulaleur rcnlenne toujours un appareil de sûreté, destiné à prévenir la sortie du piston plongeur à Iraters h garniture, et le.1 désasirei qui en seraient la conséquence. >ous en verrons plus loin un eicJiiple (n* S3i).

sec de volume Qk. Sa puissance théorique aQh. H, ou Vh (éq. HZ) reproduit bien, en effet, le travail dépensé. Dans la réalité, celte hauteur H est assez considérable pour se compter par kectojnètret.

SS8 — On trouverait cependant une limite à la puissance de eus appareils dans cette circonstance, que, pour augmenter H sans élever démesurément la valeur de P, il faut diminuer celle lie Q(éq. 115). Or, la construction de pis- Ions très minces destines à de tels efforts présenterait des difficultés insurmontables.

M. Tweddel a tourné la difficulté {') par l'introduction de son accumulateur différentiel (fig. 162). On substitue au plongeur ordinaire une tige-guide, dont les deux tra- ^ées présentent des diamètres distincts, mais très peu différents. Elle traverse de part en part les fonds du cylindre, à travers des garnitures. Au fur et a mesure que le poids s'élève avec elle, la portion lio celte tige qui se trouve enfermée dans le corps de pompe, sur une longueur toujours lu même , se répartit inégalement entre le grand et le petit diamètre. De là nue variation du volume immergé, qui sert à loger l'eau d'injection. On peut ainsi, [wur opérer le soulèvement, employer un p^.. ,gj

volume liquide aussi petit que l'on voudra, Accumuiiiieurdifférciiiiei, puisqu'il résulte de la différence de deux

tlémenls arbitraires , et, par suite, augmenter la tension sans autres limites que celles qu'imposera la solidité du cylindre.

SS4 — M. Tweddel a proposé également, dans le même but, un

i', Twedrlrf. ImlittUiou af medianieal Engiiicert, jimet lfl72, aoùl I87i. — G. Richard. Les jheuses pour clinudièrcs de locomolivcs (Hevue générale dei e/ieniiiinU ftr. décembre 1883, p. 380). — Hirscli {ftapporli du Jvry iiiltriialiottal de VExpotition de 1878, groupe VI. cl. M. p. 373).

accumulateur multiplicateur ('). Son organe essentiel est une lige munie de deux pistons de diamètres inégaux ffig. 165). L'équilibre de celte dernière ne pouvant avoir lien (ju'avec des efforts égaux sur les deux faces, y développe des pressions en raison inverse de leurs surfaces, ou du carré des rayons. On peut donc, en appliquant soih le grand piston une tension sufllsanlu, amplifier celle-ci suivant un rapport arbitraire dans l'enceinte supérieure.

%36 — Si l'accumulateur pcrmel lie réaliser des puissances aussi considérables, on peut dire qu'il présente en même temps un défaut assez sérieux, à savoir l'inflexibilité de cette puissance dans une constance absolue , opposée s la souplesse que possèdent, au contiaire, beaucoup d'engins pour s'adapter auï variations de la besogne a produire.

On remai-quera, en effet, que l'appareil n'a qu'une seule manière de restituer l'énergie dont il est devenu dépositaii*: c'est de laisser redescendre son piston et écouler l'eau qu'il renferme. Supposons, d'après cela, que l'on veuille, pour un motif quelconque, l'employer accidentellement, non plus à vaincre d'énormes résistances, mais à produire, au contraire, une dépense de travail très modérée sur le même parcours qu'auparavant. Il s'agira, par exemple, d'une grue hydraulique destinée à élever, dans les conditions ordinaires, des fardeaux considérables P' à une hauteur h' telle que l'on ait (') :

P'ft' ^ ?h;

{') C. Richard. Les rive cAcntiQ* de fer, décembre

(■) En laissant sauE-eQl«Ddue. pour plus pwl absorbée i>ar les résistances passiTCS.

pour chaudières de locomotives {Remie géairalt iei

siinplicild dans cette explication. I*

et Ton veut, pour une fois, se borner à élever à la même hauteur h\ non plus le poids P' déterminé par cette relation, mais un objet (l'un poids beaucoup moindre P'^. Il faudra, dans ce but, dégorger tout le liquide comme à l'ordinaire, puisque c'est la seule manière de faire exécuter, au piston du récepteur auxiliaire, le déplacement voulu. On dépensera donc toute la provision d'énergie PA de l'accumulateur, c'est-à-dire FA' qui lui est égale. Comme, en même temps, on n'en utilise que la partie P/A', il deviendra nécessaire (l'user au frein la différence (P' — P,')A', sous peine de voir cet excédent produire des accélérations désastreuses, et tout briser en fin de course. Les manœuvres auxquelles sont destinés ces appareils pourront donc souvent se trouver gênées par cet obstacle, et elles deviendraient, dans tous les cas, anti-économiques.

On a cherché, pour de telles circonstances, à leur rendre une certaine élasticité, par l'introduction des accumulateurs à double pouvoir (*). Il suffit, à cet égard, de surmonter le piston qui a pour section û, d'une tige de section «o. Si l'on n'introduit l'eau en charge que sous la face inférieure, les choses se passeront comme à l'ordinaire, avec la totalité de la puissance. Mais si l'on admet le liquide à la fois des deux côtés, il n'exercera plus qu'un effort résultant, dont le rapport au précédent sera celui des sections a> et û, ou, en d'autres termes, des carrés des diamètres. La dépense d'eau se répartira, de son côté, dans le même rapport ; puisque le mouvement du piston fait refluer, d'un côté à l'autre, un volume proportionnel à Û — (0. Il ne reste dès lors à fournir par l'accumulateur que la différence entre û et û — w, c'est-à-dire o).

M6 — Transmissions hydrauliques. — L'emploi de l'eau sous pression pour faire mouvoir un récepteur à piston et à tiroir, présente comme avantage caractéristique la haute tension qu'il est facile de lui communiquer, et qui serait irréalisable directement avec la vapeur ou l'air comprimé.

Il est vrai que Ton se prive par là de l'emploi de la détente, dont il est possible de tirer, avec les fluides élastiques, un si utile parti;

(*, Hasties {The Engineer, 23 avril 1880, p. 304). — Mayer (Engineering, 10 septembre 1880, p. 21i).

mais, en revanche, Tincompressibilité de l'eau assure aux manœuvres, pourvu qu'elles soient suffisamment lentes, et sans lancé, une précision toute particulière. On a comparé, à juste tilre, cet appareil à un serviteur robuste, silencieux, docile et ponctuel.

Ajoutons que Teau sous pression se recommande encore comme l'un des modes les plus simples de transmission à distance de la puissance dynamique. Rien n'empêche, en effet, d'allonger progressivement, par la pensée, le tuyau qui sert à réunir l'accumulateur producteur de la tension, avec le récepteur auxiliaire destiné à la mettre en œuvre. On peut ainsi recueillir, s'il y a lieu, sur un premier point, l'énergie qui s'y développe naturellement, ou du moins économiquement, et la dépenser sur un autre pour lequel elle fait défaut, ou, dans tous les cas, deviendrait d'une production onéreuse.

Je rappellerai, à cette occasion, que les ressources actuelles de la mécanique fournissent, pour ce problème de la transmission des forces, les solutions suivantes, qui pourront, bien entendu, n'être pas toutes également acceptables dans un cas donné : l** un très long arbre de couche ; 2*" une série de barres de renvoi (*) ; 5" les câbles télodynamiques ; 4** l'air comprimé; 5" l'électricité; 6" l'eau sous pression (•).

la transmission par les fluides possède cet avantage précieux que le frottement y est indépendant de la pression (p. HO). Les résistances passives mises en jeu seront donc moins directement liées à l'importance des effets à transmettre, que lorsqu'il s'agit de corps solides ou de câbles. On y trouve également de grandes facilités d'installation, particulièrement pour les mines; car le système, entièrement dissimulé dans une tuyauterie, qui pourra même, au besoin, être enterrée, sera beaucoup moins encombrant que les précédents. On peut enfin, avec la plus grande facilité, pousser lrè5 loin la subdivision de la puissance transmise aux divers points

(^) Moyen suranné, auti'efois employé dans les mines. Son rendement est détesUble en raison des vibrations, du grand nombre des articulations, etc. (Haton de la GoupiUière. Traité des mécanismes y p. 184. — Halon de la Goupillière. Cours d'exploitation des mineSy t. l, p. 779.)

{*] Haton de la GoupiUière. Cours d^ exploitation des mines ^ 1. 1, p. 780.

ACCUMULATEURS S il

il'un atelier, ou gux différents ateliers d'une même ville. La puissance hydraulique est ainsi devenue une sorte de denrée, qui se trouve débitée au public, suivant ses demandes et à certains tarifs, par une municipalité ou une Compagnie industrielle ('). En compensation de ces avantages, il ne faut pas perdre de vue que la gelée expose aux plus graves inconvénients, si l'on ne s'environne, a cet égard, de toutes les précautions nécessaires.

CS7 — Quant au rendement, on doit considérer le coefiicient économique de l'appareil hydraulique complet comme le produit de trois rendements distincts ('), à savoir : celui des pompes de compression, celui de la canalisation qui relie l'accumulateur au récepteur, et enfin celui de ce dernier. On admet ordinairement le rhiffre de 0,70 pour les pompes, et l'on pourrait, en thèse générale, espérer un résultat analogue pour les machines à colonne li'eau (n* 208). Il sera sage, cependant, de l'abaisser à 0,50 pour tenir compte de ce que ces récepteurs fonctionnent souvent audessous de leur puissance normale, avec l'aide du frein (n" 225). Le produit de ces deux coefficients donne déjà 0,55 ou environ un tiers.

En ce qui concerne la canalisation, l'on doit, ainsi qu'il vient d'Clre dit, noter, comme une circonstance très favorable, que ia perte de charge ne dépende pas de la pression, dont l'énorme intensité serait, sans cela, écrasante au point de vue économique. Elle est seulement fonction du diamètre, que l'on peut choisir à volonté, et. en second lieu, de la longueur, qui s'impose au contraire directement. Sous ce rapport, le rendement doit donc être considéré comme indéterminé au point de vue général.

Il est facile, à cet égard, d'évaluer le diamètre D qui permettra de lui attribuer une valeur arbitrairement choisie >.. La perle subie sur la charge disponible H aura, en effet, pour expression {I — X) H. Mais, d'autre part, elle est également représentée par il

(') La >ille de Hull a été la première i orgatiher, sur une grande échelle, la ditlribtilion de la force tiidniuliquc (GAii'e civil, V, 258. — flewue induitrielle, ii mai 188!,

(*) A. ichard. De la lraD«mlssion cl de la distribulion àM forces motrices i grande diilancp {Amialet dtt minet, V sérif, t. VII, p. 14»].

(n** 74), d'où la relation :

On a d'ailleurs :

I X ,, *n, 4B /4Q\« 4'BQ»

Or, si Ton désigne par N le nombre des chevaux-vapeur développés, 75 N sera le nombre de kilogrammèlres par seconde :

75N — rjQH,

On tire de là :

5 y BN>