DESCRIPTION
345 — Moteurs à air raréfié. — Nous venons d étudier, dans le chapitre précodent, les opérateurs qui servent à mettre l'air en tension. Nous nous occuperons dans celui-ci des récepteurs destinés à utiliser Ténergie ainsi emmagasinée.
On peut les distinguer, comme les compresseurs eux-mêmes, en deux catégories, suivant que la dépression motrice est positive ou négative. On obtient ainsi les moteurs à air comprimé ou à air raréfié ('). Les premiers sont reliés par une tuyauterie à un corn-
(*) Hanarlc. I/air rairlié {firvue universelle des mines et de la métallurgie, 2* série. I. XX, p. 109. — GfUiie civil, l. IX, p. 592). — Max de Naiisoiity. Dislribution de foire motrice à doniicilo au moyen de lair raréfié de M. Boudenoot. Génie civil, t. IX, p iiô.
— Roudenoot. Commmiicatioii sur les molcui's domestiques marchant par l'air rai'étié. Mémoires de la Société des Ingénieurs civils, 20 mars 1885. — Emile Dollftis. ^ote sur la Iransiuission de force par l'air rarélié. Bulletin de la Société industrielle de Mulhouse, {"' trimestre de 1888, p. 155. — Heuuc industrielle, 7 juin 1882. — Moniteur industriel, 5 janvier 1888, p. 8. — La Nature, 10 juin 1882. — PortefruilU éeonomique des machines d'Oppcrtnann, juillet 1882, p. 100; 1885, p. 119 ; 1888, p. 17-
— Bulletin de la Société d'Encourayement pour l'industrie nationale, 1885. — Cénir civil, t. Vlll, p. 325. — Frein à vide Smilli. Portefeuille économique des machinn d'Oppermann, 1879, pi. 13. — Frein à vide Famés. Annales industrielles, 1885, 1.1. p. 205, 309. — Frein à vide Hardy. Ibidem, 1880, t. H, p. 137. — Frein continu à ride automatique. Londres, 1885. — G. Marié. Essai sur les freins continus AVesliiighouse et vacuum. Paris, 1879. — Frein à viJe. Portefeuille économique des machiner d'Oppermann, 1883, pi, 53, 54. — Seguin et Trudon. Signal avertisseur automatique pour freins à vide. Ibidem, 1880, p. 50.
MOTEURS A AIR COUPRM:. 559
prcsscur proprement Jîl, cl ces dcrnici's à «ne machine pneumatique, qui pousse en général le vide jusqu'aux trots quarts environ. Avec l'un ou l'autre type, on se trouve dis[-ens6 de la préoccu-
pation du retour, qui est au contraire inséparable (particulièi'cment dans les travaux souterrains) de quelques autres modes de transmission à dislance, tels que la vitpeui', l'eau forcée, les câbles IClédynamiques, et môme parfois l'électricité.
oiO TllERMODYNAMÏOl'E.
Ces deux procédés exercent une action bienfaisante sur Talmosphère de Tatelicr; les moteurs à air comprimé, en y déversanl Tair pur que les compresseurs ont puisé au dehors, et refoulant à travers les ouvertures de Tenceinte Tair vicié et les poussières: les moteurs à air raréfié (fig. 216), en avalant Tair contaminé, et provoquant des rentrées d'air extérieur pour le reraplacor. Ces derniers seront donc les plus exposés à Tencrassement. Les moteurs à air comprimé travaillant en général avec une dépression plus importante, puisqu'elle n'est pas nécessairement limitée à une fraction d'atmosphère, transportent l'énergie sous une moindit» masse, par suite avec une moins grande vitesse de translation, et une moindre perte de charge. Toutefois cet inconvénient se trouve atténué pour le transport dé faibles forces à une distance modérée. Pour la même raison, les moteurs à vide seront, à égalité de puissance, plus volumineux et plus encombrants. Mais, en revanche, la diminution de la pression tend à atténuer le refroidissement dû à la détente, et l'inconvénient très grave de l'empâtement des mécanismes de distribution dans la glace qui est produite par la congélation de la vapeur d'eau: circonstance sur laquelle nous insisterons plus loin.
346 — Moteurs à air comprimé. — Le dispositif est le même pour les moteurs à vide et pour les machines à air comprimé (').
(^) Moteur à air comprimé et à détenlo Boulier. î\evue unwerselle des mines et de h mélallurgie, t. IV, 1871, p. 449. — Machines à air comprimé. L\imièrc électrique, t. XV, p. 110. — Ilanarte. Notice sur une machine h air comprimé à piston hydraulique d nappe de réchauffement, in-8«, Mous, 4879. — Mallard. Étude théorique sur les machines à air comprimé. Bulletin de la Société de Vîndustrie minérale de Saint- Etienne., \^ série, t. XIÏ, p. 615. — Courtin. Éléments de la théorie mécanique de la chaleur contenant les formuler nouvelles pour le calcul des mofeurs à air comprimé. Mous, 1882. — Dwelshauvei's-Dery. Rapport sur l'Exposition d'Amsterdam. — Freina air comprimé Mégy. Publication industrielle d'Armengaud, 2* série, t. YIII, p. 501- — (îouin. Notice sur l'ascenseur à air comprimé pour chetnin de fer à fortes r.ïiM/>r*, in-S". Lausanne. 1880. — Achard. Annales des mines, 7' série, t. YI, p. 501. — Devillez. Des travaux de percement du tunnel sous les Alpes^ et de l'emploi des nwchines dans l'intérieur des mines. — Hanarle. La perforation mécanique et les nouvelles machines à air comprimé à détente, in-8*. Mons, 1879. — Colladon. Note sur l'emploi de l'air corainûmé pour le percement des longs tunnels. Annales des »iïm«. 8* série, t. XII, p. 4C9. — Aj^ostino Cavellero. Le macchine a rapore, — Slaby. Tbf Tlicory of closed Air Kngines. Proceedings of the Institute of civil Fngineers, t. LVI.
MOTEIIIS A Ain COMPHIiaf;. &11
Il n*y a pns lieu du rcslc d'eu pi'i>scuU>r en ce momenl une iluscription délaillée. Ce sujet sera traité avec les plus grands développements dans la quatrième partie dt> ce Cours, consacrée aux machines 6 vapeur; attendu qu'on principe tout appareil propre au fonctionnement de la vapeur d'eau se prûtc par cela mâme à celui de l'air comprimé. Ce fluide y peut travailler comme la vapeur clle-mémc, soil en pleine pression, soit avec délente. Seul, le condenseur ne saurait trouver ici sa place ; l'échappement se fait toujours à l'air lilii'c.
On emploie pour ces moteurs trois dispositifs essentiels : ma-
cliînc à cylindre fixe ('), machine oscillante (*). mncliino rotative ("'). Ces dernières, qui sont peu employées industriellement pour la v:<peur, ont acquis, nu contraire, pour l'air coiiiprimé une im- {Kirtance plus grande, particulieicuient en ce qui concerne les fniblcs puissances (flg. 217)-
Indépendamment des machines n\es, on n construit t-galement des locomotives a air comprimé ('). En 1840, MM. Andraud et Tcssjé du Muttay ont établi à Chaitlot le premier tramway de ce
'; VolPLirR Bnckt^l, Popp, vaii tt(-iiti<'<>, Wi-ndlmann rlr. ''l Hotpur XéRV.
' Motrui-s lliiuilc^naal. Bracoimiw, CliPiboiinier, Tnrprilnn. llilrr. Me. \\ Riboiirl. MfmoiTf de la Snrifli iln lagiairur* ririU. IM juin IS*.-). — t^omotivc HiMuiiMint Pi.rlffcui//e iiconomiqar dn marliiiin dOtiprrma»». ItW), p. R.
genre. On connaît également ceux de Nogenl-surMarne, de Nantes, ainsi que le grand développement que ce mode de transport a pris en Amérique. Ces locomotives, réduites à de très faibles dimensions, se sont introduites dans certaines mines (*), pour lesquelles elles suppriment les inconvénients du feu en ce qui concerne le grisou, de la fumée, de Toxyde de carbone. Elles ont, avec les dimensions ordinaires, rendu de grands services dans le percenjcnt du Saint-Gothard ('), pour lequel la question de la température avait acquis une importance capitale ; les limites de la résistance paraissant alors atteintes pour l'organisme humain. On substituait ainsi, à la chaleur du fover ou des chevaux, le rafraîchissement dû à la détente de Tair.
Indépendamment de son application à la commande d'un arbre tournant, en vue de divers usages mécaniques, Fair comprimé a souvent été employé à la production direcie de certains effel? spéciaux. Mais je me bornerai à cet égard à une simple énuméralion. 11 sert pour la perforation mécanique des roches f), pour le bosseyage mécanique par le choc(*), pour Téclalemenl des masses pierreuses par la pression f), pour tenir en respect les eaux souterraines dans le fonçage des puits ou le percement des tunnels i*), pour Tépuisement dos travaux de mines Ç), pour Taérage f), pour Tartillerie ('), etc.
347 — Lorsque la 'pression devient très élevée, comme dans
(*) Halon do la Goupilliùre. Cours d exploitation des mines, 1. 1, p. 707. — Appareils exposés par la Société générale dos moteurs à air comprimé du système Mékarrki, p- 20. Paris, chez Elhiou-PJrou. — Iloltzcr. Bulletin de la Société de V Industrie minérale de Saint-Étienne, 2* série, t. IX, p. i29. — Chansselle. Comptes rendus mensuels det séances de la Société de l'Industrie minérale de Saint-Étienne, 1878, p. 208.
(*) Bulletin de la Société d'Encouragement pour l'industrie nationale^ 3* série, t. m, p. 23. — Revaux. Annales des mines, ?• série, t. XV, p. 416.
(') Haton de la Goupilliére. Cours d'Exploitation des mines, t. I, ch. IX.
(*) /ft/rfc»i, p. 21i.
(S) Widem, p. 215. — Génie civil, t. XI, p. 80. — Mémoires de la Sociét/ des Ingénieurs civils, mars 1887, p. 408.— Œsterrcichische Zeitschrifl fur Berg-Àitnd IlûHenirescn, 1887.
{^] Jlaton de la GoupiUiéro. Cours d'Exploitation des mines, 1. 1, p. 555.
(") Ibidem, t. Il, p. 528.
(8) Ibidem, p. 404.
fl Ornie civil, t. IX, p. 280.
MOTEURS A AIR œHPRIHË. 54S
les moleurs Mékarski ('), qui emploient l'air fourni par des compresseurs de 50 atmosphères, certains artifices deviennent indispensables. Cet inventeur a introduit, à cet eilet, le détendeur et la bouillotte, organes qui sont représentés sur la figure 218.
• L'air comprimé ne saurait fonctionner directement dans le cylindre avec une telle chute de pression. La Tarmule (25) fournirait, en effet, pour p = 50 et ï, = 20, la valeur (,=109. d'où 0, =3—164°. Bien que ce nombre soil purement théorique, il indiquerait pour la pratique un tel refroidissement, que la marche lie l'appareil serait immédiatement entravée par des incrustations de glaee. La déperdition de tension doit donc être graduée, et ses effets contrebalancés par un réchauffement dû au passage de l'air à travers une rertaine quantité d'eau chaude. A cet effet, un réservoir vertical f*- ï»»-
, ,. 11.., DiHtndeur et houillolle H£kirskl.
csl remph, sur les deux tiers de sa (Coupo vortiote.)
hauteur, d'eau surchauffée à 1 70 degrés du thermomètre usuel. On recharge de temps en temps ce récipient, en le mettant momentanément en communication avec une chaudière ordinaire. L'air comprimé parvient dans la partie inférieure, où il est réparti par une crépine. Il traverse le bain liquide, en se chargeant d'humidité, et se rassemble à-la partie supérieure. Il s'échappe ensuite par la tubulure A pour se rendre au cylindre. Mais il doit, sur le passage, franchir un orifice variable obturé par un petit piston, lequel est réuni par une tige commune à un
(') Huchinc s air comprimé pour l'eipluiUtJon des Irsmways du sïslËnie Hékarski. Paris, ISTK. — Appareils exposés par la Société ^ûnérale des moteurs à air comprimé ïélurski, in-8*, l'aria, 1S78. — Hékarski. Génie eiril, t. V, p. 373. — Locomotive lékarski [Génie civil, t. IV, p. 58. — PorlefeuilU éeanomitpie dti machine», 18S6, P- 108),
contre-piston B. Une pression hydraulique s'exerce sur la tète de ce dernier. On peut la régler à Taide du volant C. La tension sur les deux faces de B reste sensiblement la même ; car cet organe, constitué à Taide d'une feuille de caoutchouc consolidée par une plaque de bronze, obéit aux variations de la pression difTérentielle, de manière à diminuer ou à rétablir l'étranglement du passage du gaz. L'air comprimé afllue du reste statiquement sur la surface du liquide qui surmonte le piston B, et contribue à constituer la force élastique qui règne dans cette enceinte.
Pour les appareils moins perfectionnés, on se contente d'envelopper la boite de distribution d'un courant d'eau tiède f), ou d'air chaud (•), ou encore d'injecter de l'eau chaude dans le cylindre f). On a également employé dans ce but la combustion du pétrole (^j, ou l'extinction de la chaux vive par l'eau C).
848 — On annonce, pour les moteurs à air comprimé, des rendements de 0,40 avec les petites forces, atteignant 0,50 et même 0,65 pour des puissances plus considérables. Toutefois il est bien nécessaire d'établir à cet égard une distinction, sans laquelle certaines confusions pourraient s'introduire dans l'usage.
Les chiffres précédents se rapportent au rendement immédiat de l'appareil récepteur envisagé en lui-mômc. Mais comme il ne saurait être, dans la réalité, disjoint de la machine passive destinée à l'alimenter d'air préalablement amené à la dépression positive ou négative qui constitue pour cet appareil Tagent moteur, non plus que d'une tuyauterie plus ou moins longue destinée à relier ces deux engins, il est clair que le résultat économique effectifs qui seul intéresse en définitive l'industriel, résultera de la multiplication des trois coefficients individuels de réduction. On peut fixer ces derniers aux chiffres suivants : 0,75 pour le compresseur, positif ou négatif (n~ 337, 338); 0,93 pour la tuyauterie (n* 314); 0,60 pour le moteur à air comprimé, en le supposant à dé-
(«) DeviUez.
{*) SommeiUer.
(") Siemens.
(«) Saiiit-GoUiard.
(^) Charbonnages de Grisœil.
tente (n** 555). On obtient ainsi pour la valeur du rendement (*) :
Si, au contraire, le fluide n'agit qu'en pleine pression sur le piston, en effectuant sa détente en pure perte dans l'atmosphère^ on fait, de ce chef, une nouvelle perte qui peut être évaluée à moitié environ :
On ne peut donc alors compter, pour le résultat définitif, que sur une utilisation d'un cinquième ('). C'est peu, assurément, au point de vue mécanique; surtout lorsque nous comparons ce chiffre à ce que nous ont présenté les bons récepteurs hydrauliques. Mais j'ai déjà eu Toccasion de faire remarquer (n** 515) que cette combinaison se recommande beaucoup plutôt par des avantages accessoires très essentiels que par l'économie de travail.
Quant au prix de revient, il est naturellement assez variable f ). On peut cependant admettre que pour transmettre, à un kilomètre, une force utile d'un chevaU il faut dépenser par heure, tout compris, de0^25 à 0',50. Sur ce total, 0',05 à OMO correspondent à Tintérôt et à l'amortissement des frais de premier établissement, et 0M5 à 0',20 aux salaires, à l'entrelien, aux fournitures et aux consommations courantes.
