II

isolés et dépourvus de solidarité. La moindre inégalité dans les eflcts du tassement y déterminerait des port&Â-faux inattendus, qui se traduiraient par des tensions nuisibles, et un supplément de Irottemcnts. Autant que possible, on assure Tunité de Tassiette par remploi 'd'un môme bâti métallique, sur lequel sont boulonnés les organes fixes de la machine.

La forme de cette plaque de fondation a été autrefois un peu négligée; mais depuis quelque temps Tattention des constructeurs s'y est portée d'une manière particulière. La matière a été économisée et mieux répartie, les efforts plus coordonnés, les parties inutiles supprimées. Toutefois des tendances variables se manifestent encore à cet égard suivant les circonstances.

Le bâti de la machine Corliss a été, dès son apparition, remarqué pour sa forme spéciale. Le cylindre horizontal y est boulonne en porte-à-faux à l'extrémité de la plaque, en vue de lui laisser toute liberté pour sa dilatation. La fatigue se trouve reportée aussi directement que possible sur les paliers principaux. Le bâti américain ne touche pas à la maçonnerie. Le système est supporté sur

Dery. Découvertes récentes concernant la machine à vapeur. Bévue universelle des mines et de la métallurgie; 2- série, t. VHI, p. 587; 1873, H, H3; 1878, IV, 281, 585; 1879, V, 1, 316, 478. — Georges de Cuyper. Les machines à vapeur à l'Exposition de Moscou en 1882. Ibidem, 2* série, t. XVI, p. 481. — Dechamps. Les machines à vapeur à l'Exposition de Dusseldorf. Ibidem. 2* série, t. IX, p. 509; XUI, 370. — Tresca. Rapport sur l'Exposition de Vienne. Bulletin de la Société d^eneouragetnetU pour l'industrie nationale, 3* série, t. II, p. 523. — CoUignon. Happori sur f Exposition universelle de 1878. — Buchetti. Les machines à vapeur ac(ttelie$i avec supplément — Goury. Étude sur les machines à vapeur à l'Exposition de Vienne de 1888, in-8*. — Gustave Richard. Les machines A vapeur rapides. La lumière électrique^ t, XI, p. 386, 426, 465, 563; XII, 17, 51, 97, 174, 221, 254. 303 ; XVII. 55, 162; XII, 7, 55»; XX, 542.

Tredgold. Traité des machines à vapeur. Traduction de Hallet, 182^. — Rankine. Manuel de la machine à vapeur. Traduction de Gustave Richard, 1878. — Boume. The Steam Engine. — J. Rose. An elementary Treatise upom Ihe Sleam Engine. — Spons. Dictionary of Engineering. — Rigg. A practieal Treatise on the Steam Engine. Londres. 1878. — J CoLterill. The Steam Engine eonsidered ae a heat Engine.

— Thurston. Histoire de la machine à vapeur. Traduction de Hirsch, 1880. — Stuart. Histoire descriptive de la machine à vapeur, 1827. — L. Galloway. The Sleam Engine and ils inventors, 1881.

MuUer. La machine à vapeur, son histoire et son rôle. — Dhiand. Les nouvelles machines à vapeur. Traduction de La Harpe, Baretta et Desnos, 1870. — Radinger. Dampfmaschinen und Transmissionen in den vereinigten Staatem von Sordameriha.

— Riedler. Excursionsbericht. Maschinen Skizsen.

Agostino Caveilpro. Le Macchine a vapore. — SinigagUa. Traité des machines à vapeur. Traduction par de Billy. Paris. 1890, in-8*.

ORGANES GËNÉRAUX. 5

deux pattes assemblées au palier et au cylindre, afin d éviter Tmfluence nuisible des tassements. Le bâti-cadre de la Société du Phœnix assure aux paliers une assiette transversale développée. Le guide y peut recevoir une grande surface, en restant supporté dans toute son étendue sans porte-à-faux. Le cylindre est assemblé à la plaque à Taide de boulons à œil oblong, qui permettent la dilatation. Le bâti à baïonnette d*Allan, que construisent les ateliers Babcock et Wilcox, est coulé d*une seule pièce avec le grand palier, et boulonné au cylindre. Dans les machines rapides, on procure au système de longues portées. Le bâti repose par trois points seulement comme un trépied, de manière à rester toujours en équilibre, même sur un sol variable.

559 — La manière dont la machine est assise présente en effet la plus grande importance. Dans certaines conditions, il y a lieu de se précautionner d'une manière toule particulière contre les aflaissements du sol; par exemple pour les installations qui reposent directement sur des travaux de mines. A Montrambert, on a disposé des vérins qui permettent de redresser la verticalité du cylindre, si elle vient à être déjetée. Dans les ateliers Fourneyron, Ton a, pour des conditions analogues, construit une machine en candélabre, dans laquelle on rattache à un pied unique, dont la faible étendue prévient les tassements inégaux, deux cylindre inclinés attaquant un arbre supérieur au moyen de bielles remontantes.

Certains moteurs, relativement petits, ne s'assemblent pas toujours à une plaque horizontale. Us sont suspendus à la muraille à Taide de consoles ; ou couchés sur les montants inclinés d'un chevalement de mines pour les manœuvres de cabestan; etc.

560 — Fondations. — Le bâti doit reposer sur des fondalions particulièrement soignées. A cet égard, indépendamment de la solidité de l'assiette qui prévient les tassements, il importe d'amortir autant que possible la transmission des vibrations dans le sol.

La force vive d'une machine se compose en effet, d'après le théo-

rème de Coriolis (*), de celle qui correspond au mouvement visible de chaque pièce, réduite par la pensée à son solide moyen, et de la force vive du mouvement vibratoire rapporté à ce solide. Cette agitation moléculaire exige pour sa production une quantité correspondante de travail; mais, si elle persiste sans communication avec l'extérieur, la dépense reste limitée, et se récupère d'ailleurs intégralement au moment où l'appareil rentre dans le repos. Il en est tout autrement pour un moteur dont les vibrations se transmettent à la fois à l'atmosphère, sous la forme sonore, et dans le sol où se produit un écoulement incessant d'énergie proportionnel au temps.

Pour remédier à cette cause de perte, il convient, dans l'élaboration d'un projet de machine, de rechercher le type le moins favorable au développement des vibrations. Ces mouvements sont d'une nature essentiellement périodique; on s'attachera donc à en briser les harmonies, en désaccordant autant que possible leurs causes de production, les chocs particulièrement.

Il faudra en second lieu employer pour les fondations des matériaux peu propres à transmettre ces vibrations au terrain environnant. M. Anthoni (') établit les machines sur des supports en caoutchouc, et parvient à opérer leur isolement complet, au point d'amortir même les ébranlements déterminés par les marteauxpilons. La Compagnie parisienne de l'air comprimé a installé sous certaines fondations de machines un tapis en fibres de coco, matière à la fois élastique et incorruptible.

DIIHENSIONS DV CYLINDRE

561 — L'enceinte où s'opère la production du travail dans une machine à vapeur est le cylindre. On lui donne toujours la forme circulaire, afin de pouvoir l'aléser sur le tour.

(•) Résal. Traité de cinématique pure, p. 399.

(*) Anlhoni. Isolement complet et stable des machines en vue d'amortir les chocs et les vibrations. Mémoires de la Société des Ingénieurs civils^ novembre 1888, p. 750.

ORGANES GÉNÉRAUX. r>

Le piston est le véritable récepteur de l'énergie, que l'on a développée par la voie calorifique et concenti*ée dans la vapeur, en vue de la recueillir ultérieurement sous la forme dynamique. Cet organe parcourt le cylindre d'un mouvement de translation rectiligne et parallèle aux génératrices (').

On définit un cylindre de machine à vapeur par les valeurs numériques du diamètre et de la course (').

Ces deux éléments fournissent en effet à un praticien expérimenté un premier aperçu de l'importance d'un moteur. Ils ne sauraient cependant, 5 eux seuls, en déterminer exactement la puissance. Celle-ci s'exprime en chevaux de 75 kilogrammètres par seconde, ou en poncelets de 100 kilogrammètres par seconde (*). La connaissance de la vitesse angulaire, c'est-à-dire du nombre de cylindrées dépensées dans un temps donné, est absolument indispensable pour qu'il soit possible de déduire des dimensions géométriques la puissance de la machine. ^

Réciproquement, lorsque l'on fait connaître a priori la puissance et le nombre de tours par minute qui sont demandés pour l'établissement d'un moteur, nous savons en déduire le volume du cylindre, quand il s'agit d'en asseoir l'avant-projet (*). Mais la forme de cet organe reste encore indéterminée, si d'autres indications ne viennent fournir directement soit le diamètre, soit la course, soit le rapport de ces deux éléments, ou toute autre relation entre leurs valeurs.

56^ — A cet égard, un premier point de vue consiste à établir l'appareil, de manière à donner la moindre prise possible aux pertes de chaleur par rayonnement. On se trouve par là ramené à ce problème de géométrie : construire un cylindre de révolution de volume donné sous une surface minima.

{') A l*inverse de ce qui a lieu dans les macliines rotatives (Chap. XLIV, § 4), où le volume cylindrique est engendré par la révolution d*un piston rectangulaire.

(') l\ ne faut pas confondre cette dernière donnée avec la hauteur du cylindi*e. Celleci comprend, outre la course, un certain espace libre aux extrémités, ainsi que l'épaisseur du piston.

(*) Congrè9 international de mécanique appliquée de I8S0, 1. 1, p. 137.

(*) Voy. 1. 1, p. 817.

Si r désigne le rayon et h la hauteur, le volume aura comme expression ^n^A. Sa différentielle doit être nulle, pour assigner à cet élément une valeur constante. On a donc, en supprimant le facteur t: :

r\ih -h ^rkdr <= 0,

dr r

D'autre part, la superficie totale offerte au refroidissement comprend la surface latérale 2ir?'A, et les deux fonds, dont chacun a pour aire 7:r*. Sa différentielle doit encore être égalée à zéro pour exprimer la condition du minimum, ce qui donne, sauf le facteur 2t: :

rdh -f- hdr -h ''Irdr = 0,

dh __ h -t- 2r dr r

il suit de ces deux relations :

d'où la condition que la hauteur soit égale au diamètre^ ou encore que la projection latérale du cylindre présente la forme d'un carré (*).

Dans la pratique, on rencontre des cylindres qui s'éloignent plus ou moins de ce type. Les uns sont ramassés; la plupart sont au contraire allongés. Leur détermination dérive de diverses considérations qui viennent alors prendre la prépondérance sur la précédente, et que nous allons esquisser rapidement.

(') Le volume prend alors rcxprcHsion :

V z= ni^h = Sitr',

el rou en déduil :

en continuant à désigner par h la hauteur, qui est, comme nous l'avons dit, distincte de la course ; ce qui exige <^ué dans la valeur de V déduite de celle de la cylindrée de vapeur, on ait tenu compte du volume propre du piston.

563 — La force italique est un élément qu*il est essentiel d'envisager pour un moteur, à côté de sa puissance dynamique. 11 ne suffît pas en eflet qu'une machine soit capable de fournir un certain nombre de poncelets; c'est-à-dire de pouvoir, une fois lancée à la vitesse de régime, développer du travail avec l'activité voulue. Il faut avant tout que, prise au repos, on la mette en état de démarrer, en exerçant sur le point d'application de la résistance un effort d'un nombre suffisant de kilogrammes, si Ton tient compte du rapport des vitesses virtuelles de ce point et du piston (*). La section de ce dernier se trouve par là déterminée, ou du moins limitée, d'après la tension de la vapeur.

5641 — La valeur de la course peut dans d'autres cas s'imposer de son côté a priori.

Comme elle est, dans une machine à double effet, égale au double du rayon de la manivelle, lequel constitue le facteur essentiel du moment des efforts exercés à chaque instant; si Ton réduisait par trop cette course, il faudrait, pour transmettre le travail demandé, des forces énormes, des équnrrissages abusifs, et par suite des frottements, des prix de revient, des difficultés d'établissement accrus en proportion.

Les grandes courses présentent l'avantage de réduire l'importance proportionnelle des espaces perdus aux extrémités de la course, qui sont a peu près constants comme dimension linéaire parallèle au mouvement, et décroissent par conséquent en volume lorsque l'on vient à diminuer la section du cylindre en raison de l'augmentation de la course (*).

(') Un petit piston mené suffisamment vile serait, par exemple, capable d'élever du fond d'une carrière un grand nombre de moellons dans un temps aussi court qu'on Toudra l'imaginer, pourvu que ron charge suffisamment peu chaque cordée; tandis qu'il restera cmniriétenent en échec devant une pierre de taille de poids équivalent, qui n'exigerait cependant pour son ascension qu'un nombre égal de kilogrammétres. lors même qu'on laisserait en outre toute latitude pour la durée de l'opération. Le bloc unique ne pourra être souleré de terre que par un pis|on recevant sur une superficie suffisante la tension de la vapeur dont on dispose.

(*) A la vérité, l'espace libre s'augmente alora d'un supplément de longueur des lumières. Hais nous verrons (n* 666) que l'on reste maître, si l'on veut, de réduire celle-ci A un minimum, en installant des distributeurs distincts aux deux extrémités du cvlindre.

On remarquera encore qu'en s*éloignant de la projection carrée(*) , qui correspond au minimum de surface pour un volume donné, Ton augmente refficacilé de la chemise de vapeur, qui croit avec le rapport de la surface de transmission calorifique au volume du fluide enfermé.

La précision de la distribution se trouve de môme augmentée par rallongement du cylindre ; attendu que les petites erreurs de marche du piston, par rapport aux phases du fonctionnement de la vapeur, perdent de leur importance proportionnelle sur le parcours total.

Dans le même ordre d'idées, on peut faire remarquer, en ce qui concerne les moteurs spéciaux destinés à l'extraction des mines, qu'il imporle pour la précision des manœuvres, aux divers points de la hauteur du puits, en vue des réparations ou des sauvetages, de pouvoir déplacer la cage de faibles quantités sans que les mouvements corrélatifs du piston deviennent inappréciables, en raison du grand rayon d'enroulement des câbles. Il faut encore pour cela que la course, qui cori*espond à une demi-révolution, présente une valeur suffisante.

En sens inverse, si la course, et par suite le bras de manivelle deviennent trop grands, on arrive à exagérer les perturbations qui sont dues à l'obliquité de la bielle ; à moins d'augmenter proportionnellement la longueur de cette dernière, ce qui entraînerait pour l'ensemble un développement inadmissible.

La considération qui entre le plus ordinairement en ligne de compte à cet égard est celle de la vitesse linéaire du piston qui, à égalité du nombre de tours de l'arbre par minute, reste à chaque instant proportionnelle à la course. Il en est de même de V accélération linéaire de cet organe, et par suite des forces d'inertie mises en jeu. Dans une machine de rotation, le piston doit changer de direction deux fois par révolution; l'accélération passant du négatif au positif pour amortir la vitesse, l'annuler, et la ranimer de nouveau dans le sens contraire. Or certains moteurs présentent aujourd'hui des puissances, et par suite des masses gigantesques, ou bien dans d'autres cas des vitesses ver-

('} Remarque qui s'applique encore plus directement à la forme allongée qu'au type l'amassé.

0R6ANRS GÉNÉRAUX. 9

tigineuses. Il s'ensuit, pour les pièces métalliques, un excès de fatigue moléculaire que Ton doit s'attacher.' à limiter le plus possible (*). Nous aurons soin, pour ce motif (§ 5), d'insister avec les développements qu'elle mérite sur la question si importante de la vitesse des machines.