CHAPITRE XXXIV

581 — Méthodes de mesure. — On désigne sous le nom de primage l'entrainement mécanique de l'eau par la vapeur au sortir du générateur. Sa mesure constitue une opération assez difficile.

Ilim a institué dans ce but une méthode, qui consiste à dériver une portion du courant à la sortie de la chaudière, pour le recevoir dans un calorimètre. De Faugmentation de poids et de température de ce dernier, Ton déduit les quantités correspondantes de calorique [x et p (*), et par suite les proportions de liquide et de vapeur contenues dans le mélange. L'application de ce procédé est délicate, et peut, en l'absence de certaines précautions, fournir des résultats erronés, et même négatifs (').

M. Leloutre a proposé une méthode différente, fondée sur la for-

{•) Voy. t. I, p. 775 et 787.

(^) Hirn (Lettre à M. Sclicurer-Kestner sur la méthode propre à déterminer la quantité d'eau entraînée par la vapeur. Uulleiin de la Société industrielle de Mulhouse, 1809. — Exposition analytique et expérimentale de la théorie mécanique de la chaleur, t. II, p. 77). — Hallauer. BullHin de la Société industrielle de Mulhouse, septembre 1874, juin 1875, 1878, p. 2^. — Zeuner. Calorimelrische Untersuchungen der Dampfmaschinen, Civil Ingénieur, 1881, G* cahier. — Uiin et Hallauer. Réfutations d^une eriiique de M. Zeuner. — Bienaymé. l^es machines marines, p. 153. — Vinçotte. Compte rendu du troisième congrès des ingénieurs en chef des associations de propriétaires d'appareils à vapeur, 1878. — Boeking et Von Heidie. Die Untersuchungen an Dampfmaschinen und Dampfkesseln. etc. 1881^

32 MACHINES A VAPEFU.

mule suivante, pour la démonstration de laquelle nous renverrons au mémoire original (*) :

2po--p-+-

w Po- -0,rj955(eo — 6)

Elle fait connaître la quantité d'eau i — x, qui se précipite au sein d'une vapeur sortie sèche de la chaudière à la température 6^, lorsque celle-ci, après un certain parcours, s'est abaissée à la valeur 0. Les symboles t/, (a, p continuent à y désigner les fonctions bien connues de la thermodynamique (*).

On doit à MM. Knight et Guzzi un appareil basé sur la mesure de l'excès de poids d'un volume donné de vapeur sortant de la chaudière'sur celui de ce môme volume saturé d'air sec (^).

M. Brocq a proposé un dispositif d'expérience, à l'aide duquel on augmente progressivement le volume occupé par une quantité déterminée du mélange fourni par la chaudière, jusqu'à ce qu'il se produise une dépression indiquant le point de saturation précise sans humidité (*).

Un procédé spécial a été fondé sur l'emploi du sel marin. Le volume y de l'eau renfermée dans la chaudière étant maintenu constant pendant toute la durée de l'essai, au moyen dune alimentation suffisante, on l'additionne au commencement de l'expérience d'un poids po ^^ ^1* 0^ détermine d'autre part, au moyen d'un dosage direct, la quantité p^ de cette substance qui subsiste à la fin de l'épreuve. Un poids p^ — p, de sel a donc été emporté par les vésicules d'eau, ce qui correspond proportionnellement au volume liquide :

(*) Leloutre (fiecliercheê expérimentale» et analytiques sur tes machines à vapeur. Détermination de Veau entraînée, in-8*, Nancy, 1883. — Bulletin de la Société industrielle du nord de la France , mars 1874. — Vérification d*une série d'essais sur une machine de Woolf. Paris, in-8"», 1885).

(«) Yoy. 1. 1, p. 775, 782, 787.

(') Lcdieu. Nouvelles machines marines, t. UI, p. 277. — Bulletin de la Société industrielle de Mulhouse, octobre 1879, p. 487. — Compte rendu mensuel des séances de la Société de l'industrie minérale de Saint'É tienne, 1878, p. 67. — Engineering, 28 décembre 1877.

(«) Revue industrielle, 24 août 1881, p. 534.

Pu — Pi Y

Connaissant d^ailleurs le volume de mélange de vapeur et d'eau qui a été dépensé par le moteur, on en déduit le degré de primage (*).

(1) M. Villié, doyen de la Faculté libre des sciences de Lille, a indiqué pour cette méthode une correction, dont la valeur est d'autant plus importante que Fessai devra être prolongé plus longtemps, dans le but d'obtenir une plus gi^ànde précision par l'atténuation de l'influence des in'égularités secondaires [BttlUtin de fa Société industrielle du nord de la France, 1890).

Il est clair que la proportion qui a été admise suppose constant le contenu salin dans le générateur, tandis que sa véritable valeur p est progressivement décroissante de Pq à pi. De là une erreur, à l'avantage du constructeur et au détriment de l'usinier, auquel ce dernier a garanti un certain degré de vapeur séclie.

La proportionnalité n'existe rigoureusement que pour un intervalle infiniment petit- Si V désigne le volume d'alimentation et mv le primage correspondant, l'entraînement élémentaire mdv emportera une quantité dp de sel satisfaisant à la proportion :

d'où l'équation différentielle :

— dp= mdv Y »

nidv = — V —^ ,

qui donne, en intégrant avec un logaritlnnc népérien :

M. Villié prévoit le cas où l'eau d'alimentation ne serait pas pure ; le volume v renfermant, avant l'addition de sel marin, un poids nv de substance saline. Dans cette hypothèse, l'évaporation élémentaire, en entraînant dp, apporte d'autre pail dans la chaudière le poids ndv. On aura donc à modifier ainsi l'équation différentielle :

ndv — dp^ mdv — »

ou, en séparant les vai'iablcs :

fndv = — y

et en intégrant :

mt = SL

Cette relation n'est plus, comme la précédente, résolue directement par raiiport à ni. n. 3

58!2 — Résultats. — En ce qui concerne les résultats pratiques, M. Leloutre annonce que les chaudières priment fort peu à la prise de vapeur, mais qu'il s'opère ensuite une précipitation rapidement croissante avec la distance (^). M. Willans a publié des essais, dans lesquels il ne trouvait pas plus de 1 7o d'eau entraînée (*). M. Thurston affirme, d'après son expérience de vingt années, qu'en conduisant bien une chaudière, on peut toujours maintenir ce chiffre au-dessous de 5 7o (')• En revanche on atteint 20 et 25 7o dans les locomotives, et des proportions encore plus élevées avec les chaudières marines, en raison de rinsui'ûsance de la surface de dégagement et du volume de la chambre à vapeur. Toutes les fois que des artifices appropriés permettent d'améliorer ces deux éléments, nonobstant les difficultés qui résultent de l'emplacement, on en éprouve un effet avantageux {*).

A cet égard on procédera par approximations successives, en se fondant sur ce que n sera ordinairement une petite quantité. En commençant par la négliger, il viendra comme première valeur :

identique, comme cela devait être, à celle du cas précédent. Une seconde approximation donne, en substituant celte valeur de m' :

c'est-à-dire :

Pi —

(lf)J

Elle sera ordinairement suffisante, sans quoi l'on continuerait à opérer par substitutions successives.

(*) Leloutre. Sources citées ci-dessus, p. 32, note 4.

(*) Pierre William YVillans. Essai sur les conditions économiques d'une machine à vapeur sans condensation. Traduction de Hubert. Revue univenelie des mines et de la métallurgie^ 3* série, t. V, p. 37.

(3) Thurston. Ibidem, 3« série, t. Y, p. 110.

[*) Notes de 6. Richard au Manuel de la machine à vapeur de Rankine, p. 710. — Lencauchez et Durant. De la production et de l'emploi de la vapeur. Mémoires de la Société des ingénieurs civils, juin 1880, p. 27.

On a également employé, pour débarrasser la vapeur de Teau entraînée : le pétrole (') ; l'influence de la gravité, en plaçant la chaudière en contre-bas; la force centrifuge, en déterminant des changements de direction, principalement dans des plans verticaux avec la convexité tournée sur le bas, afin de combiner ces deux dernières influences; des réservoirs appelés sécheurs ou réchauffeurs, dont la grande section a pour effet de réduire considérablement la vitesse du courant, et de faciliter le dépôt des particules liquides en raison de leur plus grande densité (').

On retire une influence analogue de Tétranglement produit à l'aide de l'organe qui porte les noms de valve y papillon, soupape à gorge , ou encore, au risque d'une confusion fâcheuse, régulateur (fig. 352, 353).

Pour faire passer la vapeur dans cet espace rétréci à volonté, une différence de tension est nécessaire (') ; et comme celle du générateur est déterminée, c'est en aval que se produit une chute de pression {*).

Cette diminution d'énergie interne s'effectue sans compensation dynamique ; car aucun objet extérieur ne la recueille directement; et la force vive du fluide n'en est pas non plus augmentée, puisque le mécanisme de la distribution, mené à la même allure, continue à dépenser

des volumes égaux d'un fluide plus raréfié. Le résultat est donc une surchauffe, dont l'effet sera de volatiliser les parties restées liquides. Celles-ci, du reste, auront déjà subi une première diminution» en raison du ralentissement qu'éprouve le courant en

Fig. 332 et 333. — Valve.

(Élévation et coupe méridienne.)

(>) Society of Engineen, 0 avril 1877.

P) Voy. 1. 1, p. 500.

(*) Voy. t. I, p. 436.

(*) Phénomène dont il est très nécessaire de tenir compte pour les calculs fondés sur la valeur réelle de la pression dans le cylindre.

56 MACHINES A VAPEL'R,

amont de l'obstacle, d'après la réduction de dépense en poids (*). M. Polonccau applique ce moyen dans les locomotives de la Compagnie d'Orléans, en produisant la vapeur à la pression de 16 kilogrammes, la laissant retomber à 10 ou 12 au moyen d'un détendeur, et la faisant repasser en cet état à travers des tubes immergés dans la vapeur de la chaudière (*). La différence de température due à la chute de pression a pour effet de vaporiser le brouillard, et de sécher la vapeur au degré que l'on ne veut d'ailleurs pas franchir, pour la bonne conservation de la machine.

PVHGEIJRS

583 — 11 s'accumule dans le cylindre une certaine quantité d'eau produite par le primage, et en môme temps par les condensations dont nous parlerons dans le paragraphe 4. Cet effet étant à peu près proportionnel au temps arriverait à dépasser toutes limites, si l'on ne prenait des mesures appropriées en vue de l'évacuation.

Or un tel encombrement expose aux plus graves inconvénients. En premier lieu, cette eau détermine une résistance mécanique pour le mouvement du piston. Elle exerce sur le jeu du calorique et le rendement de la machine une action désastreuse, ainsi que nous l'expliquerons plus loin. Enfin, quand le piston arrive à fond de

(*) C'est de cette réduction même que provient la dénomination de régulateur. En eifet la manœuvre de la valve remplit à cet égard, entre les mains d'un mécanicien attentif, le même olllce que le modérateur à boules (chap. L), pour régulariser l'allm'e malgré la variation de la résistance. En étranglant le courant dans une mesure sensible pendant la marche noimale, on se donne la ressource de restituer de la pression au cylindre par l'ouverture du papillon, en cas d'aggravation de la résistance; de même que l'on reste maître de laminer encore davantage la vapeur, lorsque, par suite d'une diminution dans le travail résistant, la machine manifeste une tendance à s'emballer.

On emploie ordinairement une valve tournante (fig. 332, 333), pour la facilité de la manœuvre ; mais comme elle ferme toujours imparfaitement, on lui adjoint souvent une soupape destinée à fournir au besoin une obturation hermétique.

(*) Lencauohez et Durant. De la production et de l'emploi de la vapeur. Mémoires de la Saciéiédes ingénieurs civils y juin 1800, p. 30.

course, il refoule à travers les lumières ce liquide incompressible, qui fait claquer le tiroir, et peut briser les fonds si Faction est trop brusque.

Un premier moyen de s'en débarrasser consiste, pour le cas du cylindre horizontal, à placer les orifices d'échappement de la vapeur sur la génératrice inférieure. L'eau qui s y accumule en raison de la pesanteur se trouve chassée à chaque coup de piston par la pression intérieure.

584 — En dehors de cette circonstance, on a recours aux robinets purgeurs. Ils sont d'ailleurs nécessaires non seulement pour le cylindre lui-môme, mais pour la double enveloppe, les conduites de vapeur, les sécheurs, etc. (*).

On distingue deux classes de ces appareils. Les purgeurs ordinaires sont manœuvres directement par la main du mécanicien, au moment où celui-ci le juge convenable, soit en raison du temps écoulé depuis la précédente purge, soit d'après le clapotement intérieur qui se produit dans le cylindre.

Les purgeurs automatiques fonctionnent d'eux-mêmes, par le seul fait de l'accumulation de l'eau en quantité suffisante. Un tel principe est évidemment séduisant; mais la pratique est, en général, loin de répondre à ces promesses, malgré la grande ingéniosité de plusieurs de ces systèmes. Le danger devient alors d'autant plus grand que le mécanicien, comptant sur leur fonctionnement, ne se trouve plus au môme degré en éveil pour suppléer en temps utile à leurs défaillances.

Ajoutons que, dans les machines rapides, la manœuvre du purgeur ne saurait être assez prompte pour le refermer, quand l'évacuation est achevée, sans ouvrir un court passage à une perte de vapeur au dehors, ou au contraire à une rentrée d'air, lequel, chassé ensuite dans le condenseur par le jeu du piston, y détermine une chute du vide(').

(*) Dans les machines munies d'un condenseur de surface, au lieu de laisser crou:her les purgeurs au dehors, on en recueille les produits dans le réservoir d'eau distillée, à l'aide d'une tuyauterie spéciale.

(*) On a cherché à prévenir ce dernier efTet au moyen d'une petite soupape, calée pai*

585 — On a proposé un très grand nombre de purgeurs ('). Je me bornerai à esquisser le principe de quelques-uns d'entre eux.

Dans le purgeur élastique Pougault(*), l'eau se rend en raison de son poids à un réservoir, qui est supporté en porle-à-faux par un

Fig. 554. — Purgeur Pougault à ressort (éi<^valion.)

ressort (fig. 534). L'accumulation du <iquide fait fléchir celui-ci, on déterminant par cette déformation même l'ouverture du robinet, qui se referme dès que le poids n'est plus suffisant pour le maintenir.

un ressort qui la referme dès que la tension atteint dans le cylindre la pression atmosphérique (Ledieu. Nouvelles machines marines, t. II, p. 196).

(*) Purgeurs : Caii. [Hevue industrielle, 18 mars 1886. — Compte rendu mensuel des séances de la Société de l'industrie minérale de Saint-Etienne, 1886, p. 134). — Clecet {PorlefeuUle économique des machines, 1886, p. 102. — Annales industriel/es, 1884, t. I, p. 336. — Compte rendu mensuel des séances de la Société de Vindustrie minérale de Saint-Éiienne, 1886, p. 134). — Coignet. I^s mondes, t. XLI, p. 113. — Dblihières. Compte rendu mensuel des séances de la Société de Vindustrie minérale de Saint-Étienne, 1886, p. 134. — Dreyed et Roseskrarz. Portefeuille économique des machines, 1883, p. 140. — DuMcx. Compte rendu mensuel des séances de la Société de Vindustrie minérale de Saint-Etienne, octobre 1875, p. 15; 1886, p. 134. — Fairbairx. Revue industrielle, 1881, p. 305. — Gaanjon. — K(emg. — Kœrtlxg. Ibidem, 1885, t. II, p. 215. — Laîc- CASTEO. Ibidem, 1885, 1. 1, p. 550 et 435. — Légal. Portefeuille économique des machine*, 1879, p. 17. — Lbhcaucuez. Ibidem, 1878, p. 53. — LETHuiLLiER-IhicEL. Ibidem, 1886, p. 103. — Maillard. — Paradi.nb. Revue industrielle, 6 awil 1881. — Sainte et March. — Vert.

(*) Compte rendu mensuel des séances de la Société de Vindustrie minérale de Saint- Etienne, 1886, p. 134.

DOUBLE ESVELOPPF. — DESCRIPTION. 39

Dans le purgeur à llolleur Pougault (fig- 535), l'eau soulève par son accumutation un corps llotlant, et ouvre ainsi le conduit d'évacuation.

Dans le purgeur Vaughan (fig. 556), un tube vertical est ouvert à sa partie inférieure, qui repose sur un disiiuc fixe servant d'obturateur. L'eau s'y rassemble par la pesanteur, et comme elle est peu curi-

ductrice du calorique, elle laisse plus de prise au refroidissement de la paroi, que lorsque celle-ci se trouve baignée par la vapeur. Il s'opère donc une contraction du tube, et sa base abandonne le disque en raison de ce laccourcissement. L'eau s'échappe.

La vapeur crache un instant; mais le tube, aussitôt réchauffé, s*alIonge de nouveau et regagne la surface fixe, en fermant le passage. La situation de cette dernière peut du reste être réglée à volonté à l'aide d'une vis, de manière à tenir compte avec précision de l'influence des températures.

CALORIFUGES

586 — Il est essentiel de défendre autant que possible le cylindre contre la déperdition du calorique duc au rayonnement. Il s'ensuivra une économie de combustible, un régime plus satisfaisant par la diminution correspondante des condensations intérieures, et une amélioration des conditions hygiéniques de l'atelier, que la présence de surfaces brûlantes rend parfois inhabitable.

On a essayé de diminuer la transmission de la chaleur par la surface interne; mais ces tentatives ont eu peu de succès (*).

C'est par l'extérieur qu'il convient d'agir au moyen d'enduils préservateurs, pour conserver dans le métal le calorique qui s'y trouve emmagasiné (*). L'imagination des inventeurs s'est donné carrière à cet égard ('). Le principe le plus fécond consiste dans l'interposition de l'air. C'est à elle que les tissus de laine, les

(*) M. Lissignol a proposé des fonds doublés en porcelaine, ou en verre (Mallet. Congrès internalioual de mécanique appliquée de 1889» t. H, p. 17). On a ganii de môme des surfaces non exposées au frattcment d'une lame de plomb, métal qui est trois fois moins bon conducteur que la fonte. Kennedy a également indiqué l'emploi d'un revêtement de vulcanite (Mechanicat Engineers, 1887, p. 524).

(*) Islierwood (Efllcacité des enveloppes non conductrices. Journal of Franklin Itistitute, mars 1875. — Rapport sur les expériences de M. DoUfus-Flach. Revue industrielle, 1880). — Bour. Société des sciences industrielles de Lyon, 18 janvier 1882, — Haton de la Goupillière. Revue des travaux scientifiques, t. II, p. 1028. — Ser. Traité de physique industrielle, n» 100. — Lecœuvre. Bulletin de la Société d'encouragement pour l'industrie nationale, 4* série, t. V, p. 285. — Radisson. Compte rendu mensuel des séances de la Société de l'industrie minérale de Saint-É tienne, 1880, p. 1 10.

P) Caloridor. — Calorifuge Leroy-Jaulfret, — Ruban calorifuge en liège de J. Bourdon. — Enveloppe de liège Germond de Lavigne. — Mastic paille-liège Magniat. — Liège aggloméré Garnot. — Tresses en jonc calorifuge Poillon. — Plastique calorifuge Lombard. — Enduit Pimont. — Enduit protector. — Ciment William. — Coton minéral d'I?ry-port, etc.

fourrures doivent leur efficaciU^. On a constaté que la limaille de fer transmet la chaleur avec 200 fois moins de facilité environ qu'une barre du môme métal. Les corps poreux ou fibreux, aussi bien que les substances d'un faible coefficient de conductibilité, seront donc indiqués pour cet emploi, par exemple : la paille, la bourre, le coton, le feutre, la laine, le papier gris non collé, l'amiante, le coton siliceux, etc. Ces matières doivent être maintenues absolument sèches, car leur conductibilité augmente avec l'humidité. On les assujettit contre la paroi du cylindre à l'aide d'un revêtement en bois cerclé.

— La perte de chaleur par rayonnement, rapportée au calorique que renferme la vapeur utilisée, est d'autant moins considé-, rable que celle-ci sera elle-même plus importante dans un même temps.

M. DoUfus-Flach a formulé également cet énoncé : que le rayonnement varie en raison inverse de la racine carrée de l'épaisseur du revêtement non conducteur; ce qui doit conduire à se limiter à cet égard, le degré d'efficacité diminuant rapidement à partir d'une certaine limite.

D'après Péclet, l'effet d'un garnissage de coton sur 0™,15 d'épaisseur a fait tomber de 96 Vo> dans une atmosphère tranquille, la perte de chaleur par rayonnement (*).

Des expériences de M. Wallher Meunier ont indiqué, comme résultat effectif de la condensation à travers la surface nue de divers métaux, les chiffres suivants, qui sont exprimés en kilogrammes d'eau par mètre carré et par heure :

Cuivre 2,816

Fonte 3,484

Fer 5,906

Le tableau ci-après présente quelques résultats comparatifs pour des tuyaux de cuivre recouverts de divers enduits (*).

(*] Sinigaglia. Traité des machines à vapeur. Traduction par de Billy, p. 125. (*) Bulletin de la Société indiulrielle de Mulhouse, 1880. — Compte rendu mensuel des séances de la Société de Vindustrie minérale de Sainl-Étienne, 1880, p. 112.