PRIX

DE RBTIEIT

sans la pose

francs

— Les mômes précautions doivent ôtrc prises pour les tuyaux de conduite de vapeur, les effets prenant alors une importance qui croît avec la distance de transmission (*).

Aux Etats-Unis, on a installé sur une très grande échelle le chauffage des villes par la vapeur. Les tubes sont en fer, enterrés dans le sol. On commence par les recouvrir d*un papier d'amiante, autour duquel on enroule du feutre de Russie ; on entoure le tout d'un papier imperméable, et on Tinsère dans des pièces de bois forées sur un diamètre suffisant (*).

(*) Déperdition de la chaleur dans les tuyaux de \Apeur, Portefeuille économique deë machines, 1885, p. 40. ~- Enveloppes des conduites de vapeur. Comptes rendus mensuels des séances de la Société de l'industrie minérale de Saini-Étienne, octobre 1885, p. 15. — Chrétien. Transport de la vapeur à de grandes distances et sa canalisation. Ibidem, 1885. — Bounotte. Transport de la force à l'aide de la vapeur, bulletin de la Société de l industrie minérale de Saint-Etienne, 2* série, t. XIV, p. 527. — Bnistlein. Emploi de la vapeur poui* la distribution de la chaleur et de la force. Comptes rendus mensuels des séances de la Société de V industrie minérale de Saint-É tienne, 1885 p. 45. — Richou. Distribution de la chaleur et de la force motrice par canalisation d'eau chaude. Génie civil, t. 3iVI, p. 466.

(*) Brustlcin. Comptes rendus mensuels des séances de la Société de Vindustrie minérale de Saint-Étienne, 1880, p. \\i.

g4 ACTION DES PAROIS

589 — Les considérations que nous avons développées dans le chapitre XXX sur le fonctionnement de la machine à vapeur supposent essentiellement Tadiabaticité (*). Ce corps de doctrine (') présente un intérêt qu'il serait injuste de méconnaître, et doit constituer le premier degré de l'étude de ces moteurs, en fournissant une base définie qui permet des calculs précis.

Toutefois l'attention a été portée depuis longtemps sur les écarts, souvent très considérables, qui séparent cette hypothèse de la réalité, et qui tendent à rendre de plus en plus insuffisante, eu égard aux progrès accomplis, une théorie qui se renfermerait exclusivement dans ces limites.

Divers motifs militent en effet en sens contraire de l'argument fondamental que l'on invoque d'ordinaire en faveur de l'adiabaticité, à savoir la brièveté des phénomènes, tout au moins dans les machines rapides. II convient de mettre en balance la grande conductibilité du métal pour la chaleur, ainsi que l'état tout particulier dans lequel se trouve la vapeur saturée. Sous la plus faible influence, elle reprend l'état liquide en remettant en liberté un grand nombre de calories, en même temps qu'une quantité équivalente du môme fluide prend immédiatement sa place au contact de la surface (*). Aussi des condensations importantes se produisent-elles dans les cylindres (*).

(«) Nous avons déjà formulé une l'éserve fondamentale à cet égard (voy. t. I, p. 799, note 1).

0 Que l'on a nommé la théorie générique des machines à vapeur.

P) C*est le principe même de l'action des condenseurs de surface, qui exercent, loi-squ'ils sont bien décapés, une action rapide et énergique.

Dans une de ses expériences Uini a constaté une condensation de 61 ^/q dans le cylindre.

Les conditions sont très différentes pour les machines à air chaud. Ce fluide n'est pas condensable, el il est peu conducteur. Aussi la théorie adiabatique de ces moteui's présente-t-elle, pour la pratique, un caractère beaucoup plus satisfaisant.

(*) Ledoiu. De la condensation de vapeur à l'intérieur du cylindre. Annales des Uine$, ?• série, t. XI, p. 486. — Uallauer. Condensation de vapeur. Bulletin de la

C'est Ilirn qui a le premier porté la lumière sur Tinfluence exercée par les parois, en créant la théorie pratique des machines à vapeur. 11 convient de dire cependant que M. Zeuner a cru devoir rattacher les perturbations observées, non pas au métal, mais à la présence de Teau dans le cylindre (*). M. Donkin est entré dans la

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voie de la démonstration directe» en imaginant un appareil appelé révélateur, qui est destiné à rendre visibles les phénomènes de condensation et de réévaporation dans le cylindi^ (*).

Depuis longtemps Tobscrvation avait montré que le poids de vapeur dépensé par le générateur est sensiblement supérieur à celui qui devrait résulter des circonstances géométriques de la distribution. L'excédent a été mis d'abord sur le compte des fuites autour du piston; mais on a du, d'après les progrès de la construction, écarler celte explication, et lui substituer celle qui résulte de la condensation d'une partie de la vapeur d'admission, au contact de surfaces qui viennent d'être refroidies par l'écliappcment pendant la course précédente.

500 — Le cylindre et le piston commencent ainsi par agir à la manière du condenseur, et une rosée abondante se dépose sur leurs parois, qu'elle réchauffe à l'aide des calories mises en liberté.

Lorsqu'arrive la détente, la température de la vapeur s'abaisse rapidement. Quand elle atteint celle de l'eau précipitée, celle-ci commence à se volatiliser de nouveau. Il s'établit ainsi une lutte entre les deux influences; car le piston, en avançant, découvre progressivement de nouvelles surfaces froides. Cependant la volatilisation finit par dominer complètement, lorsque s'ouvre l'échappement, qui établit la communication avec rcnccinte froide du condenseur {').

La chute de pression détermine à ce moment une vaporisation abondante aux dépens de la chaleur accumulée dans le métal, en préparant celui-ci pour la reproduction des mêmes effets pendant la course suivante. La vapeur ainsi formée transporte au condenseur les calories qui avaient été fournies originairement par le

Ibidem. — Leloutre. Sur le degré d'exactitude dee donnée» d'observation d*une machine à vapeur, liéponse à M. Hirn. Paris, 1884. — Pasquier. Hevue univenelle des mines et de ta métallurgie, mai-juin 1882. — Willans. Mémoire cité, traduction Hubert, p. 49.

(*) Donkin. Bulletin de la Société industrielle de Mulhouse, février-mars 1880, p. 128; août-septembre 1889, p. 458. — Dwelshauvers-Dery. Ibidem, 28 mai 1890. — Engineering, 22 novembre 1889, p. 607.

0 En réalité le sens des échanges est des plus obscurs pour les divers instants de la détente [Sinigaglia. Traité des machines à vapeur. Traduction par de Dilly, p. 60).

générateur, et qui sont restées un instant emmagasinées dans les parois.

Ces dernières jouent donc le rôle d'entrepôt pour le calorique, et ce genre d'action constitue en réalité une véritable fuite, non plus de vapeur matérielle, comme on l'avait admis à l'origine, mais de chaleur. Cette cause de perte a été appelée par Hirn le refroidissement au condenseur.

591 — On peut résumer la description qui précède en y distinguant trois périodes : 1® l'admission, pendant laquelle l'action propre du cylindre est semblable à celle d'un condenseur ; 2® l'échappement, qui le transforme au contraire eu un générateur ; 5° la détente, durant laquelle l'action de la paroi se partage, dans ses diverses parties et suivant les moments, entre ces deux rôles (').

Mais il est essentiel de souligner ici la différence profonde qui distingue ces diverses phases. La vapeur produite pendant la détente travaille encore sur le piston. La chaleur successivement déposée et reprise dans cet intervalle se trouve inlégraleraent utilisée, et ces alternatives son! de peu d'importance. Tout au contraire, la vaporisation qui s'opère pendant l'échappement se trouve soustraite à toute utilisation. Le calorique qu'elle enlève au générateur est perdu purement et simplement; le supplément de liquide correspondant ne faisant d'ailleurs que compliquer encore davantage le jeu du condenseur, en augmentant la contre-pression sur la face résistante du piston. On voit par là que le refroidissement au condenseur atteint son maximum pour les moteurs sans détente (*).

(^) M. Thurston a énoncé cette règle pratique: que la perte due à la condensation dans le cylindre peut être considérée comme proportionnelle à la racine carrée du degré d'expansion de la vapeur (Mémoires de la Société des ingénieurs civils^ septembre 1886, p. 370). Cette loi a été vérifiée par Gately et Kletzsch.

(*) Sinigaglia. Traité des machines à vapeur, traduction par de Billy, p. 78, 81.

chehise de vapeur

592 — C'est dans cet ordre de considérations que Ton doit chercher l'explication du rôle rempli dans les machines par Yenveloppe de vapeur, appelée aussi double enveloppe, ou chemise de vapeur (^). Ce serait une grande erreur de la confondre avec les calorifuges dont nous avons parlé dans le § 3, et de la considérer comme un simple revêtement protecteur. Si elle a effectivement pour résultat de préserver contre l'influence du rayonnement la

(') Résal. Chemise de vapeur [Comptes rendwt de l' Académie des sciences^ t. LXXXH, p. 537. — Note sur les chemises de vapeur, liewe universelle des mines et de la métal' lurçie, i'* série, t. XXXIX, p. 597). — Ledieu. Chemises de vapeur {Comptes rendus de l'Académie des sciences^ t. LXXXII, p. 590. — Étude expérimentale sur l'intervention calorifique des parois du cylindre. Influence des chemises de vapeur ^ in-8*). — Him (Mémoire sur l'utilité des enveloppes de vapeur. Bulletin de la Société industrielle de Mulhouse, 1856, p. 146; 1888, p. 86. — Exposition analytique et expérimentale de la théorie mécanique de la chaleur, t. II, p. 34, 45). — Hallauer (Étude de trois moteurs pourvus d'une enveloppe de vapeur. Bulletin de la Société industrielle de Mulhouse, 1873, p. 355. — Analyse de deux machines Corliss, Tune sans enveloppe, l'autre pourvue d'une enveloppe de vapeur. Ibidem, 1875, p. 592). — Borodini. Becherches expérimentales sur Remploi des enveloppes de vapeur, grand in-8*. — Hillereau. Note sur l'économie due à l'emploi des enveloppes de vapeur. Bulletin technologique de la Société des anciens élèves des Écoles d'Arts et Métiers, juin, juillet 1882. — Combes. Traité d'exploitation des mines, t. IH, p, 557, 741, 760,779. — Couche. Voie, matériel roulant, exploitation technique des chemins de fer, t. III. p. 779. — lladamet. Thermodynamique, p. 172, 205. — Moutier. Thermodynamique, in-12, p. 130. — Verdet. Théorie mécanique de la chaleur, t. I, p. 293. — Widmann. Étude sur les principes de la eonstrueiion des machines marines, p. 75, 83. — llaton de la Goupilliére. Re^-ue des progrès récents de la construction des machines à vapeur. Annales des Mines, juilletaoût 1870, p. 123. — Leloutre. Recherches expérimentales sur les machines à vapeur {Bulletin de la Société industrielle de Mulhouse, 1867, p. 140. — Bulletin de la Société industrielle du nord de la France, décembre 1873, mars 1874). — Ernest Pasquier. Étude des machines à vapeur, Louvain, 1883, p. 72. — Walther-lleunier et Keller. Rapport sur un essai d'une machine Corliss. Bulletin de la Société industrielle de Mulhouse, décembre 1878, p. 910. — Bédé. L'Ingénieur Conseil, Bruxelles, 1878, p. 56. — Mallet. Élude sur l'utilisation de la vapeur dans les locomotives et application à ces machines du fonctionnement tompound, p. 65. — Vinçotte. Essai de la machine Sulzer. Bapporl de CAssoeiaiion belge pour la surveillance des chaudières à vapeur, 1877, p. 315.

Il est nécessaire d'iyouter toutefois que l'utilité de la double enveloppe a été contestée. En outre beaucoup de discussions restent ouvertes parmi ses partisans en ee qui concerne le degré de son efficacité, et les diverses circonstances auxquelles elle peut se trouver plus ou moins heureusement adaptée (The Abuse of the steam Jackel praetically considered by Fletcher. Londres, 1878).

48 MACHINES A YÂPEUR.

vapeur intérieure, c'est au prix du refroidissement d'une provision particulière de ce fluide (*), que devra fournir, tout aussi bien que la première, le générateur. La seule différence consiste en une légère aggravation; puisque la nouvelle surface rayonnante est un peu plus étendue que celle du cylindre proprement dit (*).

Mais Tenduit calorifuge est par lui-même inerte. Il ne saurait fournir du calorique, et il n'a d'autre rôle que de s'opposer à la transmission de ce dernier au dehors. Il préserverait tout aussi bien un cylindre de machine frigorifique contre le réchauffement provenant de l'extérieur. Au contraire, la double enveloppe constitue pour le cylindre un appareil de chauffage. La vapeur apporte au métal de la chaleur, que celui-ci transmet au fluide travaillant. De là une action d'une nature toute différente, qu'il est nécessaire d'analyser avec soin.

593 — Le but que l'on doit poursuivre consiste à obtenir que la vapeur soit sèche ou légèrement surchauffée au commencement de l'échappement ('). Dans de telles conditions, elle emportera encore, il est vrai, sa chaleur de constitution; mais cela est inévitable. On évitera du moins le transport au condenseur d'une quantité supplémentaire de calorique, correspondant à la revolatilisation de la rosée liquide dont nous avons parlé. Divers facteurs devront concourir à la réalisation de ce desideratum , dans des conditions qui sont malheureusement encore peu connues, à savoir : la pression du générateur, le degré de détente, la forme du cylindre, la vitesse du piston, et surtout la double enveloppe destinée à envoyer directement de la chaleur dans le laboratoire môme où s'accomplissent ces phénomènes.

Cette influence est essentiellement une action de paroi, qui atténue le rôle condensant du métal. Elle ne saurait se transmettre

(*) On doit tout au moins éviter TefFet inverse de refroidissement qui résulte trop souvent du contact du cylindre avec des circonvolutions du conduit aboutissant au condenseur.

[*J n y aura lieu de la recoumr elle-même d'un enduit calorifuge, pour la défendre contre les effets du rayonnement

p) Dwelsbauvers-Dery. licvue universelle des mines cl de la métallurgie^ 5* série, t. V, p. 225; Vn, \k\. '

instantanément dans toute la masse fluide, pour y combattre Thumîditc provenant du dépôt d'humidité vésiculaite qui accompagné une détente rapprochée de l'adiabaticité (').' Ilirn à insisté sur ce point, qui avait été méconnu avant lui (*). A cet égard, on ne devra pas perdre de vue que l'action de la chemise de vapeur dépend de letat de lubrifaction de la surface interne du cylindre, ainsi que des dépôts qui peuvent se former dans Tenveloppe elle-même.

594 — Il reste bien entendu que Tamelioration ainsi réalisée dans le cylindre ne Test qu'au prix d'une dépense spéciale de vapeur; mais celle-ci se trouve placée dans des conditions meilleures.

En premier lieu, la condensation liquide qui en est corrélative s'accomplit dans une enceinte distincte, où elle n'offre plus les inconvénients de la revolatilisation intempestive, et du brassage de l'eau par le piston.

De plus, on observe cette circonstance paradoxale, qui a beaucoup surpris les observateurs au premier abord, et qui est, au fond, aisée à comprendre : c'est qu'une très faible dépense de chaleur ainsi fournie peut procurer des améliorations fort importantes du rendement, dont le chiffre, dans les expéi'ionccs de M. Donkin exécutées au nombre de plus de 200 sur les types les plus divers,

a varié de lOàSS^oO-

Il ne faut pas en effet envisager seulement la grandeur absolue de l'appoint calorifique, mais surtout son opportunité. En maintenant dans la paroi un régime de température différent de celui qui prendrait naissance en l'absence de l'enveloppe, on active la période de revolatilisalion, de manière qu'elle se termine pendant la détente, en réduisant par là autant que possible le refroidissement au condenseur (^).

(*) Voy. 1. 1, p. 703.

(') Bulletin de la Société induêtrielU de Mulhouse, 25 avril 1855.

P) Bulletin de la Société industrielle de Mulhouse^ 1888, p. 80. — Ilallauer cite (Vndemy 1878, p. 502) un exemple dans lequel une dépense de chaleur égale à 1<*\445 fournie par l'enveloppe a sufli pour porter le travail recueilli pendant la détente, de 2417 à 5317 kllogram'nëtres, en l'augmentant de plus de 22 0/0. Cependant cette quantité de dialeur ne correspondrait qu'à 605 kilogrammètres, même en dehors de toute perte, an lieu de 000, différence observée.

(*) Him. Exposition analytique et expérimentale de la théorie mécanique de la eha-