II

i30 MACHINES A VAPEUR.

fluence de la pleine pression est maintenant rempli par un fluide dont la densité a diminué en même temps que la tension. Il correspond donc à un moindre poids d'eau vaporisée. La puissance de la machine en sera directement atteinte à la vérité; mais, quant à la variation du rendement, il y faut regarder de plus près pour pouvoir formuler une conclusion précise. Une distinction fondamentale s'impose à cet égard, suivant que la machine est à condenseur ou à simple échappement dans Tatmosphère.

Supposons d'abord une machine à condensation, et, pour simplifier cette explication, plaçons-nous par la pensée dans des conditions purement abstraites. Je suppose un condenseur parfait, procurant le vide absolu. La chaudière fonctionne à k kilogrammes par centimètre carré. La distribution s'elfectue en ce moment sans aucun étranglement. La tension sur la face motrice du piston est donc /;, et comme le vide existe sur la face opposée, la pression effective est également k. La consommation d*eau correspond au volume déjà engendré par le piston au moment où Ton coupe la vapeur, rempli avec le poids spécifique qui est relatif à la tension k.

Actuellement déterminons une perte de charge, et, pour plus de netteté, exagérons-la jusqu'à faire tomber la pression à 1 kilogramme par centimètre carré. Sur la face opposée, la tension est nulle, la pression effective est donc également de 1 kilogramme ; et la consommation correspond au poids qui remplit le volume en question avec la densité relative à cette tension de 1 kilogramme.

On voit que d'un cas à l'autre le travail de la pleine pression se trouve diminué dans le rapport de A à 1. Nous admettrons par approximation qu'il s'ensuive la même conséquence pour la détente, et par suite pour l'ensemble de la période motrice. Mais en môme temps la consommation se trouve réduite dans le rapport des densités, qui est également celui de A* à 1, si nous admettons la formule de Mariotte (*). Il s'ensuit que le rapport du travail développé au poids d'eau vaporisée, et par suite au combustible consommé, n'a pas varié par le fait du laminage, qui a été pourtant poussé à outrance dans l'exemple précédent.

(») Voy. t. I, p. 815, noie.

65IB — Envisageons en second lieu une machine à échappement libre. Le piston supportera sur sa face opposée à la vapeur la pression atmosphérique, que nous réduirons pour simplifier à 1 kilogramme par centimètre carré.

En supposant d'abord Tabsence d'étranglement, la tension motrice est k, la pression opposée 1, Peffort effectif par centimètre carré k — 1 . La consommation est proportionnelle à la densité de vapeur qui correspond à la tension k.

Étranglons maintenant la vapeur comme dans le cas précédent jusqu'à la pression de 1 kilogramme. La tension motrice est 1, la contre-pression i, l'effort effectif zéro, ainsi que le travail par conséquent. Et cependant, pour atteindre ce résultat nul, on fournit encore une quantité de vapeur représentée par le poids proportionnel à la densité de vapeur qui correspond à la tension de 1 kilogramme.

Le rendement qui, dans le cas précédent, n'avait ressenti aucune variation, a donc subi cette fois-ci la perte la plus complote, puisqu'il est tombé à zéro. La conclusion change par-là totalement. Tandis que dans le premier cas on ne perd rien, dans le second on perd tout (en répétant encore toutefois que ces aperçus restent basés sur des approximations très hardies).

Concluons donc, en tempérant ce que ces résultats peuvent avoir de trop absolu, que les effets de l'étranglement sont très directement influencés par le mode d'évolution de la vapeur. Fort atténuée pour les machines à condenseur, la perte reste beaucoup plus accusée avec le moteur à échappement libre (*).

668 — 11 est un second point de vue que nous devons également faire entrer en ligne de compte, pour apprécier sainement la question de l'étranglement.

Nous avons admis jusqu'ici que la vapeur reste saturée; mais il

(*) Cette difTérence permet d'expliquer les divergences d'appréciation qui se sont produites à l'origine, entre les ingénieurs de la marine et ceux des chemins de fer. Les locomotives, qui ne sauraient transporter avec elles l'eau nécessaire ft la condensation, sont toujours à échappement libre. Au contraire la navigation, pour laquelle on a l'eau froide k discrétion, ne manque pas de lui emprunter les bénéfices que procure remploi du condenseur.

n'en est pas toujours ainsi. La chute de pression qui s'effectue ici sans compensation extérieure (*) s'accompagne théoriquement d'une certaine surchauffe (*).

Supposons en effet qu'une diminution de tension vienne à se produire. La quantité de chaleur qui serait nécessaire pour constituer directement de la vapeur saturée à cette pression atténuée serait évidemment moindre. Or le fluide est resté dépositaire de son ancien calorique de constitution, sans avoir dépensé lexcédent sous forme de travail mécanique. Il se trouve donc dans les mêmes conditions que si Ton avait commencé par appliquer au liquide le nombre de calories nécessaire pour le faire passer à l'état de vapeur saturée, puis à celle-ci le surplus de la chaleur, qui aura dès lors pour effet de la surchauffer. Le résultat sera tout au moins, suivant les cas, de la débarrasser plus ou moins complètement de l'humidité qui s'y trouve mélangée, ce qui améliore les conditions du fonctionnement (•^), tout aussi bien que le ferait la surchauffe elle-même (*).

B54 — Il y a même lieu, sous ce rapport, d'établir une distinction.

Un premier mode d'étirage se rencontre toujours dans toutes les machines; c'est celui qui se produit aux lumières par le jeu du tiroir. Un second procédé peut ou non intervenir, au gré des ingénieurs; c'est l'emploi de la valve, et parfois d'un détendeur spécial placé sur le trajet de la vapeur. L'intervention de ce dernier se recommande notamment pour concilier avec les ménagements dus au cylindre et à la distribution, les avantages que présente, dans le cycle parcouru par la vapeur ('), une haute pression que

(^) En négligeant les flottements, la conductibilité calorifique, etc.

(*) l\ est peirois de penser que l'ancienne appréhension inspirée aux constructeurs par l'étranglement était nne opinion toute faite empruntée aux hydrauliciens. Pour ces derniers, en effet, ce phénomène reste très nuisible, sans comporter aucune des atténuations que nous venons de rencontrer relativement à l'influence du condenseur ou de la surchauffe.

Tout au conti*aire, on commence à recourir dans de fréquentes occasions à l'emploi des délenteurs proprement dits, ainsi que du laminage par la valve ou aux lumières.

C) Voy. t. I, p. 812.

(♦) Voy. t. I, p. 837.

(») Voy. t. I, p. 8i6.

toléreront beaucoup plus facilement les conditions d'établissement des générateurs (*).

En ce qui concerne le laminage aux lumières, on en a parfois contesté Tefficacilé. Il semble cependant que le résultai en doive être théoriquement encore plus prononcé que celui de Tétranglement en route (*). Supposons en effet que la chaudière engendre une pression représentée par OA{rig. 572), que p Ton se propose de détendre jusqu*à OB par Tun ou par Tautre de ces deux modes. Si Ton étrangle seulement à Taide du tiroir le fluide amené jusque là par de larges conduites sans perte de charge , la tension sera OA pour le premier instant du démasquemenl. Elle décroît ensuite progressivement, afin de

subvenir, par la différence ainsi créée, à l'écoulement de la vapeur destinée à remplir l'espace engendré par le piston avec une vitesse croissante. Le tracé représentatif s'abaissera donc de A en C, pour rester ensuite horizontal jusqu'en D, instant où l'on coupe la vapeur. Le travail recueilli est alors représenté par Taire OACDE.

Si, au contraire, la réduction de pression a été réalisée à l'aide d'un détendeur spécial placé en amont de la boite à vapeur, cette enceinte se trouve pour son propre compte à la tension réduite OB. Elle ne pourra donc fournir que cette pression dès le premier

C) Sauf les aUénuations qui ont été présentées ci-dessus (N<* 601, note). (*) C'est ce que l'expérience vérifie particulièrement pour les dépressions notables (Sinigaglia. Traité des machines à vapeur. Traduction par de BiHy, p. 64.

Fig. 37i.

134 MACHINES A YAPEUR.

instant du démasquement ('), et l'ordonnée initiale du diagramme sera OB. Le travail se trouvera ainsi réduit à OBCDE.

Le résultat est, par conséquent, amélioré proportionnellement dans le premier cas, de l'appoint :

ABC OBBË '

à égalité de consommation, point essentiel. En efTet, le poids introduit dans le cylindre est, pour les deux cas, celui du volume marqué par Tabscisse Od, rempli de vapeur à la densité qui correspond à la pression figurée par l'ordonnée dd ou OB.

655 — On peut de môme établir que la surchauffe procurée par le laminage aux lumières est plus économique que celle qui s'obtiendrait par l'application directe de la chaleur.

En effet, avec ce dernier mode, les calories supplémentaires sont communiquées à la vapeur sous une pression sensiblement constante. Au contraire, dans le cas du laminage aux lumières, la détente s'opère pendant une partie du temps en présence du vide, ou d'une pression atténuée. Il n'y a donc pas autant de travail externe à fournir pour l'expansion correspondante, et la différence devra se retrouver en énergie interne.

Un aperçu numérique permet, du reste, de reconnaître que cette influence est au fond très peu considérable, et ne présente guère qu'un intérêt théorique. Portons, par la pensée, un kilogramme d'eau, de la température zéro à celle de 152 degrés, c'est-à-dire à la pression de 5 atmosphères, pour l'y transformer en vapeur saturée. Il faudra lui fournir dans ce but la quantité de chaleur :

Si l'on veut ensuite surchauffer directement ce fluide jusqu'à la température de 240 degrés, que je prendrai ici comme exemple, on

(') En négligeant même la perte additionnelle qui se produit sur ce point.

devra lui communiquer encore :

en désignant par C la chaleur spécifique moyenne relative à la loi peu connue de la surchauffe. Nous avons vu à cet égard (*) que les expériences de Hirn autorisent à prendre approximativement pour ce coefficient la valeur 0,48. Il vient ainsi :

et comme total :

D'un autre côté, portons d'emblée ce kilogramme d'eau à la température de 250 degrés ('). Il faudra pour cela une quantité de chaleur égale à :

Si l'on étrangle ensuite la vapeur de manière à la ramener à 5 atmosphères, les expériences de Hirn montrent que l'on arrive ainsi à 240 degrés, c'est-à-dire au môme point qu'avec l'opération précédente.

On voit donc que l'on économise avec ce dernier mode :

695,10 — 682,75 = 12««>, 35; différence qui représente proportionnellement :

ou moins de 2 pour 100.

(•) Voy. 1. 1» p. 536.

C) A laquelle correspondrait, à la vérité, une pression énorme d'environ 40 atmosphères ; mais ce n'est pas en ce moment la question.

656 — Moyens de combattre le laminage. — Sous la réserve des atténuations qui précèdent, le laminage de la vapeur doit être considéré comme une influence qu*il convient en général de diminuer autant que possible. Je ferai remarquer en particulier que les orifices étant alternativement ouverts et fermés par le mouvement des obturateurs, le débouché part nécessairement de zéro, en traversant des valeurs aussi petites qu'on voudra les imaginer,

pour atteindre progrès sivcment son maximum ('). Ce sont précisément œs premiers instants qui occasionnent les plus grandes résistances a Técoulcment, et qui produiront les plus grandes pertes de charge ('). Il importe donc de l'estreindre leur durée autant que possible, et de faire prédominer de préférence, dans l'intervalle total, la période de large ouvei'ture. En un mot, on doit s'attacher à ouvrir et à fermer aussi brusquement que l'on pourra les passages de la vapeur.

Ce principe est universellement admis; et c'est à très juste titre. Il ne sera cependant pas inutile de présenter encore ici à son égard une légère atténuation à l'idée que Ton se fait quelquefois de son importance effective.

Imaginons une distribution absolument parfaite, qui exécute son mouvement dans un temps nul. Après une période d'admission en

(*) Ce maximum se calcule en général de manière que le courant de vapeur (en négligeant les condensations) qui suivrait le piston animé de sa vitefse moyenne (voy. p. ^) ne dépasse pas 40 à 50 mètres par seconde.

(•) Nous avons vu (t. I, p. 121) que si l'on assimile par approximation la vapeur à un liquide, la perte de charge varie en raison inverse de la cinquième puissance des dimensions de la section offerte à l'écoulement.

pleine pression, représentée par l^horizontale AB (fig. 575), commencera brusquement une loi de détente marquée par une courbe BC. Si au contraire on commande mollement Torgane de distribution, c'est peu à peu, suivant AB', que décroîtra la pression d'après la perte de charge croissante qui résulte du rétrécissement progressif du passage. Une détente figurée par WC succédera à la fermeture définitive. Dans ces conditions, le travail représenté par Taire OAB'C est évidemment inférieur au premier OABC. Mais il ne sera pas indifférent de remarquer, et c'est le but de cette explication, que la consommation aura également diminué de son côté. Elle correspond, en effet, suivant les cas, à un môme volume Ob de deux fluides distincts, dont les densités se rapportent respectivement aux^ tensions 6B ou ftB'. Nous conclurons donc, au point de vue de la pratique, qu'il est bon d'ouvrir et de fermer rapidement les orifices de distribution, sans toutefois tomber pour cela dans les exagérations et les complications auxquelles a parfois conduit la recherche de ce que l'on appelle la fermeture instantanée (').

•57 — Déclics. — Un premier moyen d'y parvenir consiste dans l'emploi de déclics à jeu indépendant. Au lieu de conduire l'obturateur d'une manière continue, en augmentant à cet effet la force et la vitesse du moteur lui-même, on le fait commander distinctement par un poids ou par un ressort ('), qui entrent en action aux instants voulus sous l'influence d'une simple iouchcy appartenant au mécanisme de distribution (^). Ce moteur secondaire fonctionne alors avec la rapidité qui lui est propre, pour entraîner l'organe distributeur. Le mouvement de ce dernier n'est donc plus, comme dans les chapitres précédents, une conséquence cinématique

(') PichauU. Appareiis de diêlribuiton par tiroirs, etc., p. 7. — Sinigaglia. Traité de* maehitieë à vapeur. Traduction par de Billy, p. 54 et 58.

(') Ce 1*085011 peut éti*e solide ou pneumatique. Dans ce dernier cas, il porte le nom de dash-pol. Un a également employé la commande directe du déclic par la vapeur (voy. n- 658 et 755).

(3) Ou de l'électricité (Féton. Distribution à détente instantanée avec arrêt électromagnétique. La lumière électrique, t. XXXVI, p. 348. — Libert. Disjonction électrique instantanée entre l'excentrique et la tige du tiroir pour la préservation des accidents. Ibidem, t, XXYI, p. 290).

nécessaire (desmodromiquef suivant l'expression consacrée) de celui de la machine. II en est indépendant, et continue à s'accomplir dans le même temps» si Ton vient à ralentir celle-ci, car il obéit uniquement aux lois de la pesanteur ou de Télasticité.

Il existe du reste entre ces deux dernières influences une diflerence importante. La pesanteur comporte, pour le cas du vide, une loi de vitesse bien déterminée qu'il est impossible de dépasser, et dont on ne peut que se rapprocher de plus en plus, en écartant autant que possible l'influence de l'air par l'emploi de poids considérables. A cette limite, l'espace parcouru verticalement a pour

valeur immuable ^^ gf^*, et la vitesse gt. Mais leur influence relative

sera fort difl*érente, suivant qu'elle interviendra dans des machines lentes ou très rapides. Suffisante dans un cas, elle peut devenir illusoire dans l'autre ('). 11 n'en est pas de môme pour l'élasticité, car l'on dispose alors d'un coefficient qui est spécial au ressort employé, et que l'on peut augmenter au besoin, en bandant davantage des appareils plus énergiques.

Il ne faut pas craindre d'ajouter cependant que les ressorts euxmêmes sont exposés à devenir insuffisants avec les allures excessives que l'on atteint aujourd'hui ('). principalement pour la conduite des dynamos. Aussi une réaction visible s'est-elle opérée sur ce point dans les tendances des constructeurs en faveur des distributions desmodromiques.

658 — Dans le môme ordre d'idées, on a employé directement la vapeur pour actionner les tiroii^sf). Comme rien n'empôche d'admettre sa pression sur des pistons distributeurs aussi larges

(') M. Boulvin, en calculant les effets d'une distribution desinodromique pour des allures encore modérées de 70 tours par minute, a montré que la fermeture des lumières s'y accomplissait en 7^ de seconde. Or dans cet intervalle de temps, la pesanteur ne peut déterminer qu'une chute de O^^OOOd qui serait insignifiante pour l'efTet à obtenir (Boulvin. Étude sui* la machine Hertay. Annaleê de Vaësociation des ingénieurs sortis des Écoles de Gand).

[*) Des allures de 300 toui-s par minute se rencontrent journellement. M. Bonjour en réalise de 1800 toui^. Nous ne parlons pas en ce moment des chiffres gigantesques relatifs au turbo- moteur (n** 854), dont le fonctionnement repose sur d'autres principes.

(«) Yoy. n« 754.

que l'on voudra, et d'une masse relativement faible, on peut réaliser ainsi des accélérations très notables et des distributions d'une extrême rapidité. C'est au point que l'on se voit obligé d'amortir le choc de ces pistons par l'interposition de tampons de vapeur.

A cet effet, un tiroir mû par les moyens ordinaires vient, au moment voulu, déterminer l'échappement de la vapeur qui se trouve statiquement derrière l'une des faces du piston distiîbuteur. Celui-ci, subitement déséquilibré, se précipite dans le vide ainsi produit. Mais, à l'échappement, succède presque aussitôt de la part du tiroir une phase de compression, qui amortit la fin de cette petite course.

660 — Tiroir à grille. — Un second moyen de réduire l'importance des premiers instants du découvrement, ou des derniers moments de la fermeture, consiste à profiter plus efficacement des déplacements linéaires du distributeur pour ouvrir des débouchés aussi étendus que possible en surface. C'est le principe des ouvertures multiples effectuées simultanément par le môme organe.

iva^m

Fig. 374. — Tiroir à grille (flgui*c schëmalique).

Imaginons, pour fixer le langage en parlant des tiroirs, car le même artifice s'étend aux robinets et aux soupapes (n® 80a), que la glace fixe, au lieu de présenter comme ci-dessus un simple orifice rectangulaire, affecte la forme d'une grille percée de n ouvertures égales entre elles. Le tiroir à grille (fig. 574) est disposé de la mémo manière. Lorsque ses parties pleines se trouvent superposées aux vides de la glace, le passage est intercepté. Si on le déplace d'une petite quantité à partir de l'affleurement rigoureux des bords correspondants, il ouvre, non plus une seule fenêtre comme dans le cas ordinaire, mais n fenêtres de même largeur, et par suite un

140 HACUC4ES A VAPEUR.

débouché total ii fois plus grand à tout in»tant{'). Il est donc clair que l'on sortira plus rapidement de la région des résistances excessives, pour entrer dans celle des ouvertures plus notables (*).

S60 — Tiroirs de Trick, de Ehrhard, de Hanrez. — Certaines dispositions plus complexes rappellent l'application du môme principe, en oITrant ii la vapciir plusieurs canaux d'introduction, qui se démasquent tous ensemble pour se déverser dans la lumière d'admission.

Avec le tiroir de Trick (^), la glace fixe présente une légère surélé-

Kis- 37j. — Tiniir il« Trick [coui«! lonKiludiiialel,

valion (lig. 375), dans l'étendue de laquelle sont pratiqués les trois oi'ifices fondamentaux. Le tiroir est creux, et traversé par un canal intérieur qui relie ensemble les parties cxti-émes de ses portées inférieures. Lorsqu'il démasque d'une petilc quantité par son boni extrême la lumière de gauche, il vient présenter un débouché égal, au delà du seuil de droite. La vapeur s'y précipite donc en dessous, en même temps que par le découvert de gauche, et la sec-

(■) On a parfois poussif à l'eilrèine l'applicalian de ce principe, d'après la valeur donnée à » (Tiroir Craig et Hotion, Annalet induilriellei, ISjuiii 1885. p. 3H).

(*) The engiiieer, IKTQ, p. 933. — Dans Je même ordre d'idées, ou a employé des oriflces triangulaires ou Irapcioïdaui, que le tiroir découvre en commençant par leur plus plus prande loi'geur, de manière à assurer aui pi'emiera ïnslanls une plus fcrsnde efilcacilé pour la création d'une surface libre d'écoulement ; celle-ci n'ayant plus besoin, vers la fin, de recevoir des accroissements aussi importants pour un même déplacement linéaire du tiroir.

{'] Volkmar. Sur les perfectionnements à introduire dans les disiribullons i un seul tiroir. Organ fût dit Forlichrilte det Eiteidiahnwtitni, 1868.

tion oflerle à son écoulement se trouve à chaque instant doublée. On peut adresser a cette ingénieuse disposition le reproche, du reste peu important, «l'allonger le tiroir, en augmentant d'aulanl la pression qu'il supporte, ainsi que les inconvénients correspondants ('). Il Tautcn effet, dans les conditions ordinaires, que l'inlervalle AB qui sépare, dans la glace, la lumière et l'échappemenl, soil assez long pour que la course du tiroir (*) ne puisse jamais amener le bord C au delà de B; sans quoi la chaudière se viderait dans l'atmosphère. Avec le dispositif actuel, il suffirait pour pro-

duire ce résultat, que le point D atteignit le bord B. On sera donc limilé à une moindre élongation; ou bien, si l'on veut au contraire conserver la même excursion, il faudra employer une plus grande portée AB, et la longueur du tiroir s'accroîtra, en raison de la symétrie, du double de cet appoint.

Dans le tiroir d'Erhard ('), les deux parties AB et CD du tiroir (fig. 375) sont indépendantes l'une de l'aulrc, en se recouvrant mutuellement. Celte dernière obéit seule à l'excentrique de commande pour déterminer l'admission ou la détente. Elle vient, en temps voulu, heurter et déplacer la portion AB, qui provoque l'échappement.

(') Voy. n- 685.

(■) Quand on la Tait varier en vue de modiner la détente et la puissance du moteur. ain»i que nous l'eipliquerons plus loin (il* 074). ''i Suchelli. Lei machinei i tapeur luna/elUt, p. 18.

Dans le tiroir de Hanrez {*), on présente à la fois à la vapeur quatre débouchés (fig. 376). Ce sont d'abord les deux passages propres au système de Trick. On dispose en outre au-dessus de lui un ciel fixe, percé d'un orifice en son milieu. Le tiroir présente luimême, sur sa face supérieure, deux lumières qui débouchent dans le canal intérieur. Le bord supérieur de droite et l'orifice central donnent ainsi passage à deux nouveaux courants de vapeur, qui se précipitent avec les premiers dans la lumière d'admission de la glace fixe.

Le tiroir à double orifice (fig. 577) présente un double débouché pour chacune des deux lumières qui conduisent aux extrémités du

v'-'yMm^mmm.

Fig. 377. — Tiroir à double lumière (coupe longitudinale).

cylindre. On a fait venir de fonte, avec la coquille extérieure, deux coquilles subordonnées, à l'intérieur desquelles la vapeur se trouve admise en V, tout comme à l'extérieur de la première. Un déplacement linéaire du système démasque donc à la fois deux introductions pour le fluide. Il en est de même pour le phénomène de l'échappement dans la région E, lequel s'opère simultanément par deux issues distinctes; circonstance que ne réalisent pas les types précédents, et dont nous reconnaîtrons plus loin (n" 668) toute la valeur. Ce tiroir, fréquemment employé dans la marine, présente l'inconvénient d'offrir d'assez grandes surfaces refroidissantes, mises en rapport d'un côté avec la vapeur et de l'autre avec le condenseur (').

(*) Ai'mengaud. Publication industrielle ^ t. IX, 1857, p. 483. — Libert. Hevue universelle des mines et de la métallurgie^ t" série, t. H, p. il4.

(') On peut encore citer dans le même ordre d'idées le tiroir d'ANcoiiA {Dingler's Polyteekniêches Journal^ t. 22, cahier 6; celui de Bréval (Couche. Voie^ matériel roulant^ exploitation technique des chemins de fer^ t. UI, p. 574] ; et le tiroir de Thoiin (Engineering ^ 1885, 1** sem.,p- 485).

DÉTENTE — ESPACE LIBSE

•Bf — Détente pratique. — La détente est l'effort progressivement décroissant qu'exerce la vapeur une fois séparée du générateur et confinée derrière le piston. Nous avons vu (') que Tidéal théorique à cet égard est la délente complète^ poussée jusqu'à la pression qui règne dans le condenseur. Mais, en pratique, divers motifs s'opposent à ce que l'expansion doive être conduite aussi loin ('). Chaque type de machines possède à cet égard une limite de détente qui lui est propre pour obtenir le i*endement maximum (').

La courbe de détente, en s*abaissant vers l'axe des abscisses, communique au diagramme une forme en pointe, d'après laquelle l'aire s'accrott peu vers la fin, quand l'abscisse continue encore à augmenter. On recueille donc peu de travail moteur par le fait d'un allongement excessif du parcours, c'est-à-dire du cylindre lui-même. Or une telle exagération, indépendamment de ce qu'elle accroît les frais de premier établissement et l'encombrement, augmente les pertes dues au rayonnement, à la conductibilité, au défaut d'adiabaticité, au frottement, etc.

;•) Tome I, p. 810.

[*} Résal. Limite pratique de la détente (Comptée rendus de$ séances de V Académie des scieneeSy t. LXXXII, p. 647. — Limite inférieure que Von doit attribuer à Vadmisiion^ 1876). — Ledieu. Loi de la détente pratique des machines à vapeur. Comptes rendtu des séances de V Académie des sciences^ t. LXXX, p. 1109; LXXXI, 028. — Ledoux. Emploi de la détente dans les machines d'extraction. Annales des mines, septembre-octobre 1870. — Autier. Exposé d'un système de moieur à délente très prolongée^ in-8*, 1871. — Ilirn. Exposition analytique et expérimentale de la théorie mécanique de la chaleur^ t. H, p. 130. — Hallauer. Bulletin de la Société industrielle de êlulhouse. 1879, p. 273. — Pasquier. Étude des machines à vapeur. Annales des ingénieurs sortis des Écoles spéciales de Louvain, 1882, p. 95. — Delafond. Essais effectués sur une machine Corliss aux usines du Creusot^ % V, 2'». — Notes de M. Gustave Richard au Manuel de la machine à vapeur de Rankine, p. 727. — Thurston. On thé Ratio of Expansion at maximum Effîciency. Journal of Franklin Instituée^ mai 18K1 . — Dennis Marks. The most economical point of cut-ofT. Ibidem, juin 1880, février 1882, décembre 1883, février 1884. — Charles Emery. Engineering, 1875, p. 177. — Sinigaglia. Traité des machines à vapeur. Traduction par de Billy, p. 61, 64.

(') En général, dans le rapport de l'unité à 5 ou 6 pour les pressions de 6 ou 7 kilogranomes, et de 8 à 12 pour celles de 11 à 13 kilogrammes.

U6 MÂGimS'ES A VAPEUR.

Ainsi donc la présence de l'espace nuisible a pour résultat de rendre moins accentué le degré géométrique de détente, et d'éloigner par conséquent de la détente complète qui forme l'idéal théorique du rendement. Si au contraire on tient à maintenir un degré déterminé de détente, il faudra pour cela pousser plus loin le piston, en augmentant la longueur totale du cylindre. De toutes les manières donc, il se produit de ce chef un inconvénient, qui a valu à l'espace libre Tépithète de nuisible (').

664 — 11 est d'ailleurs nécessaire d'établir à ce sujet une distinction fondamentale, en ce qui concerne l'influence de la compression sur les résultats dus à l'espace mort.

Supposons en premier lieu l'absence complète de cette phase f). Au moment où la lumière va commencer à se démasquer, comme elle est complètement vide, il faudra fournir une quantité de vapeur suffisante pour remplir tout l'espace libre, avant d'arriver à combler de même le volume progressivement engendré par le piston. Ce dernier seul correspond à une production de travail de pleine pression, mesuré par le produit du chemin que parcourt cet organe et de l'effort que la vapeur exerce sur lui en l'accompagnant dans son mouvement. De là une perle qui se reproduira pour chaque course, et qui sera ainsi proportionnelle à la durée de la marche.

Il est juste d'ajouter que cette perte d'effet utile reste limitée à la phase de pleine pression. Une fois la période de détente commencée, tout le fluide emprisonné travaille à la fois par son expansion: aussi bien le supplément en question que la cylindrée proprement dite.

665 Plaçons-nous maintenant dans des conditions diamétralement opposées : celles de la compression parfaite. Nous suppo-

(*) M. de Fréminville a insisté sur ceUe cause d'insuccès des premières tentatives de détentes prolongées, avant les progrès accomplis par la construction qui ont diminué dans des proportions considérables l'importance de l'espace mort (De Fréminville. Essai sur les machines compound^ in-4*).

(^) Il est bien vrai que la compression ne saurait être annulée dans la distribution basée sur l'emploi du tiroir unique. Hais j'ai eu soin d'avertir que nous étendons ici cette discussion à dos dispositifs quelconques.

serons pour cela que Ton ait coupé l'échappement en un tel point, que ce qui reste alors de vapeur raréfiée devant le piston, à la tension du condenseur, arrive à régénérer exactement celle de la chaudière par son refoulement dans l'espace libre.

S'il en est ainsi, l'on n'aura plus à fournir à chaque course la quantité de vapeur destinée à remplir ce volume. Celle-ci restera perpétuellement en roulement, et servira d'intermédiaire, lors du passage au point mort, pour établir la continuité entre la chambre à vapeur et la face motrice du piston.

Suivons par la pensée, pendant la phase de détente, ce stock spécial de vapeur, distinctement de la cylindrée proprement dite. 11 se détend et se comprime successivement pour son propre compte, en produisant et détruisant alternativement une môme quantité de travail; si l'on suppose, pour plus de simplicité, que sa loi de compression i^produise exactement, mais en sens inverse, celle de la détente, quelle que soit cette dernière (').

D'autre part la cylindrée proprement dite accomplit sa propre expansion; et il suffit de supposer que Ton ait déterminé les dimensions de manière à la pousser au degré de détente qui a été assigné à l'avance, en donnant au cylindre le supplément de longueur nécessaire pour permettre la dilatation distincte du stock

(V Pourvu que Ton suppose également la détente complète, de môme que nous avons admis déjà la compression parfaite; double condition nécessaire pour que la ti^ansformation puisse être réversible (t. I, p. 609), afin que le stock fluide se mette, sans phénomène brusque, en communication de pression avec la chaudière et le condenseur.

Cette petite provision de vapeur joue ainsi un rôle semblable à celui des plaques de caoutchouc que Bianchi avait adaptées à l'intérieur de sa pompe pneumatique, de manière que le piston s'y imprimAt en fin de course, pour être ensuite repoussé. On supprime ainsi tout intervalle entre cet organe et le fond du cylindre, sans pix>duction ni perte de travail. H y a toutefois entre les deux cas cette différence que la détente et la compression d'un solide sont mieux déterminées que celles d'un fluide aériforme ; ce qui nous a obligés à laisser dépendre la démonstration précédente d'une hypothèse. Mais c'est évidemment la plus simple ; et si, dans la pratique, elle peut subir certaines perturbations, celles-ci ne sauraient aller jusqu'à infixmer la portée de la conclusion générale qui se dégage de ces explications, à savoir l'atténuation des effets nuisibles de l'espace libre par l'emploi de la compression.

Puisque je viens de citer le procédé ingénieux employé par Bianchi pour diminuer l'espace mort, à la vérité, dans des appareils autres que la machine à vapeur, je rappellerai également l'artifice analogue que nous avons déjà rencontré dans la pompe Fixai7 (t 1, p. 888), à l'intérieur de laquelle un bain d'huile, refoulé par le jeu du piston, reflue dans les divers interatices de l'espace libre pour en annihiler les effets nuisibles

fU MACHINES A VAPELR.

affeclé à l'espace mort. Ce dernier n'offre donc plus dans ce cas

aucun inconvénient (').

866 — Tiroirs solidaires. — L'un des éléments de l'espace

nuisible est constitué par les lumières pratiquées dans l'épaisseur de la paroi , en vue de relier la chambre à vapeur ainsi que la cavité du tiroir avec les extrémités du cylindre.

Pour les réduire au minimum in'éductible, qui serait la traversée normale du métal, il faudrait que le tiroir fiit plus long que le cylindre; ce qui eiagérerait au delà de touli?

mesure la pression qu'il supporte. On a tourne la difficulté pur l'emploi dos tiroirs solidaires (').

On désigne ainsi deux tîroii's distincts (ûg. 578),

(*j Ce Uiiiorèiiic a été établi ans-

lyliquemenl par Zeuner, el rériSé

ei péri mentalement par llallauer

(Sinigaglia. Traili! dit machina

KiK. 379. - Ti^ir e.i D [.■«„[* lonfitu.linal..). ^. ^^^^^ Traduction par de Billy.

['} Le inéine préoccupation a conduit certains constructeurs à loger dans les Tonds du

[vUiidi'c les robinet!! ou les suupatMs de dislribulioju

FONCTIONNEMEiNT DE LA VAPEUK. 149

dont chacun représente en principe la moitié du tiroir unique. On les relie entre eux à Taide d'une tige qui est immergée dans la vapeur, et ne supporte de sa part aucun effort résultant. A la vérité, le conduit d'échappement se trouve alors allongé de tout ce que Ton a gagné sur les lumières d'admission; mais cette circonstance n'exerce aucune espèce d'influence.

Un dispositif analogue avait été employé par Watt dans le tiroir en D (fîg. 579). Les lumières y sont directement normales, et placées aux deux extrémités du cylindre. Le tiroir est creux, et le canal pratiqué à son intérieur sert à mettre en relation ses deux extrémités.

ÉCHAPPEHENT ANTICIPÉ

B67 — Au premier abord, l'échappement anticipé semble offrir cet inconvénient gratuit de détruire prématurément la vapeur, sans lui permettre de travailler sur le piston jusqu'au fond de course, comme elle pourrait sans cela le faire encore. Mais ce serait là mal poser la question. En réaUté, l'on a fait travailler la vapeur autant qu'on a jugé à propos de le lui demander, en calculant la distribution en vue de réaliser le degré de détente que l'on a considéré comme le plus profitable a priori. Sous ce rapport, il n'y a aucun mécompte. Tout au plus peut-on trouver ici un défaut d'un autre ordre, tenant à l'encombrement et aux inconvénients qui en sont corrélatifs, en raison du supplément de longueur que l'on doit donner au cylindre, afin d'y loger le développement de cette dernière phase.

Mais cette période est loin d'être par elle môme sans utilité réelle pour le rendement. Si elle n'existait pas, et que l'évacuation ne s'ouvrit qu'en arrivant rigoureusement au point mort, comme la chute de pression ne pourrait s'effectuer dans un temps nul, le piston rencontrerait, pour les débuts de sa course rétrograde, une résistance importante due à une contrepression dont la valeur décroissante commencerait par la tension finale de la détente, et

150 MACBINES A VAPEUR.

non par celle du condenseur, comme il arrive lorsqu'on a donné à la vapeur le temps de traverser préalablement cette chute de pression (*).

Cette utilité accessoire ne doit pas toutefois dégénérer en exagération (*). Nous avons expliqué déjà comment cette préoccupation a conduit à introduire le recouvrement intérieur (n® 650), et avec quelle extrême réserve cependant on use de ce moyen détourné.

ÉCHAPPEHIENT FROPREMEUTT BIT

668 — On doit, pour Téchappement comme dans Tadmission, éviter l'étranglement. Nous répéterons en eflet que le passage du fluide par d'étroits orifices nécessite une différence de pression. On devrait donc conserver dans le cvlindre une tension sensiblement supérieure à celle du condenseur, laquelle est déterminée ; et par là on opposerait gratuitement au mouvement du piston une résistance nuisible.

Il est en outre nécessaire d'ajouter que cet inconvénient n'admettrait pas la compensation théorique que nous avons reconnue pour le cas de l'admission (n"" 653). En effet, le degré de surchauffe ainsi réalisé irait se perdre directement dans le condenseur (').

Il peut sembler difficile au premier abord de diminuer l'un des deux étranglements plus que l'autre, puisque la même lumière nous a servi jusqu'ici pour effectuer alternativement l'admission et l'évacuation. Il est cependant aisé d'y parvenir de la manière suivante. Représentons par AB, A'B' (fig. 380) les lumières de largeur /, qui

(') Cet inconvénient disparaîtrait à la vérité avec la détente complète, mais nous avons expliqué (n"* 661) que ce type abstrait ne se réalise pas dans l'application.

(•) On peut atteindre, et même dépasser 1 0/0 de la course (Pichault. Appareils de distribution par tiroirs, p. 8).

(') On doit faire exception poiur le cas des machines compound, où la vapeur d'échappement des divere cylindres, à l'exception du dernier, constitue l'alimcntntion du cylindre suivant.

sont démasquées par une élongation du tiroir égale à l'excentricité / 4- r. Enlevons d'autre part le métal sur une épaisseur BC, B'C le long du bord interne de ces lumières. Le tiroir ne découvrant que AB, l'admission reste placée dans les mêmes conditions. Mais l'échappement s'effectue maintenant par toute la largeur A'C, et non plus seulement par A'B^

Il va sans dire que Ton avance ainsi le commencement de l'échappement anticipé, qui ne coïncide plus avec celui de la compression sur la face opposée. Il y a là dès lors une balance à observer entre

FiK. 380.

les avantages et les inconvénients inhérents aux points de vue précédents.

Il convient d'ajouter du reste que cette modification concerne moins une distribution ordinaire à détente fixe, telle que celle que nous avons envisagée jusqu'ici, que les systèmes à détente variable qui formeront l'objet du chapitre XXXIX, et dans lesquels la lumière d'admission se trouve plus ou moins démasquée, tout en laissant à l'évacuation la totalité de la largeur.

Dans certaines machines, la question se résout encore plus simplement, en affectant des conduits distincts à l'admission et à l'échappement (*). On y trouve en outre cet avantage caractéristique do maintenir chacun d'eux dans des conditions de température plus constantes, et de diminuer ainsi l'importance des condensations. On donne alors en général aux lumières d'admission une section

(*) MN. Lencauchez et Durant couduisent les tiroirs correspondants à l'aide d'une même coulisse de Stephenson, qui renferme les deux coulisseaux. Les deux bielles de commande sont reliées entre elles par des entretoises de connexion, et déplacées simultanément par le même arbre de changement de marche [Mémoire* de la Société des Ingénieur» rivih^ juin 1800, p. 85).

comprise entre j7 et ^ de celle du piston, et à celles d'échappé- 4 , 1

menij^h-0.

COHPBESSION

669 — De mt'^jne que pour réchappement anticipé, Ton pourrait être tenlé au premier abord de considérer la compression comme nuisible, puisqu'elle crée devant le piston une force résistante qui contrebalance pour une partie l'effort moteur développé sur la face opposée. Mais il est facile de lui reconnaître au contraire un grand nombre d'avantages importants (*).

Nous en avons déjà rencontré un (n* 665), relatif à l'atténuation que la compression apporte aux effets nuisibles de l'espace libre.

On remarquera en outre qu'en l'absence de cette reconstitution de la pression dans l'espace mort, la vapeur se précipiterait dans ce vide avec une vitesse énorme, au premier instant du démasquement (^). Or, c'est d'après son carré que se mesurent les pertes de charge. En outre, le fluide ainsi lancé viendra se briser contre le piston en tournoyant et produisant des remous, avant de retrouver l'équilibre avec lequel il serait désirable de le voir agir (*). Ces divers inconvénients disparaîtront si, en vertu d'une compression parfaite, l'atmosphère de la chambre de vapeur trouve à son contact un

(') Coste et Maniquet. Traité théorique et pratique des machines à vapeur, p. 13.

(*; Hallauer. Compression de la vapeiu* [Revue industrielle des mines et de la métallurgie, 1875, t. I, p. 628. — Compression dans les espaces nuisibles. Bulleiin de la Société industrielle de Mulhouse, octobre 1874; février, avril 1875; janvier 1883). — Hillereau. De la compression de la vapeur dans les espaces nuisibles. Bulletin technologique de la Société des anciens Élèves des Écoles d'Arts et Métiers, février 1883, p. 24. — Trasenster. Revue universelle des mines et de la métallurgie, 1874, t. U, p. 389. — Dcprez. Influence de la distribution sur le rendement des madiines à vapeur. Ibidem, 1874. — Compte rendu mensuel des séances de la Société de l'industrie minérale de Saint-Etienne, 1875, p. 11. — Gomut. Élud^ géométrique des principales distributions dans les machines fixes, in-S"*. — Mac Farlane Gray. Institution of naval Ârehilects, 1874.

(') Voy. 1. 1, p. 805.

(*) M. Werdknecht fait embrasser toute la circonférence du cylindre par Torifice d'introduction, afin d'atténuer par celte symétrie la tendance aux tourbillonnements.

milieu identique à elle-même dès le démasquement de Torifice. La vitesse du piston étant insensible au point mort, tout le système se met alors en mouvement d'une manière parfailement continue. On développera donc le travail complet (*), toujours plus économique que le travail incomplet.

Dans la pratique, il en est de la compression parfaite comme de la détente complète (') ; des motifs accessoires empêchent d*adopter complètement ce desideratum théorique. Mais les études expérimentales sont moins avancées pour la détermination de la compression la plus avantageuse dans chaque type de machines, que pour celle de la détente pratique. Lorsqu'on se la sera fixée, un peu arbitrairement dans chaque cas, il suffira de connaître le volume de l'espace mort pour savoir à quel moment Ton devra couper l'échappement.

La compression atténue en partie l'effet des fuites. La tendance de la vapeur à passer autour du piston se règle en elTet d'après la différence des pressions qui régnent sur les deux faces. Comme d'ailleurs il est difficile de s'apercevoir directement des fuites, il est intéressant de s'assurer a priori contre elles.

Cette phase contribue à diminuer le refroidissement du métal, et à le réchauffer avant l'admission ultérieure, ce qui réduit d'autant les condensations. Si cette action calorifique s'efface comme importance devant celle qui est due à la chemise de vapeur, il convient pourtant de remarquer qu'elle se trouve particulièrement bien placée en fin de course, immédiatement avant l'admission, et avec une durée qui se trouve prolongée par la lenteur du piston dans cette région. Enfin il est plus direct de réchauffer la paroi par l'intérieur que par l'extérieur.

La compression i*end un grand service en ralentissant le piston, et en contribuant à rarrêter aux points morts. On soulage ainsi l'élasticité de la tige, qui est chargée de le ramener en arrière, bien qu*il soit lancé en avant (').

(*) Voy. t. I, p. 292.

l*} On ne saurait dans tous les cas la réaliser pratiquement qu'avec l'échappement direct, en dehors de l'emploi du condenseur, ou poui* le passage d'un cylindre à l'autre dans les machines compound.

('j D'une manière générale, les forces d'inertie qui résultent des accélérations positÎTes ou négatives, inséparables des changements de sens fréquemment répétés, absorbent

En raison de tels avantages, un grand nombre de constructeurs insistent dans le sens de la compression. Autrefois limitée à 10 ou 20 7o de la longueur de la course, elle atteint parfois jusqu'à r)07o{*)-

670 — A côté de cette utilité, il faut cependant signaler quelques inconvénients.

En premier lieu, la phase de compression conduit à augmenter l'importance du volant, car elle introduit un travail négatif qui ne peut qu'exagérer l'irrégularité de la période.

A puissance égale, l'appareil coûtera plus cher pour une compression plus forte, puisqu'il faudra donner pour cela au cylindre un supplément d'étendue.

On la considère comme spécialement fâcheuse pour les moteurs qu'il est indispensable d'avoir bien en main, en vue de manœuvTCs délicates, par exemple dans les machines d'extraction des mines. C'est au point que l'on y supprime souvent la détente elle-même, comme cause d'afiaiblissement du travail positif, dans une certaine partie de la manœuvre. Or, la compression introduit en outre dans l'ensemble un terme négatif.

On peut faire une remarque analogue pour la conduite des locomotives. En approchant d*une gare, le mécanicien coupe la vapeur à l'aide du régulateur, pour laisser amortir la force vive de son train ; mais il commence par mettre la distribution en pleine pression, ou

une partie de l'effort moteur et ne transmettent que la différence, ou inversement viennent s'ajouter A la force réelle. Elles n'ont jamais pour effet de créer ou d'anéantir du travail, mais elles en modifient la répartition dans un sens favorable ou nuisible.

En outre, les pièces doivent être calculées en raison du maximum des effbrts qu'elles sont appelées à supporter ; d'où une dépense exagérée, un excès de poids inutile, un frottement correspondant.

Pour ces motifs, la considération des forces d'ineilie commence à préoccuper d'une manière spéciale les constructeurs, eu raison des vitesses croissantes que Ton aborde aujourd'hui. Dans certains ateliers, on scrute leur influence à l'aide de tracés spéciaux, que l'on appelle diagrammes d'inertie [Sinigaglia. Traité des machines à vapeur. Traduction par de Billy, p. 259. — Faiveley. Étude des effets d'inertie développés dans les machines à vapeur. Bulletin technologique de la Société des anciens Élèves des Écoles dWrts et Métiers, mai 1888, p. 549). Il est donc naturel d'attacher de l'importance, comme nous venons de le faire à l'occasion de la compression, aux influences qui tendent ù contrebalancer ces forces d'inertie.

(*) Pichault. Appareils de diêtribution par tiroirs, p. 10. — Delafond. Essais effectués sur une machine Corliss au Creuset.

à faible détentc('). En efiet, la compression dure pendant le même temps que cette dernière. On la réduit donc par ce procédé, ce qui est important; car, à défaut de la vapeur, dont Tarrivée se trouve interceptée, c'est Tair qui joue dans les cylindres; et il risquerait par sa tension de faire claquer les tiroirs, qui n'ont plus pour les maintenir contre leurs glaces la pression de la chaudière sur leurs faces supérieures.

Pour prévenir tout à la fois ce genre d'inconvénient et celui d'une compression de vapeur exagérée, ou d'un coup d'eau dans le cylindre, capable de faire sauter les fonds, on a proposé l'emploi d'une soupape spéciale de sûreté (').

On remarquera soigneusement l'opposition qui ressort des appréciations précédentes : utilité de la durée de la compression^ au point de vue du réchauflement prolongé des surfaces (^); inconvénient de son intensité^ dans la crainte de faire sauter le tiroir. C'est là une question d'espace libre (*). 11 ne faut pas oublier d'ailleurs que l'équilibre de cet organe s'établit, non pas simplement en vertu de l'égalité des tensions par unité de surface qui s'exercent au-dessus et au-dessous, mais en multipliant ces dernières respectivement par leurs aires d'action, estimées en projection sur le plan de la glace. Or la pression de la chaudière, môme afTaiblie par l'étranglement et la valve, s'étend sur la totalité du dos du tiroir, tandis que l'atmosphère intérieure agit seulement sur la bande qui recouvre l'orifice de la lumière.

ADHISSIOIV ANTICIPÉE

•"71 — Admission anticipée. — Les excès de compression trou-

(*/ A l'aide du mécanisme de la détente variable, dont l'étude fera l'objet du chapitre suivant.

{*) Soupapes Normand (Buchetti. Machines à vapeur de CErposilion de 1889, p. 31).

(') Sinigaglia. Traité des machines à vapeur. Traduction par de Billy, p. 87, 80.

Les longues compressions se rancontrent surtout dans les machines à condenseur, en raison de la faible tension de la vapeur pendant l'évacuation.

(*) Sous ce rapport, on peut remarquer que la distribution par tiroir unique, si elle expose à une durée parfois excessive de la compression, présente en même temps un espace libre important, en raison de hi longueiu* de ses Imnières.

i:>G MACHINES Â VAPEUR.

vent au besoin leur remède dans l'avance à Tadmission. En Tabsence de ce correctif, s'il venait à se produire dans Tesjpace libre une compression dépassant la tension du générateur, elle ferait, au moment du démasquement, refluer dans la chambre à vapeur le fluide trop comprimé, et ce ne serait qu'ensuite que celui-ci reprendrait le mouvement inverse pour accompagner le piston. De là une incertitude nuisible dans l'action motrice. Si au contraire la lumière s'ouvre pendant un temps très court avant le retour du piston, cet intervalle suffit pour l'accomplissement de ces phénomènes irréguliers, et la course se trouve préparée dans des conditions normales.

Dans le cas mémo où la compression serait insuffisante, ou môme nulle, les perturbations inévitables, de sens contraire à ces dernières, se développent de même pendant ces courts instants. 11 reste entendu toutefois que l'avance à l'admission laisse alors subsister les pertes d'effiet utile résultant du choc et des tourbillonnements que la compi-ession a pour but de supprimer; elle ne peut qu'en diminuer le retentissement sur les premiers instants de la production du travail moteur.

Ajoutons enfin, pour motiver l'introduction de cette avance, que si la coïncidence du découvrement et du point mort avait été calculée rigoureusement pour des pièces neuves, l'usure, en déterminant des temps perdus^ amènerait un retard à Vadmission qui serait des plus préjudiciables, et qui ne peut trouver son remède préventif que si Ton introduit nettement une avance à l'admission.

67î8 — Conclusion. — Nous résumerons celte discussion au moyen de la figure 581. On a marqué sur son bord supérieur, qui représente la course directe : le commencement de l'admission en A, celui de la détente en B, et celui de l'échappement anticipé en C. Sur le côté inférieur, correspondant à la course rétrograde, se trouvent en D le commencement de l'échappement proprement dit, en E celui de la compression, et en F celui de l'admission anticipée.

Si les organes de distribution eflectuaient leur mouvement dans un temps nul, et si néanmoins l'écoulement de la vapeur était infi-

«Vi

niment lent, s*opérant sans perles de charge, on obtiendrait comme diagramme représentatif : en ab la pleine pression, en bc la détente, en ce' la chute instantanée de pression produite par l'ouverture de Tévacuation, en c'd Téchappement anticipé, en de (qui se confond avec c'a sur une partie de sa longueur) 1 échappement proprement dit, eu ef la compression, en ff le rétablissement brusque de la pression produit par Touverture de ladmission, en fa l'admission anticipée (confondue sur a Talignement de ab).

Dans les conditions de la réalité, pour lesquelles les ouvertures et fermetures commencent un peu avant ou finissent un peu après rinstant théorique, et avec les pertes de pression dues aux vitesses d'écoulement, les contours du tracé s'arrondissent et se dépriment. Cet effet est d'ailleui*s plus marqué en b qu'en a, attendu que h vitesse du piston est nulle au commencement de l'admission et notable à la fin. La vapeur doit donc pi-endre alors une allure

plus rapide pour remplir l'espace engendré, et la perte de charge en est augmentée. La chute de pression est également amortie en c par la petitesse de l'orifice d'échappement, qui ne permet pus un dégorgement rapide.

On obtient ainsi des diagrammes plus ou moins analogues à a^Y^e?- L'indicateur de Watt, dont nous parlerons à la fin de ce Cours, fournit automatiquement ces graphiques, qui servent à juger le bon fonctionnement d'un moteur. Un coup d'œil expéri-

Fig. 381.

mente ne s'y trompe pas, et distingue tout de suite ce que les ingénieurs appellent de beaux diagrammes.

678 — Comme conclusion de celte discussion, et sauf à anticiper pour certains points sur les chapitres suivants, nous pouvons formuler de la manière suivante les principales conditions du bon fonctionnement d'un moteur à vapeur (*) : pression élevée; surchauffe dans la mesure réalisable; chemise de vapeur et enveloppe isolante; longue détente, souvent effectuée dans plusieurs cylindres successifs (*) ; distribution desmodromique ; régulateur puissant mais sensible, prompt et précis (^); faibles espaces nuisibles; compression notable; avance à l'échappement; organes de mouvement alternatif équilibrés; suppression des chocs; précision des ajustages; exécution soignée; formes rationnelles; matériaux de choix; graissage continu et perfectionné (^).

(') Thui^tou. Hisloire de la machitte à vapeur. Traduction par ilirsch, t. H, p. iAQ- C*) Voy. chap. XLVHI.

(*) Voy. chap. L.

(*) Voy. chap. LU.

«ÉNEBALITÉS

B74 — Détente variable. — Nous avons considéré jusqu'ici la détente comme un élément essentiellement fixe. Mais il devient souvent nécessaire de la faire varier.

Envisageons par exemple une locomotive qui traîne un convoi en palier. Pour s'engager en rampe sans trop perdre de sa vitesse, il lui faut déployer dans un même temps un supplément de travail, afin de vaincre celui de la gravit(î. On devra donc faire fonctionner, pour chaque tour de roue, une plus grande quantité du fluide moteur qui est dépositaire de Ténergie.

Un premier moyen d'y parvenir consiste à augmenter sa densité, en rendant de la pression à l'aide de la valve (n* 582), si celle-ci étranglait auparavant la vapeur. On use en eiïet de (^ette ressource, mais seulement pour de faibles variations; et même dans ces conditions, on préfère ordinairement maintenir la tension motrice en allongeant la période d'introduction, avec raccourcissement des deux autres, et notamment de la détente (/).

(1) Paaquier. Étude de la machine à vapeur {AnnaU$ de V Union des Écoles de Louvain, 1883, p. 9H). — Sinigaglia. Traité des machines à vtpeur. TraductioD par de Billy, p. 54.

— Uallauer. Bulletin de la Société industrielle de Mulhouse, 1879. — Keller. Ibidem.

— Gamier. Noteur à action directe à double effet et à détente variable. Bulletin de la Société de V industrie minérale de Saint-Étienne, V série, t. V, p. i03. — Vachinc à

160 MACHLNES A VAPEUR.

Si au contraire le train aborde une pente descendante, la pcsartteur venant en aide au mouvement, le mécanicien n*a plus besoin d'autant de travail : il allonge la détente, et raccourcit l'admission.

Des circonstances analogues peuvent se présenter avec les machines fixes. 11 arrivera, par exemple, que, dans un atelier, on embraie ou que Ton débraie une partie des outils ou des métiers actionnés par Tarbre de couche; que, pour une machine d'épuisement de mines, la venue d'eau vienne à varier; que, dans une machine d'extraction, on commence par démarrer l'enlevage en créant une force vive considérable, sauf à n'avoir plus ensuite qu'à entretenir uniformément un travail égal à celui delà pesanteur, etc.

Pour changer la détente, dont la durée est mesurée par l'avance angulaire a (n*' 628), il faut pouvoir moditier ce paramètre. Or, il dépend de / et r (éq. il, p. 83), et le recouvrement r constitue évidemment un élément immuable. C'est donc / qu'il s'agit de rendi-e variable à volonté. A la vérité l'on pourrait objecter que la largeur de la lumière est aussi un élément déterminé. Mais il importe de faire remarquer que / ne représente pas précisément dans le calcul ci-dessus l'évidement qui a été opéré dans la glace, mais le démasquement en grand effectué par le tiroir à son maximum d'élongation. Or, rien n'empôche que celui-ci se transporte au delà des limites de la lumière après qu'il l'a découverte en entier, ou bien qu'au contraire, il n'en ouvre qu'une partie (*).

Concluons donc que la ressource qu'il s'agit en ce moment de mettre à la disposition du mécanicien pour réaliser la détente variable consiste dans la possibilité de modifie^'' à volonté la course du tiroir.

675 — Cran d'arrêt. — Mais avant d'en rechercher les moyens, il y a lieu de montrer que d'autres manœuvres encore se

détente variable Thiollier et Hacabiès. Comptes rendus mensuels des séances de la Société de V industrie minérale de Saint- Etienne^ 1881, p. 87. — Cbodzko. Sur un nouvel appareil de changement de marche. — Scbmidt (Théorie der Dampfmaschinen. Prague 18t)l, p. 236. — Dinglers Journal, 1880. p. 238). (') Comiiic nous l'avons précisément imaginé dans les explications du iv 668.

rattachent étroitement à ce problème, à savoir le cran d'arrêt, et le changement de marche.

L'expression de cran d'arrêt ne doil pas être considérée comme synonyme de l'immobilité de la machine. Elle embrasse également certains intervalles pendant lesquels le mécanisme continue à jouer, mais sans qu'on lui fournisse de fluide moteur. C'est ainsi par exemple qu'un train déjà lancé peut continuer à progresser de lui-même sur une pente suffisante par l'influence de la pesanteur, ou même en palier en raison de la vitesse acquise. De même une machine fixe peut fonctionner pendant un certain nombre de tours en vertu de la force vive accumulée dans ses organes, et particulièrement dans le volant.

A la vérité, quand il s'agit d'interrompre l'arrivée de la vapeur, on dispose de la valve, et l'on s'en sert en effet dans ce but. Mais, outre qu'elle ferme ordinairement d'une manière peu hermétique, on peut désirer trouver dans la distribution elle-même, sans avoir besoin de recourir à un organe étranger, le moyen d'empêcher l'accès de la vapeur dans le cylindre, tout en laissant jouer les pièces.

Avec le tiroir normal, ce desideratum nécessiterait l'immobilité de la distribution dans sa position normale. Mais quand on emploie le tiroir à recouvrement, la condition n'est plus aussi restrictive. Il suffit que l'excursion soit assez réduite pour que l'élongation du tiroir n'atteigne pas la valeur du recouvrement. De cette manière la lumière ne sera jamais démasquée, et le fluide, bien que présent dans la chambre à vapeur si on veut continuer à l'y admettre, ne pourra s'introduire dans le cylindre.

La solution de cette seconde question se trouve donc encore, comme pour la précédente, dans la recherche des moyens qui permettront de faire varier la course du tiroir (*).

676 — Changement de marche, — Un troisième problème

(') Ajoutons à ce propos que Ioi*squ'il s'agit, non plus de marcher au cran d'arrêt^ comme il vient d'être expliqués mais de maintenir la machine immobile, il est bon d'accumuler une série de précautions pour éviter qu'un incident malencontreux ne provoque intempestivcment la mise en marche. Après avoir mis la distribution au cran d'arrêt, on ferme le régulateur, on engage le frein, et noéme parfois on le cale avec une vis qui s'opposo à toute manœuvre fortuite do cet organe.