CHAPITRE XLI
BISTBIBIJTION VAWLCOT
719 — Généralités. — Nous avons, dans la théorie de la distribution fondée sur remploi d'un tiroir unique (n"" 634), insisté sur l'étroite connexité des diverses périodes, qui ne permet pas de pousser un peu loin la détente, sans exercer par là sur les autres fonctions un retentissement susceptible de fâcheuses conséquences, et notamment sans exagérer les phases de compression et d'échappement anticipé.
Les constructeurs ont cherché à éluder cette difficulté, sans renoncer au principe du tiroir à excentrique, mais en apportant à son usage une modification essentielle. On associe alors à un tiroir proprement dit, qui est percé de lumières de part en part, un organe appelé tuile, tasseau, ou taquet de détente, qui se meut sur le dos du premier (*). On peut ainsi superposer à un tiroir d'un faible recouvrement extérieur (ce qui restreint à un degré acceptable la compression et l'avance à l'échappement), un taquet mû d'une manière indépendante, qui viendra fermer, dès qu'on le voudra, la lumière pratiquée à travers le tiroir. De cette manière, bien que ce dernier n'ait pas encore eu le temps de recouvrir l'orifice de la glace,
(') On rencontra même dans la distribution Laurent trois tiroirs superposés (Coste et Vaniquet. Tracée pratiquée des épureê de dUiribtUion, p. 108. — Isidore Claeys. Revue univerêelie dee mtnee et de la métallurgie, 2* série» t. XXU, p. 31
216 MAGHIIHES Â VAPEUR.
de manière à provoquer la détente dans les conditions précédentes, ce phénomène se produira cependant, puisque le passage du fluide se trouve intercepté, non plus comme à l'ordinaire au ras de la glace, mais sur la surface supérieure du tiroir. On concilie ainsi la longue détente, c'est-à-dire la courte admission, avec une compression modérée.
En continuant à commander comme ci-dessus le tiroir proprement dit à l'aide d'un excentrique à colliei*, on a réalisé de bien des manières diiTérentes la -conduite du taquet de détente (').
(*) En deliors des distributions à double tii*oir qui sont citées plus loin, nous pouTons encore mentionner les systèmes suivants :
AiLLOT. Bulletin leefmologique de la Sociélé des ancien» Élèves des Écoles d'arts et métiers t février 1883, p. 35. — Allcock. Uliland. Les ntachities à vapeur nouvelles, p. 136. — Baxrsux. Annales des travaux publics de Belgique, t. XXXVUI. — Barlow. Spineuxi De la distribution de la vapeur dans les machines, p. 50. — Baudet et Bons. Ck>8te et llaniquet. Tracés des épures de distribution, p. 901. — Bomieford. Portefeuille économique des machines, 1884, p. 81. — Borsig. Lehinauu, Organ fur die Fortschrilte des EisenbahnwesenSy 1858, t. XHI, p. 241. — BouRnoii. Spineux. De la distribution de la vapeur dans les machines, p. 66. — Bra^dt. Uhland. Les machines à vapeur nouvelles, p. 143. — Brenibr. Coste et Naniquct. Traité théorique et pratique des machines à vapeur, planche VIL — Baeval et Fkbtdb [Ibidem, p. 148 — Spineux. De la distribution de la vapeur dans les machines, p. 48. — Pichault. Appareils de distribution par tiroirs^ p. 237. — Couche. Voie, matériel roulant, exploitation technique des chemins de fer, t. ni, p. 374). — Ghables. Bulletin technologique de la Société des anciens Élèves des Écoles d*arts et métiers, 1876. — Claets. Annales industrielles, 26 mat 1880, p. 647. — CoRRET. Comut. Élude géométrique des principales distributions, p. 86. — Ciow5. — DovBRCiKR. Coste et Maniquet. Traité théorique et pratique des machines à vapeur, p. t41. — Ehlers. Uhland. Les machines à vapeur nouvelles, p. 131. — ¥tin[Ibidemt p. 138. — American machinist, 5 mai*s 1881, p. 5). — Friedrich. — GEOBas. Armengaud. Traité des machines à vapeur nouvelles, t. I, p. 414. — Goldib. Uhland. JLet machines à vapeur nouvelles,^. 132. — Uac&worth. Pichault. Appareils de distribution par tiroirs, p. 258. — Hatward (Coste et Maniquet. Traité théorique et pratique des machines à vapeur, planche VIII. — Claeys. Revue universelle des mines et de la métallurgie, 2* série, t. XXII, p. 311). — JourrRAY. Coste et Maniquet. Tracé pratique des épures de distribution, p. 206. — Mac Cord. Scientific Atnerican supplément. 15 décembre 1883, p. 6620. — Napisr et Raneine (Zeuiier. Die Schiebersteuerungen, 1874. — Rankine. The Engineer, octobre 1867. — Pichault. Appareils de distribution par tiroirs, p. 214). — Ocbwadt. Uhland. Les machines à vapeur nouvelles, p. 127. — Pichault (Pichault. Appareils de distribution par tiroirs, p. 248). — Rikkkr. Engineering, 2 décembre 1881, p. 544. — SAULRnR (Gallon. Cours de machines, t. II, p. 231. — Spineux. De la distribution de la vapeur dans les machines, p. 34). — Sauvage. Pulin. Mémoires de la Société des Ingé' nieurs civils, mai 1887, p. 8G0. — Schulx. Uhland. Les machines à vapeur nouvelles, p. 120. — Seoda. Ibidem, p. 130. — Spineux (Spineux. De la distribution de la vapeur dans les machines, p. 68). — Stévart. Pichault. Appareils de distribution par tiroirs, p. 238. — Trbzel (Armengaud. Traité des machines à vapeur, t. I, p. 410. — Gomut. Étude géométrique des principales distributions, p. 112. — Spineux. De la distribution de la vapeur dans les machines, p. 35). ^ Woùuiab. Civil Ingénieur, t. V. p. 170. —
Nous consacrerons le présent chapitre à l'examen des principales. Il convient de rendre justice à cet égaixl à la grande ingéniosité des inventeui*s ; et cependant on doit constater, dans la tendance actuelle, un retour à Temploi du tiroir unique. Sur les chemins de fer notamment, on peut le considérer comme un fait accompli.
'7ZO — Distribution Farcot. — Dans le système de distribution de Farcot père (*), le tiroir seul se trouve en communication diixîcte avec la machine (fig. ili, 412). Les deux taquets de détente placés à ses extrémités, et indépendants Tun de Tautre, ne sont cntrainés qu*en vertu de radhércncc déterminée par des ressorts de faible tension, qui prennent leur point d'appui contre le ciel de la boite à vapeur ('). Tant que la tuile ne l'encontre aucun obstacle, elle chemine d'après cela de conserve avec le tiroir ; mais bientôt elle vient buter alternativement sur la paroi de la chambre à vapeur, ou contre une came centrale. Réduite dès lors à l'immobilité, elle change progressivement de situation par rapport au tiroir, qui se dérobe au-dessous d'elle. Quand celui-ci i*evient en sens inverse, il l'entraîne de nouveau ; mais elle se trouve dorénavant à son égard dans une position différente de la précédente.
Imaginons que l'appai^eil parte de son extrême élongation de gauche, en concordance des pleins et des vides de la grillé de distribution (n"* 659). Les choses se passent pour le moment comme avec un tiroir unique, et l'admission s'opère dans les conditions ordinaires. Mais avant que le système atteigne sa plus grande excursion vers la droite, la tuile vient buter contre la came centrale. Elle s'arrête, le tiroir continue, et les pleins de sa grille se glissent sous
^Vaag. Cornut. Étude géométrique de* priticipalea dUlrUnUions^ p. 126. — \YAiiMecK. Uhiand. Les machities à vapeur nouvelles^ p. 130. — > Wil8u.x. American machiniste 30 octobre 1886.
(') Zeuiier. Traité des distributions par tiroirs. Traduction Debizc et Ncrijot, p. 244. — Annengaud. Traité des machines à vapeur^ 1. 1, p. 404. — Bienaymé. Les machines marines, p. S26. — Pichault. Appareils de distribution par tiroirs, p. 240. — Spineux. De la distribution de la vapeur dans le* machines, p. 03. — Cornut. Étude géométrique des priiKipales distributions, 1880, p. 34.
(*) M. Doulvin a propose de remplacer ces ressorts par l'emploi de rainures pratiquées en dessous, et mises en communication aircc le condenseur, dont le degré de vide déterminerait un eObrt dans le même sens.
318 MACHINES A VAIÏl'R.
les vides du tasseau. Le passage de la vapeur se trouve donc coupé, et la détente commence plus tôt que si le tiroir devait à cetefTet. après avoir été jusqu'au bout de sa course, revenir en arrière pour obturer l'oriUce de la glace fixe. La période d'échappement succède ensuite comme à l'ordinaire, et le système reprend de nouveau sa
FifT. 411 o[ llj. ~- DiilribuUon Fui-cot (cuupv lutmitudiiiale el [iluii).
marche vers la droite. Mais auparavant le taquet <lc détente est venu heurter la paroi de gauche de la chambi-e à vapeur, ce qui lui ivnd, par rapport au tiroir, sa position initiale.
On règle avec précision la rencontre du taquet avec les parois, à l'aide de vis butantes qui servent à modifier la longueur de ces orguacs. Quanta la rencontre vers l'intérieur, on la fait variera
volonté en modifiant, à l'aide d'une manivelle extérieure, Torientation de la came-virgule. Les rayons vecteurs de son profil en développante de cercle allant en croissant, celui d'entre eux que Ton amène dans la direction du mouvement, recevra plus ou moins tôt le choc de la tuile, pour déterminer la détente.
Le système Farcot ne saurait trouver place dans les machines très rapides, à cause de la multiplicité et de l'intensité des chocs qu'entraînerait son fonctionnement.
Il présente Tinconvénient de ne se prêter qu'aux longues détentes, et non aux admissions moyennes ou prolongées. En effet la vapeur n'est coupée que par la butée de la tuile contre la came, circonstance qui précède nécessairement l'élongation maximum du tiroir, ou l'azimut 90 — a de la manivelle motrice (n** 626). C'est donc dans le premier quadrant de son excursion, c'est-à-dire dans la première moitié de la course du piston, que se produira la détente, et jamais au delà.
Il reste cependant possible de rendre, on cas de besoin, à un moteur trop affaibli par une longue détente, toule la puissance de la pleine pression. Il suffit pour cela de tourner la came, de manière qu'elle présente dans la direction du mouvement un rayon trop court pour pouvoir être rencontré par le tasseau. Dans ces conditions, celui-ci ne change plus jamais de place sur le dos du tiroir. Le fonctionnement de la vapeur n'a plus lieu que d'après les propriétés de ce dernier, et il suffit de le supposer sans recouvrement extérieur pour qu'il ne donne lieu à aucune détente.
7îM — Distributions diverses. — Thomas et Laurens ont modifié la distribution Farcot (*), en substituant à la came-spirale un coin manœuvré par une vis. On réalise ainsi une surface de clioc plus grande, et placée exactement dans l'axe du mouvement. En outre le coin est, d'après les lois du frottement (*), un organe irréversible, tandis que la came ne partage pas cette propriété. Ce mécanisme ne risque donc pas, sous l'influence des résistances, de réagir sur le régulateur, au lieu de lui obéir passivement.
(*) Buchetti. Machines à vapeur actuelles^ p. 21.
[*) Haton de la GoupiUiére. Traité de$ mécaniêmcs, p. 3K0.
220 MACUWËS A VAPEUR.
Dans le système Uertay ('), les butoii*s fixes et le coin central sont montés sur un même cadre, qui est influencé par un excentrique spécial. Elle permet de faire varier l'admission depuis les plus petites valeurs jusqu'à la course totale.
On doit citer dans le même ordre d'idées la distribution Claeys(*), avec laquelle une ingénieuse inversion permet de n'avoir que deux excentriques, mis alternativement en état de commander le tiroir principal ou les tasseaux.
La Société centrale de Pantin f) a également obtenu des introductions très étendues, en interposant, entre le tiroir et la glace, une autre glissière mue par un second excentrique circulaire.
DISTRIBLTION HEYER
7218 — La distribution Meycr comprend un premier tiroir (*) qui peut être normal, ou présenter des recouvrements extérieurs, et môme intérieurs. Sur les lumières qui le traversent de part et d'autre
{*) Edinoud llerUiy. Nouveau système de machine à distribution de vapenir variable par Caction du régulateur sans ressort ni déclic^ Binixelles, 1885. — Dwelshauva^ Dery. Happort du jury de V Exposition universelle d'Amsterdam, 1883, p. 12. — Glaeys. Élude sur les machines à vapeur au point de vue de la distiûbulion. Hceue universelle des mines et de la métallurgie^ 1887. — Etigineering, 1886.
(') Isidore Claeys {Nouveau systètne de machine à vapeur à détente variable automatiqucy autogi*aphié, p. VI. — Coulisse de ckangetnent de marche applicable à la distribution).
(') Buchetti. Machines à vapeur actuelles^ p. 24.
(*) Zeuiier. Traité des distributions par tiroirs. Traduction Debize et Mérijot, p. 209. — Civil Ingénieur, t. lU, 1857. — • Bienaymé. Machines marines, p. 222. — PichauU. Appareils de distribution par tiroirs, p. 193. — Goste et Maniquet. Tracés pratiques des épures de distribution, p. 42. — Arniengaud. Traité des machines à vapeur, t. 1, p. 417, — Spineux. De la distribution de la vapeur dans les machines, p. 52. — Ilerduer. Étude sur les disti*i butions par tiroii^s. Annales des mines, juilletaoût 1877. — Cornut. Étude géométrique des principales distributions, p. 58. — Couche. Voie, matériel roulant, exploitation technique des chemins de fer, t. UI, p. 572. ^ Duquénoy. Bulletin technologique des anciens Elèves des Écoles (farts et métiers, septembre 1888, p. 89. — Le Chàtclier. Bulletin de la Société d'encouragement pour V industrie nationale, octobre 1848, avril, juin 1849. — Congrès international de mécanique appliquée de 1889, t. H, p. 199. — Bulletin de la Société industrielle de Mulhouse, n*> 87. — Fuhst. Recherches sur la détente variable Meyer. Journal de Dingler, t. CLI, 1859. — Buchetti. Machines à vapeur actuelles, p. 26.
DISTRIBUTIONS A DEUX TIROQtR. 331
(fig. 415), en dessinant les limites des recouvrements extérienrs, glissent deux taquets de détente.
Mais, à t'inverse du cas précédent, ces deux tuiles restent solidaires l'une de l'autre, et sont directement conduites par le moteur, au moyen d'un excentrique spécial ('). Il semble donc que l'on n'ait en définitive qu'un seul tasseau; et il en est en effet ainsi pour un instant détermini^. Seulement les deux parties de cet oi^anc sont susceptibles de jouer l'une par rapport à l'autre à
la volonté du mécanicien, en per- f
mcltanl de modifier la longueur 1
totale, de manière à réaliser la dé- f
tente variable. S.
A cet effet, ces deux taquets sont S.
traversés par la lige de l'cxcen- h
trique, qui présente deux pas de vis |
inverses t'un de l'autre. Si l'on im- 2
prime k cette pièce une rotation sur ^
elle-même , les tuiles prendront I
des translations opposées. De là un ^
allongement ou un raccourcisse- '^
ment de l'ensemble, et une variation de la durée de l'admission à travers le tiroir (^.
[') Dans te système Charles ( Revae indiutrielU. ■¥»] 1K75, p. 118), dd ■ cru prélérable. pour éviter le frollement des eicentriques, de leur substituer des engi'enages conduisant un ■rbrc coudé, qui attaque directeraeni des bielles de commande. Cette complication n'a pas prérain dans \» pratique.
(■) Dans la distribution Aimé Robert, on opère le rapprochement ou l'écartemenl des tasseaux i l'aide d'un cadre mù par un petit piston bidrauliquc. (Buchetli. Les machina à r^eur aetuellei, p. U.]
222 MÂCIUNES A VAPEUR.
Pour déterminer la rotation de la tige, il serait malaisé d*agir avec la main sur une pièce animée d*un mouvement rapide de vaet-vient. On l'engage donc à rintêrieur d'un canon, dans lequel elle joue à prisonnier, et qui est muni d'un petit volant. Tant que l'on n'agit pas sur ce dernier, la tige se borne à exécuter son mouvement alternatii'; mais si l'on vient à manœuvrer le volant sur place, on la force à tourner sur elle-m(>me.
723 — Il est facile d'assigner la position qu'il y aura lieu do donner à l'excentrique de commande des taquets. Il doit être symétrique par rapport à ceux de la coulisse de Stephenson, afin de jouer des rôles identiques dans les deux marches opposées de la machine. Son excentricité doit donc former la bissectrice des deux précédentes. Mais déjà celles-ci sont également inclinées sur la manivelle motrice. C'est par conséquent le prolongement de cetle dernière qui fournit la direction cherchée (*).
Nous avons déjà rencontre un exemple de ce mode d'installation dans l'étude de la marche au point mort (n° 707). Nous avons reconnu notamment, pour le mouvement absolu qui en dérive, cette propriété essentielle, que la tuile de détente se meut constamment dans le sens contraire de celui du piston, et avec une vitesse proportionnelle à celle de cet organe.
724 — Son mouvement relatif par rapport au tiroir est moins facile à saisir. On peut cependant le définir d'une manière fort simple au moyen d'un théorème général, qui porte le nom de parallélogramme des excentriques (').
Il s'énonce de la manière suivante : Lorsque deux bielles infinies sont conduites par des excentriques circulaires, le déplacement relatif de Vun de ces corps par rapport à Vautre nest autre que le mouvement sinusoïdal qui serait réalisé au moyen d'un excen-
(*) Lorsque le moteur doit toujours marcher dans le même sens, et ne possède pas de mécanisme de changement de mai'che, il est préférable de donner à Texcentrique des taquets une avance angulaire un peu moindre.
(•) Zeuner. Traité des dùtributions par tiroirs. Traduction Debize et Mérijot. — Pichault {Étude sur les appareils de distribution exposés à Vienne «n 1873. — Appareils de distribution par tiroirs^ p. Ii5. — Annales industrielles, 1" semestre. 1874),
DISTRIBUTIONS A DEUX TffiOIRS.
trique fictif ^ dont V excentricité se. déduit des deux précédentes par la règle du parallélogramme^ en employant le mode de construction qui sert pour la composition des vitesses linéaires d'un point.
Soient en effet (fig. 414) OA et OB les deux excentricités proposées. Les mouvements des extrémités des bielles infinies reproduisent ceux des projections a et p des extrémi- A tés A et R sur la ligne des points morts tja. Le mouvement relatif est défini par la variation que subit à chaque instant leur distance mutuelle a^. Pour la rapporter à un point fixe tel que (D, il nous suffira de compléter le parallélogramme OABC, en traçant OC égal et parallèle à AB. Sa projection (i)Y sera, à chaque instant, égale à celle a^ de AB.
On voit donc que le mouvement relatif cherché est celui de la projection y du point C, qui décrit un cercle d'un mouvement uniforme. En d'autres termes, c'est celui de la bielle de l'excentrique fictif OC, déduit des deux proposés OA, OB, par la règle qui fait connaître en cinématique la vitesse relative OC, quand on connaît la vitesse absolue OB et celle d'entraînement OA.
Fi'K. 4U.
7^85 — La distribution Meyer expose à une circonstance assez inattendue, si Ton n'a pas soin d'en régler attentivement les dimensions. C'est une seconde admission vers la fin de la course.
11 peut arriver en effet que la tuile, après être venue obturer la lumière pour produire la détente, passe entièrement de l'autre côté, et que son bord postérieur arrive à découvrir cet orifice par l'arrière. On verra ainsi recommencer l'admission.
Une première condition qui pourrait amener une telle irrégularité serait une vitesse excessive des tasseaux, due à une valeur exagérée de l'excentricité qui les gouverne. Une seconde serait un défaut
3Si
do longueur de ces derniers. On devra donc s'attacher à limiter l'excentricité, et i\ donner aux tasseaux une longueur suffisante
7S6 — Le diagi*amme de Zeuner permet d'analyser les diverses circonstances qui se présentent avec la distribution Meyer, et notamment de déterminer la position de la manivelle motrice, pour laquelle la vapeur se trouve coupée.
Traçons en AA' (fig. 415) la ligne des points morts, et en BB' la
Fig. 415.
perpendiculaire élevée par le centre de rotation 0. Nous marquerons en OE Texcentrique du tiroir dans la position qu'il occupe au moment du fond de course, et en OE', à l'opposite de la manivelle motrice, celui qui conduit les taquets de détente. Le parallélogramme OEE'E, permet d'en déduire l'excentricité OE, du noyau fictif capable de réaliser le mouvement relatif du tasseau par rapport au tiroir. Les droites symétriques des trois précédentes par rapport à la verticale BB' nous fournissent (n" 641) en OD, OD', OD,, les diamètres des cercles représentatifs des mouve-
niSTftlBUTIUlNS A DEUX TIROIltS. Tlb
ments absolus du tiroir et du taquet, ainsi que de leur mouvement relatif.
Sur la figure schématique 41(i, on a placé ces deux oi^anes dans leurs positions normales. Désignons par h la distance o^ qui sépare alors les bords de gauche de la tuile et de la lumière pratiquée à travers le tiroir. Traçons, avec cette longueur comme rayon, le cercle ponctué H (fig. 415). Il rencontre sur les rayons OC, OC la circonférence OD,, qui représente le mouvement relatif. Pour fir. *i6.
que la vapeur soit coupée, il
laut que, dans le déplacement du taquet vers la gauche du tiroir. 3 arrive en « (fig. 416). A cet effet, l'écartement relatif du premier par rapport au second doit être égal à — k (les élongations positives étant comptées, comme à l'ordinaire, vers la droite des axes de ces deux glissières placés en coïncidence). C'est donc pour l'azimut OC, mené par l'intersection (en rayons vecteurs négatifs) avec le cercle OD, , que la vapeur se trouvera interceptée. La manivelle motrice occupe alors, en raison du signe algébrique, la position diamétralement opposée OC, ('). En l'absence du taquet, avec le seul tiroir proprement dit à recouvrement extérieur p, la vapeur n'eût été coupée que pour la direction OU, qui correspond à l'intci'section du cercle OD avec la circonférence R décrite autour de 0 avec p comme rayon.
Nous pouvons, d'après cela, nous représenter la série des circonstances qui se succèdent. Si nous partons du point mort du piston, celui-ci se mouvant vers la droite, le taquet rétrograde de suite à gauche ; et en effet les rayons vecteurs du cercle OD' vont en déci-oissant. Le tiroir marche lui-même vers la droite, car ceux de la circonférence OD sont croissants. Pour la position spéciale OD, le
['] Quant 1 1* SMonde inlerseclion OC. elle ne correspond à rien de saillani dans les fonctions de h distribution. Elle représente l'instanl oii le point p s'est éloigni^ Brrt lu droite d'une longueur égale h t,i distance px, A partir de ta coïncidence drs sic» de Bjmttrie des deui coiTw.
