MACHINES DE ROTATION

803 — Machine Sulzer. — Le moteur Sulzer (*) est représenté par la figure 477. Une soupape d'admission fournit la vapeur, à chaque extrémité de la génératrice supérieure du cylindre horizontal ; deux autres, à la partie inférieure, servent de même à évacuer à la fois la vapeur et l'eau de la condensation.

Un ressort charge la soupape d'admission, dont la chute est influencée par un dash-pot. L'air comprimé s'échappe de ce dernier à travers un orifice que l'on règle avec un bouchon à vis. La manœuvre est déterminée par le moment où la clenche vient échapper une touche, gouvernée par un axe que l'on relie à l'arbre tournant au moyen de roues dentées égales entre elles, de manière à communiquer à tous les deux la même vitesse angulaire. Cet axe est mis en communication avec la touche par un ingénieux jeu de

(*) Résal. Machine à détente variable Sulzer. Annales dei minées 7« série, t. IX, p. 221. — Coste et Maniquet. Traité théorique et pratique des machines à vapeur ^ etc., p. 166. — Buchetti. Le* machines à vapeur actuelles , p. 87. — Uhland. Les nouvelles tnachines à vapeur, p. 192. — A. Evrard. Traité d'exploitation des mines^ t. H, p. 210. — Timmermanns. Élude sur les machines d'extraction à détente (fig. 476), — The Engineer, 30 août 1878, p. 154.

fer. Celui que représente la ligure 478 a étc établi par la maison Carels de Gand.

804 — Machine Broum. — Le moleur Brown (') est horizontal et

d un seul cylindre. La distiibulion est radiale (n" 7 fô). Sa commande i3st prise sur le milieu de la bielle motrice, qui décrit une sorte

(') Jules Doulvin. Élude sur les dUlribulions sans cicentrlqucs. Aimala de CAtto- «lafion deë Ingénirurt tortU da Écola tpécialtt de Gand, VttA. — lljrsch. La mu* fhinet el le» appareitt de ta méeaHiipie géiiérala à rExpoéition unirerietU de 1S7K, ^(roupe VI, classe SI, p. SI 4. — Ledoui. Compte rendu mtntuel det léaiicct de ta Soeiéli de riadiulrie minérale de Saint-Elienne, 1878, p. 185. — BucllctU. Les machinei à sapeur aciuellei, p. 99. — Ulilaiid. Le* nouvelle» machina à tapeur, p. SI7. — Engineering, H jaillet 1878, p. 47S. — TAc Engineer, Ï4 mai IBTS, p. 3Ca.

MACHC9ES A VAPEUR.

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d'ellipse allongée. Un système articulé transforme cette trajectoire en un mouvement rectiligne nlternatif, communiqué à une tringle portant deux touches, qui viennent successivement attaquer les deux soupapes d'admission. La détente varie d'après l'inclinaison d'une barre reliée au régulateur à boules. L'avance reste néanmoins constante. Un excentrique spécial manœuvre d'autre part les soupapes d'échappement.

805 — Machine Meyer.

— M. Meyer a employé une soupape pour la distribution de la vapeur, dans des conditions tout à fait spéciales.

Il s'en sert pour couper la vapeur, non plus, comme dans les cas précédents, à son entrée dans le cylindre, mais avant son introduction dans la boite même de distribution. On réalisât ainsi la détente, mais au prix d'une augmentation considérable de l'espace nuisible, dans lequel se trouve alors rangée

la capacité totale de cette chambre. Cet inconvénient est racheté

Fig. 178. — Commande de souptipa Carels (coupe transTersalti,.

par In facilité de la manœuvre , qui est fondée sur l'emploi de la came hélicoïdale ou manchon à bosse.

348 UACUINES A VAPEUR.

Cet organe dérive de l'excentrique à ondes ('), que l'on constilue de la manière suivante. Imaginons deux cercles concentriques (fig. 479), ainsi que deux rayons comprenant entre eux un angle arbitraire. On utilise pour le profil efTeclif l'une des circonférences à l'intérieur de cet angle et l'autre en dehors, en raccordant les passages par des courbes à / inflexion qui ne présentent pas trop

de raideur. De celle manière, la soupape se trouve soulevée par le passage de la saillie que présente le contour, pendant un temps plus (Êi^vïtionj. OU moms long, suivant I ouverture

adoptée pour l'angle des rayons.

Cela posé, imaginons {fig. 480) une série de semblables excentriques que l'on aurait construits en employant toute une gamme d'angles variables, et que I l'on empilerait comme des pièces de monnaie, avec raccordement des aspérités de celle sorte d'escalier par une surface continue. Si l'on imprime arbilmirement il celle came hélicoïdale — un déplacement longitu*

Fig. 4HU. — Corne bi^llcoMalc (.'l^ratioii). diual Suivaut SOU axe,

on metira ainsi en regard du galet qui commande la soupape, différentes sections droites de ce corps cylindroïde; ce qui fournira le moyen de couper la

('] Hslon de la Gaupilliire. Trahi det niéiatitma, p. 83.

SOUPAPES. 34tt

vapeur plus ou moins tôt à la volonté du conducteur de la machine, ou, en d'autres termes, de faire varier la détente.

Lorsque le moteur doit comporter en outre le changement de maix:he, on associe l'une au bout de l'autre, pour former le manchon à bosses, deux parties symétriques inversement disposées.

806 — Machine Audemar. — M. Audcmar (') a employé de deux manières différentes le manchon à bosses pour la conduite des moteurs h soupapes destinés au service de l'extraction des mines.

Dans un premier dispositif {iig. 481), il associe le dispositif Huyer qui vient d'élrc décrit, avec une coulisse de Stephenson, en vue d'alléger assez l'elTort imposé au mécanicien pour que celui-ci reste parfaitement maître de sa machine dans des manœuvres délicates et fréquemment répétées.

Un même levier, ou une roue à poignées, gouverne à la fois les deux organes. Un engrenage muitiplicateur de vitesse établit la

(') Audcmar {Bulletin de la SociéU de Cindutirie miairaU de Sainl-Élienne, 1870. 1878, 3- série. L il, p. 5«0, — Compte rendu mmiuel de» «"onrai dt la Société de tinduelrie minérale de Sainl-Êlieiine, 1870. p. 11). — Cosie et Jlaniquct. Traitr Ihébrique et pratique dei machina à tapeur, etc., p. 183. — A. Evrard. Traité d'exploilaliim de» minei, 1. 11, p. 100. — llaion de lu GoupMlière. Court d'eiploitalioii dt» mine». L II, p. 140. .

liaison, de manière qu'un très petit mouvement du levier de commande corresponde à une excursion assez étendue de la came hélicoïdale. Dans ces conditions, le tiroir est peu déplacé par ce mouvement, qui n'exige, par suite, du mécanicien qu'un faible travail pour vaincre celui du frottement. Et cependant la came a couru assez loin suivant son axe pour que la soupape Meycr se trouve influencée d'une manière tout autre, et coupe maintenant la vapeur d'après des périodes très différentes. On arrive donc facilement à faire varier la détente.

Il en sera de même pour renverser la marche. Cependant il faut bien alors en venir à produire une grande excursion du levier et du tiroir, puisque le coulisseau doit maintenant se transporter de Tune à l'autre des régions extrêmes de la coulisse. Mais, dans ce cas, le manchon à bosse atteint très rapidement une région centrale qui ne présente plus de renflement, et pour laquelle, par suite, il ne se produit aucune admission dans la boite de distribution ; la soupape restant plaquée sur son siège. De là une chute complète de la pression exercée sur le dos du tiroir, lequel dès lors n'oppose plus de frottement important, et se prête sans obstacle à la manœuvre du mécanicien.

Aux deux extrémités du manchon, au contraire, le renflement règne sur toute la circonférence. Toute détente est supprimée, et la machine, fonctionnant constamment en pleine pression, se trouve bien en main du machiniste pour faciliter les manœuvres que celui-ci doit exécuter sur les clichages.

807 — Dans un second dispositif, M. Audemar associe ensemble quatre soupapes destinées à eflectuer la distribution directe dans le cylindre, et groupées deux par deux à ses extrémités, pour y produire l'admission et l'échappement d'une manière distincte.

Une môme tige, placée à la disposition du mécanicien, porte quatre cames hélicoïdales qui leur correspondent respectivement. Suivant la position que l'on attribue à cette tiraudc, on peut faire varier la détente; de même que, par un renversement plus complet, on réalisera le changement de marche.

Il est nécessaire à cet égard de ne pas perdre de vue que

SOUPÂPRS. 351

l'ensemble du cylindre et de ses accessoires étant symétrique par rapport h une section transversale menée par le milieu de la longueur, il ne saurait en être de même pour la liraude et ses quatre cames. En effet, celles-ci obéissent toutes ensemble à un même mouvement longitudinal, et non à deux mouvements opposés Tun à l'autre, comme Texigerait la symétrie. 11 est donc nécessaire que les deux cames de l'un des groupes soient constituées d'une manière inverse du type employé pour l'autre.

HACHIME BE COBNOUAII.I.ES

808 — Description. — La machine de Cornouailles (') diffère profondément de toutes celles que nous avons déjà examinées jusqu'ici, et de celles qui suivront encore. En premier lieu, elle est à simple effet; en outre, elle présente dans sa distribution une nouvelle phase fondamentale nommée période d'équilibre; enfin elle est intermittente. Examinons successivement ces trois points.

Le moteur est à simple effet; c'est-à-dire que la vapeur n'agit que sur une seule face du piston, et durant une des deux courses simples. Cet organe est ensuite ramené pendant la contre-course par une résistance qui, après avoir été vaincue dans la première phase, reprend alors son empire. Celte force est ordinairement la pesanteur, le cylindre étant placé verticalement.

Elle peut alors intervenir de deux manières différentes. Si la machine est à traction directe, la vapeur agit par-dessous le piston, qu'elle force à monter. Celui-ci redescend ensuite en raison de son propre poids, et de celui de ï attirail qui en est solidaire ('). Lorsque le moteur est à balancier (n* 836), la vapeur exerce sa pression au-dessus du piston, et tend à l'abaisser, en élevant d'autre part les poids qui sont reliés à l'extrémité opposée du balancier. Ces derniers

(*) Armengaud. Traité des moteurê à vapeur^ t. II, p. 85. — Wîckstead. The comiêk pumping Engine. — >Vorshead. Duiy of the cornish pumping Engine. — Proceedings of civil EngineerSt t. XXIII.

(*) Uaton de la Goupilliére. Coun d'exploitation de$ mineêj t. II, p. 287.

MACHINES A VAPEIK.

relèvent ensuite le piston, quand ils reprennent la pfépondérance. Le simple effet tend à diminuer Tusure, attendu que c'est toujours dans le même sens que le piston frotte avec force, ce qui a pour résultat de polir les surfaces, tandis qu*un effort égal, exercé alternativement des deux côtés dans les moteurs à double effet, tend à désagréger le métal.

Fig. i8i.

809 — Nous avons dit en second lieu que Ton rencontre dans ces machines une période spéciale d'équilibre, qui vient s'ajouter aux phases ordinaires : pleine pression, détente, échappement et

compression.

On met à cet effet en communication les deux extrémités du cylindre par un conduit latéral, qui porte le nom de tube d'équilibre (fig. 482) » Trois soupapes fondamentales interviennent dans la distribution, à savoir : A (soupape d'admission), C (soupape de condensation, appeléi»aussi soupape d'exhaustion), E (soupape d'équilibre).

Si nous supposons, pour fixer les idées, que le moteur soit à balancier, la vapeur se trouve, pai* l'ouverture du clapet A, admise au-dessus du piston. La soupape K reste fermée, C est ouverte. Le piston P est sollicité sur sa face supérieure par la pression de la chaudière, tandis que la tension de l'îïtmosphère, ou celle du condenseur, s'exercent du côté opposé. Il s'abaisse donc en surmontant les résistances.

A la (in de celte phase de pleine pression, A se forme sans que les autres soupapes changent de position. La détente commence.

Pour une troisième période, C se ferme, tandis que E s'ouvre du môme coup, A restant fermée. La vapeur, déjà détendue, se met alors en équilibre sur les deux faces du piston, sur lequel elle perd dès lors toute action propre. Celui-ci continue cependant son mouvement par la vitesse acquise; maïs cel!e-ci va en diminuant par l'influence des résistances, tant utiles que passives.

SOUPAPES. ôùù

C*est la phfise d'équilibre, pendant la seconde partie de laquelle le piston, ayant fini par s'arrôter en raison de son ralentissement progressif ('), se met ensuite à remonter, sous l'action du poids de l'attirail qui sollicite la queue du balancier.

Pour une quatrième période, vers la fin de cette excursion ascendante, la soupape E se ferme. Dès lors, la vapeur d'équilibre qui se trouve par là isolée au-dessus du piston, sera dorénavant refoulée sur elle-même. C'est la phase de compression.

810 — Tout se retrouve alors dans les conditions initiales, au moment où l'admission A et la condensation C s'ouvrent de nouveau. Mais cet instant n'arrive pas immédiatement, et, ainsi que nous l'avons dit, la machine de Cornouailles présente le caractère exceptionnel de l'intermittence. Au lieu de se succéder d'une manière continue, comme dans le moteur à double effet, sous l'influence de la rotation ininterrompue de l'arbre et du volant, les diverses courses constituent individuellement des évolutions complètes, nettement détachées les unes des autres. L'intervalle qui les sépare reste variable à volonté, selon le degré d'activité que l'on désire imprimer à la production du travail.

Pendant ce laps de temps, le séjour de la vapeur conserve aux parois du cylindre leur température. C'est seulement lorsque vient le moment de fournir une nouvelle course, que la soupape C s'ouvre pour opérer la condensation de cette cylindrée, en môme temps que A pour en fournir une nouvelle.

Cette propriété si caractéristique de l'inlermiltence s'obtient à l'aide d'un appareil spécial appelé cataracte.

811 — On désigne sous ce nom une petite pompe à eau glycérinée ou à huile (fig. 483, 484). Un conduit latéral permet au liquide de se transporter d'une extrémité à l'autre du cylindre, en raison de la descente progressive d'un piston. Celui-ci est ensuite relevé subitement vers la fin de la course du piston moteur, par l'intermédiaire de la poutrelle de distribution qu'actionne ce dernier.

C) On a soin de disposer un tampon de choc capable d'arrôter dans tous les cas le piston, s'il s'emportait par hasard au delà des limites voulues.

Cette poutrelle continue à glisser le long du levier de la cataracte, une fois qu'elle Ta ramené dans sa position supérieure. Elle remonte

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Fig. 483 et 484. — Machine de Comouaillos. Cataracte (plan et coupe).

ensuite avec le piston-moteur, et finit par abandonner à elle-même la cataracte ainsi réamorcée.

Ce n'est que pendant cet intervalle que ce régulateur se trouve placé sous l'empire irrésistible du moteur. A partir de l'instant où la poutrelle l'abandonne, il reste isolé de toute action motrice, el fonctionne pour son propre compte comme une véritable clepsydre. Son piston redescend sous l'action de la pesanteur, en imprimant au liquide un déplacement, que l'on ralentit d'ailleurs à volonté par l'étranglement de l'écoulement, au moyen d'une soupape ou d'un robinet modérateurs. On reste ainsi maître de la durée de ce mouvement, et par suite de l'instant où certaines relations que nous allons indiquer, entre le petit piston hydraulique et „..-^

la soupape d'admission A (fig. 482), '""

détermineront le commencement d'une nouvelle course.

A cet eiTet, le piston de la cataracte descendant sous l'empire de son propre poids, et surtout d'un contrepoids additionnel (fîg. 483), la tige qui est articulée sur son levier remonte doucement. Au mo< ment voulu, elle rencontre un levier à cran (lig. 485), qui tient en respect un secteur armé d'un contre- i^ poids. Celui-ci fait alors chavirer le j J secteur, par un mouvement brusque ^. ,~ - ,., ^ r qu'une tringle transmet à la sou- '>'=''= ■'■'""' «""(«pe (^itfniionj. pape, de manière à -la soulever vivement de son siège. On évite ainsi le laminage prolongé, que produirait nécessairement une commande directe empruntée au mouvement lent de la tige de la cataracte.

A un instant ultérieur, un tasseau ramènera en place le secicur. et le levier à cran viendra se remettre en prise avec lui, quand la tige de la cataracte se trouvera abaissée par le réamorçage final de cet appareil. Dans ces conditions, la poutrelle, venant à remonter à son tour, pourra sans inconvénient abandonner ce secteur, dorénavant calé par le loquet.

556 MACHINES A YAPEUR.

812 — Théorie. — Les conditions du fonctionnement de la machine à simple eiTet diflerent totalement de celles des moteurs de rotation. Pour ceux-ci, un volant puissant uniformise sensiblement la vitesse angulaire. L^allure du piston se confond dès lors presque rigoureusement avec le mouvement sinusoïdal, qui est bien déterminé, et toujours identique à lui-même (n* 575). Ici l'accélération n*est plus définie a priori. Elle dépend d'éléments multiples, qui sont indépendants les uns des autres.

Pour nous en rendre compte, envisageons d*abord une machine à traction directe. Appelons S la section du piston, p la pression variable du fluide, p' la tension constante du condenseur, M la masse qui participe au mouvement de translation du piston, ^ l'ensemble des frottements. L'accélération -r- du mouvement rccti-

at

ligne s'obtient en divisant par la masse M la somme algébrique des forces extérieures, à savoir l'effort moteur (p — p')S, diminué du poids }/ig qu'il s'agit de soulever, et du frottement ^ :

(*) -df- M

813 — Considérons, d'autre part, une machine à balancier. Le piston doit alors surmonter la résistance F que lui oppose cet organe. L'équation différentielle de son mouvement reclilignc devient par conséquent :

dv __ (p — p')S-^mg — 9—'¥ ^-"^ 'df - m

si m désigne la masse qui descend avec le piston, et f la por* tion des résistances passives qui se rapporte à cette partie de l'appareil.

Envisageons en second lieu le mouvement de rotation du balancier. Je désigne par jx sa masse, par p son rayon de giration, et par R sa demi-longueur. Nous admettrons approximativement que ce dernier paramètre mesure à chaque instant.lc bras de levier de la

force motrice F qu'exerce sur lui le piston, ainsi que celui de la résistance F' que subit l'autre bras de la part du contrepoids. L'accélération angulaire aura d'après cela pour valeur :

,,. d^ (F-FOR-9V ^ ^ 'df ^'

si 9' représente le frottement qui se développe tangentiellement au

ourillon de rayon r.

En ce qui concerne enfin le contrepoids, de masse m\ il se trouve

animé à chaque instant de la même vitesse que le piston, d'après

l'égalité des deux bras du balancier. Il a donc de son côté pour

dv accélération -7-9 ce qui donne pour l'équation de son mouvement

rectiligne :

... dv F' — m'g — ç"

en appelant / le frottement relatif à cette partie de l'apparciK

814 — Remarquons actuellement qu'en raison de la connexion de la tige du piston avec le balancier, on a l'égalité :

V = Rw.

Il vient, par suite, en multipliant par R les deux membres de l'équation (3) :