PUITS ARTÉSIENS
et le vase inférieur se trouvant refermé peut se remplir de nouveau; il en est de même du réservoir intermédiaire c', qui n'étant plus soumis à un excès de pression intérieure, laisse arriver par les soupapes une nouvelle quantité d'eau. L'appareil, en définitive, fonctionne automatiquement avec intermittences régulières (*).
iôô. La théorie des jets d'eau a une certaine analogie avec celle des puits artésiens.
Un jet vertical monte à peu près à la hauteur due à la vitesse des molécules liquides sortant de l'orifice,' c'est-à*(Ure à la hauteur du plan de charge sur l'orifice, moins la pression atmosphérique. La différence est due à la résistance de l'aii*, et si Ton compare la hauteur observée à la hauteur calculée, on trouve que la première est égale à la seconde multipliée par un coefficient à peu près constant, que d'Àubuisson fixe en moyenne à 0.93. Les anciennes expériences sur les jets d'eau sont dues à Mariotte et à Bossut ; elles ont été re-
prises par Baumgarten, qui a constaté une augmentation du coefficient à mesure que le diamètre de l'orifice augmente (*).
Les jets inclinés donnent une image persistante du mouvement parabolique des corps pesants. Abstraction iaite de la résistance de Tair, la gerbe formée par les filets d'eau lancés avec une môme vitesse dans toutes les dissections autour d'un même point, est limitée à un paraboloïde de révolution à axe vertical, dont le foyer coïncidé avec le centre de l'orifice, et à un même moment, toutes les molécules qui ont traversé à la fois l'orifice se trouvent situées sur la surface d'une même sphère (*").
Enfin, les jets d'eau en nappe, par exemple l'expérience de la cloche, fournissent de précieuses indications sur la viscosité des liquides et sur l'action de l'air pour détruire la continuité de l'écoulement.
(*} Voir 8ur ces appareils un rapport de H. Haton de la GoupiUière à la Société d'encouragemenr, Janvier 1876.
(*) Daicy, Fontaines publiques de la ville de Dijon, p. 436. (**) Ch. Delaunay, Mécanique rationnelle, p. 163.
INJECTEUR GIFFàRD. 629
INJECTËCR GIFFARD.
367. Nous avons vu (§ 86) que Técoulement d'un fluide par un ajutage est un moyen de produire une aspiration dans uq tube latéral, et nous avons fait remarquer que ce phénomène, étudié pour la première fois par Venturi, pouvait être regardé comme le point de départ du procédé inventé par M. Giffard pour Falimentation des chaudières. On peut y ajouter une série d'expériences de Savart sur le choc des veines liquides sortant de vases entretenus à des niveaux constants (*) . Savart a observé que dans certains cas la veine sortant de l'un des deux vases pénétrait par Torifice ouvert dans l'autre, malgré la pression du liquide intérieur. Vitijeeteur Giffard repose pour ainsi dire sur une combinaison de ces deux ordres de phénomènes : la vapeur qui s'écoule d'un générateur rentre dans le même générateur en soulevant une soupape, et en entraînant jusqu'à vingt fois son poids d'eau. LMnvention remonte à Tannée 4859; depuis cette époque, l'injecteur a été appliqué à toutes les machines à vapeur, et rend les plus grands services, surtout pour les locomotives, où le service régulier des pompes était si souvent interrompu. La théorie de cet appareil est encore un peu obscure, malgré les travaux de M. jpombes (**) et les expériences dont il a été l'objet, entre autres celles de M. Deloy (***). Nous nous bornerons ici à donner une description de l'injecteur, et à indiquer la théorie sommaire que M. Giffard en a proposée lui-même.
La vapeur A sort de la chaudière par le luyau Y Y', qui s ouvre au moyen du robinet B; elle entoure un tuyau percé de trous oo^ et traversé longitudinalement par une aiguille D qui finit en pointe.
(*) Armâtes de physique et de chimie, t. LV, 1833. — Expériences citées par Poncelet^ Introd. à la Mécanique industrielle , p. 677. (■•) Annales des mines, 6« gérle; t. XV, p. 169. — /*û/., t. XVII, p. 311, (***) Annales des mines, h' série; t. XVU, p. 301.
Le tuyau se termine par une tuyère 0. La manivelle E, mettant en mouven'<eiit une vis, sert à déplacer l'ùguille D, et à régler l'ouverture libre de la tuyère. Outre ce pnemier règlement, on peut
ikmner à la tuyère de petite déplacements vers la droite du vers la gaache, au moyen de la vis jr mancuvrée par la ptHgoée 6.
L'aiguille sert h mettre l'appareil eo train ; ou l'engage 'dans la tuyère pour activer le courant de vapeor; on la reptîre qnaod l'aspn ratwQ est bien établie.
Le jet de vapeur airive au point 0 animé d'une grande vHease. L'espace 0 communique par un iMvxa ZZ' avec le réservoir qm coniJent l'eau destinée à l'aJimaitation. Le passage du jet de vapeur dans la région 0 produit une a^aiatjon, et l'eao FafDueparletuyaD ZZ'. tl ee fait en 0 un uélaDge de vapeur et d'eau qui trairerse l'osverture I , passe dans une région lui M est sonmiB 1 la praston attDOSf^érique, et l'entre dans la chatktîëre parle tm/tm ifa'tw^atf X', en soulevant la soupape N. Un conduit VV appelé trop-plein, permet l'évacuation du liquide qui manque l'entrée du tuyau X'. La paroi qm-entoure fespace IKest percée d'orifices qo'i» peQtf«nner ou ouvrir à volonté, en tournant la bague m, percée d'ouvertures eon'espoadantes.
GIFFARDl 68A
Si Ton ajpjielk Tk vitesse du |^de vapeur A^lasoitie '4e Ja tuyère,
et P le poids de vapear qui s'éooule «dans r«iHté4e Mmps, h ^lian^
tité de mouvement du fluide qui sort de la diAHâière pendant un
PVO temps 0 sera représentée jMu: — « Appelons Q le poids d'eau entraîné
par unité de temps, et v la vitesse du mélange qui passe en L; la quantité de mouvement du mélange d'eau et de vapeur* rapportée
de mâiDe<aa ^feemps 6« seva /■ ^- jrii^ les forces extériemM qm
agissant sur ce i9yst%me som sensiblement ïmlleis ; on aura donc ï'êqua'fion
PV = (P + Q)v.
Cette équation donne le {MÛds P die vapeur qu'il faut laisser écouler pour entraîner dans la chaudière le poids, P + Q, du mélange «â'*eautet de vafMv. En géoéral^ on «tûne le peUs, P 4- Q ^n atgineniant de àO p. 100 «nviroa le poids de la vapeur que la chim^ diàce produit dans TimiÉé de temp^ poids qui dst à peu près pro^^tioasnel à la surface de ^^baoifle. Cette addition dé JkO p. 100 a pour objet de tenir compte de l'eau liquide entraînée avec la vapeur dans les cylindrèsw II reste à déterminer les vitesses 9 et Y. Or la |»*esslon 4ptt règne eti 0 autow de la veine de vapeur ^animée de la vitesse V est peu «difrérente de la pressien atttfeeej^feériifDe. On peut donc ad« ittetlre avec IL Giflard que cette vitesse Y est celle qu'acquerrait daiiisl';ak' oa jet gaieux sortant fibrenent d'un vase où Ja pression serait égale à celle de la vapei&r daas la chaudière. Oq peut d'ailieurs assimiler ce gaz à un liquide dont le poids spécifique n serait constant. Désignons par n le nombre d'atmosphères de la vapeur; p^ représentant la pression atmosphérique, la vitesse Y sera donnée par l'équation
PoXjn — 1)
La vitesse v à l'entrée du tayan diteiigent doil Atrè détermlbéé de telle sorte, que l'effort exercé par le 0gMHÊt en nefaveoient sur
632 INJEGTEUR
la soupape N soit capable de maintenir cette soupape levée malgré la pression du liquide contenu dans la chaudière. On représente cette vitesse par la formule
iglLx?S^
dans laquelle D' est le poids spécifique de l'eau liquide, et* K un coefficient supérieur à l'unité, qu'on détermine empiriquement. Od prend ordinairement D' = 1,000'" et K = 2.00 à 2.25.
Les poids P et Q sont d'ailleurs liés aux sections minimum, w et it>\ de la tuyère et du tuyau divergent, par les relations
p = wvn,
p + Q = w'rn",
où n représente le poids spécifique de la vapeur, et U" le poids spécifique du mélange de vapeur et d'eau qui traverse la section co'. Le poids n'' est à peu près la moitié du poids spécifique de l'eau liquide, c'est-à-dire 500 kilog. Ces équations font connaître les sections o)
et Ci)'.
Prenons pour exemple une chaudière où la pression est'de 7 atmosphères ; elle a pour surface de chauffe 25 mètres carrés, et chaque mètre carré produit en moyenne 20 kilog. de vapeur par heure.
Le poids P + Q se calculera en augmentant de AO [centièmes le poids de la vapeur produite par heure, et en divisant par 3600 pour ramener les mesures à la seconde. II viendra
Q 25X20XM0 700>^^ *^^"~. 3600 ~3600~
On a de plus
Le poids spécifique n de la vapeur saturée à 7 atmosphères, c'està-dire sous la température de 165% est 3^". 5. Oi;i aura donc successivement
GIFFâRD. 633
2y X — |-g — = V^^rx 17709. = 590" environ,
40330 X fi %g X 2.25 X ^QQ^ = v^2^ x 139-.54 = 52-.30.
, PxQ 0.194 „^ »„»„„-,
- - F^Tff' = 58.30 X 600 = «■'•«»•««"•
La section de la tuyère devra recevoir un diamètre de 3 millimètres l/2y et la section minimum du tuyau convergent un diamètre de S millimètres.
368* Connaissant les poids P et Q, il est facile de trouver la température de l'eau d'alimentation introduite dans la chaudière.
Appelons T la température de la vapeur sortant de la tuyère ;
T' la température de l'eau aspirée par le tuyau ZZ';
Et, t la température du mélange à l'entrée du tube divergent.
Le poids P de vapeur aura perdu, en passant de la température T à la température t^ une quantité de chaleur qui sera égale, sauf des déperditions peu importantes, à la quantité de chaleur gagnée par le poids Q d'eau en passant de la température T à la température t.
Or la chaleur perdue par 1 kilogramme de vapeur qui passe, sous pression constante, de la température T degrés à celle de t degrés est égale à l'excès de la chaleur nécessaire pour vaporiser sous cette pression 1 kilogramme d'eau liquide prise à zéro, sur la chaleur contenue à r dans l'eau liquide, ou d'après Regnault à la différence
La quantité de chaleur abandonnée par le poids P de vapeur est le produit de cette différence par P. La chaleur gagnée par le poids Q
€34 INJECIEUR GIPFARD.
(Veau liquide de T à r est d'ailleurs
On a dcMBC 1^
et Ton en déduit
La température T n'est pas égsde à la température de la chaudière; on ne la connaît pas avec beaucoup d'exactitude; mais on peut l'évaluer au moîos à 100% et r-équfttioa doBoera une lîmlle ioférîeuiie de la températore i.
Dans l'exemple que nous venons de donner, si l'on suppose
T' = 40% et T = ioa«, on aura
Le principe de rinjecteur GifTard peut être af^(|ué -ausâ bien à l'épuiseoieiit des liquides et à \x condeos^tioià de la vapeur qu'à Talimentation des chaudières. Le cùndensêur-^ectmr d'Alesandre MortOB permet, par eitemple« de suppriiaôr ia pompe à air des machioes àvaj>eur (*)•
Une autre belle application de l'éjecteur est celle qui a été faite par M. Smith au frein à vide ou vaemim tfràke^ Uii jet de vapeur âortant de ia locomotive détermine une forte dépression de l'air contenu daos uue conduite étancbe qui règne dans toute l'étendue du train. Cette dépression suffit pour inettre en Biouveuient) sous la pression de l'atmosphère, des pistons qui produisent le serrage des sabots contre les roues, et l'enrayage du train s'opère ainsi en quelques secondes.
( * ) Compte rendu des expériences sur le condenseur-lecteur da H. Alextndre H«rtOD, pur H. I. Macqaorn Hanklne (Extrait des Transatlions of tke tnstûution ôf SÈgineers m SeotltÊtd, 11168-09. -* Puik, Illuiod, ISO.)
PULSCWËIIItiE BE HALL.
PUEWHËTBE DE RiEL,
'69. Le pulsomèire a pour objet d'élever de l'eau à rûded'aae certùne dépense de vapeur. Il se compose de deux chambres A,A, en forme de poire, commaDÎquant à leur partie supérieure avec un
D poin <t <£ b cbambie d'itpintiou.
[uyan T qui amèae la vaiMor; 4e 'dessous dee dbnolirBB -eit otaofé par des tiÊftta qui a'mivroiit de -daÉNcs ea dsâaus, et qni les font communiquer avec une chambre d'aspiration D, fermée elle-iOiâiBe
INJECIEUR GIPFARD.
(l'eau liquide de T à 1
^Dt de la chambn ° est daxUeara ." , . , , jnent h. munie de im
Q X (/ — T}. -es en poire. Dd réservoir
On a donc l'«gdité
yuamnnique avec la chambre
et l'on en déduit
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Uoe soupape osdllante, placée au point S où les deux poires se réunissent au tuyau d'amenée de la vapeur, ferme et ouvre alieinativemént les deux poires, et laisse la vapeur pénétrer à pleine pression dans l'une, en même temps qu'elle la laisse se condenser diiis l'autre.
