MACHINES A HÉLICE 31 B

réduite ; dans ce cas spécial, Tadoplion du système compound roniparativement aux cylindres indépendants est une question du mémo ordre que pour les locomotives ; on peut dire en sa faveur qu'il permel tl'opérer d'assez longues détentes sans aucun organe spécial et sans complication de la distribution.

La machine compound à condensation par surface est abandonnée, si ce n'est pour les bâtiments destinés à de très courtes traversées el oii la raison du poids mort de la machine et des chaudières est prédoniinante parce que l'économie de la triple expansion ne procurera il pas une réduction des chaudières et des soutes à charbon capable de compenser le poids mort supplémentaire. C'est néanmoins la corapuund à double expansion qui a servi d'école aux machines plus modernes (') oi à ce titre nous rappellerons quelques-unes de ses proportions carat*téristiques .

Le rapport des volumes des cylindres dans les compound est toujours voisin de 3 ; l'introduction aux 0,4, que l'on peut convenablement ol>tenir de la coulisse sans exagérer la compression, donne au rapport total de détente une valeur voisine de 7, convenable pour les pressions de 5 à 6 atmosphères effectives.

M. F.-G. Marshall, dans une revue des progrès de la machine marine de 1871 jusqu'en l'année 1881, qui a terminé l'ère des compound pour l'hélice, donne comme moyenne se rapportant à cette période :

Consommation de charbon par cheval indiqué par heure . 0^,880

8arface de chanâe par cheval Qr\Z7

3 condensante par cheval 0™%^!!^'

Pression moyenne effective aux chaudières ..... 5 Btm 8

Vitesse moyenne de piston par seconde 2», 35

Il ne s'agit pas ici de certains bâtiments spéciaux pour lesquels la vitesse de piston dépassait déjà de beaucoup ce chiffre.

Parmi les groupements de cylindres employés dans les compotunl, la disposition (fîg. 271) est la plus fréquente, celle à cylindres en tarr dem (fig. 272) a été employée, malgré l'inconvénient du point uuwL Pour les grandes puissances, le système à quatre cylindres en double tandem (fig. 273), mis en évidence par le succès du Britannic, a vu un^ certaine vogue, et l'on a même fait quelques grandes machines triple

1. On en trouvera notamment un spécimen bien détaillé dans les ma<?]unei; de VAssyrian Monarch, Eugg-l^SUl^ sem.

TRIPLE EXPANSlOlï

tandem agissant sur trois coudes à 120 degrés; très souvent aussi, et toujours pour les grandes forces, on n'a dédoublé que le cylindre à basse

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Fig. 271

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Fig. 272

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Fig. 273 Fig. 274

pression (fig. 274), pour ne pas atteindre des diamètres énormes (comme celui de 3"',04 du Ciiy of Chester)\ ainsi, les cylindres de YUmbria ont 1™,80 pour la haute pression et 2"',66 pour les deux cylindres à basse pression, avec une course commune de 1"',830 ; la disposition des trois coudes à 120 degrés fournit une plus grande régularité au couple moteur de rhélice, et elle a été conservée dans le type le plus répandu des machines à triple expansion.

154. — Machines à triple expansion. — Le groupement des cylindres admet de nombreuses variétés, parmi lesquelles nous n'indique-

rons que les plus fréquentes : la figure 278 est le type le plus général ; les trois cy" lindres sont côte à côte ; chacun des coudes de Tarbre est entre deux paliers, les distributeurs sont dans le plan médian, mais celui du cylindre à basse pression est reporté a Tarrière pour ne pas augmenter rentre axe des deux derniers cylindres.

Quelquefois les cylindres ont été boulonnés l'un contre Tautre par les brides des capacités formant leurs réservoirs intermédiaires, mais on préfère généralement leur donner plus d'indépendance pour éviter que les dilatations ne s'accumulent, et on se borne à les relier par des entretoises légères comme dans la figure.

PP^Kx^

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Fig. 276

La disposition (fig. 276) a été assez fréquemment employée, afin d'économiser de respace en longueur ; il en est de même de celles des figures 277 et 278. Pour les très grandes puissances, les chantiers de Fairfield

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Fig. 277

Fig. 278

ont Inauguré le système à cinq cylindres disposés sur trois axes (fig. 279}; les cylindres à haute et à basse pression sont dédoublés etformentdeux

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Fig. 279

groupes en tandem actionnant le premier et le troisième coudes, le cylintlre intermédiaire attaque le coude du milieu. D'îibord employé pour le Lahn en 1887, ce système a été adopté

pour chacune des machines du Campania en 1893, avec les dimensions suivantes :

Diamètre de chacun des cylindres à H P .

» du cylindre à M P

3> de chacun des cylindres à B P Course commune

Lalm

Campania

Les cylindres sont proportionnés de manière à partager le travail à peu près également entre les coudes ; pour le type (fig. 278), cette considération conduit à des diamètres de cylindres qui sont approximativement dans le rapport des nombres 3, 5, 8 ; les rapports des volumes sont donc environ :

Rapport du cylindre moyen au petit cylindre . • . 2.75 » 3> à basse pression au cylindre moyen 2.55 3> du grand au petit cylindre 7 >

Pour le type (fig. 276) à deux manivelles, le cylindre à haute pression et le cylindre moyen sont relativement plus réduits.

Ces chiffres ne sont d'ailleurs donnés que comme première approximation ; c'est en prévoyant d'une manière judicieuse les perles de pression, l'influence des espaces nuisibles, l'effet des parois et les circonstances du réglage de la distribution qu'on pourra les modifier d'une manière plus ou moins heureuse (5^ fasc).

Dans les machines marines, on ne s'est pas attaché en général à réduire la perte triangulaire avec le même soin que dans les machines fixes ; la raison en est que pour atteindre ce but, il faudrait employer à chaque cylindre un appareil de détente qui amènerait dans une machine à changement de marche de grandes complications ; cependant, nous avons vu ailleurs (5* fasc, n"" 39) que cette perte n'est pas négligeable, et on peut certainement la diminuer dans une juste mesure en augmentant un peu le diamètre des cylindres à haute pression.

Le sens du calage des manivelles, à peu près indifférent dans les compound dont les coudes sont à angle droit, a une certaine influence

sur les variations de pression dans les réservoirs intermédiaires lorsque les coudes sont à 120 degrés ; on trouve les deux dispositions suivantes, en énumérant les manivelles dans Tordre où elles se présentent à l'observateur pour la marche en avant :

Haute Moyenne Basse

Moyenne Haute

Dans le premier cas, on trouve que les réservoirs intermédiaires doivent avoir un volume plus grand pour maintenir les variations de pression dans les mêmes limites ; les courbes d'indicateur sont différentes dans les deux cas, il n'y a cependant aucune différence dans les consommations.

Exemple de machine à triple expansion (*). — Les figures 280 à 284 représentent d'après Engg., les machines du Meteor essayées par Y institution of mechanical Enyineers {Minutes^ mai, 1889), développant 2.000 chevaux indiqués.

Le cylindre à haute pression est placé entre les deux autres ; les trois cylindres sont à enveloppe de vapeur sur le pourtour, mais ni les couvercles ni les fonds ne sont réchauffés. Cette pratique est assez courante, on envisage ce mode de construction comme un moyen d'obtenir des surfaces de frottement saines et dures pour les cylindres plutôt qu'au point de vue du réchauffage. L'effet d'enveloppes ainsi disposées est nécessairement très réduit, étant donné surtout le taible rapport entre la course et le diamètre, et les grandes surfaces nuisibles qui en résultent.

La vapeur est amenée des chaudières par le tuyau V, qui débouche sur la caisse du modérateur m; la distribution est faite au cyhndre à haute pression par un tiroir cylindrique <,, l'admission étant produite par les arêtes intérieures (3** fasc, fig. 130) ; les conduites d'échappement E4 aboutissent à la boîte de distribution du cylindre intermédiaire, dans laquelle se trouve un double tiroir cylindrique t^ <, admettant par les arêtes extérieures ; E, est le conduit unique amenant la vapeur aux tiroirs ^, du cylindre à basse pression; ceux-ci admettent par les arêtes

1. On trouvera des types de machines beaucoup plus importantes dans les recueils spéciaux ; le type que nous avons choisi ne peut être considéré comme tout à fait normal, notamment en ce qui concerne la position donnée au cylindre à haute pression; le timbre de la chaudière (lOatm.) est aussi généralement dépassé.

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Pig. 282

ntérieures, pour décharger fiûalement la vapeur par les conduites E, dans le coffre du condenseur.

La distribution par tiroirs cylindriques alternativement de l'un et l'autre genre donne aux conduits des dispositions fort simples, puisqu'ils ne doivent jamais être croisés, et permet de les placer du même côté de la machine. Cependant le tiroir cylindrique n'est presque jamais employé pour la basse pression, la pratique la plus fréquente peut se résumer ainsi :

Haute pression . Tiroir cylindrique excIusÎTement.

Moyenne pression . Tiroir cylindrique ou tiroir plan partiellement compensé- Basse pression • Tiroir plan partiellement compensé.

Les garnitures des tiroirs cylindriques sont rarement étanches, cette raison limite leur emploi malgré la qualité précieuse qu'ils ont d'être équilibrés, de n'exiger pour ainsi dire aucun graissage, de pouvoir être commandés par des mécanismes plus légers, etc.

Dans la machine que nous décrivons, les manivelles se suivent dans l'ordre : haute, moyenne et basse pression.

Chaque groupe de distributeurs est actionné par une coulisse de Stephenson, un seul arbre de relevage a est commun aux trois coulisses, il est commandé par une vis sans fin au moyen de l'arbre a\ sur lequel se trouve un petit moteur assistant S. Les bras d'attache des coulisses sont ici des manivelles, c'est-à-dire qu'ils peuvent faire un tour complet avec l'arbre a, leurs points morts correspondant à la marche en avant ou en arrière. Ce système est fréquemment employé pour les machines de dimensions moyennes, tandis que le servo-moteur, plus précis et plus rapide dans son action, est exclusivement adopté aux grandes puissances. Malgré la liaison des trois distributions, l'introduction peut être modifiée dans une certaine mesure à chaque cylindre au moyen d'un coulisseau réglable dans chacun des bras.

La circulation est produite par une pompe centrifuge (non représentée), qui refoule l'eau froide dans les tubes du condenseur ; celle-ci fait deux circuits et sa tubulure de sortie est marquée en e.

La pompe à air p est actionnée par un balancier, qui commande sou vent une paire de pompes alimentaires et deux pompes de cale. La pompe de circulation, généralement à double effet, est aussi commandée parla même traverse dans tous les cas où l'on n'emploie pas une machine spéciale

pour cet usage, mais pour les grandes puissances, toutes ces fonctions sont le plus souvent séparées.

Les machines à hélice sont toujours munies d'un appareil qui permet de les faire tourner pour les démontages, la visite des pistons, etc. ; il est actionné à la main pour les petits moteurs; une roue avec vis tangente est calée sur l'arbre, à l'extérieur du dernier palier, une petite machine auxiliaire (visible dans la figure 282) lui communique le mouvement ; on peut désembrayer la vis par un mouvement de rotation de son palier.

Le bâti comprend un soubassement creux en fonte assis sur des carlingues et des boites de renfort de la charpente, avec interposition d'un lit en bois dur de quelques centimètres d'épaisseur; ce cadre comprend autant de traverses qu'il y a de paliers, et le condenseur forme Tun de ses côtés. Les cylindres sont supportés d'im côté par des jambages venus de fonte avec le condenseur, et du côté opposé par des montants tubulaires s'appuyant sur le soubassement.

On obtient des machines plus accessibles et mieux en vue en remplaçant ces montants par des colonnes forgées: cette disposition très recommandable est presque générale pour les puissances ne dépassant pas un millier de chevaux. Pour les grandes machines, au contraire, l'augmentation de la course exige une meilleure assiette, les montants sont alors divisés au pied en forme de fourche. Les parties creuses des bâtis sont quelquefois utilisées comme réservoirs d'huile de graissage.

La mise en train des machines marines ne donne pas lieu aux mêmes complications que celle des locomotives, le problème d'ailleurs est tout différent, car le couple de démarrage est ici très faible, le couple résistant du propulseur augmente ensuite avec le carré de la vitesse ; pour les locomotives, le couple résistant est maximum au début à cause du frottement au départ et de l'inertie du système entier. Le seul point qui importe dans les machines marines est d'obtenir une mise en train rapide des machines; dans l'exécution des manœuvres, le vide du condenseur se maintient suffisamment pour qu'on n'ait pas à faire des admissions de vapeur auxiliaires pour doubler les points morts du cylindre à haute pression. Pour la mise en train, un tuyautage de petit diamètre avec une glissière de distribution mue à la main permet d'introduire la vapeur sur l'une ou l'autre face du piston à basse pression. Ce tuyautage auxiliaire est répété à tous les cyhndres pour les grandes machines, qui exigent un échauffement méthodique avant le départ

lorsque les cylindres sont froids ; quelquefois, c'est le cas pour les machines du Meteor, une admission directe est faite par un petit tuyau au premier et au second réservoir, le machiniste en dispose pour la mise en train, il peut aussi en cas d'excès de pression aux chaudières dans la marche à fond de la coulisse, admettre au premier réservoir pour éviter les perles d'eau.

166. — Essais du Meieor. — Les essais auxquels nous avons fait allusion au numéro précédent se distinguent des expériences de réception ordinaires en ce que les rendements des chaudières et des machines ont été mesurés séparément, malgré les difficultés que présente une pareille opération dans des espaces aussi confinés que ceux d'un navire,

Fig. 285 à 287

surtout lorsque les mesures doivent porter sur de grandes quantités d'eau et de charbon. L'eau a été mesurée entre la bâche et la pompe

ÎMfiOfji ,

alimentaire au moyen de deux réservoirs remplis et vidés alternativement par des robinets à trois voies ; l'essai a duré environ 17 heures, les figures 285 à 287 représentent un jeu de diagrammes relevés simultanément par six indicateurs; le charbon a été pesé en même temps, les températures ont été relevées ainsi que toutes les données permettant une analyse exacte; seules les consommations des enveloppes n ont pu être séparées, leur eau de condensation est comprise dans le total. Nous extrayons du rapport de M, Kennedy les résultais suivants, réduits en mesures mélriques,

cuAcs

Dimensions

Diamètre du cylindre HP 746-/-

> de la tige 178

> de la contre-tige 118

i> du cylindre M. P 1.118

j> de la tige 178

de la contre-tige 111

du cylindre B, P 1.778

de la tige . .

de la contre-tige

Course des trois pistons 1.218

Espaces nuisibles : H. P •

Introduction au cylindre H. P. pendant Tessai . .

Rapport total de détente 10.8

Rapport des volumes des cylindres, tiges déduites . 1 — 2, 1 — 5,86

Surface de condensation • , 2S5*'

Surface de grilles des deux chaudières à double face 19"^,â

» chauffe i ^ 612"^

Rapport ...,,.,. 32

Pression effective 10 atm, 2

Diamètre de la cheminée commune 2™,20

Hauteur au-dessus de la grille la plus basse - . - 18",50

Combustion moyenne par mètre carré de grille . - M kilïi.

Pouvoir calorifique du charbon brut 710<) calories -

Tirage au pied de 1» cheminée 6™*/*

Poids d'air admis par kilogramme de houille. . * 15*5

Température des g aa perdu3 420 degrés C-

Vaporisation de zéro à Ô atm. effectives rapportée au

kilogramme de charbon Nixon (v. i^ faacX ■ < S, 5

Nombre de tours moyen par minute 71 . 78

Puissance indiquée moyenne - lî*9t chx dt; 76 le*

Puissance du jeu de diagraraines représenté par les

figures 286 à 287. . . , 2009-4

Puissance maximum *.*,.,.•-, 2086

Poids de vapeur consommé par cheval par heure. • 6^*795 (*)

Pression deTenveloppe H. F * . 8'^ 9

Pression au premier réservoir ,*.,»*, 2-5

2> au second i» - 0,42

Pression initiale au cylindre H. P 9.4»)

Chute de pression des chaudières au cyhndre . * Ô-8

(/Ontre*pression moyenne au cylimlre B. P. * . 0.225

3) au condenseur O.lÔfi

Fluide présent au cylindre à liante pression sous

forme de vapeur, rapporté k la consommation, an

commencement de la détente - 77 , 1 (*)

Idem au cylindre à moyeune pression 80.2 (•)

Idem D à basse » 75.2 (-)

Poids des machines, chaudières, tuyautages et pompes

en ordre de marche 89G 360 kilg*

Poids par cheval indiqué de reasai. , . . . . 198 kilg.

h Un essai des machines de *N5 chevaux de 1'* lona *> a donna une consommation de 6 kilogrammes.

î, La différence entre ces chlllres et Punité représente le poids de fluide conlieuse au cylindre et la consommation des enveloppes; l'analyse mamjue it'i de précision parce que cette consommatîoiJ n'a pas été mesiurée, iJ en est de môme du tracé des courbes de saturationt figure 2^8, des diagrammes rankinisés.

156. — Remarques générales, — Dans les navires à deux hélices, les deux groupes de machines actionnent des arbres parallèles; les bàlis sont indépendants, sauf dans les petites dimensions, pour lesquelles le rapprochement donne lieu à des combinaisons spéciales. Les machines auxiliaires sont toujours séparées, la double hélice apporte un grand appoint à la sécurité lorsqu'il y a indépendance complète des moteurs.

Le dédoublement des machines n'augmente pas le poids, c^est plutôt l'inverse qui est vrai, car on donne à chaque propulseur un diamètre plus faible que celui de Thélice unique ; le nombre de tours est augmenté, etla somme des volumesdes cylindres est diminuée. Pour les tirants d'eau modérés, la double hélice est appliquée avec succès aux cas où les roues étaient seules considérées comme possibles, les allures rapides réalisées dans la marine militaire sont presque passées dans la pratique courante, ainsi le Tynwald qui fait un service de passagers entre l'Angleterre et rîle de Man, et dont le tirant d'eau est de 3™,10 seulement pour une largeur de 10",50, développe environ 5.000 chevaux sur ses deux hélices pour une vitesse de 19°,5.

L'acier coulé est largement employé dans la construction des bâtis, des pistons et même des coussinets principaux en combinaison avec le métal blanc. Les arbres coudés sont composés de tronçons calés à la presse dans les joues, de même que les tourillons des coudes.

Pour la marine militaire, les nécessités imposent une course réduite, les bielles sont raccourcies jusqu'à leur extrême limite, les machines deviennent assez basses pour être portées entièrement sur des colonnes forgées, le coffre du condenseur est séparé, il est fait en tôle ou en cuivre, comme dans les machines de bateaux à roues chaque fois que cet organe n'est pas utilisé comme moyen de support.

Les forces d'inertie prennent une grande importance pour les machines rapides, elles amènent deg mouvements pertubateurs que Ton pas à redouter pour les mêmes raisons que dans les locomotives, mais qui par la sollicitation périodique qu'elles exercent sur la coque, mettent celle-ci en vibration. La période propre de vibration de la coque intervient dans le phénomène, et l'on a observé que l'allure pour laquelle il se fait sentir avec le plus d'intensité n'est pas la plus rapide.

Avec les manivelles à 120 degrés, si les systèmes à mouvement alternatifs avaient des poids égaux et si l'obliquité des bielles n'intervenait pas, la somme algébrique des forces d'inertie dans le sens vertical serait nulle mais il ne s'en suit pas qu'elles se feraient équilibre, caries cylindres sont

écartés Tun de l'autre dans le plan longitudinal. Dans les machines du contre- torpilleur Daringy qui développent chacune une puissance de 2.300 chevaux environ à 390 tours par minute avec une vitesse moyenne de piston de 5",30 par seconde, Thornycroft a employé quatre cylindres en doublant la basse pression ; les axes sont rapprochés longiludinalement autant que possible en inclinant légèrement les cylindres de part et d'autre* de la verticale, les manivelles de deux cylindres successifs sont à peu près opposées (£'w^5'., 1894-2-575). Cette disposition, imitée depuis, a permis de réduire considérablement le bâti et a suffisamment affranchi la coque des vibrations dangereuses ; la vitesse moyenne de piston de 6"',10 par seconde a même été atteinte dans les essais du DesperalCy en 1896.

157. --^ Systèmes de distribution. — Dans lescompound, les chapelles étaient placées dans le plan longitudinal, et la coulisse Stephenson s'indiquait; avec la triple expansion, le besqin de réduire l'encombrement en longueur a souvent fait placer les tiroirs latéralement; les distributions radiales {V. 5® fasc.) se justifient dans ce cas bien qu'on en ait abusé; la coulisse Stephenson avec levier de renvoi est à tout prendre aussi satisfaisante, et il serait difficile d'imaginer pour ce cas, un arrangement plus simple et plus direct que celui de Walschaerts, il a d'ailleurs été appliqué par les chantiers écossais à plusieurs grandes machines (voir celles du Kensington, Engg., 1894-2-198). L'adoption même partielle des tiroirs cylindriques soulage les excentriques, diminue le travail du servo-moteur, et réduit les réactions du coulissean lorsque la coulisse est à sa plus grande obliquité.

Les servo-moleurs sont de différents systèmes, ils ont été décrits dans le 5® fascicule (Chap. V), celui de Brow^n est très employé en Angleterre (V. celui appliqué aux machines du Scot, Engg,, 1891-2-38).

158. — Quadruple expansion. — Les cylindres sont le plus souvent groupés deux à deux en tandem, et l'arbre ne présente que deux coudes â angle droit. Dans la figure 280, qui donne la disposition générale du système imaginé par M. Brock et appliqué par les chantiers Denny, le groupement est le suivant :

w • 11 1, . \ cylindre à haute pression H.

Alftniv6ll6 Q avftnt . . »{ . i«i •. ^i** ««■

( premier cyhndre intermédiaire M^ .

-,.„,, ., I second cylindre intermédiaire M,

Manivelle d arrière - ./ ,. j . , . „

/ cylindre à basse pression B .

La figure 290 représente un autre groupement de cylindres adopté par Rànkjn et Blackmore pour une machine de dimensions modérées.

Fig. 289

Le placement des cylindres en tandem n'est pas sans inconvénient au point de vue des démontages et de la visite des pistons inférieurs, même

Fig. 290

lorsque Ton sépare les cylindres par une entretoise ; la compacité des machines le fait cependant accepter. Le système de Brock présente une