MACHINES A ROUES

mettent aux tourillons de rester bien en Ugne dans les paliers princi-

PROPULSEURS 335

paux. Des machines plus grandes ont été conslruites pour la même ligne par la firme Denny et par la Société Cockerill ; celles de la Marie- Henriette ont développé 8.134 chevaux aux essais {Engg., 1894-1-255); les cylindres ont 1",524 x 2«,743 X 2", 134, la vapeur est fournie par huit corps de chaudières à simple face à retour de flamme à trois foyers, timbrées à 8 atmosphères, (surface de grille 43 mètres carrés, surface de chauffe 1.310 mètres carrés, tirage forcé en chambre close, surface condensante 950 mètres carrés ; deux pompes à air verticales, à simple effet de 960 x 650 ; 52S89 aux essais).

Grâce au tirage forcé, à l'augmentation du nombre de tours et à l'allégement de la construction, le poids de ces machines spéciales descend même au-dessous de celui des machines à hélice ; pour celles du type Ville de Douvres (fig. 258 ante)^ il est de 135 kilogrammes par cheval tout compris, dont 71 pour les machines, propulseur, pompes de circulation^ pompes alimentaires, tuyautages, eau dans le condenseur, et 34 kilogrammes pous les chaudières, ventilateurs et eau.

La Ville de Douvres brûle en service courant 150 kilogrammes par mètre carré de grille etl kilogramme, cendres déduites, par cheval indiqué, les chaudières ont un très haut rendement (4® fasc. tableau du n^ 55).

On peut citer comme dérivant directement du type précédent, celui à trois cylindres de la Duchess of York par Penn ; le cylindre à haute pression est monté au centre entre les deux cylindres à basse pression {Engg.j 1896-1-198 donne de bons dessins de cette machine, qui développe 4.300 chevaux à 43 tours seulement).

Les machines en double tandem se rencontrent aussi dans les bateaux à roues, elles se prêtent à la triple expansion, mais Texcès de poids qui en .résulte n'est justifié que pour des traversées assez longues et dans lesquelles Téconomie de charbon amène un allégement compensateur.

PKOPULSBUKS

162. — Bouges à aubes, — Les roues étant toujours réservées aux faibles creux, la nécessité de leur donner un faible diamètre s'impose, il est donc indispensable d'articuler les pales pour leur donner à l'en-

PROPULSEURS

Irée et à la sortie une direction convenable. La figure i9â représente l'une des roues du paquebot Normandy (V. tableau du n"* lâ8); les bras fixes B sont montés sur le moyeu M, ils sont réunis par de forts cercles D, et se prolongent à Textérieur par des consoles C qui portent les articulations I ; celles-ci se meuvent sur une circonférence concentrique à

l'arbre. Les aubes sont ici composées d'une forte tôle en acier, d'une seule pièce, légèrement cintrée, qui se trouve encore raidie par des fers d'angle verticaux; elles reçoivent autour du point I, par l'intermédiaire des bras IT, un mouvement de rotation déterminé par la trajectoire des articulations V. A cet effet les points I' sont reliés à un centre 0' différent du centre de la roue, par des bielles dont l'une est calée sur le

PROPULSEURS

plateau P qu'elle entraîne, et dont toutes les autres sont assemblées par pivots sur le même plateau.

Les éléments de* celte roue sont reproduits dans la figure 293, sur laquelle l'aube est représentée dans la position d'entrée e, la position de sortie s, et une position moyenne intermédiaire w. Afin d'analyser le

Eig.293

mode de fonctionnement, considérons la position d'entrée ; les points a et b ayant des trajectoires dont les centres sont en et 0', le centre instantané pour tout point invariablement lié à a 6 se trouve en E, à l'intersection des rayons a et 6 0' prolongés; soit V la vitesse de a,

MA.CHINB8 LOCOMOTIVES. 22

3S8 PROPULSEURS

connue par le nombre de tours de l*arbre principal; la vitesse d'un point quelconque e de Taube est normale à E e, elle est donnée en grandeur par :

soit ea' celle vitesse, il ne restera qu'à la combiner avec la vitesse d'en- Iraînement du navire m pour obtenir la vitesse absolue de déplacement du point e. Soit tv cette vitesse, résultante de u et de ec"; pour éviter le choc à rentrée, il faut qu'elle soit tangente à Taube, condition à peu près réalisée dans le tracé {'),

Un tracé analo^^ue pour la position de sortie donne le centre instantané S, la vitesse s a' du bord de l'aube par rapport au navire, et la vitesse absolue v^ de ce point dans l'espace. Pour obtenir la vitesse de Taube par rapport à Teau, il faut observer que celle-ci est animée, à cause du recul, de la vitesse $r; la résultante de .s r et d'une vitesse égale et opposée à v^ fait connaître la vitesse apparente w de Peau par rapport à Taube. Pour quMl n-y ait pas soulèvement à la sortie, w devrait être tangente à Taube au point s^ condition qui est aussi à peu près réalisée dans le cas présent,

Entin pour l'aube qui se trouve à Taplomb de l'arbre, le centre instan- ( tané est relevé jusqu'en M, les vitesses relatives des points m et « par | rapport au navire sont 7nm\ nn\ et les vitesses absolues par rapport à ' Teau sont y«, v^^; il importe que ces vitesses soient dirigées vers Tarrière sur toute la hauteur de Taube, sinon celle-ci agirait partiellement à contre-sens. Les vitesses Um, Vft différent d'autant moins que le centre instantané M est situé plus haut; la roue à pales fixes pour être équi- it valente à celle qui nous occupe devrait avoir son centre à la hauteur M, \ elle tournerait beaucoup moins vite et la macliine serait alourdie à peu 1 près dans le même rapport. j

Il résulte de la constance approximative du recul (129) que le tracé 1 qui convient à une vitesse particulière reste le même à toutes les allures, f mais les vitesses devront être multipliées dans le même rapport (') i

!. Les vitesses employées pour obtenir ïe tracé sont celles du servt*2e cou- , va,nU correspondant k 4J tours de l'arbre par minute, et à une vitesse de U,V^ noîuds du uavire; le recul mesuï'é à rariieulation a e.st de 0,233. '

2. Le tracé des vitesses donné par Seatou (Manual of Marine Engineering» 1' là'" ôditîon, p. 319} ne tient aucun compte du mouvemeat de rotation des aubes par rapport â la charpente do la roue.

PROPULSEims 339

La courbure ûes aubes n'a pas grande influence sur le rendement ; si elle améliore un peu les conditions d'entrée, elle agit (J'une manière plus défavorable à la sortie, mais cette courbure a l'avantage de donner une plus grande résistance à la flexion dans le sens horizontal sans augmenter sensiblement le poids, et c'est la raison qui pour les aubes en acier doit faire préférer la forme courbe.

Pour donner le moins de fatigue possible au système articul^^ il conviendrait d'implanter le bras ab non au milieu de la hauteur des aubes, mais en un point placé plus bas, que l'on prend quelquefois aux 0,4 de la hauteur; la difterence entre les vitesses Vm Vn indique en effet que la résultante des pouBsées est plus bas que le point miUeu. Mais la position de cette résultante par rapport à Taube varie suivant la position de Taube elle-même, la meilleure position du bras ne peut donc se trouver que par tâtonnements*

Le système de construction que nous avons décrit n'est pas toujours suivi; souvent, la console C est prolongée au delà de Tarticulation 1 et vient se rattaclier à un cercle extérieur concentrique à D«

Les calculs de résistance de la charpente des roues sont compliqués; du fait de leur rotation, les aubes sont soumises à la torsion. Les articulations sont inondées d'eau de mer et se trouvent dans de mauvaises conditions de conservation; les pivots sont garnis de buselures en bronze et travaillent dans des coussinets en gaïac.

Les roues établies dans les conditions de celles de la figure 293 se rapprochent du propulseur idéal, puisqu'elles ne donnent lieu qu'à de faibles perles à l'entrée et à la sortie, elle sont malheureusement affectées par 1g rouhs et leur poids propre est toujours une fraction importante de celui des machines (*}. ■

Pour déterminer les dimensions principales des roues, on pourra ado()ter à peu près les chiffres suivants, applicables seulement aux paquebots à faible tirant d'eau et â grande vitesse :

Rapport entre la surface immergée de dea3£ pales et Je maitre-

conple 0-55 à 0,40

Eecul probable pour carène propre 0.2i à 0.20

La hauteur de l'arbre est fixée par des considérations dépendant du navire, Tiramersion du bord intérieur des pales est égale au plus à

J. Four Ja Ville de Douvres, les roues do 5^65 de diamètre mo^en pèsent 4n tonnes, soit 11,5 pour cent du poids total dos machines, cbaudièrea et eau*

3M PROPULSEURS

la moitié de leur hauleur, on s'atlacliG à avoir trois pales entièrement immergées pour chaque roue. La hauteur des pales et le diamèlre moyen sont elioisis de manière à satisfaire aux conditions d'entrée et de sortie. Ces sujétions diverses conduiront après quelques tâtonnements à la solution du problème.

163. — Hélice. — L'expression de la poussée du propulseur el la discussion données au n"* 120 semblent laisser toute latitude quant au pas de l'hélice. Ainsi, en admettant que la section transversale de la veine attaquée reste constante pour différentes hélices appliquées au même navire, le recul serait constant, et Ton pourrai! donc employer, sans changer le rendement, des hélices qui, pour le même diamètre, auraient un pas de plus en plus faible el une vitesse de rotation de plus en plus grande- Cependant, en poussant aux extrêmes, onreconnail qu'il ne peut en être ainsi pratiquement, et que la résistance propre du propulseur dans l'eau, comprenant le frottement et la force à appliquer à chacune des ailes pour ouvrir le liquide^ augmente au fur et à mesure que le pas diminue; on a donc d'abord été conduit, ab^traclion faite de toute théorie, à resserrer entre des limites assez étroites le rapport du pas au diamètre.

La section attaquée par le propulseur dépend à la fois du cercle circonscrit à rhélice» et de la fraction de pas embrassée par les ailes ï ces éléments ont été désignés par A et 9 au n"* lâû; lorsque le tirant d'eau abaisse A, on peut jusqu'à un certain point augmenter C; mais les ailes successives ne pouvant agir sur Teau déjà agitée par les ailes précédentes et animée de la vitesse de recul, on ne gagne plus rien au delà d'une certaine limite^ bien inférieure à Tunité-

La théorie de Thélice est extrêmement compliquée ('), nous ne pour* ronsici donner que des indications qui permettront de proportionner ce propulseur dans des cas ordinaires* Nous ne nous occuperons pas d'ailleurs de la recherche de Thélice de meilleur rendement pour un navire donné et une vitesse déterminée; cette question est plus complexe encore qu'elle ne parait à première vue, Taccroissement de la vitesse de rotation par la diminution du diamèlre et du pas de Théliee ou de Tun de ces éléments peut être défavorable au rendement du propulseur et accroître cependant l'effet utile du navire envisagé comme

L \mrPoilard et Oudebout^ Tkêùrie du naeirtJt tome IV.

PROPULSEURS

appareil de transport par la réduction de poids et d*encombrement due à la rapidité d^allure.

Il est relativement facile, au contraire, de proportionner l'hélice par comparaison avec celle d'un navire connu, et de manière à ce qu'elle donne à peu près les mêmes résultats; à cette fin, nous invoquerons le principe de similitude développé au n** 125.

Considérons un navire semblable à celui du projet, et dont les dimensions linéaires sont l fois plus grandes: adoptons le même rapport de similitude entre les hélices, et supposons que la vitesse du navire choisi comme terme de comparaison soit celle du projet multipUée par^X; on sait qu'il y a alors simiUtude mécanique entre les deux systèmes et l'on peut, d'après les conclusions du n® 125, former le tableau suivant :

Navire type

ÎTaTire projeté

Vitesse

Diamètre et pas d'hélice

Nombre de tonrs par minute . . .

Résistance à la propulsion • • . .

Puissance effective à la propulsion .

Rendement organique des machines .

Rendement du propulseur (*) . • .

Puissance indiquée des machines • .

Supposons que le navire projeté, muni de l'héUce ci-dessus définie doive se mouvoir à la vitesse «' différente de celle voulue par la similitude, nous n'aurons plus à considérer que le changement d'allure ; or, pour un même navire, le recul reste constant à différentes vitesses, le nombre de tours de l'hélice est proportionnel à la vitesse, et la puissance indiquée augmente comme le cube de la même quantité (129). Nous aurons donc pour le navire projeté se mouvant à la vitesse v' :

1. L'égalité de ce rendement est une conséquence de celle du reçu! (no 120).

342 PBOPULSÊORS

Kombre de toura de Tîiélice par minute . < . n^l^

/r'V 1 PqIb^dcc indiquée des maehmea . . , , • -^ l 7 ) ")■

Ces résultais reviennent à dire que pour des navires semblables munis d'hélices ayant le même rapport de simili Lude, la puissance indiquée est proportionnelle à la section immergée du maître couple et au cube des vitesses j ce qui est la généralisa lion des résultats trouvés pour un même navire à des allures différentes. De plus, le nombre de tours de l'hélice est proportionnel à la vitesse et en raison inverse du rapport dés dimensions linéaires.

Ces conclusions se vendent dans d'assez larges mesures même lorsque le rapport de similitude est grand ; il ne faut pas perdre de vue toutefois qu'elles ne sont données que comme résultat général.

Pour un même navire et un même diamètre d'hélice » le recul augmente avec le pas, il diminue lorsque la fraction de pas augmente. Ou est amené à augmenter le pas lorsque le nombre de tours serait trop grand pour l'attaque directe; c'est dans ce cas qu'il est particulièrement utile d'avoir une formule reliant les divers éléments de rhùlice^ telle est celle que Mol! a tirée des expériences sur le Pélican^ et qui dans notre système de notations s^écrit :

f^cO^y ^'p' <i'?' v"^

ç est la fraction de pas totale et v le nombre d'ailes, C est une constante numérique (*)*

Dans les cas ordinaires, le rapport du pas au diamètre est de 1,30 à 1,S0, la fraction de pas, partagée entre quatre ailes est de 0,40, soit 0,1 pour chacune des ailes, mais cette fraction n'est pas constante depuis la racine jusqu'à l'exirémité, ce qui donnerait une forme en secteur très résistante au frottement, c'est donc la valeur moyenne qui est donnée ici. Pour les petits diamètres, on emploie trois ailes, avec la même fraction totale de pas.

Pour donner aux ailes la résistance voulue à la flexion, il est nécessaire de les épaissir sur le rayon médian et d'autant plus qu'on se rapproche du raoyeu. Les hélices ordinaires sont en fonte, mais on les fait

i. V. BiBiiaymé, Cours de ftiackineê narines ^

PROPULSKrRs 343

avantageusement en acier coulé, ce qui diminue Tépaisseur des ailes, et par conséquent la résistance ; le poli de la surface a^çit dans le même sens, et comme les hélices en acier coulé se corrodent très rapidement par piqûres des extrémiléSj on emploie souvent le bronv,e phosphoreux et le bronze au manganèse pour les bâtiments rapides, ces métaux permettent d'amincir les ailes et de leur donner une surface unie. Les grandes Iiélices sont presque toujours à ailes rapportées, le diamètre du mo^eu varie du quart au cinquième du diamètre extérieur en passant des petits aux grands propulseurs, un moyeu plus petit nuit plutôt au rendement.

Le recul des hélices donne quelquefois lieu à Tanomalie du recul négatif, c'est-à-dire que îa vitesse du navire est supérieure à celle de rhélice considérée comme tournant dans un écrou solide. Ce fait provient de ce que le propulseur fonctionne dans une masse d'eau entraînée par le navire. Le recul négatif est donc l'indice que cet entraînement se produit à un haut degré, en ce cas, la valeur du coefficient d^utilisation M est toujours faible; un recul de 0,10 à 0,1 S est normal.

Il existe de nombreuses variétés d*hélicesj généralement équivalentes à égalité de diamètre, de pas et de tracLion de pas; on évite le choc à l'entrée en adoptant un pas variable dans chaque section cylindrique ; la face arrière de l'aile est alors creusée; on emploie aussi des hélices à génératrices inclinées vers Tarrière, dans le but d'écarter le propulseur des formes du navire, et de le faire travailler dans une eau plus libre, surtout dans le cas d'une seule hélice. Enfin, on peut découper les ailes suivant des formes diverses sur la surface hélicoïdale régulière ou altérée par rincUnaison des génératrices ; ainsi on a souvent employé des ailes dont Taxe est courbé suivant une spirale d'Archimède en sens contraire de la rotation, afin de diminuer le choc de Teau rejetée contre l'étambot et la vibration de la coque qui en résulte.

Nous renverrons pour le tracé des hélices et pour les dispositions spéciales des lignes d'arbre et du palier de butée par lequel se transmet IVffort de propulsion, aux ouvrages sur les machines marines souvent cités dans ce qui précède.