Engineering, 1892, 2* sem., p

2. Cinématique^ traduction française de A. Debize. L'étude synthétique contenue dans le chapitre IX de cet ouvrage est très remarquable, et de nature à épargner bien des recherches stériles aux inventeurs qui ne seraient pas encore rebutés par l'abandon successif de tout ce qui a été produit jusqu'à ce jour dans le domaine de la machine rotative.

Au début de la période industrielle de rélectricité, des tentatives intelligentes ont été faites pour rajeunir quelques-unes des combinaisons dérivées du joint universel, nous citerons dans ce genre les machines de Tower, et de Fielding, maïs elles n'ont pas tardé à disparaître à leur tour devant des moteurs ordinaires étudiés en vue des grandes vitesses (*)•

Enfin pour les vitesses de rotation excessives, les machines à réaction ou turbo-moteurs, ont apporté une solution qui ne laiss»3 aux machines rotatives proprement dites qu'un intérêt purement cinématique.

9 . — Turbines à vapeur. — Nous avons exposé ailleurs (3® fascicule, n° 143), en nous basant sur la théorie de l'écoulement des vapeurs, le fonctionnement de la turbine Parsons à pressions échelonnées ("). Plus récemment, M. de Laval, de Stockholm, a réalisé une turbine à vapeur dans laquelle toute la chute de pression disponible entre la chaudière et l'atmosphère ou le condenseur est employée à donner la vitesse au jet, dont la réaction est utilisée sur une seule roue du genre axial.

A égalité de pression, la vitesse circonférentielle doit donc être beaucoup plus considérable que dans la turbine Parsons, ce qui amène une difficulté pratique ; par contre, il n'y a dans l'appareil aucune cause

1, Tower Spêrical Engine^ Engineering^ 1884, l^r sera., p. 201, 251, 407; 1885, l*"* sera., p. 303 etiSl.— Machine FieZûtm^, 1885.2® sera., p. 104.— Machines Dexter, 1882, !«' sera., p. 207; Brassard, 1882, 1er sera., p. 329; Hodson, J882, ie sera., p. 159; Pinchbeck, 1886, 1« sera., p. 21; Kingdon, 1886, 2^ sera., p. 570; Rota, de Glen et Ross, 1888. 2© sera., p. 74.

Voir aussi : Minutes of Proceedings of C. E., vol. LXXXIII, p. 106, John Imray, High Speed Motors.

2. Voir la bibliographie indiquée dans le 3o fascicule. Une turbine basée sur le même principe avait été, paraît-il, essayée par C.-J.Hanssen, À Copenhague en 1870, sans grand succès.

Voir aussi la machine à réaction de Morton, Engineering, 1894, 2® sem., p. 211. Cette turbine comporte plusieurs roues concentriques; d'après les essais, de Barr et Mavor, elle a consommé 39 kilogrammes de vapeur par cheval effectif.

de fuite. Les turbines de 5 chevaux sont à deux jets a^ssant sur deux points différents de la circonférence, celles de 30 chevaux sont à huit jets. Le régulateur agit sur la pression à l'introduction au moyen d'une valve équilibrée, mais pour de grandes variations permanentes de la puissance, on peut fermer ou ouvrir totalement un nombre plus ou moins grand d'orifices.

Comparativement aux moteurs hydrauliques, chacune des roues de la bu*bine Parsons est à réaction, c'est-à-dire que la pression y est différente de la pression atmosphérique ou de celle du condenseur, tandis que la turbine de Laval est comparable à une roue à libre déviation de Girard, dont elle a aussi le tracé (fig. 19).

Pour agir convenablement sur les aubes d'une turbine, le jet de vapeur doit, au moment où il débouche de l'orifice injecteur, se trouver à la pression du milieu dans lequel il s'écoule, sinon, le travail de détente se continuerait après la sortie, et serait employé à donner aux molécules des vitesses dans toutes les directions ; la forme de l'ajutage a, parait-il, ime grande importance à ce point de vue.

La condition du maximum d'effet exige que la vitesse d'entraînement soit égale à la vitesse relative d'entrée, ces deux vitesses ayant pour résultante la vitesse absolue d'écoulement. La vitesse d'entraînement doit donc être considérable; sa valeur théorique serait d'environ 500 mètres par seconde pour les pressions usuelles, vitesse qu'il semble impossible d'atteindre au moyen des matériaux les plus résistants. Dans la turbine de 5 chevaux, la vitesse à la circonférence est de 175 mètres par seconde, et correspond au nombre, déjà én'orme, de 30000 tours par minute ; la conséquence de cet écart entre la vitesse théorique et celle adoptée est que la vitesse absolue de sortie est encore assez grande, et emporterait à l'échappement de l'énergie encore utilisable. L'inventeur a disposé le conduit de sortie de manière à produire un vide dans le milieu où se meut la turbine, et à abaisser ainsi la limite

Fig. 19.

MOTEUBS À GRANDE VITESSE 31

inférieure du cycle ; le principe de cet échappement est donc le mêmeque celui des diflfusoirs appliqués aux ventilateurs (7® fascicule).

Les essais poursuivis jusqu'ici accusent des consommations comparables à celles des machines à vapeur ordinaires; on a observé que la condensation procure une grande économie.

La grande vitesse de rotation obtenue n'est pas utilisable directement^ même pour les dynamos; aussi, elle est ralentie dans le rapport de 10 à 1 au moyen d'une transmission par engrenages à tracé Jiéliçoïdal à pas très fin; deux roues à hélices en sens contraire sont montées l'une près de l'autre sur le même arbre, afin d'annuler les poussées latérales qui se produiraient avec une seule roue. Ce mécanisme tourne dans l'huile et est silencieux.

De grandes difficultés pratiques étaient à vaincre pour rendre possible la rotation de la turbine à une vitesse qui atteint le triple de celle des broches des métiers à filer le coton ; pour éviter les trépidations destructives, il faut que l'axe des tourillons soit axe principal d'inertie du système mobile, ce qui paraît inàpossible à réaliser rigoureusement. La solution adoptée dans la turbine de Laval consiste à monter la roue sur un axe long et flexible entre ses supports; cette disposition permet à l'axe naturel de rotation de s'établir moyennant une déformation très légère de l'arbre (*).

10. — Nous rangeons sous ce titre les moteurs qui, à raison de leur destination, sont étudiés pour réaliser de grandes vitesses de rotation ; c'est la commande des appareils centrifuges et surtout celle des machines électriques qui a nécessité cette nouvelle classe de moteurs industriels. Nous avons vu (8) que les machines rotatives proprement dites, généralement affranchies dans une mesure suffisante des forces d'inertie, n'ont pu se répandre à cause des grandes difficultés de cons- 1. Engineering, lt94, 2© sera., p. 229.

truction qu'elles présentent ; les seuls types de machines rapides qui aient réussi sont ceux qui dérivent du mécanisme ordinaire delà machine à vapeur. Déjà, du reste, on était parvenu, dans les embarcations rapides, et en particulier dans les torpilleurs, à adapter le mécanisme à bielle à de très grandes vitesses de rotation, par une étude raisonnée des forces d'inertie (*).

Les obstacles qui s'opposent aux très grandes vitesses de rotation des machines ocdinaires sont :

1**) l'altération du couple moteur due aux forces d'inertie des pièces à mouvement alternatif;

2®) les chocs rapidement destructeurs auxquels peuvent donner lieu les articulations lorsqu'elles sont un peu usées ;

3**) les trépidations amenées par les forces d'inertie transmises aux attaches des bâtis.

La plupart des types admis résolvent ces trois genres de difficultés d'une manière plus ou moins complète, et généralement par les mêmes procédés; ceux-ci seront étudiés dans le chapitre 11 ($ 2), car ils ne sont pas spéciaux aux moteurs qui nous occupent pour le moment. Les inconvénients rangés sous le 3^ sont plus faciles à éviler dans la disposition verticale (5); celle-ci est donc la plus répandue pour les grandes vitesses, bien qu'il y ait à cette règle plusieurs exceptions, surtout parmi les moteurs américains [Porter-Allen^ Siraight line^ Armington et Sims^ etc).

11. — Moteur Brotherhood. — Trois cylindres à simple effet sont disposés à 120' autour de l'arbre (fig. 20 et 21). La vapeur est admise entre le piston et le couvercle de chaque cylindre pendant la course directe, et l'échappement s'effectue pendant la course rétrograde ;. cette disposition maintient constamment les bielles en compression si Ton a soin de fermer l'échappement assez tôt pour équilibrer la force d'inertie du piston et de la bielle par la contre-pression de la vapeur emprisonnée dans l'espace mort; le jeu des articulations est ainsi évité. La distribution s'effectue, soit par tiroirs séparés, soit par un seul tiroir tournant qui se meut avec l'arbre, et sert successivement pour les trois

1. Les premières machines de Willans étaient des machines d'embarcations ; elles ont subi, depuis leur apparition, des transformations assez profondes, mais elles présentaient déjà néanmoins quelques-uns des caractères qu'elles ont conservés. {Engineering, 1884, l®"* sem., p. 76.

cylindres. Dans le type représenté, la vapeur est admise d'une manière permanente dans la chambre de la manivelle, la face opposée de chaque

piston est mise alternativement en communication avec cette chambre et avec Tatmosphère, un seul tiroir T accomplit la distribution.

Ces machines s'accouplent directement à des dynamos, des ventilateurs, etc., les vitesses de rotalion de 700 à 800 tours par minute y sont assez fréquentes (*)•

12. — Moteur Westinghouse. — Dans l'ancien type répandu par les ateliers Westinghouse, vers 1884, deux cylindres à simple effet atta-

Fig. 22

Fig. 23

1. On peut citer comme appartenant plus ou moins au même genre: la machine Vosper^ Engineering, 1879, 2© sem., p. 569; James et Wardrope, 1882, X^"- sem., p. 521; Ridcalgh, 1883, 1®' sem., p. 604; Abraham, 1883, 2« sem., p. 5^8.

ilOTEURS A GRANDE VITESSE 25

quenl les coudes opposés d'un même arbre, de manière à maintenir les -bielles en compression pendant la période motrice, et à éviter les inconvénients provenant de l'usure des articulations; pendant la course montante, les forces d'inertie du piston et de la bielle mettraient celle-ci en tension, mais la distribution est réglée avec une forte compression à la fin de Téchappement. Cette machine est caractérisée par une disposition cinématique originale : l'axe des cylindres, au lieu de rencontrer Tarbre, est dirigé de manière à réduire considérablement l'obliquité de la bielle dans la période motrice, (fig. 22), ce qui diminue les efforts du guidage. 11 résulte également de cette disposition que la course descendante de chaque piston correspond à l'arc Mo M, M,, c'est-à-dire à un peu plus d'un demi-tour de l'arbre, et qu'il n'y a pas à proprement parler de point mort, puisque, pendant une petite fraction de tour les deux pistons descendent; cet avantage est cependant de peu d'importance dans la faible mesure où il se produit.

La distribution se fait par un seul tiroir cylindrique (fig. 23), dont les recouvrements sont convenablement choisis, circonstance qui dérive de ce que les manivelles sont opposées.

Le type actuel des machines Westinghouse n'est plus basé sur le même principe, ses cylindres sont montés en tandem (*).

13. -^ Dans quelques moteurs on équilibre à peu près complètement les forces d'inertie au point de vue des réactions qu'elles peuvent déterminer sur les attaches du bâti (32) en faisant usage de deux cylindres, et en disposant les pistons et tous les organes à mouvement alternatif de telle sorte que leurs vitesses et leurs accélérations soient toujours dirigées en sens contraire. Ce système peut être appliqué k des cylindres indépendants, ou au fonctionnement compound.Dans lafig.124, qui représente une disposition adoptée par Easton et Andersoriy les forces d'inertie forment un couple horizontal peu important et qu'il

Matthew.'lbSi, 1^' sera., p. 167, et 1885, i^^ sem., p. 554; Panons, 1884, l®' sera., p. 227; Bever, 1888, l^r sera., p. lOi; Dodd, 1888, 2" sem., p. 330, Les raachinps motrices à air comprimé des torpilles Whitehead sont du même genre, Engineerinçy 1890, 2^ sem, p. 632.

Dans la machine Newall (Engineering y 1889, l'^'^sem., p. 3i)l), le mouvement angulaire des bielles est utilisé pour faire la distribution de la vapeur par les pivots.

1. Moteurs Westinghouse de l'Exposition de Chicago {Engineering, i89i, l®*" sem., p. 71).

n*est possible d'annuler qu'en faisant coïncider les axes des deux cylindres, comme dans la machine équilibrée de Wells (fig. 25^.

Fig. 25.

Le dispositif adopté par les anciens ateliers Ducommuuy à Mulhouse (flg. 26), est du même genre, mais l'action à simple eftet sur chacun des pistons permet en outre de faire porter les articulations toujours du même côté ; on atteint ainsi, pour les plus petits moteurs de quelques chevaux de puissance, la vitesse de 780 tours par minute (^).