iiȏtrea cabes

FiesatOD effectire imtÎAle de l'air ....

Foissmiice indiquée uns réchsaSage. . .

CoBSODimation d'air ramené à la pressic»!

atmosplKriqtie, par clieral et par heore Consommation d'air, rechange à 160*, la

tctnp^atnre initiale étant de Sff, par che-

Tal et par benre 18.3 mètres cnbes

lême temps, le foDctioDuement à chaud a ëlevé le rendement ore de la machÎDe de 0,67 à 0,81 ; U en est donc résullé un bénélirect que nous n'avons pas à considérer dans ces vues théori- ^ consommation de coke employé au réchauffage était de 0^,18 ;val indiqué ; pour la même quantité d'air empruntée à la con- [ue dans le fonctionnement à air froid, on aurait obtena1,38 cheiqué au lieu de 1 cheval, mais la coDsotnmation de coke eut 0,25 ; on peut en conclure qne le supplément de puissance de 38 a été obtenu pendant une heure moyennant une dépense s de 0^,2S, ce qui équivaut à la production d'un cheval pour immes de coke, résultat extrêmement avantageux, surtout si Ton ire que l'opération du chauffage proprement dite est accompagnée d'une perte probablement importante.

Le réchauffeur employé dans les expériences rapportées ci-dessus était le poêle eafonle représenté figure 86 ; le foyer a coke est contenu dans la colonne centrale; celle-ci est entourée d'im manteau dans lequel l'air comprimé circule, et d'où il ne peut s'échapper qu'aprèsaroir fait un tour complet en serpentant à travers les chicanes verticales qui allongent son parcours. Les produits de ta combustion redescendent a l'intérieur du manteau, ce qui permet une meilleure utilisation de la chaleur.

- Chauffage par la vapvar. — D'autres systèmes de réchauffage

AERO-UOTBUBS

peuvent être employés; l'un d'eux consiste à sal en même temps qu'on l'échauffé à ta tempérali cas se ramène à celui du n" S5, tout au moins de détente, qui est celle d'un mélange d'air, d

C'est sur ce mode de réchauffage et les m( mettre en œuvre que repose principalement le système de locomotion Mékarski. L'air est emmagasiné sous forte pression (environ 50 atmosphères) dans des réservoirs, il alimente la machine motrice en passant au préalable par barbotage à travers une certaine quantité d'eau chaude enfermée dans un récipient, où il se sature et s'échauffe ; il traverse ensuite un détendeiu* destiné à régler la pression sous laquelle il est dépensé, pression qui est nécessairement beaucoup plus faible que celle d'emmagasinage. La Sgure 87 représente la bouillotte Mékarski; le détendeur établi audessus du réservoir ne diffère pas en principe des appareils similaires, mais le ressort dont la tension est destinée à équilibrer la pression du duide détendu est formé d'un bourrelet d'air emprisonné a, que l'on peut comprimer par un plongeur à tige Sletée sur laquelle on ag^t à la main. En tournant plus ou moins le volant V, on obtient une pression plus ou moins forte de l'air détendu, nu position du volant. D'autres formes de détei ployées sans modifier le principe du systèmi

Etudions d'abord le procédé de saturation < abstraction faite du détendeur.

Soient: pe et (o la pression et la température à-dire à l'entrée dans le réservoir, t' la tempe sien correspondante de la vapeur saturée.

Supposons que la température t' soit maini source extérieure de chaleur, au lieu qu'en re source, la température f s'abaisse progressivi

que le régime soit établi, c'est-à-dire que le poids d'air entrant dans l'appareil soit égal à celui qui en sort, humidité non comprise.

Le réservoir étant en équilibre de pression avec la conduite d'air qui y pénètre, la tension propre de l'air dans la chambre de vapeur de la bouillotte sera po — p\ et le volume v' du kilogramme d'air échauffé obéira à l'équation fondamentale des gaz :

d'où l'on tire:

Po — P

Il étant la constante de l'air atmosphérique (3*' fasc, n"ll).

Le poids de vapeur qui sature le kilogramme d'air est celui cpii occupe le volume «' à la température f ; soit u' le volume spécifique de la vapeur saturée à t\ le poids cherché sera :

î? ~" w' (Pû— i>')

Le poids d'air wi saturé parle kilogramme de vapeur sera le rapport inverse, c'est-à-dire que l'on aura :

u' (po — p') ■" R (g -I- e)

m augmente au fur et à mesure que C s'abaisse, puisque p' diminue en même temps et que u* augmente. La proportion d'eau contenue dans le mélange qui sort de l'appareil va donc en diminuant de plus en plus.

Si l'on fait abstraction du détendeur, et que l'on suppose l'eau maintenue à température constante, il est possible de trouver la loi de détente dans la machine réceptrice, puisque la composition du mélange est connue ; nous rentrons ainsi dans le cas déjà examiné (58). La loi de décroissance de la température et du poids de l'eau chaude, celle de la pression de l'air emmagasiné et de la composition du mélange saturé soulèvent une série de questions que nous n'aborderons pas.

58. — Effet du détendeur. — Nous avons vu (3** fasc, n® 73), que les échanges de chaleur entre le fluide qui s'écoule et les parois du détendeur étant négligeables, l'écoulement à travers cet appareil peut être considéré comme une opération pratiquement adiabatique. Lorsque le fluide est un gaz parfait et à l'état sec, sa température baisse dans la

section rétrécie pour se relever lorsque la vitesse est amortie ; les températures à Tamont et à l'aval sont les mêmes lorsqu'on a soin de les prendre à une certaine distance de Tétranglemenl; les pressions et les volumes dans ces sections sont donc liés par la loi de Mariette.

Il n'en est plus de même lorsque Tair est saturé de vapeur, et que le mélange comprend une certaine quantité de liquide.

Dans le système Mékarski, l'eau ne pourrait se trouverdans Tair que si elle était soulevée par entraînement; une tôle en forme de capuchon est destinée à empêcher ce soulèvement, mais il suffit d'une quantité d'eau très faible pour modifier la manière dont le mélange se comporte à travers le détendeur et pour empêcher, par exemple, que la vapeur soit surchauffée après ce passage. Il y a donc deux cas à considérer, mais on ne sait pas a priori s'il faut se placer dans l'une ou dans l'autre de ces deux hypothèses, et on ne pourra être fixé qu'après tâtonnements.

L'équation à poser dans les deux cas consiste à exprimer que la somme algébrique des travaux exercés par les pressions d'amont et d'aval sur un certain poids de fiuide qui s'écoule est égale au gain de chaleur interne de ce même poids, considéré depuis sa condition d'amont jusqu'à sa condition d'aval ; mais l'expression des termes entrant dans cette équation est différente suivant qu'il y a surchauffe ou que la saturation persiste.

Supposons que le mélange composé de m kilogrammes d'air saturés par un kilogramme de vapeur entraîne en outre n kilogrammes d'eau, les pressions et la température se trouvant dans les conditions examinées au n" 57.

Soient f la température à l'aval du détendeur, p" la tension correspondante de la vapem-, p^ la pression d'aval donnée ; soient enfin x et y les poids de vapeur et d'eau mélangés au kilogramme d'air après le passage au détendeur. La tension de l'air sera^^ — p".

En négligeant la partie liquide, le volume du mélange à l'amont comme à l'aval sera le volume de vapeur calculé d'après son poids et sa température ; pour évaluer le travail des pressions, on observera que c'est la pression totale qui doit entrer en ligne de compte. Le calcul de la chaleur interne ne présente aucune difficulté, et nous pouvons écrire immédiatement l'équation suivante :

A{pou' — p,w"a;) = mc(f" — 0+(-i? + ?/) g'* — 0- + n) q' + .r p"— p'

Ile AERO-lilOTEURS

OU, en remarquant que x -{-y est égal à i + n :

(1) A {p„ «' - pi «" X) = me (('■ - (■) +(!+«) (î" - 9') + I p" - p"

Les inconnues sont t" et x ; il faut donc une deuxième condition, que nous trouverons en exprimant que l'air détendu à la tension propre Pi — P'\ el se trouvant à la température t", occupe le volume de x kilogrammes de vapeur saturée à la même température :

lies équations (1) et (2) font connaître l'état du mélange après qu'il a subi t'efTet du détendeur; elles seront résolues par tâtonnements; on se donnera par exemple, la température i", l'équation (3) fera connaître X, et ces valeurs devront vériâer la première équation. Si on trouve par cette résolution que x est supérieur au poids de tout le fluide aqueux qui se trouvait à l'amont du détendeur, c'est-à-dire i + n, on en conclura que la vapeur est surchauffée à l'aval, et le problème devra être résolu au moyen d'autres équations.

On sait que malheureusement les données de la vapeur surchauffée sont plus ou moins incertaines ; on pourra se servir de l'expression de la chaleur interne trouvée par Zeuner (3* fasc, n° 62). En appliquant la méthode indiquée ci-dessus, on aura ainsi pour remplacer l'équation (1] en appelant Ui le volume spéciSque de la vapeur surchauffée, It la température d'aval, p" la tension de la vapeur et p, la tension totale, et en supposant que n est nul, c'est-à-dire qu'il n'y a pas d'eau entraînée :

(3) A (yoK*— ji, u,)= me ((.— (') — (?' + ?') + 476.11 + 3 Ap" u.

Les inconnues sont u*, ti etp".

Mais on a pour l'air, qui obéit à l'équation fondamentale des gaz, et dont le volume est celui de la vapeur :

(4) (p,-p")«.=mR(a + (.)

Tandis qu'on a pour la vapeur surchauflée, soit une équation analogue, si on admet qu'elle se comporte comme un gaz, soit l'équation proposée par Zeuner pour ce fluide (3* fasc, n" 62, éq, (36)).

(.^) p" ai = 50.D33 (a + /,) — 192.50 p" '

Les équations (â), (4) et (5) permettent de résoudre le problème. Les

calculs se simplifient lorsqu'on prend au lieu de Téquation (5), réquation des gaz :

avec R' = 47.061 (3*fasc., ii« 57).

Un calcul numérique appliqué à de l'air saturé à Tamont du détendeur, mais n'entraînant pas d'eau, montre que la vapeur se trouve à l'état surchauffé après le passage dans cet appareil. Pendant la détente au cylindre, la surchauffe disparait et le mélange rentre dans les conditions ordinaires .

59. — Observations sur l'effet économique du système). — L'échauffément et la saturation de l'air par la vapeur absorbent une certaine quantité de chaleur que Ton peut calculer si l'on connaît la température de l'eau et la pression de l'air qui y pénètre ; il faudrait en effet, pour conserver les choses dans le même état, produire 1 kilogramme de vapeur saturée pour m kilogrammes d'air (67), et maintenir constante la température de l'eau de la bouillotte, constamment refroidie par le passage de l'air. Il importerait de voir comment cette chaleur supplémentaire est employée à améliorer le cycle, et le problème est intéressant à considérer, toutefois nous ne l'aborderons pas ici.

La question se complique d'ailleurs pour le système Mékarski par la présence du détendeur; lorsqu'il s'agit d'air sec, cet organe agit comme les résistances de la conduite, puisqu'il abaisse la pression sans élever la température, et son influence sur le rendement est facile à trouver, d'après les conditions de marche des récepteurs, qui peuvent être à détente plus ou moins complète (51) se rapprochant de l'isothermique ou de l'adi aba tique . Lorsqu'on tient compte de la vapeur, le problème n'est plus aussi simple, nous nous bornons à le signaler ; mais dans ce cas également le détendeur exerce une influence défavorable sur le rendement, on l'accepte comme un mal nécessaire chaque fois que l'air dont on utilise le travail de compression doit être emmagasiné.

La Compagnie Parisienne de Tair comprimé emploie le détendeur dans le but de régulariser la pression à laquelle l'air est distribué à ses abonnés, à la condition pour ceux-ci de maintenir cette pression un peu en dessous de celle de la canalisation aux heures où elle est la plus basse. Ce régulaleur-dé tendeur (fig. 88) fonctionne comme tous les

)tupalrice b, uilibrëe par

•ive par a et )n d'aval; le

ïdementa obir comprimé

AÉRO-UOTEURS 121

pour actionner des treuils, des appareils de levage, etc., ne diffèrent pas des machines à vapeur.

La Compagnie Parisienne fait usage pour les petites forces (de 6kilogrammètres par seconde jusqu'à deux chevaux], du moteur rotatif représenté par les figures 89 à 91, que nous reproduisons d'après M. Dechamps. L'enveloppe cylindrique A du capsulisme est fixe ; l'air y est admis par la tubulure b et s'échappe par b'. Le tambour fixe est cloisonné par un piston formé de deux parties emboîtées C, qui peuvent glisser l'une par rapport à l'autre de manière à s'appuyer par leurs arêtes extérieures contre les génératrices de l'enveloppe. Ces cloisons, en tournant autour de l*arbre excentré qu'elles entraînent par une traverse portant les deux galets a" a', déterminent dans l'enveloppe deux capacités variables, dont l'une, celle qui reçoit l'air sous pression, augmente de volume, tandis que l'autre commimique avec l'échappement. Le point mort de la machine correspond à la position de la figure 89, pour laquelle le moment moteur est nul, tandis que la position de la figure 90 est celle du maximum d'action. La distribution est opérée par l'arête extérieure des cloisons qui, en franchissant les lumières, met les deux capacités en relation avec l'admission ou l'échappement. Kig. 91

La figure 91 montre l'ensemble du moteur, qui comprend un réservoir H, une tuCulure de prise d'air non représentée, le tuyau de décharge J et un régulateur centrifuge agissant par étranglement. Le graissage se fait par E, Thuile est recueillie à la sortie par la boite F. L'arbre actionne un compteur de tours G.

L'air a^t sans détente dans les moteurs rotatifs de force inférieure à un demi-cheval, leur fonctionnement peu économique les rend inapplicables aux grandes puissances. L'effet utile augmente aux grandes vitesses, qui diminuent l'importance relative des fuites. D'après Riedler,

ir de 1 cheval fonclionnant sans délente, à air non récbaaffé, ae 84 mètres cubes d'air à 90 tours par minute, et S5 mètres Bulement à 187 tours. Dans les deux cas la pression était de phères effectives; les volumes dépensés s'entendent toujours amené à la pression atmosphérique.

oteurs ont été perfectionnés au point de vue des tuites, et on ipliqué un mécanisme de détente. On a obtenu ainsi des conons beaucoup moindres (36,4 mètres cubes sans réchauffage, aètres cubes avec réchauffage préalable à 70°, d'après Riedler muth). Pour le mécanisme de détente appliqué aux motcors de jérieureà un demi-cheval, voir le Portefeuille des M., 1893. les puissances plus considérables, les machines à cylindre ordimnent des résultats plus ou moins favorables, suivant la pere leur construction, la détente qu'on y réalise, et l'intensité du e préalable de l'air (■). Riedler et Gutermuth citent des chiffres immatton particulièrement remarquables obtenus sur un moteur indrique Corliss-Parcot qui était en réalité une ancienne mavapeur. A l'allure de S4 tours, ce moteur, alimenté avec de l'air 160 degrés, développait 72 chevaux indiqués en ne consommant mètres cubes d'air par cheval au frein, et 12,02 mètres cubes al indiqué. La consommation de coke n'était que de 0^,09 par ir cheval indiqué ; la pression initiale de l'air n'est pas donnée, n'était probablement pas supérieure à 5 atmosphères effectives, admet que les machines de l'usine centrale compriment, par ndiqué, 11 mètres cubes d'air à 6 atmosphères effectives, on I, malgré les pertes du compresseur, de la canalisation et de )teur, il est possible d'obtenir, pour un cheval indiqué à l'usine au delà de 0,9 de cheval indiqué à la réceptrice, moyennant )nse de coke à peu près insigniSante.

liffres font apparaître le mode de transmission par Tair com- }us un jour extrêmement favorable, et renversent les idées qui généralement reçues avant l'application du réchauffage. U était que la canalisation proprement dite ne donnait lieu qu'à des e charge très faibles, mais que l'effet utile assez médiocre des seurs d'une part, le très taible rendement des aéro-moteurs part, rendaient la double transformation peu avantageuse.

le moteur compound de Proell et Kuntmer, ainsi que celui do Sehmid II/, décrits par M. Richard (Revue technique de l'ExpoiUion de 18H9,

AÉRO-MOTEURS tS3

11 est vrai que les transmissions à air comprimé avaient dû leur succès à ce qu'elles s'adaptaient particulièrement bien à la commande de certains opérateurs employés dans les travaux souterrains des mines, et que les qualités précieuses qu'elles présentent pour celte application avait fait reléguer au second plan le côté économique du problème. Oq peut considérer comme un fait acquis que le mode de transmission qui fait l'objet de ce chapitre est susceptible de donner un effet utile global élevé, pourvu que chacun de ses éléments soit traité avec les soins voulus. Lorsqu'il s'agit de grandes puissances, il est sans doute toujours plus économique de placer le moteur à vapeur au point où l'opérateur doit être commandé ; la canalisation et la double transformation peuvent cependant encore avoir leur raison d'être dans ce cas par suite des difficultés qui s'opposent à l'établissement des chaudières dans les villes, des avantages qui résultent de la centralisation et de l'association, etc.

61 . — Air raréfié. — On peut concevoir une distribution de force qui soit pour ainsi dire la contre-partie de celle à l'air comprimé; elle comprendrait une usine centrale servant à maintenir un vide déterminé dans un réseau de conduites; la pression atmosphérique serait alors l'action motrice s'ezerçant sur les pistons des aéro-moteurs, dont l'échappement se ferait dans les canahsations, et seraitdirigé vers l'usine centrale. Dans ce nouveau mode de transmission, la circulation de l'air serait donc renversée, mais il n'y aurait pas de différence essentielle de principe entre ses parties constitutives et celles des inslallalions d'air comprimé (45).

Cependant, et pour les raisons qu'il serait facile de tirer de l'élude qui a été faite des pertes de charge dans la canalisation (§ II), on peut établir que le système à l'ail- raréfié n'est applicable qu'à des distances relativement réduites.

Une transmission importante à l'air raréfié a fonctionné avec succès àParis dans la rua Beaubourg, où elle desservait des immeubles industriels ('); elle a été absorbée dans un secleur électrique.

1. MM, Petit et Boudenoot étaieat les promoteurs de cette entreprise, dont les installations ont été souvent décrites. Voir notamment les Mémoires de la Société dft Ingénieurs ewil», mars 1885 et janvier 1889, la Revue lei-hnique de PExpotitton de t889, «■ partie, t. II, p. 378, la Reeue universelle des Mines, l. Vlll, 3" série, où M. Deohamps reprend l'étude théorique du syslômc. H. Hanarte avait examiné cette question dans le tDème recueil, 2' série, t. X.\. Le moteur à air raréfié employé par MM . Petit et Boudenoot était remarnuablement étudié et pourra servir de modifie pour te^î cas analogues.

Les installations de la Soeiété d<^ distribution de force rr.otrice à domicile par tair raréfié desservaient IbO moteurs de un demi-clieval à un cheval et demi.