TRANSMISSION HYDRAULIQUE

17. — Les installations hydrauliques delà maison Arinstrong furent surtout employées au début pour actionner les appareils de manutention des marchandises dans les ports, gares et entrepôts, puis elles furent étendues à toutes les manœuvres de force généralement quelconques.

Les applications spéciales se sont bientôt multipliées, parmi lesquelles nous citerons : le manœuvrage des convertisseurs, des poches de coulée et des lingotières dans les aciéries Bessemer, la commande des machines-outils de la grosse chaudronnerie telles que riveuses, presses à emboutir et à cintrer, les presses à forger, la commande des signaux et des bifurcations des chemins de fer, les manutentions des gares (la gare Saint-Lazare à Paris en fournit un exemple récent et complet). L'une des applications les plus intéressantes des transports hydrauliques est le système Brandt pour la perforation des trous de mines en terrains rocheux ; il a été employé pour la première fois en 1877 au tunnel du Sonnenstein, et bientôt après à Tun des tunnels d'accès du Saint-Gothard, puis au grand tunnel de TArlberg. On peut citer aussi la commande à distance de pompes servant à relever les eaux d'égout dans les villes où la pente fait défaut (Buenos- Ayres, V. Engg,^ 1898-2-402).

Il n'entre pas dans notre cadre d'examiner les opérations employées dans ces diverses applications spéciales, mais nous avons à étudier les conditions générales d'établissement des stations centrales et des canalisations hydrauliques; dans la deuxième partie de ce fascicule, nous examinerons aussi l'adaptation de la commande hydraulique aux appareils de levage.

Des stations centrales avec transmissions hydrauliques pour la distribution de la force à domicile ont été établies dans plusieurs villes, notamment celles de FHydraulic Power Company à Londres, de Birmingham, Liverpool, Manchester, Hullet Glasgow; celle de IIull remonte à l'année 1875.

Il y a lieu de faire une distinction entre les distributions ci-dessus, dites à haute pression, et celles qui peuvent se greffer sur les distributions d'eau ordinaires, à pression beaucoup moins élevée ; il est évident qu'on peut alimenter divers récepteurs hydrauliques (2* fasc), par un réseau de canalisations dépendant d'une usine élévatoire, mais il n'y a guère de différence entre ces machines et celles qui sont alimentées par des chu- ^ tes naturelles. Parmi les distributions de ce genre, la plus remarquable est celle établie par la municipalité de Genève et qui a pour objet d'uti-

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liser la force motrice des eaux du Rhône (Voir W. C. Unwin, ouvrage cité).

18. — RendemenU — Le système à haute pression comprend les pompes de Tusine centrale, un réseau de canalisations, et les opérateurs alimentés ; chacune de ces trois parties fonctionne avec un certain rendement, qui peut d'ailleurs varier avec le débit d'énergie. Le rendement global est le produit des trois rendements partiels.

Le rendement des pompes de l'usine centrale peut être fort élevé, les pompes à pistonne donnant lieu qu'à des pertes par frottements, étranglements ou fuites, pertes que l'on peut toujours abaisser par des dispositions bien choisies.

En fait, certaines machines d'usines centrales ont donné en eaurefou- . lée à l'origine de la conduite les 82 % du travail indiqué développé sur leurs pistons à vapeur, et il n'est pas difficile d'atteindre ce résultat, quoiqu'il soit prudent de compter sur un chiffre plus bas dans des calculs d'établissement. La perte de 18 % est absorbée par les résistances passives du moteur et par les imperfections provenant des pompes. Dans les cas les plus favorables, le rendement dynamique du moteur à vapeur peut atteindre 0,90, le rendement des pompes seules équivaudrait donc au quotient des fractions 0,82 et 0,90, soit 0,91. L'écart entre cette dernière fraction et l'unité est dû au frottement des pistons des pompes, aux résistances hydrauliques, et aux fuites [V fasc. n° 108).

19. — Rendement de la canalisation. — Considérons une conduite' droite cylindrique, de longueur L et de diamètre d ; soient p la pression effective à l'origine (pression absolue moins celle de l'atmosphère), Q le débit, u la vitesse, T le travail en eau refoulée par seconde à l'origine de la conduite. On a :

A l'extrémité de la conduite, la pression est réduite àp' par suite des frottements, et l'on a, d'après l'expression usuelle suffisamment approchée de la perte de charge :

b étant un coefficient égal à 0,00028 pour les tuyaux lisses, et à 0,00085 pour les tuyaux incrustés, tandis que n est le poids spécifique de l'eau. Le rendement de la canalisation est ainsi :

p dp

En remplaçant u en fonction du débit Q et de la section du tuyau, et en tenant compte de la relation entre Q et T posée d'abord, il vient :

Le rendement de la canalisation s'approche donc rapidement de l'unité lorsque p et d augmentent, ces quantités étant affectées d'exposants élevés (*)•

Pratiquementj'c'est en élevant la pression qu'on agit sur le rendement p, parce que les frais d'établissement et de pose des canalisations augmentent rapidement avec le diamètre; les grosses conduites, dont les joints sont plus rigides, sont affectées par les tassements, etc. La pression que Ton choisit souvent, à l'exemple de la pratique suivie par la maison Armstrong, est celle de 50 atmosphères, mais il existe des exemples de pressions doubles.

Pour L=1.000 mètres, T == 7.500 kilogrammètres par seconde (100 chevaux), p= 516.700 kilogrammes par mètre carré (50atm.), avecrf=0"',150, on a, en supposant la conduite incrustée :

La perte serait donc d'environ i% par kilomètre. Avec ces données, la vitesse dans la conduite est de 0"',83 par seconde. Pour une même conduite, la perte augmente comme le carré du travail transmis à l'origine

1 La perte d'une canalisation hydraulique varie, toutes ctioses égales, en raison Inverse de la cinquième puissance du diamètre. La perte d'une canalisation électrique, pour une tension donnée, varie en raison inverse de la section du conducteur, c'est-à-dire du carré de son diamètre s*il est circulaire. La loi des résistances est donc tout à l'avantage de la transmission hydraulique. Sur cette remarque a été basé un système mixte employé à Anvers par F. Van Rysselberghe, et consistant à remplacer les /e^c^ers électriques par des transmissions hydrauliques. Appliqué à un problème où il s'agissait surtout de distribuer du courant électrique pour l'éclairage, le système exigeait malheureusement une transformation mécanique supplémentaire; les moteurs hydrauliques à très haute pression employés comme réceptrices ont d'ailleurs un rendement médiocre (32).

Té de la vitesse); ainsi, la canalisation de O^.ISO peut chevaux avec une perte d'environ 8 % par kilomèlre, cceptable si la conduite n'est pas h^s longue. Dans les )rt9, où la puissance maximum n'est demandée qu'excepi admet même des vitesses plus grandes.

' aux pertes la même valeur relative dans des canalisar égale, mais servant à transmettre des puissances difejP doit varier comme T', c'est-à-dire que le diamètre 1 moins rapidement que la racine carrée de la puissance, ns ne sont jamais entièrement rectilignes, elles cornes plus ou moins nombreux; ceux-ci ne donnent lieu elative insignifiante pourvu que le rayon de courbure l à deux fois au moins le diamètre intérieur du tuyau, la pression, imposée par une nécessité de rendement, itages subsidiaires qui sont : la diminution du volume le moindre encombrement des pompes et des accumuucoup d'opérateurs, et notamment pour les appareils te pression réduit le diamètre des pistons et permet de 3S arbres avec facilité; il arrive par contre, lorsqu'il rs à action directe, que la section calculée d'après TefFort un piston trop peu résistant pour agir comme pièce

considération entre l'ensemble des conditions à rem- SO atmosphères la pression généralement admise (voir :0).

: pratiques sur les canalisations. -- Les tuyaux princite; les diamètres les plus forts qui aient été employés mètres intérieurement (7,5 pouces), ils sont exceplion- Armstrong sont en longueurs de a^.TS environ ; les dia- >ratiques sont ceux de 127 millimètres {S pouces) ; pour ils ne pèsent que i^O kilogrammes par tronçon et sont de 152 millimètres (6 pouces), pèsent près de 400 kilo-

, l'épaisseur des tuyauxenfonte est donnée, en fonction e la pression, par la formule :

e eld sont en millimètres, p' est en atmosphères {*).

Les joints sont maintenus au moyen de deux boulons dont le diamètre mesuré à l'extérieur du filet est approximativement égal au quart de celui du tuyau.

Les figures IS à 18 donnent le détail du joint d'après Unwin, les cotes sont en fonction de l'épaisseur du tuyau prise comme module ; les boulons sont placés sur le diamètre horizontal, ce qui les rend accessibles dans les tranchées ou les caniveaux. Les rondelles de joint sont en gutta-percha; les joints ainsi disposés ont une légère flexibilité dans le sens vertical.

En dessous de 50 millimètres, les tuyaux sont en acier étiré. Par exception, on a employé des tuyaux en acier de fort diamètre pour les conduites principales (conduites de 300 millimètres en acier Mannesman à

1. Voici quelques renseignements sur les conduites Ellington de la station centrale de Glasgow, fonctionnant à la pression de 76 atmosphères (£/iy^., 1894-2-33).

Diamètre intérieur

Prix p. 1000k.

Diamètre

Epaisseur

Longueur

Poids

en 1893 francs

des

Ponces

Millimètres

millimètres

mètres

kilogrammes

deux boulons millimètrps

TBAN8MI8S. A DISTANCE

lortées de la Compagnie Hydro-Électrique, à Anvers) . Ces tuyaux :oup plus minces, mais pour cette raison même, ils subissent Jon de résistance beaucoup plus forte par l'osydation. luites Armstrong ont été légèrement modifiées par M. EUing- I réseau de Londres ; les brides sont reportées en arrière de , ce qui, parait-il, diminue le nombre des ruptures aux collets, î sont donc allongés (,Engg., 189S-2-361).

Précautions contre la congélation, — Pour les installations en es canalisations doivent être logées dans des caniveaux ou xanchées a l^.âO en dessous du sol; (à Anvers, la conduite du quai de l'Escaut est logée dans un caniveau ménagé dans supérieure du grand mur de quai). Les endroits qui restent nt les prises qui émergent au-dessus du sol, la tuyauterie et même les cylindres, qu'il faut avoir soin de vider la nuit es gelées.

oyens peuvent encore être employés concurremment : enir dans la conduite générale un certain débit pendant la sant fonctionner les machines de l'usine centrale à allure en ouvrant des robinets aux extrémités ; usage d'eau légèrement échauffée-, les pompes de pression au d'un réservoir placé au-dessus des chaudières, où elle est ivée par une pompe nourricière actionnée par la machine e disposition a encore l'avantage de précipiter les dépAts et 3 sableuses qui ne peuvent être introduits dans la canalisaqu'ils usent les soupapes, et de fournir l'eau en charge aux ncipales, ce qui prévient l'introduction de l'air par les bour-

nise aussi l'emploi des eaux de décharge du condenseur de

motrice .

terait la congélation par l'emploi d'un mélange de glycérine

'après Robinson, l'addition d'une partie de glycérine pour

eau relarde la congélation jusqu'à 25 degrés centigrades en

zéro ; la proportion pourrait descendre aide glycérine pour

Drsque le froid n'est pas rigoureux.

le n'est possible qu'avec une canalisation de retour qui com-

uit et qui permet d'employer indéSniment le même liquide.

Le prix des conduites est donc à peu près doublé, et le sysième ne paraît applicable qu'à des circuits peu étendus.

La glycérine a été employée aux appareils de manœuvre du ponlon d'accostage de Seacombe Ferry, en Angleterre, et dans les installations de manœuvre des écluses du canal de la Baîlique {Engg., 1896-2-233) ; on en fait usage aussi dans des réseaux partiels aux ports de Brème et d'Amsterdam (*),

4" On peut enfin pour des Installations peu étendues, entourer la canalisation principale d'une gaine en tôle rectangulaire parcourue par une tuyauterie de vapeur de faible diamètre; ce moyen est d'une efficacité absolue, il est surtout applicable au cas oii les canalisations sont audessus du sol et doivent longer des estacades, franchir des ponts, etc.

Les accidents dus à la congélation sont assez rares. Pendant l'hiver rigoureux de 1894, quatre pistons de levage et un cyhndre d'orientation ont été brisés au port d'Anvers, sur un nombre total de 87 grues. Dans le même hiver, M. Ellington rapporte que le sol a été gelé à Londres sur une profondeur de O'",90, et qu'il y a eu en tout 5 ou 6 cas de ruptures dans le réseau très étendu de l'Hydraulic Power Company; sur les quais de la Tamise, les ruptures semblent avoir été produites par une contraction de la conduite due à l'abaissement de la température. Ce réseau est alimenté par de l'eau légèrement échauffée, la circulation y est maintenue en cas de gelée, lorsque la consommation s'arrête.

g II Usines centrales

SS. — Pompes. — La maison Armslrong a créé pour cet usage spécial les pompes difTérentielles (7'°° fasc, n" 17) avec piston plein et plongeur combinés. Ce type de pompes présente l'avantage d'être à double effet, bien qu'il ne nécessite que deux soupapes. Lepiston présente une garniture en cuir embouti, le corps de pompe est revêtu d'un fourreau en bronze de même que le plongeur. Des robinets pour le départ de l'air sont placés au-dessus du corps de pompe et à ses deux

t. Pour les appareils de manœuvre des vannes et portes d'écluse à Bougival, on emploie aussi la ^ycôrine. Un prâconise dans le même but le chlorure de magnésium à raison de i> à 8 kilogrammes par mètre cube d'eau, mais bien ijue cette matière soit 6. très bas pri\, tandis cjue lu glycérine coûte 1 fr. 25 le kilogramme, celte dernière est préférée parce qu'elle n'eimrasse pas les soupapes et qu'elle exerce un etïel lubrlHant sur les pistons (Porte/i-iiiHe <lei M., ]88»,pl. IS &&0).

■. 19 et 20); l'air emprisonné diminue le rendement voiujompes, parce qu'il se détend et se comprime alternativelans un compresseur. A c« point de vue il est utile, comme 1 au numéro précédent (2»), de donner l'eau en charge aux ssion.

"mstrong est souvent employée, mais lorsque la place ne on peut prendre la pompe à deux plongeurs de diamètres npe B — è, 7"" fasc, n° 15), qui ppésente l'avantage de 1 garnitures visibles, à travers lesquelles les fuites s'ac-

deux soupapes o et r soient rigoureusement suffisantes inement, il est indispensable de placer entre les pompes ur une soupape de retenue S, pour pouvoir visiter le ipapes sans vider l'accumulateur. Cette soupape est encore

USINES CENTRAJ^S

e cas le plus ordinaire où deux^ pompes étant conjuguées, en arrêter une sans interrompre le fonctionnement, pompes doivent aussi pouvoir être isolées du côté de

inde des pompes. — Dans les petites installations d'ates peuvent dépendre d'une transmission; dans ce cas, rrivd au sommet de sa course agit sur une fourche qui irroie sur une poulie folle; lorsqu'il commence à redesimenl inverse remet les pompes en train, ordinaire est celui où les pompes sont actionnées direcines à vapeur. Les nécessités de la remise en train posent l'emploi de deux cylindres au moins, soit simlés, soit fonctionnant en compound, avec les artifices |ui seront indiqués plus loin. Les machines verticales, :ombranles, sont en faveur dans les grandes stations ses; les figures 21 et i^ représentent l'un des groupes le l'usine de Glasgow; ces machines sont à triple expan- ; à 120 degrés; les tiges de piston actionnent directees à pistons plongeurs à simple effet, ayant la même lions à vapeur{610 millimètres); les bielles sont à fourche^ nter les corps de pompes; ces machines sont dans de is de marche à 60 révolutions par minute {Engg., 1894-2-

condensation par surface et peuvent aussi échapper à allation doit comprendre 8 groupes semblables disposés S; les groupes refoulent dans les mêmes conduites,

être isolés.

t aussi un grand nombre de machines similaires à trois

à double expansion, comprenant un cylindre à haute ntre deux cylindres détendeurs.

horizontales peuvent être du système compound à : côte à côte, le volant étant entre les bâtis; il existe nés comprenant deux groupes de cylindres tandem coti-

le plus uBuel comprend des pompes placées derrière les ■ionnées par les prolongements des tiges; les pompes itoisées avec les cylindres (Sg. 19-20), les manchons es tiges sont guidés sur cejlentreloises et actionnent

les pompes à air et de circulation dans le cas où Ton condense par surface (*).

La Compagnie Hydro-Électrique d'Anvers a installé des pompes à soupapes commandées de Riedler actionnées par des machines compound du système Sulzer, chaque groupe peut développer 800 chevaux environ à Tallure de 80 tours par minute; cette puissance est exceptionnelle pour les installations de l'espèce.

24. — Dispositifs de réglage et de remise en train des moteurs: — La capacité limitée des accumula-

teurs oblige à régler l'allure des machines d'après la consommation ; celle-ci peut être nulle ou insignifiante à certains moments et atteindre un maximum quelques minutes après, lorsque les opérateurs desservis ne sont pas très nombreux; dans le cas contraire, les variations ne sont pas aussi brusques, à cause de la compensation qui s'établit forcément dans les besoins d'un très grand nombre de consom..

mateurs ; néanmoins, Tallure des machines doit toujours être réglée automatiquement.

Le moyen généralement employé que nous allons décrire convient aux moteurs de tous systèmes. L'accumulateur A en arrivant au sommet de sa course, étrangle la prise de vapeur T