Unwin (ouvrage cité), p

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Pratiquement, la détente s'opère toujours avec un abaissement de température très prononcé ; la vapeur qui peut saturer l'air admis se liquéfie partiellement et se congèle sous forme de givre en obstruant les canaux de distribution lorsque la marche est prolongée. Certaines dispositions ont été imaginées pour remédier à cet inconvénient (').

55.— Injection d'eau pendant la détente, etc.— L'injection d'eau pulvérisée a été employée par M. Cornet aux houillères du Levant-du-Flénu. Dans le même ordre d'idées, M. Naissant, aux mines de Lens, aemployé un moyen ingénieux pour charger l'air d'une certaine quantité d'eau préalablement à son entrée dans le cylindre. Ces moyens ont réussi pour des installations où la pression et par conséquent la détente sont modérées; ils ne seraient pas exempts de danger pour des moteurs ra-: pides à marche continue, où l'introduction de l'eau demanderait un réglage délicat

Le problème de la détente de l'air mélangé d'une certaine quantité d'eau est identique à celui de la compression dans les mêmes conditions. Le diagramme donné au n° 37 montre que si de l'air à 60" C. et à la pression de 5 atmosphères absolues est mélangé avec environ les 0,4 de son poids d'eau à la même température, l'abaissement de température pendant la détente jusqu'à la pression atmosphérique n'est que de 40" ; la chaleur fournie à l'air dans l'opération provient du refroidissement du liquide et de la liquéfaction partielle de la vapeur. It est évident qu'en pratique les effets de l'injection d'eau ne sont pas aussi prononcés, et qu'en outre la température initiale de 60° supposerait déjà un chauffage préalable ; mais, d'autre part, la masse de fonte du cylindre en contact avec l'atmosphère communique à l'air une certaine quantité de chaleur, aussi l'injection d'eau à la température ambiante est efficace pour les pressions modérées en marche continue, et même pour des pressions assez élevées si la marche est intermittente.

La détente étagée entre deux cylindres avec réchauffage par injection d'eau au réservoir intermédiaire a été aussi employée avec succès.

56. — Fonctionnement par chauffage initial de Pair. — Ce moyen fournit une solution radicale de la détente complète, très différente en principe de la précédente, mais il fait intervenir dans le problème une source de chaleur entraînant une certaine dépense ; pour analyser ses

1. Aéro-moteur François, avec conduits et obturateurs séparés pour l'admission et l'échappement {Dechampg, mémoire cité, pi. 12, tig. 37 et 38).

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AERO-HOTEUBS

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effets, nous ferons abslraclion de la canalisation, dont l'influence est étrangère au problème, et nous prendrons le cas théorique d'une compression adiabalique à l'usine centrale, et d'une détente de même nature dans le récepteur; celui-ci sera supposé placé dans le voisinage immédiat du compresseur.

Le diagramme du compresseur est ABC!) (fig. 84), la température absolue s'élève de T a à T, pendant la compression ; après le refoulement

au réservoir, le volume DC se re- ' --

froidit à pression constante elreprend F '8- M

la température ambiante T„ ; son volume est alors représenté par DE, il est disponible pour remplir un volume d'admission égal dans le cylindre du récepteur.

La détente adiabalique EF qui s'opère dans l'aéro-moteur abaisse la température de T„ à T„ et le volume FA d'air refroidi est expulsé à la pression atmosphérique.

Le travail restitué est moindre que le travail dépensé, il en diffère de la surface BGEF. Nous pouvons faire apparaître cette perte d'une autre manière en imaginant une machine thermique fermée comprenant deux cylindres (le compresseur et le récepteur) fonctionnant de manière à ce qu'elle donne lien au cycle BCEF, parcouru dans le sens des flèches. Le fonctionnement de cette machine Active donnerait lieu aux opérations suivantes :

BC, compression adiabatique ;

CE, soustraction de chaleur à pression constante ;

EF, délente adiabatique;

FB, communication de chaleur à pression constante. '

Et l'excès de la quantité. de chaleur rendue " i pendant l'opération CE sur celle absorbée par Fig. 85

l'air pendant la transformation FB est équivalent au travail du cycle, en vertu du principe de l'équivalence.

Le cycle envisagé ici est représenté dans la figure 85 en coordonnées

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entropies-températures (');on voit que la chaleur équivalente au travail UCEF, c'est-à-dire à la perle que nous voulons évaluer, est donnée par la surface beef.

Celte perte s'évanouirait nécessairement si les opérations BC, EF, tendaient vers la même isothermique ;les deux lignes bc, ef, s'inclineraient alors sur l'horizontale commune eb.

Supposons maintenant qu'après les opérations BC, CE, on réchauffe l'air à pression constante au-dessus de la température ambiante T , ce qui n'est possible qu'au moyen d'une dépense de chaleur, et qu'on achève le cycle comme précédemment. Le volume d'admission devient DE', la ligne de détente est ET', elle abaisse la température absolue de T à T". La perte de travail est réduite, mais il y a une dépense de chaleur.

Dans le diagramme entropique, on voit que la quantité de chaleur dépensée est représentée par la surface he e'k\ et que la chaleur équivalente au travail récupéré par l'intervention du chauffage préalable est ce' /"/*. En d'autres termes, le système fonctionne comme si on avait juxtaposé à celui que nous considérions d'abord une machine à air dilaté dont le rendement thermique serait le rapport :

11 est facile de voir, d'après les propriétés des lignes ec. fb, rappelées en note, que ce rendement est :

n étant le rapport entre la pression d'admission au récepteur et la pression atmosphérique.

Pourn = 2 4 6 10

On a p = 0.182 0.S33 0.405 0.49

Ce résultat indique que la chaleur additionnelle dépensée pour le chauffage préalable est d'autant mieux utilisée que la pression initiale est plus forte; pour les pressions usuelles de marche, l'utilisation est déjà bien au-dessus du rendement thermique des machines à vapeur

1. Les propriétés des lignes de pression constante fb, ec, ont été étudiées dans le troisième fascicule, (n» 11) ; on sait que les ordonnées des deux courbes

correspondant, â la même abscisse sont dans un rapport constant.

AERO- MOTEURS

les plus parfaites. En effet, les machines de la station centrale (à pression initiale élevée, à triple expansion, etc.) transforment au maximum en travail 18 % de la chaleur communiquée utilement à l'eau des chaudières, et cette fraction doit encore être affectée des pertes organiques inhérentes à ces machines, aux compresseurs et à la canalisation.

Ainsi s'explique le bénéfice du réchauffage préalable, qui n'a pas seulemeni pour but, en relevant la température finale de la détente, d'éviter la formation de givre et de rendre possible la marche à détente à peu près complète.

Le réchauffage pourrait être poussé à une température de plus en plus élevée, E' F' tombant à droite de CB dans la figure 84. On voit ici qu'il y a identité entre l'aéro -moteur ainsi complété et les machines à air dilaté de Brown (3 e fasc, n° 9î), la seule différence dans le cas qui nous occupe provient de ce que la pompe de compression est à l'usine centrale où elle est actionnée par un moteur spécial, tandis que dans la machine à air chaud, la pompe emprunte son travail au moteur même.

En usant dans une plus large mesure du réchauffage préalable, on augmente l'importance de la chaleur engagée dans le cycle thermique supplémentaire qui s'ajoute à l'utilisation directe de l'air comprimé ; celle-ci est d'ailleurs déjà améliorée par le fait que la détente peut être poussée plus loin sans qu'il y ait formation de glace. On n'est limité dans cette voie que par la difficulté de chauffer l'air, et par celle qu'entrainerait pour le graissage des pistons une température trop élevée.

Si l'on s'impose la condition que la température finale de détente doit être de 0° C, et si l'on suppose le fonctionnement adiabalique, la température initiale s'élève avec la pression absolue.

Poor n = 2 4 6 10

La température est 61* 137° 187° 260°

La température de 260° est voisine du point d'inflammation des huiles de graissage dites valvolines.

Il résulte d'expériences diverses faites â Paris, que la consommation d'air a pu être considérablement abaissée par le chauffage préalable de l'air à 160 ou 170°. Les aéro-moteurs diffèrent si peu des machines à vapeur au point de vue organique, que l'on emploie le plus souvent, pour utiliser la pression de l'air, des machines livrées par le commerce comme moteurs a vapeur ; c'est sur un moteur Davey-Paxnian à détente

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AERO-tiOTEURS

que M. Kennedy a poursuivi

4 1/2 atmosphères