mètres cabes

variable par le régulateur (5" fasc, n* 83] les expériences dont voici les résultats :

Pression effective initiale de l'air • •

Puissance indiquée sans réchauffage.

Consommation d'air ramené à la pression atmosphérique, par cheval et par heure

Consommation d'air, réchauffé à 160°, la température initiale étant de 29°, par cheval et par heure • . 18.3 mètres cubes

En même temps, le fonctionnement à chaud a élevé le rendement organique de la machine de 0,67 à 0,81 ; il en est donc résulté un bénéfice indirect que nous n'avons pas à considérer dans ces vues théoriques. La consommation de coke employé au réchauffage était de 0M8 par cheval indiqué ; pour la même quantité d'air empruntée à ta conduite que dans le fonctionnement à air froid, on aurait obtenu 1,38 cheval indiqué au lieu de 1 cheval, mais la consommation de coke eut été de 0*,25 ; on peut en conclure que le supplément de puissance de eh. 38 a été obtenu pendant une heure moyennant une dépense de coke de 0*,2u, ce qui équivaut à la production d'un cheval pour 650 grammes de coke, résultat extrêmement avantageux, surtout si l'on considère 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 en fonte représenté figure 86 ; le foyer à coke est contenu dans la colonne centrale; celle-ci est entourée d'un manteau dans lequel l'air comprimé circule, et d'où il ne peut s'échapper qu'après avoir fait un tour complet en serpentant à travers les chicanes verticales qui allongent son parcours. Les produits de la combustion redescendent à l'intérieur du manteau, ce qui permet une meilleure utilisation de la chaleur.

Fig. 8li 57. — Chauffage par la vapeur. — D'autres systèmes de réchauffage

A ÉltO -VOTE 11 II S 115

peuvent être employés; l'un d'eus consiste à saturer l'air de vapeur d'eau en même temps qu'on J'échauffe à la température de celte vapeur. Ce cas se ramène à celui du n° 55, tout au moins en ce qui concerne la loi de détente, qui est celle d'un mélange d'air, de vapeur el d'eau.

C'est sur ce mode de réchauffage et les moyens employés pour le mettre en œuvre que repose principalement le système de locomotion Mékarski. L'air est emmagasiné sous forte pression(environ50 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 jillraverse ensuite un détendeur destiné à régler la pression sous laquelle il est dépensé, pression qui est nécessairement beaucoup plus faible que celle d'emmagasinage. La figure 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 fluide détendu est formé d'un bourrelet d'air emprisonné a, que l'on peut comprimer par un plongeur à tige filetée sur laquelle on agit à la main. En tournant plus ou moins le volant V, on obtient une Fi!- 87

pression plus ou moins forte de l'air détendu, mais constante pour chaque position du volant. D'autres formes de détendeurs peuvent être employées sans modifier le principe du système.

Eludions d'abord le procédé de saturation de l'air dans le réservoir, abstraction faite du détendeur.

Soient : p„ et t la pression et la température de l'air au point A, c'està-dire à l'entrée dans le réservoir, t' la température de l'eau.p' la pression correspondante delà vapeur saturée.

Supposons que la température £' soit maintenue constante par une source extérieure de chaleur, au lieu qu'en réalité, et à défaut de cette source, la température V s'abaisse progressivement. Supposons encore

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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 p a — p\ et le volume v' du kilogramme d'air échauffé obéira à l'équation fondamentale des gaz :

d'où l'on tire:

Po — p"

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

Le poids de vapeur qui sature le kilogramme d'air est celui qui occupe le volume v' à la température (' ; soit a' le volume spécifique de la vapeur saturée à (', le poids cherché sera :

7 iï (p-p')

Le poids d'air m salure par le kilogramme de vapeur sera le rapport inverse, c'est-à-dire que l'on aura :

m augmente au fur et à mesure que (' s'abaisse, puisque p' diminue en même temps et que u* augmente. La proportion d'eau contenue dans te 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 el 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 e 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

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section rélrécie pour se relever lorsque la vitesse est amortie ; les températures à l'amont et à l'aval sont les mêmes lorsqu'on a soin de les prendre à une certaine distance de l'étranglement; les pressions et les volumes dans ces sections sont donc liés par la loi de Mario t te.

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

Dans le système Mékarski, l'eau ne pourrait se trouverdans l'air 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 fluide qui s'écoule est égale augain 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° 87.

Soient t" la température à l'aval du détendeur, p" la tension correspondante de la vapeur, 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/i, — 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 ( Po «' -p,Wx) = mc ((" *-) + (* + y) q "-(\ + «) q > + K f - p -

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ou, en remarquant que x -f- y est égal àl+n:

(1) A ( P o «' - Pl »" s) = me ((" - f) + (1 + *) {g" - î') + x ?" - p'

Le» inconnues sont t" et x -, il faut donc une deuxième condition, que nous trouverons en exprimant que l'air détendu à la tension propre p A — p", et se trouvant à la température (", occupe le volume de x kilogrammes de vapeur saturée à la même température :

Les équations (1) et (2) font connaître l'état du mélange après qu'il a subi l'effet du détendeur; elles seront résolues par tâtonnements;* on se donnera par exemple, la température (", l'équation (2) fera connaître te, et ces valeurs devront vérifier 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 1 + m, 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 u, le volume spécifique de la vapeur surchauffée, t, 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 :

(8) A (p a »' — p, u.) = me (t, — t') — (g' + p'j + 476.11 + 8 Ap" u,

Les inconnues sont u„ t s 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")v,=mR(a + t,)

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

Les équations (3), (4) et (5) permettent de résoudre le problème. Les

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AERO-MOTEURS lltr

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

avec R' — 47.061 (3' fasc.*, n" 57).

Un calcul numérique appliqué à de l'air saturé à l'amont du détendeur, mais n'entrainant 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 disparaît et le mélange rentre dans les conditions ordinaires.

59. — Observations sur l'effet économique du système. — L'échauffement et la saturation de l'air par la vapeur absorbent une certaine quantité de chaleur que l'on peut calculer ai 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 (S7), et maintenir constante la température de l'eau de la bouillotte, constamment refroidie parlepassage de l'air, 11 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 (31) se rapprochant de l'isothermique ou de l'adiabatique . 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 l'air 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 celte pression unpeu en dessous de celle de la canalisation aux heures où elle est la plus basse. Ce régulateur-détendeur (fig. 88) fonctionne comme tous les

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appareils de l'espèce (') ; il ne comporte qu'une soupape obturatrice 6, mais la différence de pression entre ses deux faces est équilibrée par

Flg. 88

une différence égale sur les deux faces du piston c ; l'air arrive par a et sort par e; d est le piston moteur, influencé par la pression d'aval; le levier à contrepoids f équilibre l'action du piston d,

60. — Coup d'œil sur les récepteurs employés et les rendements obtenus. — Les réceptrices employées depuis les débuts de l'air comprimé

1, Voir le détendeur llelleville, troisième fascicule, n> 78 avec lequel celui-ci présente «ne certaine analogie.

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

La Compagnie Parisienne fait usage pour tes petites forces (de 6 kilogramme très par seconde jusqu'à deux chevaux), du moteur rotatif représenté par les figures 89 à 91, que nous reproduisons d'après H. Dechamps. L'enveloppe cylindrique A du capsulisme est fixe ; l'air y est admis par la tubulure 6 et s'échappe par 6'. 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 4

manière à s'appuyer par leurs arêtes extérieures contrôles 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'enveloppé deux capacités variables, dont l'une, celle qui reçoit l'air sous pression, augmente de volume, tandis que l'autre communique 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. Fig. 91

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

L'air agit 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,

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122 ai

le moteur de 1 cheval fonctionnant sans détente, à air non réchauffé, consomme 84 mètres cubes d'air à 90 tours par minute, et 55 mètres cubes seulement à 187 tours. Dans les deux cas la pression était de 4 atmosphères effectives; les volumes dépensés s'entendent toujours de l'air ramené à la pression atmosphérique.

Ces moteurs ont été perfectionnés au point de vue des fuites, et on leur a appliqué un mécanisme de détente. On a obtenu ainsi des consommations beaucoup moindres (36,4 mètres cubes sans réchauffage, et 27,2 mètres cubes avec réchauffage préalable à 70", d'après Riedler et Gutermuth). Pour le mécanisme de détente appliqué aux moteurs de force supérieure à un demi-cheval, voir le Portefeuille des M.,iS9$,

Pour les puissances plus considérables, les machines à cylindre ordinaire donnent des résultats plus ou moins favorables, suivant la perfection de leur construction, la détente qu'on y réalise, et l'intensité du chauffage préalable de l'air ('). Riedler et Gutermuth citent des chiffres de consommation particulièrement remarquables obtenus sur un moteur monocylindrique Corliss-Farcot qui était en réalité une ancienne machine à vapeur. A l'allure de 54 tours, ce moteur, alimenté avec de l'air chauffé à 160 degrés, développait 72 chevaux fndiqués en ne consommant que 13,6 mètres cubes d'air par cheval au frein, et 12,02 mètres cubes par cheval indiqué. La consommation de coke n'était que de U ,09 par heure par cheval indiqué; la pression initiale de l'air n'est pas donnée, mats elle n'était probablement pas supérieure à 5 atmosphères effectives.

Si on admet que les machines de l'usine centrale compriment, par cheval indiqué, 11 mètres cubes d'air à 6 atmosphères effectives, on voit que, malgré les pertes du compresseur, de la canalisation et de l'aéro-moteur, il est possible d'obtenir, pour un cheval indiqué à l'usine centrale, au delà de 0,9"de cheval indiqué à la réceptrice, moyennant une dépense de coke à peu près insignifiante.

Ces chiffres font apparaître le mode de transmission par l'air comprimé sous un jour extrêmement favorable, et renversent les idées qui étaient généralement reçues avant l'application du réchauffage. 11 était reconnu que la canalisation proprement dite ne donnait lieu qu'à des pertes de charge très faibles, mais que l'effet utile assez médiocre des compresseurs d'une part, le très faible rendement des aéro-moteurs d'autre part, rendaient la double transformation peu avantageuse.

1 . Voir le moteur compound de Proall et Kummer, ainsi que celui de Schmid et BrckfeUI, décrits par M. Richard (Revue technique de l'Exposition de 1889, 6* part., t. II, p. 360).

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 celle application avait fait reléguer au second plan le côté économique du problème. On 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 Buite 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 «'exerçant sur les pistons des aéro-moteurs, dont l'échappement se ferait dans les canalisations, et serait dirigé 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 installations d'air comprimé (45).

Cependant, et pour les raisons qu'il serait facile de tirer de l'étude qui a été faite des pertes de charge dans la canalisation (§ 11), on peut établir que le système à l'air raréfié n'est applicable qu'à des dislances relativement réduites.

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

1. MM. Petit et Boudenoot étaient les promoteurs de cette entreprise, dont les installations ont été souvent décrites. Voir notamment les Mémoire» de la Société des Ingénieurs civils, mars 1885 et janvier 1889, la Revue technique île l'Exposition de 1889, 6- partie, t. II, p. 37S, la Revue universelle <lcs Mines, t. VIII, 3" série, où M. Dechamps reprend l'étude théorique du système. II. Hanarte avait examiné cette question dans le même recueil, 2« série, t. XX. Le moteur a air raréfié employé par MM. Petit et Boudenoot était remarquablement étudié et pourra servir de modèle pour les cas analogues.

Les installations de la Société du distribution de force motrice à domicile par fair raréjlé desservaient IM moteurs de un demi-cheval à un cheval et demi.