Voir aussi W. C. l'ntein, ouvrage cité au u
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Usines Centrales
lion des circuits permet d'isoler tout tronçon dans lequel une réfection ou rétablissement d'une nouvelle prise d'eau serait nécessaire sans ih-
Fig. 33 et 31
terruplion du service sur les autres points. M. Ellington résume dans le tableau ci-annexé les principales stations publiques existantes en 1895.
L'une des questions les moins bien résolues est le contrôle de la quantité d'eau dépensée par chaque abonné. Deux systèmes sont en usage : on peut mesurer le débit sur la prise d'eau à haute pression ou sur la décharge ; le premier système est le moins pratique, parce que les compteurs doivent résister à la pression maximum, ils doivent donc être solides, et en cas de dérangement ils mettent le récepteur momentanément hors de service; on a donc plutôt pris le$arti de mesurer l'eau de décharge. Dans la distribution de Londres, M. Ellington emploie le compteur Parkinson, qui présente la plus grande analogie avec les compteurs à gaz; on emploie aussi le compteur Kent à capsulisme, mais on lui reproche de ne pas enregistrer les débits très faibles.
Pour éviter les pertes d'eau, il faut surveiller avec grand soin les débits totalisés des compteurs, et le volume pompé à la station centrale obtenu par les compteurs de tours des machines ; c'est par ce moyen qu'on peut se rendre compte des fuites ou des irrégularités. Le rapport entre le débit mesuré chez les consommateurs et la quantité refoulée est toujours nécessairement inférieur à l'unité, mais il a atteint la valeur 0,92 à Londres pour une moyenne de 10 années; à Liverpool, il a atteint 0,93 pour une moyenne portant sur 5 années. Les pertes cornprennent l'eau refoulée pendant les nuits de forte gelée pour entretenir le mouvement et retarder la congélation.
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il S
Le partage de la puissance en unités d'environ 200 chevaux se justifie par les grandes variations du débit horaire ; la figure 35 donne les fluctuations de la consommation à Londres, le 8 novembre 1894; on y constate que le maximum du débit n'est maintenu que pendant deux heures par jour, et qu'à nul moment de la journée ou de la nuit la demande ne cesse tout à fait.
Midi
Fig. 35
En totalisant le volume refoulé pendant toute l'année et en le comparant au débit maximum dont les machines sont capables, on obtient un coefficient ou facteur de charge, qui s'est élevé à Londres, dans ces dernières années, à 33 %.
Le prix de revient de l'eau sous pression, comprenant le charbon, l'eau, les salaires payés à la station centrale et l'entretien des machines, est de 12 centimes en moyenne par mètre cube refoulé à 51 atmosphères; ce prix s'est abaissé à 9,3 centimes pour la station de Wapping, où il a été le plus bas.
M. Ellington donne comme point de comparaison les prix de revient de la Compagnie Hydro-Electrique d'Anvers, qui sont de 7,25 centimes en janvier, et de 8,25 centimes en avril, mais ne comprennent pas les frais de direction, l'enlèvement des cendres, l'eau, ni l'entretien des machines.
A Anvers, pendant l'année 1889, les deux usines hydrauliques du port ont refoulé 652.520 mètres cubes d'eau, dont le prix de revient a été de 12 centimes par mètre cube; le combustible et le graissage figurent dans ce total pour 8 centimes.
Dans les petites installations, les dépenses s'élèvent par suite de
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MACHINES RECEPTRICES
causes diverses ; une aciérie de Leeds évalue à 39 centimes par mètre cube le prix de revient de l'eau portée à 47 atmosphères (').
MACHINES RECEPTRICES
31. — Divers genres de machines réceptrices. — Les dispositions des machines réceptrices sont motivées par la nature des opérateurs à commander. Lorsqu'il s'agit de machines-outils et d'appareils de levage, l'eau agît directement sur un, piston, dont la course est au besoin multipliée par des combinaisons de poulies; cette forme de récepteur est donc très simple, nous en verrons des exemples dans l'étude des appareils de levage.
Lorsqu'il s'agit d'obtenir un mouvement de rotation, on emploie généralement les moteurs à pistons (2 U fasc chap. 111, et en particulier n" 108), dont Armstrong a créé plusieurs modèles, devenus classiques pour actionner des cabestans, des ponts tournants, etc.
Ces moteurs ne sont applicables qu'à des vitesses assez lentes, parce que la haute pression exclut l'emploi des réservoirs d'air, et qu'il faut néanmoins éviter les coups de bélier. Pour une marche rapide, il y aurait d'ailleurs de fortes pertes de charge dans les orifices de distribution.
Les machines à piston, lorsqu'elles fonctionnent à charge variable, ont le défaut de consommer la même quantité d'eau qu'à pleine charge ; le réglage ne peut se faire que par étranglement de la prise d'eau, c'està-dire en réduisant la pression. Les correctifs imaginés par Hastie, Rigg, etc. (2* fasc, n° 110), outre qu'ils ne remplissent qu'imparfaitement le but, ne sont pas applicables à tous les cas.
On peut dire qu'il n'existe pas de récepteur à rotation satisfaisant pour l'utilisation de l'eau sous pression très élevée, aussi cet agent de distribution n'est pas employé pour mouvoir des usines et reste confiné à certains opérateurs spéciaux.
1. L'eau bous pression est vendue a Londres d'après un tarif qui décroît depuis 2 fr. 11 jusqu'à fr. 78 par mètre cube lorsque la consommation trimestrielle s'élève de 18 a 1 360 mètres cubes {Portefeuille des M., 1692, col. 'J. r >).
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56 MACHINES RÉCEPTRICES
Les turbines ont été appliquées avec succès à des chutes naturelles très élevées, mais qui sont encore loin d'atteindre les hauteurs d'environ SOO mètres des distributions à haute pression.
Jusqu'ici, la seule application importante des turbines à l'utilisation d'une pression de 50 atmosphères a été faite par la Compagnie Hydro- Electrique d'Anvers (voir la note du n" 19).
M. Ellington rapporte que l'on a essayé en Angleterre la roue Pelton avec un certain succès; d'après une expérience qu'il cite, une roue de 457 millimètres de diamètre, alimentée par un ajutage distributeur de 4,5 millimètres, et tournant à 1.600 révolutions par minute, a développé une puissance de 6,88 chevaux avec 0,675 de rendement ; ce chiffre s'entend du rapport entre le travail évalué sur l'arbre et le travail absolu de l'eau avant son entrée au moteur; la pression était de 49 atmosphères.
32, — Turbines. — Les turbines employées à Anvers pour actionner principalement des dynamos sont du système Girard à arbre horizontal; la roue est formée d'un disque dont le bord est entaillé à la fraise, de manière à laisser en relief les cloisons qui constituent les aubes, puis un anneau est rapporté à l'extérieur ; la roue appartient donc au système axial. L'appareil injecteur est formé d'ajutages en nombre réduit placés sous un angle convenable.
Le moteur ainsi obtenu ne se distingue des turbines ordinaires que par les dimensions très réduites de ses canaux et de ses aubes, il est d'une grande simplicité, et sa vitesse le rend très peu encombrant. Cette vitesse convient d'ailleurs pour l'attaque des dynamos par couplage direct avec l'arbre de la turbine.
Nous avons fait en 1892, sur deux de ces turbines, une série d'expériences dans lesquelles l'eau a été mesurée de deux manières : par orifices en mince paroi calibrés, et par jaugeage direct. Le dispositif du frein, composé de deux sangles symétriques, était combiné de manière à annuler toute réaction sur l'arbre. Les nombres de tours ont été relevés au moyen d'un compteur et d'un chronomètre en même temps que les charges du frein. Les turbines en essai étaient montées à quelques mètres seulement d'un accumulateur toujours chargé, la pression de l'eau était de 47 atmosphères (usine des quais à Anvers-Sud).
Les turbines avaient été construites sur les indications de F. Van Rysselberghe, fondateur de la Compagnie Hydro-Electrique, les aubes étaient conformes aux indications de la théorie, c'est-à-dire que t'axe du jet
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UkC m ES RÉCEPTRICIS 87
moteur était dirigé suivant la bissectrice de l'angle d'entrée. Voici quelques extraits des résultats obtenus :
Diamètre de la roue sur l'axe dna canaux. . . . 680 millimètres.
Diamètre des jets au nombre de deux 4 >
Tours par minute .' . 1.168
Pression de l'en à l'entrée 47 ntm.
Puissance mesurée an frein 7.36 cheranx.
> absolue de l'enù 11.32 >
Rendement mécanique de la turbine 0.66
Une deuxième expérience dans des conditions semblables, mais avec la vitesse de 1.209 tours, légèrement supérieure à la précédente, a donné un rendement de 0,67.
Un troisième essai a été fait sur le même appareil au moyen d e jets de diamètres décroissants pour déterminer la dépense d'eau à vide; nous avons trouvé qu'un seul ajutage n'ayant qu'un millimètre d'ouverture était encore un peu trop fort pour maintenir la vitesse de régime des expériences en charge, c'est-à-dire que nous avons dû agir légèrement sur une des sangles du frein . La vitesse de 1.242 tours par minute obtenue dans ces conditions a entraîné une dépense d'eau correspondant à i°M5, évaluée en puissance absolue; la dépense était de 0,178 litre par seconde.
Avec deux ajutages d'un millimètre, la puissance au frein a été de l e M8 pour 1.098 tours par minute; le rendement mécanique a été de 0,511
Plusieurs essais ont encore été faits au moyen de deux ajutages de 3 millimètres; à la vitesse de 1.103 tours, la puissance au freina été de 3*19, et le rendement de 0.551.
Il est à remarquer que par suite de la disposition axiale, la réaction (2* tasc, n° 39), amenait sur l'épaulement de l'arbre une pression que l'on peut calculer et qui avait les valeurs suivantes :
Essai à ride, un orifice de 1 millimètre 3 k S5
— deux orifices de 1 millimètre .... 6.70
— deux orifices de i millimètres .... 33.00
On aurait pu, en employant des dispositions mécaniques convenables, réduire le frottement dû à celte réaction. La roue Pelton, dont les aubes sont symétriques par rapport à l'arête d'entrée, ne donne lieu à aucune réaction suivant l'axe.
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58 MACHINES RÉCEPTRICES
Une autre turbine du même type, mais de tracé un peu différent, a été accouplée à une dynamo; elle était munie d'un régulateur à boules à axe horizontal avec ressort antagoniste ; les mouvements du manchon déterminaient l'embrayage avec deux cônes de friction commandant un petit registre agissant sur la section du jet; les orifices entièrement ouverts avaient une section rectangulaire de 4x5 millimètres. Ces expériences avaient surtout pour but de déterminer dans quelle mesure les variations de la charge pouvaient affecter le rendement; les résultats trouvés ont confirmé ceux des expériences au frein.
Pour la pression utilisée, la vitesse théorique de la veine injectée était de 97 m ,50, et la vitesse circonférentielle de la roue aurait dû être de 53 n ,60 pour réaliser le maximum d'effet, la vitesse de rotation correspondante est de i .500 tours ; mais ce calcul ne suppose aucune réduction de vitesse de la veine par suite des frottements, il est donc probable que la vitesse de 1.200 tours ne s'écartait pas beaucoup de celle donnant le maximum de rendement (').
Il résulte de ces essais qu'on peut atteindre pratiquement un rendement de 65 % dans l'emploi de l'eau à 50 atmosphères actionnant des turbines. Ce rendement, insuffisant peut-être pour motiver une généralisation de l'eau comme agent de transmission lorsque le but principal est de fournir l'énergie électrique, parait au contraire satisfaisant pour les applications isolées. Disons cependant que d'assez grandes difficultés ont été éprouvées pour éviter une usure rapide des ajutages et des aubes dans une marche continue et industrielle.
1. M. Râteau {Reçue de mécanique, août 1898 page 159) montre que la courbe des rendements à allure variable sur une même liauteur de chute est une parabole; les vitesses de nos expériences correspondent it une ordonnée qui ne diffère que.de S °' du rendement maximum.
Transmission par l'air comprimé.
33. — Notice historique (')■ — On fait remonter à Papin l'idée de l'emploi de l'air comprimé comme agent de transport de l'énergie ; ce n'est qu'en 1810, puis en 1827, que Medhurst fit des tentatives pour l'application de l'air au transport, sans toutefois aboutir à rien de pratique. Clegg et Samuda réalisèrent en 1838 l'idée de Medhurst, et établirent, le célèbre chemin de fer atmosphérique de Saint-Germain depuis longtemps démonté. L'idée du transport pneumatique a été reprise avec succès par Galy-Cazalat et a été appliquée pour la transmission des dépèches successivement à Londres en 1888, à Berlin en 1863, à PaiÏ3enl866, mais il ne s'agit là que d'une application très spéciale (').
Andraud et Tessié du Motay inventent en 1838 la locomotion à air comprimé (*), qui ne s'est toutefois développée que beaucoup plus tard ; la ligne de Courbevoie à l'Etoile date de 1 875-76, les tramways de Nantes de 1879.
L'idée de se servir de l'air comprimé comme fluide transmetteur du travail ne se trouve pas à proprement parier dans la locomotion, où l'on utilise avant tout l'accumulation d'énergie due àlacompressibililé.mais elle remonte plutôt à l'emploi qui en a été fait lors du percement du Uont-Cenis pour actionnera distance des machines perforatrices. Lorsque les travaux de ce tunnel étaient déjà entamés, Maus avait eu l'idée de recueillir la force motrice des chutes d'eau disponibles aux têtes et de la transmettre par cables télédynamiques jusqu'aux fronts d'attaque;
1. RacMmann, ouvrage cité, t. III p. lies et t. IV p. 59g et 763.
S. Latimer Clark avait établi en 1853-54, entre Kuslou et le General l'ost Office de Londres, un tube de l",37 dediametre pour la transmission de paquets postaux au moyen de petits wagons munis d'un piston; les postes pneumatiques modernes n'ont que des réseaux de diamètre beaucoup plus petit.
î. La Traction mécanique, par A. Barbet, Reçue de mécanique, novembre
