L-**fis»' fonctionnant entre les températures de

Fig- M 120- C2»tin-abs.) et 70° (0«»-,30 abs.)- Le

condenseur C (flg. 94), était à surface, et servait de vaporisateur

1. M. de Frémineille avait surtout insisté sur ce bénéfloe de la machine oompaund, dans une remarquable étude publiée eu 1878, mais en uégligeacl le rôle des parois sur lequel nous reviendrons par la suite.

i. Qui peut cependai^ donner lieu k de sérieuses difficultés lorsque les machines doivent pouvoir éventuellement fonctionner & échappement libre, o'est- &-dire avec des pressions d'échappement plus élevées.

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CYCLBS SPÉCIAUX

d'éther ; celle dernière vapeur était employée dans un cylindre spécial e, puis condensée dans un condenseur à surface C,, refroidi par un courant d'eau ; l'élher liquide était repris dans ce condenseur et refoulé au vaporisateur C. Dans une expérience, on a trouvé que la température de l'éther dans le vaporisateur était de 52*" (l,75"'™-abs.) et que la température inférieure du cycle descendait à 20° (0,57»'n"abs.)-

Si les cycles étaient parfaits, et s'il n'y avait pas de chute de température entre les deux machines, le rendement des deux cylindres combinés couvrirait l'écart total des températures (120" — 20°) tandis que celui de la machine à vapeur d'eau, avec condensation obligée à 35° environ, ne porte que sur une chute de 120° à 33°. La différence est surtout sensible parce que la température initiale de la machine à vapeur d'eau est peu élevée {').

L'expérience avait donné un certain avantage économique aux vapeurs combinées j d'ailleurs, à cette époque, la pression initiale des chaudières marines, (qui étaient alimentées à l'eau de mer), était toujours inférieure à 2 atmosphères, et l'on cherchait à utiliser la partie du cycle la plus désavantageuse et donnant lieu à un grand encombrement. Le système de Du Trembley était rationnel, il n'avait que l'inconvénient de la complication et de l'emploi d'un liquide dangereux.

Nous savons que, dans tout cycle de machine à vapeur, la période de compression est considérée comme irréalisable. Ce fait modifie les conclusions un peu sommaires , que l'on pourrait tirer de l'assimilation des^A. cycles à ceux de Camol ; ainsi, en suppo- n sanl qu'il n'y ait pas de chute de température au vaporisateur à éther, les cycles entropiques des deux vapeurs sont représentés fig. 95; le poids d'éther (environ 4 à S kilogrammes) à conjuguer avec 1 kilogramme d'eau, résulte de ce que le rectangle ad' doit être équivalent à la chaleur cédée à l'éther ffgd^. Si la machine était à vapeur d'eau entre les mêmes températures, elle donnerait un rendement différent, la ligne fg serait remplacée par ha (').

1. Lifdieu. — Lea nouvelles Machines i vapeur marines, t. I, p. 18B.

i. Les données reproduites au ii'G6, pour l'aciâe sulfureux et l'ammonia-

ne. 95

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232 HACflINBS A TAPEUR

139. — Ve^efirs autres que ta vapeur cCefiu. — Divers corps ont été proposés ou essayés pour remplacer la vapeur d'eau ('); les liquides volatils diminuent l'encombrement, mais les pressions très élevées obUgenl à diminuer l'écart dea températures; en général donc, on ne peut guère espérer des diverses vapeurs un rendement supérieur à celui de la vapeur d'eau. Il ne faudrait pas cependant trop se hâter de conclure, en s'appuyant sur les propriétés des cycles de Camot, à l'équivalence de toutes les vapeurs, car le rapport entre la chaleur du liquide , et la chaleur de vaporisation, qui diffère lorsque l'on passe d'un corps à l'autre,' peut rompre cette équivalence d'une iruanière sensible. En un mot, les vapeurs sont inégales parce que leurs cycles sont différemment altérés par lapéHode d'échauiTement du liquide, la limite adoptée pour la détente, l'influence plus ou moins ^ande des parois, affectée du resle par la nature du fluide.

140. — L'affinité de certains corps pour l'eau, vaincue par l'élévation de température, comme nous le verrons dans l'étiide des machines à glace (189), peut servir à faire fonctionner des moteurs; le corps volatil est refroidi par un condenseur à surface, et repris par l'eau, qu'il ' échauffe; cette dissolution est réintroduite dans les régénérateurs. Une s'agit pas ici d'une vaporisation ou d'une condensation, mais de la décomposition et de la reconstitution successives d'une solution, (Haton de la Goupillière, t. i, p. 849). '

141. — On peut ainâi utiliser des phénomèties d'afflnité en se servant de la chaleur qu'ils dégagent, pour vaporiser un liquide, ou tout ^u moins pour contribuer à cette vaporisation ; tel est par exemple le système de M. Ilqnigmann, employé pour des locomotives de tramways; la vapeur d'échappementest absorbée, avec un fort dégagement de chaleur, dans une solution très concentrée de soude caustique, qui entoure la chaudière à vapeur d'eau. Pour que le pbénOmène puisse se produire, 11 faut commencer par introduire dans la chaudière une certaine quan-

que, pourraient être employées utiiement 4 l'étude de machines fonctionnaot au mojen de ces vapeurs. On a employé le chlorure et le suirure de cart>one ; M. Lafond a fait usage du uhloi oforme. 1. Halon de la Goupillière, t. I.

234 UACHINES A TAPEUR

Les propriétés physiques de la vapeur de pétrole ne sont pas suffisamment connues pour peimettre de trouver les causes de cette supériorité, qui peuvent être multiples (influence des parois, diminution relative des frottements, influeuce de la chaleur du liquide).

La maison EsscherWyss, de Zurich, construit aussi des embarcations légères à vapeur de naphte ; une dérivation de la vapeur employée sert à alimenter le brûleur, comme dans la disposition primitive des machines de Yarrow ('}.

143. — Turbo-moteurs. — Différentes tentatives ont été faites pour recueillir l'énergie de la vapeur en la faisant agir comme l'eau dans les turbines, c'est-à-dire en employant d'abord l'énergie à communiquer do la vitesse au fluide, et en utilisant la quantité de mouvement ainsi obtenue pour produire une impulsion. La grandeur de l'effet obtenu ne dépend que de la force vive que le fluide peut acquérir, c'est-àdire de sa masse, qui est faible, et de sa vitesse, qui peut devenir très grande.

Le principe ci-dessus est très séduisant, car il permet de réaliser des machines extrêmement simples, sans organes à frottements, et sans avoir recours au mécanisme à bielle, dont l'inertie est une source de difficultés. La première idée du moteur à vapeur se trouve du reste dans Yéolipyle de Héron l'Ancien, appareil qui est au turbo-moteur ce que le tourniquet hydraulique est à la turbine.

Pour utiliser une chute de température assez élevée, on peut prévoir, d'après la théorie des turbines {*), que la vitesse d'entraînement doit être fort considérable ; c'est en effet ce qui a lieu dans les machines réalisées jusqu'ici.

La voie dans laquelle M. Parson a trouvé un succès décisif consiste à employer un grand nombre de turbines (flg. 96) entre lesquelles la chute est pariagée; la vapeur qui sort de la première roue R, avec une pression un peu réduite, est reçue entre des directrices fixes D qui l'amènent sur une deuxième série d'aubes mobiles, et ainsi de suite. Il y a jusqu'à 45 turbines montées sur le même arbre, et comme il en résulterait, pour celui-ci, une poussée longitudinale (2" fascicule, n"39), on associe deux séries de turbines symétriques ; la vapeur est reçue, par exemple, à 6 atmosphères absolues, elle sort de la dernière roue à la pression atmosphérique, et S'échappe définitivement.

Sans vouloir formuler une théorie minutieuse de celte machine, cherchons à nous rendre compte des conditions de son fonctionnement.

Fig. 86

En coupant les séries successives de directrices et d'aubes par un cylindre médian, on obtient, par développement, les directrices d„ les aubes a„ les directrices d„ etc, (figure 97). La vapeur, avant de s'pngager entre les directrices d„ se trouve à la pression p, de la chaudière, sa température t, et son titre x,, sont connus ; elle s'écoule en vertu de la différence de pression, et possède, dans la première section de séparation entre d, et a,, une vitesse absolue U,, dépendant de la pression p\ et, par conséquent de la température (', qui règne dans cette section; son titre, x\ est celui qui résulte de la condition d'adiabaticité.

Si nous suivons le diagramme entropique de la quantité de vapeur qui s'écoule par une portion quelconque des canaux choisie de manière

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336 Machines à tapedr

à ce que cette quantité soit précisément un kilogramme, nous aurons, par l'équalion (58):

c'est-à-dire que l'énergie disponible sous forme de force vive est précisément, si l'on' néglige le dernier terme, la surface comprise entre les horizontales T, T', dans la figure 98 (').

C'est celte énergie qu'il s'agit d'utiliser en ramenant au repos la masse de vapeur; or cette modiScation peut se faire sans changer la pression ni le litre, car il suffit de supposer que la vitesse relative \\, que prend le fliiide à l'entrée de la première roue mobile, soit consenée pendant le passage sur cette roue ; on y arrivera en maintenant constante la section du canal, ce que nous pouvons supposer réalisé. Nous admettons que l'inclinaison des aubes à l'entrée soit telle qu'il n'y ail pas de choc, et nous négligeons le frottement.

Le mélange doit du reste quitter la première turbine avec une vitesse nulle, cette condition ne peut être réalisée pratiquement d'une manière parfaite, (non plus que dans les turbines hydrauliques), mais théoriquement, elle revient à supposer que les canaux s'infléchissent à la sortie da manière à être tangents au plan qui les termine perpendiculairement àl'axe; de plus, la vitesse d'enlrainement doit être égale à W,; rien ne s'oppose, à la rigueur, à ce qu'il en soit ainsi, il suffit de supposer que le tracé des aubes est celui des turbines d'action (2* fascicule, n'46).

Théoriquement, la vitesse, absolue du fluide à la sortie de la turbine est nulle, sa température et son titre sont donnés par le diagramme entropique. Le mélange reprend de la vitesse en vertu de la chute de pression qui existe entre l'entrée et la sortie de la deuxième série de directrices ; nous pouvons répéter, au sujet de chaque paire de couronnes, le raisonnement qui a été fait pour la première. Toutes les turbines ayant le même diamètre et étant montées sur le même arbre, ont la même vitesse circonférentielle; par conséquent, la vitesse relative W est la même dans tous les canaux mobiles et égale à W,, ce qui oblige, à cause de l'augmentation du volume spécifique du fluide, à

1 . I>e diagramme entropique ne s'appJique pas aux opératiODS non réversibles; il nous sert ici à représenter, d'une manière commode, en uous appuyant sur l'éQuation de l'ëcoulement,' la fjuantîté de chaleur qui se trouva dans la vapeur sous forme cinétique.