XV

MODE d'établissement DES TURBINES

Au point de vue de leur établissement, les turbines diffèrent surtout par les hauteurs de chute auxquelles elles s'adaptent, et par la position de l'arbre à commander, relativement aux niveaux d'amont et d'aval. En examinant les modes d'installation possibles pour . des hauteurs

l.C.Bacli.— Ouvrage cité, p.l04, pi. Il, flg. I à 4, et J.O. Knoke. Die KrafL maschinen des Kleingewerbes. — Sprinfrei:', p. 61-66-67.

2. I.e tourniquet hydraulique fait excepi ion. puisque son rendement augmente en même temps que la vitesse

croissantos, on rencontre successivement les systèmes que nous allons brièvement décrire [').

79. — La disposition en siphon (flg. 92) a été appliquée principalement par Girard, à de très basses chutes, descendant jusqu'à O^.TO;

Fis. 02

dans ce cas la turbine asiate ordinaire n'est pas d'un emploi possible, parce que la faible hauteur d'eau qui reste sur l'appareil injecteur a pour effet de produire une dépression de la surface qui rend l'écoulement irrégulier ; le siphon prévient la formation de cet entonnoir.

80. — Lorsque la chute' augmente, en restant toutefois inférieure à 4 ou 5 mètres, on prend la turbine à chambre d'eau ouverte, et dans le cas où la chute est considérable, on trouve souvent avantage à employer le système Henschel-Jonval, qui permet de raccourcir l'arbre.

81. — Pour des chutes plus élevées ('), on a recours à la turbine à

1. Uliland. ~ Prakiische Maschinen fonUructeur, 188â, p. 281-301-320-361-378, pi. 59, 60, 71, 72, 79, renferme une série d'articles de W. Zuppiriger sur-l'établiasement des moteurs hydrauliques. Voir aussi Meis:iner, ouvrage cité, ainsi que le PorLefeuîlle de l'École Poiyteclmique de CuHsruhe, publie sous la direction du professeur //art, Heideiberjç, Basserman, 1877.

i. Les moteurs d'AssIing-Sava, établis par la maison Ganz et C'a de Budapest, sont de remarquables spécimens de turbines axiales à cbambre fermée. — Engineering, 1891, 2« sem., p. 307.

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chambra d'eau fermée (fig. 93); l'eau est amenée par une conduite en tôle ou en fonte T, T, à une chambre étanche C, que l'arbre traverse de part en part. Le diamètre de la conduite est calculé de manière à ce que ta vitesse dé l'eau n'y dépasse pas 1 mètre par seconde, auquel cas

la perle de charge est fort réduite (0'°,12 pour une conduite de 1 mètre de diamètre et de 100 mètres de longueur, d'après la formule de Darcy). Les turbines dont on a fait usage dans les installations mécaniques de percement des grands tunnels ont été établies de cette manière.

Les conduites, quelquefois longues de plusieurs kilomètres, sont placées à fleur de sol, et subissent légèrement-les influences delà dilatation; pour les petits diamètres, on prend parfois des joints à dilatation à bourrages, convenablement espacés.

H peut être nécessaire, pour éviter les coups de bélier lors de la fermeture brusque du vannage, d'établir un tuyau de décharge supplémentaire de plus petit diamètre, dont la valve s'ouvre lorsqu'on ferme le vannage de la turbine.

Lorsque l'eau est prise à des torrents ou à des rivières charriant du gravier, du sable, etc., il faut disposer, près de la prise d'eau, une chambre de dépôt qui peut être facilement nettoyée par des vannes de fond. Une chambre de ce genre à été établie pour les turbines de Gœschenen, à la prise d'eau de la Heuss, à la tète nord du tunnel du Saint-Gothard.

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pièce, ordinairement 1res chargée el exposée à se gripper ('). A celle fin, l'arbre A (fig. 94) est creux et présente à son sommet, au-dessus du niveau d'amonl ou en tous cas en dehors de la chambre d'injection, un renflement qui se termine par un plateau P, accouplé au plateau P' d'un manchon que porte le prolongement A' de l'arbre. Le pivot repose sur une tige centrale T, solidement établie dans im sabot monté sur le fond du bief d'aval, en dessous de la turbine ; cette lige centrale supporte un godet fixe G, dans lequel repose la lentille fixe L" en acier fondu trempé, ou en fer cémenté ; rextrémité inférieure de l'arbre A' repose sur le support fixe par l'intermédiaire d'une lentille analogue L'" (placée à tenon dans l'arbre) el de la lentille folle en bronze L". On peut, en agissant surl'écrou E, relever 1 plus ou moins la turbine lorsque l'usure des

^'B- "' lentilles rend celle opération nécessaire

pour réduire le jeu entre la partie fixe el la partie mobile. Il est très utile, pour l'établissement du pivot, défaire lecalcul de la réaction verticale (39).

1. Dans les turbines d'AssIing-Sava, de 700 à '900 clievaux de puissaice, la charge sur le pivot est de 17,500 kilogrammes; M. Radinger a eii l'idée d'en faire supporter la moitié par un plongeur qui termine l'arbre à sa partie inférieure, plongeur sur lequel s'exerce la pression d'un accumulateur. Le pivot proprement dit, établi au-dessus de l'eau, est graissé par une pompe & huile. — Engineering, 1891, ^ som., p. 307.

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Maoblnes dans lesquelles l'ean agit par pression ou Machines à colonne d'ean.

85. — Tous les dispositifs admis dans les pompes agissant par pression peuvent èlre employés comme moteurs (*), ils se rangent en deux catégories principales : les mécanismes à rotation continue ou toutes les variétés connues de capsullsmes, et les machines à mouvement alternatif; ces dernières seules permettent d'obtenir l'étanchéité voulue de la capacité variable qui constitue le récepteur, les appareils à rotation ont pu être acceptés comme pompes dans le cas d'élévations à faible hauteur, les fuites n'ont alors rien d'esagéré, mais ils n'auraient aucune raison d'être comme moteurs, puisqu'ils- seraient, à tous points de vue, inférieurs aux turbines. Comme, d'ailleurs, leurs fuîtes seraient à craindre dans le cas des grandes hauteurs motrices, il ne r dus reste à examiner que les moteii^s à piston, les seuls qui aient une grande importance industrielle.

MOTEDRS 1 ACnOn DIKECTB.

Les machines à piston sont d'origine déjà ancienne (*), elles comportent un mécanisme plus ou moins analogue à celui des moteurs à va-

t. 7« fascicule.

!. BéUdor, dans son Architecture hydraulique, édition de 178S, décrit une inacluDe & colonne d'eau de son invention : elle est b. cylindre horizontal et actionne une pompe; il décrit auâsi la mactiine de Denisara et de la Dueille. Lea machines & colonnes d'eau ont surtout été employées au commencement du siècle, par Reichenbacti, qui s'en aervii pour refouler la saumure dans une conduite de lïO liilomètres de longueur, s'étendantd« Reichcnhall à Rosentieim, dans le sud de la Daviùre. Huit de ces machines, et quelques roues hydrauliques, produisaient une élévation totale de 960 mitres; l'une d'elles, fonctionnant sous une chute motrice de 110 métrés, élevait l'eau d'un seul Jet à 380 métrés de hauteur (Riihimann).

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peur; le fonctionnement comprend une admission d'eau motrice pendant la course directe, et l'écliappement pendant la course rétrograde. Les moteurs sont à simple ou à double effet, suivant que le piston présente une ou deux faces actives. L'incompressibilité de l'eau éloigne l'idée de toute action à détente, le distributeur est donc toujours de la plus grande simplicité.

86. — La machine à colonne d'eau à simple effet convient surtout pour actionner des pompes, et présente alors deux dispositions diffé-

— \Ti

Fig. 95

Flg. 96

rentes, représentées figures 9S et 96 ; dans la première, le cylindre est placé en un point intermédiaire de la chute, tandis que, dans la seconde, il est monté sous le niveau d'aval.

La position du cylindre, qui n'a aucune influence sur le travail recueilli, présente de l'intérêt au point de vue de la loi suivant laquelle se développent les efforts moteurs et résistants?

On reconnaît facilement, dans le cas de la figure 95, que l'effort moteur a pour valeur pendant l'ascension du piston :

S étant la section du piston, et h la hauteur d'eau sur la face motrice A l'échappement, l'effort moteur est :

Cette dernière combinaison est due à Jordan, qui l'a employée en Hanovre; elle se retrouve dans la machine établie vers 1835 à Huelgoat (Finistère), par Juncker, l'une des plus importantes qui aient été construites.

Ces moteurs avaient été imaginés pour actionner des pompes, à une époque où l'on imitait les dispositions des mac)iines d'exhaure à vapeur et à simple effet; plus tard, les moteurs à rotation ayant été substitués â ceux a action directe, les mécanismes de distribution ont pu être notablement simplifiés.

87. — Aux dispositifs déjà examinés, viennent s'en ajouter deux autres, employés par Reichenbach ; le premier, (fig. 97), est à double effet, et convient pour produire des efforts égaux dans les deux courses ; A est la conduite d'arrivée, E celle de décharge ; le distributeur est formé de deux pistons pp qui produisent l'admission ou l'échappement, suivant qu'ils découvrent les lumières du cylindre par leurs arêtes extérieures ou par leurs arêtes intérieures; l'ouverture et la fermeture de l'admission sur une face du piston moteur coïncident toujours avec l'ouverture et la fermeture de l'échappement sur l'autre face.

Fig. 97

Dans l'autre disposition (fig, 98), deux pistons de diamètres différents sont conjugués sur la même tige, et chacun d'eux fonctionne à simple effet; il y a, entre les efforts produits dans les deux courses, une inégalité voulue, exigée par la nature de l'opérateur à commander, mais on peut même la faire disparaiti-e.

On reconnaît facilement la possibilité de réaliser bien d'autres combi-

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L, la lumière servant alternatîTemeQt à riotroduciion et à l'échappement,

A, la colonne motrice,

E, la colonne de fuite, située en contrebas du niveau d'aval, comme dans la figure 96,

P, le piston distributeur, représenté dans sa position moyenne.

Kg. M

P', un piston de section plus grande, lié au précédent,

P", un plongeur, réduisant considérablement la section utile de la face supérieure du piston P',

/, un conduit, destiné à établir, dans l'espace annulaire M, soit la pression de la colonne A, soil celle de la colonne E,

p, le petit piston distributeur, qui, d'après sa position, fait communiquer la lumière l avec le tuyau a ou avec le tuyau e,

p', un piston de même section lié au précédent, et destiné à l'équilibrer,

OD, un levier pivotant autour de son extrémité fixe 0, et recevant son mouvement des buttoirs b b„ lorsque ceux-ci arrivent vers l'extrémité

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de leur courte. Ce levier esl relié, par une bielle, au groupe des petits pistons pp'.

On remarquera d'abord que l'ensemble des pistons p,p', présente fort peu de masse, et peut être actionné par choc sans inconvénient; ces pistons forment en outre, tant par leur poids que par les pressions auxquelles ils sont soumis, un système qui reste en équilibre indifférent; quant à l'ensemble des pistons P, P', P", il est disposé de telle manière qu'il s'élève par l'effet des pressions lorsque l'espace M communique avec le canal e, tandis qu'il descend lorsque cet espace est en relation avec ta colonne A, par l'intermédiaire du petit canal a.

Dans la position de la figure, le piston moteur H est arrivé au bas àe sa course, le butoir supérieur 6, a déjà entraîné le levier OD, et, avec lui, les pistons p p' ; le piston distributeur P se meut donc vers le bas, et, après avoir fermé la lumière du côté de l'échappement, il est sur le point de l'ouvrir à l'admission, pour fournir la course motrice qui va

Les bords du piston P sont creusés de cannelures obliques, qui ont pour effet d'étrangler ou d'ouvrir progressivement la lumière L; on évite ainsi ]fi. mise en mouvement ou l'arrêt brusques de l'eau motrice, dont l'inertie est considérable.

Malgré cet artifice ingénieux, la vitesse de la machine doit rester très faible ; on la règle au moyen des registres R, R.

Voici quelques données relatives à la marche de ce moteur :

Diamètre du piston l'OSO

Course 2 ,800

Diamètn des toytfax 880

H&nteor mojenne de la colonne A 74 ,000

îfombre de coaps simples par minute $ Va

Vitesse mojenne du piston, arrêta déduits > 0°<20

> ) de l'ean dans les colonnes. . . 1 ,16 Travail correspondant à la paisaance absolue de la

chute . 140 chev.

Travail disponible sur la tige SO —

Rûblmann (') donne un tableau fort complet, relatif à un grand nombre