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Mais l'eau continue à dissoudre la môme fraction de son volume ; par conséquent, le volume qui se dégage par kilogramme d'eau injectée est .
Le volume à extraire par la pompe à air se compose des volumes de la vapeur condensée, de Teau d'injection et de l'air qui se dégage ; on peut rapporter ces différents volumes au kilogramme de vapeur admis au cylindre : soit I le poids d'eau d'injeclion par kilogramme de vapeur admis au cylindre ; le volume à extraire par la pompe à air sera, en mètres cubes:
Si Ton donne p\ on pourra déterminer V, et réciproquement ; le volume extrait parla pompe à air détermine la tension/)', la tempéraure du condenseur fixe la tension/), de la vapeur ; la contre-pression dans le cylindre est réglée par la somme de ces éléments, auquel il faut encore ajouter les pertes de charge dues à l'écoulement.
La valeur du coefficient de dissolution - est donnée par l'expérience ;
Bunsen a trouvé, en opérant à 15^, qu'un litre d'eau dissout 0,018 litre d'air, ce qui donne en chiffre rond :
Si on donne le volume engendré par le piston de la pompe à air, on peut déduire la pression de Pair p' de l'équation ci-dessus. On trouve, en faisant le calcul pour les proportions de pompes à air généralement admises, que la pression propre de l'air serait ainsi très réduite, et bien inférieure à ce qu'on constate par rexpé,rience.
Cette vérification est d'ailleurs facile à faire, car la pression de l'air dans un condenseur est la différence entre la pression totale mesurée à l'indicateur de vide monté sur le condenseur, et la pression de la vapeur saturée à la température qui règne dans la chambre de mélange.
On doit conclure de cet écart que l'air pénètre dans le condenseur par d'autres sources que l'eau d'injection, à savoir, la vapeur ellemême, d'après l'origine de l'eau d'alimentation (*), et les rentrées d'air par les bourrages ou certains joints de la canalisation d'échappement.
Il est évident que les rentrées d'air, qui dépendent des soins apportés à la construction et à Tentretien, n'obéissent pas à une loi déterminée, et qu'on ne peut les introduire dans le calcul qu'en faisant des hypothèses qu'on jugera convenir pour des conditions moyennes. Comme elles dépendent du périmètre des joints et des bourrages^ on peut admettre par exemple, qu'elles sont proportionnelles au volume du cylindre. Pour des machines fonctionnant dans les mêmes conditions de température et de détente, ce volume est d'abord proportionnel au poids de vapeur à condenser, et il en résulte finalement que le volume de la pompe à air est proportionnel à celui du cylindre quand on suppose,
comme dans la plupart des moteurs, que la pompe est actionnée par la
machine.
Il y a lieu de remarquer, cependant, que les rentrées d'air ne dépendent ainsi que du volume du cylindre et non de la vitesse du piston;
(1) L'alimentation par injec leurs à veine libre introduit beaucoup d'air dans les chaudières.
la proportionnalité de la pompe au cylindre n'est donc justifiée que si on compare des machines ayant la même vitesse de piston. Lorsque le nombre de tours d'une machine augmente, on devrait, pour cette raison, avoir un meilleur vide, mais d'autres éléments entrent en ligne de compte ; ainsi, le rendement volumétrique de la pompe diminue ; il faudrait supposer, d'autre part, que le volume de Teau d'injection augmente comme le nombre de tours.
Le rapport généralement adopté dans les moteurs fixes est - à -
du cylindre pour les pompes à simple effet, et la moitié de cette fraction pour celles à double effet ; l'économie de vapeur se traduisant toujours par une perte de chaleur moins grande au condenseur, les machines demandent une pompe à air de dimensions d'autant plus petites qu'elles sont plus parfaites, mais il faut compter largement, pour les cas de surcharge et les circonstances où l'entretien serait en défaut.
126. — Discussion des circonstances qui influencent le vide. — Considérons un moteur fonctionnant dans des conditions déterminées de charge, et supposons qu'on augmente progressivement, au moyen du robinet d*injection, la quantité d'eau froide introduite dans le condenseur. On produira ainsi des vides différents, qui influenceront la consommation de vapeur, mais dans une mesure assez faible pour qu'on puisse la considérer comme constante pour discuter le fon-ctionnement du condenseur.
Les rentrées d'air accidentelles ne dépendent pas de la pression absolue qui régne dans le condenseur, pourvu que celle-ci soit inférieure à une demi-almosphère environ (3° fascicule, n" 70) ; la quantité d'air amenée par la vapeur est négligeable dans les circonstances ordinaires, tandis que celle qui se dégage de l'eau froide est proportionnelle au volume injecté.
Au total, le poids de l'air à aspirer n'augmente que dans une faible mesure, mais le volume disponible dans la pompe diminue au fur et à mesure que l'eau y prend plus de place ; par contre, la température du condenseur s'abaisse, et par conséquent aussi celle de l'air extrait, mais l'influence de ce facteur est réduite, de sorte que la près-
sion propre de Pair p augmente, tandis que celle p^ de la vapeur s'abaisse.
La somme des pressions />' et/), qui représente la pression dans le condenseur s'abaisse, mais elle finirait cependant par augmenter, parce que la loi de décroissance de p^ est de plus en plus lente, tandis qu^e p' s'élève constamment.
Il y a donc une température qui donnerait dans le condenseur une pression minimum ; ordinairement, ce régime n^est pas atteint parce qu^il demanderait un volume d^eau trop grand, et que le travail absorbé pour commander la pompe à air augmenterait d'une manière désavan* tageuse.
Ce travail comprend le travail d^extraction de Peau, à peu près pro^ portionnel à son volume, et le travail d^extraction de Pair saturé de vapeur, qui varie d'une manière plus compliquée (*).
Il résulte de ces conditions que Touverture du robinet dHnjection peut diminuer dans une forte mesure sans que la pression au condenseur s'élève notablement, tant que la température du trop-plein ne s'élève pas au-dessus de 30 degrés.
Lorsque l'eau dont on dispose est à une température plus ou moins élevée, il est évident qu'on doit augmenter le volume injecté, et accepter à la sortie une température plus élevée avec un vide moins bon.
L'expérience justifie ces prévisions (*) ; nous allons donner un extrait des résultats trouvés dans des essais à charge constante avec volume variable de l'eau d'injection sur le moteur du laboratoire de Gand (').
(1) On peut admettre, avec une certaine approximation, que la compression de l'air se fait suivant la loi iso thermique, à cause de la grande quantité d'eau en présence. Toutefois Tair étant saturé de vapeur à la température constante de reau^ et par conséquent à pression constante, il faut ajouter, à toutes les ordonnées du diagramme de compression de l'air, l'ordonnée constante p^, qui mesure la pression de la vapeur. Cette opération revient à relever tout le diagramme d'autant, mais comme il ne dépasse pas la pression atmosphérique, sa surface est un peu diminuée par le haut.
Quand on augmente le volume d'eau injectéa, la pression p' varie légèrement en fonction du volume d'aspiration et de la température, de manière à ce que le même poids soit extrait et /), diminue. Au total, le travail de la pompe à air augmente surtout par l'accroissement du volume d'eau à extraire.
(2) Voir, par exemple, celles de Kiesseihanh fZ?itschnft des V. D. /.,1893, p. 255), dont un extrait a été donné dans la première édition du présent ouvrage.
(3) Expériences faites en 1908.
L'eau est aspirée dans le condenseur à mélange, qui est un récipient cylindrique à axe vertical. La pompe à air verticale est représentée dans la figure 350 ; les expériences ont été faites à la puissance très sensiblement uniforme de 34 chevaux, le moteur fonctionnant en compound, à Tallure de 93,4 révolutions par minute. Le volume développé par la grande face du piston est le volume total théorique aspiré par tour, sous réserve de l'effet produit par l'air retenu dans la pompe et du retard à la fermeture des clapets. D'après ses dispositions, cette pompe fonctionne comme un compresseur corapound ; nous reviendrons plus loin sur cette particularité.
La contre-pression au cylindre est mesurée sur les courbes d'indicateur, la pression au condenseur est fournie par un indicateur de vide à mercure dont la colonne est retranchée de la hauteur barométrique. Le volume d'eau a été^ jaugé à la sortie du trop-plein dans un bassin calibré, on en a retranché l'eau provenant de la vapeur motrice condensée. Chaque expérience a duré assez longtemps pour établir le régime, et des diagrammes ont été relevés simultanément sur les deux faces du piston de la pompe.
Dimensions des cylindres moteurs :
Diamètre du petit cylindre 250 mm.
du grand » 400 »
des tiges et contre-tiges 40 »
Course des deux pistons 500 »
Dimensions de la pompe :
Diamètre du piston 300 »
>» du fourreau 200 »
Course 180 »
Section de la face inférieure 7 . 07 dm^
» » supérieure 3.93 »»
Volume engendré par la face inférieure 12. 723 dm'
» » supérieure 7 . 069 »»
Section libre des sièges des clapets de pied 1.58 dm*
» du piston 1 . 97 »
» dee sièges des clapets de tête 1 .52 »
Rapport du volume aspiré au volume du grand cylindre 0. 205
Données de fonctionnement :
Puissance indiquée 34 chevaux
Tours de Tarbre par minute 93,4
Pression barométrique 1 ,039 kg. p. cm*
Poids de fluide (vapeur humide) s'échappant par
tour au condenseur 0,03316 kg.
Expériences
Volume d*eau injecté par minute dm'
Rapport au poids de vapeur
Température de l*eau à Feutrée
» » au trop-plein
Pression absolue dans le condenseur
Contre-pression au cylindre
Pression de la vapeur saturée à la température du trop-plein .-
Pression propre de Tair (p. différence)
Volume d'air extrait par tour à la pression atmosphérique dm»
Volume d'eau extrait par tour^ comprenant l'injection et la vapeur condensée dm'
Volume d'air par tour dégagé par Teau d'injection et la vapeur, calculé au moyen du coefficient de 0.02, ramené à la pression atmosphérique et à la température du trop-plein dm'
Volume des rentrées d'air par tour, calculé par différence dm''
Volume des rentrées d'air ramené à zéro dm*''
Puissance absorbée par la pompe à air^ tirée des diagrammes ch»
Puissance absorbée pour l'extraction de l'eau. . ch*
Puissance absorbée pour l'extraction de l'air^ par différence ch"
Puissance absorbée par la pompe à air en % de la puissance indiquée
Le volume des rentrées d'air, déterminé sur les courbes d'indicateur de la pompe à air (face supérieure) ne peut être qu'approximatif; on voit
