CONDENSEURS J

qu'il varie peu d'une expérience à l'autre ; il est en moyenne de 1,021 dm' par tour, ce qui correspond à 0,656 dm' par seconde (').

Les fuites peuvent se produire surtout au robinet d'injection, qu'on

munit généralement d'un bourrage, et aux garnitures de la tige du

piston ainsi que des axes ou tiges des obturateurs d'échappement. Dans

les machines compound peu chargées, la pression au réservoir

(1) On peut calculer que ce volume est celui gent débouchant directement dans le condons tion, soit 2.i mm. de diamètre à la petite base.

s'abaisse en dessous de la pression atmosphérique, les fuites peuvent s^étcndre alors à d^autres joints et même aux bourrages du petit cylin* dre. Il faut aussi veiller dans ce cas aux purgeurs automatiques, qui au lieu de débiter Peau de condensation, laissent rentrer de Pair.

Diaprés les chiffres d'expérience donnés plus haut, on voit que la pression propre de Pair varie peu avec le volume injecté ; l'amélioration du vide est due à Pabaissement de la pression de la vapeur. On arrive exceptionnellement, avec des bourrages particulièrement étanches/ et des conduits d'échappement favorablement disposés, à faire descendre la contre-pression au cylindre jusqu'à 0,125 kg.

Le défaut spécial au condenseur est que Pair est extrait en même temps que Peau échauffée et par conséquent à la même température ; on comprend mieux cette cause d'infériorité en étudiant les condenseurs à contre-courant (129).

127. — Disposition du condenseur à injection et de la pompe à air. — Dans le cas où la pompe à air est verticale (Voir fig. 13, 353, et la pi. II), le condenseur à injection est simplement un récipient en fonte ou en tôle et fonte, dans lequel la vapeur d'échappement et Peau sont introduites de manière à bien se mélanger ; ce récipient est monté sur un soubassement qui sert d'assise à la pompe à air.

L'eau est généralement introduite au sommet, son débit est réglé par une valve i qui la divise (fig. 353) et la fait tomber sous forme de pluie ; le condenseur doit être établi aussi près que possible du cylindre, sinon la perte de charge peut être fort grande.

Les pompes verticales peuvent être à simple effet ; on ne devra pas perdre de vue que le mélange à extraire par la pompe à air comprend en volume une forte proportion d'air, cet air se trouvant à une tension très faible et saturé de vapeur à la température du condenseur ; la pompe à air fonctionne donc comme un compresseur à injection d'eau, elle commence par aspirer Peau puis Pair saturé de vapeur ; Pair se comprime pendant la course de compression, et sa tension augmente ; nous pouvons faire abstraction de la vapeur pendant la compression, car son poids étant négligeable en comparaison de celui de l'eau, sa compression est isothermique et sa tension n'augmente pas, nous pour-

rons doQC nous borner à considérer la compression isothermique de Tair en y ajoutant la faible tension de la vapeur ; les clapets de refoulement s'ouvrent lorsque la pression de l'air comprimé ajoutée à celle de la vapeur atteint la pression atmosphérique. C'est Teau extraite qui remplit les espaces nuisibles de la pompe, et rend le fonctionnement possible.

Les pompes à air verticales sont disposées comme l'indique la fig. 351, c'est-à-dire qu'elles sont généralement munies de trois séries de clapets c^ c, c, ; si l'on néglige les pertes de charge au passage des clapets, le piston est en équilibre de pression sur ses deux faces pendant la course descendante, tandis que pour la course ascendante, la pression sur la face inférieure est celle du condenseur {pi-\-p') ; sur la face supérieure règne une pression croissante jusqu'au moment où s'ouvrent les clapets C3. Comme il reste en général de l'air en émulsion dans l'eau qui recouvre le piston au moment où il commence à descendre, cet air se détend et retarde l'ouverture des clapets du piston.

Ce genre de pompe donne lieu à un diagramme presque nul sur la face inférieure, et sur la face supérieure à des diagrammes semblables à ceux de la ligure 352, qui ont été relevés avec des ouvertures différentes du robinet d'injection.

Le fonctionnement de la pompe est à peine modifié par la suppression des clapets Cj, il donne lieu à un diagramme nul sur la face inférieure, et à un diagramme analogue au précédent sur la face supérieure ; on supprime assez souvent les clapets Cj, qui sont d'ailleurs difficiles à visiter.

On pourrait aussi, en conservant les clapets c^ et c,, supprimer les clapets de tête, on aurait alors pour la face supérieure un diagramme nul, et pour la face inférieure le même diagramme que précédemment, mais renversé; le travail théorique absorbé serait le même, mais la fatigue des organes serait plus grande à cause de la pression atmosphé-

Fig. 351.

rique ; de plus, on conserverait sur le piston «ne masse d'eau inutile en mouvement. Cette disposition n'est pas employée.

Cor, e.

Fig. 352.

Pour éviter le battement brusque des clapets de tête, dans la disposition de la fig. 351, on place quelquefois un reniflard r sur le corps de pompe ; il est facile de voir qu'en le plaçant en dessous du piston on nuirait au vide ; dans les dispositions à deux clapets, le reniflard nuit toujours au vide, car il équivaut à une rentrée d'air. L'inertie des clapets du piston facilite leur soulèvement lors de la descente du piston, et accélère leur chute lors de la levée, elle est donc favorable au fonctionnement.

On peut être amené à faire usage d'une pompe à fourreau (fig. 350 et 353), lorque la hauteur fait défaut ; la capacité de la pompe, réglée par le volume aspiré par tour, est la même que pour le type précédent à diamètre égal de piston, mais le fourreau modifie la répartition du travail entre les deux courses ; l'air commence à se comprimer pendant la course descendante, le fourreau fonctionnant alors comme un plongeur, et cette compression s'achève pendant la course ascendante. Cependant, la répartition du travail entre les deux courses n'en est pas plus égale, c'est le contraire qui a lieu, parce que la pression atmosphérique agit toujours de haut en bas sur le plongeur.

Les diagrammes (fig. 354), ont été relevés sur la pompe à air du condenseur à injection du laboratoire de Gand (fig. 350) avec des volu-

mes d'eau croissants ; les cliiffres indiquent les numéros des expériences relatées à la page 385 ; on voit que ces diagrammes sont analogues à ceux des compresseurs d'air compound(8*' fasc), c'est-à-dire que la compression est commencée par la gran le face dans sa course descen-

dante, et est continuée par la face annulaire dans sacourse montante. Par l'augmentation du \olume d'eau, le rapport des volumes disponibles sur les deux faces se modifie, et avec lui la répartition du travail de compression.

La section des clapets doit être largement proportionnée, afin que leur levée ne soit pas trop grande, qu'il n'y ait pas de retard à leur fermeture, et que les pertes de charge soient réduites ; on augmente ainsi le rendement volumétrique de la pompe.

On détermine cette section en limitant la vitesse moyenne de Peau

et de Tair au passage des clapets à 2 à 3 mètres par seconde ; cette vitesse est très modérée pour Pair, tandis qu'elle peut paraître grande

Fig. 354.

pour Teau, si on la compare à celle qu'on adopte dans les pompes ordinaires, mais il faut remarquer que le passage de l'eau à travers les clapets ne se fait que vers l'extrémité de la course (').

Les garnitures métalliques des pistons s'usent vite, on les remplace quelquefois par des segments en bois, mais on supprime le plus souvent toute garniture, en se bornant à tourner la couronne de manière à ce qu'elle s'ajuste avec très peu de jeu dans le corps de la pompe ; on creuse dans la couronne quelques rainures profondes qui forment joint en labyrinthe.

Une très bonne disposition, assez souvent employée, consiste à partager la pompe en deux corps, la commande par balancier équilibre les pistons, et le travail est le même dans les deux courses,

(1) Pour la pompe (figure 350), et dans les expériences dont il a été question, la vitesse moyenne est de 2 mètres au clapet du piston, et de 2°^50 environ dans les sièges des clapets de pied et de tête. Avec l'injection forcée (expérience 4), la couche d'eau traversée par le piston a environ 48 mm. d'épaisseur.

L^un des avantages de la pompe verticale est qu'on peut réduire sa course, attendu que la commande est indirecte, on augmente son diamètre en conséquence ; on trouve ainsi une section suffisante pour les clapets, en même temps qu*on réduit la vitesse de piston. Malgré ces précautions il est difficile de dépasser la vitesse de 150 tours par minute, cette vitesse n'a été dépassée que dans quelques cas isolés, et on est obligé alors d'employer une commande de pompe à air par moteur séparé ou par transmission. Cette complication est assez grande pour qu*on renonce à la condensation dans les petits moteurs rapides, à moins d'avoir recours au condenseur-éjecteur (131).

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Fi g. 355'

Les clapets doivent être disposés de manière à rester couverts d'une couche d'eau, ce qui évite les fuites, cette disposition s'indique surtout pour les clapets de tête ; le rebord c (fig. 351) n'a pas d'autre objet.

Pour les machines horizontales, il y a tout avantage, lorsque la hau teur d'aspiration et la vitesse de piston le permettent, de disposer la

pompe à air au ni-veau delà machine, sur le même axe que le cylindre, sa tige étant alors manchonnée sur la tige de piston du moteur. Le condenseur et la pompe à air forment une seule pièce de fonte, la pompe est généralement à double eiîet, mais elle peut être à simple effet.

La figure 355 représente un condenseur avec pompe horizontale à piston plongeur à simple effet pour petite course ; la figure 356 donne diverses vues dMn type de condenseur avec pompe à double effet

Dans ces figures, V est Tarrivéede la vapeur, i Pinjection, C la chambre de mélange, T le trop plein ; la commande se fait par une tige clavetée dans le prolongement de la tige du piston moteur.

Les pompes à air horizontales à simple effet sont employées pour les petites courses, à cause de leur simplicité ; la garniture du piston plongeur se prête facilement à la visite, mais elle peut donner lieu à une rentrée d'air lorsqu'elle n'est pas parfaitement étanche, ce qui arrive forcément à la longue, car le poids du plongeur n'étant pas parfaitement équilibré par la poussée de Peau, les garnitures en bronze des presse-étoupes prennent de Povale. La pompe à double effet ne donne pas lieu à cet inconvénient, surtout si les chambres des extrémités sont assez volumineuses pour que le pistofi ne se découvre pas lorsqu'il est au milieu de sa course, car si le piston est noyé pour cette position, il l'est pour toutes les autres, et Teau empêche le passage de l'air d'une face à l'autre du piston.

On emploie aussi, pour des raisons de niveau, de vitesse ou d'emplacement, la pompe à air horizontale à double effet, à course réduite, placée à un niveau inférieur, et commandée par des renvois prenant le mouvement sur la crosse ou sur le bouton de manivelle (voir fig. 72).

Cette disposition est représentée plus en détail dans la figure 357 ; la pompe à air est établie dans une caisse à deux compartiments, dont Tun reçoit les tuyaux d'échappement de vapeur et d'injection et forme le condenseur proprement dit, tandis que l'autre est la bâche de décharge d'où l'eau s'écoule par trop plein. Le prolongement de la tige de piston sert parfois de plongeur à la pompe alimentaire, celle-ci étant alors venue de fonte avec le couvercle d'arrière de la pompe ; le support forme une auge qui permet de noyer les bourrages et d'éviter les rentrées d'air.

MACHIÏfXS A VAPEUR 26

Pour les grosses maehines, il serait difficile de donner un volume

te

iZ

convenable au compartiment où se fait la condensation sans exagérer les dimensions de la pièce ; Tinjection se fait alors dans le tuyau d'é-

chappement élargi, auquel on donne une légère pente. Dans la dispo-

Fig. 357.

sition double tandem^ ou dans le type à double expansion de la figure 86, on dédouble le condenseur et la pompe à air. Il est à remarquer que les clapets d^aspiration delà pompe à air sont

renversés ; il s^y forme une petite charge d'eau qui facilite leur ouverture et qui se trouve aspirée d'abord, Pair étant aspiré ensuite ne doit pas traverser une colonne d'eau comme dans les pompes verticales. En cas de dérangement d'un clapet, la pompe continue à fonctionner par Pun de ses côtés avec un vide moins bon.

Il arrive parfois que les pompes à air horizontales ne fonctionnent que d'un côté, les clapets restant fermés sur la face opposée; cette anomalie indique que la pompe est trop grande, lun des côtés n'ayant pas d'eau à aspirer ne peut remplir son espace nuisible et se trouve dans le cas d'un compresseur sec (*).

Dans les pompes à air des figures 355 et 356, ainsi que dans les pompes verticales déjà décrites, le coup de piston extrait d'abord la réserve d'eau, et l'extraction de l'air ne commence que lorsque le clapet de fond est découvert du côté du condenseur : l'eau et l'air passent donc successivement par le même clapet pour remplir le vide créé par le piston ; il en résulte que l'air doit traverser une couche d'eau d'une certaine épaisseur logée sur les clapets d'aspiration, et que la pression du condenseur est supérieure à celle qui règne sous le piston. La résistance des clapets d'aspiration agit dans le même sens pour rendre le vide du condenseur moins bon que celui de la face aspirante de la pompe. On peut éviter cet inconvénient en établissant dans les pompes horizontales une aspiration d'air séparée au moyen d'une soupape qui s'ouvre au sommet de la chambre comprise entre les deux clapets (*).

Une solution plus radicale de cette difficulté est obtenue au moyen des pompes sans clapets d'aspiration, dont il va être question ci-après.

127 bis, — Pompes Edwards, Brown-Kahn^ etc. — La pompe Edwards, aujourd'hui assez répandue, a été créée pour les machines rparines vers 1896 (') . Elle est représentée par la figure 358. La pompe est à piston plein, et se trouve placée dans une chambre cylindrique qui

(1) BiEiTAYMÉ, Machines marines, p. 296. II suffit alors du plus petit changement pour que la pompe se mette à aspirer du côté auparavant inactif^ le premier cessant à son tour de fonctionner.

(2) Telle est la disposition du condenseur Horn , un principe analogue, appliqué d'une manière simple et élégante se retrouve dans la pompe des ateliers d*Oerlikon et dans plusieurs autres (Haeder et Zeitschrift des V, D. I,, 1890).

(3) Eng^. 1896-2-221; 1897-2-767; 1905-2-180.

communique d'une manière permanente avec le fond du condenseur par la tubulure A ; le fourreau dans lequel se meut le piston est percé sur tout son pourtour d'ouvertures rectangulaires o qui sont dépassées par le piston lorsque celui-ci arrive au bas de sa course ; à ce moment l'eau qui a pu se déverser librement dans le fond F de la chambre est expulsée vers l'intérieur de la pompe ; ce résultat est obtenu par la forme conique donnée au piston et au fond de la chambre^ ainsi que par le tracé particulier de la gorge qui ramène la nappe d'eau projetée dans la direction des flèches en trait plein . L'air entre par les ouvertures o aussitôt que le piston les dépasse dans sa course descendante, et grâce au vide produit dans la pompe. La compression commence lorsque le piston en montant ferme les orifices d'entrée, la tubulure de trop plein se trouve en S.

Il est probable que la nappe d'eau qui pénètre avec vitesse dans les orifices produit sur l'air une action d'entrainement qui contribue à diminuer la résistance déjà très réduite qu'éprouve l'air à passer du condenseur dans la pompe.

Fig. 358.

La pompe Edwards s'applique indifféremment aux condenseurs à mélange ou à surface (*). La visite des clapets peut se faire, même pen-

(1) On la trouve aussi, comme appareil indépendant, dans les condensations centrales ou les turbines ; elle comprend alors trois corps commandés par manivelles à 120 degrés et jusqu'à 300 tours par minute pour 200 mm. de diamètre et 250 mm. de course.

POMPS A AIR

dant la marche, par la porte P ; le pistOQ s^approche très près da fond de la chambre F, il faut éviter que des dépôts puissent se loger dans cet espace ; le couvercle amovible du fond et un trou de nettoyage latéral permettent de maintenir le jeu indispensable.

La figure 359 représente la pompe Brown-Kuhn (M, assez analogue en principe à celle qui vient d^être décrite. Le piston P est creux, et

Kig. 359.

Teau s'y déverse lorsqu'il arrive vers le bas de sa course et qu'il dépasse les orifices o ; l'air entre en même temps dans la capacité annu-

(1) Construction de G. Kuhn, à Stuttgard.

laire qui se trouve sous les clapets de refoulement. La compression de Pair et Pexpulsion de Peau se produisent par le déplacement ascendant du piston lorsqu'il a dépassé les orifices o par son bord supérieur ; dans cette phase, la partie centrale fixe P' agit comme un plongeur, et fait que le niveau de Teau emmagasinée dans le piston creux s^élëve plus vite que le piston, et peut gagner les clapets (').

128. — Précautions diverses. — Il est dangereux d^établir le cylindre à un niveau trop rapproché de la nappe d'eau dont on dispose pour Pinjection, parce que, si on oublie de fermer la valve dMnjection à Parrét, ou si elle fuit, non seulement le condenseur se remplit, mais Peau peut monter par les communications jusque dans le cylindre, et occasionner une rupture lors de la mise en train ; lorsqu'il n^y a pas d'autre solution, il faut veiller avec le plus grand soin à ce que l'on ferme Pinjection lors des arrêts, et ouvrir les robinets purgeurs du cylindre immédiatement pour faire tomber le vide et arrêter Pappel d*eau que les fuites pourraient amener dans le condenseur. Dans les moteurs importants, on établit parfois un tuyau de rentrée d^air qui débouche sur le condenseur ou sur la tuyauterie d^échappement, afin de faire tomber rapidement le vide lors de Parrét ; la prise d'air se fait à Pextérieur du local pour éviter le bruit.

Les robinets purgeurs des cylindres sont munis de canalisations légères qui amènent la vapeur hors du local des machines, mais ces tuyaux ne peuvent jamais plonger sous Peau, qui pourrait remonter dans le cylindre pendant Parrét lorsque les purgeurs sont ouverts ; des ruptures de bâtis ont été amenées par cette cause.

Lors d'un ralentissement très prononcé du moteur, intentionnel ou non, il faut modérer Pentrée de Peau dans le condenseur, car le débit de la pompe à air diminuant en raison de sa vitesse, tandis que Pentrée de Peau dans le condenseur ne diminue que lorsque le vide tombe, le condenseur pourrait également s'engorger par cette circonstance.

(1) Le calcul des diamètres relatifs des organes P et P' demande une certaine attention (H. Dubbel, ouv. cité).

D'autres pompes appartenant à la même classe sont décrites dans l'ouvrage cidessus et Zeitschrift des V, D, I., 1904-1-369 ; 1904-2-1536 (pompe Josse à grande vitesse).

Plusieurs constructeurs appliquent à leurs condenseurs une soupape (le rentrée d'air ou casse-vide, qui s'ouvre par l'action d'un flotteur lorsque l'eau s'élève dans le condenseur au delà d'un certain niveau.

Théoriquement, Teau peut être aspirée dans le condenseur à une hauteur correspondante au]vide (cette hauteur étant comptée depuis le niveau de la nappe d'eau froide jusqu'au point où l'eau débouche dans la vapeur), mais il faut compter sur les pertes de charge ; il ne convient donc pas d'exagérer la hauteur d'aspiration, qui, en y ajoutant la perte de charge, ne devra pas dépasser 6 à 7 mètres, sinon, en cas de mauvais vide, le condenseur pourrait se désamorcer. Lorsque le niveau

ne permet pas l'aspiration directe, on emploie une pompe dite à eau froide, qui élève l'eau dans une bâche d'aspiration. Le débit de cette pompe à eau froide doit être un peu plus grand que la consommation la plus grande du condenseur, le surplus s'écoule par trop plein.

Lorsqu'on est exposé à manquer d'eau de condensation, on dispose sur l'échappement une valve à double voie (pi. II) qui permet éventuellement la décharge à l'air libre. La figure 360 donne le détail de cette valve : M est l'entrée de la vapeur venant de la machine, C est la tubulure du condenseur, E celle du tuyau d'échappement à air libre ; la soupape s peut, à volonté, occuper la position représentée, ou bien s'asseoir sur le siège s'.

Dans les grandes tuyauteries, la soupape s est remplacée par un jeu de deux vannes qu'on doit fL. 360. s'attacher à rendre bien étanches.

129. — Condenseur barométrique ordinaire et à circulation méthodique, — On fait usage depuis longtemps, dans les sucreries, d'un condenseur à mélange consistant en] une chambre qui reçoit la vapeur et l'eau réfrigérante. Cette chambre est placée assez haut pour que l'eau de décharge s'écoule par gravité malgré le vide ; cette condi-

tion est remplie en donnant au tuyau d*écoulement une hauteur de 10 mètres, et en le faisant plonger sous le niveau de la nappe de déversement de façon à prévenir son désamorçage. Il est évident que Veau d'injection doit être introduite dans la chambre de mélange au moyen d'une pompe dont la hauteur effective d'élévation correspond à la dénivellation donnée à Teau, diminuée de la colonne mesurant le vide dans le condenseur. Il n^en résulte pas nécessairement une dépense de travail supplémentaire, attendu qu'on fait Péconomie du travail d'extraction de Teau échauffée.

Pour maintenir un pareil condenseur en fonctionnement, il faut en extraire Tair introduit par Peau d'injection et les fuites, cette extraction se fait au moyen d'une pompe dite à air sec (*).

La figure 361 donne sous la forme schématique la disposition perfec*tionnée due à Weiss ; la vapeur débouche en V, à la base de la chambre de mélange, tandis que Peau froide pénètre en E, et s'écoule en cascade vers le bas ; cette eau, échauffée et mélangée avec la vapeur condensée, s'écoule par la colonne barométrique B, tandis que Pair seul est extrait par le tuyau a au sommet de la chambre.

La pression qui s'établit dans le condenseur dépend de la quantité d'eau froide et de sa température, ainsi que de la capacité de la pompe à air ; elle est uniforme dans tous les points de la chambre, dont toutes les parties communiquent largement, et est égale à la somme des pressions dues à Pair et à la vapeur qui le sature à la température qui règne en chaque point (loi de Dalton). Mais cette température est croissante depuis la base jusqu'au sommet de la chambre, attendu que Pair aspiré circule en sens inverse de l'eau, et traverse des nappes de plus en plus froides. Ainsi, tandis que cette température est f^ au point de mélange, elle s'abaisse jusqu'à être peu supéri»^ure à celle 0 de l'eau froide au point d'extraction de Pair.

Les pressions propres de la vapeur et de Pair varient donc en sens in-

(1) Des perfectionnements importants ont été apportés à ces condenseurs par F, J. Weiss (voir son Traité de la Condensation, traduit par E. Hannebicque); nous n'en exposerons ici que les principes généraux.

Voir aussi les condenseurs Alberger et Westinghouse, Revue de Mécanique, 1903- 1-383, 1904-1-99, 1905-1-481, et Zeitschrift des V. D, /., 1905-1 -349, le condenseur Alberger applioué aux grandes machines Corliss-AUiss des chemins de fer souterrains de New- York.

C0ND8NSEUR BAROMÉTBIQUE

verse auiur et à mesure que le mélangegazeuxs^élèTe.etplus ou moins comme Pindique le diagramme M N, tracé à droite de la figure. Dans ce diagramme, N N' représente la pression de la vapeur saturée' d'après la table de Regnault, pour une température égale ou peu supérieure à H ; te complément N,N est la pression propre de Pair refroidi à la même température ; ce sont respectivement cette pression et cette température qui déterminent le poids spéciTique de l'air extrait en a par la pompe.

Le diagramme suppose qu'à la base de la chambre l'aif est suffisamment raréllè pour que sa pression soit négligeable, ce qui est un cas limite ; toute la pression est due en ce cas à la vapeur saturée à la température /,.

Les avantages qui résultent de cette répartition des pressions individuelles de l'air et de la vapeur sont les suivants. Le volume de la pompe à air est réduit, à cause de la densité plus grande de Pair extrait ;

cette augmentation de densité provient surtout de ce qu'il renferme la vapeur à une pression moindre ; elle provient aussi, dans une mesure beaucoup plus faible, de ce quUl est à plus basse température.

Le travail dépensé par la pompe à air pour une pression donnée d^aspiration/)'4~/>i étant très sensiblement proportionnel au volume de son cylindre, on constate que ce travail peut être ainsi réduit de moitié dans des circonstances de température et de pression qui se présentent souvent en pratique.

La circulation méthodique procure aussi une économie d'eau, avec les avantages qui en dérivent pour le travail d^élévation de Peau, le refroidissement de celle-ci, etc.; en effet, Teau peut s^échauffer jusqu^à la température t^ correspondant au vide obtenu, la pression de Pair étant pratiquement négligeable au point où se fait la condensation.

La capacité de la pompe a air s'obtient en remarquant que le volume d'air rentrant à la température ambiante par les joints et la dissolution dans Peau froide doit être extrait à une température voisine de 4, soit 9-|~a, et à la pression/)', calculée au sommet du condenseur, celle-ci est la pression totale, diminuée de la valeur que prend la pression de la vapeur au même point, c^est-à-dire dans la région froide.

Si on suppose quMl entre dans le condenseur L mètres cubes d^air par minute en y comprenant le volume en dissolution, le volume à extraire dans le même temps est

en négligeant réchauffement depuis ô jusqu^à 6 -j- a. Weiss déduit de l'expérience qu^il faut faire :

Remarques sur les rentrées d^air. — On appelle condensations centrales les appareils de condensation communs à plusieurs machines qui peuvent être à marche intermittente ; les canalisations sont alors ordinairement longues et compliquées, et il est nécessaire de prévoir

d'une manière approchée quelles seront les rentrées d'air. Weiss préconise la formule :

dans laquelle W est le poids, en kilogrammes, d'eau injectée par minute, X = 0,02 le coefficient provenant de Tair dissous, nie rapport entre le poids d'eau injecté et le poids de vapeur à condenser, t* un terme dépendant des fuites et dont la valeur est

ji = 1.80 4- 0.01 Z

OU bien

ji = 1.80 + 0.006 Z

suivant qu'il s'agit d'installations ordinaires ou de montages plus parfaits ; Z est la longueur totale, en mètres, des canalisations reliant les machines au condenseur.

Pour les condenseurs à surface, on ferait X = o. II est à remarquer que si le volume de la pompe est calculé comme il est dit plus haut, on ne saurait améliorer le vide en accélérant son allure, car la température t^ n'étant pas modifiée, la pression p^ ne saurait l'être non plus ; la pompe à air aspire alors la vapeur vers le haut du condenseur, et il en résulte une perturbation dans le fonctionnement (*).

Lorsque le poids de vapeur à condenser diminue, et que le volume d'eau froide reste constant, la température t^ s'abaisse et le vide peut s'améliorer, mais le volume extrait par la pompe à air doit augmenter, comme on le voit par l'expression de ce volume donnée plus haut, où le second terme du dénominateur s'abaisse. On trouverait l'inverse si le poids à condenser augmentait ; le vide obtenu pour le même volume d'eau froide serait moins bon, et la pompe à air devrait aspirer un moindre volume. On arrive à satisfaire à ces conditions en rendant vail) Tel est, au moins, le fait signalé par Weiss. A tout prendre, Taspiration de l'air refroidi par le haut laisse subsister une objection, car Pair saturé de vapeur est d'autant plus lourd (air et vapeur ensemble) que la température est plus basse, la pression totale restant la même.

L'extraction de l'air parait plus rationnelle dans le condenseur coniraflo de Weighton, qui sera décrit au paragraphe suivant (135).

riable Tallure de la pompe ; le contrôle de la marche se fait par le relevé simultané de la température de l'eau de décharge et de la pression au bas de la chambre de mélange ; cette pression doit descendre à peu près jusqu'à celle de la vapeur saturée à la température ^„ il est évident qu'elle ne peut en aucun cas lui être inférieure.

La figure 362 représente, d'après l'auteur, l'ensemble d'un condenseur Weiss, on en suivra facilement le fonctionnement au moyen des explications qui précèdent et de la légende ci-après.

Légende de la figure 362.

B^ conduite générale d'arrivée de la vapeur.

D, canalisation d'eau froide refoulée par la pompe M ; cette eau s'étale en nappes

par une série de trois déversoirs circulaires superposés placés dans le haut du condenseur.

C, chambre du condenseur.

A, conduite de décharge de l'eau. Pour éviter que l'eau n'envahisse le tuyau de vapeur B dans le cas du vide le plus parfait^ la nappe de refroidissement inférieure doit se trouver à une hauteur de 10 à 11 mètres au-dessus du niveau d'écoulement de l'eau Qe décharge. Pour empêcher la colonne A de prendre des oscillations prononcées lorsque le vide varie brusquement par suite d'un changement de régime, un clapet de retenue est placé à l'orifice de sortie du tuyau A.

M^ pompe rotative à eau froide. Cette pompe ne peut être du système centrifuge, ce qui exigerait un changement de vitesse lorsque le vide venant à varier, la hauteur à vaincre serait elle-même variable; pour l'amorçage, par exemple, alors que le vide n'existe pas encore^ la vitesse devrait être beaucoup plus grande qu'en marche normale. Il peut arriver aussi que le puisard de cette pompe soit assez élevé pour que l'eau pénètre d'elle-même dans le condenseur; une pompe centrifuge ne permettrait pas alors de régler le débit. Pour la même raison, une pompe à piston ne conviendrait pas dans ce dernier cas, l'eau serait aspirée à travers les soupapes sans qu'on puisse en contrôler le volume,

E, tuyau d'extraction de l'air, aboutissant à la pompe à vide V par le trajet E J F.

Il peut arriver, lorsque le poids de vapeur à condenser augmente, que la pompe à vide, en vertu des remarques faites plus haut, ait une capacité trop grande; l'expérience montre que la pompe à vide aspire alors vers le haut de la chambre la vapeur et même l'eau du condenseur, le débit du tuyau A s'arrête, et l'eau envahirait la pompe si on ne prenait la précaution de lui fournir par J K, un chemin direct de descente.

Pour faire cesser cette perturbation, on a remarqué qu'il suffît de laisser rentrer un peu d'air dans le tuyau d'aspiration F de la pompe à vide. Ce résultat est obtenu automatiquement au moyen de la

soupape s, manœuvrée par le contre-poids hydraulique H, chaque^fois que Teau vient à sortir par le tuyau K et à se déverser dans le récipientjH, lequel est muni d'un ajutage de fond.

La pompe à vide V est un véritable compresseur d'air ; on peut, par exemple, employer le compresseur Weiss (8« fascicule).

130.- ^Réfrigérants (Peau de condensation, — Lorsqu'on manque d'eau pour la condensation, on peut la refroidir à sa sortie du condenseur. Le moyen le plus simple consiste à la recueillir dans un bassin peu profond, où elle se refroidit par contact avec Pair à température plus basse et par évaporation. Ces bassins doivent être très grands (30 à 40 m' pour 100 kilogrammes de vapeur à condenser par heure, d'après M. Mueller).

On a perfectionné- ce système en divisant Teau à refroidir au moyen de tuyères produisant sa dispersion (Koerting), dans lesquelles elle est refoulée sous pression. On peut ainsi réduire au quart la surface du bassin, mais Patmosphère saturée qui se forme au-dessus de ces tuyères dégage en se refroidissant des nuages de vapeur d'eau qui sont incommodes pour le voisin ige.

On emploie plus souvent un réfrigérant composé de lits de fascines (fig. 363), ou d'une série de cloisons horizontales formées de bandes enfer plat; l'eau de décharge du condenseur est relevée par une pompe auxiliaire dans un tamis diviseur en tôle qui s'étend horizontalemenf au-dessus du lit supérieur, et d'où l'eau s'égoutte en présentant à Tair une grande surface d'évaporation ; l'eau refroidie tombe dans un bassin en maçonnerie, d'où elle est puisée parle tuyau d'injection du condenseur ordinaire, ou par une pompe auxiliaire, dans le cas du condenseur barométrique.

Les pertes par évaporation sont compensées par une certaine quan • tité d^eau supplémentaire.

Ces réfrigérants sont efficaces, l'accès de l'air se faisant sur tout le pourtour, ils n'occupent tout compris qu'une surface de 2,5"** pour 100 kilogrammes de vapeur à condenser à l'heure ; il y a cependant encore une abondante formation de nuages à une faible hauteur au-dessus du sol, et on leur préfère des appareils mieux disposés, parmi les-

CONDENSEUR BAROMETRIQUE

Fig. 362.

4lb REFHIGEBATITS

quels [es réfrigérants à cheminée de Baicke, à Bochum, sont les plus connus.

La Qgure 364 représente en section verticale un réfrigérant <)e ce système. L'eau à refroidir est élevée par une pompe auxiliaire (quelquefois par la pompe qui extrait l'eau d^un condenseur à mélange à circulation méthodique), dans la comluite C, qui la distribue, au moyen de Pauge D, dans des tamis dont le fond est en tdie ondulée perforée ; elle tombe en gouttes sur les cloisons t, formées de lattes de fer, qui la maintiennent dans un état de grande division. Cette construction est montée à la partie inférieure d'une lour en charpente qui forme cheminée d^appel ; des ouvertures sont ménagées au pourtour et sont disposées de manière à donner à l'air entrant une direction transversale à celle des gouttes d'eau.

Dans tous ces réfrigérants, l'air enlève d'abord en s'échauffunt une certaine quantité de chaleur à l'eau, cette élévation de température augmente sa capacité de saturation, et provoque une évaporation qui contribue eflicacement à refroidir l'eau. La densité de l'atmosphère qui a traversé l'eau est plus faible que celle de l'air entrant, à cause de l'élévation de température et de la saturation ; cette diminution de densité produit un appel d'air dans les réfrigérants à cheminée, ce qui assure et régularise leur action.

RÉFRiaÉRANTS

La largeur de l'appareil ne peut dépasser 7 mètres sans nuire à l'ao-

Vape

lîtiMlUMH

Fig. 364

î^-'V^^^JJ^r^^^^^'^

ces et à la bonne répartition des courants d'air aspirés ; quand on veut

MAGHIIYRS A YAPEUB

418 RÉFRIGÉRANTS

augmenter sa puissance, il faut le développer en longueur. Il existe des réfrigérants très importants de ce système.

L^efTet refroidissant de Tair dépend de sa température et de son degré de saturation lorsquMl est admis en présence de Peau chaude; on peut suivre commodément les données de ce problème au moyen du diagramme de M. Mueller('), que nous allons faire connaître.

Ce diagramme représente, par ses ordonnées, la quantité de chaleur absorbée par un kilogramme d^air à différents degrés de saturation et à diverses températures depuis Tétat initial correspondant à la température zéro, la pression barométrique étant supposée constante et égale à 760 mm ; les températures sont portées en abscisses.

Les ordonnées de la ligne droite inclinée à la base de ce diagramme (fig. 365) représentent la chaleur absorbée par le kilogramme d'air sec pour s'élever depuis zéro jusqu'aux températures croissantes ; les segments compris entre cette ligne et la courbe supérieure représentent la chaleur totale À de formation de la vapeur qui saturerait le kilogramme d'air, la pression totale étant toujours la môme ; les courbes intermédiaires se rapportent aux fractions de saturation comprises entre zéro et l'unité.

Prenons la partie de ce diagramme représentée à plus grande échelle dans la figure 366, supposons que l'air extérieur soit à la température de 15", et que sa fraction de saturation soit 0,5; son état sera marqué par le point a. Menons la parallèle a 6 à l'axe des abscisses ; elle coupe la courbe de saturation au point 6, qui correspond à la température de 9"5. Pour ce point, la diminution de la chaleur à communiquer à l'air (dj ou ec), est compensée par une augmentation équivalente de la chaleur absorbée par la vapeur qui sature complètement l'air.

Si on suppose que le changement d'état de a en 6 se produit en présence de l'eau, Tair en se refroidissant cède autant de chaleur à Teau

(1) RUckkûhlwerke, par Otto H. Mueller {Zeitschrift des V. D. I. 1905). Cette étude théorique et pratique importante décrit les réfrigérants Worthington, munis d'un système automatique ingénieux pour la distribution de Teau sur des surfaces de ruissellement formées de bouts de tubes en fer. Ces appareils sont d'ailleurs entièrement métalliques, Tenveloppe et la cheminée sont cylindriques.

On consultera aussi le traité de Weiss sur la condensation, cité précédemment.

RÉFRIGÉRANTS

que celle-ci en abandonne par Tévaporation qui se produit nécessairement pour le saturer. La température 9^5 est donc la limite inférieure de température possible lorsque Pair se trouve à 15« et à moitié saturé. (?est, approximativement, celle que donne le thermomètre à boule mouillée exposé à Pair dans Pétat a.

^fO

10 10 3 0 ^vo Fig. 365.

so

Si on suppose que Pair est admis à 15*^ et entièrement saturé (état A), et qu^il s'échappe du réfrigérant à la température de 40" et saturé à 0,9 (état B), il aura soustrait à l'eau chaude tant pour son échaulTement que pour la formation de vapeur, la différence h B entre les ordonnées de B et de A ; en menant la parallèle A ^ à la ligne de saturation nulle, on voit que le segment AB se compose àe hg (quantité de

RÉFRIGÉRANTS

chaleur due à PéchaulTemenl de Pair) et de gB (quantité de chaleur qui a produit Tévaporation).

Fig. 366.

Si on donne le poids d^eau à refroidir par heure, ainsi que rabaissement de la température à produire, on peut déduire du diagramme le poids d'air à admettre par heure, et calculer en conséquence la puissance d'appel de la cheminée ou le débit du ventilateur à employer si le tirage est produit artificiellement.

L'auteur fait observer que l'abaissement de température à produire par le réfrigérant est égal à Télévation de température M de l'eau pendant son passage dans le condenseur. Pour une charge constante du moteur et un débit d'eau invariable, àt est à peu près constant^ et si on appelle t la température accusée par le thermomètre à boule mouillée, on ne pourra jamais abaisser la température de l'eau chaude sortant du condenseur en dessous de t + it.

La valeur de t dépend de la température de l'atmosphère et de son état de saturation, elle s'élève considérablement en été et diffère d'après les lieux. M. Mueller adopte comme maximum de t la valeur de 17^ à Glasgow, de 25o pour Tltalie centrale et de SO"" pour nos latitudes.

GONDENSBURS-ÉJECTEURS

181. ~ Condenseur-'éjecteur. — On peut se représenter cet appareil comme un injecteur GiiTard prenant sa vapeur motrice au cylindre, et refoulant à la pression atmosphérique ; seulement la quantité de mouvement motrice de Teau qui entre dans ^appareil acquiert ici une valeur notable à côté de celle de la vapeur, au lieu qu^elle est négli^ geable dans Pinjecteur d^alimentation ; de plus, la vapeur et Peau amènent une certaine quantité d^air qui doit être expulsée par PappareiU

Le condenseur-éjecteur a été imaginé par Mortorij de Glasgow, en 1867 ; il se compose de plusieurs tuyères concentriques disposées comme dans la figure 367, E est l^entrée de Peau dinjection, la vapeur d^échappement pénètre par les tubulures Y, Y ; un jet de vapeur peut être lancé par la tuyère t pour Pamorçage de Pappareil, R est le tuyau de refoulement à air libre.

Fig. 367.

L^introduction de vapeur directe par la prise v et la tuyère t est nécessaire lorsque Pappareil se désamorce, ce qui arriverait si la quantité de vapeur envoyée par la machine (à détente variable) venait à diminuer en dessous d^une certaine limite, ainsi que sa quantité de mouvement ; dans Pappareil Morton, l'admission de vapeur par la tuyère centrale se fait automatiquement chaque fois que la contre-pression dans la chambre d'échappement s'élève (*). On constate que ce condenseur-cjecteur fonctionne avec une entière sécurité lorsque Peau est prise sous une charge assez forte ; môme si on tient compte du travail d'élévation de Peau froide, le travail absorbé est moindre que celui d'une pompe à air ordinaire.

(1) BiENAYMÉ, Machines marines (p. 328, pi. 99-100).

422 CONDENSEURS-ÉJECTEUHS

Lorsque l'eau est prise sous une charge trop faible ou que l'entrée et la sortie ont lieu au même niveau, la prise de vapeur supplémentaire doit fonctionner souvent, la dépense est augmentée ; te vide est du reste inférieur à celui d'une pompe à air, aussi l'éjecteur-condenseur ne s'est pas répandu. L'idée de Morton a été reprise en 1870, par Koer> ting, qui, après une série de modifications, a finalement produit, ea 1891, un éjecteur-condenseur qui semble s'adapter à des cas plus nombreux que le précédent ('}, et qui fonctionne sans qu'il soit nécessaire de prendre l'eau en charge. Dans ce nouvel injecteur, la tuyère d'évacuation T (fig. .168] est mobile, et sert de registre pour régler le nombre des orifices par lesquels la sapeur vient se mélanger avec un jet d'eau central ; le principe de cette variation avait do reste déjà éU' applique pir Schutte, de Philadelphie, avec un certain succès. La vapeur à condenser arrive par la tubulure V, l'eau froide par le collet E; D est une prise de vapeur spéciale pour l'amorçage.

Lorsque le poids de vapeur diminue, sa vitesse doit augmenter, afin de fournir nu mélange, dont la masse totale ne diminue pas dans la môme proportion, une quantité de mouvement suffisante ; cette vitesse

{!) Kncniiis(Zeiuchrift rfrs T.Z). /.,l892,p.5:0); application ducondenseur-éjecteur au vapeur Riippreeht {nihw rceiieil, 27 août 18921, Voir le montage du condenseur avec colonne vertiiale {Pralrlisrhe Mas'-hinen-ConsIrukteur, 1886, p. 182). ainsi que le prospectus de la maison Kofriina.

Une niHchine Ann ington-Sims, essayée avec un condenseur-éjecteur, a donné une cimtre-|ircssi'in moyenne absolue rie 0 k. 4 par nm. c^rré, l'eau était prise en charge à la ti'mpérature de 10", la cunsommation d'eau a élê de 264 litres par cheval, soit à peu près le double de celle d'un condenseur ordinaire {14' Congrès dfS Ingénieurs en chef, p. 60).

CONDEirSEURS-EJECTEURS

doit donc augmenter en raison inverse du poids de vapeur débité par seconde, et la section des orifices de vapeur doit diminuer en raison inverse du carré de la vitesse de passage. D^autre part, cette vitesse ne peut être créée que par une contre-pression plus grande dans le cylindre. On interpose toujours entre le cylindre et Pinjecteur une valve ou clapet de retenue aûn de prévenir l'irruption d'eau dans le cylindre en cas de désamorçage.

Il n'a pas été fait, à notre connaissance, d'essais très complets sur ces éjecteurs; abstraction faite de l'économie à réaliser snr le travail de la pompe à air, il est évident qu'ils peuvent rendre des services pour les machines à rotation rapide, pour lesquelles la pompe à air est peu pratique ; ils ont cependant toujours l'inconvénient d'exiger un réglage à la main au moyen du levier lorque la dépense de vapeur est variable, et il est évident que ce réglage exigerait l'intervention continuelle du machiniste ; l'appareil peut donc encore se désamorcer, il faut alors le remettre en train au moyen de la prise de vapeur auxiliaire.

M. Râteau a perfectionné le condenseur-éjecteur (ou injectO'Condenseur)^ et en a donné une théorie qui se rattache à celle de Tinjecteur d'alimentation (*).

Soit p, (fig, 369) la vitesse avec laquelle l'eau franchit la tuyère par suite de la charge h et de la dépression H qui mesure le vide en colonne d'eau ; supposons d'abord qu il n'y ait pas d'air, et que toute la vapeur soit condensée.

On a

v, = )/2jJhTn)

Soient v^ la vitesse de la vapeur créée par la chute de pression entre le cylindre et la zone de mélange du condenseur ; m, le rapport du poids de l'eau à celui de la vapeur à condenser. On trouve facilement, par le théorème de la conservation de la quan-

(1) Théorie des éjecto-condenseurs, et expériences sur un nouveau type de ces appareils (Reifue de Mécanique, 1902-1-533).

424 CONDElfSEURg-ÉJKCTEURS

tité de mouvement, la vitesse w que prend le mélange aprôs la eonden< sation :

Pi + m

C'est la vitesse avec laquelle Peau pénètre dans le divergent ; elle serait capable de relever la pression, ou la hauteur qui la mesure, de la quantité

j étant le rendement du divergent, que M. Râteau prend égal à 0,7.

La vitesse 2?, résulte des lois d^écoulement de la vapeur ; on trouve, par exemple, que la pression dans la chambre de mélange étant de 0,133 kilogrammes par cm', il suffit au cylindre d^un excès de pression de 0,021 kg. pour donner à v>^ la valeur de 220 mètres.

Avec h^=^o^ H = 9. m = 25, on trouve

alors quMl suffirait de la valeur 9 pour que Peau de décharge se relève à la pression atmosphérique et puisse s'échapper. Aussi, on pourrait rendre h négatif, c'est-à-dire faire aspirer l'injecteur à une profondeur qu'on calcule facilement et qui serait de 6 mètres environ en supposant qu'on ait d*abord amorcé l'appareil avec de Teau en charge.

Le fonctionnement peut cependant être empêché (abstraction faite de l'air), par exemple dans le cas de la marche à vide, où v^ se réduirait trop ; c'est ce qui explique l'utilité qu'il y a à diminuer dans ce cas la section d'arrivée de la vapeur (solution de Kœrting). On peut aussi prendre Teau en charge, ou bien, comme 1 indique M. Râteau, établir Tappareil à la hauteur h' au*dessus du niveau de décharge de Peau chaude (fig. 369). On trouve ainsi que la condition de fonctionnement pour un débit nul de vapeur (£?, = o) devient :

C0NDENSEURS-ÉJECTEDR8 425

Diaprés cette expression, la hauteur totale dont il faut relever Peau est d'autant plus faible que la surélévation de l'appareil est plus grande; avec Hzz:9, qui représente un bon vide, on trouve A' = 2,70 m. pour Azr 0.

Ces conclusions sont modifiées par l'influence de l'air provenant surtout des fuites de rentrée, comme on l'a vu pour les condenseurs ordinaires. L'air modifie le fonctionnement du divergent, dans lequel le poids spécifique est abaisse et n'est plus constant, la partie gazeuse se comprimant au fur et à mesure que la pression se relève,

II sera suffisamment exact d'admettre dans le calcul que Pair saturé de vapeur se comprime en présence de l'eau suivant la loi de Mariotte; si on appelle < le rapport du volume de l'air pris à la pression atmosphérique au volume du liquide, on aura, en appelant u son volume à la pression variable p :

Pa U=: Et—

Le volume du mélange d'eau et d'air sera donc 1 + w, et en négligeant le poids de Tair, son poids spécifique sera :

L'équation des forces-vives appliquée au divergent dont le rendement y est supposé égal à 0,7 est, en négligeant le terme d'altitude, comme si le divergent était horizontal :

dp ., w*

qui donne, en remplaçant 5 et en intégrant :

Supposons qu'on néglige la vitesse h la sortie, qu'on exprime

GONDENSEURS-EJECTEURS

les pressions en kilogrammes par cm*, ce qui permet d'écrire p^ = 1, Téquation devient, au moyen de ces unités :

On peut se donner une valeur telle que

considérée comme pratiquement réalisable à l'entrée du divergent, admettre une valeur de la pression jOo au col, et calculer la pression p^ atteinte par la veine pour différentes valeurs de e. Le fonctionnement n'est possible que si on trouve p^ supérieur à 1,033.

M. Râteau, en faisant ce calcul pour différentes valeurs de la pression po au col, trace un diagramme dont nous ne reproduisons que deux courbes (fig. 370) ; on constate que la pression />, est d'autant plus faible que la proportion d'air est plus élevée, et que la pression au col est plus basse ; en d'autres termes, le vide est d'autant moins bon que la proportion d'air est plus grande.

r Vs^