V B CM

Ces valeurs générales deviennent pour u = o, c est-à-dire si le coulisseau est au point mort de la manivelle.

X' = lésina 4-^ cosftj

et pour u =: Cj c'est-à-dire si l'on conduit exclusivement par un tiroir :

Y*= -COsa.

Ces derniers résultats redonnent précisément, en grandeur et en position, ainsi que cela doit être, le diagramme circulaire décrit au n' 665.

Si l'on considère la valeur X — X'= — ^ r- cos a, ce qui revient

à prendre pour origine des coordonnées rectangulaires le centre du cercle (X' Y'), on en tire

^.=JÈL(X'-x),

ecosa^ '

et si l'on remplace u* par sa valeur générale

4c«Y* c* cos* a

il vient

c est-à-dire que la courbe lieu des centres des diagrammes circulaires qui varient avec w, est une parabole dont le sommet est au point (X' Y') sur Taxe polaire, dont Taxe coïncide avec cet axe polaire, et qui tourne sa concavité du cdté de l'origine.

(670) On saura, par ce qui précède, tracer ces diverses circonférences qui correspondent aux diverses valeurs de m, depuis w = o jusqu'à w = c. Ces circonférences varient de rayon depuis la valeur

c(sina-i- T cos a), jusqu'à la valeurs, tous leurs centres sont sur la

parabole et elles passent toutes par le pôle.

Chacune d'elles, une fois tracée, pourra être traitée comme la circonférence considérée au n'' 666. On mènera donc un rayon vecteur correspondant à un angle p quelconque. Le point où il rencon-

230 COUhS DE MACHINES.

trera une circonférence donnée déterminera, pour cet angle, Técart du tiroir à partir de sa position moyenne, et permettra ainsi de tracer la posilion correspondante des rebords internes et exiernes du tiroir. Des circonférences concentriques permettront, d'un autre côté, de tracer, sur tous les rayons recteurs, les rebords internes et externes des lumières. On aura donc ainsi, sur un rayon vecteur, donné la position relative des rebords des lumières qui sont fixes et des rebords du tiroir qui varient avec la quantité m, c'est-à-dire en définitive que Ton saura de quelle manière s'opère la distribution.

Inversement, on pourra par les plus simples considérations géométriques, et en quelque sorte par la seule inspection de la figure, déterminer les tracés propres à satisfaire à des conditions données.

C'est ainsi, par exemple, qu'on reconnaît qu'à mesure qu'on se rapproche du point mort de la coulisse, la période d'admission diminue et qu'elle peut devenir nulle; qu'en même temps la période d'échappement prématuré et de compression finale augmente, etc.

Le problème de la distribution par la coulisse, c'est-à-dire par un tiroir unique et par deux excentriques, est donc par là résolu comme celui de la distribution avec un simple tiroir, et à l'aide de procédés graphiques tout à fait semblables.

Cetle solution est due à M. Zeuner, qui l'a étendue, à l'aide de calculs analogues aux précédents, soit à la coulisse Stephenson avec avances variables à l'avant et à l'arrière, ou avec les deux barres d'excentriques croisées, soit aux autres coulisses dérivées de celle de Stephenson. Nous renvoyons pour ces cas pai ticuliers, qui intéressent spécialement les locomotives, au traité de M. Zeuner sur la matière, nous contenlant d'avoir sur un cas particulier indiqué l'esprit de sa méthode.

Nous ajouterons seulement une observation : nous avons supposé dans les calculs que pendant l'excursion d'un tiroir, pour une position quelconque de la coulisse, la quantité correspondante u était invariable, ou que le point mort avait un mouvement sensiblement parallèle à celui de la tige du tiroir.

C'est dans cette hypothèse que sont tracés les cercles de l'épure qui correspondent aux diverses valeurs de u.

DÉTAILS SUR LES ORGANES DES MACHINES A VAPEUR. i3i

Pour que cette condition soit satisfaite, la position et la grandeur des leviers de suspension ne sont pas arbitraires.

M. Zeuner a étudié cette question dans le traité précité. Il a montré que le plus souvent on ne donnait pas au levier X de la flgure 214 une longueur suffisante, et qu'il en pouvait résulter dans la distribution des perturbations assez importantes. Cette longueur devrait être celle même des bielles d'excentrique.

(671) Nous venons de voir dans ce qui précède, en premier lieu, le cas simple d'un seul excentrique avec détente fixe, en second lieu, le cas plus complexe de deux excentriqaes produisant principalement les changements de marche et accessoirement, dans une certaine mesure, la détente variable.

Nous avons à considérer actuellement les distributions à Taide de deux tiroirs, dont le but essentiel est, au contraire, la détente, ou fixe ou variable.

On aura un aperçu théorique de ces systèmes, en se représentant que Ton ait un premier tiroir qui soit ou simplement le tiroir normal^ ou ce tiroir avec une légère avance angulaire et des recouvrements disposés pour produire un peu d'avance à l'admission et à Téchappement, et une légère période de compression finale (circonstances qui sont, on Ta déjà dit, d'autant plus favorables que les machines sont à marche plus rapide) ; puisque l'on effectue la détente à un degré quelconque, à l'aide d'un second tiroir convenablement réglé, glissant soit sur le dos même du premier, soit sur celui de sa boite, et permettant d'ouvrir et de fermer l'admission à volonté, et d'une manière aussi prompte que possible.

Ces systèmes présentent divers dispositifs, parmi lesquels nous distinguerons ceux de Saulnier et de Gonzenbach, dont le tiroir de détente agit sur le dos de la boite du tiroir, et ceux de Meyer et de Farcot, où le tiroir de détente et le tiroir de distribution glissent directement l'un sur l'autre, ce qui réduit l'importance de l'espace nuisible.

(SUZ) Dans l'appareil de M. Saulnier, on dispose le tiroir, ou la tuile de détente, de manière que la lumière se démasque au point

mort du piston, et se referme par le mouvement rétrograde delà tuile, pour être prèle à se rouvrir de nouveau à Tautre point mort du piston. Ainsi le tiroir de détente doit faire deux excursions simples pendant une course du piston, tandis que le tiroir de distribu* tion n'en fait qu'une seule.

Il doit donc être calé sur un arbre faisant deux tours pendant que Tarbrc du volant n'en fait quun. On obtient ce résultat en commandant cet arbre auxiliaire à Taide d'une paire de roues d'engrenage ayant les dents dans ce même rapport de 2 à 1 sur l'arbre menant et sur Tarbre mené.

Les figures 235, 1 à 8, montrent les positions successives du tiroir pendant un coup de piston. Il y a admission pendant que le tiroir va de A en B, et revient de B en A' (fig. 1 à 5) ; la détente se fait pendant qu'il va de A' en C et de C en A" (fig. 5 à 7). Si l'on reporte sur la figure 7 en b^ et en c^ les points B et C, la course entière du tiroir est ft^c^ el en rabattement (fig. 8), on voit qu'il y a admission pendant que lexcentrique parcourt l'arc a\b^a^y et détente pendant qu'il parcourt l'arc (i^c^a\.

L'appareil peut donc produire tous les degrés de détente que Ton voudra, suivantla position du bord A de lalumière projetée en a^<fa\J perpendiculairement à b^c^. Si cette projection passait au point b^, l'admission serait nulle; si elle passait au contraire au point c^, il y aurait admission pendant toute la course. Mais on se tromperait si l'on croyait changer le degré de détente en changeant la position du tiroir, par rapport au bord A de la lumière, par le simple allongement ou raccourcissement de la tige du tiroir. En effet, la position du tiroir en A ou en A" doit correspondre toujours au point mort du piston, et par conséquent le calage de l'excentrique devrait être changé en même temps que la longueur de la tige. L'appareil est donc à détente fixe si le calage est invariable.

(673) Dans la détente de Gonzenbach, la tuile de détente est percée de deux orifices qui peuvent être mis en rapport avec deux lumières ménagées sur le dos de la boîte.

Ces lumières peuvent ainsi être ouvertes, puis refermées parla même oscillation simple du liroir, et dès lors celui-ci ne doit plus,

comme dans le dispositif précédent, aller deux fois plus vite que le tiroir de distribution.

Quant aux deux lumières, elles jouent ]e même rôle qu'une seule, sauf qu'elles ouvrent et coupent plus rapidement l'admission. 11 suffit pour rintelligence du mécanisme d*en considérer une seule.

Ce mécanisme est représenté figure 236. Il comprend d abord un système de deux excentriques et d'une coulisse analogue à celle de Stephenson, pour produire la marche en avant et en arrière. Ces excentriques agissent sur un tiroir normal, ou du moins n'ayant qu'une faiBle avance et un léger mouvement correspondant. En outre, sur l'excenlrique de la marche en arrière est un bouton 6, qui commande par un levier une seconde coulisse mobile autour d'un point fixe 0. Le mouvement d'oscillation de cette coulisse se transmet à un coulisseau qui commande le tiroir de détente, et dont la course se réduit ou s'accroît, selon qu'à l'aide d'un levier de relevage on le rapproche ou on l'éloigné du point fixe.

Les lumières du tiroir de détente sont un peu plus larges que les orifices ménagés dans le dessus de la boite de distribution, comme on le voit sur la figure 237. Cette figure représente le tiroir au milieu de sa course, et il est clair, si nous supposons la machine marchant en avant, et le tiroir en mouvement dans le sens de la flèche,

qu'il a déjà dépassé d'une quantité ab égale à la demi-somme, — â— ,

des largeurs des orifices, le point où l'admission a commencé. L'e\éentrique qui le conduit, lequel est, comme nous venons de le dire, Texcentrique de la marche en arrière, doit donc être calé, non pas avec une certaine avance, mais au contraire avec un certain retard angulaire, ce qui revient, si l'on suppose que les dimensions des lumières soient telles que ce retard soit égal à l'avance donnée au tiroir de distribution, à conduire, pour la marche en avant, le tiroir de détente par Vexcentrique de la marche en aivrière, comme le suppose la figure ci-dessus.

On remarquera que l'admission se fait pendant que le tiroir parcourt un espace double de la longueur ah ou égale à la somme des largeurs de la lumière mobile et de la lumière fixe. L'étendue de la détente augmente donc avec la course totale du tiroir; et

elle devient nulle, au contraire, dès que cette course est réduite à être égale ou inférieure à la somme indiquée ; au-dessous de ce point, le tiroir de détente est sans utilité, et il est même plutôt nuisible, comme rétrécissant plus ou moins les lumières fixes sans les intercepter complètement. Le système a don : ce caractère fâcheux de donner une détente variable entre des limites assez restreintes. En outre, comme la détente pour la marche en avant est conduite par l'excentrique de la marche en arrière, elle ne peut plus être convenablement employée quand on marche en arrière ; car alors le tiroir de la détente se trouverait mû par un excentrique ayant de Tavance et non du retard. Il convient donc, en même temps que l'on bat en arrière, de relever le coulisseau du tiroir de détente vers le point fixe de la seconde coulisse.

Cette propriété de ne permettre la détente que dans un sens déterminé n'a pas d'importance dans les machines qui n'ont pas à effectuer de changement de marche. Elle n'a même pas dans les locomotives un bien grand inconvénient; car la marche en arrière n'est qu'une exception, et elle peut se faire en supprimant temporairement la détente, sauf à diminuer en outre Tpuverture du régulateur, si cette marche doit être continuée un certain temps.

Il n'en serait pas de même dans une machine d'extraction ordinaire à deux câbles, qui doit pouvoir marcher également dans les deux sens.

(674) La détente Meyer s'obtient à l'aide d'un tiroir de distribution que Ion peut considérer comme étant exactement, ou à très-peu près, le tiroir normal, avec cette différence qu'il admet la vapeur, non par ses extrémités, mais à travers des orifices percés dans toute son épaisseur {fig. 258).

Si ces orifices i esîent constamment ouverts à la partie supérieui^, l'admission se fait pendant toute la course ; au contraire, il se pr> duit de la détente, si ces orifices sont entièrement bouchés pendant une partie plus ou moins grande de la course.

Cette fermeture se produit à l'aide d'un tiroir de détente représenté figure 239. En principe, il se compose d'une plaque, ou tuile, mue par un tiroir spécial ; mais cette plaque est en quelque sorte

dilatable, parce qu'elle se compose de deux parties distinctes dont on règle à volonté Técartement. A cet effet la tige du tiroir porte vers son extrémité deux pas de vis de sens contraires, pour chacun desquels Tune des plaques fait fonction d'écrou. En imprimant à la tige un mouvement de rotation, on force les deux plaques, soit à se rapprocher, soit à s'écarter. Ce mouvement de rotation est donné ordinairement à la main, comme il est indiqué, soit sur la figure 239 qui représente un appareil complet de détente, soit sur la figure 239 bis qui représente spécialement un dispositif un peu différent pour produire la rotation de la tige du tiroir. Il est facile également de faire varier la détente en agissant sur le petit volant de la dernière figure par le moyen du pendule conique. Dans l'un comme dans l'autre cas, ces variations de détente se font en pleine marche, sans avoir besoin même de ralentir la machine.

On comprend qu'avec des plaques très-rapprochées les lumières du tiroir puissent ne pas les rencontrer, et qu'avec des plaques très-écartées ces mêmes lumières soient au contraire constamment couvertes; la détente peut donc, en principe, varier entre les limites les plus étendues. C'est un avantage considérable de ce système.

L'excentrique du tiroir de délente est ordinairement calé avec une avance angulaire assez considérable, qui va quelquefois jusqu'à près de 90'', tandis que celle du tiroir de distribution peut être au contraire très-faible sinon nulle.

Dans un cas semblable, le tiroir de détente exécute ses oscillations à peu près en sens contraire de celles du piston, ou croisées avec celles du tiroir de distribution.

En général, l'avance angulaire du tiroir de détente n'est pas arbitraire; elle est en rapport avec les éléments géométriques qui définissent le système, notamment les rayons des deux excentriques, et les largeurs et les positions des ouvertures du tiroir et des lumières fixes.

On se bornera à remarquer que les deux tiroirs ont en définitive un mouvement de môme nature, et qu'ils diffèrent seulement par le rayon et par l'avance angulaire de l'excentrique qui les mène. Chacun d'eux peut donc donner lieu à la construction d'un dia-

gramme circulaire de Zeuner. Ces deux diagrammes peuvent être tracés sur la même figure, et en portant sur divers rayons vecteurs successifs, la position des lumières fixes et celles des rebords, soit des ouvertures du tiroir de distribution, soit des plaques de détente, on a tous les éléments nécessaires pour étudier en détail toutes les phases de la distribution delà vapeur. (Voyez Zeuner 2* partie, chapitre n).

(675) La détente de Farcot {fig. 240) diffère, en principe, de la détente Meyer, en ce que le tiroir de détente, au lieu d'être mû tout d'une pièce par un excentrique spécial, est composé de deux parties symétriques, indépendantes, qui sont entraînées par suite de leur adhérence avec le tiroir de distribution, jusqu'à ce qu'elles rencontrent à tour de rôle, des butoirs contre lesquels elles s'arrêtent, éprouvant ainsi un certain déplacement relatif sur le tiroir qui continue son mouvement.

Pour chacune des plaques, la manœuvre de l'admission et de la détente qu'elle produit comporte deux temps d'arrêt : l'un quand le piston va arriver au point mort, a pour objet d'amener en face les unes des autres les ouvertures dont la plaque est munie et celles qui sont pratiquées dans le dos du tiroir ; Tautre, quand la détente doit commencer, pour masquer ces dernières par les parties pleines de la plaque. Le 1* butoir est fixe, le second qui doit agir en sens contraire du premier, est variable de position, selon le degré de détente qu'on veut obtenir. Ce résultat s'obtient à l'aide d'une double came centrale présentant deux profils en forme de développantes de cercle.

On voit de suite que ce degré de détente n'est pas arbitraire ; car le déplacement qui amène la détente doit se faire nécessairement avant que le tiroir n'arrive à son point mort, c'est-à-dire (en admettant le cas du tiroir normal) avant que le piston ne soit au milieu de sa course. Il faut donc ou marcher sans détente, si la came ne fonctionne pas, ou marcher avec une délente marquée par la fracture j, ou par toute autre fracture moindre^ si la came fonctionne.

Par suite de son profil en développante du cercle, on voit qu en faisant tourner la came autour d'un axe perpendiculaire au plan du tiroir, on amMc plus ou moins promptemont les plaques de dé-

lente à partir du point mort du tiroir, et on les arrête, toujours par un profil qui leur est tangent.

Cette rotation de Taxe de la came est donnée du dehors, soit à la main, soit par le jeu d'un régulateur.

Enfin, on remarquera, sur la ligure, la forme évasée donnée aux ouverturesqui traversent le liroir de distribution, et l'artifice déjà cité, {fig, 196), qui permet de masquer presque instantanément ce* grandes ouvertures par un très-petit mouvement des plaques de détente.

Ce système de détente a été successivement perfectionné dans fous ses détails par M. Farcot, et il est devenu aujourd'hui parfaitement pratique.

11 s'applique aux machines dans lesquelles on veut pousser la délente assez loin. Mais l'appareil est un peu complexe, et par là plus spécialement approprié aux machines marchant à petite vitesse. On l'appliquera très-bien, par exemple, aux machines à balancier ; mais pour les grandes vitesses, il me paraîtrait préférable d'employer un dispositif qui ne comporte ni pièces isolées, ni ressorts, ni arrêts brusques, tels que celui de Meyer, par exemple.

Ainsi, on ne songerait pas, à mon avis, à appliquer la détente Farcot à des machines rapides, telles que les locomotives ; c'est à peine même si l'on ose leur appliquer couramment la détente Meyer, tant on prise les avantages de la plus grande simplicité possible du mécanisme. Peut-être est-ce pousser la chose à Texcès, et il me parait que si pour les grandes détentes et les petites vitesses, la détente Farcot ne laisse rien à désirer, le procédé Meyer a le double avantage de permettre défaire varier la détente entre de plus larges limites, et de pouvoir s'appliquer sur des machines plus rapides, et même, peut-être plus souvent qu'on ne le fait aujourd'hui, jusque sur des locomotives, où la très-grande vitesse et les trépidations semblent exclure absolument l'emploi du procédé de M. Farcot.

(676) Nous venons de voir comment se fait la distribution par tiroir dans les machines à un seul cylindre fixe. Nous devons considérer un instanl le cas des machines à cylindre oscillants et celui des machines de Woolf.

Les machines oscillantes, introduites en France par Cave vers 1830,

ont été, pendant un certain nombre d'années, l'objet d'essais variés .de la part des constructeurs, que séduisaient et la simplicité de la combinaison cinématique transmettant Faction du piston à Parbre du volant et le peu d'emplncement occupé par la machine dans le sens de sa longueur.

Mais ces avantages sont considérés comme secondaires pour les machines d ateliers, et l'on préfère généralement aujourd'hui les cylindres fixes, comme formant un système plus solide, plus durable et où la distribution est plus facile à établir. On n'emploie donc plus les machines oscillantes que dans le cas où la question d'emplacement, comme sur les bateaux à vapeur, prend une importance particulière, notamment dans les bateaux à roues, lorsque l'arbre des roues, placé au niveau du pont, laisse au-dessous de lui la place suffisante pour y loger ces machines.

C'est surtout à la distribution que se sont attaqués les inventeurs qui ont construit des machines oscillantes. Il y a là, en effet, une difficulté, lorsqu'on veut, comme on le fait habituellement dans les machines à cylindres fixes, prendre sur l'arbre du volant, dont Taxe est fixe dans Vespace, la commande d'une pièce qui participe au mouvement d'oscillation du piston. La difficulté a été résolue de diverses manières.

Dans un premier système on a remplacé le mouvement de va-etvient du tiroir par le mouvement de rotation continu d'un appareil de distribution ressemblant à une sorte de robinet à plusieurs eaux. L'axe de ce robinet comprenait deux parties : une première qui était fixe dans l'espace, placée dans le plan passant par l'axe du volant et par celui de la lige du piston en ses points morts, et ordinairement parallèle à cette tige. Elle était commandée par une roue d'angle calée sur Tarbre du volant. L'autre partie opérant la distribution faisait corps avec le système oscillant, et se réunissait à la première par un joint de Cardan, dont le centre était sur Taxe même d'oscillation. Ce système a été abandonné, en môme temps qu'on a renoncé aux pièces tournantes, soit robinets, soit disques circulaires, pour opérer la distribution, parce que ces pièces, s'usant inégalement dans leurs diverses parties, sont très-difficiles à tenir bien étanches, et demandent beaucoup d'entretien.

Un second système a consisté à produire Véquivalent d'un tiroir ordinaire, en établissant, tantôt dans les tourillons d une part et dans leurs coussinets et leurs supports de l'autre, tantôt entre deux parois planes en contact, l'une fixe, l'autre oscillant avec le cylindre, des lumières que le mouvement d'oscillation masquait ou démasquait à propos.

On peut encore, comme troisième système, employer, presqu'au^si bien qu'avec des cylindres fixes, tous les dispositifs dans lesquels le mouvement de la distribution a son origine non sur Ta]bre du volant, mais sur le piston ou sur sa tige, par exemple commander le tiroir par mouvements brusques produits à l'aide de taquets ou de ressorts agissant aux extrémités de la course du piston.

Maison peut objecter au second système, comme on l'a fait au premier, la difficulté d'éviter les fuites, et objecter au troisième les inconvénients inhérents à l'emploi des combinaisons cinématiques donnant lieu à des changements brusques de vitesses.

Tout ces systèmes n'ont été essayés que sur d'assez faibles machines, et la pratique les a aujourd'hui abandonnés. On en est venu à leur préférer les tiroirs ordinaires avec admission et échappement par l'intérieur des tourillons, et il reste à voir comment on arrive à leur imprimer le mouvement qu'ils doivent posséder pour opérer régulièrement la distribution.

(6*77) D'une manière générale, on peut se représenter qu'on ait construit graphiquement, sur le cylindre regardé comme fixe, les positions qui conviennent au tiroir pour diverses positions du piston, et qu'on ait tracé le lieu géométrique que décrit dans l'espace, pendant que le cylindre oscille, un bouton, ou coulisseau, placé h Textrèmité de la tige du tiroir. Une coulisse fixe étant disposée suivant ce lieu géométrique et recevant le coulisseau, le tiroir se trouvera à son tour convenablement guidé par elle et prendra successivement pendant la course du piston les positions qu'il doit occuper.

On pourra même aller plus loin, et emprunter le mouvement à des excentriques ordinaires, en procédant de la manière suivante :

L'excentrique unique^ ou, s'il y a lieu, les deux excentriques de

la marche en avant et de la marche en arrière, commanderont directement, ou àTaide d'une coulisse Stephenson, un bouton ou un manchon placé en tète d'une sorte de coulisse dont le mouvement rectiligne sera assuré au moyen de glissières fixes {fig. 241). Si le cylindre à vapeur était fixe lui-même, cette pièce pourrait commander directement le tiroir, et il n'y aurait rien de changé au système ordinaire. Mais on veut qu'elle le commande, sans troubler son mouvement relativement au cylindre oscillant^ ou, en d'autres termes, qu'en vertu de ce mouvement d'oscillation, un bouton qui commande le tiroir, soit direclement, soit à l'aide d'un système articulé quelconque lié au cylindre, puisse glisser librement dans cette coulisse au lieu d*y être lié d'une manière invariable. Pour que cela pût avoir lieu rigoureusement, il faudrait qu'à chaque instant l'élément parcouru par le bouton dans la coulisse fût un arc de cercle ayant son centre sur l'axe d'oscillation du cylindre. Cette condition n'est pas possible à remplir d'une manière absolue, le rayon de cet arc changeant incessamment avec la position du tiroir.

On aura un résultat approché, en prenant la position moyenne et les positions extrêmes du cylindre et du tiroir, traçant les positions correspondantes du bouton, et faisant passer un arc de cercle par les trois points ainsi déterminés. Ce résultat sera d'autant plus approché et l'arc obtenu se confondra d'autant plus avec un arc de cercle ayant son centre sur l'axe d'oscillation, que la coulisse sera moins étendue et plus distante de ce centre.

(678) Dans les machines de Woolf, la distribution peut se faire, comme dans les machines fixes à un seul cylindre, à Taidc d'un tiroir unique, à la condition toutefois d'en modifier la forme. La figure 242 donne un exemple des dispositions qui peuvent être prises. On voit que le tiroir se compose de deux coquilles concentriques faisant corps ensemble et glissant sur la même table percée de cinq lumières. Les deux lumières extrêmes communiquent avec le petit cylindre, et sont en relation tantôt avec l'admission, tantôt avec l'espace compris entre les deux coquilles; les deux lumières voisines communiquent avec le grand cylindre et mettent chacune des faces du grand piston, tantôt avec l'espace ci-dessus, et par conséquent avec le petit

DÉTAILS SUR LES ORGiNES DES HÀGHIMES A VAPEUR. 241

cylindre, tantôt avec la cinquième lumière centrale, qui correspond à Téchappement.

(679) Les descriptions qui précèdent (n"" 659 à 678), se rapportent principalement aux tiroirs mus par des excentriques circulaires et prenant un mouvement continu (ce qui est le cas que l*on rencontre le plus habituellement dans la pratique). Mais, comme on Ta déjà indiqué, on comprend la possibilité de les faire mouvoir suivant une loi quelconque, continue ou discontinue, empruntant le mouvement soit à des poutrelles spéciales de distribution, soit à la tige même du piston, soit à des cames à ondes convenablement profilées.

On peut concevoir, pour les machines sans détente, un tiroir normal qui prendra successivement vers la fin d'une œurse, l'une des deux positions de la figure 243, pour préparer la course suivante (la course de gauche à droite dans la première figure, la course inverse dans la seconde).

On peut conbiner ce système avec un appareil quelconque de détente agissant sur l'admission dans la boite du tiroir. Mais on peut aussi produire la détente avec ce système lui-même^ simplement en augmentant le creux du tiroir de manière qu'un premier mouvement puisse fermer la lumière d'admission en laissant ouverte la lumière d'échappement. C'est ce qui est représenté par les figures 244, 1 à 5, donnant les positions successives qu'occupe le tiroir pour une double oscillation du piston.

La première donne la position du tiroir au moment où le piston va commencer sa course de gauche à droite.

La deuxième donne le commencement de la détente.

La troisième, la position que prend le tiroir à la fin de la course du piston de gauche à droite, pour préparer sa course en sens contraire.

La quatrième marque le commencement de la détente pendant cette course rétrograde.

La cinquième enfin, identique à la première, est la position prise à la fin de la course de droite à gauche, pour préparer la course de gauche à droite suivante.

Il 16

On voit qu'il suffit d'imprimer brusquement, à la fin de chaque course, un déplacement égal à deux fois la hauteur des lumières dans le sens du mouvement que va prendre le piston, et au moment où commencera la détente un déplacement de sens contraire, mais d'une amplitude moitié moindre. Ce système a Finconvènient de présenter un assez grand découvert intérieur^ qui fait, mais seulement aux points morts, communiquer un instant les deux faces du piston.

(680) Nous avons supposé, dans toutes les figures qui précèdent, que le tiroir était le tiroir dit à coquille, à cause de sa forme, et qu'il avait une étendue en longueur suffisante pour que le même creux s'étende successivement sur chacune des deux lumières et en même temps sur Téchappement.

Il en résulte, quand on a des cylindres à longue course, ou bien que le tiroir est long lui-même et donne lieu à un très-grand frottement, ou bien que les tuyaux d^admission offrent un grand espace nuisible entre la boite du tiroir et les extrémités du cylindre.

On évite l'alternative de ces inconvénients, fâcheux l'un et l'autre, en modifiant la forme du tiroir, ou, plus exactement, en revenant à la forme primitive adoptée par Watt, inventeur de ce mécanisme.

Le tiroir de Watt est connu aussi sous le nom de tiroir en D, à cause de la forme particulière que présente la section faite vers les deux extrémités perpendiculairement à sa longueur (Voir/îgf. 245). La boite du tiroir est demi-cylindrique, et les parties arrondies du tiroir frottent contre les garnitures de présse-étoupes demi-circulaires qui isolent complètement la partie moyenne de la botte des deux parties extrêmes. Celles-ci sont en relation l'une avec l'autre par l'intérieur du tiroir qui affecte la forme d'un tuyau creux.

On peut à volonté faire l'admission par la partie moyenne et l'échappement par les parties extrêmes, ou inversement.

Dans l'un comme dans l'autre cas, la pression du tiroir sur sa glace est déterminée, non par la pression de la vapeur sur une étendue plus ou moins grande, mais par celle des garnitures des presse-éioupes. On peut donc avoir un cylindre d'une course

quelconque, et donner au tiroir une longueur égale à cette course, sans accrotire en proportion l'intensité des frottements ni l'étendue des espaces nuisibles. Par contre, on a l'inconvénient de l'entretien des deux presses-étoupes, et celui du refroidissement qu'éprouve le tiroir toujours en communication par une surface éiendue avec le condenseur. En fait le tiroir en D est aujourd'hui assez peu usité. On lui préfère le tiroir en coquille, et, lorsqu'on redoute les inconvénients d'une trop grande longueur de ce tiroir, on peut avoir recours à un artifice qui consiste à remplacer cette pièce unique par deux courtes pièces fixées à la même tige, dont chacune effectue une distribution complète pour une des deux faces du piston. 11 faut alors avoir deu> lumières d'échappement distinctes se réunissant en un canal unique. Quant à la boite de distribution, elle peut être unique, et de toute la longueur du cylindre à vapeur, ou bien composée de deux courtes boites isolées (Voir/îy. 246).

(681) La distribution par tiroir, et spécialement par tiroir à coquille, est aujourd'hui celle qui est appliquée au plus grand nombre des machines à vapeur de rotation. Elle comporte différentes variantes, qui répondent, ainsi qu'il résulte des numéros précédents, aux diverses circonstances qui peuvent se présenter dans la pratique (machines à un ou plusieurs cylindres), à cylindres fixes ou cylindres oscillants, avec ou sans détente, avec détente fixe ou variable, soit à la main, soit par le modérateur avec ou sans changement de marche, etc., etc.

Entre les dispositions cinématiques à l'aide desquelles le mouvement peut être, dans ces diverses circonstances, imprimé aux tiroirs, on préférera en principe celles qui donnent des mouvements continus et réguliers, à celles qui fonctionnent avec des à- coups ou des changements plus ou moins brusques de vitesse ; ainsi on préférera l'excentrique circulaire à la poutrelle de distribution, peutêtre même aux excentriques à ondes ; le changement de marche de Stephenson, à Texcenlrique à tocs, ou aux pieds de biche; la détente Meyer à celle de Farcot, etc., etc. Cette préférence sera d'autant mieux justifiée qu il s'agira de machines plus puissantes et don.

nant un plus grand nombre de coups de piston par minute; car l'inertie entre en jeu d^une manière d'aulant plus prononcée que les pièces sont plus importantes et qu'elles doivent subir de plus grandes variations de vitesse.

(68!9) Ce sont ces mêmes considéralions qui font que la distribulion par soupapes est le plus habituellement réservée aux machines à mouvements alternatifs, dans lesquelles on li'a point de pièce animée d'un mouvement de rotation pouvant recevoir des excentriques.

Les soupapes servent dans ce cas, même pour les plus grandes machines, telles que cellQ3 qui sont appliquées à Tasséchemenl des mines {Cours d'exploitation a** (5189) : mais alors ces machines ne comportent qu'un petit nombre de coups de piston par minute^ et personne ne songerait à appliquer le même système aux machines de rotation, souvent plus puissantes encore, en usage sur les bateaux, qui marchent à beaucoup plus grande vitesse et où l'emploi de Texcentrique circulaire et du tiroir est, je pense, à peu près universel.

Quoi qu'il en soit, lorsqu'on veut employer les soupapes, elles doivent être généralement au nombre de quatre dans les machiner à double effet, et fonctionner deux à deux dans des boites de distribution qui servent chacune pour une des faces du piston. Dans les machines à simple effet, il suffit de trois soupapes : une pour l'admission, une pour l'échappement, la troisième, dite soupape d'équilibre, qui met en relation les deux faces du piston, lorsque la vapeur ne doit pas agir.

Une boîte à soupapes est en général (fig. 247), séparée en trois parties distinctes par des diaphragmes ; une d'elles communique avec la prise de vapeur, une autre avec l'échappement (soit à l'air libre, soit au conducteur), l'intermédiaire enfin avec une lumière qui est en relation avec le cylindre à vapeur. Les diaphragmes portent les soupapes d'admission et d'échappement; la première est ouverte soit pendant toute la course du piston, soit pendant telle portion de la course qui correspond au degré de détente que l'on veut obtenir ; l'autre est en même temps fermée et ne s'ouvre que

pour la course en sens inverse. La figure 247 représente, pour une machine à double effet, l'ensemble des deux boîtes ainsi que les tuyaux qui les mettent en relation, Tun avec la prise de vapeur et Tautre avec Téchappement. Habituellement la boite a assez de largeur pour que les deux soupapes ne se confondent psis en projection horizontale; quelquefois, au contraire, {fig. 247 6w), elles ont même axe, et sont dites soupapes à tiges enfilées. Dans ce cas, la tige de la soupape supérieure est creuse, et munie d'une petite boite à étoupes, pour laisser passer la tige de la soupape inférieure et permettre le jeu relatif des deux tiges.

11 arrive assez souvent, dans un simple but d'ornementation, que l'ensemble des boites et des tuyaux de la figure 247 reçoit extérieurement les formes nécessaires pour donner à l'ensemble une disposition symétrique figurant deux colonnes avec un soubassement et un chapiteau communs.

Pour une machine à simple effet, en supposant le cylindre vertical et la vapeur agissant de haut en bas, la boite supérieure porte la soupape d'admission et la soupape d'équilibre, la boite inférieure porte la soupape d'échappement (fig, 248).

L'admission a toujours lieu dans la boite supérieure, et réchappe ment à partir de la boite inférieure. L'ensemble pourra donc figurer, non pas deux colonnes, mais une colonne unique avec son soubassement et son chapiteau.

(683) Dans ces machines à simple effet, un double coup de piston, après le moment de repos déterminé par le règlement de la cataracte, a lieu dans les conditions suivantes :

Les trois soupapes étant fermées, la cataracte ouvre d'abord l'échappement vers le conducteur, pour prépar er le vide sous le piston, puisy rinstant d'après, l'admission, pour déterminer le départ du piston.

La machine se met en marche d'un mouvement accéléré, parce que la pression delà vapeur l'emporte sur les résistances.

Bientôt on ferme l'admission, la vapeur se détend, l'excès delà pression de la vapeur sur les résistances diminue de plus en plus, et bientôt devient nul. La machine atteint alors son maximum de vi-

tesse, et à partir de ce moment la résistance devenant de plus en plus prépondérante, la machine se ralentit, et le point où Ton a opéré la détente est réglé par la condition que la machine et tout l'attirail qu'elle met en mouvement arrivent avec une vitesse nulle à la fin de la course descendante.

Ace moment la soupape d'échappement se ferme pour ne pas produire de refroidissement nuisible, par suite d'une trop longue communication avec le conducteur. La soupape d'équilibre s'ouvre bientôt après, ou même par le seul fait de la fermeture de la soupape d'échappement. Le piston, également pressé sur ses deux faces, remonte sous l'action du poids de l'attirail qu'il a entraîné dans sa course descendante. 11 tend à remonter d'un mouvement accéléré; mais on modère cette accélération, soit en étranglant l'ouverture de la soupape d'équilibre (ce qui est vicieux en principe), soit plutôt en la fermant tout à fait avant la fin de la course, pour comprimer la vapeur dans l'espace nuisible au-dessus du piston, et la dilater au-dessus.

Celte fermeture prématurée de la soupape d'équilibre doit amener le piston à la fin de sa course ascendante en amortissant toute la vitesse du système.

Tout est alors au repos, toutes les soupapes sont fermées, et les choses sont disposées pour donner le coup de piston suivant, lorsque la cataracte fera jouer de nouveau la soupape d'échappement d'abord, puis celle d'admission.

(684) Le jeu des machines à simple efTet, tel qu'on vient de l'expliquer, peut être soumis au calcul de la manière suivante :

Désignons par :

A, la section du piston en mètres carrés ;

P, la pression de la vapeur motrice, ou plus exactement, l'excès de cette pression sur la conlre-pression du condenseur. Tune et l'autre exprimées en kilogrammes par môtre carré; -

E, l'effort en kilogramines, rapporté à la vitesse du piston, qu'exerce le poids non équilibré du système en mouvement avec le piston ;

F, la valeur du frottement rapporté à la même vitesse;

Q, le poids total du système, rapporté encore à la même vitesse,

ou - la masse correspondante, et enfin -^ l'aciiélération que prend

le système.

On a évidemment la relation :