CHAPITRE XVII

GÉNÉRALITÉS SUR LES APPAREILS RÉCEPTEURS PROPRES A UTILISER LA FORCE IMOTRICE DE LA VAPEUR D*EAU

(581) Dans un premier aperçu théorique, on a supposé que Ton avait un générateur rempli d'un liquide quelconque et de sa vapeur, entretenu à une température, et par conséquent à une pression déterminées. Ce générateur était mis en relation avec une capacité dont les parois, ou une partie des parois cédaient sous la pression de la vapeur qui se développait dans le générateur, au fur et à mesure de son débit, sans que la température y diminuât, parce qu'une source indéfinie de chaleur lui restituait incessamment celle que la vapeur entraînait avec elle.

Lorsqu*une certaine quantité de vapeur était ainsi passée du générateur dans la capacité variable, la communication avec la chaudière était fermée ; puis on laissait l'enveloppe se dilater encore, sans perte ni addition de chaleur. La vapeur se détendait en se re* froidissant, et l'on poussait la détente jusqu'à ce que la température abaissée devint celle d'un réfrigérant avec lequel on mettait alors l'enveloppe en relation.

Pendant ces deux périodes d'admission à pleine pression et de détente, il se transmettait à la paroi mobile une certaine quantité de travail moteur ^ puisqu'il y avait pression exercée et espace parcouru dans le sens de cette pression.

On employait une partie de ce travail à ramener la paroi mobile vers sa position primitive. Ce retour avait lieu sans augmentation

GÊMÉRALITÊS SUR LES APPAREILS RÉCEPTEURS. Si

de pression, puisque la température ne pouvait augmenter à cause du contact avec le réfrigérant. Celait la période de la condensation; puis, lorsqu*iln'exislait plus qu'une quantité déterminée de vapeur^ le reste étant revenu à l'état liquide, on prenait ce mélange d'eau et de vapeur, et par une compression finale on liquéfiait la vapeur en ramenant la masse entière en même temps à l'état liquide et à la femporature supérieure, et on la réintroduisait ainsi dans le générateur.

Le travail utilisable était l'excès du travail moteur de l'admission et de celui de la détente sur le travail résistant de la contrepression pendant la condensation, et sur celui de la compression finale et de l'alimentation.

La figure 162, dans laquelle les abscisses représentent les volumes et les ordonnées les pressions, donne exactement, pour le cas de la vapeur d'eau, la forme du diagramme correspondant à une évolution exécutée par un poids donné de vapeur dans les conditions cidessus rappelées, la pression initiale étant supposée de six atmosphères.

Cette figure permet de trouver le travail moteur ou résistant correspondant à chacune des périodes considérées, et son aire mesure le travail théoriquement disponible pour un usage industriel quelconque, qui résulte de la somme algébrique de ces travaux partiels.

Ce travail utile est produit sans qu'il y ait aucune déperdition de liquide ; car l'eau sortie de la chaudière à l'état de vapeur, y fait retour à la même température à l'étal liquide. Mais s'il n'y a pas dépense d'eau, il y a dépense de chaleur, puisque la chaleur latente totale de vaporisation (la quantité r du n° 508) a disparu dans l'évolution complète que nous considérons.

C'est à cette quantité de chaleur, ainsi qu'à l'abaissement de température subie par la vapeur passant du générateur au condenseur, qu'est proportionnel le travail utile obtenu. On a ainsi pour

un kilogramme de vapeur T^ = 425 x r x *]7 *, en désignant

par r le nombre des calories fournies par la chaudière pour la vaporisation de ce kilogramme, par t^ et t^, les températures ordi- Il 6

naires du générateur et du condenseur, et par a + ^, la température absolue du générateur.

Tel est le réstdtat théorique qui s'applique d'une manière générale à un liquide quelconque, aussi bien qu'à la vapeur d'eau.

U ne précise rien sur la nature du liquide. Un liquide différent donnerait une courbe différente de celle de la figure 162 ; les quantités r, t^^ fp pourraient varier; mais la relation ci-dessus n'en subsisterait pas moins.

Le résultat ne précise pas davantage la forme de la capacité variable et de la paroi mobile, ni les mécanismes à l'aide desquels on peut soit produire les dilatations ou contractions successives de cette capacité, soit la mettre périodiquement en communication avec le générateur ou le condenseur et l'en isoler. Enfin, ce même résultat ne tient point compte, et il n'a pas, en effet, à tenir compte de la pression du milieu ambiant.

(582) De cette conception purement idéale, il nous a fallu revenir à l'application.

D'abord, au point de vue du liquide à .employer, nous avons vu que Teau, malgré certaines imperfections, était, jusqu'à présent, celui qui méritait la préférence; que ses imperfections consistaient principalement, d'une part, en ce que sa pression, très<rapidement croissante avec la température, ne permettait pas de pousser aussi loin qu'il eût été désirable la température du générateur, d'autre part, en ce que sa pression, très-réduite en approchant de la température à laquelle on opère la condensation, lui fait occuper un volume excessif qui ne permet pas, sans être obligé de donner des dimensions exagérées aux machines, et sans perdre beaucoup par les frottements, de pousser très-loin l'action de la détente. Nous avons vu, en second lieu, du moins pour les machines à mouvement continu, que la détente est limitée d'ailleurs par une auU^e considération, qui est d'obtenir le maximum de travail disponible, non pas sur le récepteur même, mais à l'extrémité de ce récepteur, et que cette considération conduit à ce résultat que la pression finale de la détente doit faire équilibre, non pas à la contre-pression du condenseur, mais à cette contre-pression augmentée de toutes

les résistances passives depuis le récepteur proprement dit jusqu'à Varbre du volant exclusivement.

Nous avons vu enfin que l'enveloppe ne pouvant pas convenablement être portée tantôt à la température de la chaudière, tantôt à celle du condenseur, la condensation devait se faire dans un milieu séparé, pouvant, à volonté, communiquer avec l'intérieur de l'enveloppe ou en être isolé ; de telle sorte qu'habituellement la période de compression finale était supprimée et la contre-pression du condenseur maintenue, pendant tout le retour de la paroi mobile à sa position primitive. L'excès du travail moteur, ainsi obtenu par l'augmentation de l'air du diagramme théorique, est d^ailleurs compensé, et au delà, d'un côté par le travail de la pompe du condenseur et de la pompe d'alimentation, de l'autre, et surtout, par la chaleur employée pour réchauffer l'eau apr's son introduction dans la chaudière.

11 y a donc, par celte suppression de la compression finale, augmentation de la force de la machine, ou du travail disponible par coup de piston; mais la dépense delà chaleur cvoMplus rapidement que ce travail disponible^ et la chaleur est en définitive moins bien utilisée. ^

11 en sera ainsi d'une combinaison quelconque, dans la(|uelle, en reslant entre les mêmes limites de température, on dérogera, pour un motif quel qu'il soit, aux conditions précises du cycle de Carnot.

En résumé, dans ce qui va suivre, nous allons supposer qu'il s'agit de l'emploi de la vapeur d'eau, et que cet emploi a lieu sous une pression initiale qui n'atteint pas le maximum de 12 atmo-

sphi'îres, avec une détente qui ne dépasse pas habituellement j^ en

volume, et qui est souvent moins étendue, tantôt sans condensation, tantôt avec une condensation opérée à une température voisine de 40*; enfin avec un système spécial de pompes pour vider le condenseur et pour alimenter la chaudière.

(583) Ces généralités rappelées, nous avons actuellement à examiner, également en termes généraux, les divers mécanismes à l'aide desquels peut être réalisé l'emploi de la vapeur d'enu^

D'abord quant à la capacité dilatable, à l'intérieur de laquelle vient agir la pression de la vapeur, à mesure que celte vapeur est engendrée dans la chaudière, cet organe est, le plus souvent, mais non obligatoirementy un cylindre alésé dans lequel peut se mouvoir un piston étanche. L'espace est censé nul sur une des faces du piston, quand celui-ci est à l'une des extrémités du cylindre; le même espace est à son maximum quand le piston est à lautre extrémité. Cet espace maximu m est donc égal au volume engendré par la course du piston^ c'est-à-dire au volume d'un cylindre ayant pour base la section droite et pour hauleur la course du piston ; plus rigoureusement, il est égal au volume total du cylindre, diminué du volume du piston et du très-petit vide qui existe léellement à la fin de la course entre le piston et le Tond du cylindre contre le(|uel il est sensé en contact.

Le cylindre et son piston existent dans la plupart des marliines à vapeur, et constituent l'appareil récepteur proprement dit. On les nomme le cylindre et le piston à vapeur^ ou moteur. L'appareil peut être à simple effet, ou à double effet. Le premier cas a lieu lorsque la vapeur n'agit sur le piston que dans un seul sens, pour surmonter une résistance qui ramène le piston en arrière pendant réchappement; dans le second cas, la vapeur agit successivement sur les deux faces pour produire le mouvement alternatif, et tandis que sa pression s'exerce sur une des faces du piston, léchappement se fait sur l'autre (voir les n*"* 400 et 4lOf ).

De même que la forme cylindrique n'est point obligatoire pour le récepteur, on reconnaît qu'après l'avoir adoptée, on est encore le maître de prendre à volonté les éléments qui définissent cette forme, c est-à-dire le rayon r de la base et la course H du piston.

Il en résulle un volume %r*lL

Si la vapeur est admise seulement pendant la fraction - de la

course, on dépense par coup simple de piston un volume de vapeur égal à - irt^H.

Si l'on donne n coups de piston simples par minute, le volume de vapeur dépense par seconde sera ^. - -îrr*!!.

GËNËRALITÉS SUR LES APPAItEILS RËGECTEL'PS. 85

Si ce volume de vapeur fonctionne dans des conditions entièrement définies quant à la pression initiale, quant à la détente (qui

sera mesurée au volume par la quantité - ], et quant à la contre-

pression, qui sera ou la pression du condenseur ou celle de l'atmosphère, on pourra calculer, avec ces données, le travail de celte vapeur, et le produit divisé par 75 donnera la force brute de la machine en chevaux. Réciproquement, si l'on se donne cette force brute, ou la force théorique en chevaux, on arrivera à déterminer quel est le volume de vapeur qu'il faut dépenser dans des conditions d'emploi

déterminées, et ce volume égalé à l'expression ci-dessus ^ - i:r*H,

dans laquelle la quantité ^ sera seule donnée, ne pourra suffire pour déterminer les trois quantités inconnues n, r et H. Deux d'entre elles pourront donc être prises arbitrairement, ou en vue de quelque condition secondaire à remplir, et la troisième s'en déduira.

On conclut de ce qui précède, qu'en principe on n a aucune donnée, même par aperçu^ sur la force d'une machine que l'on observe à l'état de repos, en mesurant exactement le diamètre et la course du piston. Il faut encore savoir quelle est sa vitesse de marche, ou comlùen elle donne de coups de piston dans un temps déterminé, afin de connaître quel est le volume engendré par l'ensemble des excursions du piston ; il faut, de plus, préciser quel est le degré de détente, c'est-à-dire à quelle fraction de la course du piston on arrête l'admission de la vapeur. Â ces données il ne suffirait pas d'ajouter rindication de la pression dans la chaudière; car il peut y avoir une chute de pression quelconque produite par la soupape à gnrge. 11 faut savoir quelle est cette chute, ou, mieux encore, connaître, en même temps que le volume dépensé dans le cylindre, le poids vaporisé dans la chaudière, afin d'en déduire le poids ou le volume spécifique, et par suite la pression réelle dans le cylindre. Tous ces éléments, sans exception^ sont nécessaires; l'ignorance d'un 8eu/ empêchant de résoudre rationnellement la question de la force de la machine.

On remarquera qu'à mesure que le nombre des coups de piston par minute augmente, le volume du cylindre peut varier en sens

8i> COURS DE MACHIKES.

inverse, et par conséquent la machine devient de moins en moins encombrante.

On remarquera encore qu'avec un nombre donné de coups de piston et une valeur constante de (x, le produit r'H doit être constant, ce qui permet de faire varier la section du piston et sa course en sens inverse l'une de l'autre, et de les approprier aux diverses circonstances d'emploi. Ainsi, par exemple, on pourra, dans une machine à simple effet, donner au piston le diamètre voulu pour que la pression initiale soit supérieure, dans une proportion donnée, à la résistance principale qui doit être surmontée. Ainsi encore, remarquant que dans une machine à double effet qui fait n tours, ou qui donne 2n coups simples de piston par minute, le piston parcourt, dans cet intervalle de temps, l'espace 2nH, ou

que sa vitesse linéaire moyenne est -^, on voit que si l'on veut

imprimer une grande vitesse de rotation, sans dépasser une limite donnée pour la vitesse linéaire du piston, il faut Tiire varier H en raison inverse, et par conséquent r* en raison directe de la quan* tité n.

Tel est. par exemple, le motif pour lequel des machines de bateau qui devront commander sans engrenage une hélice à grande vitesse, recevront des cylindres beaucoup plus gros et beaucoup plus courts, pour une même force et une mémo pression, que des machines destinées à actionner directement des bobines d'extraction dont la vitesse doit être au contraire assez limitée, etc., etc.

Indépendamment des considérations d'emploi industriel qui pourront faire varier, comme nous venons d'en donner un exemple, les proportions d'un cylindre à vapeur, on pourrait chercher à réaliser une condition d'un ordre très-secondaire sans doute, mais qui n'est cependant pas entièrement dénuée d'intérêt : c'est celle d'obtenir, pour un volume donné du cylindre moteur, le minimum de surface de rayonnement.

C'est une question qui se résout immédiatement, en posant, d'une part, icr"H = const., et, d'autre part. SicrH -H 2icr* == minimum pour une machine à double effet, ou 2irrH -4- i;r* = minimum pour une machine à simple effet.

On déduit de la première relation :

dr r

Dans le premier cas, cette égalité doit se combiner avec la relation

(Il + 2r) dz + rdH = 0, qui donne ^ = - ^-^^

et l'on en déduit

Dans le deuxième cas, la relation à écrire est d'où l'on déduit

Ainsi la hauteur devrait être, dans le premier cas, égale au diamètre^ et, dans le second, égaie au rayon du piston.

Ces hauteurs, sur lesquelles il faudrait encore prendre l'épaisseur du piston, pour obtenir la course, peuvent être considérées comme étant en général beaucoup trop faibles. Elles donnent trop d'importance à l'espace nuisible, et ne permettraient pas de donner aux lumières d'admission ou d'échappement des hauteurs suffisantes.

On conclut seulement do ces résultats du calcul qu'il ne faut point inutilement réduire la section et augmenter la course.

Habituellement cette course varie de une fois à deux fois et demie le diamètre. Exceptionnellement, elle est inférieure au diamètre^ lorsqu'on veut, comme sur les bateaux à vapeur, par exemple, restreindre beaucoup le développement longitudinal de la machine, ou augmenter la vitesse de l'arbre principal.

(584) Après l'appareil récepteur propiement dit, il faut consi-

dérer la combinaison cinématique par laquelle le mouvement rectiligne alternatif du piston est transmis au point où finit l'appareil moteur, et où commencent les transmissions propres à l'appareil industriel, ou aux opérateurs que la machine a pour but d'actionner.

Dans une machine à simple effet, et quelquefois aussi dans des machines à double effet, le mouvement à transmettre est un mouvement rectiligne alternntif de même nature que celui du piston.

Dans la machine de rotation qui est généralement, mais non pas obligatoirement, à double effet, le mouvement à produire est le plus ordinairement la rotation continue d'un arbre muni d'un volant, sur lequel on prend, avec des courroies ou des engrenages, les commandes nécessaires pour faire mouvoir d'autres arbres appartenant à l'opérateur.

Ces transmissions et tranformations de mouvement ne présentent plus aujourd'hui aucune difficulté aux constructeurs, et la question peut être résolue par divers artifices que tous les mécaniciens connaissent et dont l'usage est devenu en quelque sorte banal.

Mais il était loin d'en être ainsi à l'époque de linvention des machines à vapeur, et l'étude de ces transformations de mouvement a préoccupé alors les plus célèbres ingénieurs.

Les premières machines à vapeur de Watt qui succédèrent aux machines primitives deNewcommen, ou machines atmosphériques, étaient à simple effet et actionnaient des pompes de mines ; la vapeur y agissait pour faire descendre le piston, dont la lige était attachée par une chaîne à l'extrémité d'un balancier terminé par un secteur circulaire. Une disposition analogue existait à l'autre bout du balancier pour recevoir la tige des pompes. Le piston moteur remontait cette dernière tige, qui, à son tour, pendant la période d'équilibre, ramenait le piston au haut de sa course.

Ultérieurement le système des chatnes et des secteurs a été remplacé, du côté du piston moteur par le parallélogramme de Watt, dont nous allons parler, et, du côté des pompes^ soit par un autre parallélogramme, soit, plus souvent, par l'attache direcfe de la tige à Textrémité du balancier.

Les deux bras de celui-ci ont été faits égaux ou inégaux, suivant

le rapport que l'on voulait obtenir enire la course du piston à vapeur el celle des pistons des pompes.

Ce système est celui qui prévaut encore aujourd'hui, pour les pompes de mines, en Angleterre où il a pris naissance et où il a été successivement perfectionné par les plus habiles ingénieurs.

A la condition de donner aux pompes la même course qu'au piston à vapeur, il peut être beaucoup simplifié, en attelant directement la tige des pompes à celle du piston qui traverse alors, non plus le couvercle supérieur, mais le fond du cylindre.

C'est la combinaison formant la machine dite à traction directe^ qui prévaut sur le continent. Elle a sur la machine à balancier Tavantage évident de la 8implicité,et en ne nous occupant ici que du point de vue mécanique, elle doit être considérée comme méritant la préférence (Voir cours d'exploitation n* 530.).

Cette même combinaison s'applique, non-seulement aux pompes, mais encore à tous les appareils auxquels convient un mouvement rectilignc alternatif, avec effort exercé dans un seul sens, par exemple aux appareils connus sous le nom de marteaux-pilons.

Aussi est-elle souvent désignée sous le nom de machine à pilon.

Enfin on remarquera que les systèmes soit du balancier, soit de la traction directe s'appliquent également aux machines à double effet devant imprimer à l'opérateur un mouvement rectiligne alternatif, avec effort dans l'un et dans l'autre sens.

(585) Quant à la transmission dans les machines à double effet et de rotation, elle a été résolue pour la première fois par Watt de la manière la plus satisfaisante, à l'aide du mécanisme formé d'un balancier, qui, d'un côté, est relié à la tige du piston par l'intermédiaire du parallélogramme articulé^ ou parallélogramme de Watt^ et qui, de l'autre, porte une bielle dont l'autre extrémité est attelée au bouton d'une manivelle calée au bout de l'arbre du volant, ou formée par un coude de cet arbre.

L'objet du parallélogramme est de permettre à la tige du piston de conserver son mouvement rectiligne. tout en agissant sur l'extrémité du balancier, dont le mouvement est essentiellement circulaire.

A cet effet, la liaison entre la tige du piston et le bout du balancier, au lieu d'être directe» est effectuée à Taide d'un levier AG articulé à ses deux extrémités (voir flg. 1G8). Le point A décrit nécessairement un arc de cercle ; le point C peut se mouvoir en ligne droite, et la question est de Vy obliger. On y parvient, en prenant sur Taxe du balancier une longueur AB quelconque et achevant de construire le parallélogramme ABGD articulé à ses quatre angles. Dans ce parallélogramme, le point B décrit par construction, comme le point A, un arc de cercle. On veut que le point C décrive en même temps une ligne droite donnée ; par conséquent le mouvement du point D est parfaitemeot déterminé, et son lien géométrique peut être facilement construit par points, en traçant les positions correspondantes du balancier et du point C.

Supposons-le construit en effet : on reconnaît que si le balancier est assez long, relativement à la course du piston, pour que l'amplitude de ses oscillations corresponde à un angle au centre assez peu ouvert (de Sô"" au plus), ce lien géométrique affecte une forme simple, et peut être remplacé sensiblement par un arc de cercle dont on peut graphiquement, en se donnant trois de ses points, trouver le centre et le rayon. Ce résultat obtenu, et 0' étant le centre de cet arc, on reliera le point D à ce centre par un levier, ou bras de rappel, égal en longueur au rayon trouvé.

Dès lors le mouvement du point D est obligatoire, comme ceux des points A et B, et le mouvement du point C s'en trouve, û son tour, déterminé.

Si l'on construit le lien géométrique du point C dans toute l'étendue que permettent les liaisons géométriques du système, on trouve une courbe allongée en forme de 8, présentant une longue inflexion très-peu différente d'une ligne droite ; c'est cette partie de la courbe qui est décrite pendant l'oscillation du balancier limitée par l'amplitude de la course assignée au piston.

Telle est la théorie générale du parallélogramme articulé. On voit qu'au point de vue géométrique elle n'est pas irréprochable ; car la solution n'est qu'approchée. Mais l'expérience montre qu elle est très-satisfaisante, et que, moyennant des proportions convenables, les très-petites déviations du tracé sont facilement rache-

tées par suite de la rigidité imparfaite des pièces du mécanisme.

Habituellemement, ainsi que Tindique d'ailleurs la figure 168, la position moyenne du balancier est horizontale, ou la corde de l'arc décrit par son extrémité est verticale. Le piston se meut verticalement, et Taxe de sa tige passe par le point f milieu de la flèche de l'arc.

Enfin les côtés AU et CD dont la longueur est théoriquement arbitraire sont pris assez ordinairement égaux à la moitié des demi* longueurs ÂO du balancier.

Dans ces conditions particulières de tracé il est facile de voir :

l"" Que la course du piston est égale à la corde de l'arc décrit par le balancier, attendu que la figure A'C'C'A" est un parallélogramme ;

2" Que le lien AC, en prenant les diverses positions A'C, AC, A''C'', oscille de part et d'autre de la verticale, d'une quantité angulaire égale d autant plus petite d*ailleurs que ce lien est plus long, l'amplitude des oscillations atteignant à son maximum aux deux extrémités et au milieu de la course du piston, ou, ce qui est la même chose, aux deux extrémités et au milieu des oscillations du balancier;

3* Que les deux positions extrêmes du point D, (D' et D'') se trouvent sur une même verticale tangente à l'arc décrit par le point B, et à une distance l'une de Tautre égale à la corde de cet arc, et que sa position moyenne est à égale distance des positions extrêmes ; d'où il suit que le centre 0' se trouve quelque part sur l'horizonlale du point G au milieu de sa course ;

4** Enfin que dans l'hypothèse OB = ^ OA, la position moyenne

du point D est sur le prolongement de la corde de Tare décrit par le point B, et qu'ainsi les deux points D et B décrivent des arcs de même corde el de même flèche, et par conséquent aussi de même rayon; d'où il suit que le centre 0' coïncide avec la position moyenne du point G, ou du moins qu'il se confond avec lui en projection sur le plan vertical dans lequel s'exécute le mouvement d'oscillation du balancier, ou encore que le point O est à la fois en projection sur Thorizontale du point G pris au milieu de sa course et sur Taxe de la tige du piston.

n COURS DE MACHINES.

On remarquera que cette position particulière est due & la relation

\ 0B=^ AO, condition souvent remplie, mais nullement obligatoire.

11 est facile de voir comment se déplacerait le point (V si la relation cidessus ne subsistait pas, les autres conditions indiquées restant d'ailleurs remplies. D^abord, la corde de Tare du point D reste toujours verticale et égale à celle de l'arc du point B, et par suite le point 0' reste sur la même ligne horizontale. En outre, la flèche du premier arc (que nous désignerons pour abréger par la flèche D) est égale, d'après la construction, à la différence des flèches A et B. Ces dernières sont proportionnelles aux rayons OA et OB, et c'est porce que nous avons OA=20B que la flèche D est égale à la flèche B, et que les arcs B et D ayant même corde et même flèche, ont

aussi le même rayon. Mais si nous avons OA ^ 20B, la flèche D

est plus grande ou plus petite que la flèche B, et le rayon correspondant est plus petit ou plus grand que dans le cas où OA=20B. Ainsi le point 0' sera, sur la figure, à droite de la lige au piston, ou à gauche^ selon que le côté AB du balancier sera plus grand ou plus petit que la demi-longueur OA.

Telles sont les considérations géométriques, qui suffisent pour s'expliquer complètement le jeu du parallélogramme ordinaire et la position du centre du bras de rappel O'D.

(586) On doit remarquer que le point C une fois assujetti à se mouvoir sensiblement en ligne droite, on peut trouver sur le parallélogramme un second point jouissant , au même degrés de la même propriété.

En traçant du point 0 au point C une ligne droite, elle coupe la côte BD en un point C^ qui est constant et dont la position est déterminée par l'é?ft'^îté'rT^=5YT = 7v7r. Le point 0 est donc un centre

de similitude, par rapport aux lieux géométriques que décrivent les points G et Cj ; si donc le premier décrit une ligne droite d'une certaine longueur, le second en décrira une autre parallèle d'une longueur différente, le rapport de ces deux longueurs étant égal

au rapport de siaiililude ci-dessus. On pourra donc au point G^ établir l'articulation d'une tige, autre que celle du piston moteur, à laquelle on voudra assurer un mouvement aussi recHligne que celui de cette dernière.

On peut étendre cette remarque à autant de points nlatériels que l'on voudra sur la ligne OC ou sur son prolongement, pourvu que, le point une fois choisi, on l'établisse sur un levier articulé en un point du balancier et assujetti à rester parallèle au lien AC du parallélogramme.

Tels sont les points C, et C, de la figure 169 où nous supposons le balancier placé dans sa position moyenne.

Si, sur cette figure, on trace la ligne OD, cette ligne coupera les leviers B^C, et B,Cg prolongés, en des points D^ et D„ qui, par une raison de similitude, jouiront par rapport au point D de la même propriété que les points G, G, par rapport au point G.

Si donc le point D décrit un arc de cercle dont le centre est en un point tel que 0', sur Thorizontale, passant par le point D, les points D^ et D, décriront des arcs semblables et semblublement placés par rapport au point 0, et dont les centres seront, par conséquent, à la rencontre de 00' avec les horizontales des points D^ et D,.

Cela posé, on comprend que le parallélogramme sera guidé aussi bien, en assujettissant un des points D^ ou D, à décrire son arc de cercle, qu'en y assujettissant le point D. Le bras de rappel O'D peut donc être supprimé et remplacé par un autre bras O'^D^ ou 0',D,.

Cette suppression et ce remplacement seront réalisés, lorsqu'on y trouvera quelque commodité, pour consîruire matériellement le point fixe auquel on attachera le bras de rappel.

Cette possibilité de déplacer ce point fixe, jointe à celle de modifier arbitrairement les longueurs AB et AC, fait que le mécanisme du parallélogramme prend des aspects variés, sous lesquels on peut d'abord le méconnaître, mais qui ont toujours pour point de départ la théorie exposée dans le numéro précédent.

(587) La transmission de mouvement de la tige du piston à une extrémité du balancier une fois établie, on place à son autre exlrémité la tige articulée, où bielle, qui doit commander la manivelle à

01 COUIlS DE MACHINES.

l'aide de laquelle l'arbre du volant reçoit son mouvement de rotation.

L'arbre du volant est nécessairement placé perpendiculairement au plan d'oscillation du balancier, et habituellement sur le prolongement de la corde verticale de l'arc décrit par l'articulation de la bielle (/î^. 170).

Dans ces conditions, le rayon de la manivelle est égal à la moitié de celle corde, ou, si les deux bras du balancier sont égaux, à la moitié de la course du piston. L'axe de la bielle et le rayon de la manivelle sont en ligne droite, ou bien on est aux points morts, quand le piston est aux extrémités de sa course. Ces points sont ainsi désignés parce qu'ils correspondent à des positions où reflbrt de la bielle ne pourrait déterminer le mouvement de rotation du volant, qui persiste en vertu de la vitesse acquise, ou, plus explicitement, en verlu de la force vive que possède le système animé d'un mouvement de rotation, et spécialement, dans ce système, la jante du volant. Le piston est au milieu de sa course en même temps que le balancier, et par suite de la petite obliquité de la bielle, l'arc décrit par le volant, pendant que le piston est en dessous de son point milieu, est un peu plus grand que Tare décrit pendant qu'il est en dessus de ce même point; d'où il suit que si le volant tourne uniformément, le piston marche un peu plus vite dans la moitié supérieure de son excursion que dans la moitié inférieure, ce qui n'a d'ailleurs aucun inconvénient. Les diverses conditions géométriques ci-dessus énumérées, sauf la première relative à la direction de l'axe de l'arbre du volant, n'ont point de caractère nécessaire. On peut s'en écarter et on s'en écarte quelquefois, et les conséquences que nous venons d'en tirer sont ainsi plus ou moins modifiées.

Ainsi, par exemple, les deux bras du balancier peuvent ne pas être égaux, et la course du piston n'est plus double du rayon de la manivelle.

Ainsi encore, les deux bras du balancier peuvent ne pas être sur le prolongement Tun de l'autre, mais former un coude plus ou moins marqué comme un renvoi de sonnette ; la bielle peut ne pas être exactement, dans sa position moyenne, sur le prolongement de la corde de l'arc décrit par son point d'attache sur le balancier, etc.

Ces variantes sont motivées par quelque circonstance accessoire^

spécialement par les dispositions locales ; mais elles ne changent rien d'essentiel au système. On pourrait en étudier les effets analytiquement ; mais on si; jetterait ainsi dans des calculs plus ou moins compliques qui n'auraient aucun intérêt. Il est plus simple et plus pratique, et parfaitement suffisant, de faire ces études graphiquement, à Taide d'épurés sur une grande échelle.

(588) Les proportions ordinaires du mécanisme ci-dessus s'établissent en général comme suit :

En désignant par H la course du piston, R, le rayon de la manivelle, et L la longueur du demi-balancier, on a d'abord la relation H = 2R.

Ensuite la condition que Tamplitude de Toscillation du balancier soit au plus de 36"^, ou que la course du piston soit au plus égale au côté du décagone inscrit dans le cercle de rayon L, nous donne

H<2(— 1-+-\/5), ou bien g >— i r-» ou enfin L> 1,62H

et à la limite L = 1,62 H.

La bielle a une longueur L' comprise entre 5 fois et 5 à 6 fois le

rayon de la manivelle, ou une fois et demi à 3 fois la course du pis-

ton, soit au moins L':=3R:= ^ H = ^ t-^ = 0,93 L et au plus

Le côté du parallélogramme, dans le sens de la longueur du balancier, est généralement égal à la moitié ou aux | de la quantité L. Quant à l'autre côté il est arbitraire ; mais plus il est long, moins a d'amplitude l'oscillation des chapes autours de leurs tourillons. La même observation conduit à augmenter la longueur du balancier et celle de la bielle, et par conséquent, en termes généraux, à donner de Vampleur à tout le système.

Cetle ampleur coniribue essentiellement à donner de la douceur aux mouvements, et à diminuer, pour un diamètre donné des tourillons, en rapport avec les efforts auxquels ces pièces sont soumises, le travail des frottements.

La machine occupera donc dans le plan du balancier un grand espace, tant dans le sens horizontal que dans le sens vertical. Plus

96 COURS DE UAGHINES.

cet espace sera étendu, plus le mouvement de la machine aura de douceur.

Ce grand développement de l'appareil peut, dans certains cas, n'être pas sans inconvénient, et il se complique par la nécessité où Ton se trouve de se procurer, pour les tourillons du balancier, un point d'appui élevé et très-solide. Ces tourillons supportent en effet, dans les grandes machines en mouvement, des efforts variables dun instant à l'autre, mais qui atteignent parfois, surtoutpendan^ la course descendante du piston, de très-grandes valeurs. Si Ton néglige les effets de l'inertie, ce qui est permis dans des machines qui vont lentement, et si Ton calcule la charge comme à l'état statique, elle est, avec un balancier à bras égaux, égale au poids même du balancier et de son attirail, augmenté de deux fois la pression de la vapeur sur le piston.

(589) Ce point d'appui élevé est ordinairement établi, dans les machines fixes, à l'aide d'un entablement porté sur des colonnes en fonte, ou à l'aide de deux forts sommiers jumeaux encastrés aux deux bouts dans les murs de la chambre de la machine, ou enfin, au sommet de deux bâtis triangulaires convenablement entretoisès.

Les figures 1 72 et t l^bis donnent dos exemples de ces dispositions.

On est arrivé, dans certains bateaux à vapeur, à modifier les dispositifs ci-dessus d'une manière satisfaisante, qui conserve les avantages de douceur qu'ils présentent, tout en réduisant Vencombrement qu'ils occasionnent, en évitant la construction d'un support élevé, ainsi que l'instabilitéqui résulterait, pour le navire, du poids considérable du balancier porté ù la hauteur de ce support.

A ret effet, ce support a été reporté à fond de cale, à la hauteur à peu près du fond du cylindre, et en contre-bas par conséquent de l'arbre des roues à pales. Il a fallu, pour cela, dédoubler en quelque sorte le balancier, en le composant de deux flasques parallèles convenablement entretoisées, comprenant entre elles le cylindre à vapeur. La lige du piston a reçu une grande traverse en forme de T, aux deux extrémités de laquelle s'articulent deux bielles pendantes qui viennent se relier par leurs autres extrémités aux flasques du balancier. Ces bielles jouent ici le rôle de l'un des côtés d'un paraU

lélogramme de Watt. Elles sont analogues au côté AC du parallélogramme ordinaire (fig. 168) ou, plus exactement, du côté AC de la figure 169, dans laquelle, après avoir augmenté la longueur de ce côté, on a supprimé les côtés matériels BD et CD en leur substituant B^D^ et àO^ et obligeant le sommet D^ de ce nouveau parallélogramme à tourner autour du point (Y^. (Voir les figures 169 et 171 où les points qui se correspondent géométriquement sont représentés par les mêmes lettres.)

A Tautre extrémité du balancier a été fixée une bielle disposée comme à l'ordinaire, sauf qu'elle est dirigée de bas en haut, et quau lieu d'être attelée à un bouton de manivelle elle agit sur un coude de l'arbre des roues à aubes établi à peu près à la hauteur du pont du navire.

Cette disposition des balanciers a été longtemps en faveur dans la marine, soit comme il est indiqué sur la figure 173, soit avec la modification de la figure 174. Cette dernière variante place l'arbre au-dessus du cylindre, oppose directement l'un à l'autre l'effort de la tige et celui de la bielle qui commande la manivelle, et réduit ainsi beaucoup l'importance du balancier, dont le rôle n'est plus que de guider le mouvement, et non de servir d'intermédiaire pour la force à transmettre du piston à la manivelle.

Ces deux systèmes ont été d'un emploi à peu près général il y a une trentaine d'années, et ils existent encore sur un certain nombre de bateaux à vapeur.

A toutes les propriétés du parallélogramme de Watt, ils réunissent les avantages spéciaux d'emplacement et de répartition de charges qui viennent d'être indiquées.

(590) Le mécanisme de Watt peut être considéré dans ses deux parties distinctes : d'une part le parallélogramme articulé^iim assure la verticalité de la tige du piston, dans toutes les machines à balancier, aussi bien dans celles à simple effet que dans celle à double effet, d'autre part le mécanisme de la bielle et de la manivelle dont l'objet essentiel est de faire tourner l'arbre du volant, sur lequel se prend ordinairement la commande des opérateurs.

Mais ce mécanisme remplit, subsidiairement^ un autre rôle, celui

08 COURS DE MACHINBS.

de limiter d'une manière invariable les eicursions du pisfon. Celte dernière pièce, en effet, est nécessairement arrêtée, lorsque la manivelle est à l'un de ses points morts. Puis, quand ces points morts ont été franchis, en vertu de la vitesse acquise par les pièces tournantes et notamment par la jante du volant, le pislon reprend graduellement sa vitesse en sens contraire de celle qui vient de s'éteindre.

Dans les machines où l'on n'a que des pièces animées d'un mouvement rectiligne allernatif, ce moyen de limitation n'existe pas, et les conditions d'emploi de la vapeur sur chacune des faces du piston doivent être réglées par tâtonnement, en raison des résistances à vaincre pendant l'eicursion correspondan(e, de manière que le piston et ternies les pièces qui oscillent avec lui se ralentissent vers la fin de la course et arrivent au point mort avec une force vive nulle. Cela demande une machine parfaitement réglée, et le moindre dérangement peut faire soit que la course utile du piston ne s'achève pas, soit au contraire que le piston ait tendance à venir frapper plus ou moins fortement contre les fonds de son cylindre. La première circonstance n'a que l'inconvénient de ne pas obtenir d'un coup de piston tout l'effet qu'on peut en attendre ; mais on doit prévenir la seconde qui pourrait avoir les plus graves conséquences, en établissant , sur le balancier ou sur les tiges oscillantes , des pièces disposées pour venir, à la fin de la course, en contact avec des heurtoirs fixes, qui entreraient immédiatement en jeu si le pis'^ ton conservait encore une vitesse sensible. Malgré cette précaution il n'en faut pas moins réserver dans ces machines un espace nuisible plus grand que dans les machines de rotation, et cette condition d'arriver, à la fin de la course, sans vitesse ou presque sans vitesse, ne permet de faire donner aux machines qui n'ont pas le mécanisme dont nous parlons qu'un nombre fort restreint de coups de piston par minute.

On fera disparaître ces inconvénients d'un règlement délicat et d'une vitesse réduite, en appliquant, mémo aux machines dans lesquelles les opérateurs ont^ comme le récepteur^ un mouvement alternatif, l'appareil de la bielle, delà manivelle et du volant. Cette combinaison, limitant la course du piston d'une manière géométri-

quement invariable, permettra de lancer sans crainte la machine à une vitesse normale beaucoup plus grande ; et grâce à elle un défaut de règlement de la distribution n'aura d'autre inconvénient que de ralentir ou d'accélérer la vitesse de rotation de l'arbre du volant.

Telle est la combinaison que l'on pourra employer, par exemple, pour une machine soufflante, etc. (Voir le cours d'exploitation, n"* 580.)

A l'une des extrémités du balancier sera reliée, par un parallélogramme de Watt, la tige du piston moteur.

On aura, sur la longueur du balancier et à son autre extrémité, divers points d'attache qui recevront, l'un la bielle actionnant la manivelle de l'arbre du volant, les autres directement, ou, s'il y a lieu, par l'intermédiaire d'autres parallélogrammes, les tiges des pompes accessoires de la machine et celle du piston à vent.

Les avantages de cet emploi accessoire de l'arbre du volant sont assez évidents pour que l'on puisse dire qu'aujourd'hui il ne s'établit plus une machine soufflante à piston qui ne soit munie d'un volant. S'il existe en même temps un balancier, la bielle est attachée soit à son extrémité, soit à un point intermédiaire, tantôt dans une position moyenne verticale, tantôt dans la position in* clinée qui peut être nécessaire pour placer les cylindres soufflants.

Une disposition analogue pourra s'appliquer très-bien aux ma* chines à élever l'eau. A l'une des extrémités du balancier sera la tige du piston agissant par l'intermédiaire d'un parallélogramme articulé ; à l'autre extrémité la bielle, la manivelle et l'arbre du volant agissant comme simples régulateurs. Sur la longueur courante du balancier, en un point assez rapproché du centre de cette pièce pour réduire au degré voulu la vitesse de ce point, on attachera directement, ou avec un petit parallélogramme dépendant du précédent, la tige du piston de la pompe servant à élever l'eau. Celte pompe sera à double effet comme la machine, ou bien on prendra deux points d'attache symétriquement placés par rapport au centre du balancier, et Ton aura deux pompes dont chacune pourra être à simple effet et à piston plongeur, etc., etc.

/59t) Les détails qui précèdent (n""' 585 à S89) exposent la

iuO COURS DE MACHINES.

théorie et les principales propriétés du parallélogramme articulé, mécanisme des plus remarquables, porté par son illustre inventeur lui-même à son état actuel de perfection.

Ce mécanisme a joué un très-grand rôle dans les machines à vapeur de rotation, où il a été pendant longtemps presque exclusivement employé. Il n*est pas cependant sans quelques inconvénients.

On peut lui objecter, comme nous Tavons déjà dit, qu'il occupe, à la fois en hauteur et en longueur, une place importante, d'autant plus importante, en quelque sorte, qu'il est établi dans des condi* lions plus satisfaisantes.

On peut dire aussi qu'il est un peu cher à établir, à cause de la multiplicité et de Timportance individuelle des organes dont il se compose, et des frais qu'il faut faire pour se procurer, dans des conditions convenables d*emplacement et de solidité, les points d'appui des tourillons du balancier, et les points fixes autour desquels oscillent les deux leviers de rappel qui agissent sur l'angle libre du parallélogramme (angle D de la figure 168).

On peut ajouter encore qu'il ne comporte ni une très-grande vitesse linéaire du piston, ni surtout une grande vitesse de rotation de larbre du volant, à cause des forces d'inertie qui entreraient enjeu d'une manière fâcheuse dans une pièce aussi considérable que le balancier, si Ion voulait avoir une marche trop rapide. Avec son sentiment pratique exquis. Watt avait fixé à un mètre environ par seconde la vitesse moyenne du piston, et c'est encore aux environs de ce chiffre que l'on se tient aujourd'hui, un peu en dessus pour les trèsgrandes machines, un peu en dessous pour les plus petites.

En admettant qu'on ne redoute point un certain excès de dépense de premier établissement, et qu'on n'ait point de sujétion soit sous le rapport de l'emplacement, soit sous celui de la vitesse de rotation en vue de simplifier les transmissions, une machine à vapeur de rotation, munie d'un balancier établi dans de bonnes proportions, sera au moins aussi satisfaisante que toute autre, au point de vue du bon emploi delà vapeur, et supérieure peut-être^ au point de vue des résistances passives et à celui de l'entretien et de l'usure.

C'est probablement encore aujourd'hui le système à préférer, du

moins pour les machines d'une certaine importance, dans les établissements industriels où la régularité de la marche prime les autres considérations.

Cependant on doit dire qu'il ne s'en construit plus beaucoup aujourd'hui. On a étudié et créé beaucoup de variantes : les unes ont pu être sérieusement motivées, parfois même imposées, par des considérations de forme ou de grandeur d'emplacement, de grandeur ou de répartilion des masses, de prix, de vitesse de marche, etc.. Souvent aussi un constructeur s'est efforcé de créer un type nouveau pour caractériser sa fabrication. Toutes ces variantes, quelque nombreuses qu'elles soient, ne changent rien aux principes sur lesquels fonctionnent les récepteurs, et beaucoup d'entre elles constituent des changements^ plutôt que des perfectionnements ^ à la remarquable combinaison cinématique dont nous venons de nous occuper.

(5912) Quoi qu'il en soit, il est nécessaire de connaître au moins les principales de ces variantes.

Le trait qui leur est commun consiste dans l'attelage direct de la bielle à l'extrémité de la tige du piston. On place d'ailleurs l'arbre du volant de manière que son axe rencontre à angle droit le prolongement de l'axe de celte tige.

Une semblable machine est dite à connexion directe^ par opposition aux machines à balancier.

Si Ton désigne par H la course du piston, ^ le rayon de la manivelle, et |jlH la longueur de la bielle, il est facile de voir {fig. 175 à 175 ter) qu'absiraction faite du volant, le mécanisme exige pour son développement entier une longueur minima égale à H (2 + |jl), non compris la saillie de la boite à étoupes, l'épaisseur du fond et du couvercle du cylindre, celle du piston, la grosseur des articulations, et enfin un certain jeu indispensable entré les pièces fixes et mobiles.

Cette longueur peut d'ailleurs être prise en hauteur^ en plaçant le cylindre verticalement {fig, 175 et 175 6is), ou horizontalement {fig, 175 ter) dans les machines dites horizontales.

La première disposition dite souvent en docher, conduit à placer assez haut le support du volant, et elle nécessite de bonnes fondations ; mais elle a l'avantage d'occuper peu de place en plan.

On peut éviter l'inconvénient de ce support élevé, en renversant la machine bout pour bout comme il est indiqué sur la-ûgure 176. Une telle machine prend le nom de machine à pilon. Ce type est très-bien disposé pour faire mouvoir une hélice de bateau; car l'hélice est placée assez bas pour que le cylindre à vapeur ne puisse pas être établi verticalement au-dessous, et en le plaçant au-dessus on gagne de la place en projection horizontale.

On peut aussi, ce qui réduit en même temps la hauteur totale de la machine, commander l'arbre du volant à l'aide de bielles pendantes (fig. 177).

La disposition horizontale a l'inconvénient d'une certaine inégalité d'usure due à l'action de la gravité qui tend à ovaliser les cylindres. Néanmoins cet inconvénient, qui semblerait devoir s*accroitre avec la force des machines, est accepté par la pratique, même pour les plus grands appareils, tels que beaucoup d'appareils de navigation, par exemple.

Le système horizontal a un avantage important pour les na* vires de guerre. C'est de placer tout le système mécanique au-dessous de la ligne de flottaison, et par conséquent à l'abri de l'atteinte des boulets ennemis. Cet avantage compense, et au delà, pour les navires de guerre, celui qu'on vient de reconnaître aux machines à pilon.

Dans toutes les machines à connexion directe, le point d'attache de la tige du piston avec la bielle doit être assujetti à se mouvoir en ligne droite; car il tend à être dévié par l'action oblique de la bielle, action qui varie à chaque instant en grandeur et en direction.

On peut d'abord y parvenir par une disposition fondée sur le même principe que le parallélogramme de Watt. Le système consiste en deux leviers égaux réunis par un lien, au milieu duquel est articulée la tige du piston. Ces leviers ont leurs centres d'oscillation symétriquement placés de part et d'autre de la tige. Si nous supposons le cylindre vertical, les leviers sont horizontaux quand le piston est au milieu de sa course, et ils sont tellement placés que la corde de l'arc décrit par l'un d'eux (corde qui est verticale et

GÉNÉRALITÉS SUA LES APPAREILS liÉGEPTEURS. i05

égale à la course du piston) soil tangente à l'arc décrit par l'autre, ou, ce qui est la même chosCi que la verticale passant par le milieu des flèches soit la même pour les deux arcs. 11 est clair que la tige du piston sera sur cette verticale au milieu et aux deux extrémités de sa course; car les trois lignes B'D', BD, B'D' sont égales et également inclinées, et leurs milieux, tels que D, sont à égale distance des deux verticales B'B'D et BIKiy. Cette combinaison, représentée théoriquement, figure 178, revient, en définitive, à celle du parallélogramme ordinaire, dans lequel le balancier, réduit à la longueur OB, représenterait un des deux leviers ci-dessus ; l'autre levier serait l'équivalent du bras de rappel (KO de la figure 168, et le point d'attache de la tige du piston correspondrait au point C^ de cette même figure.

Ces deux leviers, qui prennent de la place, exigent l'établissement de deux points fixes à une certaine distance en dehors de la ligne d'axe de la machine (voir fig. 178 bi»). Assez habituellement ils sont remplacés par un système de glissières fixes, dans lesquelles se meuvent à frottement doux des galets, ou plus souvent des coulisseaux. L'obliquité de la bielle donne lieu à des frottements de glissement des coulisseaux dans les glissières, et à un travail de ces frottements dans lequel l'espace parcouru est égal à la course même du piston.

Il importe de diminuer l'influence de V obliquité en donnant à la bielle une longueur suffisante, Vintensité des frottements par un grand poli et un bon graissage des surfaces en contact, et enfin, Vtisure des surfaces en contact par une grande précision d'ajustement, et uii entretien très-soigné en vue de prévenir des ballottements, et par de larges empâtements qui, sans faire varier la pression totale, diminuent la pression par unité de surface, et par suite l'usure des pièces frottantes. L'emploi de ces glissières est habituel dans les machines à connexion directe, qu'elles soient à cylindre horizontal ou à cylindre vertical.

(5118) On étabUt aujourd'hui beaucoup plus de machines à connexion directe que de machines à balancier, et ces dernières sont certainement plus abandonnées qu'elles ne devaient Tétre.

La dépense plus grande de premier établissement et la place plus considérable qu'elles occupent expliquent cet abandon, mais ne le justifient pas toujours suffisamment.

Quoi qu'il en soit, en s'attachant de préférence aux machines à connexion directe, on a encore cberché à diminuer leur encombrement par divers artifices. C'est surtout dans les machines de bateaux que ces artifices ont été employés, et c'est là en effet qu'ils étaient particulièrement indiqués, d'une part, à cause de l'espace restreint dont on dispose, d'autre part, à cause de la nécessité où l'on se trouve d'employer des machines jumelles.

On peut d'abord employer le système des bielles en retour, déjà indiqué par les machines à balancier (fig. 175 et 174), et aussi pour les machines à traction directe, figure 177.

On peut encore réduire la longueur, en plaçant l 'arbre du volant (qui devient dans les bateaux l'arbre des roues à aubes ou celui de l'hélice) entre le couvercle du cylindre et le point d'attache delà tige et de la bielle (fig. 179). 11 suffit, pour cela, soit de remplacer la tige du piston, sur une partie de sa longueur, par un cadre rectangulaire dont le plan est perpendiculaire à l'aide de l'arbre qui est placé à son intérieur, soit d'avoir, comme la figure le représente, deux tiges distinctes placées excentriquement, ayant chacune leur boite à étoupe, et fixées au même bloc sur lequel Fextrémité de la bielle s'articule.

Cette disposition exige une longueur minima égale à H (2 -f (ji) comme celles de la figure 175 et 175 bis ; on ne voit donc pas tout d'abord l'avantage qu'elle peut offrir au point de vue de l'encombrement. Mais il n'en est plusde même si l'on tient compte de l'emplacement complémentaire qu'il faut pour le volant.

En outre le rapprochement entre l'arbre du volant et le cylindre facilite la solidarité parfaite qui doit exister entre les supports de ces deux pièces.

Enfin, et c'est là le motif principal, elle reporte l'arbre tournant vers le milieu de l'espace longitudinal occupé par la machine, ce qui est commode sur les bateaux où cette disposition est surtou t employée, lorsqu'il s'agit de l'arbre d'une hélice dont l'emplacement obligatoire (du moins quand cet arbre est unique) est dans l'axe du bateau.

Une autre disposition consiste à employer les machines dites à fourreau dans lesquelles la tige du piston est creuse et de grand diamètre, et la bielle est attachée non pas à f extrémité de cette tige, mais à sa naissance^ et en quelque sorte au piston lui-même (Voir fig.180).

On gagne ainsi, de même que dans le cas précédent, sur la longueur totale nécessaire à la machine, une longueur égale à la course du piston. Mais on a, dans ce système, Tinconvénient du refroidissement de la tige creuse du piston, dont la grande surface perd beaucoup de chaleur par rayonnement lorsqu'elle sort du cylindre, et produit une grande condensation lorsqu'elle y rentre. Avec une machine à fourreau, il est très-utile de réchauffer la tige dans la boite à étoupes.

(594) Enfin il existe une disposition toute particulière qui permet de supprimer la bielle, en la remplaçant par la tige du piston, laquelle, au lieu d'avoir une direction fixe dans l'espace, peut prendre, comme une bielle, différentes inclinaisons.

Cette disposition constitue le type des machines dites oscillantes

(fig. 18i.).

Le cylindre, au lieu d'être fixe, peut tourner autour de deux tourillons. Le plus souvent ces tourillons sont creux; l'un sert pour l'admission, l'autre pour l'échappement de la vapeur. La tige du piston est, comme il est nécessaire, invariable de direction relativement au* cylindre, et cette invariabilité est assurée par celle du piston et par une longue boite à étoupes que traverse la tige ; mais comme le cylindre oscille, rien n'empêche que l'extrémité de celte tige soit attachée au bouton de la manivelle et décrive ainsi une circonférence, tandis que son mouvement relativement au cylindre est un mouvement rectiligne. La longueur nécessaire à la machine se réduit ici à 2H, c'est-à-dire qu'elle est moindre que dans les combinaisons précédentes, et en somme aussi petite que possible.

Cette propriété est très-intéressante dans certains cas. Ainsi, par exemple, s'il convient à la fois deresireindre l'espace occupé en plan par la machine, et de placer l'arbre à une hauteur donnée assez réduite, on établira le cylindre oscillant directement au-dessous

106 GOUhS DE MACHINES.

de cet arbre, et il suffira, pour placer cette dernière pièce au niveau

voulu, de disposer en contre-bas d'une hauteur égale à ^ H.

Les machines oscillantes, dont les cylindres peuvent être placés dans une position moyenne horizontale, verticale ou inclinée dans un sens quelconque, ont eu, à une certaine époque, plus de vogue qu'elles n'en ont aujourd'hui. Elles se recommandent par l'avantage ci-dessus indiqué, et c'est ce qui explique et motive leur emploi assez fréquent dans les paquebots à vapeur à roues de petite dimension, où l'espace horizontal est précieux et le creux du navire assez faible.

(595) Nous verrons, en parlant des générateurs, qu'on a essayé, comme pour les machines motrices, un grand nombre de dispositions différentes, ayant pour but de satisfaire à diverses conditions accessoires, notamment à la condition d'obtenir sous la forme la plus compacte une puissance de vaporisation donnée.

A ce dernier point de vue, les chaudières tnbulairesj sur lesquelles nous aurons à revenir en détail, et qui peuvent d'ailleurs présenter de nombreuses variétés, sont la solution la plus satisfaisante.

Ces chaudières peuvent être appliquées pour fournir la vapeur à une machine quelconque. Mais il est un cas où elles s'imposent, en quelque sorte : c'est dans celui des machines, aujourd'hui trèsrépandues et qui continuent de se propager rapidement, qu'on désigne sous le nom de machines loconwbiles.

Les machines à vapeur ne sont pas seulement employées pour mettre en mouvement des établissements industriels permanents. Mais il est aussi un grand nombre de cas où, pour exécuter un travail temporaire en un point donné, on peut être conduit à employer très-utilement la force de la vapeur, de préférence à celle des moteurs animés. Citons, par exemple, dans les travaux publics, les fouilles pour fondations dans des terrains plus ou moins aquifères, ou le battage des pilotis ; dans l'industrie agricole, le battage des blés, travail qu'il peut élre opportun de faire rapidement, et qui ne se présente pour chaque fermier que tous les ans et pour une période assez courte, etc., etc.

GÈNÉHAUTÉS SUR LES APPAREILS RÉCEPTEURS. i07

On a créé des types d'appareils qui se transporlent d'un point à un autre tout montés, et qui ne demandent point d'installation spéciale pour fonctionner en un point donné. Ces appareils prennent le nom de machines locomobiles.

Mais le but qu'elles doivent remplir ne serait pas atteint, si, après qu^on les a amenées sur un point d'emploi, il fallait venir y faire une installation pour poser le générateur destiné à les alimenter. Elles devront donc le plus souvent porter avec elles leur générateur, ou plutôt c'est leur générateur qui les portera ; c'est-à-dire que ce générateur, essentiellement tubulaire^ pour obtenir, avec un minimum de poids et d'encombrement, une surface de chauffe donnée, sera disposé en forme de chariot porté sur des roues servant à le transporter, et qu'il recevra le bâti sur lequel on installera la machine destinée à être actionnée par la vapeur de ce gêné* rateur.

Cette machine devra satisfaire, pour une force donnée, aux mêmes conditions de légèreté et de volume réduit que le générateur. Elle sera donc à connexion directe, à haute pression, à détente modérée et sans condensation. La simplicité qui en résultera pour le mécanisme de la machine est d'ailleurs bien appropriée à cet appareil, appelé à fonctionner souvent dans des localités éloignées, dépourvues de ressources pour les réparations.

Cette réunion de la chaudière et de la machine en une seule masse indivisible n'est d'ailleurs pas indispensable, et l'on s'en abstiendrait s'il devait en résulter un poids d'un transport trop difficile. Rien n'empêche de les transporter séparément et de les installer individuellement, en se bornant à les réunir, au moment de l'emploi, par un simple tuyau de raccord. Les deux appareils peuvent chacun faire corps avec leur chariot, et être mis en chantier simplement en calant les roues de ce chariot, ou bien ils peuvent être enlevés de ce chariot et posés immédiatement soit sur le sol même, soit sur des chantiers disposés pour les recevoir.

Toutes ces dispositions peuvent être variées à l'infini ; ce que nous devons retenir ici, c'est la possibilité de donner aux appareils à vapeur, soit générateurs, soit récepteurs, une grande mobilité et une très-grande facilité d'installation sur un point donné; d'où résulte

108 COLRS DE MACHINES

la faculté d'employer successivement le même appareil sur des points et à des usages variés.

Cette possibilité a un grand intérêt pratique ; mais comme elle ne change rien au fond, ni aux principes sur lesquels repose l'emploi de la vapeur, ni aux dispositions essentielles des organes propres à réaliser cet emploi, nous n'avons pas à nous en occuper plus en détail dans ces généralités, et nous nous bornons simplement, à titre d'exemples, à représenter sur les figures 182 et 183 deux types, l'un avec chaudière tubulaire horizontale portée sur un chariot à roues, l'autre avec chaudière tubulaire verticale sans roues.

(596) Ce qui vient d'être dit dans les n""' 584 et suivants sur les organes de transmission de mouvement, s'applique aux machines à vapeur qui n'ont qu'un seul cylindre, ou du moins rien, dans nos raisonnements, n'a supposé qu'il y en eût plusieurs.

L'emploi des cylindres multiples, le plus souvent au nombre de deux^ ou quelquefois au nombre de trois, de quatre ou même de six, est cependant fort étendu ; il mérite d'être étudié spécialement.

On peut y distinguer deux cas :

Dans le premier, l'emploi de la vapeur se fait de la même manière dans les divers cylindres qui sont identiques; de sorte que le système fonctionne, au point de vue du travail de la vapeur, comme autant de machines simples dont les effets se superposeraient.

Dans le second cas, la vapeur arrive dans un premier cylindre; elle y agit soit exclusivement à pleine pression, soit avec un certain degré de détente; puis elle passe dans un second cylindre, généralement plus grand que le premier, ou dans plusieurs autres cylindres, où elle achève de se détendre, et de là elle s'échappe dans l'atmosphère ou vers le condenseur.

Quant au premier cas qui constitue ce qu'on appelle les machines à cylindres conjugués (qu'il ne faut pas confondre avec les machines à deux cylindres de Woolf, ou plus généralement avec ce qu'on peut désigner sous le nom de machines à cylindres accouplés ou combinés), le but qu'on se propose d'atteindre n'est point de marcher avec détente ; il est tout différent, et il convient de s'en faire une idée bien nette. Les deux ou les trois cylindres conjugués pro-

' ^'^^ GÉNÉRALITÉS SUR LbS APPAREILS RÉCEPTEURS. 100

duisent, au point de vue du travail, un effet total double ou triple de celui qu'çn obtiendrait avec un seul ; mais ce n est pas là Tobjel cherché, car il suffirait de doubler ou tripler le volume de l'un d'eux, ou d'y augmenter la vitesse du piston dans le même rapport, pour obtenir sensiblement le môme travail.

Quelquefois cependant les deux cylindres jouent effectivement le rAle d'un seul qui aurait une longueur double^ ou, en d'autres termes, on remplace un cylindre unique de grande longueur par deux cylindres de longueur moitié moindre.

Mais alors celte disposition, indiquée sur les diagrammes (fig. 184 et 184 6i«), a deux objets : l'un de pouvoir augmenter la vitesse angulaire de l'arbre pour une vitesse moyenne donnée du piston, l'aulre de pouvoir permettre une disposition symétrique de cet arbre entre les deux cylindres, disposition très-appropriée dans certains cas, par exemple, dans les bateaux à hélice. Le système comporte d'ailleurs deux variantes : l'une {fig. 184) qui consiste à atteler sur la même manivelle les deux bielles des deux demi-cylindres, et les deux pistons vont alors dans le même sens; l'autre {fig. 184 bis) qui consiste à les atteler sur deux bielles à 1 80"", et les deux pistons marchent en sens contraire. Dans les deux cas, l'emplacement Ion*

gitudinal est égal à 2 f H -f- ixH -h ^ j — H (5 -f- Sjjl) , expression dans laquelle H est la longueur de l'un des cylindres, et où, par conséquent, il faut remplacer H par -^ , si on veut la comparer à la quantité H' (2+ 1*) du n'^SOS ; on voit que Ton gagne, sur la longueur

qu'on aurait avec un seul cylindre, une longueur égale à ^ ou à H.

La seconde variante peut' sembler préférable a la première, en ce qu'elle réduit à un couple l'action des deux bielles sur l'arbre, et par là soulage les tourillons et en réduit les frottements.

Sauf ce cas particulier, le but que l'on reclierche par l'emploi des cylindres conjugués n'est pas d'obtenir pi/r^menf et simplement dans plusieurs cylindres l'effet qu'on obtiendrait d.«ns un seul qui aurait une capacité égale à la somme de leurs capacités.

Ce résultat est sans doute atteint; mais c'est en quelque sorte ac-

ilO COURS DE MACHIN tS.

cessoirement à d'aulres plus importants que nous allons indiquer. Dans le système qui mérite véritablement le nom de cylindres conjugués, on s'arrange pour que les oscillations des pistons, au lieu d'être concordantes, comme dans la disposition de la dernière figure, soient croisées, c'est-à-dire que les pistons n'arriveni pas simultanément à leurs points morts.

En principe, lorsque l'un des pistons est à son point mort, l'autre est vers le milieu de la course, et réciproquement.

Si Ton néglige la petite influence perturbalrice que peut produire l'obliquité des bielles, on reconnaît facilement que, si les deux cylindres ont leurs axes parallèles, il faut que les manivelles correspondantes soient calées à angle droit (fig. 185).

On reconnaît également que, si ces axes sont perpendiculaires, les deux bielles peuvent, au contraire, agir sur le même bouton de manivelles Ifig. 185 bis), et qu'en général la position relative des cylindres étant -connue, on pourra toujours déterminer par une épure les positions relatives des manivelles, que leurs pistons doivent commander pour satisfaire au principe posé.

Cette indépendance de position des deux cylindreâ conjugués, pourvu qu'on donne aux boutons des manivelles des positions correspondantes, est très-utilisée, lorsque la machine a des sujétions, quant à la grandeur ou quant à la forme de l'emplacement dont on peut disposer, comme c'est le cas pour les bateaux à vapeur. On peut aller les loger, en leur faisant faire un angle convenable, dans l'espace angulaire qu'offrent les flancs du bateau, notamment quand on les place à l'arrière ou près de la poupe (fig. 186).

Les cylindres conjugués ont un premier avantage dont on se rend compte facilement, sans avoir besoin de recourir au calcul : c'est qu'ils contribuent essentiellement à la régularité de la marche de la machine, attendu que le travail virtuel élémentaire qui se produit sur l'ensemble des deux pistons , pour un déplacement angulaire donné de l'arbre du volant, varie entre de moindres limites et suivant des périodes plus courtes, que s'il n'y avait qu*un seul piston.

C'est un avantage appréciable pour certaines applications qui demandent une vitesse de rotation assez régulière.

GÉNÉRALITÉS SUR LES APPAREILS HÉGEI^THIIRS. 111

Il est facile de voir entre quelles limilcs varient ces travaux virtuels, soit avec un cylindre unique, soit avec deux cylindres accouplés de manière à croiser leur mouvement à angle droit.

Dans le cas d'un cylindre unique, désignant par a l'angle variable décrit par la manivelle à partir d'un point mort, il faudra faire varier cet angle de 0^ à 180*" pour embrasser une période entière du mouvement ou une course du piston. Le travail virtuel variera comme la fonction sin a, de zéro à un, puis de un à zéro.

Avec deux cylindres, une période complète correspond à un angle décrit de 90^, et la somme des travaux virtuels sur les deux pistons varie comme la fonction sina + cosa, fonction égale à Funilé pour a=0 et a:=90'', et dont la valeur maxima s'obtient en égalant à zéro la dérivée cos a — sin a. On eu déduit tang a ^ 1 , ou a = 45^ elsina-l-cosa=v'2. »

Ainsi les variations sont de 0 à 1 dans le premier cas, et seulement de 1 à ^dans le second.

Cet avantage de la régularité inhérent à l'emploi des cylindres conjugués est encore d'un ordre secondaire, en ce sens qu'on obtiendrait le même degré de régularité avec un seul cylindre y au moyen d'un volant d'une puissance suffisante.

Le véritable avantage caractéristique, et en quelque sorte spécifique que Ton recherche dans Pemploi des cylindres conjugués, est d'obtenir des appareils pour lesquels U n'eociste pas de points morts.

C'est une propriété tout à fait intéressante pour les machines dont l'emploi comporte des arrêts et des renversements de mouvements fréquents, manœuvres qu'il importe de rendre faciles et rapides.

Au premier rang des machines de ce genre nous pouvons placer les machines d'extraction. (Voir cours d'exploitation, n"** 486 et suivants.)

On peut en dire à peu près autant des machines de bateau. Enfin il en est encore de même d'une classe de machines extrùmement nombreuse, qui se multiplie encore tous les jours, celle des machines locomotives.

U est facile de se rendre compte de l'avantage que présentent les cylindres conjugués, en examinant ce qui s passe dans une ma^

chine à un seul cylindre. Si Ton s'est arrêté précisément à l'un des points morts, ou dans une position qui en soit trop rapprochée, la machine ne peut plus se remettre d'elle-même en marche, quand on rouvre l'admission. Il faut alors se portera lajanle du volant et le faire tourner à force de bras, jusqu'à ce qu'on ait établi un angle suffisamment ouvert entre l'axe de la bielle et l'axe de la manivelle. La circonstance se présente assez fréquemment pour que, sur la jante de beaucoup de volants, on pratique une série de mortaises destinées à recevoir des leviers à Paide desquels on facilite la manœuvre.

Dans une grande machine à cylindre unique, où l'excursion du piston est assez grande et la vitesse de rotation assez faible, un habile mécanicien sait toujours arrêter sa machine en un point tel qu'elle puisse repartir seule. C'est ainsi qug dans beaucoup de localilés les machines d'extraction n'ont encore qu'un seul cylindre. C'est ainsi encore que, dans certains bateaux à vapeur à roues ayant deux machines, les cylindres de ces deux machines, au lieu d'être solidaires et conjugués, sont indépendants, et chacun d'eux fait mouvoir l'une des roues qui sert de volant pour sa machine.

Il appartient au mécanicien de régler ses deux machines de ma* nière qu'elles aient des mouvements concordants lorsqu'il s'agit de faire route en ligne droite. Lorsqu'il s'agit au contraire de faire des manœuvres, les petits inconvénients d'une moindre régularité dans la vitesse de chaque roue et de l'existence d'un point mort sur chacune des deux machines, sont très-amplement compensés par la possibilité de leur imprimer des vitesses dirférentes, ou même de les faire marcher en sens contraire. Il en résulte de très-grandes facilités de manœuvre ; on peut même, en leur donnant des vitesses égales et de sens contraire, virer sur place, sans aucune vitesse acquise.

Mais dans les machines où l'on est très-fréquemment obligé d'arrêter, de battre en arrière ou de repartir en avant, l'emploi des cylindres conjugués est entièrement indiqué, et d'autant plus qu'il s'agit de machines plus rapides, et que les changements de marche sont plus fréquents.

Considéré dans son application aux machines d'extraction, il a

été très-utile, en accroissant beaucoup leur puissance de production ; considéré dans les machines locomotives, on peut dire qu'il est indispensable, et je ne pense pas qu'il existe une seule locomotive dans laquelle il ne se trouve pas reproduit.

11 est facile de comprendre pourquoi cet emploi des cylindres conjugués, qui n'est qu'une grande convenance dans les machines d'extraction, devient, on peut le dire, une nécessité absolue dans les locomotives.

Sans entrer particulièrement dans l'examen de ces dernières machines, nous nous bornons à indiquer ici brièvement dans quelles conditions mécaniques elles sont établies et fonctionnent.

Dans la disposition de leurs générateurs, les machines locomotives sont analogues aux machines locomobiles indiquées au n^ 595.

Le système tubulaire y est encore plus imposé que dans la plupart de ces dernières, à cause de la force beaucoup plus considérable qui leur est demandée. Avec des surfaces de chauffe de plus de 100 mètres carrés, quelquefois 150 et même jusqu'à 200 mètres, et avec l'importance des machines destinées à utiliser cette énorme puissance de vaporisation, la difficulté contre laquelle luttent les constructeurs est de ne pas arrivera des machines d'un poids excessif. Dans cette vue, on emploie les chaudières tubulaires ; on marche à très-haute pression, avec une faible détente, et sans condensation ; on réduit les dimensions des cylindres et Ton compense cette réduction en donnant un très-grand nombre de coups de piston par minute ; et enfin l'on emploie pour la construction des matériaux de choix permettant de réduire autant que possible le poids des pièces.

L'emploi de deux cylindres couplés tend à un résultat en sens inverse, en ce que ces deux cylindres et tous les organes qui en dépendent, pèsent plus, et demandent en outre plus d'entretien qu'un cylindre unique d'un volume double. Aussi cet emploi, universel comme il Test, fournitôl, par lui-même, la meilleure preuve qu'il n'est pas possible de s'en passer.

Cela résulte de l'usage môme auquel la machine est destinée.

Tandis que la locomobile n'a pour caractère essentiel que sa fa-

114 COURS DE MACHniES.

cilité d'être transporté d'un lieu à un autre, pour travailler en chaque lieu comme une machine fixe ordinaire (ce qui n'impose au récepteur aucune autre sujétion que d'être d'un poids transportable), la locomotive, au contraire, ne travaille point quand elle est immobile, elle ne travaille qu'en même temps qu'elle se déplace et par sa propre force.

Il faut considérer l'essieu des roues motrices comme l'arbre du volant d'une machine fixe ordinaire, et les jantes de ces roues comme celles des poulies à la circonférence desquelles se produit le travail résistant à vaincre.

Ce travail se calcule en multipliant l'adhérence actuelle des roues motrices sur les rails par l'espace parcouru par leurs jantes sur la ' voie, espace qui est égal à celui parcouru par le train lui-même, si les roues ne patinent pas.

Cette adhérence a une limite supérieure, imposée par la condition de ne pas patiner, limite qui est égale au frottement de glissement des roues sur les rails, frottement proportionnel lui-même à la charge de ces roues. D'autre part, cette adhérence est numériquement égale, lorsque le train remorqué par la machine a pris sa vitesse normale, à la résultante de toutes les forces extérieures qui agissent sur le train (résistance à la jante des roues des wagons, résistance de l'air, action de la gravité sur le train) .

On en conclut que la puissance à développer sur les pistons est limiléc par la charge des roues motrices, et que c'est cette même charge qui limite également l'importance du train à remorquer.

Ainsi il serait inutile d'augmenter la puissance de la machine, et d'essayer d'appliquer cette puissance à un train très-important^ si la charge sur les roues motrices n'était pas proportionnée à ces deux éléments.

Sans nous étendre plus longtemps sur cette question des locomo^ tives qui sort de notre cadre, on comprend comment une machine dont les cylindres sont à course réduite, et qui, indépendamment de son propre poids, remorque un train qui est parfois de quelques centaines de tonnes^ ne peut, à cause de l'inertie, être arrêtée avec une précision telle qu'on soit certain, avec un seul piston, que ce piston pourra se remeltre en marche dès qu'on redonnera de la va-

peur. De là, la nécessité d'avoir deux cylindres conjugués, et en même temps une détente assez faible, ou au moins assez facile à réduire à volonté, pour être certain qu'on pourra repartir, en quelque position (indépendante de la volonté du mécanicien) que se soient trouvés les pistons au moment où le train s'est complètement arrêté.

(598) Les machines à cylindres conjugués sont ordinairement des machines à connexion directe ; car lorsqu'on emploie un balancier, tous les pistons liés à ce balancier arrivent en même temps à leurs points morts, ce qui est contraire à l'objet principal et essentiel qu'on se propose avec ces machines conjuguées.

11 faut donc, ou ne pas avoir de balancier, ou en avoir un pour chaque cylindre.

C'est cette dernière combinaison assez complexe qu'on employait dans le système décrit au n"" 580, lorsqu'on voulait avoir deux machines de bateau conjuguées. Le balancier excepté, les cylindres conjugués comportent, pour chacun d'eux, les diverses dispositions des figures 175 et suivantes, sous la seule condition, caractéristique du système, décroiser les mouvements des pistons.

(590) Dans le second cas des machines à cylindres multiples, les cylindres sont ordinairement inégaux, ou du moins la vapeur n'y agit point dans tous de la même manière; ils forment ainsi un ensemble complexe ^ qui n'est nullement équivalent, dans la manière dont y agit la vapeur, à ce que produirait la superposition de plusieurs machines simples.

L'objet de ces cylindres combinés est de produire de la détente.

Ce point est de la plus haute importance, et comporte quelques développements.

Si Ton se reporte aux résultats numériques résumés au n"" 522, ou au diagramme théorique de la figure 162, on reconnaît que dans le cas considéré, où l'on a épuisé l'action de la détente, le travail obtenu pendant cette période est beaucoup plus grand que le travail de la période d'admission, et qu'en fait il est le seul travail recueilli, le travail de l'admission étant compensé^ et même un peu au

delà, parle travail de la contre -pression et de la compression finale.

On doit comprendre par là quel est le rôle important de la détente dans les machines, et l'on peut poser comme règle certaine : quune mcu^hine à vapeur quelconque, qui n'emploie pas une détente assez prolongée, peut être parfaitement conçue à d'autres points de vue; mais qu'elle est nécessairement défectueuse au point de vue de la consommation du combustible.

On comprend facilement comment on réalise la détente dans le cylindre même où fonctionne la vapeur.

On marchera sans détente si on laisse affluer la vapeur pendant la course entière du piston. '

On marchera avec délente, si Ton coupe l'admission quand le piston n'a parcouru qu'une portion de sa course, et le degré de détente, estimé au volume, est approximativement marqué, en négligeant les espaces nuisibles, par le rapport du volume de vapeur admis à la capacité totale du piston, ou par le rappoit de l'espace parcouru par le piston pendant l'admission à sa course totale.

On voit ce que l'on doit entendre lorsqu'on parle d'une détente aux {, aux f , à moitié, au dixième, etc., etc.

On voit qu'elle est d'autant plus étendue qu'elle est indiquée par une fraction plus petite.

Ce procédé de détente est des plus simples. Il ne modifie en rien l'appareil récepteur en lui-même ; il faut seulement modifier l'appareil de distribution, ou au moins le fonctionnement de cet appa- 'oil ; c'est un point sur lequel nous reviendrons plus loin.

(600) 11 est facile de voir que ce système de détente, avec un seul cylindre, laisse beaucoup à désirer, surtout dans les détentes étendues , indispensables pour faire de fortes économies de combustible.

On peut lui reprocher les défauts suivants :

En premier lieu^ si Ton fait abstraction des artifices de distribution dont il sera parlé plus loin, et si l'on suppose que l'admission commune et que l'échappement finissent précisément aux points morts, la détente effectuée dans un seul cylindre ne peut pas être poussée toujours aussi loin qu'il pourrait être désirable, à cause de

Vespace nuisible. Cet espace nuisible, qui peut paraître négligeable devant la capacité entière du cylindre (dont il sera par exemple le 20"*), cesse de l'être devant le petit volume de vapeur admis à chaque cylindrée, dans le cas d'une détente étendue. Il se remplit de vapeur à chaque coup de piston ; le travail de l'admission de cette vapeur est entièrement perdu ; et elle n'agit qu'indirectement pendant la détente, en se détendant elle-même en même temps que la vapeur admise utilement, et empêchant ainsi la pression de diminuer assez rapidement.

Ainsi par exemple, si l'on détend, ou, plus exactement, si l'on est censé détendre au 20"°, on dépense en réalité deux vingtièmes dont la moitié seulement travaille par son admission, et l'on détend seulement au dixième^ et non au 20"'^

On obtient une force plus grande par coup de piston ; mais ce supplément de force, obtenu en dépensant plus de vapeur et en détendant moins^ correspond nécessairement à un supplément plus que proportionnel de consommation de charbon.

En second lieu, la pression motrice varie dans de très-larges limites pendant une excursion du piston ; car elle est égale, au commencement de la course, à l'excès de la pression initiale sur la contrepression, et à la fin, à Texcès de la pression finale sur cette même contre-pression, soit presque égale à la pression de la chaudière au premier instant, et théoriquement nulle au second.

11 en résulte d'abord que, pour un travail donné à transmettre par coup de piston, les divers organes de la machine sont exposés à des efforts très-variables, dont le maximum est supérieur à celui qui résulterait d'un effort moyen et constant produisant le même travail : de là un excès de fatigue pour toutes les pièces.

Cette grande valeur de l'effort initial produit encore une irrégularité, dont il convient de distinguer les effets dans les machines à mouvement alternatif et dans les machines pourvues de volant.

Pour les premières de ces machines, on doit comprendre que la force motrice initiale est très-supérieure à la résistance principale qui, étant habituellement uniforme, ou à peu près, pendant toute la course, doit être égale à reffort moyen de la vapeur diminué de la quantité nécessaire pour équilibrer les résistances passives. Cet

118 COURS DE MACHUfBS.

excès de force motrice tend à produire, au début de la course, un mouvement accéléré, qui met en jeu les forces d'inertie d'une manière d'autant plus marquée que les masses mises en mouvement sont moins considérables.

Il faut donc, dans ces machines à mouvements alternatifs, mettre de grandes masses en mouvement, afin d'y accumuler sous forme de force vive, sans leur imprimer une grande accélération^ l'excès du travail moteur sur le travail résistant qui se produit pendant les premiers moments de la course. La vitesse est à son maximum lors* que la détente a atteint un degré tel que la pression agissant sur le piston fait équilibre à l'ensemble de la contre-pression, de la résistance principale et des résistances passives. A partir de ce moment la vitesse diminue, parce que les résistances deviennent prépondérantes, et le système doit nécessairement être réglé de manière que cette vitesse s'annule d'elle-même à la fin de la course.

Ainsi une grande détente, dans une machine à mouvements alternatifs, occasionne dans les organes un excès de fatigue, et elle exige que Ton augmente les masses à mouvoir, pour diminuer cette fatigue et pour rester dans des limites de vitesse convenables.

Pour les machines pourvues de volant, les variations de la force motrice en dessus ou en dessous de sa valeur moyenne n*ont pas la même importance. L'effet en est couvert, en quelque sorte, soit par celui du volant, soit par cette circonstance que le maximum de pression a lieu près du point mort, c'est-à-dire quand le déplacement virtuel de la puissance est plus petit que celui de la résistance principale, qui agit souvent dune manière uniforme sur Taxe du volant. 11 en résulte que le règlement de la machine peut n'être pas aussi exact qu'il est nécessaire de Tavoir dans les machines à mouvements alternatifs. Mais, pour être en quelque sorte à Vétat latent, l'excès de fatigue n'en subsiste pas moins, et pour une machine fonctionnant dans des conditions données de puissance et de vitesse de rotation, les transmissions souffriront beaucoup plus, les pièces auront plus de tendance à vibrer et à prendre du jeu, lorsqu'on fonctionnera à large détente dans un seul cylindre, qu'en fonctionnant sans délente. La machine devra, en outre, pour obtenir un degré

déterminé de régularité dans sa vitesse, avoir un volant plus puissant, dans un rapport qu'il serait facile de déterminer.

En troisième lieu enfin, inconvénient qui peut paraître secondaire à côté de l'ensemble des deux premiers, mais qui a néanmoins son importance et auquel on remédie en partie avec la chemise de vapeur, le cylindre se refroidit pendant la marche, même du côté oii la vapeur agit^ et il y a, par suite, plus de condensation de vapeur au coup de piston suivant, pendant la période d'admission.

(601) Tous ces inconvénients disparaissent, ou du moins s'atténuent dans une forte proportion, comme nous allons le voir, lorsqu'on emploie la détente dans un cylindre distinct de celui oii la vapeur agit à pleine pression.

Le type le plus ordinaire des machines qui fonctionnent dans ces conditions est connu sous le nom de Machine de Woolf on d'Edwards. Quoiqu'il ait été l'objet de certaines critiques, sur lesquelles nous reviendrons, il est encore très-répandu dans l'industrie, et il prévaut notamment dans les grands établissements, tels que ceux de Mulhouse, de Rouen, etc., etc., où l'on se préoccupe plus d avoir de bonnes machines que de faire, sur leurs frais d'achat et d'installation, une économie qui est insignifiante devant le capital à immobiliser dans l'établissement tout entier.

Ces machines sont généralement à balancier (fig. 187 et 187 bis); la tige du grand piston est fixée à l'extrémité du lien AC du parallélogramme (au point C de la figure 168).

L'autre piston a un moindre diamètre, et il a en même temps une moindre course, parce qu'il est fixé aux points C^ ou C, de la même figure.

En môme temps que la vapeur agit, par exemple au-dessus du petit piston, la vapeur qui avait été admise par-dessous pendant la course ascendante précédente, au lieu d'être mise en communication avec le condenseur, passe au-dessus du grand, et c'est le dessous de ce dernier qui communique avec le condenseur. Le diagramme de la figure 187 explique entièrement la marche de ces ma* chines.

Lorsque la course s'achève, le petit cylindre est rempli de vapeur

120 COURS DE MAGHniES.

soit à la pression initiale, soit déjà plus ou moins détendue, et la cylindrée précédente remplit le grand cylindre, ayant subi, par le fait de son passage du petit au grand, une détente totale ou une augmentation de détente marquée par le rapport des capacités de ces deux cylindres.

A un instant quelconque de la course, le moment de la force motrice agissant sur le balancier s'obtiendra en prenant, pour chaque piston, la différence des efforts exercés sur ses deux faces, multipliant ces deux différences par leurs bras de leviers respectifs, dont les longueurs sont proportionnelles aux longueurs OA et OB de la figure 168, et ajoutant ces deux produits.

Si Ton désigne par R et r, H et A, les rayons et les courses des deux pistons, le degré de détente, dans le cas où Ton marche sans dé-

tente dans le petit cylindre, est donné parle rapport ^^. On a assez

r» 1 H 1 2 souvent ^^=0 Â~9^^'^^ P^^ ^^**^ ^" détend dans ce cas au

quart et au tiers.

On peut augmenter facilement le degré de détente, en commençant, comme nous venons de le dire, par détendre dans le petit cylindre, et envoyant dans le grand de la vapeur déjà détendue. Si a est le degré de celte première détente, le degré de la détente

finale est évidemment a g^.

(602) On voit facilement, dans ce système, que la détente peut être poussée plus loin qu'avec un seul cylindre, dans le rapport

marqué parnïîTî car on pourrait pousser d'abord à sa limite pratique la détente dans le petit cylindre, puis la prolonger en faisant passer dans le grand la vapeur déjà détendue.

On voit encore que l'on peut dans le petit cylindre, à la condition de n'y pas pousser trop loin la détente (sauf à ia compléter au degré voulu en augmentant les dimensions du grand), réduire beaucoup Finfluence de l'espace nuisible, en interrompant la communication entre les deux cylindres avant la fin de la course. La vapeur, ainsi

interceptée dans le petit cylindre, s y comprimera ; au point mort, elle n'occupera plus que l'espace nuisible où elle aura été refoulée entièrement dans les derniers instants de la course; et Ton comprend que si la communication a été coupée assez tôt, l^ quantité de vapeur soit assez grande pour que, refoulée dans un espace aussi restreint, elle ait repris une pression égale ou comparable à la pression initiale.

(603) Si nous négligeons la contre-pression, et si nous désignons par P la pression initiale et par p la pression finale de la vapeur détendue, le rapport p est précisément, dans une machine qui

admet et détend dans le même cylindre, le rapport de l'effort final à reflbrl initial.

Avec la détente opérée à l'aide de deux cylindres, en désignant par B et 6 les bases des pistons, et par L et / les bras de levier des tiges de ces pistons par rapport au centre du balancier, bras de levier qui sont proportionnels aux courses H et A de ces pistons, et en supposant, pour simplifier, que l'on ne détende pas dans le petit cylindre la valeur du moment initial de la puissance, c'est-à-dire du moment qui a lieu au point mort, lorsqu'on fait affluer la vapeur sur Tune des faces du petit piston et qu'on met l'autre face en communication avec le grand, sera simplement donnée par l'expression PBL, car il y a équilibre de pression sur les deux faces du petit piston.

Le moment final a pour valeur

D'ailleurs, dans les calculs de ce genre, il est permis de poser la relation P6/=pBL, ou fît = 5- Cette relation est précisément celle

qui aurait lieu si la.détente se faisait suivant la loi de Mariette. Elle sera d'autant moins inexacte que la chemise de vapeur fonctionnera plus efiîcacement, et que la vapeur employée sera plus humide. Le moment final devient, en remplaçant P6/ par la valeur /?BL :

(P -p)bl -h|;;BL=p(2BL- W),

122 COURS DE HAGHINBS.

et par suite le rapport du moment fmal au moment initial devient :

P(m^bl)p ( hl\__p( p\

PBL -p-i^~rL;--K PA

Cette quantité est toujours plus grande que p, puisque pétant une

fraction, le lerme 2 — ^ est plus grand que l'unité; elle tend à en

devenir le double de p à mesure que cette quantité diminue.

Ainsi le rapport qui définit, en quelque sorte, le degré de régularité de la force motrice tend à être, pour une grande détente à deux cylindres, double de ce qu'il est pour la môme détente dans un seul cylindre.

On se rapproche donc davantage, dans le premier système, de la douceur de marche et delà régularité qui caractérisent lesr machines sans détente.

On voit encore que l'on évite dans ce système les refroidissements périodiques du cylindre qui admet la vapeur, et les condensations parasites qui sont les conséquences de ces refroidissements, ainsi qu'on Ta dit plus haut au n^ 600.

C'est un avantage appréciable, d'autant plus grand que l'on pousse la détente plus loin. Il est du même ordre (nous ne disons pas de la même importance) que celui que Watt a recherché et a si bien obtenu par l'emploi d'un condenseur à injection séparé du cylindre.

On peut dire encore que l'interposition de deux pistons, entre la pression dans la chaudière et la contre-pression dans le condenseur, diminue évidemment, pour une chute donnée de pression entre ces deux appareils, l'écart moyen de pression qui existe entre les deux faces de chaque piston, et par conséquent aussi Técartdes températures.

Il en résulte, d'une part, que les garnitures des pistons ont besoin d*étre tenues moins serrées, ou qu'il y a moins de frottements et moins de fuites pour un degré donné de serrage, et un entretien comportant moins de sujétions; d'autre part, que les phénomènes de condensation et de vaporisation que produisent les différences

de température d'une face à l'autre du piston, pendant qu'il se meut dans le cylindre, n'ont pas la même intensité que si ces deux faces communiquent l'une avec la chaudière, l'autre avec le condenseur.

On répète enfin qu'à ces divers avantages, dont lensemble ne laisse pas que d'être important, s'ajoute celui de pouvoir pousser la détente plus loin que dans un seul cylindre, par les motifs indiqués au n"" eoz.

Tels sont les divers motifs qui doivent, à mon avis, faire préférer sans hésitation la détente dans deux ou plusieurs cylindres à la délente dans un seul.

On a fait à ce système une objection que j'appellerai de principe^ qui est assez spécieuse, et qu'il importe d'examiner.

On a dit, et cela est exact, que la vapeur, à la fin de la détente, occupant la totalité de la capacité du grand cylindre, et ayant nécessairement un volume spécifique en rapport avec la pression finale, il fallait, pour un poids donné de vapeur dépensée par coup de piston, que ce grand cylindre eût toujours la même capacité que si le petit n'existait pas; de sorte que Ton compliquait inutilement la machine, sans obtenir un résultat final autre que si la vapeur avait élé directement admise et détendue dans le grand cylindre. On en concluait que le petit cylindre était une superfétation.

Il est bien dans la nature des choses qu un degré déterminé de détente doive donner lieu à un travail utile théoriquement indépendant du procédé de détente employé, et nous ne disons pas que ce travail sera plus grand avec la machine de Woolf qu'avec la machine ayant un seul cylindre égal au grand cylindre de la première; mais ce travail sera produit sur d'autres organes, et réparti d'une autre manière.

L'artifice employé n'a pas pour objet, et il ne peut avoir pour résultat une augmentation théorique du travail de la vapeur.

Le but qu'on se propose est principalement d'arriver à une plus grande uniformité, ou, plus exactement, à une moindre irrégularité dans les efforts que les pièces de la machine ont à supporter, et dans la vitesse que prend la machine ; et accessoirement, en même

124 COURS DE MAGifINBS.

temps, on réalise les divers avantages énumérés au numéro précédent.

On fait d'autres objections de détail, portant sur la plus grande complication de la machine , qui la rend plus coûteuse à établir et lexpose à avoir plus de pièces à entretenir, ainsi que sur les résistances passives qui doivent être plus considérables qu'avec un seul cylindre, etc.

Ces inconvénients ne peuvent pas être contestés d'une manière absolue ; mais ils ne semblent pas avoir une très-grande importance.

L'excédant de prix se borne au coût du petit cylindre et de ses accessoires, puisque le grand cylindre de la machine à deux cylindres doit avoir exactement les dimensions du cylindre unique de l'autre machine. L'excédant de prix est même en réalité un peu moindre qu'on ne vient de le dire; caries pièces du grand cylindre fatiguent beaucoup'moins que les pièces correspondantes du cylindre unique. Elles peuvent donc être tenues plus faibles, ou, à force égale, elles donnent plus de solidité à la machine.

Quant à l'entretien d'un plus grand nombre de pièces, il peut bien être compensé par l'entretien moins fréquent et plus facile de chacune d'elles en particulier.

Enfin, quant à l'accroissement des résistances passives, il est luimême peu important ; car pour une force donnée à transmettre, les transmissions n'ont pas besoin d'être plus importantes, et elles peuvent l'être un peu moins, puisque les forces en jeu sont plus régulières.

On n'a donc réellement en plus que les frottements dus au petit piston, et encore sont-ils compensés en partie par la diminution de ceux du grand, due à la moindre pression moyenne sur laquelle il fonctionne.

En somme, les inconvénients indiqués ne nie paraissent pas devoir compenser les^ avantages supérieurs qui résultent soit de la possibilité de pousser pratiquement la détente plus loin, soit de la moindre fatigue[^éprouvée et de la plus grande régularité obtenue pour un degré donné de détente; soit enfin, pour un degré donné de fatigue, de la possibilité de partir d'une pression initiale plus élevée.

Je conclus que lorsqu'on cherche, avant tout, à économiser le plus possible le combustible, ce qui conduit à marcher à très-haute pression et avec une Irès-longue délente, et qu'on veut en même temps ménager ses machines, et pouvoir compter sur la marche la plus régulière, la solution la plus satisfaisante est assurément d'effectuer, ou plutôt de compléter la détente à Vaide des cylindres combinés.

Cette conclusion me paraît pouvoir être posée comme une règle incontestable, sinon encore incontestée.

(e05) Nous dirons ici, en passant, qu*il est une catégorie de machines chaque jour plus importante, celle des bateaux naviguant sur mer, qui a été longtemps dans un grand état d'infériorité sous le rapport de la consommation du combustible, et qui, au contraire, depuis quelques années, par l'application du système décrit en dernier lieu, a réalisé les progrès les plus remarquables.

Les machines des navires ont des sujétions très-impérieuses, qui n'atteignent pas, ou du moins n'atteignent pas au même degré les machines qui fonctionnent à terre.

Il faut qu elles donnent lieu, elles et leurs générateurs à peu d'entretien ; car les réparations sont difficiles à bord, et un dérangement inopportun du système peut compromettre la sûreté même du navire.

Il faut qu elles soient peu encombrantes ; car l'espace est rare à bord d'un navire, et celui qu'occupe en excès une machine donnée, est pris aux dépens de l'emplacement qu'on aurait pu affecter à la cargaison et aux passagers.

11 faut, enfin, surtout pour les longues traversées, qu'elles s'économisent le charbon, soit parce qu'il coûte souvent fort cher dans les stations lointaines, soit, surtout, parce que la grande quantité à embarquer, pour un long voyage sans escales, diminue beaucoup le tonnage utile du navire.

La première obligation a conduit pendant longtemps à marcher avec des pressions réduites. Ainsi, il y a moins de quarante ans, on marchait exclusivement à la basse pression proprement dite, c'est-à-dire à moins d'une atmosphère et demie dépression totale;

iW COURS DE MACHINES.

puis on est passé progressivement à deux et deux et demi et même un peu au delà. Mais les difficultés pratiques augmentaient (rès-rapidement avec la pression, parce que l'eau de mer employée à Talimentation des chaudières les incrustait d'autant plus abondamment qu'on voulait former la vapeur à une température plus élevée.

On était donc réduit à ce que peut donner de la vapeur à basse ou, tout au plus, à moyenne pression, avec la détente restreinte qu'elle comporte.

En même temps qu'on essayait de pousser peu à peu la pression aussi haut que le permettait la nature des eaux employées à l'alimentation, on faisait bien, dans divers sens, des tentatives plus ou moins efficaces d'amélioration.

On modifiait la forme des machines ; on les rendait moins lourdes et moins encombrantes, tant par suite de ces modifications de forme que par une plus grande vitesse donnée au piston ; on en rendait les diverses parties plus solidaires les unes des autres, pour mieux soustraire la coque du navire aux réactions des forces en jeu pendant la marche ; on substituait aux roues à aubes l'hélice qui, sans avoir peut-être une supériorité décidée comme propulseur fonctionnant dans des conditions normales, se prête mieux aui^ conditions si variables de l'état de la mer, ainsi qu'aux changements du tirant d'eau selon le poids du changement ; on augmentait le tonnage des navires et la force des machines ; on remplaçait les coques en bois par les coques en fer, etc., etc.

Mais, au point de vue mécanique^ toutes ces modifications étaient secondaires. On restait avec de fortes consommations^ et l'on tournait, en quelque sorte, autour de cette question économique, sans l'aborder sérieusement.

C'est seulement du jour où l'on a pu employer avec succès le condenseur à surface et l'alimentation monhydrique, que la question s'est trouvée résolue, par la possibilité d'alimenter les chaudières en grande partie avec de l'eau distillée, de prévenir, ou au moins de réduire beaucoup les incrustations, et, comme conséquence immédiate, de marcher à telle pression initiale qu*on a jugé convenable^ et avec une détente correspondante.

Ce jour-là) on peut dire qu'une sorte de révolution a été introduite

dans la navigation maritime. On a pu abaisser beaucoup, souvent de moitié et même au delà, la consommation de 'charbon nécessaire à une traversée, et Ton comprend aisément quelle a pu être la portée d'une telle amélioration, pour des paquebots, qui, dans une longue traversée, consommaient il y a dix ou quinze ans 1000 tonnes et plus de charbon, et qui n'en consomment pas 500 aujourd'hui.

On a dû naturellement tâcher de conserver en même temps aux machines, autant que possible, les avantages de régularité et de douceur que comportaient les moyennes pressions et les faibles détentes usitées antérieurement, et la majeure partie des bons constructeurs tend à arriver, et avec raison selon moi, aux mêmes hautes pressions de 5 ou 6 atmosphères que Ton emploie dans la plupart des industries, et à la détente par cylindres combinés plus ou moins analogues à la machine ordinaire de Woolf. C'est le principe qui prévaut presque partout aujourd'hui, notamment en Angleterre, où les machines établies sur ce principe sont connues sous le nom de Compound Enginès.

On pourrait penser que si ce système satisfait aux autres conditions à demander aux machines marines, il n'a pas du moins l'avantage du volume réduit, et qu'il est, au contraire, plus encombrant que les machines à un seul cylindre. On peut répondre en fait qu'une machine à cylindres combinés du système actuel occupe, avec les chaudières, moins déplace^ et non i»as plus de place qu'une ancienne machine, pour produire la même force. Cela tient à ce que la vapeur étant mieux employée, on en dépense moins, et on en a, par conséquent, moins à produire. Si, par exemple, on fait 50 pour iOO d'économie sur le combustible, on peut réduire de moitié les chaudières, et en proportion l'importance de tous les appareils relatifs à l'alimentation et à la condensation ; il faut, en outre, £\jouter à l'économie de place et de poids faite sur ces appareils, celle, plus importante encore, obtenue sur les approvisionnements de charbon.

En un mot, ce qu'on a pu perdre de place sur le récepteur utilisant la vapeur produite, on l'a regagné très-amplement sur tous les éléments qui concourent à la production de cette vapeur, et Ton peut poser cette conclusion très-nette que l'amélioration obtenue sur la

consommation des machines l'a été, non aux dépens, mais, au contraire, au très-grand profit du tonnage utile des navires, si Ton a maintenu la vitesse, ou de la vitesse si Ton a maintenu le tonnage.

(606) Il doit être enlendu que la machine de Woolf, telle qu'on la rencontre le plus souvent dans l'industrie, c'est-à-dire la machine de rotation à balancier el à deux cylindres (fig. 1 87 et 1 87 its), n'est nullement un type obligatoire pour employer la délente à cylindres combinés.

•On peut également adopter l'une quelconque des dispositions applicables à des machines à plusieurs cylindres.

On peut, par exemple, faire commander une même bielle par les tiges des deux pistons, qui auront alors même course et ne différeront qirè par le diamètre.

On peut les placer horizontalement ; on peut les atteler à deux manivelles à 180** Tune de l'autre, de manière qu'ils fassent leurs oscillation en sens contraire, ce qui permet de mettre les deux cylindres en communication par leurs extrémités qui se regardent, et réduit ainsi l'espace. nuisible qui les sépare (fig. 189 et 189 bis). On emploie aussi le même point d'attache pour les deux pistons, soit en mettant les deux cylindres en prolongement Tun de l'autre et leur donnant une tige commune (fig 190), soit en employant deux cylindres concentriques de même course, dans lesquels le petit piston est muni d'une tige unique, et le piston annulaire de deux tiges, qui se relient toutes trois à une pièce unique en T. Cette dernière disposition augmente les frottements des pistons et expose le petit cylindre à des refroidissements qu'il convient d'éviter.

Enfin nous pouvons encore citer l'emploi d'un cylindre unique à fourreau. Le fourreau n'existe alors que sur une seule des deux faces du piston ; c'est sur celte face que la vapeur arrive à pleine pression, et la détente se fait sur l'autre face.

Pendant l'admission sur la première face, la seconde communique avec le condenseur ; la détente se fait pendant l'excursion inverse du piston, en mettant en communication les deux faces, et fermant Téchappement vers le condenseur.

(607) Ces difrérentes dispositions, et toutes celles que Ton pourrait proposer, dans lesquelles les pistons arrivent ensemble à leurs points morts, dispositions que Ton peut caractériser par la désignation générale de machines à cylindres accouplés, ont ou entièrement, ou même en les exagérant, tous les inconvénienis d'un cylindre unique, savoir : le besoin d'être régularisées par un volant puissant, et les difficultés soit pour la mise en train dans certaines positions de la machine, soit pour faire les changements de marche (Voir n"» 596.)

On peut faciliter la mise en train, dans les machines à rotation continue, simplement en donnant à la manivelle que conduit le grand piston une certaine avance angulaire qui peut être poussée jusqu'à 40 ou 45^

L'arbre du volant est coupé en deux parties dont les extrémités en regard portent chacune la manivelle d'un des pistons^ et ces deux manivelles sont rendues solidaires par un lien qui va d'un bouton à l'autre et les maintient dans la position relative indiquée.

11 est facile de voir que lorsque le grand piston commence sa course dans un sens, le petit n'a pas encore tout à fait terminé la sienne en sens contraire. D'une part, on ouvre donc un peu prématurément la communication entre les deux faces convenables des deux pistons, et d'autre part, on comprime la vapeur sur l'autre face du petit piston ; le premier fakest sans inconvénient, et le second en a fort peu, parce qu'il se produit à la fin de la période de détente ; il contribue même, comme on l'a vu, à réduire l'influence de l'espace nuisible.

(•08) Mais on peut aller plus loin, en établissant nettement, comme dans les machines à cylindres conjugués ordinaires, les deux manivelles à 90^ l'une de l'autre.

Ce système est employé principalement dans la marine.

C'est, à proprement parler, celui que les Anglais désignent sous le nom deCompound Engines.

Il s'applique parfaitement aux grandes machines de bateaux, dans lesquelles les changements de marche n'ont pas besoin d'être efTectués avec la précision que demandent les machines d'extraction, ni

130 ♦ cours:de machines.

la justesse qu'exigent les locomotives. Il évite complètement les points morts, et il donne à Tarbrc des roues à aubes ou des hélices la douceur et la régularité de marche désirables.

Le système consiste essentiellement à admettre la vapeur de la chaudière dans un premier petit cylindre, avec un degré quelconque et variable de détente, ensuite à envoyer cette vapeur déjà détendue dans un réservoir d'une certaine capacité, qu'il est bon d'envelopper d'une chemise de vapeur ou de plonger dans le réservoir de vapeur de la chaudière, et enfin à la débiter de ce réservoir dans un ou plusieurs cylindres, où elle continue de se détendre jusqu'à la limite voulue.

Si l'on désigne par P la pression initiale, P' la pression dans le réservoir, P" la pression à la fin de la détente, p la contre-pression du condenseur, V, V et V, les volumes de la vapeur aux pressions P, P' et P", le système doit être réglé de la manière suivante :

Le volume V étant le volume admis à chaque course du petit piston, et le volume V étant, par suite, le volume total du petit cylindre, la vapeur dépensée par la chaudière pour un nombre n de tours est 2nV, et le volume de vapeur évacué en même temps au réservoir intermédiaire est 2nV'; ce même volume 2nV' doit être égal au volume total admis dans le même temps dans le cylindre ou dans l'ensemble des cylindres de détente, et le volume total de la vapeur évacuée de ces mêmes cylindres doit être égal à 2nV".

La condition que le volume émis par le petit cylindre soit égal au volume admis dans les cylindres de détente est nécessaire et suffisante pour que la pression P' se maintienne dans le réservoir, sauf les petites oscillations qui pourront résulter du défaut de concordance, à un moment donné, entre l'émission et l'admission élémentaires.

Les grands cylindres marcheront donc nécessairement à détente fixe, et la détente variera en la faisant simplement varier dans le premier cylindre.

Ainsi le premier cylindre constitue une machine qui fonctionne par admission à la pression P^ et par détente dans un seul cylindre jusqu'à la pression limite P' égale à la contre-pression ; les cylindres de détente fonctionnent individuellement comme des machines ad-

GÉNÉBAUTÉS SUR LES APPAREILS RËCEPTEUKS. 13i

mettant à la pression P', et détendant à la pression P'avec une contre-pression p.

l Le résultat final est le même que si l'on avait détendu en une fois depuis la pression P jusqu'à la pression P". Cela se conçoit a priori^ et on le vérifie facilement, en remarquant que le travail résistant de la œntre-pression P' dans le petit cylindre compense exactement le travail moteur de l'admission à la pleine pression F dans les cylindres de délente.

Ce système est donc bien équivalent à la machine de Woolf au point de vue du travail, et il a de plus les avantages des cylindres conjugués, ou à marche croisée.

En outre il a divers avantages accessoires :

Par suite de l'interposition du réservoir, l'influence du long espace nuisible qui existe dans les machines de Woolf^ pour le passage du petit au grand cylindre se trouve supprimé.

Le petit cylindre est mieux préservé du refroidissement parce qu'il n'est jamais en relation directe avec l'écliappement.

La vapeur, en passant par le réservoir intermédiaire, se purge de l'eau qu'elle contient, qui se dépose, ou qui se vaporise au conlact des parois, et elle agit ensuite plus efficacement dans les cylindres de détente, lesquels d'ailleurs doivent en général être enveloppés, comme le réservoir, par des chemises de vapeur en relation directe et immédiate avec la chaudière.

Enfin il est facile de comprendre que le système a, au point de vue de la douceur de la marche et de la fatigue des pièces, un avantage sur la machine de Woolf ordinaire, analogue à celui qu'a cette dernière sur la machine à détente dans un cylindre unique.

Ce système, qu'on peut désigner sous le nom de machines à cylindres combinés, comporte diverses dispositions.

On peut avoir un seul système (fig. 191) composé d un petit et d'un grand cylindre ; ou bien, pour plus de régularité, 2 systèmes semblables avec leurs 4 manivelles partageant la circonférence en 4 quadrants ; ou bien encore, suivant la combinaison de M. Dupuy de Ldme, un seul cylindre pour l'admission placé entre 2 cylindres pour la détente, avec leurs 3 manivelles à 120**, etc., etc.; ces divers

cylindres peuvent d'ailleurs être fixes ou oscillanis, verticaux ou horizontaux, etc.

Toutes ces variantes sont (Tune importance secondaire^ pourvu que les conditions d'emploi ci-dessus définies soient satisfaites.

Ces conditions sont d^abord, comme dans tous les cas^ remploi d'une haute pression, d'une longue délente et de la condensation, indispensables à Téconomie de combustible, et en outre, au cas particulier j le partage de la chute de pression entre la chaudière et le condenseur en deux chutes qui agissent sur des cylindres distincts formant deux récepteurs dont les mouvements sont convenablement croisés.

Si Ton désigne par ^ f , f, les températures correspondantes aux pressions P, P', et P", la théorie mécanique de la chaleur nous indique que les forces transmises à ces deux récepteurs seront pro^

l ^' tf ^f

portionnelles aux quantités et -;. Celte considération fixerait la température t\ ou la pression P' correspondante que Ton devrait éiablirdans le réservoir intermédiaire, si l'on voulait, ce qui n'est d'ailleurs pas nécessaire, que les deux cylindres donnassent la même force par coup de piston, comme le font deux cylindres

conjugués égaux.

l ^ ff f

On tire de Tégalilé , = :; la relation

ou bien

a-f- C= v/a«4-a(< + r) -h tr = v'(a-f<) {a-\-r%

quantité que Ton reconnaît bien être comprise entre a 4- ^ et a 4- i*, ainsi que cela doit être.

(609) Nous venons de voir les dispositions cinématiqu es très-variées à Taide desquelles le travail de la vapeur peut être communiqué au piston unique, ou à l'ensemble des pistons destinés à le recevoir, et transmis depuis ces organes récepteurs jusqu'à Torigine des pièces qui composent les transmissions spéciales à lappareil opérateur.

Qu'il s'agisse d'une machine à vapeur à mouvements alternatifs, à balancier ou à traction directe, ou bien d'une machine à mouve*

ment continu ou de rotation, à balancier ou à connexion directe ; que la machine soit avec un seul cylindre ou à cylindres conjugués ; qu'elle soit sans détente, ou qu'elle détende soit dans un cylindre unique, soit dans un système de cylindres avec mouvements concordants ou mouvements croisés, on a toujours pour toutes ces machines diverses, la même question à résoudre ; c'est de faire qu'à un moment donné on puisse ouvrir ou fermer un orifice ou des orifices faisant communiquer une des faces d'un piston, tantôt avec la chaudière, tantôt avec l'échappement, tantôt enfin avec une des faces d'un autre piston ou avec l'autre face du même piston, soit directement, soit en passant par un réservoir intermédiaire.

Ces diverses manœuvres doivent, en général, se faire automatiquement, le mécanicien n'ayant qu'à surveiller la marche de la machine, et n'intervenant que lorsqu'il y a lieu de modifier cette marche, soit pour en faire varier la vitesse, soit pour les manœuvres spéciales d'arrêt ou de changement de marche, que peuvent nécessiter certaines machines, comme les machines de bateau, les machines d'extraction des mines, les locomotives, etc., etc.

Les organes à l'aide desquels se résout la question ci-dessus énoncée se nomment des organes de distribution, ou plus simplement la distribution. Ces organes ont reçu des dispositions trèsvariées, soit quant à ces appareils eux-mêmes, soit quant à la manière de les mettre en jeu.

Beaucoup d'inventeurs s'en sont occupés, et plusieurs des systèmes sont connus sous le nom du constructeur qui les a proposés ou spécialement employés. Ces systèmes peuvent comporter des combinaisons cinématiques plus ou moins complexes ; mais le but qu'on se propose d'atteindre une fois bien défini, leur étude est purement géométrique, et n'offre aucune difficulté mécanique, lis peuvent d'ailleurs, malgré leur diversité, plus apparente que réelle, donner lieu à quelques observations générales que nous devons d'abord présenter.

(6fO) Les organes qui masquent ou démasquent au moment opportun les orifices servant à la circulation de la vapeur, ou qui établissent ou interrompent la communication entre deux de ces

orifiœs, peuvent recevoir des dispositions très-variées ; mais la plupart de ceux que Ton rencontre se rapportent aux deux types de la soupape et du tiroir,

La soupape agit en s abaissant ou s'élevant d'une petite quantité perpendiculairement au plan de l'orifice qu'il s'agit de fermer ou d'ouvrir (fig. 192). Le tiroir agit comme une sorte de vanne, en glissant dans le plan même de cet orifice ffig. 193).

Ces appareils sont liés à une tige qui passe à travers une petite boite à étoupe, et apparaît au dehors pour recevoir Taction de la pièce destinée à produire son mouvement de va-et-vient.

Il importe à la bonne marche de la machine que tous ces orifices par lesquels doit passer un courant de vapeur, aient une grande section, pour éviter les étranglements, ou ce qu'on appelle les étirages de vapeur, qui produisent des chutes de pression toujours nuisibles.

On admet que les tuyaux de prise de vapeur doivent avoir, pour les vitesses ordinaires du piston, ^ de la section du cylindre, et les tuyaux d'échappement ^, soit respectivement le 5"** et le quart du diamètre. On augmente ces proportions dans les machines à grande vitesse ; il est possible de les réduire un peu dans les grandes ma* chines à petite vitesse, pour éviter d'avoir de trop gros tuyaux.

La condition d'avoir de grands orifices à masquer et à démasquer a cette conséquence que les appareils obturateurs, dans les grandes machines à haute pression, sont soumis par la vapeur à des efTorts considérables, qui se comptent souvent par un certain nombre de centaines de kilogrammes.

Lorsqu'on emploie des soupapes, on ne peut pas dire que ces efforts donnent lieu à des pertes notables de travail ; car ils disparaissent, ou à peu près, dès que la soupape étant levée l'équilibre de pression tend à s'établir sur ses deux faces.

Mais s'il n'y a pas travail dans le sens mécanique du mot, puisqu'il n'y a pas espace sensible parcouru pendant que les efforts s'exercent, ces grands efforts sont toujours fâcheux, en ce qu'ils fatiguent les leviers et les ai'ticulations à l'aide desquels on met les soupapes en jeu, ainsi que les sièges sur lesquels ces soupapes viennent se poser.

n est utile dans toutes les machines, et il est nécessaire dans les grandes^ de remédier à ces inconvénients. On y parvient facilement à l'aide des soupapes à double siège, diles soupapes du CornouaUles, ou de Homblower. Ces appareils, tels qu'on les établit le plus communément, sont représentés figure 194. L'orifice à recouvrir se prolonge par une sorte de lanterne à jour terminée par un fond plein. La soupape est ouverte de part en part et renflée en son milieu. Elle présente deux rebords exactement tournés qui viennent reposer à la fois, celui du bas sur un siège ménagé au niveau de Torifice, celui du haut sur un autre siège ménagé au pourtour du fond fixe. On voit que la soupape Venant à reposer sur son double siège Torifice est entièrement fermé ; que la princi' pale partie de la pression est supportée par le fond fixe, et qu'enfin un large débouché est ouvert à la vapeur, à la fois par le haut et par le bas de la soupape, dès que celle-ci est soulevée.

D'autres fois (dans les soupapes dites américaines), le fond plein supérieur est supprimé, la vapeur arrive entre les deux sièges et ses pressions s'équilibrent, dans la mesure que Ton veut, en agissant en sens contraire sur les parois opposées (llg. 194 bis).

D'autres artifices encore peuvent être employés :

L'un (fig. 194 ter) consiste à ne mettre qu'un siège, et à former la soupape d'une sorte de tuyau creux, mobile dans une boite à étoupe étanche.

Un autre (fig. 194 quater) consiste, au contraire, à faire pleine la tige qui sert à manœuvrer la soupape, et à lui donner une section égale, ou presque égale à celle de la soupape elle-même. Il est clair en effet que la pression de la vapeur ne s'exerce que sur une aire égale à la dif.érence de ces sections, et qu'ainsi son influence peut être atténuée autant qu'on le voudra, quelque grande que soit la section de la soupape.

(611) Lorsque les appareils de distribution sont des tiroirs du type le plus ordinnire, ou tiroirs à coquille, la pression de la vapeur joue encore un rôle plus important, parce que la surface pressée est plus grande, soit à cause de la largeur des rebords, soit à cause de l'obligation où l'on est de faire porter la pièce à la fois au-dessus

de plusieurs ouvertures, ou lumières^ afin de les mettre par son creux en relation Tune avec l'autre.

D'un autre côté, le travail résistant produit par le frottement du tiroir, est proportionnel à retendue du glissement de cette pièce sur sa table.

Il faut chercher à diminuer la pression totale, le frottement qui en résulte et Y étendue du glissement.

On a deux moyens de réduire la pression totale.

L'un consiste à réduire, autant que possible, retendue de la surface sur laquelle agit la pression de la vapeur. Â cet effet, on préférera souvent, surtout avec des cylindres à longue course, avoir une boite spéciale de distribution pour le haut et le bas, et un petit tiroir dans chaque boite, au lieu d'une boite et d'un tiroir uniques servant pour les deux faces du piston. On parvient par là à réduire, en même temps que la surface frottante, la grandeur de l'espace nuisible.

Le second moyen consiste à employer les tiroirs dits à pression équilibrée, qui sont disposés de manière à annuler l'intluence de la pression sur une partie plus ou moins considérable de leur surface externe.

On y parvient par divers artifices, par exemple en plaçant sur leur dos un cylindre creux muni d'un rebord extérieur, qui traverse dans une large botte à étoupe le couvercle de la boite de distribution (fig. 195). Cette disposition supprime la pression de la vapeur sur une surface du tiroir égale à la section du cylindre. On parvient à un résultat analogue, en reliant le dos du tiroir, par une courte bielle, avec un gros piston étanche placé dans un cylindre alésé, où il exécute de petites oscillations à la demande de l'inclinaison variable que prend la bielle, en suivant celles du tiroir sur sa table (voir tomePS fig. 119).

On réduit rintensité du frottement par un bon choix et une bonne préparation des matières avec lesquelles sont construites les glaces du tiroir et de sa table, et en ayant soin de les entretenir dans un état de lubrifaction convenable.

Enfin, on réduit Yétendue du glissement^ tout en conservant aux orifices la section qui convient, en leur donnant une section rec-

6ÉNÊRAUTÉS SUa LES APPAREILS RÉCEPTEURS. 137

tangulaire, étroite dans le sens du glissement du tiroir, et étendue dans le sens perpendiculaire.

On accroît Tefficacité de cette dernière disposition, quand il s'agit simplement d ouvrir ou de fermer un passage, et en même temps on a l'avantage de l'ouvrir et de le fermer plus brusquement, en le faisant aboutir à plusieurs lumières rectangulaires distinctes, qui peuvent être masquées ou démasquées à la fois^ par une simple plaque glissante percée du même nombre de lumières ; il suffit de faire correspondre les lumières de la table fixe tantôt aux lumières, tantôt aux pleins de la plaque mobile (fig. 196).

D'autres fois, on prend une disposition inverse; par exemple, lorsqu'il s'agit de la prise de vapeur, qu'on veut se réserver de pouvoir ouvrir très-graduellement, si Ton a des manœuvres délicates à faire à très-petite vitesse.

Dans ce cas, la lumière que démasque le jeu du tiroir est triangulaire, et c'est par la pointe qu'elle est d'abord démasquée (fig. 197).

(BIZ) Les organes de distribution (soupapes ou tiroirs) doivent en général, ainsi que nous l'avons dit plus haut, (n"" 604), être mus par des pièces de la machine, afin que celle-ci puisse d'ellemême s'entretenir en mouvement. Cette condition, qui parait aujourd'hui si simple et si naturelle, n'a pas toujours été remplie, et dans les premières machines, le soin de régler la distribution était confié à un ouvrier spécial, qui avait une manœuvre à faire à chaque excursion du piston.

Il est bon de remarquer qu'il en est encore de même aujourd'hui dans quelques cas particuliers.

Ainsi dans l'emploi de certains outils ayant leur moteur spécial, il importe souvent à la bonne exécution du travail que les coups de piston puissent être variés incessamment, quant à leur intensité et à leur rapidité, qu'ils puissent être interrompus et repris à volonté, etc., etc. Tel est, par exemple, le cas d'un marteau pilon dans une forge. On trouve le plus souvent convenance à le faire manœuvrer à la main, par un ouvrier attentif aux indications du chef marteleur.

La même disposition sera prise parfois pour la conduite d*une

138 COURS DE MAGHINES.

machine d'épuisement fonctionnant sur une avaleresse. Le motif en est que cette machine est ordinairement à simple eiTet, qu'une telle machine comporte normalement un règlement précis et une marche assez lente, tandis que dans un fonçage d'avaleresse, elle rencontre des conditions de marche assez irrégulières, et lobligation trèsfréquente de marcher avec son maximum de vitesse^ afin de faire baisser les eaux dans le puits aussi rapidement que possible, lorsqu'on reprend Tépuisement après un arrêt.

Hors ces cas particuliers, on peut dire que la règle est de faire marcher la distribution par la machine elle-même.

Le mouvement peut être emprunté soit à un arbre tournant, qui sera ou Tarbre du volant, ou un petit arbre spécial commandé par lui à Taide d'un engrenage, soit à une pièce oscillante, qui sera le plus souvent la tige de la pompe à air, ou, à son défaut, une tige spéciale nommée la poutrelle de distribution.

La première combinaison est de beaucoup la plus usitée dans les machines de rotation.

Le mécanisme le plus ordinaire consiste (fig. 198) en une poulie à gorge calée excentriquement sur l'arbre, et que l'on nomme Vexcentrique.

Cetle poulie reçoit un collier, ou bague, qui peut tourner à frottement doux sur la poulie. A cetle bague est tixce une longue bielle dont l'extrémité va s'enclencher habituellement soit à l'extrémité d'une tige qui en forme comme le prolongement et qui reçoit ainsi un mouvement de va-et-vient longitudinal, soit sur le bouton d'un levier ayant un point fixe qui prend un mouvement d'oscillation.

Il est clair que Texcenlrique fonctionne, par rapport à sa bielle, exactement comme une manivelle dont le bouton aurait le diamètre de la poulie à gorge, et dont le rayon serait la distance entre l'axe de la poulie et Taxe de Tarbre sur lequel elle est calée, ou ce qu'on appelle V excentricité.

L'extrémité de la bielle décrira donc, dans son mouvement de va-etvient, un espace linéaire égal au double de Texcenlricité. On pourra disposer de ce mouvement, comme on vient de le dire, soit directement, soit en le modifiant d'une manière quelconque à l'aide d'un système de leviers articulés, po^r venir imprimer à lorgane de dis-

trîbutîon le mouvement qu'il doit recevoir. Il le recevra à un instant opportun, moyennant un calage convenable de Texcentrique.

Ce mouvement pourra être continu, comme il convient à un tiroir, si les leviers sont articulés entre eux sans jeu sensible. Il pourra ..gi^tre discontinu et n'avoir lieu que vers une extrémité de la course, ou bien vers les deux, comme il peut convenir à une soupape, en intercalant dans les articulations un œil oblong dans lequel le bouton du levier conducteur aura un jeu plus ou moins étendu.

Tel est sommairement le principe de cette distribution à l'aide d*excentrique, sur laquelle nous aurons lieu plus loin de revenir en détail.

(613) Au lieu de ce système, que l'on connaît sous le nom d'excentrique circulaire, on emploie quelquefois le mécanisme connu sous le nom assez impropre d* excentrique à ondes , ou de came à ondes.

On sait qu'un excentrique à ondes convenablement tracé, étant mis en relation avec la queue d'un levier, comme il est indiqué sur la figure 199, ce levier peut recevoir un mouvement varié suivant une loi quelconque. Il reste immobile tant que sa queue est en contact avec un profil circulaire concentrique à l'arbre sur lequel la pièce est calée. Il oscille dans un sens ou dans un autre, lorsque la queue passe d'un proQl circulaire donné à un autre profil concentrique extérieur ou intérieur au premier. On est donc maître d'imprimer au levier, pendant un tour de l'arbre portant Texcentrique, des mouvements continus ou discontinus, d'une amplitude et d'un sens déterminés ; ce qui suffit pour concevoir, d'une manière générale, que, moyennant une vitesse angulaire appropriée au tracé de l'excentrique, et un calage convenable, le levier puisse servir à conduire, suivant une loi donnée, un appareil de distribulion quelconque.

Assez souvent l'excentrique à ondes ne sert pas à régler l'admission et l'échappement dans le cylindre, mais seulement la détente. Son emploi se combine alors avec celui de l'excentrique circulaire. Ce dernier est réglé comme si l'on devait marcher sans détente, c'est-à-dire que l'admission d'un côté du piston et l'échappement

de l'autre restent ouverts pendant toute la course. L'excentrique à ondes fait simplement mouvoir au moment opportun, soit une soupape, soit une plaque ou tuile de détente, qui ouvre ou ferme le tuyau d'admission venant de la chaudière.

Le degré de détente dépend du tracé de l'excentrique, et pour faire varier la détente il faut modifier ce tracé. Cela peut se réaliser pratiquement, en employant, au lieu d'une came peu épaisse, un long manchon, dit manchon à bosse^ qui peut glisser sans tourner sur son arbre. La section droite de ce manchon varie graduellement dans le sens de la longueur, et l'on change sa position sur l'arbre de manière que la section en contact avec le levier réponde au degré de détente avec lequel on veut marcher.

Cette position peut être changée à la main, ou automatiquement par la machine même selon la vitesse qu'elle prend.

Dans ce dernier cas, le déplacement du manchon s'effectue par le jeu d'un appareil régulateur, qui est le plus souvent le pendule à force centrifuge de Walt, fonctionnant dans un sens tel que l'étendue de l'admission diminue ou augmente à mesure que la machine s'accélère ou se ralentit. Ce système est représenté figure 200.

(614) Dans les machines sans volant et à double ef(et, il est nécessaire, et dans les machines de rotation dont nous venons de parler il est possible^ d'emprunter le mouvement à la poutrelle de distribution.

Sans entrer dans le détail, quelquefois assez complexe, des articulations et des encliquetnges mus par cette poutrelle, qui composent ce qu'on nomme, dans une machine, le jeu de fers de la distribution, il est facile de comprendre, d'une manière générale, comment se manœuvrera un organe quelconque de distribution (le plus souvent une soupape, quelquefois un tiroir). Lorsque cet organe n'aura de mouvement à prendre que vers la fin de la course du piston, sa tige sera munie d'un levier mobile autour d'un point fixe, dont la queue viendra sur le côté de la poutrelle, et rencontrera à la fin de la course descendante un tasseau qui l'abaissera, et à la fin de la course ascendante un autre tasseau qui la ramènera à sa position primitive.

GiiNËRAL>TËS SUR LES APPAREILS RÉCEPTEURS. 141

On pourra toujours s'arranger pour que Tun quelconque des mouvements ouvre un cerlain oriflce, et par suite, le mouvement inverse le refermera. La figure 201 donne un exemple de ce système appliqué au mouvement alternatif d'un tiroir. On n'a pas toujours besoin d'autant de tasseaux que de soupapes ; car il arrive souvent que celles ci peuvent êlre rendues solidaires deux à deux, à l'aide de longues tringles reliant, par exemple, la soupape d'admission du haut à la soupape d'échappement du bas, et inversement.

Pour une soupape qu'il faut fermer en pleine course, comme c'est, par exemple, le cas pour une soupape qui doit produire de la délente, son levier de manœuvre recevra une queue infléchie de manière à devenir tangente au tasseau qui la conduit, lorsque la soupape a pris la position qu'on veut lui donner (fig. 202).

Lorsqu'un des tasseaux d'une poutrelle de distribution agit sur un levier qui fait mouvoir un tiroir, celui-ci tend à rester dans la position où l'amène son levier, même après que le tasseau a cessé d'agir, et le tiroir peut être abandonné à lui-même, si son poids est, d'ailleurs, convenablement équilibré. 11 n'en est pas de même avec une soupape, qui ne saurait être ainsi abandonnée et comme flottante, entre les positions extrêmes qu'elle doit prendre. Il faut qu'elle soit maintenue dans chacune de ces positions.

Elle l'est dans l'une d'elles, à l'aide d'un contre-poids agissant à l'extrémité d'un levier mobile, autour d'un point fixe. Elle l'est dans l'autre, à l'aide d'un encliquetage, convenablement disposé. On manœuvre la soupape dans un sens, en dégageant le cliquet qui retient le contre-poids; on la manœuvre en sens contraire, en relevant le contre-poids et mettant de nouveau le cliquet en prise.

Ces divers mouvements de la soupape doivent se faire rapidement et dans toute leur amplitude, pour éviter les étirages de vapeur k travers des orifices insuffisants. Il faut cependant qu'ils se ralentissent graduellement à la fin de la course, pour éviter les àcoups et pour arriver, lors de la fermeture d'une soupape, à la faire reposer sur son siège sans choc plus ou moins violent. Il suffit pour cela que les leviers et les tringles qui conduisent la soupape ou qui portent les contre-poids, puissent être assimilés à une petite manivelle et à sa bielle, faisant entre elles un angle prononcé au comraen-

cément d'un des mouvements de la soupape et un angle presque nul à la fin. Ce mouvement se ralentit alors de lui-même, comme fait celui d'un piston qui approche de son point mort. Cette combinaison cinématique est indiquée sur la figure 205, pour laquelle nous renvoyons à la légende des planches.

(615) Dans le cas des machines à simple effet, il arrive asseï souvent qu'elles ne marchent pas d'une manière continue, en ce sens qu'après une excursion double du piston, quelquefois même après chaque excursion simple, il se produit dans la machine un temps (f arrêt complet^ plus ou moins long.

Ce n'est donc pas aux derniers moments d'une excursion dans un sens, et par le fait du mouvement que possèdent encore dans ce sens les diverses pièces de la machine, que se prépare la distribution pour l'excursion en sens contraire.

L'excursion s'achève : la machine tout entière est amenée au repos; puis, quelques instants après^ la distribution se modifie. C'est donc à un système spécial, en dehors de la ma^chine même^ qu'est emprunté le mouvement que comporte cette modification.

Ce sy&tème spécial joue ici un rôle analogue à celui de l'appareil régulateur décrit au n" Î874, avec cette dilférence que ce dernier est indispensable dans les machines à colonne d'eau et à simple effet, où il est employé.

On peut encore l'assimiler au régulateur à piston flottant, souvent appliqué anciennement aux machines soufflantes dans lesquelles il n'existait point de volant.

A la rigueur, ce système n'est pas indispensable, et Ton pourrait très-bien concevoir une machine à simple effet, marchant d'une manière continue comme une machine à double effet sans volant, et celle-ci pourrait, réciproquement, recevoir une marche intermittente. Mais la discontinuité est fort utile dans les cas où on l'emploie.

On l'applique, en effet, particulièrement à de très-grandes machines affectées à l'exhaure des mines.

Ces machines mettent, en général, en mouvement des masses énormes ; elles ne comportent que de faibles vitesses, et elles ont à faire un travail qui varie beaucoup d'une saison à l'autre. Le temps

d'arrêt complet, entre deux corps de piston, y est utWe ipouv éteindre les vibrations de ces grandes masses, et ne pas les laisser, pour ainsi dire, s'accumuler dans Vappareilj en faisant succéder trop vite un coup de piston à un autre. Ces temps d'arrêt doivent être trèsmarqués^ même lorsque la machine marche à son maximum de vitesse; aussi, le nombre de coups de piston de ces machines est-il toujours assez limité. .

L'appareil régulateur de la durée de ces temps d'arrêt, dont la figure 204 peut donner une idée, se nomme une cataracte. Il se compose d*une petite pompe dont le tuyau d'aspiration plonge dans une bâche pleine d'eau. Cette pompe est munie d'un piston plein que Ton charge à l'aide d'un contre-poids, et qui est en relation avec une tringle verticale munie de tasseau. Un tasseau fixé sur la poutrelle de distribution agit, à un moment donné, sur la queue d'un levier qui relève ce piston, et Ton remplit ainsi d'eau le petit corps de pompe. Le piston abandonné à Faction de son contre-poids, redescend avec une vitesse que l'on règle, soit en forçant la soupape d'aspiration à rester légèrement ouverte, soit en laissant cette soupape se refermer entièrement, mais alors en employant un robinet qui étrangle, autant qu'on le veut, un tuyau par lequel l'eau est refoulée. Ce mouvement très-lent de descente du piston produit l'élévation, très-lente également, de la tringle, dont les tasseaux viennent agir, dans l'ordre voulu, sur les encliquetages retenant les contre-poids des diverses soupapes, lesquelles, dès le moment que leurs contre-poids sont dégagés, ouvrent en grand ou referment entièrement les orifices qui leur correspondent.

(616) Les divers appareils énumérés ci-dessus (n^' 573 et suivants), constituent les parties, essentielles de la. machine à vapeur, c'est-à-dire : 1* le récepteur proprement dit, sur lequel agit directement la force motrice ; 2"* les pièces, à l'aide desquelles le mouvement communiqué au récepteur est transmis, convenablement modifié, jusqu'à la pièce qui commande l'appareil opérateur, ou les transmissions; et 5*" enfin les organes spéciaux, à l'aide desquels s'opère sur le récepteur la distribution convenable de la vapeur.

Avec ces appareils la machine est complète ^ en ce sens que mise en

marche- elle pourrait d'elle-même entretenir son mouvement et donner un certain nombre de coups de piston consécutifs.

Au milieu de la grande variété d'aspects sous lesijuels se présentent les appareils à vapeur employés dans l'industrie, il sera toujours possible, avec un peu d'habitude et d'attention, de distinguer, dans une machine donnée, les diverses parties que nous venons d'indiquer, et de reconnaître auquel des types ci-dessus énumérés en termes généraux chacune des parties peut se rapporter.

Mais réduite à ces organes la machine n'aurait encore qu'une marche, en quelque sorte, éphémère. 11 faut, pour assurer la régularité et la continuité de cette marche, pourvoir à l'alimentation du générateur et entretenir le jeu du condenseur. Il faut, en outre, approprier la machine aux manœuvres diverses que son emploi industriel peut réclamer. Nous avons donc à ajouter à la machine, telle que nous la connaissons déjà par ce qui pi écède, un certain nombre d'organes qui, pour être des accessoires^ au point de vue théorique, n'en sont pas moins pratiquement des annexes indispensables.

Nous présenterons sur ces appareils quelques indications générales, analogues aux aperçus qui précèdent, en distinguant les appareils d'alimentation, le condenseur et les divers organes qui s'y rattachent, les divers moyens de règlement qui fonctionnent automatiquement, ou qui sont à la disposition du mécanicien dans le cas général des machines à mouvement régulier et continu, enfin les appareils spéciaux, ou les changements de marche^ qui servent dans le cas spécial, mais fort étendu, des machines à vitesses variables et intermittentes et à renversement de mouvement.

(617) Appareils d'alimentation. En dehors du cas purement théorique de la compression finale produisant la condensation complète de la vapeur et en même temps le retour de l'eau à la température et à la pression du générateur, on doit considérer qu'en pratique on alimente habituellement avec de l'eau que l'on prend à l'état liquide, à la pression atmosphérique ordinaire, et que, dans ces conditions, l'introduction de cette eau dans la chaudière, c'està-dire dans un milieu où la pression totale est de n atmosphères, revient, au point de vue mécanique, à l'élever à une hauteur

h=z{n — 1) 10"334, en dépensant par kilogramme d'eau une quantité de kilogrammètres numériquement égale à cette quantité A.

Au point de vue mécanique^ ce travail est très-faible, et en quelque sorte insignifiant (abstraction faite des résistances passives) relativement à celui que peut produire le même poids de vapeur. On pourra donc sans inconvénient calculer les dimensions de cette pompe pour refouler une quantité d'eau double ou triple de la quantité nécessaire, afin de parer très- largement au déchet de la pompe et aux fuites d'eau et de vapeur dans le générateur, ainsi qu'aux fuites et aux condensations de vapeur dans la machine, ou à l'eau mécaniquement entraînée par la vapeur, sauf à suspendre de temps en temps le jeu de cette pompe quand la chaudièi e se trouve surabondamment remplie. Sa construction ne présente en général rien de particulier; cette pompe est habituellement aspirante et foulante à piston plongeur.

Au point de vue de V emploi de la chaleur^ il est très-important de prendre l'eau d'alimentation à une température aussi rapprochée que possible de celle qu'elle doit avoir dans la chaudière avant de s'y vaporiser. Les calories employées à réchauffer l'eau dans la chaudière sont, en effet, perdues pour le travail transmis à la machine ; car elles ne correspondent à aucun ti*avail extérieur appréciable. D'un autre côté leur quantité n'est nullement négligeable devant celle des calories qui travaillent dans la machine.

De là une perte sensible, dont il est possible, ainsi que nous l'avons déjà vu, de se rendre compte dans chaque cas particulier, par un examen spécial. Pour préciser parfaitement ce point important, reprenons l'exemple déjà plusieurs fois considéré, de la vapeur employée à six atmosphères de pression totale, et supposons qu'on alimente successivement avec de l'eau à la température moyenne ambiante ou à lO"", puis à 40** (ce qui est toujours possible avec un condenseur), ou enfin avec de l'eau à 80'' (ce qui est le plus souvent possible avec les détentes ordinaires, en chauffant cette eau à l'aide de la chaleur empruntée à la vapeur d'échappement, dans son trajet du cylindre au condenseur ou à l'air libre).

Nous savons que la quantité totale de chaleur contenue dans un kilogramme de vapeur d'eau (en sus de ce que contient l'eau liquide

à zéro) est pour la pression de 6 atmosphères égale à X, = 655,21 ; de sorte que la quantité de chaleur enlevée à la chaudière pour produire cette vapeur, en prenant Teau non pas à 'zéro, mais à une température t^y â pour valeur générale X, — [x f^... qui devient :

Pour i^ = 10 . . . 655. 21 — 10 = 645 . 21

et enfin pour i^=SQ... 655.21 — 80.10 = 575.11

Ainsi, pour un mode déterminé d'emploi de la vapeur prise à six atmosphères, le même travail est obtenu par les diverses dépenses effectives ci-dessus indiquées, selon la température à laquelle se trouve l'eau qu'on emploie à l'alimentation.

Si l'on prend pour unité la dépense qui correspond h l'alimentation à l'eau froide, les économies de combustible à attendre de l'alimentation à 40'' et 80'' sont respectivement données par les relations 645,21 - 645,24 . ... . 645,21-575,44 . ,.^ 645:24 = ®'®*^ "* mTi ^ ^'*^^'

On voit qu'il n'est pas sans quelque intérêt de chauffer l'eau d'alimentation le plus possible ; ce chauffage est d'ailleurs facile, tant qu'il ne correspond qu*à une fraction de l'excès de chaleur que possède la vapeur détendue à sa sortie du cylindre. 11 en résulte que l'économie à atteindre peut être réalisée par un appareil simple, qui n'aura habituellement que des organes fixes n'augmentant pas les chances d'arrêt de la machine.

Quelquefois, par exemple, on se borne à faire tomber l'eau en pluie dans une longue bâche verticale remplie de fragments quelconques (de coke par exemple), au bas de laquelle arrive la vapeur d'échappement. Quand il y a un condenseur, l'appareil doit être clos, et placé sur le trajet de la vapeur allant du cylindre au condenseur. U doit être en outre placé, non sur Vaspiration^ mais sur le refoulement de la pompe alimentaire, aussi près que possible de la chaudière, afin de diminuer les pertes de chaleur par rayonnement, et d'éviter quelques diflicullés qui se présentent dans le jeu des pompes, quand on leur donne à aspirer de l'eau trop chaude.

L'appareil a reçu des dispositions assez variées. La plus efficace consiste en une sorte de renflement cylindrique traversé par un

faisceau tubulaire. Tantôt ce renflement appartient au tuyau de refoulement de la pompe alimentaire, et les tubes sont alors traversés par la vapeur ; tantôt au contraire, il appartient au tuyau d'échappement de la vapeur, et les tubes sont des sortes de ramifications du tuyau de refoulement.

On préférera ce dernier système au premier, ou inversement, selon que la capacité des tubes y sera inférieure ou supérieure à l'espace libre qu'ils laissent entre eux. Quant à la pompe alimentaire, il est facile de prendre sou mouvement sur divers points delà machine. Par exemple, dans une machine munie d'un balancier, sa lige sera attelée à un bouton fixé en un point de ce balancier ; dans une machinera connexion directe, on pourra la rattacher par une crosse à la tige du piston moteur.

Souvent aussi-, dans les grandes machines, on la fait mouvoir par un appareil spécial qu'on appelle un petit cheval. C'est une petite machine à vapeur dont le piston à vapeur et le piston de la pompe sont fréquemment sur la même tige, afin de simplifier le système autant que possible.

Le petit cheval est commode en ce qu'il permet d'alimenter sans être obligé de mettre la grande machine en marche, et, en outre, de placer l'appareil d'alimentation à la portée du chauffeur.

Nous nous bornons, quant à présent, à ces indications. Nous reviendrons sur d'autres appareils d'alimentation, notamment sur Vinjecteur Giffard et sur la bouteille alimentaire, ou retour d'eau^ qui sont indépendantes de la machine, et qui sont nécessaires pour alimenter les générateurs, très-nombreux dans Tindustrie, qui ne sont pas fjestinés à fournir de la force motrice. Leur description viendra naturellement lorsque nous parlerons des chaudières à vapeur en général, considérées en elles-mêmes, indépendamment des machines.

(618) Appareils de condensation. Ayant reconnu qu'il n'y a pas lieu, dans une machine à vapeur, d'épuiser l'action de la détente, en la prolongeant jusqu'à ce que le mélange d'eau et de vapeur ait pris la température du condenseur ; qu'il convient même, au point de vue de l'eiTet utile, et à cause des résistances passives propres.au

récepteur, de s'arrêter notablement au-dessus de cette limite, on voit que lorsqu'on vient à ouvrir l'échappement à la fin de la course du piston, on met en communication deux milieux, le cylindre à vapeur d*une part, le condenseur de l'autre, entre lesquels il existe une différence finie de pression et de température.

Dès que la communication est ouverte, il y a donc afflux de vapeur du premier dans le second, et condensation dans ce dernier ; bientôt il sétablit entre les deux milieux un état d'équilibre, non de température, mais de pression, la pression commune étant uniquement déterminée par la température du milieu le moins chaud, et sans aucune relation nécessaire avec la température qui peut subsister dans l'autre milieu.

Cette chute brusque de pression ne correspond à aucun travail produit ; elle occasionne une perle de chaleur et par conséquent de travail, assimilable à la perte de force vive que produit un choc ou une variation brusque de vitesse. L'étendue de cette perte peut se calculer, ou bien se mesurer sur un diagramme analogue à celui de la figure 162, par Taire qui se trouve supprimée au delà du point où l'on arrête la détente.

L'action du condenseur se résume donc en ce fait que cet appareil étant maintenu soit à 40°, soit à toute autre température déterminée^ si un cylindre rempli de vapeur, à une température supérieure quelconque^ vient à être mis en facile communication avec lui, la pression dans ce cylindre sera, au bout d'un temps très-court^ celle qui correspond à la température du condenseur.

Cette propriété remarquable ressort clairement de cette simple remarque, que tant que Ton veut supposer cette pression plus élevée, il y a, par suite de l'excès de pression, un courant de vapeur du cylindre vers le condenseur.

Toute la question, pour avoir un condenseur efficace, est donc de le maintenir à une température constante, malgré la chaleur dégagée par la vapeur qui y afflue et qui s'y condense. L'agent qu'on emploie à cet effet est l'eau, prise soit à la température ambiante, qui varie selon les saisons, soit l'eau de puits ou de source, qui est à une température à peu près invariable, égale à la température moyenne de l'année (lO** environ dans nos climats).

Il est facile de voir que pour maintenir une température assez basse dans le condenseur, il faut employer un poids d*eau assez grand relativement à celui de la vapeur. Si Ton veut avoir un premier aperçu de ce poids, on supposera que Ton emploie, par exemple, de la vapeur à six atmosphères ou à la température de 159'*22.

Soit ^'=12Ma température de l'eau d'injection à son entrée dans le condenseur;

8=40'' la température commune après la condensation ;

Q le poids d'eau à injecter pour effectuer la condensation d'un kilogramme de vapeur.

Le kilogramme de vapeur a demandé l'application d'un nombre de calories égal à X = 655''21. (Voir le tableau du n"" 508.)

A l'état d'eau liquide à la température 0, il n'en contient plus que

la quantité / cdt=^.

Il en a donc disparu X — 0.

D'autre part, les Q kilogrammes d'eau injectée en ont gagné 0—^ par kilogramme; ou en totalité Q (6— t').

Si Von suppose qu'il n'y ait point d'autre phénomène qu'une transmission de chaleur entre la vapeur produite dans la chaudière et Peau d'injection^ hypothèse inexacte, mais conforme aux idées qui avaient cours il y a quelques années, le raisonnement le plus élémentaire fait poser l'équation

d'où l'on déduit la valeur numérique Q =21 ,97, ou, en nombre rond, 0=22 kilogrammes.

En comparant les diverses valeurs numériques que fournit la formule ci-dessus avec d'autres données, on reconnaît que la quantité d'eau d'injection croit lentement avec la pression, comme la quantité X, et qu'elle croit au contraire très-rapidement, à mesure'que l'on veut condenser à une température 6 plus basse avec de Peau d*injection à une tempérarature f plus élevée. En pratique, on dépasse ordinairement, et môme dans une assez large mesure, la quantité d'eau indiquée par le calcul précédent, sur lequel nous aurons à revenir.

150 COURS DE MACBINES.

n vaut mieux pécher par excès que par défaut.

Cette dernière assertion est tout à fait exacte dans les machines théoriques qui fonctionnent suivant le cycle de Carnot.

Mais, en pratique^ elle ne doit pas être admise sans une certaine réserve; on conçoit, en effet, que si Ton a réalisé dans le condenseur une température déjà assez basse pour que la pression y soit extrêmement faible^ et si l'on alimente avec de Teau extraite du condenseur, on n'ait plus d'intérêt à chercher une température encore plus basse; car on arriverait à dépasser pour le chauffage de l'eau dans la chaudière un supplément de calories plus qu'équivalent au supplément de travail utile résultant de la réduction de contrepression.

En fait, on ne descend jamais au-dessous de 38 à 40^, et assez souvent on reste à 50 et à 55° et même au-dessus.

(619) L'eau servant à la condensation peut être employée de deux manières principales, ou par injection à l'intérieur du condenseur (c'est le cas le plus ordinaire), ou extérieurement par simple contact avec les parois de l'appareil.

Avec une quantité d'eau déterminée, les condenseurs à injection sont certainement supérieurs aux condenseurs à surface^ soit au point de vue de la température qu'ils établissent à l'intérieur de l'appareil, soit surtout au point de vue de la rapidité de la condensation. Le contact des parois du condenseur à surface avec la masse de vapeur qui y afflue au moment de l'échappement, ne peut avoir, par suite du peu de conductibilité des corps à 1 état de fluides aériformes, l'instantanéité d'action d'une gerbe d'eau introduite 9u milieu même de cette masse, et saisissant^ en quelque sorte, chacun de ses éléments. Celte différ^ence d'action est d'autant plus importante, qu'il s'agit de machines marchant à une plus grande vitesse de rotation. On n'emploiera donc ordinairement le condenseur à surface que pour de grandes machines ne donnant pas un trop grand nombre de coups de piston par minute, et à la condition de les régler, comme il sera expliqué plus loin, avec une avance à Véchappemenl suffisante.

Le condenseur à injection nécessite l'emploi d'une pompe, qui

sert d'abord à le vider à la fois de Teau injectée et de Teau con* densée.

Mais ce n'est pas la seule fonction de cette pompe.

Il faut concevoir que Teau d'injection qui arrive dans le condenseur, contient en dissolution une certaine quantité d'air, qui est proportionnelle, comme l'on sait, à la pression de Tatmosphère avec laquelle cette eau a été en contact suffisamment prolongé. Arrivée dans le condenseur, l'eau ne peut plus en dissoudre qu'une quantité en rapport avec la pression nouvelle qui règne dans cet appareil. La plus grande partie se dégage donc ; et il existe dans rappai*eil, au-dessus de l'eau liquide, une atmosphère saturée dans laquelle la pression de la vapeur, en relation avec la seule température, et la pression de l'air, en relation à la fois avec la quantité dégagée, le volume qu elle occupe et la température, s'ajoutent pour former la contre-pression qui s'exerce réellement sur le piston.

L'expérience montre que la présence de l'air, quelque raréfié qu'on le suppose, agit, non-seulement en augmentant celte contrepression, mais encore en ralentissant singulièrement la condensation. Ces deux inconvénients distincts augmentent, d'ailleurs, avec la quantité d'air contenue dans l'unité de volume. Il importe de donner au condenseur une capacité en rapport avec la quantité-d'eau injectée en un temps donné, et de le purger à chaque coup de piston de sa pompe, non-seulement de l'eau injectée et condensée, mais encore d'une quantité d'air égale à la quantité qui s'en dégage entre deux coups de piston consécutifs. La pompe doit donc être disposée de manière à remplir cette double destination, c'est-à-dire à aspirer Tair aussi bien que l'eau; d'où lui vient le nom de pompe à air^ sous lequel on la désigne habituellement.

La pompe à air a donc une importance beaucoup plus grande que la pompe alimentaire. En outre, elle fatigue beaucoup plus, par suite de la double fonction qu'elle a à remplir ; car elle est dans les conditions d'une pompe quelconque dont le tuyau d'aspiration aspirerait à la fois de l'eau et de l'air. 11 se produit des à-coups dans la marche de la pompe, parce que les clapets, au lieu de fonctionner seulement aux points morts, s'ouvrent brusquement quand le piston a déjà acquis une vitesse finie.

Par ce motif, la pompe à air doit marcher à faible vitesse, et sa commande ne saurait se faire directement par l'arbre du volant, si celui-ci fait plus de 20 ou 25 tours par minute, à moins d'augmenter beaucoup son diamètre et de réduire sa course.

(6ISO) l'appareil complet d'un condenseur à injection comprend :

1** Une première pompe spéciale, dite pompe à eau froide^ ou pompe de puits, qui prend, dans un cours d'eau qu'on a à sa portée ou dans un puits, l'eau nécessaire à l'injection;

2"* Dne bâche dite à eau froide, qui reçoit Teau élevée par cette première pompe ;

S"" Le condenseur proprement dit ; c'est habituellement un cy« lindre en fonte, portant un fond et un couvercle, pouvant communiquer avec le cylindre à vapeur, et muni en outre d'une tubulure qui communique avec la bâche à eau froide, et dont on règle l'ouverture à volonté à l'aide d'un robinet ou d'une valve. Il est opportun, mais non nécessaire, que le condenseur soit entièrement immergé dans la bâche à eau froide, pour éviter les rentrées d'air par des joints qui seraient imparfaitement étanches ;

4^ La pompe à air, qui sert à purger d'eau et d'air le condenseur. C'est un organe important, dont la tige est souvent attelée à un point du parallélogramme de Watt qui assure son mouvement rectilignc (voir n^ 586.) ;

S"" La bâche à eau chaude, dans laquelle la pompe à air déverse l'eau extraite du condenseur, et d'où il s'en échappe la majeure partie par un tuyau de trop plein ;

6^ La pompe alimentaire, ou pompe à eau chaude, qui prend dans la bâche ci-dessus l'eau nécessaire à l'alimentation ;

7° Enfin des tuyaux de trop plein qui renvoient au dehors l'eau froide en excès qui n'est pas injectée, ou l'eau chaude en exc^s qui ne sert pas à l'alimentation.

Tel est le système, assez complexe et demandant assez d'entretien, qu'entraîne l'emploi de la condensation dans une machine à vapeur.

La figure 206 donne la disposition, en quelque sorte dassique, du système appliqué à une machine de rotation à balancier.

(6ISt) La condensation a, au point de vue de l'effet utile de la vapeur, les avantages que Ton sait; indispensable avec les machines à basse pression, elle augmente à la fois, avec les hautes pressions, le travail de Tadmission et le travail de la détente, d'une part en diminuant la contre-pression, et d'autre part en permettant de pousser beaucoup plus loin la détente.

Hais elle nécessite une quantité d'eau qu'on n'a pas toujours à sa disposition. Elle complique sensiblement la machine, et la rend d'un entretien moins facile. Elle la rend également plus chère et plus encombrante, soit par la présence même de l'appareil, soit à cause de la détente plus grande à laquelle on peut marcher, soit enfin parce qu'étant exclusive des très-grandes vitesses, à moins de compliquer la machine par une commande spéciale, elle comporte, pour cette machine, des dimensions au-dessous desquelles il aurait été possible de se tenir, si l'on avait marché à plus grande vitesse.

Quoiqu'il en soit, on peut poser en principe que, malgré ces inconvénients, le condenseur est une partie indispensable de toute grande machine dans laquelle on recherche V économie de combustible^ toutes les fois qu'il n^est pas impossible de se procurer Veau nécessaire.

i^Z^) On a depuis longtemps proposé de substituer au condenseur à injection ci-dessus décrit, un condenseur fermé, ou condenseur à surface.

Cette substitution a été l'objet de diverses tentatives, dont les premières remontent à Hall et sont antérieures à 1840. Mais jusqu'à ces derniers temps elles n'avaient pas eu beaucoup de succès.

Le défaut de ces appareils, lorsqu'ils ne sont pas convenablement établis, c'est-à-dire lorsque la surface condensante est insuffisante, ou que la vapeur n'est pas assez subdivisée, est, comme on l'a déjà dit, d'être moins instantanés que le condenseur à injection. Us demandent par suite une moindre vitesse de la machine et une plus grande avance à l'échappement.

i5i COURS DE HACHIRES.

Pour qu'ils soient efficaces, il faut y multiplier beaucoup le contact des parois froides et delà vapeur, employer des parois minces et bien conductrices de la chaleur, et faire circuler une masse suffisante d'eau froide contre ces parois.

La forme qui, pour un encombrement donné de Tappareil, satisfait le mieux à ces conditions est analogue à celle du réchauffeur indiqué au n"" 607.

Qu'il s'agisse en effet de chauffer Veau avec de la vapeur, ou de refroidir la vapeur avec de Feau, la question à résoudre est du même ordre.

Le condenseur consistera donc en un faisceau tubulaire formé d'un très-grand nombre de petits tubes ouverts par les deux bouts traversant les deux parois opposées d'une bâche close dans laquelle arrivera la vapeur d'échappement. Ces tubes seront traversés par un courant d'eau froide, entretenu par une pompe dite de circulation, qui joue ici le rôle de la pompe à eau froide du condenseur à injection.

La pompe de circulation sera actionnée soit par la machine principale, soit de préférence par un petit cheval^ qui peut préparer le vide avant la mise en train, et dont la vitesse peut être variée selon la dépense de vapeur de la machine.

On emploiera soit une pompe ordinaire à piston, soit plutôt des pompes centrifuges, qui sont bien indiquées pour un cas où il s'agit de déplacer des masses d'eau sans avoir à les élever.

On a aussi proposé, pour les bateaux marins où se fait l'emploi le plus fréquent et le plus opportun des condenseurs à surface, de ftiire produire le courant par le sillnge môme du navire, en admettant l'eau du côté de la proue et la rendant du côté de la poupe. Mais rinconvénient est de n'avoir pas de courant lorsque le navire est en stationnement, et d'en avoir un, en marche, dont Tintensitê est fonction de la seule vitesse du tableau, au lieu de l'être de la quantité de vapeur consommée par la machine.

Le condenseur à surface comporte les mêmes appareils accessoires que le condenseur à injection, sauf que la pompe à air et la bâche à eau chaude y ont beaucoup moins d'importance, puisqu'on n'a à extraire qu'une quantité d'eau très-faible et une quantité d'air proportionnellement plus faible encore.

GÉNÉRALITÉS SUR LES APPAREILS RÉGBPTEURF. iS5

Cette moindre proportion résulte de ce que Tair à extraire, dana les condenseurs à injection, vient, pour la plus grande partie, non de la chaudière, mais de l'eau injectée elle-même, qui en contient toujours en dissolution une certaine quantité qu'elle laisse dégager dans le vide du condenseur.

D'ailleurs, comme on alimente avec l'eau condensée, additionnée seulement de la petite quantité d eau nouvelle nécessaire pour compenser les fuites, la masse d'air introduite dans la chaudière est due presque exclusivement, avec un condenseur à surface, à cette quantité additionnelle.

Cette condition de pouvoir alimenter avec de l'eau distillée, ou d'avoir le système d'alimentation monhydrique, a une grande importance pratique, lorsque Teau dont on dispose contient des matières solides en dissolution.

Telle est notamment Teau de mer : aussi est-ce surtout aux machines marines que les condenseurs à surface sont appropriés.

Leur emploi est ici d'autant plus indiqué que l'eau de mer n'ayant jamais pu être employée à haute pression, à cause des incrustations qui se forment alors avec trop d'abondance dans les chaudières, la véritable question que l'on résolvait avec le condenseur à surface était, pour les machines marines, celle de l'emploi possible de la haute pression.

Or, on l'a déjà dit, il n'est pas d'application importante de la vapeur, dans laquelle il y ait plus d'intérêt à réduire le poids et l'emplacement de la machine, et surtout la consommation de combustible par cheval et par heure, que dans la navigation à vapeur, surtout lorsqu'il s'agit de navires effectuant sans relâches de grandes traversées, et par suite obligés d'embarquer au départ leur complet approvisionnement de charbon.

L'emploi des condenseurs fermés, dont les figures 207 et 207 bis représentent deux dispositions. Tune à tuyaux verticaux, l'autre à tuyaux horizontaux, n'est peut-être pas encore entièrement résolu, du moins en ce sens qu'il présente encore certaines difficultés pratiques. Elles résultent, pour le condenseur même, de ce que, par suite du dépôt des corp^ gras entraînés par la vapeur, dépôt qui se fait à l'intérieur des tubes, Faction rerroidissanle de leurs parois se réduit au

bout d'un certain temps ; pour les chaudières^ de ce que Teau qui y fait retour indéfiniment se charge de plus en plus de ces corps gras et a tendance à bouillir tumultueusement. Mais dût-on même avoir le condenseur en double, pour se donner toutes les facilités de nettoyage, et appliquer quelque procédé spécial pour épurer les eaux avant de les renvoyer à la chaudière, j'estime qu'il faut passer outre à ces embarras pratiques, en raison des avantages capitaux qui ressortent de l'emploi de ce procédé de condensation.

Si donc, à la fin du numéro précédent, nous avons posé le principe que la condensation doit être employée dans toute grande machine où l'on recherche l'économie de combustible, toutes les fois qu'il n'est pas impossible de se procurer l'eau nécessaire, nous ajouterons, comme second principe, qu'il convient de préférer généralement le condenseur fermé, lorsque cette eau est très-mauvaise pour l'alimentation des chaudières, et que cette préférence doit être considérée aujourd'hui comme de toute rigueur^ pour les machines de^ navires ayant à effectuer sur mer de longues traversées. (Voir n"" 605.) En fait, aujourd'hui il ne s'en établit plus d'autre.

lB1t3) C'est ici le lieu d'indiquer un troisième système de condenseur, connu sous le nom de condenseur Letoret, qui offre ce caractère commode de n'avoir pas de pompe à air. Mais, par contre, son emploi suppose que la machine marche sans détente, ou du moins que si elle marche à détente, la pression finale est notablement supérieure à la pression atmosphérique.

Le système, représenté figure 208, consiste à envoyer la vapeur d'échappement dans une capacité purgée d'air, à l'intérieur de laquelle un robinet d'injection lance de Peau, soit d'une manière continue, soit au moment de l'échappement, e( qui est munie d'un clapet s'ouvrant du dedans en dehors sous une petite épaisseur d'eau qui prévient les rentrées d'air.

La vapeur d'échappement s'élance avec force dans cette capacité ; elle s'y condense très-rapidement, mais non pas instantanément^ et le jet persiste pendant un temps assez long et avec une force vive suffisante pour ouvrir le clapet et s'échapper en grande partie audehors. Ce jet expulse devant lui l'air et l'eau, qui peuvent se trou-

ver dans le condenseur ; dès que la pression est réduite au-dessous d'une atmosphère, le clapet se referme, Toeuvre de la condensation continue, et bientôt on a un vide aussi parfait au moins qu^avec un condenseur ordinaire.

Ce système ne s'appliquerait pas très -commodément aux ma-» chines de rotation. Mais pour des machines comme celles qui servent à l'épuisement des mines, où l'on ne donne qu'un petit nombre de coups de piston par minute, séparés par des temps d'arrêt complet, il peut être considéré comme satisfaisant, toutes les fois qu'on veut se contenter d'une détente restreinte qui permet de réduire beaucoup, comme on Ta dit, la grandeur du cylindre à va-? peur et l'importance des masses en mouvement, et d'augmenter, dans une certaine mesure, le nombre de coups de piston par minute.

(B1t4L) On peut remarquer qu'il ne serait pas impossible de faire fonctionner cet appareil, même avec des détentes plus prolongées qu'on ne le fait habituellement ; il faudrait pour cela que la bouffée de vapeur soulevant le clapet débouchât, non dans l'atmosphère, mais dans un milieu où il existerait une moindre pression.

La condition nécessaire et suflisante à remplir pour le jeu de l'appareil est, en effet, que la pression finale de la vapeur détendue, soit sensiblement supérieure à celle qui règne dans le milieu où elle doit s'échapper. Un tel milieu pourrait être obtenu à l'aide, d'une capacité fermée, élevée de quelques mètres au-dessus d'un résenoir d'eau, avec lequel elle communiquerait par un tuyau.

Ce tuyau servirait de trop plein pour écouler l'eau condensée, et l'air qui pourrait s'accumuler avec le temps en serait extrait, de temps à autre, soit en purgeant par un jet de vapeur venant directement de la chaudière, comme pour la mise en train de la machine, soit par des manœuvres plus ou moins analogues^ quoiqu'ayant Vobjet inverse, à celles que l'on emploie pour renouveler l'air du réservoir des pompes.

Au lieu de supprimer la pompe à air, comme avec le condenseur imaginé par M. Letoret, on peut, dans certains cas, supprimer la pompe et la bâche à eau froide ; c'est lorsque le condenseur est établi au niveau ou peu au-dessus des eaux du réservoir qui four-

nit Teau au condenseur, ou même au-dessous comme dans les bateaux à vapeur.

Il suffît alors, en effet, de mettre le robinet d^njection en communication directe, par un tuyau, avec ce réservoir. Cette disposition, qui s'applique naturellement aux machines des bateaux à vapeur, serait impraticable avec une différence de niveau trop grande, parce que Taspiralion produite par le vide du condenseur serait iasuffisante; elle serait même peu recommandable, si celte différence dépassait quatre ou cinq mètres, parce qu'il faut, pour la rapidité de la condensation, que l'injection ait lieu avec une certaine force, qui brise la gerbe d'eau contre les parois et la fasse rejaillir en gouttelettes dans tous les sens.

(6IS5) Revenant au condenseur à injection, on voit que le système, assez complexe, comporte la mise en mouvement des liges de trois pompes, qui sont, par ordre d'importance, la pompe à air, la pompe à eau froide et la pompe alimentaire.

Dans les machines à balancier, la première tige est articulée, soit au point C^ du parallélogramme, soit à un point tel que C, (fig. 168), selon qu'il s'agit d'une machine à un seul cylindre ou d'une machine de Woolf; les deux autres tiges sont, en général, directement attelées au balancier, et assez souvent articulées au point d'attache du piston, pour permettre la petite oscillation de leurs parties supérieures.

Dans les machines à connexion directe, on a des combinaisons cînématiques variées pour donner le mouvement à ces pompes, qui peuvent être, comme le cylindre à vapeur, horizontales ou verticales, qui peuvent être également à simple effet, comme dans la figure 206, ou à double effet, etc., etc.

On doit rappeler ici l'indication d'une disposition générale, applicable à tous les cas, qui consiste à établir une machine condensante spéciale, entièrement distincte de la machine principale, et à laquelle on donne, en outre, à faire Talimentation (voir n"" 617). Par là^ on simplifie beaucoup la machine principale, en la débartassant de ces fonctions accessoires, et la réduisant à son rôle es-^ sentiel d'appareil récepteur.

Cette disposition est particulièrement recommandable, lorsque 'on a à faire mouvoir plusieurs machines principales, dont il importe d'assurer la continuité et la régularité de marche. On réduit ainsi chacune d'elles à son maximum de simplicité, et une seule machine auxiliaire, doublée au- besoin si Ton veut être garanti absolument contre tout chômage, actionne un système d'organes d'alimentation et de condensation, qui suffit pour toutes les machines.

Ce système offre des avantages évidents au point de vue de la régularité de ces dernières, et même aux points de vue de la dépense de premier établissement et de l'économie de force. Il mérite d'être appliqué plus souvent qu'on ne le fait. Il n'y a aucune difficulté à l'appliquer à un ensemble de machines, même assez éloignées les unes des autres. On tiendra, et même on favorisera le vide du condenseur, et l'on évitera les rentrées d'air, en établissant les tuyaux d'échappement sous terre, dans des canaux qu'on entretiendra pleins d'eau.

(626) Appareils régulateurs. — Une machine à vapeur, fonctionnant pour obtenir un résultat industriel quelconque, reçoit, par coup de piston, une certaine quantité de travail, qui dépend de la quantité et des conditions d'emploi de la vapeur consommée. Cette quantité de vapeur et ces conditions d'emploi, uniformes en principe, oscillent, en réalité, d'un moment à l'autre, selon l'intensité de la vaporisation produite dans la chaudière. D'autre part, la machine doit vaincre, indépendamment des résistances passives du système tout entier, qui varient selon l'état actuel d'entretien et de graissage des pièces, certaines résistances principales en vue desquelles elle fonctionne, et qui, elles aussi, ne sont pas parfaitement constantes et régulières.

L'équilibre dynamique du système (voir n"" 13) consistera en ce que, pour une période donnée ou pour une série limitée de périodes, il y aura égalité entre le travail moteur et les divers travaux résistants ; que la force vive se retrouvera la même au commencement de chaque période ou série de périodes, et qu'il s'établira ainsi une sorte de vitesse de régime oscillant entre certaines limites.

Nous avons déjà vu que lorsqu'il s'agit de machines sans volant^

soit à simple soit à double effets la périodicilë correspond à une excursion (foufr/e ou simple du piston, et la force vive est nulle à la fin de chaque période. Une machine de ce genre, à moins d'être conduite à la main, ne convient qu'aux opérateurs qui consomment, à chacune de ces excursions du piston, une quantité de travail bien constante.Tels peuvent être les cas où Ton n'a à exécuter qu'une opération simple, qui ce reproduit indéfiniment, et par périodes concordantes avec les coups de pislon de la machine, comme sera, par exemple, le jeu d'un piston soufflant fonctionnant à une pression constante, ou encore celui d'une pompe élevant l'eau à une hauteur donnée etc.

On doit concevoir qu'une telle machine, une fois réglée avec précision dans sa distribution, continuera à se mouvoir, tant qu'elle sera régulièrement alimentée en vapeur.

Nous avons vu également qu'une machine munie d'un volant n'a pas besoin d'être réglée avec la même précision. Elle se prête aux variations périodiques ou irrégulières, même aux intermittences du travail résistant principal, ainsi qu'aux petites irrégularités qu'il n'est guère possible d'éviter dans la production de la vapeur. Il en résulte qu'il n'y a d'égalité sensible entre le travail moteur et le travail résistant produit sur la machine, que si l'on considère sa marche pendant une durée assez longue, tandis qu'il y a, au contraire inégalité, sinon nécessaire, du moins habituelle, dans les éléments de ces quantités, et même inégalité possible et habituelle entre les intégrales de ces éléments, étendues à une période simple embrassant une évolution complète du système cinématique que présente la machine.

(627) Le volant dont nous avons défini les fonctions essentielles aux n""* 19 et 20, est un premier moyen de remédier à ces inégalités périodiques ou irrégulières. Théoriquement on peut donner à un volant, en marche normale, une force vive suffisante pour qu'une variation de sa vitesse moyenne aussi petite que l'on voudra puisse correspondre à un écart aussi grand que Von voudra entre le travail moteur et le travail résistant produit pendant une période donnée.

La condition à remplir est de donner au volant un moment d'i-

nertie suffisant par rapport à son axe de rotation et une vitesse angulaire suffisante autour de cet axe. Si la vitesse angulaire est donnée, on a encore deux éléments disponibles, la masse et le rayon de gyration du volant.

Dans chaque cas particulier, la question pourra être résolue, comme on Ta indiqué au n° 19, lorsque Ton connaîtra le mode d'action delà vapeur, la nature et le mode d'action de la résistance principale, la constitution géométrique du système et le degré de régularisation qu'on veut obtenir.

Ce dernier élément peut, et même doit être variable selon les cas, et il serait inexact de penser que la régularité la plus grande possible soit toujours la condition à rechercher.

Cela peut être vrai pour certains opérateurs dont le bon fonctionnement industriel demande une vitesse bien régulière. Tels seront, par exemple, les métiers à filer.

L'inverse peut avoir lieu dans d'autres cas, par exemple pour les machines faisant mouvoir des pompes.

II convient, dans ce dernier cas, que la vitesse se réduise aux environs des points morts des pompes, pour diminuer les- effets fâcheux qui tendent à se produire lorsque les clapets sont en jeu et que la vitesse de l'eau dans les tuyaux doit se modifier trop brusquement.

Pour une application de ce genre, il est possible et même opportun que le volant reçoive une puissance simplement suffisante pour franchir le point mort du piston à vapeur, et très-inférieur à ce que la même machine recevrait si elle avait à faire mouvoir une filature.

J'ajoute que le volant doit varier, non-seulement avec l'usage industriel auquel la machine est destinée, mais encore avec le mode d'emploi de la vapeur. Il faut un volant plus puissant avec une machine à délente qu'avec une machine sans détente, plus puissant si la détente a lieu dans un seul cylindre qu'avec une machine de Woolf, etc.

La même puissance peut d'ailleurs être obtenue, quelle que soit la viteïssede rotation de la machine, pourvu que le moment d'inertie soit en raison inverse de cette vitesse.

Il 11

Enfin nous rappelons qu'indépendamment de son rAie comme organe régulateur de la vitesse de la machine, le \olant d'une machine à vapeur a encore, à cause de la bielle et de la manivelle qui le mettent en mouvement, un rôle cinématique capital, qui est de limiter géométriquement la course du piston, ce qui permet de donner à la machine une allure beaucoup plus franche et plus rapide.

(6IS8) Un second appareil régulateur qui existe dans toutes les machines, soit à «impie, soit à double effet, est le papillon, soupape à gorge, ou régulateur, dont nous avons parlé au n*" 577, comme pouvant servir à diminuer la quantité d'eau liquide arrivant au cylindre avec la vapeur.

Mais ce n'est pas là son rôle essentiel. Sa fonction principale est de créer entre la chaudière et le cylindre à vapeur une certaine chute dépression. Cette condition peut sembler contradictoire Biyec la règle qui a été énoncée, Ue donner à tous les passages de vapeur les plus grandes sections que l'on peut, précisément pour éviter ces chutes de pression.

11 est facile devoir cependant qu'il convient, à la fois, de satisfaire à la règle en générai^ et d'y faire V exception particulière dont nous parlons.

En effet, la pression en aval de la soupape à gorge est celle sous laquelle la machine doit marcher, et il convient d'en perdre le moins possible depuis ce point jusqu'au cylindre. La pression en amont doit être celle de la chaudière, et il convient également d'en perdre le moins possible depuis la chaudière jusqu'à ce même point. Quant a ce qui est de la chule brusque que Ton consent à subir en ce point, on l'accepte comme moyen de régularisation de la marche de la machine. On doit considérer qu'ayant calculé la machine pour marcher normalement à une pression donnée (6 atmosphères par exemple), il convient de pouvoir, au besoin, marcher accidentellement à une pression différente, un peu plus forte ou un peu plus faible. L'écart en plus ou en moins pourra être, par exemple, d'une demi-atmosphère. On établira donc la chaudière pour fonctionner, je suppose, à 6 atmosphères et demie.

GÉNÉRALITÉS SUft LBS APPAJftStLS RÉCEPTEURS. iÛ$

On marchera avec la soupape assez étranglée pour produire la chute normale d'une demi-atmosphère, et l'on aura la faculté soit de réduire^ soit d'augmenter encore cette chute, en diminuant ou en accroissant l'étranglement.

Dans une machine sans volant, cette manœuvre de la soupape à gorge se fait à la main et à de rares intervalles.

Dans une machine à volant, elle est, au contraire, presque inces-* santé, et elle se fait automatiquement. Le moyen ordinaire de la produire est d'employer le régulateur à force centrifuge, connu sous le nom de pendule conique, ou pendule de Watt, déjà mentionné au n"" 608. Plus généralement, cette manœuvre peut se faire à l'aide d'un organe quelconque, animé d'un mouvement de rotation autour d'un axe, et susceptible de changer de forme, selon que ce mouve-* ment est plus ou moins rapide, soit par l'action combinée de la gravité et de la force centrifuge, soit sans que la gravité ait à intervenir.

Dans le pendule conique ordinaire manœuvrant la soupape à gorge (fig. 209), la force centriruge et la gravité interviennent à la fois, pour déplacer les boules de l'appareil en les écartant de la verticale.

Dans le second cas, l'appareil est indépendant de l'action de la gravité, et agit par le jeu combiné de l'inertie centrifuge et de la tension de certaines pièces élastiques Taisant fonction de ressorts.

Il suffit pour cela (fig. 210) de remplacer les deux boules, ou lentilles, de l'appareil ordinaire, par quatre boules symétriquement ph* cées deux à deux, par rapport au centre d'oscillation. L'appareil peut alors être installé sur un axe soit horizontal, soit ayant une inclinaison variable^ comme cela se présente sur un navire, à cause des mouvements de tangage et de roulis.

Cette dernière observation peut être généralisée, et Ton peut voir qu'il convient en général, pour toutes les machines exposées à de fortes vibrations ou à des déplacements finis (telles que les locomotives et plus encore les machines de bateau), d'éviter Temploi de l'action de la gravité* et de la remplacer par celle de ressorts convenablement tendus, dans divers cas, analogues à celui qui vient d'être indiqué, lorsqu'il s'agit, par exemple, de régler le jeu de divers or-

161 GOUnS DE UACHINES.

ganes de la distribution, ou bien de charger des soupapes de sûreté, etc., etc.; en un mot dans les cas où l'action uniforme et continue delà gravilépeut êlre altérée, soil par des variations dans la position des pièces, soit par des mouvements de trépidation.

Quel que soit, du reste^ le système des forces mises en jeu dans le régulateur, si Ton se représente les positions extrêmes que l'appareil puisse prendre en se déformant, et les vitesses de rotation correspondantes à ces positions, l'appareil régulateur devra être établi, pour être entièrement ouvert à la position qui correspond à la plus petite vitesse, et entièrement fermé avant celle qui correspond à la plus grande, laquelle, par conséquent, ne pourra pas être atteinte d'une manière suivie*

Nous reviendrons plus loin sur la question des régulateurs, en précisant davantage et en étendant les idées générales exposées cidessus.

(6IS9) La régularisation de lu vitesse peut être obtenue, non pas seulement en faisant varier la pression initiale de la vapeur, mais aussi en faisant varier le degré de la détente. Ce procédé est assez habituel, du moins en France, pour qu'il y ait lieu de distinguer les machines à détente fixe et les machines à détente variable, et même, parmi ces dernières, les machines où la détente est variable à la main, et celles où elle est variable par le régulateur.

Le premier système est seul employé dans les machines sans volant; et cette variation à la main, combinée avec celle de l'ouverture de la soupape à gorge, donne au mécanicien toutes facilités pour régler la machine et la faire agir dans des conditions variées. La condition qu'il faut toujours remplir, c'est que la pleine pression et la détente soient réglées de manière à produire par coup de piston une quantité déterminée de travail. On verra, par exemple, qu'une machine fonctionnant d'abord à une allure donnée, on pourra réduire la pression en diminuant en même temps le degré de la détente ; et qu'en marchant dans ces conditions nouvelles, on se trouvera avoir une marche moins économique, mais par contre une allure jplus douce et moins fatigante pour la machine, et la possibité de lui donner une plus grande vitesse, sous la réserve, qui doit

être toujours sous-entendue, que la chaudière s'accommode h débiter un poids de vapeur en rapport avec la pression et avec le vo^ lume débité par la machine.

Dans les machines à volant, la détente peut être, à volonté, vaviable à la main, comme dans les machines à mouvements alternatifsy ou variable par le régulateur. Ce dernier appareil peut donc agir, soit pour faire varier la pleine pression, comme on l'a dit plus haut, soit, sans toucher à la pleine pression, pour faire varier la détente. Quand la machine s'accélère ou se ralentit, on est conduit soit à diminuer ou à augmenter la pression, soit à diminuer ou à augmenter l'admission, c'est-à-dire à pousser la détente plus ou moins loin.

On peut penser qu'il est plus rationnel d'agir sur le papillon que sur l'appareil de détente, en ce sens qu'il semble assez naturel, à mesure que la vitesse de la machine devient trop grande, de dépenser la vapeur dans des conditions de moins en moins favorables à son utilisation. Or, c'est ce qui a lieu dans le premier cas; c'est le contraire qui se produit dans le second/Cette opinion est celle qui prévaut en Angleterre, où la détente variable est beaucoup moins usitée qu'en France.

On remarquera que la force développée sur le régulateur même, par suite de la variation de la vitesse, est en général assez petite, et qu'elle ne suffira pas toujours pour produire l'effet voulu, si on la fait agir directement sur l'organe à déplacer. Elle agira, dans ce cas, comme on l'a indiqué d'une manière générale au n"* 18, sur un er« gane intermédiaire qui fonctionnera comme une sorte d'embrayage pour déterminer le mouvement de l'organe principal.

Nous reviendrons, d'ailleurs, plus loin sur le régulateur à force centrifuge, dont le mode d'action, très-simple à comprendre en termes généraux, comporte quelques détails dans lesquels il n'y a pas lieu d'entrer en ce moment.

(•30) Un dernier moyen de régularisation de la marche d'une machine à vapeur quelconque, consiste à agir, non plus sur la machine môme, mais sur son générateur C'est là, à bien dire, que se trouve la source du travail que l'on pourra développer sur la ma-

IM COURS m MÂGHnnBS.

chine. On ne peut, comme nous l'avons dit, arriver à aucune conclusion sur la force d'une machine donnée, si l'on veut la considérer en dehors de ses chaudières ; tandis qu'au contraire on en prend une idée très*précise, même sans rien connaître de ses dimensions, si l'on sait qu'elle débite, dans des conditions d'emploi déterminées, la vapeur que peut engendrer une chaudière dont on se donne la puissance de vaporisation.

On changera donc très-naturellement la force de la machine en changeant cette puissance de vaporisation, c'est*à-dire en entretenant avec plus ou moins d'activité les feux de la chaudière. On poussera les feux si la machine se ralentit; on les retiendra dans le cas contraire, leur intensité étant déterminée par la double condition d'obtenir un travail déterminé par coup de piston, et un nombre donné de coups de piston par minute,

L^effet du procédé ne sera pas aussi instantané que celui du régulateur sur le papillon. Aussi n'est-ce pas au même genre d'irrégularités qu'il s'applique, mais au cas de variations, longtemps prolongées dans un même sens, du travail qui doit être demandé à une machine. Il se combine très-bien avec remploi de la détente variable par le régulateur.

C'est en faisant varier l'activité de leurs feux qu'agissent les chauffeurs d'un bateau pour pouvoir, ou varier leur vitesse de marche, ou la maintenir constante dans des circonstances différentes. C'est encore ce que fait le conducteur d'une locomotive qui doit remorquer des trains plus ou moins lourds, à des vitesses différentes, sur des voies diversement inclinées, etc., etc.

(681) Appareils pour la conduite des machines. — Une machine à vapeur qui, une fois mise en mouvement, continue de se mouvoir indéfiniment dans le même sens, comme sont la plupart des machines d'usines, ne comporte pas d'appareils autres que ceux que nous avons décrits. Pour la mettre en marche, on commence par y faire circuler un courant de vapeur qui a pour but d'en réchauffer toutes les parties et d'en chasser l'air. Ensuite, après avoir expulsé Teau condensée à Taide des robinets purgeurs, on met en marche en ouvrant la prise de vapeur sur la chaudière, et en se portant au volant si

GÉNÊHAilTES SUR LES APPARBUS RÉCEPTEURS. 167

la machine ne part pas immédiatement d'elle-même. On arrête en fermant la prise de vapeur, et laissant la machine se ralentir progressivement par Tépuisement de sa force vive.

Pendant qu elle est en marche, le mécanicien n'a qu'à surveiller le graissage des pièces, tandis que le chauffeur règle ses feux aussi uniformément que possible, et que le régulateur pare aux petites irrégularités temporaires qui peuvent être ou le fait du chauffeur, ou celui des résistances que la machine a à surmonter.

Les machines à marche variable et intermittente et à renversement de mouvement, spécialement les machines d'extraction, celles de bateau et les locomotives, comportent d'autres dispositions.

Elles auront toujours la soupape à gorge, et rarement le régulateur à force centrifuge, qu*il ne serait pas commode d'approprier aux diverses vitesses de régime que l'on peut avoir à leur demander.

Par contre, elles auront assez fréquemment un frein qui fonctionnera pour arrêter rapidement, et elles auront toujours un appareil de changement de marche, à laide duquel on pourra, selon les cas, marcher en avants ou battre en arri&re.

Elles seront habituellement, mais non obligatoirement, à cylindre conjugués, (soit à deux cylindres avec leurs manivelles à angle droit, soit à trois cylindre avec leurs manivelles à 120 degrés), pour éviter les points morts, régulariser le mouvement, s'arrêter promptement, et repartir facilement dans toutes les positions.

Enfin, elles seront en principe dépourvues de volant, cette pièce n'étant pas nécessaire pour régulariser la vitesse, qui l'est à un degré suffisant par l'emploi des cylindres conjugués et par l'inertie des pièces essentielles au système, telles que les roues à pales ou l'hélice du bateau, ou les bobines de l'appareil d'extraction, et qui l'est même avec excès dans les chemins de fer, par la masse de la locomotive et du train qu'elle remorque.

Si les machines d'extraction en ont un habituellement, placé d'une manière symétrique entre les deux bobines, on doit considé* rer que sa jante n'a pas à fonctionner par son inertie comme celle d'un volant, mais qu'elle sert uniquement, ou principalement, comme poulie de frein.

Il convient donc, pour la facilité et la promptitude des raanœu* vres qu'entraîne la réception et Tenlevage des cages d'extraction, que cette jante ait seulement Tépaisseur nécessaire à son véritable rôle dans la machine. Quant au diamètre de celte jante, sa destination comme poulie de frein demande qu'il soit, comme si elle avait à fonctionner comme volant, aussi grand que le permettent les convenances de la construction (voir cours d'exploitation n"" 436).

(68S) Le frein des machines d*extraction est ordinairement mis en serrage, soit par un contre-poids, soit par la pression de la vapeur agissant sur un piston spécial. Ces forces agissent par Tinter* médiaire d'un levier et déterminent la pression de la mâchoire du frein sur la jante de la poulie. De cette pression résulte un frottement proportionnel, qui s'exerce toujours en sens contraire du mouvement de la jante.

Cette pression de la mâchoire du frein n'est limitée que par lu condition de ne pas altérer les surfaces en contact ; elle peut être d'autant plus grande que ces surfaces sont plus étendues, et le travail résistant qui en résulte sera d'autant plus grand lui*mème que l'étendue du glissement sera plus considérable.

Ainsi, les conditions de puissance d'un frein sont une grande pression totale exercée sur la jante ; une grande étendue de surface de contact, pour réduire la pression élémentaire, et par conséquent un arc embrassé d'un grand développement et une jante large; une grande étendue de glissement pour un déplacement angulaire donné et, par suite, une jante d'un grand diamètre; et enfin, un grand espace angulaire décrit pour un déplacement virtuel donné au piston, ou, ce qui est la même chose, une grande vitesse de rotation de l'arbre sur lequel la poulie du frein est calée.

La puissance du frein doit être assez grande pour arrêter rapidement la machine lancée à sa plus grande vitesse, et pour empêcher sa mise en marche, si elle est arrêtée, même dans la positionla plus favorable à Taclion initiale de la vapeur.

(683) Dans les chemins de fer, il n'y a pas d'autres poulies de frein que les jantes mêmes des roues, soit de la locomotive, soit

des iwagons qu'elle remorque. La pression est ordinairement produite, non par un contre-poids, ni par la pression de la vapeur agis* sant sur un piston, mais par un appareil à main qui a reçu des dispositions très-variées. Les freins de wagon difTèrent de ceux des appareils d'extraction, en ce que leur serrage, contrairement à ce qui a lieu pour ceux-ci, est essentiellement limité. Il est inutile, en effet, de déterminer une pression à la jante d'une roue, produisant yn frottement de glissement, supérieur à l'adhérence totale sur les rails de la paire de roues dont son essieu est muni ; car les deux roues cesseraient de tourner et glisseraient sur leurs rails, comme une sorte de traîneau, en pdygonant leurs bandages et usant les rails, sans que le travail du frottement filt plus considérable que si le frottement à la jante était réduit à la limite indiquée.

Ainsi, un frein de wagon n'est serré utilement que jusqu'au degré où le frottement résultant du serrage est sur le point d'égaler l'adhérence de la roue sur le raiL

(634) Les freins propres à arrêter les trains de wagons sont un des points qui, dans ces derniers temps, ont le plus attiré l'attention des inventeurs, obéissant en cela, il faut le reconnaître, aux préoccupations de l'opinion publique.

Ce que demande le public, c'est un moyen instantané d'arrêter un train lancé à grande vitesse, afin d'éviter les conséquences possibles d'un déraillement ou d'une rencontre.

Mais ces deux conditions d'effet instantané à\x frein et de grande vitesse du convoi s'excluent absolument.

A moins de se heurter contre un obstacle fixe, ce qui serait un remède pire que le mal, un train d'un poids P animé d'une vitesse

PV" Y, ou possédant une demi-force vive -^, ne peut trouver en luimême de moyen d'arrêt plus puissant que celui qui consisterait à serrer très-rapidement toutes les roues jusqu'à la limite ci-dessus indiquée. Si donc on désigne par /*le coefficient de glissement des roues sur les rails, par 0 le temps nécessaire à l'arrêt, et par / l'espace parcouru par le train jusqu'à l'arrêt complet (en négligeant le temps écoulé et l'espace parcouru pendant la mise en action des

freins, ainsi que les autres forces agissant sur le système en même temps que le frottement de ces freins) , on aura à poser les deax équations :

PV

/Pe=-^,

pyi

Tune relative aux quantités de moyvemenl, l'autre à la force vive.