SUITE DE L'HYDRAULIQUE - RÉCEPTEURS HYDRAULIQUES DIVERS

(Z^3) Les récepteurs décrits dans le chapitre VI, et, depuis un cerlain nombre d'années, ceux qui font l'objet du chapitre VII, constituent l'immense majorité, presque la généralité des appareils au moyen desquels l'industrie utilise la force des chutes d'eau.

Mais ce ne sont pas les seuls qui puissent être employés.

On sait que les machines à élever l'eau ont exercé dès longtemps la sagacité des inventeurs, et que de nombreuses dispositions ont été proposées ou appliquées. Chacune de ces machines, renversée dans le sens de son mouvement, Teau agissant alors comme puissance et non plus comme résistance, empruntera du travail moteur à l'eau, au lieu de lui en transmettre ; on peut concevoir un renversement analogue dans les récepteurs hydrauliques, et en général le même appareil pourra être considéré indifféremment comme pouvant, moyennant des variations de détail appropriés, agir sur de l'eau qui est élevée^ ou être actionné par de l'eau qui descend.

C'est ainsi que les roues à augets en dessus trouvent leur analogue, et, pour ainsi parler, leur appareil réciproque^ dans les roues à godets ; les roues de côté avec coursier, dans les appareils élevatoires tels que celui du bassin de Saint-Ouen ; les turbines, dans les pompes à force centrifuge.

Inversement les norias, les chapelets et autres machines à élever Teau, correspondent aux balances d'eau^ et les pompes ordinaires à piston aux machines à colonne d'eau.

Ce sont CCS appareils, les balances d'eau d'une part, les machines à colonne d'autre pari, qui vont faire l'objet de ce chapitre. Sans jouer un très-grand rôle dans l'ensemble de l'industrie, ces récepteurs intéressent spécialement les ingénieurs des mines, à causedu rôle, relativement important, qu'ils jouent dans l'industrie des mines et dans la métallurgie.

(ZS^) RidmMe d'eau. — Ce récepteur, représenté figure 115, se compose de deux bassins suspendus aux deux extrémités d'un câble ou d'une chaîne qui passe sur une poulie. Ces bassins exécutent une série d'excursions de haut en bas et de bas en haut, entre un point supérieur où se trouve un réservoir recevant l'eau d'alimentation, et un point inférieur où l'eau peut trouver son écoulement.

Les poids des caisses s'équilibrent, et quand une excursion a eu lieu, il s'est produit sur le système un travail moteur, dont on a l'expression en multipliant la charge d'eau d'un bassin par la hauteur verticale dont elle est descendue.

Ce travail, essentiellement intermittent à cause du temps nécessaire au remplissage et à la vidange des caisses, pourra être appliqué à vaincre un travail résistant de môme nature, par exemple à élever des fardeaux. Si le point de départ et le point d^arrivée de ces fardeaux sont les mêmes que le point d'arrivée et le point de dépari de l'eau motrice, le système sera très-simple : les bassins seront recouverts d'un plancher sur lequel on placera les fardeaux à élever, par exemple les wagonnets contenant des matières à élever au niveau du gueulard d'un haut fourneau.

Il faut concevoir l'appareil au repos, serré par un frein. Le plancher de la caisse inférieure reçoit un wagon plein ; celui de la caisse supérieure un wagon vide. La caisse inférieure est en vidange, et la caisse supérieure se remplit. La caisse inférieure une fois vidée et la manœuvre des wagons terminée, on desserre le frein, l'eau continue à aflluer dans la caisse du haut, jusqu'au moment où l'équilibre est détruit.

La caisse part, et sa mise en mouvement peut, si l'on veut, par un mécanisme facile à concevoir, arrêter l'admission de l'eau.

Le mouvement du système tend à s'accélérer, soit parce que le

frottement pendant le mouvement est moindre qu'au départ, soit parce que la longueur du câble diminue du côté de la résistance et augmente du côté delà puissance.

Un homme régularise la vitesse, au moyen d*un frein qu'il serre progressivement, et qu'il serre en grand à la fin de la course, pour éviter une reprise intempestive du mouvement par suite de quelque fausse manœuvre.

(265) Si l'espace à parcourir par les poids à élever n'hélait pas le même que l'espace à parcourir par l'eau motrice, il faudrait avoir sur le même axe deux poulies ayant des rayons proportionnels aux espaces respectifs à parcourir. Le câble d'une des poulies manœuvrerait la caisse à eau, l'autre câble porterait les plateaux destinés à élever les charges. D'ailleurs, dans l'une comme dans l'autre des dispositions ci-dessus, il est parfaitement facile d'aulomatiser l'appareil dans une certaine mesure. On peut s'arranger, par exemple, pour que les caisses se mettent en remplissage ou en vidange par le seul fait de leur arrivée à fin de course ; mais cela n'a pas un grand intérêt, du moins dans le premier cas, puisqu'il faut toujours des hommes autour de l'appareil, pour charger et décharger les plateaux; ils peuvent faire en outre les manœuvres des robinets ou clapets. Quant au frein, il faut toujours un homme spécial pour sa manœuvre. La meilleure disposition à prendre, c'est que la machine étant au repos le frein soit toujours en plein serrage sous l'action d'un contre-poids, et que l'homme n'agisse que pour soulever en grand ce contre-poids au départ, et ensuite le laisser progressivement agir pour régler la vitesse.

(S66) Un semblable appareil, bien disposé et bien manœuvré, peut avoir un effet utile considérable.

La perte est due à l'excès de poids qu'il faut donner à Teau pour déterminer franchement le départ, i l'effet nuisible du poids du câble, si ce poids est considérable et si l'on n'a pas jugé à propos de l'équilibrer par un des moyens employés dans les machines d'extraction sur les puits profonds, aux divers frottements, notamment à

celui que produit le serrage du frein, aux fuîtes possibles des caisses, etc.

On sera dans de bonnes conditions de marche, en se basant, pour un appareil rachetant une différence de niveau de 20 à 50", sur un rendement d'au moins 60 p. 100.

(ÎC6*7) Si l'on recherche, pour des différences de niveau de cette importance, quelle est la force nécessaire au service attendu de l'appareil, on verra qu'elle est en général peu considérable. Ainsi, par exemple, un haut fourneau de 20", produisant 40 tonnes de fonte par 24 heures, aura besoin peut-être de 120 tonnes de minerai et casline, et 60 tonnes de coke, soit 180 tonnes à élever en

24 heures, ou une force en chevaux de ^ . ' ^.. . — =^=0.55,

nécessitant au plus 1 cheval de force en eau élevée. Une force aussi peu importante est facile à créer, même si Ton n'a pas de chute disponible; on pourra, par exemple, atteler à la machine soufllante, ou activer par un petit cheval spécial, une pompe élevant journellement les 500 mètres cubes d*eau nécessaires. Cette eau sera reçue dans un réservoir, qui contiendra les 40 ou 50 mètres cubes assurant une marche de quelques heures, en cas d'arrêt accidentel de la pompe.

(Je08) Hadilne 6 eolonM d*ean «ni 6 precctoa d'eav. — Nous

avons dit que la machine à colonne d'eau, ou à pression d'eau, agissait en quelque sorte comme une pompe renversée.

On peut encore l'assimiler, soit à un appareil fonctionnant sur le principe de la presse hydraulique de Pascal, soit à une machine à vapeur qui fonctionnerait sans détente ni condensation, a autofU d'atmosphères que la hauteur de la chute utilisée contient de fois 10'",33, hauteur de la colonne d'eau mesurant la pression atmosphérique, ou à une pression effective (Tautant de kilogrammes par centimètre carré que cette hauteur contient de dizaines de mètres.

(Ce sont là, comme on le verra plus loin, les deux modes usités pour indiquer la pression sous laquelle fonctionne la vapeur dans une machine.)

Qu'on se représente donc une machine à vapeur à simple ou à

RÉCEPTEURS HYDRAULIQl'ES DIVERS. 237

double effet, fond ionnant SOIS une pression effective de tant de kilogrammes par ccntimùtre carré, sans détente ni condensation, et imaginons que l'on y remplace le volume de vapeur dépensé, par un égal volume d'eau en charge sous la même pression, rien ne sera changé dans la puissance transmise à la machine, et celle-ci deviendra une machine à colonne d'eau.

(869) Telle est l'idée théorique la plus générale et la plus précise qu'on puisse se faire de cette dernière machine, qui comportera dès lors toutes les variétés de formes et de dispositions que peuvent recevoir les machines à vapeur, sauf les modifications de détail que pourra demander le fluide employé.

Cesontces modifications que l'on exposera ici, en renvoyant, pour la description de l'ensemble de la machine, à ce qui sera dit plus loin sur les machines à vapeur.

On devra prendre en considération, dans ces modifications, d'une fi^TiY'mcompressibilité du fluide employé, par opposition à la qualité de fluide élastique que présente la vapeur; d'autre part, la masse incomparablement plus grande sous un volume donné, et par conséquent le rôle, relativement important, que jouera son inertie pendant le mouvement du récepteur.

(270) L'incompressibilité exclut absolument la détente, et rend ainsi sans objet toutes les dispositions employées dans les machines à vapeur pour la produire. Elle exclut également tous les artifices employés dans la distribution de la vapeur, tels que l'avance du tiroir et le recouvrement, ou la manœuvre anticipée de certaines soupapes, artifices basés, dans le cas de la vapeur, sur la compressibilité et l'élasticité du fluide agissant sur la machine.

En employant un liquide, la distribution doit nécessairement être réglée de manière que l'admission et l'échappement commencent exactement avec la course du piston et se terminent avec elle.

(«71) Quant à la masse du fluide, si elle peut être négligea dans le cas de la vapeur, si l'on peut par conséquent faire abstraction de sa force vive, et accepter de grandes vitesses d'écoulement

238 COURS DE BrÀCHINES.

sans qu'il en résulte de perte appréciable, il n'en est plus de môme dans le cas de l'eau à Tétat liquide.

Une vitesse d'échappement V correspond à une perte de chute

q- , et une vitesse de 25 mètres, par exemple, qui serait insignifiante pour la vapeur, ferait perdre déjà plus de 30 mètres sur la hauteur de la chute. Il conviendra donc que les diamètres des tuyaux de distribution soient plus largement calculés que pour de la vapeur.

Mais ce n'est pas là le point principal. Il faut moins considérer la vitesse conservée par l'eau à sa sortie que les variations de vitesse pendant un coup de piston de la machine.

La vitesse est nulle au commencement et à la fm de la course du piston; les accélérations qu'elle reçoit, positives dans la première partie et négatives dans la seconde partie de sa course, sont d'autant plus grandes que la vitesse moyenne est plus gi-ande elle-même. Ces accélérations donnent lieu, sur tous les organes delà machine et sur le tuyau de chute, à des variations correspondantes de pression, qui, lorsqu'elles sont trop brusques, produisent sur ces pièces l'effet d'espèces de coups de bélier, et leur occasionnent ainsi beaucoup de faligue. Les machines à colonne d'eau devront donc, en général, marcher lentement^ beaucoup plus lentement que les machines à vapeur de môme course et de même diamètre. Toutes dispositions seront prises pour faire varier les vitesses aussi graduellement que possible. On cherchera en outre à diminuer l'influence des chocs qui pourraient se produire, soit normalement, sous l'influence de ces variations même graduées, soit exceptionnellement, par suite d'un arrêt trop brusque de la machine ou de quelque dérangement des organes de distribution. A cet effet, on établira sur le tuyau de chute, près de la machine, une tubulure fermée, soit par une soupape de sûreté chargée d'un poids convenablement réglé, soit par un piston flottant qui pourra se soulever d'une certaine quantité, sans laisser échapper l'eau, et qui agira, comme le ferait un réservoir d'air, pour prévenir un arrêt trop brusque ou instantané de la masse d'eau.

D'autres soupapes de sûreté, moins importantes, pourront être disposées sur d'autres points, sur le cylindre par exemple, pour

prévenir les chocs, ou même les ruptures, qui pourraient se produire par un mauvais règlement de la distribution.

(Itllt) Indépendamment de l'incompressibilité et de la masse, il faut encore considérer la pureté de Teau ; non-seulement la pureté au point de vue chimique, en vue de la conservation des pièces de la machine, mais encore la pureté au point de vue physique, ou la Umpidité. Sous ce double rapport, les roues à axe horizontal, dans lesquelles le bois domine souvent, sont moins délicates que les turbines, et celles-ci le sont moins que les machines à colonne d'eau, où il eiiste beaucoup de pièces frottantes.

Des eaux de mines très-acides agiront sur le bois comme un préservatif, et au contraire, altéreront rapidement les pièces métalliques. On pourra se voir obligé de fabriquer en bronze, ou au moins de revêtir en bronze les pièces frottantes dont la surface doit rester polie, telles que les tiges ou les corps des pistons, les glaces des tiroirs, etc. On sait qu'on emploie cet artifice, soit pour les machines marines, soit pour les appareils à comprimer Tair à plusieurs atmosphères par l'intermédiaire d'une colonne d'eau refoulée par des pistons. Sous l'influence de la pression, il se dissout dans l'eau une quantité proportionnelle de l'oxygène de l'air comprimé, et cette eau, ainsi chargée d'un excès de ce gaz, agit comme un oxydant énergique.

Des eaux tenant des matières en suspension, même très-fines, si ces matières sont en même temps très-dures ou siliceuses, peuvent, en s interposant entre les surfaces des pièces en contact, les user en les rayant avec une grande facilité ; ce qui nécessite le changement fréquent de ces organes, et, en attendant le remplacement, des frottement anormaux ou des fuites.

L'inconvénient est d'autant plus grand, pour une force donnée, que la chute est plus haute, et par suite les pressions plus fortes, et que la quantité d'eau est plus faible.

(278) Pour les eaux acides^ il n'y a guère de remède pratiqué; mais on pourrait en concevoir qui ne seraient pas absolument tmpraticables^ pour des quantités d'eau modérées, ou si la même eau pou-

\ait être employée de nouveau, comme cela peut se faire, par exemple, lorsque la pression motrice est due, non à une chute naturelle, mais à un accumulateur d'Armstrong.

Pour les eaux troubles^ on tâchera de les clarifier par dépôt, et en les tamisant, en quelque sorte, par leur passage à travers une toile métallique placée en avant du tuyau de chute. Cette toile arrêtera tous les corps en suspension dans l'eau ou flottants à la surface. Elle ne dispensera pas d'établir, un peu en amont, un grillage destiné à arrêter les pièces de bois, ou autres corps flottants plus ou moins volumineux que le courant d'eau peut amener. Ce grillage d'ailleurs s'établira pour tous les récepteurs, même pour les roues à axe horizontnl.

(!^74) On peut distinguer les machines à colonne d'eau à simple effet et celles à double effet.

Les premières se composent d'un cylindre, ouvert à un bout et fermé à lautre par un couvercle, dans lequel se meut un piston. La tige du piston traverse le couvercle dans une boite étanche, et est attelée directement à la résistance, ordinairement le poids d'une maîtresse tige de pompe. Lorsque la pression motrice s'exerce sous le piston, la résistance est soulevée; lorsque le dessous du piston communique avec le tuyau de fuite, la résistance l'emporte et le piston redescend.

Parmi tous les mécanismes de distribution que Ton peut imaginer, nous décrirons celui qui a été établi à la machine de la mine d'Huelgoat, en Bretagne, par M. Juncker. Cette machine, bien que la construction en remonte à une quarantaine d'années, et qu'elle ail été supprimée depuis cette époque, peut encore aujourd'hui être considérée comme un type excellent. Elle était établie sur une chute de 60 mètres de hauteur, et faisait mouvoir une pompe élevant l'eau à 230 mètres, d'un seul jet. Le diamètre du piston moteur était de 1"',03, et celui de la colonne de chute 0",38. La vitesse du piston à la montée était 0"^,30, soit une vitesse de

environ oans le tuyau de chute. La course du piston était

de 2",50, et le nombre de coups de piston de 5 | par minute.

La figure 114 représente ce mécanisme. On y distingue:

A le tuyau de chute, sur lequel est une soupape à gorge ou papillon, à la main du mécanicien, pour régler la vitesse d'ascension du piston.

B le tuyau de fuite, avec une autre soupape à gorge réglant le mouvement de descente.

C tuyau faisant communiquer le bas du cylindre avec Tun ou l'autre des tuyaux A et B, par le seul fait de la position du piston distributeur D, en dessous ou au-dessus de la tubulure de communication.

La position de repos du piston D est au plus haut de sa course, à cause de Texcès de diamètre du piston IK lié avec lui. Par conséquent, la position de repos du piston moteur est au bas de sa course.

Le piston D' est surmonté d'une grosse ime passant dans une boîte à étoupe. Cette tige laisse autour d'elle un espace annulaire calculé de façon que l'ensemble des deux pistons D et D' est poussé vers le haut, lorsque l'espace communique avec le tuyau de fuite et vers le bas, au contraire, lorsque la communication a lieu avec le tuyau de chute,

Le changement s'effectue, vers chaque extrémité de la course du piston moteur, par le moyen d'un petit appareil régulateur, ayant un petit piston d, disposé comme le piston D, et mû par un levier sur lequel agit une tige fixée au piston moteur et munie de deux cames* La plus basse de ces cames soulève le levier à l'extrémité ascendante du piston moteur, et l'autre l'abaisse à l'extrémité de la course descendante. Cet appareil constitue, à bien dire, une petite machine à colonne d'eau destinée à pousser vers le bas ou à laisser remonter l'ensemble des pistons D, D\

(ItlfB) On peut se demander pourquoi le levier n'agit pas directement sur cet ensemble, au lieu d'agir indirectement par le moyen du piston régulateur d.

11 y a pour cette apparente complication deux motifs : D'abord l'ensemble des pistons D, D' est assez massif, puisqu'ils ont ui\ diamètre égal ou supérieur à celui de la colonne de chute.

Par cette raison, et aussi pour cliangcr très-graduellement le sens de la distribution, ces pistons ne sauraient être attaqués brusquement par une came solidaire du mouvement du pisf on moteur.

En second lieu» le piston distributeur D, entre ses positions extrêmes, a une position intermédiaire dans laquelle il n ouvre pas encore l'admission et feime déjà l'échappement, ou inversement. Cette positioUf par suite de Tincompressibilité du liquide, constitue en quelque sorte un point mort, dans lequel la vitesse de tous les points de la machine, et par conséquent celle de la came sont nulles.

Si donc on actionnait le piston distributeur directement à Taide de cette came, il s'arrêterait dans cette position intermédiaire, et la machine tout entière aveo lui.

(•76) On doit remarquer, dans le piston distributeur D, l'excès de longueur qu'on lui a donné sur la hauteur de la tubulure par laquelle le tuyau C s'embranche sur les deux autres, et la forme des cannelures dont il est muni en haut et en bas.

L'objet de ces dispositions est d'arriver à ouvrir ou à fermer l'admission d'une manière extrêmement graduelle, sans à-coups sur la colonne de chute ou sur le piston moteur.

On doit remarquer aussi la forme donnée à la tubulure. Elle a pour objet d'égaliser la pression de l'eau sur le pourtour entier du piston, et de prévenir ainsi une poussée latérale et des frottements inégaux.

Enfin la tige inférieure au piston D pénètre, à la fin de la course descendante, dans un petit godet évasé ayant au fond une section presque égale, quoiqu'un peu supérieure, à celle de la lige. C'est un moyen d'amortir la vitesse de la tige, obligée, en pénétrant dans le godet, de refouler l'eau avec une vitesse rapidement croissante ; d'où résulte un accroissement correspondant de la résistance que cette tige rencontre pendant cette pénétration.

(•77) Nous ajouterons que l'appareil d'Huelgoat renferme une disposition particulière qui n'a rien de spécifique, maisqu'ilest bon de mentionner et qui pourra souvent être imitée.

On a placé la machine aune certaine distance (14 mètres) uu*deâ-

sousde la galerie par laquelle peuvent s'échapper les eaux motrices. La pression motrice qui soulève les tiges des pompes se trouve augmentée en proportion ; mais aussi le piston, dans son mouvement rétrograde, éprouve un égal accroissement de résistance, qui permet d'équilibrer une partie de l'excès de poids des maîtresses tiges produisant ce mouvement rétrograde.

Définitivement la chute utilisée n'est pas changée ; elle ne peut pas l'ôlre.

(!»78) Les machines à colonne d'eau à double effet peuvent être établies suivant différents types. Si elles sont installées pour faire mouvoir des pompes, on pourra les composer de deux machines jumelles à simple effet, dont les pistons moteurs seront rendus solidaires dans leurs mouvements au moyen d'une chaîne attachée à leur face supérieure et passant sur une poulie de renvoi. La distri* bulion sera réglée de manière que l'un des pistons montant l'autre descende.

Chaque piston commandera une maîtresse tige, et sur les deux maltresses tiges ainsi équilibrées on adaptera une série de pompes en répétition montées alternativement sur l'une et l'autre dos maîtresses tiges et qui se renverront à l'une à l'autre l'eau à élever.

On aura ainsi, avec deux cylindres à simple effet, l'équivalent d'une machine à double effet, qu'on réaliserait d'ailleurs avec un seul cylindre en attelant l'une des maîtresses tiges directement sous le piston moteur et l'autre sur la face supérieure au moyen de la chaîne dont il vient d'être parlé, et en munissant d'un couvercle le haut comme le bas de ce cylindre.

La figure 115 montre quelle pourrait être la distribution d'une machine jumelle installée comme il vient d'être dit.

Le» figures 116 et 117 donnent le détail de cette distribution.

Dn gros robinet à 4 eaux, A, à axe vertical, disposé de manière que les pressions sur son pourtour se fassent équilibre, peut tourner alternativement de 90* dans un sens et dans l'autre. Parcelle rotation, llfait communiquer alternativement chaque cylindre avec la colonne de chute et avec la colonne de fuite.

A cet effet, sa clef est un secteur muni de deux chalnelles, atta-

chées aux deux extrémités de la tige du piston régulateur B. Ce régulateur n'est lui-même qu'une petite machine à colonne d'eau, où la distribution se fait par un autre petit robinet G disposé de la même manière que le gros.

Ce petit robinet, dont Taxe est horizontal, porte une clef dont les deux branches sont attachées par des chaînettes aux tiges des pistons. La longueur des chaînettes est telle que chacune d'elles se tend au moment où le piston correspondant va arriver à la fin de sa course ascendante, l'autre liée au piston descendant, se trouvant lâche au même moment. La tension de la chaîne fait brusquement tourner le robinet.

Cette rotation change la distribution dans le cylindre du régulateur. Le piston B se déplacé de gauche à droite, ou inversement, et fait tourner le secteur du robinet A dans le sens convenable.

On se rend compte, de la même manière qu'au n" 275, de la nécessité d'employer l'intermédiaire de ce petit appareil pour régler la distribution, au lieu de faire agir les chaînes directement sur le gros robinet.

L'emploi d'un robinet comme moyen de distribution n'est pas très-satisfaisant au point de vue pratique, si l'on doit lui donner un grand diamètre.

Un tiroir, équilibré au besoin, ou des pistons, comme dans la machine d'Huelgoat, auxquels le petit mécanisme ci-dessus communiquerait un mouvement de va-et-vient, sembleraient une solution préférable.

(»79) Lorsque la machine à colonne d'eau à double effet est une machine de rotation, on pourra, comme dans la plupart des machines à vapeur, emprunter à l'arbre du volant, au moyen d'un excentrique, le mouvement de l'appareil de distribution.

Si c'est un tiroir, ce sera, d'après ce qu'on a dit plus haut, n* 270, un tiroir normal^ c'est-à-dire un tiroir dont les rebords ont exactement la largeur des lumières, dont le creux est exactement égal à distance entre les faces internes des lumières, et qui, abstraction faite de rinlluence de l'obliquité de la bielle, a son excentrique calé

à angle droit sur la manivelle motrice, en avant si la commande est directe, en arrière si elle est renversée.

Ce tiroir a besoin d'être réglé avec une grande précision.

Pour éviter les conséquences d'un dérangement éventuel, pressions anormales ou ruptures, et pour faciliter les changements de marche, on munit les lumières, entre le tiroir et le cylindre, de deux petits clapets s'ouvrant dans le sens indiqué sur la figure 118. Les soupapes a ot servent si la lumière correspondante se ferme trop vite à l'échappement, les soupapes h V si c'est la fermeture à l'admission qui est prématurée.

Les premières empêchent la compression de l'eau dans le cylindre de dépasser la pression due à la chute; les secondes empêchent le vide de se faire dans le même cylindre. Les soupapes fonctionnent par couple, a avec V ou al avec 6.

La distribution par tiroir a l'inconvénient d'entraîner beaucoup de frottement et d'usure.

La dimension des lumières oblige de faire ces tiroirs plus grands et à course plus étendue que dans une machine à vapeur de même dimension.

Aussi doit-il être regardé comme vaAis^eimQble^ dès que la chute est haute, d'employer un artifice quelconque pour équilibrer le tiroir, par exemple un piston de compensation tel que celui de la figure 119.

(Î880) On remplacera assez volontiers les tiroirs par des soupapes, jouant dans des boites de distribution dont la figure 120 donne la disposition générale; une semblable boîte existe pour chacune des faces du piston.

Les soupapes sont à très-grosse tige, ou même se composent d'un cylindre présentant un biseau qui vient reposer sur le siège. Par la on concilie les deux conditions d'avoir une grande ouverture pour le passage de l'eau, et de pouvoir soulever facilement les soupapes de leur siège malgré la grande pression de l'eau qui tend à les y fixer.

On remarquera les soupapes a et V dont chaque siège est muni.

Elles jouent le même rôle qu3 les soupapes de môme nom du nu-

246 COURS DE HAGHINBS.

méro précédent; la soupape a ou la soupape fr' fonctionnent, lorsque la soupape d'échappement ou celle d'admission se ferment prématurément.

L'excentrique à angle droit sur la manivelle permet, au moyen d'un levier jouant dans un œiloblongménagéauxtigesdes soupapes, de les ouvrir ou de les fermer rapidement au commencement et à la fin de la course du piston ; de sorte qu'une soupape reste ouverte pendant toute une excursion du piston dans un sens, et reste posée sur son siège pendant toute l'excursion en sens inverse.

(1281) Les machines de rotation sont habituellement établies suivant trois types :

1** Avec lin seul cylindre à double effet, comme la plupart des machines à vapeur, sous la seule condition d'avoir un volant plus puissant, pour compenser la moindre vitesse en obtenant le même degré de régularité.

S"" Avec deux cylindres conjugués à double effet, ayant leurs manivelles à angledroit, selon ce qui se fait dans toutes les machines locomotives et dans la plupart des machines de bateau et des machines d'extraction, accessoirement ipour régulariser la vitesse, principalement jponr n'avoir pas de points morts et pouvoir arrêter à un instant donné, puis remettre en mouvement, en avant ou en arrière, dans quelque position que la machine ait été d'abord arrêtée.

3** Enfin avec trois cylindres conjugués à simple effet, ayant leurs manivelles à 120° les unes des autres.

On obtient par ce dernier dispositif une assez grande régularité; il n'y a pas de point mort pour l'ensemble, puisque sur les trois pistons, en a toujours au moins un en charge à une certaine distance de son propre point mort.

Mais ce n'est pas là le principal avantage de ces machines à trois cylindres.

Celui qu'on recherche par cette disposition est surtout de pouvoir remplacer les pistons pleins ordinaires, frottant dans le cylindre même, par des pistons plongeurs, jouant librement dans les cylindres, et rendus étanches seulement en traversant une boite à éloupes.

Un tel piston est beaucoup plus facile que tout autre à suryeiller et à réparer ; on en doit regarder l'emploi comme très-indiqué, dans les machines à colonne d'eau à très-hautes chutes employant des eaux plus ou moins troubles.

(«82) Ce dernier type, à 3 cylindres à simple effet, parait être celui auquel a donné définitivement la préférence M. Armstrong, de iVewcastle^ qui a beaucoup étendu l'emploi delà machine à colonne d'eau dans les mines métalliques du nord de TAngleterre, soit pour faire mouvoir des pompes, soit pour l'extraction des minerais, soit aussi comme machines de rotation ordinaires faisant mouvoir des ateliers de préparation mécanique.

La figure 121 représente une des machines de ce genre établies par M. P. Talabotaux docks de Marseille, et qui ont été fournies par M. Armstrong. Elles sont à cylindre oscillant, disposition qu'on éviterait peut-être pour de grands appareils, mais qui simplifie les transmissions du piston à l'arbre du volant.

La distribution y est à tiroir. On peut se demander si une distribution à soupape n'eût pas été à préférer ; car c'est surtout aux très-hautes pressions que l'usure des pièces frottantes est particulièrement à redouter. Or les machines dont il s'agit ici fonctionnent à environ 50 atmosphères dépression.

(»88) La figure 122 représente une autre disposition, également à cylindre oscillant, imaginée par M. Schmid.

C'est le cylindre lui-môme qui par ses oscillations règle la distribution. A cet effet, une de ces faces est convexe et tournée concenlriquement avec les tourillons. Celte face glisse sur une surface concave fonctionnant comme le boisseau d'un robinet et percée de trois orifices. Celui du milieu correspond à l'admission et les autres à l'échappement.

Tout le système est combiné de manière à réduire le nombre des organes au minimum.

Les tourillons des cylindres sont portés sur une paire de leviers, fixés d'un côté au bâti, et de l'autre réunis par une entretoise.

Celle-ci est traversée en son milieu par une tige, qui, au moyen

d'un double écrou et d'une rondelle de caoutchouc interposée, règle la pression entre les surfaces frottantes.

On a construit ces appareils avec des diamètres compris entre 40 et 250 millimètres, des courses comprises entre 50 et 325 millimètres, et faisant de 300 à 80 tours par minute ; ce qui suppose des vitesses moyennes de piston comprises entre 0,50 et 1".

On peut les considérer comme un moyen assez commode d'utiliser de hautes chutes et de petits volumes d'eau, comme pourraient le faire de petites turbines-

Celles-ci sembleraient devoir leur être préférées, si les eaux employées n'étaient pas très-limpides.

Ces petits appareils (turbines ou machines à colonne d'eau) conviendraient très-bien, dans une ville où Ton distribuerait l'eau sous une assez forte charge, pour distribuer la force à domicile, en la détaillant ou subdivisant, dans la mesure que réclament souvent les industries urbaines.

(284) Les machines à colonne d'eau établies dans de bonnes conditions peuvent, comme les autres bons récepteurs hydrauliques, avoir un rendement de 65 à 70 pour cent.

Elles pourront marcher avec une vitesse moyenne au piston inférieure à 1 mètre ou O^jTS pour les petites machines, à 0",50 pour moyennes et à 0",oO pour les grandes.

La section des lumières sera au moins ^ et mieux un dixième ou plus de celle du piston.

Par suite de la faible vitesse qui leur est propre, elles ne peuvent débiter beaucoup d'eau. Elles conviennent donc aux chutes de grande hauteur et de faible débit.

On peut même remarquer qu'elles sont spécialement indiquées pour les chutes exceptionnellement hautes.

Si l'on supposait, par exemple, une pression de plus de 500 mètres d'eau, comme aux docks de Marseille, ce qui correspond à une vitesse d'une centaine de mètres, on reconnaît qu'il serait difficilement praticable d'accommoder la rotation d'une turbine à une aussi grande vitesse. En effet, la formule RwVcosa = yll donnerait, dans les conditions théoriques ordinaires où l'on a V* = 2gU et

Cos«a= i(voir n~ 208 et 222),

Vcosa ^2(/H±

c esi-à-dire une valeur supérieure à 70 mètres. Telle serait donc la vilesse initiale de glissement de l'eau sur la palette, et en suposant le môme rayon qu'à la turbine mentionnée au n° 232, il en résulterait une vitesse de rotation de plus de 2,400 tours par minute. Ces nombres paraissent à peine admissibles en pratique, et jusqu'à présent du moins on n'a pas établi de turbine dans ces conditions de chute exceptionnelles.

(ItSB) Nous venons de parler de charges d'eau de 500 mètres. On ne rencontre pas habituellement dans la nature de chutes d'une hauteur aussi considérable.

Ce n'est qu'artificiellement que ces charges sont réalisées, et nous allons dire dans quelles circonstances.

La manutention d'une grande masse de marchandises, comme sur les quais d'un port, dans des docks, dans une grande gare de chemins de fer, etc., peut se faire uniquement à force de bras, et elle se fait encore ainsi dans beaucoup de pays, on peut même dire dans le plus grand nombre des pays^ et pour la plus grande partie des marchandises. Cette manutention est onéreuse et surtout très-lente ; inconvénient chaque jour plus sensible, ayec la tendance actuelle à augmenter le tonnage des navires et à substituer la navigation à vapeur à la navigation à voile. Le temps perdu en chargements et en déchargements est en effet d'autant plus sensible pour un navire que ce navire représente un capital plus considérable, et qu'il donne lieu à des frais journaliers plus importants.

L'emploi des grues et autres appareils mécaniques mus à bras est un premier pas fait dans la voie du progrès.

On a cherché un second progrès dans la substitution à la force de l'homme d'une force plus économique et permettant des manœu-

550 COUnS DE MACHEES.

vrcs plus rapides, et Ton a fait les grues h vapeur aoil fixes, soit mobiles. Mais il faut un grand nombre de ces appareils, lorsqu'on a un grand mouvement de marchandises à faire, et cette multiplicité de moteurs distincts, chacun avec son personnel spécial de mécaniciens et même de chauffeurs, dans le cas d'appareils trop distincts l'un de l'autre pour être desservis par une même batterie de chaudière, cette multiplicité, disons-nous, ne laisse pas que d'être embarrassante et coûteuse. D'ailleurs, le chauffage continu des générateurs, pour alimenter un appareil d'un service essentiellement discontinu et éventuel, comme le sera toujours celui d'une grue de chargement, est, en principe, une manière d'opérer vicieuse, au point de vue du bon emploi du combustible.

On a donc pensé qu'on trouverait de sérieux avantages, au point de vue de l'entretien des appareils moteurs et de la dépense en maind'œuvre et en combustible, si l'on parvenait à concentrer sur un seul point et à rendre continue la crtîation de la force qui doit se dépenser sur un grand nombre de points plus ou moins éloignés et d'une manière essentiellement inlermiltente.

Restaient à résoudre la question de l'emmagasincment d'abord, puis ensuite de la répartition du travail ainsi produit.

(886) M. Armstrong a essayé de résoudre cl a trcs-bien résolu la double question, au moyen de deux classes d'appareils qui sont d'une part les accumulateurs^ et d'autre part les grues ou autres engins hydrauliques.

Un accumulateur se compose d'un tuyau vertical en fonte dans lequel se meut un piston plongeur (fig. 125). La partie supérieure du plongeur porte une caisse en têle dans laquelle on met une charge, qui, en y ajoutant le poids même dû plongeur, correspond à une pression de tant de kilogr. par centimètre carré de la section de ce dernier.

La machine motrice centrale n'a d'autre travail que de faire mouvoir des pompes foulantes qui envoient l'eau dans le tuyau de fonte.

Lorsque le plongeur commence à monler, c'est que la pression due au refoulement est devenue égale à la charge (ju'il supporte, et arrive à la dépasser; lorsqu'il est au haut de sa course et qu'un cer-

tain volume d'eau y a été introduit, on est dans les mêmes conditions que si cette eau avait été portée à autant de décamètres en hauteur, que la pression compte de kilogrammes par centimètre carré. L'accumulateur est, quant à l'utilisation au point de vue mécanique de l'eau qu'il contient, dans les mômes conditions où se trouverait un réservoir d'égale capacité situé d la hauteur qui vient d*être indi* nuée.

On n'emploie pas un accumulateur unique, mais on en répartit sur divers points, d'après les mêmes considérations qui servent à déterminer l'emplacement des réservoirs dans une distribution d'eau (voy. n"* 165). Ainsi on en placera sur des points éloignés de la machine centrale et au voisinage des points de plus grosse con* sommation éventuelle.

L'accumulateur voisin de la machine motrice est un peu plus chargé que les autres, de manière à se remplir le dernier et à commencer avant les autres à se vider. Lorsqu'il se remplit, c'est que les autres sont déjà pleins, et lorsqu'il arrive lui-môme vers le haut de sa course, un mécanisme facile à imaginer ferme l'admission de vapeur^ et arrête la machine, jusqu'à ce qu'une dépense d'eau ait fait redescendre suffisamment le piston de ce premier accumulateur.

(287) Quant aux appareils utilisant Teau des accumulateurB, ils ont été extrêmement variés par M. Armstrong, et disposés de manière à être toujours d'une manœuvre simple et commode.

Quel que soit d'ailleurs leur mode d'action, ce sont toujours, au f<md et m principe^ de véritables machines à colonne d'eau ou à pression d'eau, c'est-à-dire que le mouvement y est toujours produit par Taction sur un piston mobile de l'eau en pression venant des accumulateurs. •

Les appareils comprennent :

1** Des engins pour soulever des poids, ou engins de manœuvre.

2° Des appareils de rotation pour les ôlaboralions que peuvent demander certaines matières avant leur expédition.

Les engins de manœuvre peuvent être, ou bien des appareils simples à action directe, la tête du pislon portant un plateau sur

lequel on place le poids à élever {fig. 124), ou bien des appareils funiculaires plus ou moins complexes, agissant par Tintermédiaire d'une chaîne passant sur des moufles; le fardeau à élever peut alors parcourir un espace qui n'est plus limité, comme dans le premier cas, par la course qu'on peut pratiquement donner au piston (fig- 125).

Lorsqu'on veut, non-seulement élever les fardeaux verticalement, mais encore leur faire parcourir un certain espace horizontal, pour les amener, par exemple, de la cale d'un navire en déchargement sur les wagons d'un chemin de fer, on substitue aux appareils représentés aux figures 124 et 125, ceux qui sont représentés figures 126 et 127.

Ces derniers, que l'on désigne sous le nom de grues hydrauliques, diffèrent des autres en ce que la poulie sur laquelle passe le câble qui va du moteur au fardeau n'est pas fixe, mais peut décrire un arc de cercle dont le rayon est égal à la projection horizontale de la volée de la grue.

(288) Ces divers appareils (monte-charge ou grue) seront dits à simple pression, lorsqu'ils ne devront servir que pour une charge ne dépassant pas un maximum déterminé. Les dimensions du piston seront réglées en conséquence. Ils dépenseront à chaque manœuvre un volume d eau parfaitement constant, aussi bien s'ils manœuvrent sous la charge normale que s'ils manœuvrent sous une charge moindre, ou même à vide.

Afin de ne pas perdre de travail inutilement, ou au moins de réduire cette perte, on fait des appareils à double pouvoir^ quelquefois même à triple pouvoir, pour élever à volonté un poids simple, double et triple (par exemple de 1 ,000 à 3,000 kil. ou de 5 à 15 tonnes).

La figure 128 représente l'artifice employé aux docks de Marseille pour une grue à double pouvoir. Cet artifice consiste à donner à la tige du piston une grande section comparable a celle du piston luimême.

On introduit l'eau motrice sous le piston seulement, ou à la fois sur les deux faces, selon qu'on veut avoir la grande ou la pelite puissance. C'est, en grand, la disposition indiquée pour manœuvrer

l'ensemble des pistons D et D' de la machine à colonne d'eau décrite au n* 274.

(289) La distribution se fait très-simplement dans tous les appareils, au moyen de manettes baissant ou levant des soupapes.

La manœuvre complète d'un appareil, celui d'une grue par exemple, peut exiger, non-seulement un simple mouvement d'ascension ou de descente, mais encore un mouvement horizontal du fardeau, comme on l'a dit au n° 287. On y parvient en donnant à la volée de la grue un mouvement ordinaire de rotation.

On pourrait concevoir même qu'on donnât à la volée un mouvement de rotation dans un plan vertical passant par Taxe.

Ces mouvements auxiliaires peuvent se faire, comme le mouvement principal d'élévation du fardeau, au moyen de pistons spéciaux convenablement disposés, qu'on fait manœuvrer également à l'aide de soupapes mues par des manettes (voy. fig, 127). De cette manière, à l'aide d'un jeu de quelques manettes qu'il a sous la main, un homme exercé peut, avec la plus grande précision, amener le fardeau qu'il manœuvre au point même où il doit être porté.

L'incompressibilité de l'eau fait que les appareils s'arrêtent pour ainsi dire instantanément, lorsqu'ils arrivent aux points voulus ; comme d'ailleurs Tinstantanéité ne doit pas être complète, les soupapes de manœuvre devront être établies avec les dispositions indiquées au n" 280.

(Î890) On n'a pas seulement des fardeaux à monter, on en a aussi à descendre.

Le système ordinaire sera d'avoir une sorte de balance à contrepoids munie d'un frein. La position de repos de l'appareil est que le plateau ou le crochet qui doit porter le fardeau soit au plus haut de sa cour&e, et le contre-poids au plus bas. Le fardeau étant accroché, on desserre le frein et le fardeau descend. Pendant qu'on ledccroche, le frein est serré de nouveau.

La manœuvre terminée, on le desserre encore, et le contre-poids ?git et remonte l'appareil pour une nouvelle manœuvre.

Le frein peut être d'un système quelconque ; mais il est rationnel,

dans l'ordre d'idées où ron se place en employant le système hydraulique dont nous parlons, d'étendre ce système jusqu'aux freins eux-mêmes.

On établira donc des freins hydrauliques, consistant en sgnplcs robinets placés sur le tuyau d'évacuation, qu'on ouvre plus ou moins, selon le degré de résistance qu'on veut créer, et qu'on ferme entièrement lorsqu'on veut arrêter.

On a aussi imaginé d'utiliser le travail correspondant à la descente des fardeaux à refouler de Teau dans la conduite en relation avec les accumulateurs.

On y parvient en faisant en sorte qu'un piston rentre dans son cylindre, au lieu d'en sortir, tandis que le fardeau descend.

C'est, en quelque sorte, l'équivalent d^unemarcheà contre-vapeur.

Cet appareil existe aux docks de Marseille.

(«91) Le système de M. Armstrong a été appliqué, non-seulement à la manutention des fardeaux, mais encore à toutes les manœuvres accessoires qu'on peut avoir à faire dans un port ou sur un quai de chargement, telles que ouvertures ou fermetures de portes d'écluse, manœuvres de ponts tournants ou de plaques tournantes, halage de navires sur des cales sèches, etc., etc.

On l'a appliqué également avec succès, en métallurgie, à la manœuvre des appareils Bessemer.

En un mot, ce système, moyennant le jeu de quelques soupapes, peut être utilisé dans un grand nombre d'opérations, et toujours on le voit fonctionner, comme un serviteur silencieux, docile et exact.

(S92) Aux docks de Marseille, le moteur central se compose de deux machines de 120 chevaux chacune.

Les pistons des accumulateurs ont 0°,43 de diamètre et 5 mètres de course.

Ils pèsent, avec la charge qui repose sur leurs têtes, environ

78,000 kiL: ce qui donne, par centimètre carré, 78,000 x =-,

icX(43)*'

soit environ 50 kilogrammes, ou une charge de 500 mètres d'eau, comme on Ta déjà dit.

Le volume qu'ils engendrent dans une course complète est de 0",755.

La descente d'un de ces appareils correspond ainsi à un travail de 755 kil. x 500 = 377,500 kilogrammèlres. C'est le travail d'un cheval-vapeur pendant plus de cinq quarts d'heure.

Dans un tel système convenablement établi, on peut estimer que la machine motrice rendrait, en eau montée, ou refoulée dans les accumulateurs , un effet utile de 70 à 75 p. 100 ; que ces accumulateurs, assimilés à un récepteur utilisant une chute d'eau, rendraient 40 à 45 p. 100, chiffre assurément inférieur au rendement habituel des machines à colonne d'eau, mais justifié peut-être par l'obligation où l'on est, pour s'accommoder aux poids variables des colis qui se présentent et pour ne jamais dépasser la charge normale d'un appareil, de se tenir habituellement beaucoup en-dessous, tout en consommant la môme quantité qu'à pleine charge.

Le rendement définitif, qui est le produit des deux rendements indiqués, n'est guère que de 50 p. 100.

C'est un rendement assez faible, et il est facile de voir en effet que l'emploi d'un premier moteur à la création d'un second moteur qui actionnera, à son tour, des opérateurs, n'est pas, en général, une combinaison recommandable, au poi7it de vue purement mécanique. Mais elle peut avoir, comme dans l'espèce, des avantages supérieurs, par suite des conditions différentes dans lesquelles le travail se produit sur le premier récepteur et doit se consommer sur les divers opérateurs (*).

{*) Voir une note sur les appareils hydrauliques mus par l'eau sous pression, dans les établissements de la Compagnie des Docks de Marseille. (L. Barret, Marseille 1870.)