CHAPITRE VIII
PilRCIPAOZ OIGAHU DBt HACIIUBS A VAPBOB ET BU rAtnCOLIBI OU KACHUIS LOCO«OtlV0, APpAbULS AUBBlITAllIBS, OISTBIBOTIOJI n BMVKMniBflT AI Lk VAPIOK.
Nous ayons, dams les trois chapitres précédents, essayé de faire connaître, au point de vue de l'ensemble^ les principaux types de machines à vapeur. Maintenant nous devons, sans entrer
dans des détails qui sruls comporteraient déjà un cours trèsélcndu, décrire les principaux organes des machines, en nous attacliunt plus spécialement aux organes des locomotives.
Sauf de rares exceptions, nous n'aborderons pas l'élude des dimensions à donner aux principales pièces.
Les ingénieurs des ponts et chaussées se trouvent dans la même situation qu'un {.'rand nombre de chefs d'industrie : ils n'ont pas à faire le projet d'une uiacliine, ils ont à en commander aux constructeurs, et le clioix approfondi d'un modèle approprié à des besoins définis importe infiniment plus que Tétude détaillée d*une soupape ou d*un palier.
Les ingénieurs qui voudront se livrer aux études de détail et se rendre compte des dimensions de chacune des pièces qui ( omposent une machine trouveront des renseignements trèscomplets dans de nombreuses publications, parmi lesquelles nous citerons :
PRINCIPAUX ÛRÛA^GS DLS MACHINES A VAPEUR. S41
Armeogaud ainé, Trmté théorique et fnratique de$ moteurs à
vapeiir;
E. I lâchât. Navi(j.nlwn à vapeur transncémiienne ; Fréminvillc, Cours pratique de machines à vapeur marines; Gaudry, Traité des machines à vapeur; Jullien et Balaille, Traité théorique et pratique de la eonstruotion des machines:
LeChatelicr, Flachat,PetietetPolonccau, Guide du mécanicien; Ledicu, Traitt^ élémentaire des appareils de navigation; Général Morin et Tresca, des Machines à vapeur.
«Mm. — Dans tous les cas, si on arrive è l'étude détaillée des oignes d^une machine, il faut calculer, avec le plus grand soin, la valeur des efforts qui sont demandés à chacun deses organes.
II arrive souvciil (jiip los constructeurs perdent de vue la continuité de la transuiission du travail, et (pielquclbis à la suite de pièces tiès-robustcs ou conserve des pièces trés-tuaigres et très-gréles, bien que les unes et les autres transmettent les mêmes efforts.
On ne doit pas non plus craindre de donner de la masse aux
pièces exposées h des vibrations : en agissant ainsi on n'aufrmeiil(; la dépense (|ue dans de très-faibles proportions, el on se * place dans des conditiuas excellentes de résistance cl de stabilité.
lirilé Ommm 1— âl»p«rtHiw méwfêémm. — Ënliu, nOUS pcn-»
sons qu'il importe à un haut degré d'adopter des dispositions générales d*une extrême simplicité. On a cessé de considérer
comiiu' des perfecliouneiuents utiles des dispositions iu«rénieuses snns dout«\ mais dont la conipliealion déleruiinc une résistance intérieure absorbant une pailie du travail moteur, cl qui sont ainsi en définitive plus nuisibles qu'utiles. Aussi, après de longs tâtonnements les conslructeurs les plus expérimentés reviennent-ils à des modèles qui ne sont (pie la réalisation pratique des idées théoriques les plus élémentaires.
m UE8 MACBINISS A VAPEUR.
Ajoutons que les machines a vapeur peuvent ùtre quelquefois conduites par des ouvriers peu expérimentés. Il ne faut pas qu'elles soient exposées à la merci d'un ignorant ou d*un fou qui touchera à une pièce délicate et respectera un organe de forme simple et de dimensions robustes.
Sans doute on peut prévoir des exceptions ft ces régies ou au moins à ces conseils ; on pourra expérimenter sur des machines des appareils délicats, analogues à ceux que présentaient, à r£xposition universelle de i 807, quelques machines anglaises ou américaines, pour couper l'introduction de la vapeur; mais nous pensons que ces appareils ne pourront être employés que dans des usines renfermant des ouvriers instruits et attentifs. Dans la plupart des cas, il vaudra mieux se contenter des machines simples.
% l". — Quttdière et appareil de vaporinUoo.
v mw mm de la dumdièiw. — Les indications théoriques que nous
avons ddimées en parlant des chaudières des machines fixes s'appliquent évidemment aux cliaudières des machines locomotives. On est d^ailleurs arrivé, en ce qui les concerne, à un type à peu près uniforme, un corps cylindrique contenant le faisceau tubulaire raccordé d*une part à la boite à feu, d'anire part à la botte à fumée ; la botle à feu, comme son nom l'indique, contient le foyer.
L'ensemble de la chaudière d'une machine locomotive rentre donc complètement dans la catégorie des chaudières à foyer intérieur.
Mam ëm léfi ifieji. — Les questions relatives au choix et à remploi des métaux qui entrent dans la oonstruclion des machines seront Iraifées dans le chapitre IX. Nous résumerons
ici quelques indications sommaires relatives aux métaux employés dans les chaudières.
PRINCIPAUX ORGAiNES DES NACHDIES A VAPEUR. ' S4S
On n'a ciiiployô pour la conslrucliou tles cUaudières que trois substances : la fonte, le cuivre, la lôle.
La foate est aujourd'hui rejelée d'une manière à peu près générale, elle se prête mal à la réalisation d'assemblages par- • faitement étanches ; le coulage peut donner lieu à des inégalités dans le retrait constituant des tensions moléculaires intérieures qui préparent et déterminent des ruptures imprévues; enlin le défaut à peu près absolu d'élasticité de la fonte la rend impropre à un service qui comporte des variations de température incessantes et d'une grande amplitude.
La fonte est cependant adoptée par quelques inventeurs d'appareils à circulation rapide qui ne contiennent qu'une Irés-faihie quantité d'enu à la fois et qui, à cause de la rom|)licalion de leurs formes, ne peuvent être demandés quau coulage d'une matière liquide. Les chaudières sphériques Uarrisson sont des chaudières en fonte; mais ces chaudières et toutes celles qui reposent sur des principes semblables sont en somme très-peu nombreuses et l'emploi de la fonle est exceptionnel , toutes les chniiditTes en fonte qui existent eucore doivent être l'objet d'une surveillance particulière.
Le cuivre présenterait toutes les qualités que l'on peut désirer pour le métal d'une chaudière, ductilité, douceur, résistance à l'extension, facilité dans le travail ; malheureusement son prix élevé n'en permet l'emploi que dans des machines de luxe. Tandis qu'il faut j)nyer le cuivre 5 fr. le kilo^'ramme, on a de la tôle de fer pour 0 fr. 50 à 0 fr. 40, et l'industrie ne peut supporter dépareilles différences.
La tôle de fer ou d'acier est donc le métal universellement employé dans la construction des chaudières. Nous verrons cju'on peut l'obtenir à toutes les épaisseurs, la trav;iiUer, l'assembler «l'une manière parfaite; il faut seulement rejeter d'une manière absolue les lèles aigres, c'est-à-dire les tôles qui se rompent brusquement sans accuser par un allongement et une déformatioft le travail auquel elles sont soumises.
i>l « to i if êmm t Êu m M é n u, — L'épaisseur qu'il convient de
donner à une chaudière varie avec la pression qu'elle doit supporter. Cette épaisseur peut se déduire d'une lorniule empirique prescrite autrefois par Tadministration supérieure :
i DP
(a) tf=:i^H-0-5.
0, épaisseur cherchée en centimètres ;
D, diamètre de la chaudière en centimètres ;
P, pression effective, c'est-à-dire la pression sous laquelle la chaudière doit travailler, diminuée de la pressioa atmosphérique ; ^
II, étant le timbre de la chaudière, P=n-^l ;
Pour les machines locomotives la formule était :
les quantités additionnelles 0^,3 et 0^,2 représentant Vex-
cès d'épaisseur à donner pour parer aux clTets de l'oxydation.
L'instruction ministérielle publiée en 1843 donnait pour calculer l'épaisseur des chaudières, la formule :
(b) «'=i,8<i'(fi — -1-3.
e' est exprimée en uiilliniètres ; d\ diamètre de la chaudière, en mètres.
Ces deux formules sont identiques, il suflit de rendre homogènes les termes de l'équation {a) et d'effectuer la division des coefficients numériques.
. PfUNCIPAUX ORGA!fES DES HAGHINE8 A TAPEUR. 54.S
L'instruction ministérielle donne les calculs faits pour les chaudières cylindriques de 0'°,5nù 1 mètre de diamètre, et pour des pressions de 2 à 7 atmosphères.
Les coefficients 277 et 414 représentent la résistance par centimètre carré. Ces chiffres sont empiriques.
Glapeyron a fait ressortir, peut-être avec un peu de malice, la série de déductions qui ont conduit è l'adoption de chiffres si éloignés de ceux (|iie l'expérience indique coniuie exprimant la résistance absolue du métal :
l a résistance absolue par centimètre carré
étant pour la téle 4,600 kilog.
on a par suite de l'emploi des rivets, une diminution d'un tiers, soit S^OOG
Les alternatives de température basse et élevéi' engn«j:ent à diminuer ce chiffre d'un tiers. 2,054
La continuité de la pression conduit à ne prendre que 0,40 du chiffre précédent 809
Dans la pratique, enfin, il est prudent de s*arréler au tiers ou an quart, soit 250 à 300
Toutes ces réductions opérées, et l'épaisseur de la tôle calculée sur ces résislances, il convient encore d'ajouter au cliilfre indiqué par le calcul, 2 à 5 millim., pour tenir compte des altérations dues aux coups de feu et à l'oxydation qui en est la conséquence.
'Rn résumé, les formules ne doivent être considérées que
comme une indication ; il est toujours prudent, dans la pratique, d'interroger les rt'sullals (b' rexpérieiice.
L*extrôme réduction d'épaisseur des tôles dans une machine locomotive n'offre d'ailleurs qu'un très-médiocre intérêt. 11 entre dans la construction d'une machine ordinaire 5 à 6000 kilog. de tôle de i centimètre environ d'épaisseur. En réduisant de 1 millimétré on économisera 5 à 600 kiloj?., soit en arpent 200 à 2i0 tr. Celte économie insignifiante peut compromettre la chaudière et toute la machine.
Mmeawlonw principale» drw cliandiér«*i« dr« machlaeii loeomo-
live». — Lp tableau < i-apn-s donne les dimensions principales des chaudières des machines que nous avons indiquées comme les types habituellement employés en service courant :
