MACHINES ÉLÉVAT01RES EMPLOYÉES A L'IRRIGATION
Dans ce cas, le mouvement pourrait être transmis à l'axe de la machine à l'aide de poulies à gorge avec une corde sans fin , ou de hérissons à dents avec une chaîne articulée sans fin, ou enfin avec une bielle et une manivelle selon les circonstances.
80. Assemblage du tuyau des spires avec le tuyau d'ascension. — Le tuyau qui, en s'enroulant sur le cylindre, forme les
spires, se recourbe pour servir d'axe creux de la machine, et vient reposer par une portée sur un coussinet. Son assemblage avec le tuyau d'ascension, qui est fixe, doit être tel que la pompe puisse tourner librement et qu'il ne se produise pas de perle d'eau. Voici comment est disposé l'ajustage de ces pièces dans les pompes spirales du Conservatoire.
L'extrémité ab du tuyau , qui dépasse le coussinet , est tournée cylindriquetnent, et on y a ménagé une gorge annulaire ce. Dans cette gorge, on introduit un anneau d'acier dd en] deux pièces exactement tourné à l'intérieur et à l'extérieur, et qui peut être amené en contact avec le bord ee bien dressé de l'origine du coude du tuyau ascendant. De l'autre côté de cet anneau dd est une rondelle de cuir ff.
L'embouchure horizontale du tuyau d'ascension est filetée et reçoit un écrou annulaire <7<7, que l'on serre à volonté, de manière à obtenir entre la rondelle de cuir, l'anneau d'acier dd et Vembase ee, un contact assez intime pour que l'eau ne puisse pas s'échapper, et cependant assez doux pour qu'il n'en résulte pas un frottement capable de faire résistance au mouvement ou de produire l'usure des surfaces. On pourrait disposer un godet de graissage au-dessus du coude, mais l'expérience de plusieurs années n'en a pas montré la nécessité dans les machines du Conservatoire des arts et métiers.
•87. Des pompes rotatives. — Ce genre de pompes, que l'on a reproduites depuis quelques années comme nouvelles èt pour lesquelles Ton a pris beaucoup de brevets, était connu depuis bien longtemps ; mais la perfection que leur construction exige, pour qu'elles soient d'un bon usage, n'avait pas permis de les utiliser à une époque où les arts mécaniques étaient trop peu avancés.
On trouve dans le recueil du capitaine A. Ramelli, page 59 *, la description d'une pompe rotative du genre de celles qu'on nomme aujourd'hui pompes américaines. Elle se compose d'un tambour fixe en partie immergé dans l'eau et sur lequel s'embranche un tuyau de refoulement , à une ou deux branches. Dans l'intérieur de ce tambour cylindrique, et qui doit être parfaitement alésé, se trouve un cylindre plein placé excentriquement au précédent , portantquatre rainures dans lesquelles sont placées des ventelles en métal, qui sont incessamment repoussées vers la circonférence du tambour fixe par des ressorts placés dans ces rainures, mais qui dans certaines positions sont obligées de « rentrer dans le noyau plein par l'effet de l'excentricité:
Il résulte de cette disposition que, le cylindre plein tournant dans le sens indiqué sur la figure, la palette 1, pl. III, fig. 6, tend à pousser devant elle l'eau qu'elle rencontre, et la refoule dans le conduit de refoulement R. Le contact du noyau avec la surface du cylindre creux empêche le liquide de passer d'un côté à l'autre de la palette, qui est rentrée dans la coulisse qui lui est destinée.
* Le diverse e artifxciote machine del capitano Agostino Ramelli, wigreniore del cristianissimo re di Franc ta et di Polonia , 1583.
Un autre dispositif, dans lequel les palettes, au lieu de rentrer dans le noyau, sont articulées à sa surface, est aussi représenté par Ramelli, et produit évidemment un effet analogue (pl. III, fig. 5).
88. Pompes à engrenage. — Dans ces machines, deux pignons portant un nombre égal de dents qui doivent être ajustées avec soin, et qui engrènent l'un avec l'autre, sont renfermés dans une enveloppe de forme ovoïde qui les emboîte exactement à leur contour extérieur. La partie inférieure de la botte communique par un tuyau d'aspiration, qui doit être muni d'une soupape d'arrêt, avec le réservoir d'où l'on veut élever l'eau ; la partie supérieure reçoit le tuyau d'ascension ou de refoulement. Ce dispositif, anciennement connu, a été reproduit de nos jours comme nouveau. (Voir le recueil de Grollier de Serviêre ; Lyon, 1719.)
On conçoit facilement que cette pompe étant une fois amorcée, si l'on imprime le mouvement aux deux pignons dans le sens indiqué sur la figure, il se produira à la partie inférieure une aspiration, et un refoulement à la partie supérieure. La quantité d'eau élevée dépendant beaucoup de la vitesse de rotation, l'on est en général conduit à faire marcher ces machines assez rapidement. Cependant, si elles étaient bien exécutées, l'on pourrait probablement diminuer notablement cette vitesse.
Il est d'ailleurs évident que, sans s'exposer à dégrader rapidement de semblables pompes, l'on ne peut les employer à élever que des eaux claires, et que, pour ne pas être obligé de les amorcer chaque fois que l'on veut élever de l'eau, il faut munir le tuyau d'aspiration d'une soupape de retenue.
80. Pompes rotatives diverses. — Il existe un grand nombre de dispositifs de pompes rotatives. Ils ont tous les inconvénients que nous avons signalés au n° 88, et ne nous paraissent pas préférables à celui dont nous allons parler, qui paraît être plus en usaje et sur lequel il a été fait au Conservatoire des expériences dynamométriques.
00. Pompe rotative de M. Stolz. — Cette pompe, du genre de celles que nous avons décrites au n° 87, est particulièrement propre à l'élévation des eaux claires ou exemptes de la présence de corps étrangers. Au lieu de puiser l'eau directement dans le réservoir, elle est disposée de manière à l'aspirer d'une certaine hauteur, comme le montre la figure 6, pl. III.
Essayée à la manivelle dynamométrique, et manœuvrée par un seul homme comme pompe aspirante et foulante à la vitesse de 65 tours de manivelle, ce qui était un mouvement trop rapide correspondant à une vitesse de 2 n> ,06 en 1" du point d'application de l'effort, elle a élevé un volume d'eau de 0 m ,935 par seconde à une hauteur de 7 a, ,06, ce qui correspond à un effet utile de 6 kn \50. L'effort moteur moyen était de 7 kiI ,33, et le travail moteur de
7 ki, ,33 X2 n, ,06= 15 k "\10, le rendement de cette pompe a donc été égal à
résultat trè^-favorable pour une aussi petite pompe.
On doit remarquer, d'une part, qu'un homme ne pourrait fournir dans un service continu un (ravail moteur égal à 15 km , et, de l'autre, que l'emploi de ces pompes ne peut sans inconvénient ôlre étendu à des eaux troubles ou chargées de sable (in qui en dégraderaient rapidement les organes et l'ajustage.
01. Pompe rotative à engrenages, par M. Leclcrc. — Ce constructeur a présenté à l'exposition de 1849 une pompe du genre de celles qui ont été décriles au n° 89, et sur laquelle j'ai lait faire des expériences avec la manivelle dynamoinétrique (pl. III, fig. 7).
Avec un travail moteur moyen de 30 kn, ,08 par seconde,
beaucoup trop considérable pour un seul homme dans un service continu, l'effet utile a été
5 m Xl m ,85 = 9 k «,25, et le rendement égal à
Kn élevant l'eau à 7 W ,06 de hauteur, le rendement a été de
Ce rendement eût été plus considérable si, dans ces expériences, le constructeur n'eût voulu à tort faire marcher la machine à la vitesse trop grande de 50 tours en V.
MACIILXES ÉLÉYATOIRES
02. Machines élëvatoires à force centrifuge. — Ce genre de machines a été reproduit à diverses époques sous bien des formes différentes, parmi lesquelles l'une des plus anciennes est celle de Le Demours.
L'appareil (pl. III, fig. 8) se compose d'un arbre vertical mobile autour de son axe et portant deux bras horizontaux aaf et 66', auxquels est lixé un tuyau légèrement incliné ce dont l'extrémité inférieure c' est munie d'un clapet de retenue qui peut s'ouvrir en dedans et dont l'extrémité supérieure est recourbée pour verser l'eau dans une auge circulaire destinée à la recevoir.
On conçoit qu'en faisant tournerl'arbre avec une certaine rapidité, l'action de la force centrifuge, éloignant l'eau de l'axe, tendra d'abord à la faire monter dans le tuyau ce* et la forcera à se déverser dans l'auge.
Le travail développé par la force centrifuge devra donc être égal à celui qui correspond au poids de l'eau élevée, augmenté de celui qui est consommé par les résistances passives, cl de la moitié des pertes de forces vives, et de celle de la force vive avec laquelle le liquide quitte le tube.
Ces pertes sont évidemment considérables, et il n'est pas nécessaire d'en faire le calcul pour reconnaître que le rendement d'une semblable machine joit être nécessairement très-faible.
05. Pompe à force centrifuge du marquis Ditcrcst, colonel du régiment d'Auvergne. — On trouve dans les Essais
* Essais sur les machines hydrauliques , par M. le marquis Ducrest, colonel en second du régiment d'Auvergne , Paris, lïïl , page 227.
134 MACHINES ÉLÉVAT01RES
sur (es machines hydrauliques publiés par cet officier supérieur, la description d'une pompe tournante ou à force centrifuge. Comme elle a beaucoup d'analogie avec d'autres appareils du même genre que l'on a présentés comme nouveau*, il ne sera pas inutile d'en donner une idée succincte. (Pl. UI, fig. 9.)
La machine se compose d'un tuyau vertical OG qui s'élargit à sa partie inférieure, où il y a une soupape de retenue. A sa partie supérieure, ce tuyau, qui forme l'arbre de la machine, est assemblé avec deux ou plusieurs bras creux avi c lesquels il communique directement et sans l'intermédiaire d'aucune soupape.
Si l'on suppose que ce tuyau étant rempli ainsi que ses bras, la soupape d'arrêt G étant fermée, il reçoive au moyen d'une roue ou poulie 00' un mouvement de rotation suffisamment rapide, la force centrifuge, qui se développera dans les bras, forcera l'eau qu'il contient à sortir et à se déverser * dans l'auge circulaire qui règne alentour de la circonfé-
rence décrite par leur extrémité. Le vide qui tendrait ainsi à se former dans le tuyau sera rempli par l'action de la pression atmosphérique, qui fera lever la soupape d'arrêt.
Le jeu de cette machine qui, depuis Ducrest, a été proposée comme nouvelle par diverses personnes, avec des modifications plus ou moins heureuses, est donc facile à comprendre, et l'on voit de même aisément que la vitesse de sortie du liquide et la force vive qu'il possède quand il quitte les bras, correspondent à un travail perdu d'autant plus considérable qu'elles sont elles-mêmes plus grandes. II importe donc de faire en sorte que l'eau sorte avec la plus petite vitesse absolue possible, et c'est à quoi plus d'un constructeur de machines de ce genre n'a pas réfléchi.
1M. Pompe à force centrifuge de M. Piatti. — Gel ingénieur a présenté au Conservatoire, pour y être soumise à des expériences, une machine élévatoire qui a figuré à l'exposition universelle de 1855.
Cette machine se compose de plusieurs enveloppes tronconiques en tôle, placées concentriquement autour d'un axe vertical. La petite base de ces cônes étant à la partie inférieure et plongeant dans l'eau, l'on conçoit que pendant le mouvement de rotation de l'appareil l'action de la force centrifuge, repoussant l'eau sur les arêtes inclinées des cônes, la force à s'élever à des hauteurs qui dépendent de la rapidité du mouvement.
Il résulte de cette description succincte que la machine de M. Piatli offre, quant à son principe, une grande analogie avec celle de Le Demours, que nous avons citie au n° 02. Elle n'en dHîère que parce qu'elle se compose de plusieurs enveloppes concentriques, tandis que celle de l'ingénieur français n'avait qu'un tuyau ou qu'une seule enveloppe.
La disposition adoptée par M. Pialti l'oblige à établir entre ses enveloppes tronconiques des diaphragmes au nombre de trois au moins pour maintenir l'enveloppe intermédiaire, et ces diaphragmes forment des cloisons qui s'opposent au mouvement giratoire relatif de l'eau sur la surface des cônes.
Une semblable machine peut fournir un grand volume d'eau, mais à moins d'employer des cônes d'un poids trèsconsidérable l'on ne peut songer à élever celte eau à des hauteurs un peu grandes.
Des expériences faites à l'occasion de l'exposition universelle de 1855 ont d'ailleurs prouvé que celte machine, comme toutes celles du même genre, ne réalise que 0,20 au plus du travail moteur et qu'elle est, sous ce rapport important, bien inférieure à beaucoup d'autres appareils destinés à l'élévation des eaux.
05. Des pompes à force centrifuge. — Parmi les machines destinées à élever l'eau, qui figuraient aux expositions de Londres en 1851 et de Paris en 1855, les plus remarquables étaient, sans contredit, les pompes à force centrifuge, dont il existait, à Londres, trois modèles différents, que nous avons eu l'occasion d'étudier au point de vue de leur rendement.
136 MACHINES ÊLÉVATOIRES
Ces trois modèles étaient construits sur les mêmes principes que les ventilateurs aspirants, et se composaient d'une roue à palettes planes ou courbes, animée d'un mouvement de rotation très-rapide, exactement emboîtée sur les côtés dans une enveloppe ouverte vers l'axe.
La roue et son enveloppe peuvent être plongées dans l'eau du réservoir inférieur, ou placées au-dessus du réservoir, avec lequel elles sont alors mises en communication au moyen d'un ou de deux tuyaux d'aspiration munis à leur partie inférieure de soupapes d'arrêt ou de clapets de pied.
Dans l'un et l'autre dispositif, lorsque la roue est entièrement recouverte d'eau et qu'on la fait tourner avec une certaine vitesse, l'action de la force centrifuge repousse vers la circonférence extérieure l'eau qui y est contenue, et il en résulte vers l'axe une diminution de pression d'autant plus grande que la roue marche plus vile. Par conséquent, l'eau du réservoir inférieur se trouve aspirée vers l'intérieur de la roue, et y pénètre en verlu de l'excès de la pression de l'atmosphère sur la pression intérieure. L'eau refoulée par la roue, dans le tuyau d'ascension s'élève à une hauteur qui dépend de la vitesse du mouvement.
On voit donc que ces machines fonctionnent comme pompes aspirantes et foulantes, et que la hauteur d'aspiration ainsi que celle de refoulement et la quantité d'eau élevée dépendent directement de la vitesse imprimée à la roue à aubes.
Remarquons cependant, dès à présent, que dans tous ces dispositifs la hauteur d'aspiration est limitée par la condition que l'excès de la pression almosphérique sur la pression intérieure soit suffisant pour communiquer à l'eau une vitesse telle que la machine soit toujours alimentée. L'on a effectivement observé au Conservatoire, qu'à certaines vitesses de la roue et même à la faible hauteur à laquelle l'aspiration se faisait, l'alimentation se trouvant insuffisante, le jeu de la machine était interrompu.
Au surplus, sauf les cas où les conditions locales exige-
raient impérieusement que l'eau fût aspirée d'une hauteur déterminée, qui ne peut jamais atteindre plus de 10 mètres, il est préférable de placer la roue à une petite hauteur au-dessus du niveau du réservoir inférieur. On aura ainsi le moyen d'élever l'eau plus haut et de faire marcher la roue plus vile avant d'avoir à Craindre que son jeu ne s'interrompe.
06. Pompe à force centrifuge de 31. Appold. — Dans la pompe de ce genre, qui est installée au Conservatoire des arts et métiers, la roue est placée à une hauteur de 0 n, ,950 environ au-dessus du niveau du réservoir inférieur. Elle a O n, ,230 de diamètre extérieur et 0 m ,073 de largeur, parallèlement à son axe. Un plateau plein la sépare en deux parties distinctes, et les deux plateaux ou couronnes extérieures ont au centre une ouverture de 0 M ,1 16 de diamètre pour l'introduction de l'eau. Une sorte de cône à génératrice curviligne, dont la base est sur le diaphragme ou plateau intérieur et le sommet sur l'axe, sert à changer graduellement et sans choc la direction des filets fluides qui entrent vers le centre dans le sens de l'axe, et doivent pénétrer sur les aubes dans le sens du rayon.
Les aubes, au nombre de six, sont curvilignes, et disposées de manière que les filets fluides y entrent à certaine vitesse à peu près sans choc, et en sortent presque tangcntiellement à la circonférence extérieure. Ce qui atténue beaucoup- et annule presque la force vive avec laquelle l'eau quitte la roue.
La roue est latéralement emboîtée dans une enveloppe annulaire en fonte, avec toute la précision nécessaire pour que l'eau affluente soit obligée d'y pénétrer par les orifices centraux. Sur toute sa circonférence extérieure elle est complètement libre, et l'eau qui en sort débouche sans obstacle dans l'enveloppe annulaire, qui communique avec le tuyau cylindrique d'ascension dont le diamèlre.est de 0 m ,036.
Deux tuyaux latéraux d'aspiration amènent l'eau aux orifices centraux d'introduction et sont munis à leur pied de soupapes d'aspiration et de retenue. Ces tuyaux ont de dia-
mètre, à la partie inférieure, 0 m ,370, au corps 0 ro ,345, et à leur rencontre avec la roue 0 m ,l 16. Les soupapes d'aspiration ont 0 m ,225 de diamètre.
On voit que le constructeur s'est attaché, avec raison» à proportionner sa machine de manière à ne laisser prendre à l'eau dans les tuyaux d'aspiration et de refoulement que de faibles vitesses, et que ce n'est qu'au passage à travers la roue que le" liquide acquiert la vitesse nécessaire pour produire l'aspiration et l'ascension.
La pompe du môme système qui fonctionnait à l'exposition de Londres en 1851 était entièrement plongée dans l'eau, mais cette disposition oblige à quelques sujétions pour la mise en marche, et comme d'ailleurs le niveau du réservoir inférieur peut baisser, il nous paraît préférable, pour les cas analogues, d'employer des tuyaux d'aspiration comme dans la machine qui existe au Conservatoire, en ne donnant d'ailleurs à la hauteur d'aspiration que la plus petite dimension possible.
On pourrait aussi placer tout l'appareil à côté du réservoir inférieur, dans un bassin étanche et vide d'eau, et y disposer la roue de manière qu'elle fût au-dessous du niveau le plus bas du réservoir, avec lequel elle communiquerait librement par deux tuyaux ou manches inclinées, qui conduiraient l'eau dans les ouvertures centrales.
Une roue ainsi disposée serait toujours amorcée et recouverte par l'eau, qui, au repos, s'élèverait dans l'enveloppe à la hauteur du niveau du réservoir. Des soupapes de retenue placées à l'entrée des deux tuyaux d'amenée empêcheraient la colonne ascendante de rétrograder. Cette disposition nous paraît préférable aux deux précédentes.
97. Expériences sur les pompes de M. Appold. — Les premières expériences dynamomélriques faites sur ces machines sont celles que nous avons eu l'occasion d'exécuter sur l'appareil qui était établi à l'exposition universelle de Londres, en 1851. Pour mesurer le travail moteur, nous avons em-
ployé l'un des dynamomètres de rotation du Conservatoire, et, afin de mettre en évidence les avantages de la forme curviligne donnée aux aubes par le constructeur, Ton a essayé successivement dans le môme appareil :
1° La roue à aubes courbes adoptée par fauteur; 2° Une roue de mêmes dimensions ayant des aubes planes inclinées à 0 m ,45 sur le rayon;
3° Une roue semblable à aubes planes dirigées dans le sens du rayon.
Ces trois roues avaient 0™,305 de diamètre extérieur, leurs ouvertures centrales avaient 0 m ,1525 de diamètre, les couronnes 0 nl ,076 de largeur dans le sens du rayon, et la largeur parallèle à Taxe était de 0"',079. La roue avait un diaphragme intermédiaire plein, Peau y entrait des deux côtés.
Les résultats des expériences exécutées sur ces trois modèles de roues sont consignés dans le tableau suivant :
eu
VOLUME
TRAVAIL
NOMBRE
d'eau
HAITEIR
EFFET
de tours
élevé
d'élé-
utile
moteur
RRXDI-
de la
en litres
dépensé
ruue
• en i ".
