COU
en l"
moteur
en r.
en \\
en 1*.
UH
QH
Br.
km.
lit
km.
M. Si
Le rapport moyen de H' à H est égal à 3.00.
Dans ces expériences, la vitesse moyenne de l'eau dans le tuyau d'arrivée a été de 0 m ,54 en 1", et dans le tuyau d'ascensiou elle a élé de 0 ,n ,506.
155. Observations sur les résultat'! consignés dans le tableau précèdent. — Ainsi que nous l'avons fait remarquer plus haut, le bélier n'était pas établi dans les conditions les plus favorables au maximum d'effet, et il est probable qu'avec une meilleure installation l'on aurait obtenu un rendement plus considérable.
Mais ces expériences, dans lesquelles les battements des soupapes ont été très -régulièrement au nombre de 43 par minute, et où le bélier a élevé à 4 m ,42 environ 20 mètres cubes d'eau par beure, montrent qu'un semblable appareil pourrait être appliqué avec avantage à des irrigations.
1&1. Machine hydraulique de M. de Caligny. — Cet appareil, qui, dans sa forme et sa disposition générale, a de l'analogie
avec le bélier hydraulique, en diffère en ce qu'il n'a pas à proprement parler de soupape. Il se compose d'un tuyau horizontal, ou légèrement incliné BG, qui part d'un réservoir A et qui se raccorde par une partie tronconique avec une branche verticale c d'un diamètre un peu plus petit. (Pl. V,
fi* 10.)
La branche horizontale du tuyau est immergée dans le canal de fuite et l'extrémité supérieure aa de la branche verticale est toujours au-dessous du niveau de l'eau dans le canal. Cette dernière branche porte un appendice trouconique ab y qui repose sur un massif en maçonnerie, servant en môme temps à maintenir l'extrémité verticale du tuyau.
Immédiatement au-dessus de cette branche verticale fixe c, se trouve un autre tuyau vertical ddff, cylindrique dans presque toute son étendue, d'un diamètre plus grand que c, mais terminé à sa partie inférieure par un tronc de cône, dont la petite base a exactement le diamètre de la branche verticale et porte aussi un appendice conique dd' y dont les arêtes sont plus relevées que celle de l'appendice ab.
Ce tuyau vertical ddff est mobile et il forme en réalité la soupape d'arrêt de l'appareil, puisque c'est de son mouvement que dépend la marche.
Il est suspendu par une fourche ig à l'extrémité d'un balancier mobile à peu près équilibré, au moyen d'un contrepoids, qui cependant est assez fort pour le relever naturellement.
Dans ce tuyau mobile pénètre un cylindre fixe ik, terminé inférieurement par un cône K, dont le sommet arrive à peu près à hauteur de la branche aa du coude c du tuyau fixe. Ce cylindre ik est soutenu dans sa' position par un support et ne participe nullement au mouvement. Il a pour objet et pour effet de rendre la section annulaire de passage entre sa surface et celle du tuyau mobile à peu près moitié moindre que la section de débouché aa du tuyau fixe, et égale au tiers de la section de la branche horizontale. C'est du moins
ce qui résulte des proportions données par l'auteur à deux de ses appareils.
Les orifices aa du tuyau vertical fixe et du tuyau mobile sont garnis de rondelles de cuir destinées à fermer le joint qu'ils forment, quand ils reposent l'un sur l'autre. L'orifice an porte des guides verticaux qui traversent l'appendice dd, et, avec la fourche ig % assurent la direction du mouvement du tuyau mobile.
A l'aide de cette description, il sera facile de comprendre le jeu de l'appareil que nous supposerons d'abord maintenu au repos par un arrêt, qui empêche le contre-poids de soulever le tuyau mobile ddff.
Dans cette position, le liquide étant immobile de toutes' parts, les pressions intérieures et extérieures au-dessus et au-dessous des appendices et entre eux s'équilibrent.
Mais, si l'on vient à laisser agir le contre-poids, en aidant môme un peu, s'il le faut, à son action, le tuyau mobile s'élève et ouvre alors un orifice à parois coniques évasées entre l'appendice fixe ab et l'appendice det mobile avec le tuyau dont il dépend.
La pression du réservoir A détermine dans le tuyau BC un mouvement qui s'accélère rapidement, et toute la masse d'eau que contient ce tuyau acquiert une force vive en rapport avec la hauteur du niveau NN du réservoir, au-dessus du niveau LM du canal de fuite, ainsi qu'avec les dimensions du tuyau.
L'écoulement se fait par l'orifice à parois tronconiques évasée, et, dans l'intervalle de ces parois, la pression qui, au repos et an premier moment de l'ouverture, était la même au-dessous de l'appendice M du tuyau mobile que celle qu'il éprouvait au-dessus , va en diminuant assez rapidement, à mesure que le mouvement d'écoulement approche de son état de régime. Cet effet, bien connu des hydrauliciens, et dont la théorie rend parfaitement compte (voir n" 151 et 163 des Leçons sur l'hydraulique), change les conditions de l'équilibre du tuyau mobile et l'excès de la pres-
sion du liquide supérieur, et qui est à peu près en repos, sauf quelques tourbillonnements, sur celle qu'exerce en dessous la veine fluide en mouvement, se joignant au poids propre de ce tuyau, ces deux actions l'emportent sur celle du contre-poids et le tuyau mobile retombe sur son siège.
Cet effet se produit dès la première levée du tuyau mobile, car sans cela l'appareil ne marcherait pas et il ne se développe dans cette action aucune force de succion nouvelle et inconnue.
Mais lorsque l'orifice d'écoulement se trouve ainsi fermé par le tuyau mobile, qui forme soupape, la masse liquide, qui a été mise en mouvement, pénètre dans l'intervalle annulaire qui existe entre le noyau fixe ik et la surface intérieure du tuyau mobile, et elle y parvient à une hauteur d'autant plus grande que cet intervalle offre une seclion moindre.
Si donc le sommet ff du tuyau mobile est à une hauteur moindre que celle à laquelle le niveau de l'eau pourrait s'élever en vertu de la force vive qu'elle possède, une partie du liquide se déversera par l'ouverture ff dans le canal de réception ménagé à cet effet autour du tuyau mobile. Ce volume d'eau, ainsi reçu, sera d'ailleurs d'autant plus faible, par rapport à la masse totale mise en mouvement, que la hauteur d'élévation sera plus grande, et cette hauteur a une limite assez restreinte, par suite des pertes de force vive et du travail résistant des parois auquel le liquide est soumis. Aussi l'appareil n'est-il destiné qu'à élever l'eau à des hauteurs assez faibles.
A mesure que% masse liquide en mouvement perd de son yolume par le déversement et que son élévation môme dans Je tuyau mobile augmente la pression résistante, ce mouvement se ralentit de plus en plus, s'éteint, et alors la pression du liquide contenu dans le tuyau mobile redevenant prépondérante sur celle du réservoir, dont le niveau est plus bas, il se produit une oscillation en retour vers le réservoir dans la colonne liquide.
Dans cette oscillation rétrograde, la masse liquide, contenue dans les deux tuyaux, acquière en sens contraire une force vive, en vertu de laquelle elle dépasse, dans un autre sens, la position d'équilibre, et le niveau de l'eau dans le tuyau mobile descend au-dessous de celui du canal de fuite. A partir de cet instant, les pressions intérieures exercées de haut en bas sur la partie tronconique de la base de ce tuyau ne sont plus égales aux pressions extérieures qui agissent de bas en haut, et cette différence, jointe à l'action déjà prépondérante du conlre-poids, détermine une nouvelle ascension du tuyau mobile. L'écoulement entre les appendices tronconiques ab tt dd' recommence et l'appareil est dès lors parvenu à son état normal.
Il n'est point nécessaire, comme on le voil, pour expliquer les effets de cette machine de recourir à l'action, fort peu probable, de l'eau qui s'écoule dans le canal de décharge ni à aucune analogie avec des phénomènes d'un ordre trèsdifférent observés par Dubuat. Tout y est parfaitement d'accord avec les principes généraux de l'hydraulique et si la variation continuelle du mouvement ne permet pas, dans l'état actuel de la science, de faire une théorie des effets observés, il est cependant possible d'en apprécier la marche.
Ainsi la diminution de pression qui se produit dans la veine fluide à laquelle donne passage l'ajustage tronconique évasé que forment les deux appendices ab et dd' , va en croissant, comme l'indique la théorie, avec la vitesse d'écoulement et par conséquent avec la charge motrice ou la hauteur du niveau NN au-dessus du niveau LM. Or#c'est quand cette diminuliondc pression a atteint une certaine intensité que le contre-poids, se trouvant insuffisant, laisse redescendre le tuyau mobile sur son siège. Si donc, pour une certaine charge motrice, le conlre-poids a été réglé de manière qu'il ne conserve qu'une prépondérance convenable pour cette charge, il pourra arriver que, si celle-ci diminue, il en résulte dans la vitesse d'écoulement une diminution telle que
la soupape ou le tuyau mobile ne s'abaisse plus et que le jeu de la machine soit interrompu.
Si, au contraire, le niveau s'élève, la vitesse d'écoulement augmentant et ayant plutôt atteint la limite qui détermine la • diminulion de pression correspondante à la descente du tuyau mobile, celui-ci retomberait plus vite.
Si le siège aa de la soupape cessait d'être noyé cl que le contre-poids ayant soulevé le tuyau mobile et l'écoulement ayant commencé, la pression exercée de bas en haut par la veine fluide, bien que limitée par la vitesse d'écoulement, s'ajouterait encore à l'action du contre-poids pour maintenir le tuyau mobile élevé et le jeu normal de la machine ne se produirait plus.
Il pourrait môme arriver que, pour un règlement donné du contre-poids et le siège de la soupape étant d'abord convenablement noyé sous le niveau d'aval LM, si celui-ci venait à baisser sensiblement la pression qu'il exerce sur l'appendice dd, ne fût plus suffisante pour que son action, jointe à celle du contre-poids, ne fit plus descendre le tuyau mobile, ce qui, comme dans le cas précédent, en empêcherait le jeu.
A l'inverse si le niveau d'aval LM montait sensiblement, il faudrait changer le contre-poids, sans quoi le tuyau mobile une fois baissé ne se relèverait plus.
L'on voit par ces observations que cet appareil ingénieux, outre qu'il ne convient, que pour des chutes assez faibles, n'est pas susceptible de fonctionner régulièrement ÏJuand les niveaux d'amont ou d'aval varient d'une manière notable, quoiqu'il soit possible cependant de le régler de manière qu'il puisse encore marcher entre certaines limites de variation de ces niveaux.
Ces circonstances exigent que l'appareil soit surveillé par un agent assez intelligent.
II faut de plus observer qu'à chaque oscillation, l'eau qui remplissait le tuyau mobile redescend au niveau du canal de fuite et même plus bas, et que le travail moteur employé pour l'élever dans ce tuyau, étant détruit à la rentrée de
230 BÉLIERS HYDIUULIQUES.
cette eau dans le réservoir il a été consommé en pure perte. Cette perle est évidemment proportionnelle à Taire de la section transversale de ce tuyau et à sa hauteur qui est celle à laquelle on veut élever l'eau. Par conséquent, pour une chute motrice donnée, elle sera proportionnellement d'autant plus grande que la hauteur du bassin de réception sera plus considérable. L'emploi de cette machine est donc d'autant moins favorable qu'il s'agit d'élever l'eau plus haut.
L'auteur n'a proposé l'usage de cette machine ingénieuse que pour l'utilisation des petites chutes et l'élévation de l'eau à de faibles hauteurs. Dans ces conditions, elle réalise, d'après des expériences faites au Conservatoire des arts et métiers en 1855, environ 0,43 du travail moteur. Elle est simple, d'une installation peu dispendieuse et par conséquent susceptible de rendre des services principalement à l'agriculture.
Bélier hydraulique de M. Focx. — Cet ingénieur, qui a été longtemps attaché au service des eaux de la ville de Marseille, sous les ordres du savant et regrettable M. de Montricher, a introduit dans la construction des béliers hydrauliques une modification qui a pour but de diminuer beaucoup l'intensité des chocs que produit la soupape d'arrêt et les ébranlements qui en résultent ; ce qui a permis de construire des appareils de ce genre de dimensions bien plus grandes que par l'ancienne disposition.
La figure 5, pl. V, représente le bélier hydraulique de M. Foex dans ses dispositions les plus récentes.
A est le corps du bélier disposé comme à l'ordinaire et de diamètre D.
CDEF est un cylindre venu de fonte, avec le corps, et dont le diamètre est habituellement égal à 1.1D ; ce qui lui donne une section égale à 1.20 fois celle du corps.
0, Q sont des ouvertures ménagées dans la surface du cylindre CDEF pour l'échappement de l'eau, et dont la
surlace totale est pour les quatre égale à 1.20 fois celle du cylindre, ou 1.45 fois celle de la section du corps du bélier.
Le cylindre CDEF a deux fonds plans qui lui sont solidement fixés.
Dans ce cylindre est la soupape d'arrêt NPO, qui est formée de deux plateaux P' de même diamètre, réunis par un tuyau creux P, et qui se meut à frottement doux dans le cylindre.
Cette soupape doit avoir un poids à peu près double de celui d'une colonne d'eau de même base que ses plateaux, et dont la hauteur serait double de celle qui correspond à Ja vitesse maximum de sortie; c'est-à-dire un peu moindre que celle de la chute.
B est la partie antérieure du réservoir d'air qui vu en s'évasant pour se raccorder avec le corps principal H de ce réservoir, dont elle est séparée par un diaphragme percé d'orifices aussi larges que possible, et munis de soupapes verticales à clapet ELM.
K est une soupape de rentrée d'air pour remplacer dans le réservoir celui que l'eau a entraîné.
I est le tuyau d'ascension qui part du corps du réservoir d'air, lequel est ordinairement un simple tuyau cylindrique en fonte.
R'R'R' sont de petits orifices ménagés dans la partie supérieure du cylindre où se meut la soupape d'arrêt, et percés un peu au-dessus de la position inférieure du plateau supérieur P' de la soupape d'arrêt.
S est un support en fer disposé dans la direction de l'axe de la soupape, et sur lequel elle vient reposer. On le recouvre d'une plaque de caoutchouc vulcanisé et d'une feuille mince de tôle pour diminuer l'intensité du choc.
Lorsque l'eau du réservoir moteur commence à s'écouler
par le tuyau A d'un mouvement qui s'accélère rapidement, elle s'échappe d'abord par le passage libre que démasque la soupape et par les orifices Q,Q, ; mais bientôt sa vitesse devient assez grande pour qu'elle oblige la soupape NPO à s'élever.
L'intervalle libre entre le plateau inférieur P' et l'ouverture du cylindre CDEF allant en diminuant, l'eau, qui ne trouve plus un passage suffisant, s'élance par le tuyau creux P et arrive sous le fond supérieur GD. Dans les premiers instants, une partie de cette eau s'échappe par les petits orifices R'R' ; mais comme ils sont insuffisants, elle remplit toute la capacité qui existe encore entre le fond CD et le plateau P' supérieur, en môme temps que le plateau inférieur intercepte le passage par le bas du cylindre.
A cet instant, la soupape NPO se trouve également pressée en sens contraire sur ses deux plateaux et s'arrête.
En mémo temps, l'eau qui affilie du réservoir ne trouvant plus d'issue par la soupape d'arrêt pénètre d'abord dans la partie antérieure B du réservoir d'air, puis ouvre les soupapes KLM et entre dans le corps de ce réservoir, d'où une partie s'élève dans le tuyau d'ascension, pendant que l'autre comprime l'air.
Après la période d'arrêt, la soupape NPO redescend par son propre poids sur son siège et les mômes effets se reproduisent.
Comme il importe de régler la durée des périodes, le cvlindrc CDEF est entouré à l'extérieur et à hauteur des orifices R'R' d'une bague mobile qui en couvre à volonté une portion plus ou moins grande.
Le principe et le jeu de ce bélier sont, comme on le voit, les mêmes que ceux du bélier de Montgolfier ; mais la disposition donnée à la soupape d'arrêt diminuant l'intensité des chocs et les ébranlements, il est devenu possible de donner à ces appareils des dimensions beaucoup plus considérables que par le passé, et de les employer à élever de grands volumes d'eau.
Nous en citerons les applications suivantes :
Un bélier de ce genre a été établi pour utiliser une chute
de 7 m ,08 et élever Peau à 29 m ,92 de hauteur. Il dépense
M* 26 et élève 5 la ,72 par seconde.
Le travail moteur est donc égal à
4l ka ,26X 7 m ,06 = 292 k "\12.
L'effet utile à 5 ka ,72X29 m ,92 = 171 km ,14.
Et le rendement est
Le rapport des hauteurs d'élévation et de chute est
29 m ,2 , 7,08- Vn,22 •
Le diamètre du corps est de 0 m ,30.
Pour une même valeur du rapport de la hauteur d'ascension H' à la hauteur de chute H, le bélier hydraulique ordinaire a donné, dans les expériences d'Eytehvein, un rendement d'environ 0,76.
Un bélier établi à la Darcussia pour une chute motrice de 10 mètres dépense 4 lil ,675 par seconde, donne 30 pulsations en 1' et élève 2 ,il ,065 à I2 m ,50 en 1".
Le diamètre du corps du bélier est de 0 m ,10
Le diamètre du tuyau de refoulement est de û m ,05
La capacité du réservoir d'air est environ 200 litres ou de cent fois le volume d'eau élevé en 1".
Le travail moteur est 4 l!l ,675 x 10 m = 46 km ,75
L'effet utile est 2 ki, ,065 x I2 m ,50 = 25 kn -,8l
Le rendement est donc
Le rapport des hauteurs d'élévation est égal à
Pour une même valeur de ce rapport, le bélier ordinaire a fourni, dans les expériences de M. Eytelwein, un rendement égal à 0,65 environ.
155. Du balancier hydraulique. — M. Dartigues, fondateur de la cristallerie du Baccarat, avait fait construire dans ses établissements , et antérieurement à Yonèchc (Provinces- Rhénanes), une machine oscillante qu'il avait nommée balancier hydraulique, et sur laquelle une commission de l'Académie des sciences , composée de MM. de Prony , Biot et Girard, a fait, le 26 mai 1817, un rapport favorable. Cette machine a aussi été établie à la cristallerie de Baccarat, où elle a fonctionné pendant quelques années.
Elle se composait (pl. V, fig. 1) d'un balancier mobile autour d'un axe placé au milieu de sa longueur et aux deux extrémités duquel étaient suspendus, à 2 mètres de distance de l'axe, deux coffres carrés de 0 M ,92 de côté, ayant une surface de base égale à 0 m i,8464.
Dans leur mouvement oscillatoire, ces coffres, dont trois côtés seulement étaient fermés, s'élevaient alternativement, dans des espèces de puits, de manière que le fond de l'un d'eux affleurait celui d'un canal supérieur d'arrivée de l'eau motrice, tandis que l'autre était descendu à hauteur du niveau du caual de fuite. Ces caisses étaient guidées de manière que le côté ouvert, frottant toujours sur la surface adjacente du puits, il y avait très-peu de perte d'eau.
L'on conçoit facilement que l'eau affluente chargeant la caisse supérieure pendant que la caisse inférieure se vidait,
il se produisait un mouvement alternatif qui était réglé par l'appareil lui-môme, au moyen de vannes ou de pales que le balancier abaissait ou élevait, selon qu'il fallait interrompre ou permettre l'arrivée de l'eau.
Le balancier transmettait son mouvement alternatif à deux pompes qui élevaient et refoulaient l'eau dans des bassins supérieurs.
L'on ne possède sur les effets de cet appareil qu'une seule expérience dont les résultats ont été communiqués le 9 novembre 1818 par M. Dartigues à l'Académie des sciences. La chute motrice était H=l m ,83; le volume d'eau admis à chaque oscillation dans la caisse supérieure avait 0^,8464 de base sur 0 ,u ,33 de hauteur; il était donc égal à
Le travail moteur dépensé à chaque oscillation était donc
1000 QH = 279 kn ,312 X l m ,83 = 511 km ,145.
Les pistons de la pompe foulante avaient 0 nM ',0275 de surface et une course de 1 mètre ; ils refoulaient donc à chaque course, sauf un peu de perte, Q = 0 roc ,0275 d'eau et le réservoir était à la hauteur H= 13 m ,50 au-dessus du niveau du canal d'arrivée, ce qui, pour chaque coup de piston correspondait à un effet utile représenté par
Q'IT = 27 kn ,5 X 13 m ,5 = 371 k -,25.
Par conséquent, le rendement de celte machine était égal à
