Q'H' 371,25 OH

Ce résultat, très-satisfaisant, montre que dans certains cas cette machine, fort simple, pourrait rendre des services, principalement pour des irrigations, en admettant môme qu'une construction rustique en- réduisit l'effet à 0,55 ou 0,60.

1 BG. Machine à colonne cCeau de Bêlidor*. — L'on doit à cet illustre et savant officier d'artillerie du siècle dernier, parmi beaucoup d'idées ingénieuses, celle d'une machine dans laquelle l'action d'une chute d'eau serait directement utilisée pour élever une partie du liquide dépensé.

Le tuyau A, qui amène l'eau, est terminé par un robinet à trois oriliecs et est en communication constante avec celui de dessus. L'une des ouvertures latérales peut laisser affluer le liquide dans le grand cylindre C et sur son piston qui, en cédant à la pression, recule et pousse le petit piston du cylindre I) et refoule vers le réservoir d'air, et de là dans le tuyau d'ascension B, l'eau qui était contenue dans ce cylindre L). Les pistons élant arrivés à la fin de leur course, qui est la môme, le robinet F, pir l'action de la machine ellemême, tourne et permet, d'une part, à l'eau amenée par le tuyau A de passer par le tuyau H et de là derrière le piston 1), et de l'autre, à celle qui îivait rempli le cylindre C dans la course précédente, de s'échapper à l'extérieur. Dans cette seconde période, le grand cylindre se vide et le petit cylindre D se remplit, tandis que par la détente de l'air du régulateur l'ascension continue dans le tuyau B.

Les mêmes effets se continuent d'une manière analogue.

Le volume d'eau dépensé étant égal à celui qu'engendre le grand piston, et le volume d'eau élevé à celui qu'engendre le petit piston, si l'on nomme

D le diamètre du grand piston ;

H la hauteur de chute dont on dispose au-dessus du canal «

* Architecture hydraulique, tome II, éd. de 1739, page 237 et suivantes, par M. Bélidor, comm.ssaire provincial d'artillerie.

de fuite dont le niveau doit cire aussi rapproché que possible du robinet F;

D' le diamètre du petit piston;

H' la hauteur d'élévation au-dessus du môme niveau ;

L la longueur de course commune aux deux pistons, le travail moteur aura pour expression pour chaque course,

ÎOOOD'L

et le travail ou l'effet utile sera

ÎOOOD'L 1,273

XH;

XH.

Par conséquent, le rapport du second au premier, ou le rendement de la machine, sera

de sorte que pour obtenir le même rendement K avec des données différentes, il faudrait faire varier les quarrés des diamètres des pistons en raison inverse des hauteurs de chute et d'ascension.

L'on aura d'ailleurs entre le volume d'eau 0 que l'on peut dépenser par seconde, le diamètre D du grand cylindre, la longueur de la course L, et le nombre N de coups de piston par minute, la relation

ÎOOOD'L N 10000»

LN

V = — étant la vitesse moyenne du piston en 1".

Cette machine, qui ne paraît pas avoir jamais été exécutée, est ingénieuse, mais elle présente plusieurs inconvénients que l'on pourrait peut-être atténuer beaucoup par de bonnes dispositions. Il faut d'abord y éviter les arrêts

brusques, que l'incompressibilité de l'eau rendrait tres-dangereux, et il importe que la vitesse des pistons et du liquide soit toujours très-faible.

Les variations de baulcur de la colonne d'eau motrice pouvant exercer une grande influence sur la marche de la machine, il faudrait régler les proportions des cylindres de manière que la inarche fût assurée pour la plus petite valeur de cette hauteur, et prendre des dispositions pour modérer la marche pour les hauteurs supérieures.

Au lieu de robinets, il conviendrait d'ailleurs d'employer des tiroirs qui, s'ouvrant et se fermant graduellement, rendraient les changements de marche plus doux.

Si nous sommes entré dans ces détails sur une machine qui n'a été ni exécutée ni expérimentée, c'est qu'elle a une grande analogie avec les machines dites à colonne d'eau, dont nous allons nous occuper.

f 87. Machines à colonne d'eau de la mine a"Huel<joat, département du Finistère. — Nous emprunterons la description succincte que nous allons donner de cette belle machine, au mémoire que M. Yuncker, l'habile et savant ingénieur auquel l'on en doit la construction , a inséré dans les Annales des mines, en 1835, et nous extrairons du môme mémoire les résultats principaux d'observation auxquels elle a donné lieu.

La mine d'Huelgoat , par sa situation topographique , se prêtait heureusement à l'établissement d'une machine à colonne d'eau. Les cours d'eau qui sillonnent les vallées qui la dominent pouvaient être facilement amenés au-dessus de l'ouverture supérieure du puits, et les galeries d'écoulement, placées à de grandes profondeurs, permettaient d'utiliser la chute considérable de 66 m ,00 de hauteur.

M. Yuncker a préféré aux machines à double effet celles qui ne sont qu'à simple effet, parce que celles-ci sont d'un mécanisme plus simple , d'une installation plus facile, commodes à visiter et à graisser, et surtout parce qu'elles permettent la transmission directe du mouvement du piston

moteur à celui de la pompe. Les tirants des machines à simple effet n'étant en outre soumis à l'action de la résistance et n'ayant de grands efforts à transmettre que dans un seul sens, qui peut être celui de la résistance à la traction, les dimensions qu'il est nécessaire de donner à ces pièces sont alors beaucoup moindres que si elles devaient agir alternativement dans les deux sens, et l'on évite d'ailleurs les chocs qui se produisent toujours avec plus ou moins d'intensité dans les machines à double effet.

Enfin il y a avantage à avoir deux machines à simple effet au lieu d'une machine à double effet , pour atténuer les inconvénients , très-graves en pareil cas , de chômages résultant des réparations.

188. Description (le lamachine. —Nous distinguerons dans la machine d'Huelgoat ce qui est relatif à l'appareil moteur, de ce qui se rapporte aux pompes d'épuisement (pl. VI, fig. 2).

Le premier se compose d'un grand cylindre Y dans lequel se meut le piston principal P soumis à l'action motrice de la colonne de pression. Ce cylindre porte à sa partie inférieure une tubulure T qui sert alternativement à l'introduction et à l'émission de l'eau motrice. Le piston principal P est poussé de bas en haut dans le premier cas, et dans le second il redescend sous l'action de son poids propre, de celui des tiges et de leur équipage. Pour assurer la continuité du mouvement alternatif de ce piston , il suffit de régulariser l'admission et l'émission du liquide. A cet effet, au robinet à trois orifices employé dans les anciennes machines à colonne d'eau, M. de Reichenbach, habile et savant ingénieur bavarois, a substitué l'appareil que nous allons décrire et qui a été imité et perfectionné par M. Yuncker pour la mine d'Huelgoat.

La tubulure T est adaptée contre une autre qui présente un tuyau HH' interposé entre le cylindre Y et la colonne de chute. A distances égales de la tubulure T, mais de côté opposé, viennent aboutir deux tuyaux horizontaux 0 et S. Le

premier, 0, qui termine inférieurement la colonne de chute, est, à proprement parler, le tuyau d'admission ; le second, qui communique avec la galerie d'écoulement, est le tuyau d'émission.

Un piston R fonctionne dans l'intérieur du tuyau HH' et peut venir se placer alternativement dans les deux espaces cylindriques bc et b'c' égaux en hauteur et en diamètre, et symétriques par rapport à la tubulure T.

Dans la seconde position, le piston R intercepte la communication entre le tuyau d'émission et le cylindre Y, tandis qu'au contraire l'eau de la colonne de chute peut affluer sous le grand piston P et le pousser de bas en haut.

A l'inverse, dans la première position, le dessous du piston P est en communication avec le tuyau d'émission, et l'affluence de l'eau du tuyau de chute dans le cylindre Y est interrompue.

Pour faire arriver le piston R à ces positions successives, voici le dispositif imaginé par M. de Reichenbach :

Un piston J, placé sur le prolongement de la lige du piston R, se meut dans la partie supérieure du tuyau HH'. Son diamètre est un peu plus grand que celui du piston R, et il est par conséquent soumis de bas en haut à une pression contraire un peu supérieure à celle qui sollicite de haut en bas ce piston R. Ce piston J peut donc s'élever sous l'action de cet excès de pression et entraîner dans son mouvement le piston R.

Pour faire ensuite redescendre celui-ci, il faut produire en sens contraire un excès de pression suffisante. A cet effet, le piston J porte à sa face supérieure une sorte de fourreau cylindrique qui laisse entre lui et la surface intérieure du cylindre HH', dont il traverse le couvercle par une boîte à étoupes, un espace annulaire qui peut être mis alternativement, au moyen d'un tuyau aa3, en communication avec la colonne de chute et avec l'air extérieur.

Dans le premier cas, l'on conçoit que la pression de la colonne de chute, s'exerçant à la fois de bas en haut sur la

surface totale inférieure du piston J et de haut en bas sur la partie annulaire de sa surface supérieure, l'excès de la première sur la seconde de ces pressions peut être inférieure à la pression que la même colonne de chute exerce de haut en bas sur le piston R, et qu'en définitive l'ensemble des deux pistons doit descendre.

La communication que le tuyau aaZ établit entre le tuyau de chute et le dessous du piston J est ouverte ou fermée au moyen d'une tige auxiliaire pi qui porte deux petits pistons et qui se meut dans un corps cylindrique par l'action d'un système de leviers, sur lesquels vient agir une tige dd, montée sur le piston P, et qui porte des taquets ou tocs. A chaque montée et à chaque descente, ces tocs font osciller le système des leviers de la manière convenable, et assurent ainsi l'admission de l'eau du tuyau de chute dans l'espace annulaire supérieur au piston J ou son évacuation.

Cette description suffit pour donner une idée du jeu de la belle machine dont nous nous occupons, et nous sommes forcé de renvoyer, pour de plus amples détails, à la description complète qui en a été donnée par M. Yuncker dans le huitième volume de la troisième série des Annales des Mines, année 1835.

Il est cependant important d'indiquer comment M.Yuncker • est parvenu à atténuer l'effet des chocs qui se manifestent dans les arrêts qu'il faut faire éprouver au mouvement de la colonne de chute.

Pour rendre ces arrêts, ainsi que les changements de direction du mouvement du piston P moins brusques, le piston R a été rendu légèrement tronconique à ses parties supérieure et inférieure, et de plus l'on a ménagé sur les deux parties tronconiques huit cannelures cunéiformes qui ont leurs têtes rangées sur le pourtour des bases du piston.

Lorsque la régulation s'effectue en montant, par exemple, on voit que le piston R, qui occupait la partie b'è du cylindre

MACH. ET AÊPAR. 16

HH', après avoir cheminé à travers la tubulure T, va présenter sa surface supérieure à l'entrée du cylindre bc. À ce moment, le mouvement de la colonne de chute serait arrêté si la surface extérieure du piston était unie; mais les cannelures de cette surface offrant encore une issue à l'eau, celle-ci continue à pénétrer dans la tubulure en quantité décroissante jusqu'à ce que les sommets des cannelures soient eux-mêmes engagés dans le cylindre 6c C'est alors seulement que le piston P arrive à la limite supérieure de sa course, et que la colonne de chute reprend l'état de repos.

Mais, presque au même instant, les sommets des cannelures supérieures atteignant le bord b' de la tubulure , l'émission commence graduellement, ainsi que la descente du piston, dont le mouvement s'accélère à mesure que les cannelures se dégagent et que la base inférieure du piston R atteint le point 6, limite de sa course.

Des effets analogues se produisent à la fin de la course descendante et au commencement de la course ascendante qui suit.

L'on voit que par ce dispositif, aussi simple qu'ingénieux, le mouvement ascensionnel du piston, ainsi que celui de descente de la colonne de chute, sont graduellement éteints, et que le piston recommence sa course descendante sans vitesse initiale et la termine sans secousse; ce qui satisfait autant que possible aux conditions exposées dans les notions fondamentales pour la bonne marche des machines à mouvement alternatif et rappelées spécialement aux n- 2 et suivants de cette partie , en ce qui concerne les machines à élever l'eau.

159. Effet utile de la machine à colonne cfeau cTHuetgoat. — Cette machine était destinée à fonctionner dans une galerie d'écoulement placée a 230 mètres au-dessous du point d'arrivée supérietlr de l'eau; mais, par diverses circonstances dépendant des nécessités de l'exploitation, elle ne l'a été qu'à

155 mètres au-dessous de ce point. A cette profondeur, le rendement observé a été égal à 0,45 du travail moteur, et M. Yuncker estime qu'à celle de 230 mètres il atteindrait 0,60 à 0,65.

Depuis 1835, époque à laquelle cet ingénieur faisait connaître ces résultats, il n'a pas été recueilli d'autres observations.

160. Machine à colonne d'eau, des salines de Saint-Nicolas Yarangeville (Meurthe). — M. Pfetsch, directeur de cet établissement, y a fait établir, en 1860, une belle machine à colonne d'eau horizontale, dont la disposition générale se rapproche beaucoup de celle qui avait été proposée par Bélidor et dans laquelle, outre les perfectionnements dus à M. de Reicheubach, il en a lui-même introduit quelques-uns. Noos emprunterons la description de cette machine à une note rédigée par M. Pfetsch et insérée aux Annales des Mines, tome XVII,

La machine à colonne d'eau de Saint-Nicolas Varangeville (pl. VI, fig. 3) est complètement construite dans le système de Reichenbach ; seulement elle est horizontale. Elle est h double effet et a été très-bien exécutée dans les ateliers de M. Dyckhoff, à Bar-le-Duc.

La disposition horizontale a été adopt'ée pour faciliter l'installation et diminuer la dépense.

La machine est assujettie sur deux grosses pièces de chêne, bien reliées entre elles par de forts ferrements, et reposant sur une base en maçonnerie. L'eau motrice est amenée dans un réservoir placé à l'orifice supérieur du puhs. De là, par une conduite en fonte, l'eau est dirigée verticalement au fond du puits où elle se rend par le tuyau A (fig. 3) dans le cylindre de la machine.

Dans la position que représente la figure pour les pistons 0 et N de l'appareil de distribution r l'eau de la colonne de chute peut venir» par le canal P, presser sur le piston B. Sous cette action la tige C se meut lers la droite avec le

piston B auquel elle est fixée et pousse en même temps devant elle le piston V de la pompe fixé à l'autre extrémité de la tige C. Le piston V refoule ainsi l'eau qui se trouve devant lui dans le corps de pompe et la force à s'élever dans le tuyau d'ascension x après avoir passé par le clapet y.

La lige C porte une tringle D qui obéit au mouvement de va-et-vient de la tige principale. A cette Iringlc I) sont fixées les coulisses E et F qui servent à régler la course de la ma-

chine.

Pendant le mouvement de la tringle D, la coulisse E rencontre l'extrémité du levier GG, lequel se trouve ainsi entraîné et change la position des petits pistons H et J ; aussitôt l'eau de chute, qui par l'ouverture K a toujours accès entre les deux petits pistons, trouvant l'ouverture L libre, vient par là presser sur le piston M et le porter de droite à gauche en même temps que les pistons N et 0 ; ces trois pistons étant reliés entre eux par une lige commune.

Ce déplacement des pistons N et 0 ferme à l'eau de chute le canal P et lui rend accessible le canal 0, par lequel elle vient presser le grand piston de droite à gauche et le ramène à sa position première pour recommencer le même jeu de a machine.

L'eau qui avait d'abord poussé le piston B de gauche à droite, s'échappe, par suite du déplacement des pistons M, N et 0, par le canal P et le tube d'émission R.

Pendant le mouvement de retour du piston B, le levier GG est ramené dans la position représentée parla figure, les petits ' pistons H et I reprennent leur position première, et l'eau de chute, qui avait porté les pistons M, N, Ode droite à gauche, trouvant l'orifice S libre, s'échappe par celte ouverture et par le tuyau T. Alors la pression étant presque lotalementsouslraile sur la droite du pislon M, les Irois pislons M, N, 0 sont ramenés à la position représentée par la figure.

Tous les pistons se retrouvant dans la même situation qu'au commencement de la période que l'on vient d'examiner, le même jeu de la machine recommence et ainsi de suite.

Le piston fi fait dix courses simples ou cinq courses doubles en 1'. Sa course est égale à 0™, 80. Sa vitesse est donc

Le volume d'eau dépensé en T'est de 0» e ,003888 et la hau teur de chute réelle est de 163 mètres.

Le travail moteur est donc égal à

3^,888 X I63 m =633 kn \74 = 8 cl '«',45.

La machine remonte par heure 15° c , 9 ou par seconde 4 Lil ,417 d'eau salée à 87 mètres de hauteur. Le litre de cette eau pèse l k, ',200. L'effet utile de la pompe est donc