CHAPITRE XXXVIII

MOTEURS HYDRAUUQUES.

Depuis rinventîon des machines à vapeur, Tutilisation des chutes d'eau a perdu beaucoup de son importance ; on a suivant nous trop négligé l'emploi d'une force aussi puissante et aussi facile à mettre en œuvre. On a môme peu amélioré les moteurs hydrauliques depuis les remarquables travaux de Poncelet, de Fourneyron, de Kœchlin et de Fontaine ; cependant nous devons reconnaître que les turbines Girard et les roues Sagebien constituent des progrès réels et récents sur les anciens systèmes.

A l'exposition de Vienne, nous avons beaucoup admiré les dessins et les spécimens de transmission exposés par la maison Rieter, de Winterthur, pour l'utilisation des forces hydrauliques de Schaffhouse, de Fribourg et de Bellegarde.

La maison Rieter exposait également une grande turbine, système Jonval, pour une chute de 12 mètres, débitant 6 1 00 litres d'eau par seconde et développant une force effective de 630 chevaux.

C'est d'ailleurs dans la partie de la grande galerie réservée à la Suisse que nous avons rencontré le plus d'appareils hydrauliques.

M. Colladon, ingénieur à Genève, avait envoyé le dessin

3» MOTETBS HYMUUUQCJES.

d'une roae hydranlique flottante pour les flenves rapides et les grandes rivières. Cette rone, destinée à être installée sur le Rbône, le Dannbe et snr tons les cours d*eau dont le niveau est extrêmement variable, monte et descend avec le niveau, se soutient sur Teau comme un navire cylindrique flottant qui tournerait autour d*un axe horizontal ; elle conserve sa force motrice, quelles que soient les variations de hauteur du fleuve. Le dessin photographique, exposé par M. CoUadon, représeotait une roue de ce système établie sur le Rhône , près de Genève, et marchant nuit et jour depuis huit ans. Cette roue flottante en tôle, avec engrenages en fer, transmet une force de 12 chevaux; elle fait mouvoir des pompes qui élèvent Tean à 65 mètres an-dessus du fleuve pour alimenter plusieurs villages. Son prix total ne s'est pas élevé à 10 000 francs.

M. Escher Wyss, de Zurich, exposait une roue tangentielle avec arbre horizontal calculée pour une chute de 1 0 à 50 mètres et un volume d*eau de 3\75 à 8*, 50 par seconde, suivant la pression effective. La force de cette roue variait d*un tiers de cheval à 4 chevaux.

Les ateliers de Saint-Georges avaient envoyé deux turbines à haute pression; la maison Roy, de Vevey, une série de modèles et de dessins de turbines à grands débits, système Girard, et une roue hélice de Fleures pour utiliser de grands cours d'eau sans les détourner de leur lit.

M. Roy a construit, de 1864 à 1873, deux cent cinq turbines Girard, représentant une force de 9000 chevaux.

MM. Socin et Wick, de Ràle, exposaient également des turbines Girard avec appareil de réglage pour les plus petites variations de Teau motrice sans emploi de presseétoupes .

Une seule maison française avait exposé dans cette spécialité ; nous voulons parler de la maison Bethouart et Brault, de Chartres, dont les turbines perfectionnées, système Fontaine, ont acquis une réputation universelle.

MOTEURS HYDRAUl.rOUES. 333

ptî la Belgique, ni l'Angleterre, ni l'Amérique n'avaient envoyé de moteurs hydrauliques.

Parmi les appareils exposés dans les autres sections, nous avons remarqué les turbines Nagel et Thime, dont nous allons donner la description.

Dans son remarquable travail sur les roues à réaction , M. Combes a démontré que le vannage vertical qu'employait Fourneypon, pour diminuer l'ouverture des cloisons directrices était loin d'être parfait, parce qu'il aurait fallu en même temps diminuer la hauteur des aubes de la roue.

MM. Nagel et Kaemp, de Hambourg, en perfectionnant la turbine Fourneyron, ont appliqué uu nouveau système de vannage à la fois simple et pratique, en se conformant aux données théoriques qui indiquent la nécessité d'un changement isochrone dans les hauteurs des cloisons directrices et des aubes de la roue motrice.

La planche 43 donne les détails de construction d'une turbine du système Fourneyron de 0°',930 de diamètre extérieur, recevant l'eau par-dessous et munie des appareils de vannage qae nous allons décrire, lesquels perme tient à cette roue de travailler avec un rendement à peu près uniforme, malgré les variations dans la quantité d'eau dont elle peut disposer. L'admission de l'eau à la partie inférieure par un cylindre intérieur à cloisons directrices offre, dans la pratique, l'avantage de pouvoir équilibrer, au moyen de la pression de l'eau, le poids même de la turbine en soulageant ainsi le pivot qui la porte. Un autre avantage de cette disposition est de permettre l'accès facile de toutes les parties de l'appareil pour le nettoyage et les réparations, et le contrôle constant de la façon dont il fonctionne. Enfin, avec les turbines à alimentation par-dessous, on peut utiliser les chutes les plus faibles, et MM. iVagel et Kaemp ont établi une turbine qui fait mouvoir une paire de meules, en n'ayant comme force motrice qu'une chute d'eau do Û^tlS.

Les dispositions adoptées pour assurer l'élévation et l'abais-

sèment isochrone et simultané des cloisons directdces et des aubes de la roue motrice sont fort ingénieuses et donnent ea pratique de bons résultats.

Ainsi que Tindique le dessin, leau arrive sous la turbine par un conduit d'une largeur égale au diamètre du cylindre alimenlaire et qu'on peut fermer au moyen d'une vanne manœuvrée à Taide d'une lige à crémaillère. Les cloisons directrices dans lesquelles l'eau se précipite sont montées sur un plateau en fonte formant fermeture à la partie supérieure. Le plateau est élevé et abaissé en même temps que les directrices qu'il porte et qui sont guidées à leur partie inférieure par un collier glissant dans un arbre vertical et auquel elles sont fixées par des nervures. Ce mouvement d'élévation et d'abaissement est obtenu au moyen d'un jeu de leviers articulés, dont une partie est figurée en pointillé dans la coupe transversale, et d'une tige munie d'une crémaillère à sa partie supérieure.

£n agissant sur cette crémaillère pour faire mouvoir les cloisons directrices, on manœuvre en même temps la roue motrice grâce aux articulations supérieures figurées dans la vue latérale. Le changement de position des autres courbes de la roue motrice se produit de la façon suivante : ces aubes sont montées en couronne autour d'un plateau fixé par les boulons à l'axe vertical de la turbine. Dans l'espace libre entre chaque aube peut se mouvoir verticalement une tôle découpée, remplissant exactement cet espace, et portée d'un côté sur une cloche extérieure et de l'autre côté sur une bague intérieure réunie h la cloche par des boulons. Ces plaques ferment les parties non utilisées des aubes et empêchent l'eau d'y entrer.

Lorsque, à l'aide de la crémaillère et du jeu des leviers, on soulève le plateau qui porte les directrices de façon à donnera l'eau une plus grande hauteur pour son échappement latéral dans les aubes courbes de la roue motrice, on soulève en

MOTEDRS HYfïRAUUOtn-S. 3^5

tutînit Ipnips la cloclie et on découvre les aubes de façon ù ce qu'elles puissent ùtre utilisées sur une hauteur égiileù celle pur laquelle l'eau peut s'échapper des cloisons directrices.

La manœuvre du plateau des direclfices et de la cloche qui recouvre la roue motrice se fait aussi bien pendant que la turbine travaille qau lorsqu'elle est au repos, et par celte manœuvre on modifie, comme nous l'avons déjà dit, simultani'mcnl et dans des proportions absolument identiques la bautf'Ui' utilï^able des directrices et des aubes.

11 convient encore de mentionner la disposition adoptt'e par les constnic leurs pour obtenir le graissag-e régulier du pivot de In turbine, qui est toujours baigné dans l'huile. Ce pivot n'est pas fixé à l'axe de la turbine, mais bien au-dessus de la colonne inférieure qui sert de guide au plateau portant les eloisons directrices ; la crapaudine, sur laquelle il porte, Torme la partie inférieure de l'axe creux de la turbine. Le pivot et son support sont enveloppés dans une boite pleine d'huile, introduite au moyen d'un tube traversant l'axe creux de la turbine et débouchantà l'extérieur; tous les détritus produits par l'usure du pivot et de la crapaudine tombent nalurellemenl au fond de la boite et les surfaces en contact sont toujonrs propres.

Une turbine semblable h celle que nous venons de décrire est en service régulier depuis plusieurs années dans une usine d'Australie.

Lorsqu'on peut avoir à sa disposition une chute d'eau d'un volume constant, 00 utilise une turbine établie sur le même principe, mais d'une construction beaucoup plus simple et moins coûteuse. La portion du plateau F portant les directrices et celle des aubes de la roue motrice étant déterminées à l'avance et ne devant pas être modiliées pendant la marche, la cloche mobile et le système de leviers de manœuvre deviennent inutiles.

La turbine à axe horizontal Ogurée planche 4^ ne reçoit

sèment isochrone et simultané des cloisons directcices et des aubes de la roue motrice sont fort ingénieuses et donnent en pratique de bons résultats.

Ainsi que l'indique le dessin, leau arrive sous la turbine par un conduit d'une largeur égale au diamètre du cylindre alimentaire et qu'on peut fermer au moyen d'une vanne manœuvrée à l'aide d'une lige à crémaillère. Les cloisons direc* trices dans lesquelles l'eau se précipite sont montées sur un plateau en fonte formant fermeture à la partie supérieure. Le plateau est élevé et abaissé en même temps que les directrices qu'il porte et qui sont guidées à leur partie inférieure par un collier glissant dans un arbre vertical et auquel elles sont fixées par des nervures. Ce mouvement d'élévation et d'abaissement est obtenu au moyen d'un jeu de leviers articulés, dont une partie est figurée en pointillé dans la coupe transversale, et d'une tige munie d'une crémaillère à sa partie supérieure.

£n agissant sur cette crémaillère pour faire mouvoir les cloisons directrices, on manœuvre en même temps la roue motrice grâce aux articulations supérieures figurées dans la vue latérale. Le changement de position des autres courbes de la roue motrice se produit de la façon suivante : ces aubes sont montées en couronne autour d'un plateau fixé par les boulons à l'axe vertical de la turbine. Dans l'espace libre entre chaque aube peut se mouvoir verticalement une tôle découpée, remplissant exactement cet espace, et portée d'un côté snr une cloche extérieure et de l'autre côté sur une bague intérieure réunie à la cloche par des boulons. Ces plaques ferment les parties non utilisées des aubes et empêchent l'eau d'y entrer.

Lorsque, à l'aide de la crémaillère et du jeu des leviers, on soulève le plateau qui porte les directrices de façon à donnera l'eau une plus grande hauteur pour son échappement latéral dans les aubes courbes de la roue motrice, on soulève en

iDôroo temps la cloche et on découvre les aubes de façon à ce qu'elles puissent être utilisées sur une hauteur égale à celle par laquelle Teau peut s'échapper dés cloisons directrices.

La manœuvre du plateau des directrices et de la cloche qui recouvre la roue motrice se fait aussi bien pendant que la turbine travaille que lorsqu'elle est au repos, et par cette manœuvre on modifie , comme nous l'avons déjà dit, simultanément et dans des proportions absolument identiques la hauteur utilisable des directrices et des aubes.

11 convient encore de mentionner la disposition adoptée par les constructeurs pour obtenir le graissage régulier du pivot de la turbine, qui est toujours baigné dans l'huile. Ce pivot n'est pas fixé à l'axe de la turbine, mais bien au-dessus de la colonne inférieure qui sert de guide au plateau portant les cloisons directrices ; la crapaudine, sur laquelle il porte, forme la partie inférieure de l'axe creux de la turbine. Le pivot et son support sont enveloppés dans une boîte pleine d'huile, introduite au moyen d'un tube traversant l'axe creux de la turbine et débouchant à l'extérieur; tous les détritus produits par l'usure du pivot et de la crapaudine tombent naturellement au fond de la boite et les surfaces en contact sont toujours propres.

Une turbine semblable à celle que nous venons de décrire est en service régulier depuis plusieurs années dans une usine d'Australie.

Lorsqu'on peut avoir à sa disposition une chute d'eau d'un volume constant, on utilise une turbine établie sur le même principe, mais d'une construction beaucoup plus simple et moins coûteuse. La portion du plateau F portant les directrices et celle des aubes de la roue motrice étant déterminées à l'avance et ne devant pas être modifiées pendant la marche, la cloche mobile et le système de leviers de manœuvre deviennent inutiles.

La turbine à axe horizontal figurée planche 43 ne reçoit

l'eau que sur un seul point de sa circonférence ; elle a 1",10 de diamètre extérieur et est munie d'une vanne qn*on manœuvre à l'aide d'un volant à main pour régler l'arrivée d'eau.

Cet appareil est spécialement destiné aux usines établies dans les colonies et dans les pays oh il est difficile de se procurer des ouvriers habiles pour le montage et la mise en brain des appareils mécaniques. La turbine est expédiée complètement montée et il suffit de la sceller sur une plaque de fondation avant d'y introduire l'eau.

Comme l'indique le dessin, l'axe vertical est porté sur un bâti en fonte, et la transmission de mouvement s'opère an moyen d'une poulie calée sur cet axe. Dans cette turbine, l'eau entre dans la roue à aubes à la partie inférieure de sa circonférence, en passant par des cloisons directrices qu'on peut ouvrir ou fermer au moyen d'une valve à glissement qui les commande toutes et qui est placée au débouché de la conduite amenant l'eau.

Cette turbine est destinée à de grandes chutes d'eau ; un appareil de même dimension utilise en Hongrie une chute d'eau de 42 mètres de hauteur ; il ne pèse que 800 kilogrammes et donne une force de 35 chevaux.

MM. Nagel et Kaemp exposaient en outre une turbine à axe vertical ne recevant l'eau que sur certaines parties de sa circonférence. Dans cette turbine, de 2", 10 de diamètre, l'eau arrive en dessous par un tuyau dans un cylindre, muni sur certains côtés do cloisons directrices, qui forme anneau autour de rorifice de ce tuyau et auquel on peut au moyen d'engrenages donner un mouvement de rotation de façon à ouvrir le nombre voulu de cloisons directrices pour l'admission deTeau. La chambre d'admission est recouverte d'une cloche avant, aux deux côtés opposés de sa circonférence, des ouvertures de même dimension placées en face l'une de l'autre. En faisant mouvoir le cylindre des cloisons directrices, on peut à volonté fermer les ouvertures de la cloche ou v laisser arriver l'eau par

un certain nombre de cloisons, suivant la quantité d'oau dont on peul disposer.

Nous aurons l'occasion de revenir sur l'c-xposilion de .MM. Nagcl et Kaemp en parlant de leurs pompes ce nlii luges, qui prt'senlent des dispositions toutes nouvelles.

M. Tliime, ingénieur des mines et professeur à l'Instilnt de Saint-Pétersbourg, s'est également appliqué h. perfectionner la turbine Fourneyron en lui assurant les avantages qui distinguent la turbine Jonval. Ces avantages consistent, comme on le sait, en ce que, cette turbine pouvant Être placée en un point quelconiiue de la chute, l'eau en quittant l'hélice n'est mise en communication avec l'atmosphère qu'après être arrivée au bief inférieur et produit, par la vitesse d'écoulement due il tu hauteur de chute, une aspiration proportionnelle à cette même hauteur. En outre, en vidant l'eau au moyen du tuyau d'aspiration, onpeut, àtoute époque de l'année et quelque aoit le niveau des eaux d'aval, visiter et réparer facilement toutes les parties de l'appareil. Par contre, dans les turbines Jonval, la pression de la colonne d'eau est supportée par le pivot vl leurs aubes à courbes complexes rendent matériellement impossible l'application d'un vannage pour la régularisation rationnelle do la dépense d'eau.

Ijjs figures de la planche iO indiquent les dispositions adoptées par M. Thimo pour les turbines à axe vertical et ii axe liorizonlal.

Les ligures 1 et 2 donnent la coupe et le plan de la turbine à axe vertical. A la partie inférieure du réservoir A est fixé un tuyau d'aspiration muni d'une vanne cylindrique qu'on peut faire manœuvrer au moyen d'un système de leviers et du volant N. A l'intérieur du réservoir, le plateau qui porte les cloisons directrices est fixé à une bagne BU, disposée sur une partie saillante soigneusement alésée. La roue mobile ù aubes courbes bb est fixée sur un arbre vertical. Le pivot est, commo on peut le voir, remplacé par un appareil Fossey installé à li

tie supérieure, et se composant de trois roues de faible diamètre tournant dans une auge cylindrique. Les constructeurs ont fait deux applications du système Fossey à des turbines qui fonctionnent depuis dix ans dans d'excellentes conditions.

Pour régulariser la dépense d'eau, on a installé une vanne spéciale entre le plateau des directrices et la roue mobile. Cette vanne est fixée par une clavette à une tige en fer placée à rintérieur de l'arbre en fer creux de la turbine; rextrémilé de cette tige est reliée à un manchon d. Le dessin montre suffisamment comment on peut élever ou abaisser la vanne n», découpée suivant la forme des aubes courbes de la roue mobile, en manœuvrant le volant M, ce qui permet de réduire à volonté la hauteur utilisable de cette roue. Pour mieux régulariser l'arrivée de l'eau, on aurait pu également munir le plateau des cloisons directrices d'une vanne mobile qui aurait été également solidaire du manchon rf; mais c'eût été compliquer le mécanisme sans grande utilité pratique.

Les perfectionnements apportés aux turbines du système Fourneyron par M. Thime se résument dans l'application du système à double efTet par la vanne cylindrique du tuyau d'aspiration; dans la disposition de la bague BB, qu'on peut facilement retirer du réservoir A, pour visiter et réparer toutes les pièces de l'appareil ; et enfin dans la simplification du système de vannage réglant la dépense de l'eau.

L'idée de cette vanne régulatrice a été émise en 1852, par un ingénieur français, M. Ch. Huot ; elles furent appliquées par MM. Laurent et Deckher aux turbines inverses du système Fourneyron. La disposition indiquée planche 40 est à la fois plus simple et plus solide que celles adoptées jusqu'à ce jour.

Les aubes en fer sont fixées aux couronnes à l'aide de tenons et ensuite les couronnes sont réunies entre elles à certains intervalles au moyen de boulons (voir fig. 5).

L'application du principe du double effet aux turbines du

système Fourneyron leur donne toutes les qualités qui ont fait préférer jusqu'à ce jour les turbines du système Jonval. La turbine Fourneyron, avec les perfectionnements que nous venons de décrire, peut être construite avec un arbre incliné ou horizontal, la pression de Teau restant uniforme sur toute la circonférence de la roue mobile de la turbine.

Dans la turbine à axe horizontal représentée figures 3 et 4, A est le réservoir supérieur, B le tuyau d aspiration fermé à sa partie inférieure par une vanne cylindrique, aa le plateau portant les cloisons directrices, bb la roue mobile à aubes courbes, fifi le plateau produisant le vannage manœuvré à Taide du volant à main M. Ce mouvement du plateau de vannage pourrait être obtenu automatiquement au moyen d'un régulateur ; le plateau, n'étant pas soumis à la pression de la colonne d'eau, est bien équilibré et ne nécessite aucune force pour être manœuvré. On a ménagé un regard e fermé par un obturateur a vis pour pouvoir visiter la partie supérieure de l'appareil. En enlevant le couvercle DD, on peut facilement démonter toute la turi)ine pour les nettoyages et les réparations.