III. — LIGNE d’expansion

L’une des applications les plus importantes de l’indicateur, consiste à démontrer l'exactitude de la théorie de l’expansion , l’économie de travail réalisée par l’emploi de la détente , à en déterminer les limites pratiques, ainsi qu’à vérifier la valeur des divers systèmes emplo}’és pour arrêter l’admission.

La fig. 16 représente les courbes théoriques pour 7 degrés différents de détente , soit t

~~ , —, ~ , et — de la course.

La vapeur est supposée admise à la pression absolue de 7 k. 04 par centimètre carré soit de 6alm- 8 , ou 50tm- 8 au-dessus de la ligne atmosphérique. Les chiffres inscrits en tète de chaque courbe indiquent la pression moyenne servant à calculer le tra- ' vail; ceux qui sont placés à l’extrémité indiquent la pression au moment de l’échappement et servent à calculer la consommation de vapeur. Les courbes ont été tracées suivant la loi de Mariotte, c’est-à-dire en diminuant la pression en raison inverse des volumes développés.

On voit qu’en détendant à 3/4, on travaille sous une pression de 6k74 , en consommant à chaque coup le volume du

cylindre rempli de vapeur à 5k25, tandis qu’à — - — , la pression

moyenne est de iki2 et la vapeur s’échappe sousok29.

Ces courbes sont tout-à-fait théoriques mais dans certaines limites de détente et en faisant la part d’un peu de contrepression qui se produit toujours avec la condensation la plus parfaite , on devrait pouvoir, en pratique, en approcher presque à l’exactitude ; on devrait même trouver à l’échappement une pression un peu inférieure à la pression théorique , ce qui tiendrait au refroidissement qu’éprouve la vapeur en se détendant. On a reconnu , en effet , que pour chaque degré de refroidissement ,

la vapeur perd — de son volume. Or l’emploi de l’Indicateur

nous montre au contraire que la pression à l’échappement est toujours plus grande que la théorie ne l’indique. Il y a donc là une cause perturbatrice que nous devons rechercher.

Pendant longtemps, on attribuait cet écart à ce que les valves ou les registres n’étaient pas absolument étanches, mais le phé-

nomène se produisant toujours , et l’excès de pression dans une même machine étant d’autant plus grand que la vapeur contient plus d’eau à l’état liquide , on ne tarda pas à en trouver la véritable explication.

La perte de chaleur due au rayonnement des surfaces externes et internes du cylindre , est beaucoup plus considérable qu’on ne le supposerait d’abord. On peut, il est vrai, se protéger assez complètement contre le rayonnement externe par des enveloppes non-conductrices ou chauffées , mais il n’en est pas de même quant au rayonnement interne qui s’accroît proportionnellement à la chaleur spécifique de la vapeur détendue , et qui augmente en raison inverse de l’indice de la détente , car plus tôt on arrête l’admission , plus les surfaces exposées au refroidissement sont grandes , plus les surfaces réchauffées par la vapeur non détendue sont petites.

L’eau qui se trouve à l’état liquide dans le cylindre , soit qu’elle ait été enlevée au générateur par entraînement , soit qu’elle soit formée par condensation dans les conduites ou dans le cylindre même, possède la même température que la vapeur, température qu’elle ne peut conserver que sous faction de la pression qu’elle supporte. Lorsque l’expansion se produit, cette eau se vaporise instantanément en empruntant la chaleur latente nécessaire aux parois du cylindre. La formation de cette vapeur nouvelle détermine alors l’excès de pression que nous constaterons dans la vapeur sortant du cylindre , tandis que le cylindre refroidi devra , au commencement de la course suivante condenser une nouvelle quantité de vapeur qui donnera lieu aux mêmes phénomènes.

Si la vapeur est introduite à peu près sèche , une fois que le cylindre sera échauffé , l’écart peut devenir presque insensible comme on le voit dans la fig. 6.

Le diagramme représenté dans lafig. 8, provient d’un cylindre alimenté avec une vapeur très-chargée d’eau et montre la quantité de réévaporation produite pendant l’abaissement de pression,

Le meilleur moyen employé jusqu’ici, pour réduire les pertes dûes à cette cause, consiste à surchauffer légèrement la vapeur. La surchauffe se réglera par l’examen des diagrammes ; lorsque la pression à l’échappement sera peu différente de la limite théorique , on sera dans de bonnes conditions, car la parfaite coïncidence est impossible à obtenir. Il est évident d’ailleurs que le prorata de la perte diminuera si la vitesse du piston augmente , toutes choses égales , d’ailleurs. La perte effective restera bien la même , mais le travail produit sera plus grand.

L’effet des machines à deux cylindres à cet égard , n’est pas encore constaté et donne lieu à une question dont la discussion sortirait du cadre de notre travail.

Pour obtenir une détente régulière , il faut que l’admission soit fermée assez rapidement pour qu’il ne puisse se produire dans le cylindre aucun abaissement de pression , dû à l’avancement du piston pendant la durée de la fermeture. L’indicateur nous permettra de nous prononcer péremptoirement sur le fonctionnement des organes employés à cette fin.

La fig. 6 nous montre la solution évidemment la plus parfaite du problème; c’est un diagramme relevé à New-York sur une machine Corliss ; la vitesse du piston était de 2mi3 par seconde.

Le défaut opposé , qui est appelé dans la pratique le « laminage de la vapeur » est dû à la chûte de pression progressive qui se produit par un coupage trop lent. On en voit un exemple remarquable dans la fig. i où la vapeur sort avec i k. 19, après avoir travaillé sous 1 k. 49 de pression moyenne; tandis que s’il y avait eu fermeture brusque au point c; elle serait sortie à ok. 63, après avoir travailé à 1 k. 12.

Or, si la vapeur à 1.49, sort à 1. 19, la vapeur travaillant à

1.12 dans les mêmes conditions , devra sortir à I'*-— x 1.12,

soit à ok89, mais avec la détente parfaite, la vapeur à iki2 sortirait à 0.63 , donc la différence 0.89 — 0.63 = ok2Ô exprime

la perte dûe à l’imperfection des organes et qui est de — — , ou 29 % sur la vapeur consommée. y

On peut encore remarquer que moins on a de vapeur à condenser, mieux la condensation se fait; que si l’on évalue seulement à o k. 07 le bénéfice sur le vide provenant de la diminution de vapeur sortant , dûe à l’emploi d’une bonne détente, les bouilleurs entretiendront facilement o k. 37 de plus de pression moyenne, sans augmenter le feu ; il en résultera que la pression moyenne pourra atteindre 1 k. 49 , tandis que la pression de sortie ne s’élèvera qu’à ok. 73 , ce qui donne un bénéfice de 1,19— 0,73 = 0,46 ou 38 p. %.

Des résultats de cette importance ont été souvent réalisés dans la pratique par une simple modification au coupage de la vapeur.