JEU D’UNE MACHINE, SYSTÈMES DIVERS

deux pistons montent et descendent ensemble, le petit par Si de Veffort direct de la vapeur, le grand par la détente de la pig. 324, vapeur qui, à la course précédénte, agissait sur le petit

piston. Pour cela il ÿ a des communications croisées et un

tiroir à chaque cylindre, Il est évident que si les diamètres

étaient égaux, on ne gagnerait rien, puisque la vapeur

résisterait autant d’un côté qu’elle pousserait de l’autre.

Les deux cylindres sont entourés par une enveloppe com-

mune en fonte qu’on appelle une chemise; la vapeur cir-

cule dans l'intervalle pour empêcher le refroidissement.

Dans les machines dites à cyüindre oscillant, qui sont aujour- Cylindre d’hui très estimées, le corps de pompe est porté sur des or a voussinets par deux tourillons latéraux comme une pièce

d'artillerie ; il.s’incline alternativement dans un sens et

dans l’autre, de sorte que la tige du piston agit directement

sur la manivelle sans l’intermédiaire d’un balancier. La

vapeur entre et sort par les tourillons qui sont creux. Il

y a aussi des machines à cylindre fixe horizontal ou diver-

sement incliné.

1060. En Angleterre, on emploie avec avantage, comme Machine atmoyen d’épuisement dans les mines de charbon, une ma- Le chine à vapeur dont le piston descend par la pression de l'air, Supposons-le au bas du corps de pompe: si on laisse arriver.au-dessous de la vapeur-à 1009 à peu près, il va se trouver également pressé sur les deux faces, et montera pourvu qu’à l’autre bout du balancier, il y ait un contrepoids capable de vaincre les frottements. Quand il est arrivé en haut, une: communication-s’ouvre entre le vorps de pompe et le condenseur. C’est alors comme si on faisait le vide, puisque la vapeur perd. sa force ; le piston descend donc comme s’il était chargé d’une colonne d’eau ayant sa surface pour base et 10 mètres de hauteur. Gette machine, construite d’abord par Newcomen, porte encore son nom; mais elle a été considérablement perfectionnée par Watt.

On lappelle aussi machine à simple effet, parce qu’il n'ya qu’une des courses du piston qui donne un effet utile. 1061: Dans quelques établissements de bains, par exem- Machine de

ple , aux bains du Pont-Marie, à Paris, on se sert, pour pa A C Henl

Applications de la machine à vapeur.

Comparaison des machines à haute ét à basse pression,

élever l’eau , d’une machine à vapeur dite de Savery, qui n’a pas de piston, et dont on peut se faire une idée en imaginant un vase fermé B B, communiquant avec: l’eau qu'il s’agit d'élever par un tuyau d'aspiration CC garni d’une soupape ». Un tube DO descend au fond du vase; il, a une soupape » à la partie inférieure. En tournant le robinet a, on laisse arriver de la vapeur provenant d’une chaudière : l’air se trouve bientôt chassé par la soupape 2; alors si on interrompt l’arrivée de la vapeur, celle qui est entrée se liquéfie, et l’eau s’élance dans le vide par le tuyau C C. Quand le vase est plein, on laisse arriver de la vapeur. qui, pressant sur l’eau, la fait monter par le tube D D. Cet appareil consomme beaucoup de vapeur à cause de la liquéfaction que l’eau froide occasionne ; mais, par cela même, l’eau qu’on élève se trouve déjà échauffée, ce qui rétablit ici l’avantage.

1062. La machine atmosphérique et celle de Savery ne sont employées que dans des vas assez restreints, mais les applications qu’on fait de la machine à vapeur proprement dite sont vraiment innombrables ; nous indiquerons seulement les bateaux à vapeur, les machines locomotives, l'élévation des eaux, l'exploitation des mines, les forges, les filatures, lès soieries mécaniques, la fabrication des monnaies, etc. Après les chutés d’eau, c’est certainement la force la plus économique.

1063. Du reste, pour chaque application ‘on préfère tel ou tel système. Ainsi, pour les bateaux à vapeur, on emploie surtoutles machines à basse pression; une des raisons sans doute, c’est qu’on a l’eau de condensation sous la main. Au contraire, sur les voitures on ne peut pas porter avec soi la masse énorme d’eau froide nécessaire à la condensation: il faut des machines sans condenseur et par conséquent à haute pression. Aujourd’hui, du moins en France, ces machines sont généralement préférées dans la plupart des industries, comme plus économiques. Lathéorie, ainsi que nous le verrons dans la section de la chaleur, indiquait bien qu’il-devait en ‘être ainsi; mais il fallait dans l'exécution des pièces une perfection qu'on n’a atteinte que

daris ces derniers temps: encore ne fait-on pas les cylindres très larges, de sorte qu’en général, la force ne dépasse guère 20 ou 3o chevaux. On réussit mieux dans lesmachines à basse pression, quand il faut une force plus considérable, Il y en à dans les mines de Cornouailles qui ont la force de plusieurs centaines de chevaux. D'ailleurs, en Angleterre la basse pression prévaut encore, à cause d’un grand nombre d'excellentes machines exécuütées par Watt, quitravaillait surtout dans ce système; là d’ailleurs le bas prix de la houille rend moins sensible les avantages de la haute pression. Comme nous l'avons vu, les explosions ne sont pas plus à craindre dans un-système que dans l’autre. 1064, Suivantsa destination une machine àvapeur POP OR. | Modifeuions suivant la desuné infinité de modifications dans ses différentes parties. tinatioñ, Ainsi , sur un bâtiment où on ne peut pas avoir un volant qui augmenterait énormément le tirant d’eau, on établit deux machines, et on les fait marcher.de manière que le temps faible de l’une réponde au temps fort de l'autre. Dès lors, l’arbre de ‘couche tourne uniformément ainsi que les roues qui fontcorps avec lui; les balanciers, au lieu d’être au-dessus des cylindres, sont placés latéralement à cause du peu de hauteur de l'emplacement. Sur les bateaux, les chaudières de très grande dimension sont à foyer intérieur, c’est-à-dire qu’elles forment elles-mêmes leur propre fourneau, ce qui retranche la charge qu’occasionnerait la maçonnerie. Il est vrai qu'avec.cette disposition, la combustion se fait moins bien, parce que les parois du foyer, maintenues à 100 et quelques degrés seulement par l’eau qu’elles contiennent, refroidissent le combustible, On emploie de même, sur les voitures à vapeur, tout ce qui peut alléger la charge. Il n’ÿ a pas moyen non plus de se Usages du vos servir du volant. Au contraire, dans les filatures, on emploie + des volants pesant jusqu’à 30 ou 40 milliers; le frottement sur l'axe consomme, il est vrai, une force de plusieurs che« vaux, mais la rotation se fait avec une régularité parfaite, et c’est une condition indispensable, car'sans cela les fils ca sseraient à chaque instant, Dans les forges, le volant.est aussi très-Jourd, mais dans un autre but; la force à dé,

Invention des machines à vapeur.

94 LiVe Vis GHALEUR.

ployer est tantôt plus grande, tantôt plus petite. Il faut, par exemple, une très grande force quand le fer passe entre les laminoirs; l’instant d’après, ceux-ci tournent à vide. Or le volant, à cause de l’inertie, est comme un magasin où la force $’anasse quand il n’y a plus derésistance, et où on la retrouve quand on en a besoin. Cette masse énorme, animée d’une grande vitesse, donne ainsi par moments Une forcé bien supérieure à celle que la machine peut déployer d’une manière continue.

1065, On trouve chez les anciens gustas idées sur l'emploi de la vapeur comme force motrice. Ainsi Héron d’ Alexandrie, qui vivait 120 ans avant J. C., imagina une roue dans le genre du tourniquet à vapeur (1042). En 1545 Blasco construisit à Barcelonne un bateau qui devait aussi marcher par la réaction de la vapeur. En 1615 Salomon de Caus, ingénieur français, décrivit, dans sa Raison des forces mouvantes, une fontaine de compression mise en jeu par la vapeur, dont Savery fit le premier des applications en grand en 1698 (1061). Dans un ouvrage imprimé à Rome, en 1629, Giovanni Branca décrivit une espèce

d’éolipyle; dont la vapeur allait frapper es ailes d’une roue. Mais le véritable inventeur des machines à piston, appelées d’abord pompes à feu; est Papin, physicien français, qui décrivit son invention en 1690 ét 1695, C'était réellement la machine atmosphérique qui fut appliquée pour la première fois par Newcomen, en 1705. Enfin c’est à Watt, ingénieuranglais, qu'on doitles perfectionnements les plus importants et les machines telles qu’on les voit généralement aujourd’hui. Watt n est mort qu’én 1819; en 1808, il avaitété nommé l’un des hüitassociés étrangers de l'Institut. Avant lui, la condensation se faisait par une injection d’eau froide dans le cylindre même, de sorte qu’ au coup de piston suivant, les premières portions de vapeur étaient liquéfiées par les parois refroidies, Il imaginaalors le condenseur, etil résulta de son emploi une éçonomie telle, qu'il l’établissait à ses frais dans les machines anciennes, demandant seulement le tiers de charbon économisé; ce.quiétait un produit fort considerable, car; parexemple, à Chacewater,en Cor-

HISTOIRE DES MACHINES À VAPEUR. 9ÿ nouailles, sur trois machines il touchait 6o mille francs par an, de sorte que l'économie due au condenseur était de 180 mille francs au moins. Une seconde invention de Watt, est d’avoir changé la machine atmosphérique en machine à double effet, qui est à peu près la seule employée aujourd’hui. Dans la machine atmosphérique, le piston, qui était remonté par un contre-poids, n’était lié au balancier que par une chaîne; mais, dans la machine à doüble effet, comme il devait agir aussi en montant, il fallait une liaison rigide et qui conservât cependant la verticalité de la tige. Pour cela Watt imapina le parallélogramme articulé’; c'était en 1784. On lui doit encore la détente, le régulateur à force centrifugé, la chemise autour du cylindrée. Papin avait Géjà l’idée des machines à haute pression ainsi que Watt; mais Trevithick et Vivian furent les premiers patentés pour'ce système, en 1802. Le système de Wolf, à deux cylindres, est de 1804. Le premier bateau à vapeur réellement employé fut construit par Fulton, en 1807, à New- Yorck. | is | di 8

K IV. Force des. machines à vapeur.

1066. On trouve approximativement la force d’une machine à vapeur bien exécutée par un calcul assez simple. Si, par exemple, la tension est de 5 atmosphères, la pression

sur chaque carré de la surface du piston sera de 5% (493).

Supposons la course d’un mètre, dont les 0,6 soient parcourus avec tout Peffort de la vapeur, et le reste pendant la détente : pour premier effet nous aurons 5% élevés à 0",6 ou 5° X..0,6 élevés à 1", Quant à l'effet dû à la détente, on l'aurait à très peu près en calculant la tension à la fin de la course (1047), et ewprenant une moyenne. Mais un calcul plus rigoureux montre qu’on a immédiatement ce second effet en multipliant le premier par Log. = qui ést ici 0,912 *. L’effet total est donc |

5k x 0,6 (1 + Log, =). PI LTOTTE ff °

* Il s’agit ici de logarithmes népériens. M. de Prény en a donné des tables, mais on les oblient aisément en multipliant lés logarithmes ordinäires par 2,303.

Calcul de là force d'une ma chine à vapeur-

Formule generale.

On estime le déchet dû au frottement, aux fuites ét au mouvement absorbé par les pompes auxiliaires, etc., à 0*,4 par PUR et par centimètre carré. On devra donc retrancher 0*,4 X 5 de l’expression précédente ; de plus, si la température du condenseur 8 de 34°, par CRETE la

contre-pression équivaudra à 35 d’atmosphère, ou à 0",05.

par centimètre carré; de sorte de l'effet définitif sera l'élévation à 1" d’un nombre de kilogr. égal à

5 x 0,6 (1 ME 5) 04 X° 5— 0,05 — 2,486.

1057. Sile piston s'élève à a, on aura évidemment un effet

. double ou 4x,972 élevés à 1"; et, en général, il faudra multiplier l'effet dû à une course d’un mètre.par la Jongueor

réelle z de la course mesurée en mètres. Il est évident aussi que l'effet dû à la pression sur un centimètre devra être pris autant de fois qu’il y aura de centimètres dans Ja surface du piston, c’est-à-dire qu’on devra introduire le facteur 0,7854 d?, étant le diamètre en centimètres , ou 7854 d°en

mesurantd en mètres; enfin si le piston mettait une tnjnuse

monter on aurait, tout calcul fait, le > poids élevé A1" en 1”,

.mais s’il y a n courses par minute, comme la course des-

cendante produit le même effet, ainsi que nous le verrons, il faudra prendre n fois le résultat calculé; il n’y aurait

plus qu’à diviser par Go si on voulait l’effet par seconde.

D’après cela, si nous représentons par a là tension de la vapeur, par a la contre-pression, par 6 la fraction de course parcourue sans détente, nous aurons ; d étant mesuré en

mètres :

131 d° si Le (a + Log. )— ou d | (1)

pour le nombre FA No; élevés à 1" en Fe Prenons, par exemple, d — 0°,35 n — 30 z — 1",6

et les autres quantités comme Précédemeap is nous trou-

yerons pour la force de la machine 1900" ou un peu plus