MACHINES A VAPEUR SANS DÉTENTE NI CONDENSATION
5^7. Effet d^wne machine à vapeur sans détente ni condensation. D'après ce qui a été dit n*" 355, Teffet théorique produit par la vapeur dépensée en une seconde est
T'«=V(/i— fc')=:«rH?(A-A').
Vm triTAil dé? eloppé par la Tapeur dépmaée es ane tecoide ;
\=siarhi Tolune epgendré par i« piston on Tolnma de vapeur diEipeuié par secoode ;
V ritesie moyeooe du pi»toa par seconde;
h pression absolue de la yapeur dans le cylindre ;
V pression derrière le piston.
Pour avoir le travail moteur pratique que peut transmettre en une seconde Tarbre du volant de la machine, il faut affecter Vm d*un coefficient Us qui dépend des différentes résistances passives de la machine, et auquel on ne peut assigner de valeur moyenne qa*en estimant en bloc ces résistances; ainsi, on a, en représentant par ar« ce travail pratique.
On a théoriquement ^'=10",33d, pression atmosphérique; maïs, à cause de la faible valeur de l'ouverture du tiroir, qui est le 1/25 de la section du cylindre dans les machines à basse pression, et le 1/60 seulement dans les machines à haute pression, la vapeur ne sort pas librement du cylindre, et on a A'=10*,83d plus 1/10 & 1/8 de l(r,d38.
D'après M. Poncelet, quand le tuyau qui amène la vapeur de la chaudière au cylindre a un diamètre convenable , la tension de la vapeur est de 1/20 moins élevée dans la chemise que dans la chaudière; mais il convient , dans rétablissement d'une machine , afin de ne pas être en défaut, de compter, pour des pressions de 4 à 5 atmosphères , que la tension absolue de la vapeur est de 1/2 atmosphère moins élevée dans le cylindre que dans la chaudière.
Le diamètre du tuyau qui amène la vapeur varie du 1/7 au 1/8 de cplui du piston ; cependant, pour une machine de 12 à 16 chevaux, il ne eonvimit guère de donner à ce tayiau moins de 0",065 de diamètre.
TROISlIUUt PARTIE.
TJBLBAV de$ vtUeurê moymHet eu coeffhientkpoitr det m^hine» en bon élai ordinaire d^enirHten,
FOaCE DE LA MACHINE.
TALBOE DE A.
De 4 à 8 cheraui.
De 40 i SO Ml.
De 30 1 50 id.
De 00 A 400 id.
En tenant la machine dans un mauvais état d'entretien, les valeurs du coefficient * diminuent sensiblement; il convient, pour l'éUblissement d'une machine qui doit être bien tenue , de ne compter que. sur les valeurs précédentes.
81S8. Calcul des dimensions d'une machine sans condensation ni détente. Soit à déterminer» par exemple, les dimensions d'une telle machine capable de faire fonctionner la machine soufflante du haut fourneau de Framont. Ge fourneau, marchant au charbon de bols, rapporte M. Morin, a 9''40 de hauteur; la machine lui fournit par seconde 0"%û62 d'air froid à la pression de 0-.0/i9 de mercure près de la buse, qui a 0",08 de diamètre; le rapport du vdume d'air lancé au volume engendré par le piston est de 0,718, et le travail absorbé est 8 chevaux.
Pression absolue de U TEpair daot le ejUodre 3,5 atmosphère! ; U coavteadraii de timbrer la chaudière i 4 atmosphèrea enTlron (344); vitesse moyeane du ptstoo par seconde, 0*,90; Valeur de A =0,64 ; Valeur de A=40-,333X3,5=36-,47j valeur de V=40-,333X<,^«5=44»,63.
Remplaçant les lettres par leurs valeurs dans la formule
on a
d'où l'on tire r=0-,12, et par suite le diamètre du piston d=0^,2ik« Le volume de vapeur dépensé est, par seconde,
«r*tJ = 3,14 X 0,12 X 0,12 X 0,90 = 0»«,040 7,
et par heure
0"",0û0 7x3600 =147 mètres cubes.
La densité de la vapeur à 3,5 atmosphères étant 0,00185886 (n« 272) , le poids de vapeur dépensé par heure est
lS859xl47=273kilog.
Ck>mme dans une machiae, même bieo faite, il y a 1/20 do perte de
HACHimS A TAPinm sans D^lTElfTl m C01IDBlf9ATI01f. 477
vapeur, la dépense de vapeur est donc 273 + -kâ- = 287 kllog. ; quantité quMI faut encore augmenter de son i/iO environ, pour tenir compte du refroidissement de toutes les parties qui contiennent la vapeur, et qu on suppose ne donner lieu à aucune Aiite; de sorte que, pour obtenir la force de 8 chevaux, il fl^ut former 316 kilog. de vapeur, c'està-dire 39 kilog. environ par force de cheval Supposant que 1 kilog. de houille produise 5,50 kilog. de vapeur (308),
31fi
on en brûlera v-r^ = 57,5 kilog. pour obtenir la force de 8 chevaux;
ce qui fait 7,2 kilog. par forcené cheval et par heure. Pour une plus forte machine, cette quantité serait moindre.
On peut diminuer la consommation de combustible de 1/iO environ en chaufiTant à 70*" ou 80* Teau d'alimentation, qui est moyennement h 12*, avec la vapeur qui sort du cylindre.
Supposant que chaque mètre carré de surface de chauffe produise
20 kilog. de vapeur (307), cette surface sera de -^^ = 15"«,80; ce qui
fait l^o.OS par force de cheval. Cette surface serait moins considérable pour des machines puissantes. A cause des fuites accidentelles de vapeur qui peuvent avoir lieu, il vaut toujours mieux avoir un excès de surface de chauffe.
Dans toutes les machines à vapeur, on devrait prendre la hauteur du cylindre égale au diamètre, afin que, pour un même volume, la surface totale du cylindre, qui est une surface refroidissante à nntérieur aussi bien qu'à Textérienr, fût un minimum; mais, pour diminuer le renouvellement des espaces nuisibles, on augmente la hauteur du cylindre. Les machines sans détente ni condensation consommant beaucoup de combustible, elles ne sont employées que dans les cas où la machine doit être simple, ou dans les localités riches en combustible; on tient alors peu compte du re^idissement du cylindre, dont hi hauteur varie de 1,8 à 2,5 fois le diamètre.
On peut rendre bien étanche le piston en donnant à sa garniture métallique une hauteur de 0'',05 à 0",06.
En Angleterre, la vitesse du piston est de 3 pieds par seconde (0",914); en France, elle varie de 0*,80 à 1",10; en Amérique, on l'a portée à 2 mètres, 2*,50 et même 3 mètres. Dans les locomotives (quatrième partie), la course des pistons étant de 0",A6, et le diamètre des roues motrices de 1*,67, ce qui fait 5",24 de circonférence , à la vitesse de 10 lieues à l'heure, chaque piston parcourt en une seconde
lOx/iOOO ^ 2xo,/i6 ., ..
3600 ^ ^TfiT' ^ * '^^'
Cette vitesse atteint Jusqu'à 8",50.
478 nOttltalS PAKTIB.
Le nombre de coupa de piston (un coup de piston comprend une montée et une descente) , c'estrênlire de tours de volant, varie de S5 à 30 par minute pourjdes machines de 15 à 20 chevaux; au-dessous de 15 chevaux, on va à 35 et même /iO coups. Dans Texemple précédent de locomotives, le nombre de coups est 127.
La pression absolue de la vapeur dans la chaudière varie de 5 à 6 atmosphères; au-dessus de cette limite» les fuites de vapeur et les suietiens engendrées par une aussi forte pression compensent l'augmentalion de travail; de plus, la marche de la machine est irrégulière. En France, on ne dépasse pas 7 atmosphères; en Angleterre, on se tient ordinairement entre 3 et 4 atmosphères; en Amérique , on se trouve bien de marcher à 10 atmosphères, et on atteint jusqu'à 12 atmosphères.
5iS0. Travail absorbé par raliTnentation d'une chaudière. Lorsque la pression absolue dans la chaudière est une atmosphère, le travail théorique absorbé pour y introduire un kilogramme d'eau est nul; si cette pression est 2 atmosphères, ce travail est 10i<»,333, et si elle est n + 1 atmosphère, ce travail devient 10^"»,333xn : ainsi, pour n + 1 = 3 atmosphères, il est 10,333 x 2 = 20^"',666. Le travail pratique est double du travail théorique ; de sorte que , dans ce cas, U est de /ili'°',332, c^eslràrdire les 0,0032 de Teffet théorique 12790 kilogrammètres , produit par 1 kilog. de vapeur à la même pression et sans condensation (355). Ce rapport augmente rapidement avec la pression; ainsi , à n + 1 =6 atmosphères , il est 0»0061, et à n + 1 = 10 atmo* sphères, 0,0096.
