MACHINES A VAPEUR SANS DËTENTE VU CONDENSATION
3^7. Effet (Tune 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
SPW traTsil dèrdoppè par la Tapeur dépensée en une seconde ;
v=itr*v yolume engendré piir le piston ou volume de vapeur dépensé par seconde ;
V vitesse moyenne du piston par seconde;
h pression absolue de la vapeur dans le cylindre ;
k^ pression derrière le piston.
Pour avoir le travail moteur pratique que peut transmettre en une seconde l'arbre du volant de la machine, il faut affecter ir« d'un coefficient k qui dépend des différentes résistances passives de la machine, et auquel on ne peut assigner de valeur moyenne qu'en estimant en bloc ces résistances; ainsi, on a, en représentant par Tn^ ce travail pratique,
On a théoriquement A'=10",333, 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'=ie",333 plus 1/10 h 1/8 de 10^,333.
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 l'établissement d'une machine , afin de ne pas être en défaut, de compter, pour des pressions de /i 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 1^ vapeur varie du 1/7 au 1/8 de celui du piston; cependant, pour une machine de 12 à 16 chevaux, il Bè eon^^t guère de éosB&p à ce tuyau moins de 0^655 de c|iamèU*e.
TROISifcttB PARTIE.
TàBLBAV deê valeurs moyenne» du coefficient kpoitr des machines en bon ilat
ordinaire d'entretien.
FOKCB MS LA MACBINS.
TAL£Uft DE k.
De 4 à 8 cheraux.
De 40 à )eO id.
De 30 â 50 id.
De 60 à 400 id.
En tenant la machine dans un mauvais état d'entretien» les valeurs du coefficient k diminuent sensiblement; il convient, pour rétablissement d*ane machine qui doit être bien tenue , de ne compter que sur les valeurs précédentes.
358. Calcul des dimensions d'une machine sans condensation ni détente. Soit h déterminer» par exemple, les dimensions d'une telle machine capable de faire fonctionner la machine soufflante du haut fourneau de Framont. Ce fourneau» marchant au charbon de bois» rapporte M. Morin» a 9",i0 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 volume d'air lancé au volume engendré par le piston est de 0»718» et le travail absorbé est 3 chevaux.
Pression absolue de la Tapeur dans le cylindre 3,5 atmosphères ; U con^ndrait de timbrer la chaudière à 4 atmosphères eoriron (344); Vitesse moyenne du piston par seconde » 0»,90 ; Valeur de A =0,64 ; Valeur de A = 40«»,333X3,5=36«,47; valeur de A'=40«,333X*,*25=44"«,63.
Remplaçant les lettres par leurs valeurs dans la formule on a
8 X 0,075=3,Uxr«x0,90x0,61{36»17— 11,63),
d'où Ton tire r=0"»12, et par suite le diamètre du piston d=0*',24. Le volume de vapeur dépensé est» par seconde»
itr*i?=:3,14x0,12 X 0,12X0,90 = 0»%0407, et par heure
0"<>»0A0 7 X 3600 = 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=273kllog.
Comme dans une machine» même bien faîte, 11 y a 1/20 de perte de
VÀGHims À TAPBum gÀNs DtnHn m cokoinsation. 477
vapeur» la dépense de vapeur est donc 273 + -ht = 3^7 kilog. ; quantité qu'il faut encore augmenter de son 1/10 environ, pour tenir compte du refroidissement de toutes les parties qui contiennent la vq)eur, et qu'on suppose ne donner lieu à aucune faite; de sorte que» pour obtenir la force de 8 chevaux, il faut 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),
on en brûlera 7-77 = 57,5 kilog. pour obtenir la force de 8 chevaux;
ce qui fait 7,2 kilog. par force de cheval et par heure. Pour une plus forte machine, cette quantité serîilt moindre.
On peut diminuer la consommation de combustible de 1/10 environ en chauffant à 70'' ou 80** Teau d'alimentation, qui est moyennement & 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 1">^98 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 ^lindre, qui est une surface refroidissante à Tintérieur aussi bien qu'à Textérieur, 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 refroidissement du cylindre» dont la 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",91/i); en France, elle varie de 0-,80 à 1*,10; en Amérique, on la portée à 2 mètres, 2",50 et même 3 mètres. Dans les locomotives (quatrième partie), la course des pistons étant de 0",!i6, et le diamètre des roues motrices de 1"',67, ce qui fait 5°',24 de circonférence, à la vitesse de 10 lieues à Theure, chaque piston parcourt en une seconde
3600 ^ "TM^ *- * '^^^ Cette vitesse atteint jusqu'à 3'",50.
478 TROISltafB PAftTlE.
Le nombre de coups de piston (un coup de piston comprend une montée et une descente) , c'est-à-dire de tours de volant, varie de 25 à 30 par minute pour des machines de 15 à 20 chevaux; au-dessous de 15 chevaux, on va à 35 et même AO coups. Dans l'exemple 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 sujétions engendrées par une aussi forte pression compensent l'augmentation 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.
5^9. Travail absorbé par Valimentation cTune 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 IC^^jSSS, et si elle est nH-1 atmosphère, ce travail devient iO^^.SSZxn : ainsi, pour n H- 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, il est de M^<°,332 , c'est>4-dire les 0,0032 de l'effet théorique 12 790 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-h 1=6 atmosphères, il est 0,0061, et à n-f-1 = 10 atmosphères, 0,0096. «
