MACHINES Â VAPEUR A CONDENSATION SANS DÉTENTE

561. Les machines à condensation sans détente sont les machines dites de Watt, dans lesquelles la pression delà vapeur est ordinairement inférieur^ à 1,25 atmosphère»

MACHINES A VAPEItt A COKBRHBATiOH tIANS DSTINTI. 419

La fis. 71 est la coupe par Tue d'ooe de c« niftchfDes. (juoiqu'jl n'y a peut-être pas doux constructeurs qui composent leurs machines identiquement l'un comme l'autre , quand on aura bien compris la description suivante, on ne sera nullement embarrassé pour s'expliquer le mécanisme d'une machine & vapeur quand on la verra tonte montée ou en dessin , quel que soit du reste te système de la machine.

BOTeloppe eo ronte pour dimini

cjllQdre i TKpsar, entonré d'an dliiement;

grandes chapet du ptrallèlogrtinitie ; dlei s'artlculi

UD petll aie qui pane ud mancbon dans lequel te cliapes de la pompe à air et de la pompe alimeulaire

ît leur longueur par un axe auqud sont fiiéea les

eau (Toide ; ■ guida tormanl un pirillèlogramnie «lec l'an du bilancl

^irtical«nl i leurs eitrémii^i aiec des ues , dont fun en pereé

pour biaaer passer les tiges de pompes ;

le balancier et aret

480 TKOISIÈMB PÀKTIS.

p contre^guides ou cùnire-^lanciert ; ils s'articulent à une extrémilé avec le petit axe A lunette dont il vient d'être question , et à l'autre à des pelits axes fixés à rcnlablement de la machine. Le moufement horizontal de ces contre-guides étant contraire à celui du balancier, il en résulte que la tige C et celles des pompes se meurent Terticalement ;

E balancier; il communique le raouTement à la manifelic G , par Tintermédiaire de la bielle ;

G manivelle fixée sur Tarbre moteur ;

H volant monté sur l'arbre moteur ;

h bâche en fonte dans et sur laquelle sont fixés les différents organes de la machine;

M entablement en fofte;

a tuyau qui amène la vapeur ; il est garni d'une valve destinée à régler l'arrivée do la vapeur ;

h caisse en fonte, dite botte à vapeur, dans laquelle arrive la vapeur;

if ete canaux établissant la. communication entre la caisse ( et le haut et le bas du cylindre ;

o canal communiquant avec le condeAeur;

c tiroir destiné à distribuer la vapeur. Le piston B étant arrivé en haut de sa course, supposons que la tige z fasse baisser le tiroir, le canal d débouche dans la caisse b et la vapeur arrive sur le piston , tandis que le canal o se met en communication avec celui e et la vapeur qui est sous le piston va au coodenseur. Le pistou étant arrivé au bas de sa course, la tige z soulève le tiroir, le canal e communique avec la botte 6, celui d avec le condenseur, le piston B remonte , et ainsi de suite ;

f tuyau par lequel la vapeur se rend du canal o dans le condenseur;

g condenseur ; un robinet dont la tige s'élève au-dessus du niveau de l'eau dans la bâche L règle l'entrée de l'eau dans le condenseur;

h pompe à air; elle est destinée à retirer l'eau chaude du condenseur. La pompe d'alimentation de la chaudière étant placée i cù\é de la pompe à air, elle est invisible dans le dessin ; elle foule une partie de l'eau chaude du condenseur dans la chaudière;

t réservoir dans lequel la pompe à air élève Teau ;

u tuyau de départ de l'eau du réservoir t;

K pompe élévatoire fournissant toute l'eau froide nécessaire aa service de la machine ;

t tuyau d'aspiration de l'eau froide;

n pendule conique (433);

8 levier coudé recevant le mouvement du manchon inférieur du pendule et lo trausmettant, par l'intermédiaire d'une tige, à la valve régulatrice a;

' axe du pendule conique ;

m courroie passant sur l'arbre moteur et transmetUnt, par l'intermédiaire de roues coniques , le mouvement à l'axe l du pendule conique.

Le fond et le couvercle du cylindre se garnissent de robinets.

562. Effet d^une machine à vapeur à condensation sans détente. D'après ce qui a été dît (355), l'effet théorique Vm produit dans une telle machine, par la vapeur dépensée en une seconde, est, en représentant par h' la pression due au vide imparfait derrière le piston,

or;,» = V(^ — /t*) == wM^ — A')- Le travail pratique dont on peut disposer sur Tarbre du volant est

MACHINB8 A TAPBm A C0NDKN8ATIOR BARS DÉTENTE.

Les diflérentes lettres de ces fonnulès ont les mêmes sisalflcttiou qu'iox n** 355 el

TABLEAU des. valeurs moyennes du coefficient lu

FOECE DE LA. MACHIRE.

TALECR DE k.

De 4 à 8 cberaoT.

De 40 à SO id.

De 30 à 50 id.

De 60 à 400 id.

Sfô. Calcul des dimensions d^une machine à condensation sans détente. Soit à déterminer les dimensions d'une machine capable de faire fonctionner 62 machines à lainer les draps, semblables à celles de rétablissement de la Vierge, à Sedan, où , d*après M. Poncelet, une machine de 20 chevaux en fait fonctionner 50.

La force de la machine est de 25 chevaux environ. Supposons la pression absolue de la vapeur dans le cylindre égale à une atmosphère, la pression derrière le piston à i/7 d'atmosphère, et la vitesse moyenne du piston à 1 mètre par seconde.

On a A: =0,70, A = 10",333, A'=iM76 et t?=:i mètre.

Remplaçant les lettres par leurs valeurs dans la formule précédente (a) , on a

d'où Ton tire r = 0",31, et par suite le diamètre du piston d = (r,62. Le volume de vapeur dépensé par seconde est

7crH?=3,l/ii X 0,31 X 0,31 X 1 = 0»«''»».,302 ;

ce qui fait par heure

0,302 X 3600 = 1086 mètres cubes.

A 1 atmosphère, la densité de la vapeur étant 0,00058955 (n* 272), le poids de vapeur dépensé par heure est

0,58955 X 1086=640 kilogrammes.

Dans une bonne machine de ce genre, il faut augmenter cette dépense de vapeur de 1/10 pour tenir compte des pertes qui ont lieu dans les tiroirs, entre les fonds du cylindre et le piston, par les fuites et par le refroidissement ; de sorte que la dépense réelle de vapeur est de 764 kilog. par heure.

48a Ti^oisiiJifi: Hfitii.

En alimentant avec de )*eau k 40**, i kilog. de fouille produisant fa-

70li

ellement 6 kilog, de vapeur (308) , pn en l)rûlera -^- = 117,33 kilog.-

pour obtenir la force de 25 chevaux ; ce qui fait A,70 kilOg. par force de cheval et par heure, paps 1^ pratigpp , pptte consomâiation est ordinairement de 5 à 6 kilog. poUr les petites machines , et de 4*^,50 à 5 kilog. pour les grandes.

Supposant que chaque mètre carré de surface 4^ chauffe produise 25 kilog. devapeur à l'heure (307), cette surface sera de -^ = 28,16 mètres carrés, ce qui fait 1"*',13 par force de cheval; souvent pn ne prend qu un mètre carré par force de cheval , et quelquefois on va jusqu'à l"»S/iO.

La surface refroidissante du cylindre est la plus petite possible, pour le même volume, quand la hauteur du cylindre est égale & son diamètre (358). En enveloppant le cylindre d'un corps mauvais conducteur de la chaleur, on rendrait presque nul le refroidissement extérieur. La chemise que Ton met au cylindre empêche la vapeur de se condenser contre ses parois, chaque fois qu'il est mis en communication avec le condenseur. Le rapport de la longueur au diamètre du cylindre , adopté par Watt et Boulton , a varié de 1,75 jusqu'à 3 ; mais la valeur la plus ct)mmune est 2,7.

La vitesse du piston varie de 0",90 à 1",10 par seconde; on va à 1",30 pour les fortes machines de 70 chevaux. Le nombre de tours de volant varie de 20 à 28 par minute.

La condensation permet de marcher à de très-basses pressions; ainsi, dans les machines de Watt, avec chaudière pn tombeau, ](i pression absolue de la vapeur dans la chaudière varie ordinairement de 1 atmosphère 4//i à 1 atmosphère 1/3, et la pression dans le cylindre est quelquefois inférieure à 1 atmosphère, mais le plus souvent elle est 1 atmosphère. La pression absolue de la vapeur dans Ip cylindre étant 1 atmosphère, il convient de timbrer la chaudière à 1 atmosphère 1/4.

Le diamètre du tuyau qui conduit la vapeur de la chaudière aux tiroirs est le 1/5 au moins de celui du cylindre, d'où il résulte que la vitesse du piston est à celle de la vapeur dans ce tuyau comme 1 est à 25. La section de tous les passages et orifices de circulatioii de la vapeur est aussi égale au 1/25 de celle du piston. La valve régulatrice ne doit intercepter que les 0,25 de ce passage dans sa position normale. La largeur des lumières se prend environ égale à quatre ou cinq fois leur hauteur, et l'ouverture réellement démasquée par le tiroir ne peut pas être sensiblement moindre que 1/25 de la surface du piston.

Les passages et tuyaux de départ de vapeur doivent avoir des sectioni^ au moins égales à celles des orifices et tuyaux d'admission.

ttACHINBS À VÀPStl A COHBBNSAtlOH SANS DtoOfTB. 48S

S$4. Quantité â^eau nécessaire à, la condensQiion de la vapeur. Capacité du condenseur et de la pompe à air. Pompe de puits»

Le poids d'eau nécessaire pour condeoser .la vapeur dépensée Bfi donné par la formule

d'où l'pn tirei

/ le

6 poidt d'eau ntfcesMtrfl;

P poids de yapeur dépensé;

660 Bombra d'unités de ehaleur eoatevu daos on kUpgranuBe ëe vapenr (300) ;

i température de l'eau i^rant U condeii{»tioii ;

f température de l'eau après |a CQndensaiioq.

Supposant P=l kilog., f =10' et ^=50% on a

^ 650—60 -eiii Q = — 55 — =i5kilog.;

ce qui fait à peu près 15 litres.

TABLEAU de la fUarUiU (featf, à digérpiUM iempéruflmtê , it4c«|a«ir« p«l»r condenser un kilogramme de vçtpeuTf et df la pression dans le condenseur, en négligeant la force élastique de Pair gu^ laisse dégager Veau, forcf élastique qui Rajoute à celle de la vapeur (374).

TKHPÉIUTURB

de l'eaa

avant

la eondansatiOD.

TfillPâRATDKB

deTeaa

après

la condensation.

BEISaiOM

dans le condensenr

VOUItlB

d*eaa

em^oyé.

atmosph.

lities.

id.

L*eau de rivière contient ordinairement 1/20 de son volume d'air; cet air se dégage dans le condenseur et produit une pression qui est en raison inverse de la capacité du condenseur, et qui s'ajoute à la force élastique de la vapeur. Ainsi, en condensant à ôO", cc^ qui correspond à 1/8,6 atmosphère de pression, les 15 litres d'eau froide employés

contiennent ^ s: 0^75 d'air à U pression atmosphérique; supposant

4S4 TROISIÈME PÀAT»^

que la capacité que cet air occupe dans le condenset^ soit de 0,75 x 8,6=6Sâ5, sa force élastique devient égale, en négligeant Teffet de la dilatation, à 1/8,6 atmosphère, et cette force élastique s'ajoutant à celle de la vapeur, qui est aussi 1/8,6 atmosphère, la pression dans le conden*

seur est ^-^ + ^-2 atmosphère. Si la capacité occupée par Pair dans le o,o o,o

condenseur était 6,45x2 litres, sa force élastiqv» ne serait plus qde

àe r-^ — X , et la pression dans le condenseur serait réduite à 8,6x2 ^

Ta + ?fi — n atmosphère. On voit donc que la pression dans le con^

denseur est d'autant plus petite que la capacité du condenseur est plus grande. Watt a reconnu que, pour des pressions absolues de 1 atmosphère 1/4 à 1 atmosphère 1/3 de la vapeur dans la chaudière, le volume de la pompe à air devait être le 1/8^ de celui du cylindre à vapeur, et le volume du condenseur égal à celui de la pompe à air. Avec ces proportions, la pression derrière le pistop à vapeur n'est pas trèsgrande, et le travail absorbé par le frottement du piston delà pompe à air, travail qui dépend du diamètre et de la course de ce piston, ne dépasse pas une limite raisonnable.

La pression dans le condenseur et par suite derrière le piston , le volume d'eau et d'air à extraire du condenseur, et la profondeur de laquelle on est obligé d'élever l'eau de condensation , guident dans le choix de la température à laquelle il convient de condenser. Pour des profondeurs de puits de 8 à 10 mètres, il convient de condenser à 35 ou àO"; pour des puits plus profonds, on condense à A4 et même à 50% et on ne doit plus condenser dès que la profondeur du puits atteint 30 ou 40 mètres.

ta profondeur de puits à laquelle on peut se passer de pompe élévatoire est au maximum de 6 mètres ou 6'",50; au delà de cette limite, malgré le grand diamètre qu'il convient toujours de donner au tuyau d'aspiration, l'eau n'arrive plus dans le condenseur avec une vitesse suffisante.

Pour la machine de 25 chevaux (363), en condensant à 40'', avec de Teau froide à lo*", la quantité d'eau froide nécessaire à la condensation des 704 kilog. de vapeur dépensés par heure sera de

704 X ^^ = 14312 kflog; ;

ce qui fait 573 kilog, par force de cheval.

Cette quantité est un minimum que l'on ne peut atteindre dans la pratique ; l'expérience prouve que la pompe de puits doit élever 1000 kih d'eau par force de cheval et par heure , c'est-à-dire 25000 kilog. pour

VACaiNKS A VAPEUR A CONDSNSATIQN SAlfS DÉTnfTl/ 48!|

une machine dé 25 chevaux. Quand la machine marche bien , i/5 de cette eau reste disponible.

565. Volant II se calcule avec la même formule et les mêmes coefficients que pour les machines sans détente ni condensation (360).

566. V Artisan-Club^ réunion dMngénieurs et de mécaniciens qui a fait paraître à Londres, sous le patronage du gouvernement, un traité ^e la machine à vapeur, donne la formule suivante pour calculer les proportions du cylindre à vapeur ( extrait du Traité des machines à va'peur de MM. Bataille et Jullien) :

P force de la machine eo che?aux-Tapear; d diamètre du cylindre en ponces j { courte du piston en pieds.

Pétant toujours exprimé en chevaux- vapeur, mais d en centimètres etZ en décimètres, la formule précédente devient

Quoique le traité de VArtisan-Club n'indique pas à quel genre de machines s'applique cette formule, comme la pression de la vapeur n'y entre pas, il est évident qu'elle ne peut s'appliquer qu'à une pression déterminée. Comme en partant'dês bases d'établissement des machines de Boulton et Watt, qui fonctionnent toutes avec une pression moyenne effective de 7 livres par pouce carré (0'',492 par centimètre carré), et une vitesse de piston, exprimée en pieds par minute, ésgÀo à environ 128 fois la racine cubique de la course, on parvient à l'expression (a) pour la puissailce de la machine, on doit admettre que c'est aux machines à basse pression que s'applique cette formule, qui a servi à calculer la table suivante, qui donne les valeurs de P en chevaux.

TROISIÈMB PARTIE.

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