PLANÈTES

Distance moyenne aa soleil, la distance de la terre an soleil étant 1.000.

Mercure ; volume — de celui de la terre 387

Vénus id, 0,868 id. 723

Mars id. î id. 1.523

Jupiter id. 1.491 fois trf. 5.203

Saturne id. 772 id. ..... 9..539

Uranns id. 87 id. 19.182

Neptune id. 77 id, 30.040

VALBUBS AStrONOMIQUES USUELLES.

SÉOBRAPHIE

SoperEcie, 9.131.000 lllom. csrré». .

4tJti)1.000

pie 38.*73.000

Ile et iUa du Padfique. 13.431.000

Tolal 136.039.000

MACHINES A VAPEDR

785. Disposition générale et dénomination des machines à vapenr. On donne le plus souvent le nom de machine à vapeur à une disposition mécanique qui permet de transformer en travail la puissance de la vapeur d'un générateur de vapeur. Cependant, lorsque le générateur et la machine proprement dite sont liés intimement Tun à l'autre, Tensemble prend aussi le nom de machine à vapeur. Telles sont les machines semi-fixes et les locomobiles.

Dans une machine à vapeur, la vapeur peut agir de deux manières distinctes : 1* par sa puissance vive (c'est-à-dire par sa pression et par la vitesse dont elle est animée) pour imprimer directement le mouvement d'une manière continue à un organe, à la manière de l'eau qui met directement en mouvement continu une roue hydraulique ; 2* la vapeur agit par pression pendant un certain temps et périodiquement SUT l'organe déplacé (sur un piston dans un cylindre). C'est le mode exclusif de l'utilisation de la vapeur.

De ces deux modes d'agir de la vapeur résulte la division des machines é. vapeur en : 1* machines à puissance vive; 2" machines à pression.

Les premières machines à vapeur étaient à puissance vive ; mais on n'est pas parvenu à obtenir un bon résultat avec ce système, il en résulte que jusqu'à présent son emploi a été très restreint. Cependant, depuis quelques années, on a appliqué à des essoreuses (703) des machines à réaction directe faisant de 1500 à 1800 tours par minute.

Mais les machines à vapeur sont à peu près exclusivement à près- Fig. 173. sion. Une telle machine se compose en

principe, en outre de la chaudière, d'un cylindre dans lequel un piston P se déplace par la pression de la vapeur. La tige A transmet le mouvement du piston P, directement ou par l'intermédiaire d'un balancier, à une bielle qui fait mouvoir une manivelle montée sur l'arbre moteur de la machine.

Un appareil, appelé tiroir, et que nous représentons dans la figure 173

f par une simple cloison aa' qui se meut par rotation dans un court cy-

lindre, permet de faire arriver alternativement la vapeur sur les deux faces du piston. Un excentrique monté sur Tarbre de la machine communique, par l'intermédiaire d'une bielle, le mouvement rotatif de vaet-vient à la cloison aa'.

Cette cloison occupant la position pleine aafy la vapeur qui arrive de la chaudière par le tuyau B traverse le compartiment ab'a! du tiroir, et vient parle conduit C agir sur la face inférieure du piston. En même temps, la vapeur du coup précédent s'échappe du cylindre par le conduit D, traverse le compartiment aba! du tiroir, et se rend par le tuyau E dans l'atmosphère ou dans un condenseur.

Le piston étant sollicité sur sa base inférieure par de la vapeur qui est à peu près à la pression de la chaudière, et sur sa base supérieure par de la vapeur dont la pression est peu supérieure à celle d'une atmosphère ou celle du condenseur, il se meut dans le sens de la flèche/.

Quand le piston arrive à la fin de sa course, à la partie supérieure du cylindre, l'excentrique monté sur l'arbre de la machine amène la cloison aa' dans la position bb\ Alors le dessus du piston se trouve en communication avec la chaudière, tandis que le dessous communique avec l'atmosphère ou le condenseur. Sous l'influence de la différence des pressions sur ses deux faces, le piston se meut en sens contraire de la flèche /et revient à la partie inférieure du cylindre. La cloison étant ramenée dans la position aa'^ une nouvelle période recommence, et ainsi de suite.

Le tiroir ou la cloison aal^ au lieu de laisser une communication libre entre la chaudière et le cylindre pendant toute la course du piston, peut l'interrompre à un instant quelconque de cette course, qui ne se termine plus alors que sous l'influence de la détente de la vapeur emprisonnée dans le cylindre (c'est-à-dire en vertu de sa force élastique).

Selon que la vapeur, après son action sur le piston, se rend par le tuyau E dans l'atmosphère ou bien au contact de l'eau froide dans un condenseur, on dit que la machine est sans condensation ou à conden» sation, et selon que la vapeur agit à pleine pression pendant toute la course du piston, ou par détente pendant une partie plus ou moins grande de cette course, la machine est dite sans détente dans le premier cas et à détente dans le second.

Les machines à vapeur à pression se divisent ainsi en :

Machines sans condensation. \ , ,,^ ^ ^*

l a détente;

Machines à condensation. • • \ s ,t^ ^ '

{ à détente.

Les machines à vapeur sans détente ont à peu près disparu, à cause de la grande économie de combustible et d'eau que produit la détente, et aussi parce qu'elle permet de faire varier facilement la puissance de la machine suivant le travail variable qu'eUe est destinée à produire.

Selon les cas, une machine doit marcher régulièrement, c'est-à-dire

faire toujours à peu près le même nombre de tours dans Tunîté de temps, comme dans les filatures par exemple, ou fournir un travail ou une vitesse très variable, comme dans certains ateliers et dans les locomotives. Ces résultats s^obtiennent, dans une certaine limite, à Faide d'une quantité suffisante de vapeur, formée en réserve dans la chaudière, et en y maintenant une pression un peu supérieure à celle du cylindre.

Le tuyau B est muni d'une valve destinée à maintenir cet excès de pression dans la chaudière {fig, 173). Si la marche de la machine doit être régulière, la valve est mue par un régulateur, qui est ordinairement le pendule conique de Watt (123). Ce régulateur ferme un peu la valve quand la vitesse de la machine augmente, et il l'ouvre au contraire si la vitesse diminue.

Quand la vitesse ou le travail de la machine doit varier à des moments donnés, c'est à la main qu'on manœuvre la valve, ou le robinet qui peut alors la remplacer. En faisant varier la détente, on peut obtenir les mêmes variations qu'en manœuvrant la valve, et cela d'une manière plus précise.

A la mise en marche, la pression est la même dans le cylindre que dans la chaudière; mais après quelques tours elle devient plus faible dans le cylindre, à cause des frottements de la vapeur contre les parois.

Une machine est dite rotative lorsque la vapeur fait tourner directement l'arbre moteur sans l'intermédiaire d'aucun organe animé d'un mouvement de va-et-vient. On peut dire que les machines à réaction sont essentiellement rotatives; mais les essais tentés jusqu'à présent pour obtenir une telle machine à pression ont été infructueux (825).

Selon que la pression absolue de la vapeur dans la chaudière est in férieure à 2 atm. (771), ou varie de 2 à 4 atm., ou dépasse 4 atm., la machine est respectivement dite à basse 'pression^ à moyenne 'pression ou à haute pression (789).

On distingue les machines dont la vitesse du piston ne dépasse pas 1 mètre à 1",40 par seconde, dites machines à petite ou à moyenne vitesse, de celles dont la vitesse du piston est plus grande, et qu'on appelle machines à grande vitesse ou machines rapides ^ cette dernière dénomination s'appliquant surtout aux machines qui font un grand nombre de tours.

Une machine à vapeur est dite à simple effet ou à double effet, selon que la vapeur motrice n'agit que sur une seule face du piston, ou alternativement sur l'une et sur l'autre face du piston.

Une machine à vapeur est dite fixe lorsqu'elle est établie pour fonctionner en un lieu déterminé. Les locomobiles sont des machines à vapeur posées sur des roues qui permettent de les conduire, sans les démonter, partout oii l'on a besoin de leur puissance mécanique. Les locomotives se transportent en travaillant; quoiqu'il en soit ainsi des machines de bateau, on ne comprend sous le nom de locomotives que les machines à vapeur qui prennent appui sur ratlway ou sur le sol, et non sur un liquide.

Sont dites machtnes à vapeur demi-ftxes, les machÎDes à vapeur dans lesquelles la machine et la chaudière sont solidaires, qui ne sont pas montées sur roues, qu'on peut transporter à l'aide d'un véhicule ordinaire et facilement installer en un lieu quelconque.

La plupart des machines h. vapeur sont à un seul cylindre; mais il en est qui sont d deux cylindres et même & un plus grand nombre.

Il y a des machines dont le cylindre est vertical, d'autres où il est horizontal, et enfin d'autres où il est incliné.

A quelques exceptions près, l'arbre d'une machine à vapeur est généralement horizontal, et les machines à vapeur à arbre horizontal se divisent en :

Machines à balancier et bielle;

Machines à deux bielles sans balancier;

Machines à une bielle sans balancier;

Machines à cylindre oscillant sans balancier ni bielle.

786. Machines de Watt. La figure IITreprésente la coupe verticale par l'axe longitudinal d'une machine à condensation sans détente. Dans ces machines anciennes, dites de Watt, la pression absolue de la vapeur dans la chaudière est ordinairement inférieure k 1,25 atmosphère.

Quoiqu'il n'y ait peut-être pas deux constructeurs qui composent identiquement leurs machines à vapeur, la machine figure 174 , qui est yerticale, comprend des généralités que l'on retrouve dans des machines de n'importe quel système.

1 cylindre à Tapeur entouré d'un enveloppe en fonte pour diminuer le refroidissement ; B piston à -vapeur ;

C tige du piston èi Tapeur ;

D grandes chapes du parallélogramme (788) ; elles s'articulent avec le balancier et ETec un petit axe qui porte un manchon dans lequel se fixe le haut de la tige G ;

X chapes de la pompe à air et de la pompe alimentaire ; elles sont reliées au milieu

de leur longueur par un axe auquel sont fixées les tiges des pompes à air et &

eau froide ;

r guides formant un parallélogramme (788) aTOC l'axe du balancier et les chapes ; ils

s'articulent à leurs extrémités avec des axes, dont Tun est percé d'une lunette

pour laisser passer les tiges de pompes ;

p contre-guides ou contre-balanciers ; ils s'articulent k une extrémité aTCc le petit axe à lunette dont il vient d'être question, et à l'autre à de petits axes fixés à l'entablement de la machine. Le mouvement horizontal de ces contre-guides étant contraire à celui du balancier, il en résulte que la tige G et celles des pompes se meuvent verticalement ;

E balancier ; il communique le mouvement à la manivelle G^ par l'intermédiaire de la bielle ;

G manivelle fixée sur l'arbre moteur ;

H volant monté sur l'arbre moteur ;

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

M entablement en fonte ;

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

b caisse en fonte, dite boite à vapeur, dans laquelle arrive la vapeur ;

deX e canaux établissant la communication entre la caisse b et le haut et le bas du cylindre ;

0 canal communiquant avec le condenseur ;

c tiroir destiné k 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 condenseur. Le piston étant arrivé au bas de sa course, la tige z soulève le tiroir, le canal e communique avec la boîte b, celui d avec le condenseur, le piston B remonte, et ainsi de suite ;

/ tDjau 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 k côté de la pompe k air, elle est invisible dans le dessin ; elle foule une partie de Peau chaude du condenseur dans la chaudière ;

i réservoir dans lequel la pompe k air élève l'eau ;

tt tuyau de départ de l'eau du réservoir i ;

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

t tuyau d'aspiration de l'eau froide ;

n pendule conique (123) ;

s levier coudé recevant le mouvement du manchon inférieur du pendule et le transmettant, par l'intermédiaire d'une tige, k la valve régulatrice a ;

/ axe du pendule conique ;

m ' courroie passant sur l'arbre moteur et transmettant, par l'intermédiaire de roues coniques, le mouvement k Taxe l du pendule conique. Le fond et le couvercle du cylindre se garnissent de robinets.

I0i4 TROISIÈME PARTIE.

787. Constraction du parallélogramme de Watt. L'extrémité Â du balancier OÂ donne le mou?ement rectiligne AÂ'Â'^ à la tige du piston

au moyen du parallélogramme articulé ABD€ par suite d'une propriété géométrique de ce parallélogramme. Soient OB, OB' et OB'' trois positions du balancier mobile autour du point 0 (arbre da balancier). Pour chacune de ces positions il est facile de tracer la situation cor- ' respondante du parallélogramme ABDC, et par conséquent les situations €, €', C du sommet G du parallélogramme. Or si l'on assujettit le point A à décrire une droite AA'A" et si Ton fait passer un arc de circonférence par les trois points C, C, C", dont le centre est en 0', on démontre que cette circonférence contient toutes les situations du sommet G. Réciproquement, si le point G décrit un arc de cercle ayant pour centre 0', en même temps le point A décrit la droite AA'A''.

Il résulte de cette propriété qu'il suffît de réunir le point 0' au point C par une tige (contre-balancier O'C) pouvant tourner autour de 0' pour transformer le mouvement circulaire alternatif du balancier en mouvement alternatif rectiligne de l'extrémité A de la tige du piston , et réciproquement. En réalité, le point A décrit une lemniscote très allongée qui diffère très peu d'une droite. La figure donne la propriété que tout point M de la droite OA décrit très sensiblement une droite. On peut donc articuler en ce point la tige d'un piston de pompe. On prend ordinairement D au milieu de OB.

Pratiquement, il est nécessaire que le parallélogramme de Watt soit double; c'est-à-dire qu'il y ait un parallélogramme de chaque côté du balancier. Les deux articulations qui se projettent en A sont reliées par un axe horizontal au milieu duquel est articulée la tige AA'A'Mu piston. Il en est de même pour le point M, où se trouve un axe horizontal au milieu duquel s'attache la tige de la pompe à air.

PRESSION DE LA VAPEUR DANS LA CHAUDIÈRE CT DANS LE CYLINDRE. TRAVAIL DE LA VAPEUR DANS LE CYLINDRE. PERTES DE CHALEUR.

788. Lorsqu'une machine à vapeur est en équilibre dynamique, on a (45) :

Mm-— M m Mn»

Vm travail moteur dont on peut disposer sur Tarbre du volant ; Vm travail développé par la vapeur dans le cylindre ;

Vn travail nuisible absorbé par les frottements, y compris ceux de Tarbre du volant. Dans la formule générale du n* 45, STm et V^ sont représentés respective^ ment par Vn et Vn

Fig. 176.

Dans le problème de rétablissement d'une machine à vapeur, on a Xm et Ton se propose de donner à la machine des dimensions et des dispositions telles que, dans des conditions de vitesse ou de travail déterminées, les valeurs de Tm et Tn satisfassent à Téquation précédente.

Pour une machine construite, Tm se détermine à Faide du frem (130) dans des essais qui ne peuvent avoir lieu que pour une certaine quantité de charbon, et aussi dans des conditions de vitesse ou de travail

déterminées.

789. Travail développé par la vapeur dans le cylindre d'une machine

sans détente. Pression de la vapenr dans la chaudière et dans le cylindre. Avantages et inconvénients des hautes pressions. P étant, en kilogrammes et par centimètre carré, la pression de la vapeur sur la surface du piston, P' la contre^ression, et P — P' la pression résultante, pour un espace quelconque ^o mètres parcourus par le piston, le travail en kilogramm êtres produit parla vapeur dans le cylindre est, par centimètre carré de surface de piston [fig. 176), z^V sur le piston, z^V pour la contre-pression, et zJi^V — F) pour la pression résultante.

Faisant ah = P, ac = F, d'où c6 = P — F, ces travaux sont représentés respectivement par Taire des rectangles ahb'a'y acdd et chh'd ,

îcr» étant la surface du piston en mètres carrés, le travail développé par la vapeur pour toute cette surface est, puisqu'il y a 10000 centimètres carrés dans un mètre carré :

Vm = 10000 wr%(P — F) kilogrammètres.

Si l'on avait fait ah = 10000 7cr*P et ac = 10000 %r^^y le travail Tn, eût été représenté par le rectangle c66V.

n étant le travail de la vapeur exprimé en chevaux, on a, pour une seconde, Tm, = 757i, et la formule précédente devient :

içr% étant le volume V de vapeur dépensé par seconde, en mètres cubes, on a donc :

arm=757i = 10000V(P — F). (a)

Dans les machines sans condensation, la contre-pression P' comprend la pression atmosphérique 1^03329, plus un excès nécessaire pour faire sortir la vapeur et qui varie de 0^^,15 à 0^,18; de sorte qu'on peut supposer F = 0,2 en moyenne.

Dans les machines k condensation, F varie de 0^,1 à 0^,21, et s'élève jusqu'à 0^3; on peut faire moyennement F = 0^,15.

La formule précédente (a) s'appliquant à un volume quelconque V de vapeur dépensée dans le cylindre, en l'appliquant au volume de 1' de vapeur, volume que nous donnons au tableau page 652 pour les différentes pressions efifectives p en kilogrammes sur un centimètre carré, et par suite pour les pressions absolues P=p + 1,03329 (page 652), on obtient les résultats du tableau suivant.

Tableau des valeurs du travail théorique Vm développées par un kilog. de vapeur, .

PftESSION

effâCtiTejikilog.

TÀZJEUR SB T'm, EN 1

IIOGIAHHÉTRES, FOI