VITESSE DES MACHINES. COURSE DU PISTON. J

824. Gourse du piston. Dans beaucoup de cas, cette course est limitée par des considérations de place; c'est ce qui a lieu» par exemple, dans les locomotives.

Sous le point de vue 4u refroidissement et de la condensation de la vapeur (799)^ la course / du piston doit être à son diamètre d dans un rapport déterminé. Pour que ces pertes soient aussi faibles que possible, il faut, pour un même volume de vapeur dépensé, que la surface refroidissante soit un minimum. Cette considération a une grande importance pour les machines k cylindre sans enveloppe de vapeur; mais elle en a peu pour les machines à enveloppe.

La surface refroidissante ou de condensation se compose de la surface latérale cylindrique ndlj plus de la surface de la base du piston et de celle du fond du cylindre. Elle est donc :

C étant le volume de vapeur dépensé ou le volume engendré par le piston pour une course, on a :

TzdH ,, , ,- 4C

C = — r- > d ou 7zdl= -r • 4 a

Substituant cette valeur de ndl dans la formule (1), on a pour l'expression de la surface :

7ud« , 4C 7cd« . ,, ,

Il faut chercher les conditions de minimum. Prenant la dérivée et régalant à 0, on a (Int. 1783) :

?^-4Cd-« = 0, ou nd^^=0.

Remplaçant dans cette dernière égalité G par sa valeur précédente, il vient :

wd— -5 X -r- =0, ou Tci — 7cZ = 0, d'où d = l.

Ainsi la course l doit être égale au diamètre d du piston.

Dans certaines machines, on fait / = 2d; ce qui provient de ce qu'on ne considère que le refroidissement extérieur. Ce refroidissement n'ayant lieu que pendant la moitié du temps pair la surface latérale, l'expression (i) de la surface refroidissante est :

izdl , 7cd«

Partant de cette expression, les calculs précédents donnent bien

Pour les manufactures, l = d donne des courses un peu courtes, mais pour les bateaux la règle est bonne.

machines d'extraction, on adopte souvent 3D. La longueur est généralement égale à 5 fois le rayon de la manivelle; achines pour bateaux cette proportion est moindre, dans !s d'extraction elle est au contraire plus grande.

ïrmule d'équilibre dynamique étant (78S) :

T„ = a*». — Ta ,

(789 et 791|, il reste à déterminer r, pour avoir T^ Or aleur déterminée de T'n, Tn dépend de la disposition du

de la machine, et sous ce point de vue les machines à valions se divisent :

ichines rotatives (78 S) , dans lesquelles le piston, monté

aube sur l'arbre même de la machine, communique direclouvement de rotation à cet arbre. Une telle machine serait e que possible et ne pourrait donner pour X, qu'une très r; mais, malgré de nombreuses tentatives, on n'est pas enu à en établir une donnant des résultats satisfaisants. chines à mouvement allernalif du piston : ces machines sont !i arbre horizontal (785); mais lorsqu'il s'agit de transmettre mt à plusieurs étages, comme dans les anciennes filatures, érie d'arbres verticaux comme dans les moulins, on peut ngrenages coniques en plaçant verticalement l'arbre de la

celle-ci étant à une seule bielle, l'ensemble du mécanisme t Tn réduit.

ines à arbre horizontal se subdivisent en : es à balancier et bielle; les à deux bielles sans balancier; es à une bielle sans balancier; es & cylindre oscillant, ou à tige oscillante, sans balancier

lines à balancier (825). Ces machines ont été pendant long- }lus employées, et on s'en sert encore aujourd'hui. Elles Dmmodes pour commander les tiges des pompes, et c'est aison que les machines à deux cylindres sont généralement

:e côté, les machines à balancier ont bien des inconvéis sont les plus compliquées et, par suite, les plus coûnouvement du piston se transmet à l'arbre du volant par ire de quatre et même cinq articulations, et chaque articuine cause de jeu et par suite de chocs. Le grand espace upent rend difficile leur étiQ>lissement sur un même bâti

en fonte, et du défaut de stabilité qui en résulte peuvent naître des . changements relatifs dans la position des organes, et par suite des frottements considérables. Enfin le grand poids et Félasticité des longues pièces qui transmettent le mouvement du piston à la manivelle rendent impossibles les changements rapides de direction de mouvement, et par suite la machine ne peut pas prendre une grande vitesse.

Ces machines étant susceptibles de marcher bien régulièrement, elles conviennent dans un grand nombre de cas, pour les filatures, par exemple.

On a reproché aux machines à balancier de perdre du travail par suUe du changement de direction de mouvement du balancier, de la bielle, du piston et autres pièces possédant un mouvement alternatif de va-et-vient. Mais ce reproche n*est pas fondé, parce que la vitesse de ces pièces diminue progressivement, sans secousses ni chocs, pour devenir nulle quand les mouvements changent de sens, c'est-à-dire quand la manivelle arrive aux points morts. La puissance vive des pièces est ainsi transmise intégralement en travail à Tarbre du volant.

Cette transmission de travail, avant que la manivelle n'atteigne aux points morts, fait que la manivelle arrive en ces points avec plus de vitesse et les passe plus facilement; ce qui tend à régulariser le mouvement de la machine.

Le piston ayant une très faible vitesse près des extrémités de sa course, cela permet à la vapeur d'entrer plus facilement dans le cylindre, et surtout d^en sortir, ce qui eihpêche la contre-pression d'augmenter sensiblement.

Les paliers du balancier reposent sur un entablement en fonte, que Watt supportait par six colonnes. Cette disposition a été longtemps employée, mais non pour des machines de 30 ou 40 chevaux, à cause des efforts horizontaux produits par la bielle sur le balancier. Deux supports en A sont préférables et sont fréquemment employés. Pour les machines à deux cylindres surtout, on préfère reposer Tentablement à la fois sur les murs et sur des colonnes; mais on a à redouter des tassements inégaux.

Les machines de bateaux de ce système sont à deux balanciers, placés un de chaque côté du cylindre. Le haut de la tige du piston porte une traverse, aux extrémités de laquelle s'articulent deux tiges qui descendent s*arliculer chacune à l'extrémité d'un des balanciers.

827. Machines à deux bielles (825). Dans ces machines, dues à Maudslay, comme dans les précédentes de bateaux, deux bielles s'articulent aux extrémités d'une traverse fixée en son milieu sur la tète de la tige du piston ; mais ces bielles descendent s'articuler directement sur deux manivelles, que porte l'arbre deux fois coudé de la machine qui passe sous le cylindre. Ces machliiet^, les premières employées après celles à balancier, sont abandonnées. Elles avaient Tavantage de tenir peu de place; mais aussi elles avaient l'inconvénient de diviser la force, et la moindre flexion de l'arbre entre les deux manivelles produisait une grande fatigue. Leur puissance ne dépassait pas 25 à 30 chevaux.

chines à une bielle sans balancier (835). Ce système, dans excentrique monlé sur l'arbre du volant commaode aussi, it que possible la lige du tiroir, est le plus simple, et comme 1 à un grand nombre de combinaisons et permet de placer l'on veut, il tend de plus en plus à se. généraliser. dre peut être vertical et l'arbre du volant placé à 3 ou 4 menteur. Le support est triangulaire ou bien formé d'une seule les machines sont élégantes, peu encombrantes, et peuvent iqu'àSO chevaux.

peut être placé près du sol et le cylindre supporté au-dessus onnes; c'est le système précédent renversé. Cttte disposition oyée dans des forges anglaises. La machine placée au milieu y tient peu de place. Dans la navigation, ces machines sont lines-pilon; on en trouve sur des bateaux à hélice. 11 peut igeux d'établir des machines à cylindre incliné; sur des bail trouve qui commandent directement l'arbre des roues. ine à cylindre horizontal est généralement adoptée aujoure que toutes ses pièces étant posées sur un même bâti en ; qu'aucune fasse saillie sensible sur le sol ou le massif de elle est facile h, monter, jouit d'une grande fixité et se trouve t sous la main du conducteur. Ce n'est que vers tS33 qu'elle se dans l'industrie. On objectait que par le frottement du ylindre devait s'ovaliser en s'usant plus en bas qu'en haut; irience a prouvé qu'avec une bonne fonte dure l'usure avait ble après 20 ans de marche. Dans le cas d'usure, en faisant a petit trait au bas du piston, la vapeur s'y introduit et peut piston au point de rendre l'usure du bas du cylindre égale laut et même plus faible. On peut dire, d'après l'expérience, manière générale un cylindre horizontal s'use moins qu'un r tic al.

i retour. Il peut arriver que l'emplacement oblige à placer l'arbre de transmission le plus près possible du cylindre. On y parvient en mettant la bielle en retour.

Pour une machine à cylindre vertical, sur la lige du piston on fixe un cadre trapézoïdal abcd, et la bielle s'articule par une extrémité au milieu du côté supérieur cd, et par l'autre à la manivelle ef, qui tourne dans le cadre. Quelquefois l'arbre / est sous le cylindre et celui-ci dans le cadre, qui est alors rectangulaire. La lige du piston est fixée au milieu du côté supérieur cd, et le bouton ^ de la manivelle est articulé au milieu du cOté inférieur afr, b de manière que le cadre sert de bielle.

La disposition de bielle en retour adoptée dans la ma- ' rine pour cylindre horizontal de bateau à hélice consiste en ce que le piston a deux tiges a et b, qui ont chacune leur stuffing-box (/î^r; 212). Ces tigea , convenablement longues, sont reliées k leur extrémité par une

Kg. 212.

traverse. La bielle est articulée au milieu d de cette traverse et au

bouton c de la manivelle, qui est placée près du cylindre. Les tiges sont convenablement espacées et placées à des niveaux différents, afin qu'elles laissent libres le mouvement de la manivelle et le passage de l'arbre moteur e.

S29. Machines à cylindre oscillant (825). Au milieu de sa hauteur,

le cylindre porte deux tourillons ^^' ' a et 6 par lesquels il oscille. La

vapeur qui arrive de la chaudière pénètre dans le cylindre par Tun a de ces tourillons, et en sort par l'autre b après son action sur le piston.

Dans ce système, la bielle étant supprimée, la tige du piston conduit directement la manivelle, Tarbre est placé aussi près que possible du cylindre, et la machine tient peu de place. Un autre avantage, c'est que les vibrations ou secousses du volant se transmettent à^peu près directement à la vapeur, qui, par son élasticité, en atténue considérablement les efifets. Ce système convient donc pour commander certains outils fonctionnant par secousses ou chocs, et les roues àjpalettes de bateaux. C'est ce qui explique pourquoi il s'est encore maintenu dans la navigation; mais il est inférieur au système à une bielle, ce qui Ta fait abandonner dans l'industrie.

On a quelquefois fait osciller le cylindre sur sa base, ce qui a donné la machine à rotule.

On a essayé de faire osciller la tige en laissant fixe le cylindre. On permettait au stuffing-box d'accompagner la tige dans son mouvement latéral, à l'aide d'une glissière fixée sur le couvercle du cy- L'ndre.

On a imaginé, pour éviter cette glissière, qu'il était difficile de rendre parfaitement étanche, de la remplacer par un manchon à section elliptique fixé au piston et glissant dans un stuffing-box comme une tige ordinaire. La tige ou mieux la bielle était articulée sur le centre de la face supérieure du piston, et oscillait dans l'intérieur du manchon sans le toucher. Cette disposition avait ses inconvénients: le stuffingbox elliptique était grand et d'une construction difficile; le manchon donnait lieu à un refroidissement considérable, et la section du cylindre étant d'un côté du piston diminuée de la section du manchon, le travail de la machine était variable.

M. Penn, ingénieur anglais à Greenwich, emploie pour les grandes machines marines un fourreau ab se mouvant dans deux stuffing-box

TROISIËIIE PARTIE.

\s un sur chaque base du cylindre ef. La bielle est articulée pj „^ à une traverse gh fixée au

milieu du fourreau , lequel ayant jusqu'à 1 mètre de diamètre permet de réparer Tarticulation. Le piston PP est un anneau circulaire à. bases P n ■'^ — '' égales, qui présente par coii-

— T-l séquent toujnurs la même sur-

face à l'action do la vapeur. le cette machine est d'être peu encombrante el d'offrir fixité, l'arbre étant relié directement au bâii du cylindre; ■eau donne lieu à un refroidissement considérable, el les is sluffing-box produisent beaucoup de frotrement etpeuripper s'ils ne sont pas établis et entretenus avec le plus

sition à préférer. Il serait important de rechercher le syshinedans lequel le frottement absorbe le moins de travail; se rend compte de ce travail par le calcul (831 1, on trouve . tOO près la même vuleur pour toutes les dispositions. les machines en parFait état d'entretien, et composées de inservent rigoureusement leurs positions relatives nor- 1 est plus de même si les machines sont mal entretenues, ces changent de position par suite de mouvements dans s. Sous ce dernier point de vue, on doit préférer les maïes entièrement sur une même plaque de fondation. guider surtout dans le chois d'un système de macliines à l'utilité de conduire le plus directement possible les outils transmission qui les commande. Ainsi, pour une machine Ires, le système à balancier peut dire le plus commnde s'il luire plusieurs pompes. Pour une machine à un cylindre, une seule bielle peut donner directement le mouvement à comme il est solide, simple et économique, il se répand lus. Un engrenage absorbant de 2 à 3 p. 100 du travail voit rimportancc d'éviter cet organe en commandant 'arbre de transmission (SZ3, S2S).

es à frottement. Dans une machine à vapeur, on diglement des diverses articulations et des glissières, s'il en de la garniture du piston à vapeur et des pistons des i des tiges dans les stufting-box, et celui du tiroir sur sa

ujours, en partant de la pression de la vapeur sur le pisicr successivement la pression des divers tourillons sur sts, et, de l'espace parcouru par le contour de chacun d'eux de piston, en conclure le travail absorbé (60). On peut de liner le travail absorbé par le frottement dans les glis-

832. Piston à vapeur. De la su rface latérale de la garniture du piston, et de la pression de cette garniture contre le cylindre par unité de surface, on peut conclure le travail absorbé par le frottement de cette gar niture (6i).

Les garnitures de piston des premières machines étaient en chanvre; mais elles ne durent que deux à trois mois au plus, et ne peuvent servir que pour de faibles pressions. Aujourd'hui les garnitures sont en fonte de môme nature que le cylindre, afin que les parties frottantes ne s'entament pas; après quelques jours de marche les surfaces ont pris un poil parfait.

La garniture peut être formée de cercles superposés Tun au bout de Tautre, et divisés chacun ordinairement en trois segments poussés contre le cylindre par des ressorts. Deux cercles juxtaposés de manière que les extrémités des segments de Tun correspondent aux milieux des segments de Tautre suffisent pour fermer tout passage à la vapeur.

Les segments peuvent être séparés par des coins, qui sont, comme les segmenU, poussés contre le cylindre par des ressorts. Les segments et les coins formant une surface latérale bien continue, on n'a pas besoin de superposer deux cercles pour empêcher la vapeur de passer.

Il existe un grand nombre de dispositions de garnitures; mais la plus simple, qui réussit parfaitement, consiste en un seul cercle de fonte abcd

dont répaisseur va en diminuant progressivement depuis le point c jusqu'au point diamétralement opposé a, où il est coupé entièrement. Ce cercle est fondu sur un diamètre d'environ 1/10 plus grand que celui du cylindre, puis coupé, rapproché et tourné pour l'amener à ce dernier diamètre. En le comprimant on le fait entrer dans le cylindre, contre les parois duquel son élasticité l'applique par toute sa surface latérale. Un petit rectangle e, parfaitement ajusté haut et [ p^ j bas, empêche la vapeur de passer par le trait a,

a tout en permettant au cercle de s'appliquer exac-

tement cuntre les parois du cylindre.

On peut fondre et tourner le cercle exactement au diamètre du cylindre, puis, après l'avoir coupé en a, le faire ouvrir pour lui donner de l'élasticité, en le faisant reposer sur une enclume et en le frappant intérieurement avec un marteau.

Dans l'origine, on serrait le plus possible la garniture du piston contre les parois du cylindre pour empêcher la vapeur de passer; mais si la garniture est à vives arêtes et coïncide sur tout son contour avec la paroi du cylindre, la vapeur ne presse nullement pour séparer les surfaces en contact, et l'expérience prouve que pratiquement la pression de la garniture peut être réduite à 1 kilog. par centimètre carré pour une pression de vapeur de 6 à 8 kilog., soit à 1/6 ou 1/8 de cette dernière pression.

Après 15 jours à 3 semaines de marche, l'huile, à laquelle se mélan-

<\t du rodage des surfaces frotté aux ressorts, et le piston agît emeot poli sur son pourtour, et re que le cylindre. On se trouve tant au frottement et aux pertes cher au piston pour lui rendre

ir égale au 1/6 ou au 1/6 du diasi l'on juge utile d'augmenter ur> liamètre du piston devient plus soit dans un rapport fixe. Cette i-,06 à 0",08, ei elle atteint jusnent.

La garniture qui remplit le vide annulaire a doit âlre telle, que par son élasticité elle laisse toute liberté à la tige T dans son mouvement longitudinal, en même temps qu'elle opère avec cette tige et les parois intérieures de la boite une jonction qui s'oppose à toute fuite de vapeur.

Celte garniture se fait généralement en chanvre imprégné de suif. Mais le coton bien nettoyé des corps siliceux peut remplacer le chanvre avec économie. La mousse réussit biea ipeuret a subi une préparation & houe ne réussit pas toujours à constamment de même et bonne a été fait pour les garnitures de iiéta! au chanvre (832). Plusieurs »t3, mais qui n'ont pas pu encore si ce n'est cependant pour les burreau (rf^, 214).

rotter et se rayer contre la fonte se-étoupe b, on garnit les ouvers en bronze d et e.

t à enveloppe de vapeur, et que e.

l'huile de graissage - IX boulons, qui sont quelquefois issé dans la boite B. Cette dispoi garniture de prendre plus facile la lige dans son mouvemenL

Le plus souvent la face inférieure du presse-étoupe est taillée en cône, comme la figure 216 l'indique en h, et il en est de môme du fond de la boîte; mais ces surfaces coniques, en comprimant inégalement les étoupes, produisent des déformations et des arrachements dans la masse, qui cesse alors de s'appuyer uniformément contrôla tige et Tintériear de la boite. Il est préférable que la compression de la garniture se fasse par des surfaces planes et parallèles. Le presse-étoupe doit être tourné et alésé avec soin, et il en est de même de Tintérieur de la boîte.

Le travail V, en kilogrammètres, absorbé en une seconde par le frottement de la tige dans le stufïing-box est, en supposant que la vapeur ne s'interpose pas entre les surfaces frottantes (61) :

V=nDepfv,

D diamètre de la tige en centimètres. Gomme V est proportionnel à D, il conyient de réduire ce diamètre autant que possible en faisant la tige en acier. Un autre aTantage, c'est que le refroidissement ou la condensation de la Tapeur diminue aTecD(797''*');

e hauteur d'étoupe en contact avec la tige, en centimètres. On faisait tf=2,5D, ce qui était bon pour les très petites tiges et de beaucoup exagéré pour les grands diamètres. Comme pour les pistons à Tapeur, la hauteur de la garniture des stuffing-box ne doit pas augmenter proportionnellement au diamètre, et cependant augmenter aTCC ce diamètre ; e Tarie ordinairement de 0°>,05 à 0'",10, en descendant un peu au-dessous de O'^yOS pour les très petites tiges, et en s'élCTant un peu au-dessus de O^jlO pour les plus fortes. L'épaisseur d'étoupe mesurée suiTant le rayon est habituellement comprise entre ©■■jOl et 0",03 ;

p pression en kilogrammes par centimètre carré de la surface «De de contact de la garniture aTCC la tige ;

f coefficient de frottement, qu^on peut supposer Tarier de 0,15 à 0,18;

V fitesse du piston en mètres par seconde.

k cause de l'élasticité des étoupes et de ce qu'elles ne forment pas comme les garnitures métalliques du piston une arête vive de contact (832\ leur pression contre la tige doit être supérieure à celle de la vapeur, mais de très peu, afin que celle-ci puisse s'interposer entre le» surfaces frottantes et diminuer le frottement, sans cependant pouvoir s'écbapper.

Surtout pour les machines à parallélogramme, la tige ne possédant pas un mouvement rectiligne parfait, il en résulte des petites déviations latérales qui, k l'inconvénient de faciliter les fuites de vapeur, joignent l'avantage de permettre à la vapeur de s'interposer plus facilement entre les surfaces frottantes.

Gomme de cette interposition de la vapeur entre les surfaces fret* tantes la pression entre ces surfaces diminue de la pression de la vapeur, il en résulte qu'il y a moins de frottement. Si, par exemple, p = 5 kîlog. et que la pression de la vapeur soit également de 5 kilog. par centimètre earré, si la machine est à condensation sans détente, pendant la descente du piston la vapeur s'interpose entre la tige et ï'étoupe, et la pression entre les surfaces frottantes est nulle. Pendant la montée, au contraire, la vapeur sur le piston étant à la pression du condenseur, on peut négliger son interposition entre la tige el Ï'étoupe,.

et les surfaces frottantes se pressent à 5 kilog. par centimètre carré. Il en résulte donc que pour une telle machine il faudrait faire p = 2'»,5 en moyenne dans la formule précédente.

On conçoit que la compression des étoupes et Finterposition de la vapeur n'ont rien de bien déterminé. Dans la pratique, il convient de bien diriger la tige, et de serrer fortement les éloupes au commencement. On a d*abord un frottement considérable; mais bientôt la garniture, tout en ayant perdu de son élasticité, a pris la forme la plus convenable réclamée par le mouvement de la tige, et, comme pour les garnitures métalliques de piston, le frottement est très faible, sans qu'il y ait perte de vapeur.

834. Frottement de la coquille du tiroir snr la glace. Pour une machine de 100 chevaux, la coquille ayant extérieurement 0", 30 surO",40, la vapeur de la boîte agit comme sur une surface plane de 30 x 40 = 1 200 centimètres carrés pour appliquer la coquille sur la glace, et si la pression de la vapeur est de 6 kilog. par centimètre carré, la pression de la coquille sur la glace est de i 200 x 6 = 7200 kilog.

La vitesse de la coquille étant de O^^BO en moyenne par seconde, adoptant 0,15 pour le coefficient de frottement, le travail absorbé en une seconde par le frottement est :

7200 X 0,15 X 0,50 = 540*^", soit 7,2 chevaux.

Ce calcul suppose un vide parfait dans le creux de la coquille, au lieu que, selon que la machine est ou n*est pas à condensation, il y existe une sous-pression au moins égale à celle du condenseur ou à une at* mosphère, et cette sous-pression sous toute la projection du vide delà coquille se retranche de la pression 7200 kilog. de la coquille sur la glace. De plus encore il y a toujours, dès que la machine est en marche, de la vapeur qui s'interpose entre les surfaces frottantes, ce qui diminue considérablement la pression de 7200 kilog. On peut dans la pratique supposer que l'eflfet de la vapeur interposée diminue de moitié la pression de 7200 kilog., et si de la nouvelle pression 3 600 kilog. on retranche la sous-pression dans le vide de la coquille, on obtient la pression à multiplier par le coefficient de frottement 0,15 et parla vitesse du tiroir pour avoir le travail absorbé en kilogra m mètres par seconde. Dans l'exemple précédent on arrive ainsi à une puissance de 2 à 3 chevaux absorbée par le frottement de la coquille sur la glace.

835. Bielles. Elles se font presque toujours en fer forgé, et quelquefois en fonte. On adopte celles-ci pour les machines à balancier et surtout pour celles qui sont à deux cylindres, a cause de leur grand poids, qui fait équilibre à celui des pistons (396, 816).

836. Les manivelles (426) se faisaient en fonte, mais comme elles supportent par flexion de grands efforts, on les fait en fer. On rapproche autant que possible leur forme de celle d'un solide d'égale résistance.

La manivelle, par son propre poids, ajoute à l'irrégularité de marche de la machine. On pourrait remédier à cet inconvénient^ qui est d'au-

fi.

tant plus sensible que la vitesse est plus grande, en prolongeant la manivelle, au delà de l'arbre, par une contre-manivelle qui lui serait égale en poids, ou bien en fixant le manneton à un plateau circulaire faisant fonclion de manivelle. Le mouvement de la contre-manivelle peut provoquer des accidents par imprudence, qu'on n'a pas à redouter avec le plateau.

837. Volant. Arbres. Paliers. Pour un degré de régularité déterminé, on doit faire la jante du volant la plus lourde possible (93), et réduire autant qu'on le peut le poids du moyeu et des bras. Les bras agissant à la manière des ailes d'un ventilateur, on leur donne la forme qui leur fait déplacer le moins d'air, d'abord pour diminuer la résistance que l'air oppose à leur mouvement, et ensuite pour que l'air, par une agitation exagérée, ne refroidisse pas trop la tige du piston, le cylindre et les autres pièces en contact avec la vapeur (796, 799).

Les arbres des machines à vapeup se font en fer, ou en acier (423).

Le diamètre d de Tarbre d'une machine à vapeur est donné par la formule :

N, nombre de chevaux effectifs;

n, nombre de tours par minute ;

k = 202,4 à 237,8, pour des rapports réels de détente compris entre 1/2 et 1/10.

Rg. 217.

Le volant V et la roue ou poulie de transmission R se mettent ordinairement entre deux paliers P,P, et la manivelle M en dehors.

L'arbre supporte un eflFort de torsion considérable entre la manivelle et le volant. Aussi, quand il casse, est-ce en général près de la manivelle. Cet effort de torsion est très variable puisqu'il dépend : 1° de la pression de la bielle sur le manneton de la manivelle, et que cette pression varie pendant toute la détente ; 2** du bras de levier de la manivelle, qui varie depuis 0 jusqu'à longueur de la manivelle; 3» de la force d'inertie du volant, qui est positive ou négative selon que la vitesse augmente ou diminue {Int, 1537) ; 4*» enfin, des variations du travail transmis par la roue d'engrenage ou la poulie. C'est pour l'efifort maximum que larbre doit être calculé ; mais comme la détermination rigoureuse de cet effort est à peu près impossible, on résout la question en exagérant un peu les dimensions de l'arbre plutôt que de les diminuer. Dans bien des cas, on emploie une manivelle coudée M placée entre les deux paliers P,P (fig. 218). Le volant V est en porle-à-faux en dehors de l'un des paliers, à la manière des roues à aubes de bateaux, et la roue ou poulie de transmission R est placée en dehors de l'autre palier» ea porte-à-faiix ou maintenue par un troisième palier placé à la suite. Oans cette disposition, les réactions du volant et l'effort de la roue de

TROtSIËlUE PARTIE.

n ne s'ajoutent plus, comme dans la disposition précédeQte, l'arbre du même cdté de la manivelle. Par suite, l'arbre peut avoir de moindres dimensions ; mais comme il est coudé, il est difficile à forger.

Le volant peut faire l'office de manivelle à plateau, et être en porte-à-faux comme la simple manivelle dans la figure 217; la roue ou poulie de transmission est seule |, entre les deux paliers. Comme dans la disposition précédente, les réactions du volant ne s'ajoutent pas à l'effort de la roue de transmission pour tordre l'arbre. On peut même transformer le volant-manivelle en roue d'engrenage ou en poulie de transmission, et rédaire ictioDS et vibrations à leur minimum, du côté de la manivelle fatigue beaucoup, surtout dans les onzontales, oii, en outre des efforls ordinaires, il supporte ité de la bielle. Pour que la résultante des efforts qui se reles coussinets agisse le mieux possible sur le milieu de la résiste, on a imaginé d'incliner les paliers des machines

icile de bien centrer les arbres ; mais cette opération étant I, si de plus les tourillons touchent les coussinets en tous I jeu et sans que nulle part la pression atteigne la limite à uile est chassée, on peut dire qu'avec un bon graissage poussière il n'y a pas d'usure, et les pièces ne prenant pas tvite les chocs, cause principale du faible rendement et de destruction d'une machine.

iginé plusieurs dispositions de paliers dans lesquelles, à ns, on peut déplacer les parties du coussinet, de manière à centrage de l'arbre, et le maintien de ce centrage en cas :oussînel. Un inconvénient de ces dispositions, c'est que le . Tre toujours trop les tourillons entre les coussinets.

Une de ces dispositions à préférer est celle à

coins circulaires, avec petits coins inférieurs c,c --. en cuir ou en cuivre, que le mécanicien seul

.Jr~^-m peut déranger pour serrer convenablement ^~^ l'arbre. C'est le palier dit à coussinet excentré.

^^ En déplaçant circulairement l'ensemble du

coussinet dans son alvéole, on déplace son axe celui de l'arbre.

ordinaire à coussinet assez long est le plus simple, et il est âge ; mais il réclame quelques soins d'ajustage et de mise 4).

irs graisseurs. M. Piat a appliqué, dans ses paliers, le princapillarité, pour arriver à renouveler continuellement le tr la simple rotation de l'arbre, et produire une grande huile et une diminulion notable des frottements. La partie 3s paliers forme réservoir ; on ne les visite qu'une fois par

mois pour ajouler un peu d'huile, et leur nettoyage n'est nécessaire que tous les sis mois. Pour les nettoyer, on les vide par un bouchon à

L'orgaDe graisseur est une mèche métallique {^g, SSO), formée d'une lame de cuivre mince plissée en zigzag, et constituant un faisceau longitudinal de surfaces capillaires par rapprochement allant de 0 à la plus grande limite de la capillarité ; cette mèche est introduite dans un canal incliné venu de fonte avec le coussinet inférieur.

Le graissage se fait dans les deux sens de rotation de l'arbre, mais le sens de la flèche de la figure 220 est préférable. M. Veruy a imaginé un palier ayant le même but.

Semelles. On place souvent les paliers sur des semelles dressées et fixées solidement à demeure. On a ainsi la faculté de rectifier au besoin la position du palier.

Tahleau des dimtnsions et

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et de leurs semelles (fig. aîO).

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TnOlSIËHE PARTIE.

18 de construction et chambre d'une macliine à vapeur. Une

'apeiir parfaitement ajustée, réglt'e et entretenue, dure pour iidéfiniment. Elle doit êlre ex<!eulée, motilée et conduite avec is de soin qu'elle doit rutigiicr davantage. Ainsi une machine directement un marteau, un laminoir, etc., doit être plus une macliine commandant par poulie et courroie un moulin, ;, etc. Les jeux entre les pièces occasionnent des chocs et ons qui niiisent à la bonne marche de la machine, et en ire et la destruction.

m de Taire choix de macliines auxquelles le chauffeur ne peul T de modifications.

bre d'une machine à vapeur doit être très propre, et même avec un certain luxe. Elle doit être parquetée et cirée. Une >mmunique de l'atelier à la chambre de la machine. Si une vapeur est placée au milieu d'un atelier, on t'entoure de trces, qui la laissent en vue et la préservent de la pous-

■ AGNIHES A VKPEUI S%»S CSRDEIISATIOII

8ion d« la Tapeur (789). Dans les machines sans condensatre-pression étant bi^nucimp plus grande que dans celles h n, la vapeur doit y être employée à plus forte pression. En is les manufactures, elle atteint 6 et parfois 7 et 8 atmosendant l'emploi des hautes pressions ne se généralise pas, à Qconvénients que nous avons signalés au n* 7B9. Dans les es on se tient habituellement à 5 atmosphères, avec détente atmosphères on déiend au 1/2 (792j.

ux sujétions d'une pression plus élevée se joint une consomcombustible plus considérable, on n'emploie les machinet ondensation que quand on manque d'eau ou quand les ma- ; faibles on lient à les simplifier.

r ces deux derniers moliTs que la condensation est, on peut ue d'une manière absolue des locomotives, des locomobUei ines dfmi-fixfs.

inviant d'utiliser la Tapeur qui s'échappe du cylindre à nue on, Bolt pour activer le tikaga en l'injectant dans la chepour chauffer l'eau d'alimentation ou toute autre. Le injection de la vapeur dans la cheminée constitue un ■ands perfectionnements apportés à la machine locomo-

ijours avantage ^ utiliser une partie de la vapeur d'échapr chauffer l'eau d'altmenlation. On peul obtenir aussi une oyenne de température de 80°, et par suite se procurer une ï combustible de — = 0,12.1, soit 1/8.

MACHINES À VAPEUR SANS CONDENSATION

Fig. 220 ^is.

On peut chauflFer Teau en rinjeclant dans la vapeur, con)me Tindique la figure 220 bis, La vapeur arrive dans une caisse eo tôle par un tuyau a, te en sort par un tuyau b. L'eau froide arrive par le tuyau s, terminé inférieurt^ment par une pomme d'arrosoir qui l'injecte dans le courant de

vapeur. L'eau chaude sort en d pour aller à la pompe alimentaire.

Une cloison ef en tôle percée de trous retient dans un premier compartiment A les grumeaux de graisse amenés par la vapeur, ainsi que les corps étrangers que l'eau peut contenir. Un flotteur g lait mouvoir un robinet r, et, réglant ainsi l'arrivée de l'eau, la maintient à un niveau à peu près constant dans la cuisse.

Cet appareil fonctionne bien ; mais comme il y a interruption entre le tuyau d'arrivée s et celui d*aspiration d de la pompe alimentaire, il exige d'être placé en contre-bas du réservoir d'eau froide.

L'appareil figure 221, qui chauffe l'eau par contact, fonctionne quoique

placé à une certaine hauteur au-dessus du réservoir d'eau froide, ce qui, dans la limite d'aspiration de la pompe alimentaire, permet d'éviter la pompe de puits.

La vapeur arrive en a, traverse une série de tubes retenus à leurs extrémités par deux plaques cd, c/, et sort en b pour se rendre dans l'atmosphère. Les plaques cd et ef servent de bases à un cylindre-enveloppe dans lequel l'eau entre froide par le bas en g^ et en sort chaude par le haut en h, La température de cette eau atteint 100**, et quelquefois plus.

Les tubes étant en contact avec la vapeur, mais non le cylindre, il en résulte des dilatations inégales qui fatiguent beaucoup l'appareil. De plus, si l'eau est chargée de sels calcaires, il se forme des dépôts qu'on ne peut enlever qu'en démontant l'appareil.

On supprime l'eff^et de la dilatation inégale des tubes et leur démontage en cas de nettoyage, en les courbant en demi-cercle en leur mi-

TBOISIÈME PARTIE.

ie manière à pouvoir fixer leurs deux extrémités sur la même î cd i/ij. 222). Les exlrémilés d'entrée de la lapeurdans ces tubes lomprises dans l'élargissement du luyau d'arrivée a, et les exés de sortie dans l'élargissement du tuyau de départ 6, [.'eau froide dans l'appareil par le bas en g, et en sort à la partie supérieure ea h. iisposition de réchauffeur est celle qui est la mieux combinée. iisposition la plus simple de récbauffeur consiste à faire circuler au d'eau dans la vapeur; mais les joints qu'elle exige occasioales fuites.

Dîspositioiu des machines. Vitesses. Tiroirs. On peut bien dire ourd'hui toutes les machines sont k détente avec ou sans conden- , et que celles à une seule bielle sans balancier (SS8) tendent déplus s à se'généraliser, surtout quandil n'y a pas de condensation, parce rs la machine n'ayant que la pompe alimentaire et quelquefois nmpe de puits, elle n'exige pas de balancier pour les commander. r les machines à simple bielle qui n'ont qu'une pompe slimeni conduire, on peut admettre qu'il n'y a pas de règle pour fixer la •et la vitesse dupiston, ainsi que la vélociié de la machine (Si3, SU); ■ choisit de manière que la transmission de mouvement à l'outil i plus simple possible. La course du piston varie de 1 à 2,S fois le lire, et sa vitesse de 0",80 k 1",50. Le nombre de tours par mi- ^arie de 30 à 90, et on le porte mÈme à 100 et jusqu'à 180 quand, e quelquefois, dans les locomobiles, on fait des sacrifices pour ir de la légèreté. La pompe alimentaire fonclionne bien jusqu'à

lareil de distribution. Pour les machines fixes ou demi-fixes faînoins de 90 tours, et surtout pour celles ne Faisant que de 30 à irs, on donne la préférence à la délente par entraînement (810); d'Edwards réussit bien. La détente par entraînement fonctionne u delà de 100 à 12S tours, et en général, au delà de 90 tours, on e la détente par recouvrement (306); c'est ce qu'on fait pour les olives et les locomobiles.

. Travail d'une machine à vapeur sans condensation. La machine à délente, le travail développé dans le cylindre par la vapeur dée en une seconde est (791) :

T'„=10000VP A +2,3026 log — — ^x-)-

la machine est sans détente, ou a .a, — r, et cette formule de- (791) :

a'„ = ioooov(p— p").

ir avoir le travail pratique V„ dont on peut disposer sur l'ai'bre lant (783), il faut affecter la valeur de r^ d'un coefficient k qui d de av,, c'est-à-dire des différentes résistances passives de la ine; ainsi l'on a, selon que ta machine est ou n'est pas à' dé-

MACHINES A VAPEUR SANS CONDENSATION. i087

tente :

3r« = 10000 A:VP A + 2,3026 log --.^' X-Y

ou X« = 10000A;V(P— F).

3^m trayail moteur, en kilogrammètres, dont on peut disposer par seconde sur Tarbre du volant;

V volume de vapeur non détendue dépensé par seconde, en mètres cubes ;

Y « volume engendré par le piston en une seconde, en mètres cubes ;

P et P' pression et contre-pression absolue de la vapeur, en kilog. par centimètre carré. Bans la pratique, on prend P' = \^^% pour les machines sans condensation ;

k coefficient dont la valeur dépend de la force de la machine, de sa vitesse, et des soins apportés à sa construction et à son entretien. Le tableau du n"* 846 contient les valeurs de k pour des machines fonctionnant dans de bonnes conditions indnstrielles, et dont la vitesse n*est pas exagérée; car la valeur de k diminue k mesure que la vitesse augmente.

n étant la force de la machine en chevaux, on a ^^ = 75n, et les formules précédentes deviennent :

0,007Bn = A;VP f 1 + 2,3026 log - — ^ x -^ (a)

et 0,0075n = A:V (P ~ F).

844. Calcul des dimensions d'une machine à vapeur sans condensation.

Force n de la machine, 12 chevaux. Pression absolue P de la vapeur dans le cylindre avant la détente, 5 kilogr. par centimètre carré. Contrepression F = 1%2 par centimètre carré. Détente au 1/3.

On a: A: = 0,72, ~=3 et log - = 0,477 1213.

Remplaçant les lettres par leurs valeurs dans la formule (a) du numéro précédent, il vient :

d'où Ton tire :

Les valeurs de V consignées au tableau du n« 846 ont été ainsi calculées.

Vj étant le volume delà vapeur après la détente, c'est-à-dire le volume total engendré par le piston en une seconde, on a :

Vi = V - = 0,018134 X 3 = 0-%054402. à étant le diamètre du piston et v sa vitesse, on a':

et pour Vj = 0»%054402 eiv= 1",00, il vient :■

C'est ainsi qu'ont été calculées les valeurs de d consignées au tableau du n' 846, et cela en supposant toujours la vitesse v du piston égale àl",O0.

A la pression P = 5 kilog. par centimètre carré, un mètre cube de vapeur pesant 2^^,5197 (page 652), le poids de vapeur dépensé en une heure est :

2,5197 X 0,018134 X 3600 = 164 kilog.

A cause des pertes de vapeur qui ont lieu dans le tiroir, entre les fonds du cylindre et le piston, et par le refroidissement, la dépense réelle de vapeur est égale à celle ainsi calculée, multipliée par un coefficient hf, qui varie de 1,25 à 1,40 pour les machines à cylindre sans enveloppe de vapeur, et de 1,15 à 1,30 pour celles à cylindre à enveloppe. Les valeurs les plus fortes de kf s'appliquent aux machines les plus faibles allant lentement.

Faisant A/ = 1,32 pour la machine qui nous occupe, le poids de va-

peur dépensé est 164 x 1,32 = 216 kilog.; ce qui fait -j^ = 18 kilog.

par force de cheval et par heure. Dans l'industrie, la dépense de vapeur varie de 15 à 20 kilog. pour les machines à enveloppe, quand la vapeur agit à 5 atmosphères au moins et se détend au 1/3 ou au 1/4. Pour des machines mal réglées, cette dépense peut aller à 35 ou 40 kilog.

Suivant le système de chaudière et le soin apporté à la conduite du feu, un kilog. de houille produisant de 5 à 8 et jusqu'à 9 kilog. de vapeur (749 ,767), on peut facilement admettre le chiffre de 6 kilog. pour une machine de 12 chevaux, et l'on pourrait admettre plus si Ton chauffait l'eau d'alimentation de 70 ou 80* au moyen de la vapeur qui

se dégage (841). Le poids de houille brûlé sera alors de -^ = 36 kilog.,

soit 3 kilog. par force de cheval et par heure. Le surchauffage de la vapeur diminue la consommation de charbon et

de vapeur (767^")'

Dans l'industrie, pour les faibles machines, la pression absolue de la vapeur dans la chaudière variant de 4 à 5 atmosphères, et Ja détente étant au 1/2 ou au 1/3, il faut compter sur une consommation de 3,5 à 4 kilog. de houille, et quelquefois plus, par force de cheval et par heure. Pour les machines de plus de 20 chevaux, si le cylindre est sans enveloppe, la consommation de houille varie de 2^8,00 à 2''8,25 et quelquefois plus, et si le cylindre est à enveloppe, elle descend jusqu'à 1*'«^,75 et même parfois moins.

Chaque mètre carré de surface de chauffe pouvant produire 20 kilog. de vapeur à l'heure (749), pour notre machine de 12 chevaux la surface

de chauffe peut être de -^j- = 10"ï,8; ce qui fait -r^ = O^V^O par force

de cheval. Dans la pratique on compte sur 1™«,25 à 1"«,30 par force de

MACHINES il VAPEUR SANS CONDENSATION. 1089

cheval, et même aujourd'hui on adopte habituellement 1"ï,50. Pour les locomobiles, où le tirage est activé par un jet de vapeur lancé dans la cheminée, on peut adopter 1^^,00; pour les machines à traction on ne met que 0"î,70, et pour les locomotives on descend à 0"',40 ou

Nous avons donné aux n°' 789 et 840 la pression dans la chaudière.

Les machines sans condensation ne sont qu'à un cylindre. Le plus généralement le cylindre est sans enveloppe de vapeur (799'et824).

La vitesse du piston varie ordinairement entre 1",00 et 1",50. Pour les machines rapides puissantes destinées à faire mouvoir directement des forges ou des hélices de bateaux, cette vitesse varie de 1",50 à 2",00; on Ta même portée à 2™,50 dans une telle machine de 100 chevaux construite au Creusot. Dans une machine de 20 chevaux, du système Flaud, la course du piston étant de 0°*,25, le nombre de coups doubles était de 250 par minute; ce qui correspond à une vitesse de 2",08 par seconde (823).

Section des lumières du tiroir et des tut/aux à vapeur (808 et 809).

845. Observations. 1''. La valeur de Vm donnée par les formules du n"" 843, qui sont généralement adoptées dans la pratique, suppose que la vapeur se détend exactement suivant la loi de Mariotte (484) ; ce qui n'est pas rigoureusement vrai (799).

2*. P exprime la pression absolue de la vapeur dans le cylindre en kilogrammes par centimètre carré; or comme, d'après le décret de 1865 relatif aux chaudières à vapeur (768), le manomètre indique la pression effective p quand la pression absolue estp + 1*'',03329, il y aurait lieu, en supposant la suppression dans le cylindre égale à celle de la chaudière, de faire P = p -f 1,03329 dans les formules du n* 843. Ainsi dans Tapplication du n*" 844 la pression effective étant p = 4 kilog., il eût fallu faire P = 5»^»,03329 au lieu de P = 5*^»,00. On aurait alors trouvé, pour la dépense de vapeur, V = 0"%017953, soit 0"%000181, ou un centième de moins que dans les premiers calculs. Cette différence est trop faible pour engager à compliquer les calculs, surtout qu'elle tend à augmenter Y et par suite d, et que la pression dans le cylindre étant toujours plus faible que dans la chaudière (789), le manomètre ne permet d'apprécier la pression absolue P qu'avec des écarts souvent beaucoup plus grands que celui admis dans le calcul.

3*. Pour une même force n, une même pression P et une même détente, le volume V de vapeur dépensé est indépendant de la vitesse v du piston ; c*est ce que montre la formule (a) du n*" 843.

Au contraire, n, P, la détente et le volume V ou celui Vj (844) restant les mêmes, le diamètre d varie en raison inverse de la racine carrée de la vitesse. Ainsi ayant calculé d pour la vitesse v, le diamètre à adopter pour une machine d'égale force, de même pression, de même détente et de vitesse t/ serait :

Si V = 1, on a simplement:

A l'aide du tableau du n* 846, qui donne les valeurs de d pour la vitesse V = 1",00, il sera donc facile, sans faire les calculs du n«» 844, de déduire le diamètre d' pour une vitesse t/ quelconque. Ainsi pour la machine de 12 chevaux calculée au n° 844, si la vitesse, au lieu d'être de 1",00, était de 1«,30, par exemple, le tableau donnant d = 0"»,264, on adopterait :

Vé5 = ».

C'est pour faciliter ce calcul que nous donnons ici les valeurs de K/rj dont on peut avoir besoin dans la pratique.

VITESSE

Vî

VITESSE

Vî

VITESSE

846. Tablean, pour les machines à vapeur sans condensation, n étant la force de la machine en chevaux et P la pression absolue de la vapeur dans le cylindre en kilogrammes par centimètre carré, des valeurs :

l*» Du coefficient A; (843) (p. 1020);

2* Du volume V de vapeur non détendue dépensé par seconde (843, 844);

3* Du diamètre d du cylindre (844).

Ces valeurs sont calculées pour une vitesse du piston t? = 1 mètre (844, 845).

Pour chaque pression P, la dernière valeur de -^, exprimée par un

nombre décimal, est la limite de délente, en adoptant, pour les machines inférieures à 10 chevaux, 0^50 par centimètre carré pour Texcès minimum P^ de la pression sur la contre -pression F = 1^,20, et en faisant P^ = 0^,25 pour les machines de 10 chevaux et au-dessus (792),

MACHINES A VAPEUR SANS CONDENSAT tON.

kU.