IL

865. Machines à vapeur sons le point de vue des circonstances dans lesquelles elles fonctionnent. Sous le rapport de Fapplication^ les machines à vapeur peuvent se diviser en machines pour Findustrie. et en machines pour la locomotion. On peut considérer les machines industrielles aux points de vue :

1* De la provenance de la chaleur utilisée;

2° De leur marche selon celle des outils qu'elles commandent;

3° De leur disposition spéciale pour chaque application.

866. Machines à vapeur d'après la source de la chaleur utilisée. Sous ce point de vue, les machines à vapeur industrielles peuvent se diviser en trois classes :

1". Celles marchant au moyen des températures de 700 à 800% provenant des hauts fourneaux;

2*. Celles des industries fonctionnant à des températures qui ne dépassent pas 120 à 140O;

3". Celles des industries où la chaleur n'est pas employée, ou employée à de faibles températures.

Première catégorie. Dans plusieurs industries, et surtout en mélal-

■PTfnPrr-

lurgie, la chaleur est employée à de hautes températures, et Ton peut utiliser les gaz qui s'échappent pour produire de la vapeur. Dans les forges, les gaz peuvent produire 2 à 3 fois autant de chaleur que n en eiigent les machines à vapeur nécessaires au service de Fusine (586).

Dans les hauts fourneaux (587), la combustion de la moitié des gaz suffit pour la chaudière de la machine à vapeur commandant la machine soufflante. L'autre moitié des gaz peut servir à d'autres usages, comme pour faire marcher d'autres machines à vapeur, situées parfois 300 ou 400 mètres de distance.

Quoique la chaleur dont on peut disposer à peu près gratuitement soit considérable, on doit employer les machines à vapeur les plus perfectionnées, à condensation et à enveloppe de vapeur.

11 y a des cas où des fours continus doivent faire marcher des machines d'une manière discontinue, ou réciproquement; c'est ce qui a lieu dans les forges. Alors, on fait la chaudière grande, afin de pouvoir y emmagasiner pour un certain temps la chaleur sous forme de vapeur.

2* Catégorie. Pour les industries de cette catégorie, qui comprend les blanchisseries, les distilleries, etc., on emploie une machine sans condensation, dont la vapeur donne ensuite la chaleur nécessaire à l'industrie. Suivant les cas, on fait échapper de la machine la vapeur à 1,2, 3 et même 4 kilog. par centimètre carré. Les proportions de la machine se déduisent de la formule générale (a) du n<* 843, en donnant à la contre-pression F la valeur qui convient à la vapeur derrière le piston (844).

La dépense de combustible à attribuer au mouvement propre de la machine est très faible, puisqu'elle n'est due qu'à l'équivalent mécanique de la chaleur (784) et aux frottements. Aussi ces industries louent-elles souvent de la force motrice quand elles n'ont pas besoin de toute celle que peut donner la vapeur nécessaire à l'industrie.

Gomme il faut faire cette application sans gêner l'industrie, la machine ne doit pas fournir toute la chaleur nécessaire, on règle la température au moyen de vapeur supplémentaire.

Pour éviter que les grumeaux de graisse que la vapeur détache des parois intérieures de la machine ne viennent encombrer les tuyaux de chauffage, la vapeur à sa sortie du cylindre traverse un petit appareil à

eau (Jlg, 230), où elle se débarrasse des corps étrangers avant de se rendre aux tuyaux de chauffage.

Quand on ne veut obtenir qu'une faible température, 35 à 40% on peut employer une machine a condensation ; mais l'installation est plus coûi^ teuse. On peut faire arriver la vapeur dans le réservoir placé en haut des usines pour les cas d'incendies, et faire circuler l'eau pour chauffer les ateliers. On a l'avantage de chauffer la nuit; d'où il résulte que les ouvriers trouvent une

TROISIËHE PARTIE.

rature convenable en arrivant le matin, et que les matières, ae ee anl pas, se conservent mieux.

atégorie. Les scieries produisent de la sciure en quantité sufflpour cliaufTer la machine qui les commande; dans les tanneries lit utiliser la tannée, et dans les teinturenes les résidus de la ■e.

id une usine contient un vaste al«lier où il faut chauffer les oupendant l'hiver, on fait usage de machines qui marchent à couion en été et sans condensation en hiver.

Horctae des machines à vapenr selon celle des ontils mia en me&t (865). Les machines à vapeur ayant un mouvement de vait, elles ont nécessairement une marche irréguliére, et cependant t cbercher à leur donner la régularité dans le nombre de tours et ularité pendant chaque tour. La première régularité s'obtient

machine même, et la seconde, en augmentant la vitesse de la le, en augmentant le poids du volant, en conjuguant deux ma-

agissant sur deux manivelles croisées montées sur le même

(Ugmente sensiblement la régularité des machines à vapeur en yant, au lieu d'engrenages, des courroies pour transmettre le ment do l'arbre moteur.

arialion de la pression est une cause d'irrégularité dans le nona-

tours. On y remédie en employant une grande chaudière et un

!gulaleur. L'emploi d'un bon régulateur peut donner de 8 & 10

d'économie.

erte de travail augmente avec l'irrégularité de la machine. Aussi

1 chercher à diminuer les écarts en augmentant la vitesse

ine. Dans la plupaH des usines il existe une vitesse moyenne

e à changera cause des transmissions de mouvement.

ime exemple des avantages qu'il peut y avoir à augmenter la vi-

l'une machine, citons le batteur à blé, lequel, selon qu'il fait

u 1360 tours, bat 8 ou 16 hectolitres de blé.

aines machines doivent marcher d'une manière irréguliëre ou

ique. Si des outils fonctionnent de diverses manières, on y

ue des machines spéciales, comme pour des laminoirs, qui doivent

er à des vitesses différentes suivant le métal laminé.

Disposition spéciale de machine à vapeor ponr chaque applica- ,es outils commandés par les machines à vapeur peuvent se divi-

trois catégories :

es outils à mouvement circulaire continu : c'est la majorité ; es outils agissant sur les fluides ;

es outils destinés à produire une pression, un effort ou un choc. s le cas de la première catégorie, on a d'abord à apprécier où l'on lacer l'arbre principal, pour que les outils à mettre eu mouvement ient-le plus directement possible. Dans tous les cas, on doit sub- ' autant que possible les courroies aux engrenages, emploie souvent un volant denté sur lequel plusieurs pignons

prennent leur mouvement, mais les transmissions par courroies sont préférables. Aujourd'hui, un grand nombre de volants sont à gorges disposées pour la transmission par des câbles.

Une autre question importante est de savoir si Ton doit diviser la force motrice. S'il s'agit, par exemple, d'un atelier de construction ou d'une fonderie, il y a des outils qui ne marchent que par intervalles, et qu'il est bon de commander par de petites machines spéciales : telles sont les machines soufflantes. D'autres outils marchent irrégulièrement, comme les marteaux, et réclament chacun une machine motrice directe.

Pour les laminoirs, on doit préférer une madiine pour chaque train. On évite ainsi les transmissions de mouvement, et l'installation coûte moins cher.

On peut quelquefois confondre la machine avec l'outil. Ainsi les piles à pâle de papier (force de 15 à 20 chevaux) devant être souvent établies au i" ou au 2' étage, on place sur chacune d'elles une machine spéciale ne coûtant pas plus d'installation qu'une transmission de mouvement. La pile sert de bâti, et le cylindre de ia pile sert de volant.

Les essoreuses (703) sont souvent mues par une machine à vapeur spéciale. L'outil sert d'arbre à la machine. Pour de grandes essoreuses faisant de 500 à 600 tours à la minute, la machine peut être à cylindre horizontal et à arbre vertical. Pour âOO à 300 tours, la machine peut être à cylindre vertical et arbre horizon iaL Pour des vitesses allant de i .'SCO à 2.000 tours et an delà, on a recours à une machine à réaction directe (785, 825). La vapeur arrive par une extrémité de l'arbre, et sort par deux ouvertures de réaction, pour aller ensuite servir au chauffage. Il en résulte qu'il importe peu d'avoir une machine économique ; elle n'est qu'une portion de conduite de vapeur, où celle-ci laisse un peu de sa force et de sa chaleur.

Souvent, pour des appareils réunis dans un même atelier, on n'emploie généralement qu'un seul moteur avec transmission par courroies.

Les locomobiles (785) sont souvent employées pour suppléer momentanément au défaut de force des moteurs à vapeur ou hydrauliques, ou même pour les remplacer entièrement s'ils venaient à se casser. On en fait de toutes les forces, et il est bon d'en avoir une de secours de 15 à 20 chevaux dans tous les ateliers un peu importants (875, 879).

Quand les locomo'biles sont exposées à la poussière et aux intempéries de l'air, comme dans le battage des grains, on les place dans une chambre spéciale en bois, qui met le chauffeur à l'abri, tout en lui penneltant de circuler tout autour de la machine. En avant est une porte surmontée d'un auvent qui abrite le chauffeur et évite les rentrées de pluie on de neige dans la chambre quand on ouvre la porte. Les ouvertures par lesquelles passent les courroies de transmission sont .garnies de drap qui ne laisse pas passer la poussière. Le chauffeur peut facilement démonter et remonter cette chambre, qui est d'un transport facile.

Comme les roues de transport de la locomobile facilitent les vibrations, on les enlève à Faide d'un cric, si la locomobile doit fonctionner à la même place pendant un certain temps. On a alors une înachine demi-fixe.

A Taide de roues dentées ou d'une chaîne de Galle on peut communiquer le mouvement à un essieu et faire que la machine se transporte elle-même. Elle peut même être utilisée pour transporter de Teau ou tout autre liquide, ou encore pour remorquer des voitures de roulage, des charrues, etc. Un avant-train permet de la diriger aussi facilement que des chevaux.

869. Cas 2' du n* 868. On peut communiquer le mouvetftcnt à un gaz : !• En élevant sa température ; 2* par un jet de vapeur ; 3* par TefiFet de la force centrifuge ; 4' à l'aide d'un piston.

Le premier moyen est très coûteux, et l'on ne peut aller au delà d'une dépression de O^yOiS de hauteur d'eau. Aussi n'est- il mis en pratique que lorsqu'il s'agit de chaleur perdue, comme dans les cheminées (540).

Le jet de vapeur est employé assez souvent pour mettre l'air en mouvement. C'est ce qui a lieu dans les locomotives pour produire le tirage.

Les ventilateurs (354) utilisent la force centrifuge pour mettre l'air en mouvement. Comme ils exigent une force assez considérable, il convient de les commander directement par une machine à vapeur dont la bielle s'articule avec une manivelle montée sur l'arbre du ventilateur. On évite ainsi une transmission coûteuse (550, 868).

Dès que la pression de l'air doit dépasser 0",20 à 0%30 de hauteur d'eau, les ventilateurs ne peuvent plus être employés, et les jets de vapeur coûtent trop cher. On est obligé d'avoir recours à un piston (352). Comme les clapets ne permettent pas à la machine plus de 20 à 40 tours par minute, cette machine doit avoir des dimensions considérables.

Supposons maintenant qu'il s'agisse d\n liquide à mettre en mouvement :

En brûlant dans un vase A un corps très combustible, tel que de la

poudre, du gaz d'éclairage, de la résine, des copeaux de bois ou de la paille, l'air que contient le vase se dilate et s'échappe en partie par la soupape hydraulique A. La combustion terminée, l'air de l'appareil se refroidit, et du vide de 1/2 atmosphère environ qui se produit, résulte l'entrée d'une certaine quantité d'eau, qui monte par le tuyau ^ et qui s'écoule ensuite par la soupape s. Un petit wagon Vy qu'on introduit par la soupape s, reçoit les corps inflammables.

A l'aide d'un jet de vapeur lancé dans le récipient A, oh peut en chasser l'air. La vapeur se condensant ensuite, Teau s'élève.

Fig. 231.

Les premières machines k vapeur ont été destinées à élever l'eau. Fig. 23Î. Telle est la pompe de Savery, qui consiste en un

vase A à la partie supérieure duquel, à Taide d'un robinet r, on fait arriver de la vapeur qui chasse Tair. La vapeur se condensant, Teau 8*élève par Je tuyau t dans le vase Â. Ouvrant de nouveau le robinet r, la vapeur refoule Teau et peut la faire monter à une hauteur considérable par le tuyau f^ ou la faire pénétrer dans une chaudière. Aussi ce procédé a-t-il été employé pendant longtemps pour alimenter des chaudières. La vapeur était prise dans la chaudière à alimenter, et le réservoir Â, appelé bouteille y était placé à un niveau supérieur à celui de la chaudière.

Beaucoup de vapeur se condense au contact de Feau, et il y a perte de chaleur quand Teau ne doit pas être chauffée. Une plaque mn percée de trous et surnageant à la surface de Feau diminue la condensation de la vapeur, qu'on réduit encore en introduisant, à l'aide du robinet r', un peu d'air dans l'appareil avant d'y envoyer la vapeur. On introduit la vapeur à la partie supérieure, elle s'épanouit, et pressant sur l'eau par rintermédiaire d'un coussin d'air auquel elle se mélange peu, on conçoit que la condensation soit sensiblement diminuée.

87ÛL Alimentation des chandières à vapeur. Les appareils employés pour alimenter les chaudières rentrent dans la catégorie des machines agissant sur les fluides. Il est très économique d'introduire dans une chaudière de machine à vapeur de l'eau échauffée préalablement au moyen des chaleurs perdues et d'un réçhauffeur spécial.

Toutes les tentatives faites pour construire un appareil régularisant automatiquement le niveau de l'eau dans la chaudière ont eu peu de succès. Cela n'est peut-être pas un mal : car cet appareil peut se déranger, et le chauffeur, comptant sur son bon fonctionnement, néglige le niveau, qui peut alors varier d'une manière nuisible et même dangereuse.

Pompes. Pour refouler un liquide ou un gaz, on emploie le plus souvent un piston se mouvant dans un corps de pompe.

Autant que possible, on évite les balanciers, en communiquant directement le mouvement du piston à vapeur au piston à air ou à eau. On donne la même course aux deux pistons, qu'on place un de chaque côté de l'arbre du volant. Pour diminuer les chocs si nuisibles à la conservation des clapets, on diminue la vitesse des pistons aux points morts, en adoptant une grande détente et en réduisant le poids du volant.

Pompes alimentaires. Petit cheval (778). Soit qu'un tuyau conduise de l'eau dans une chaudière bu l'élève à une hauteur qui mesure la pression dans cette chaudière, l'effet physique et mécanique étant le même, il en résulte que la pompe alimentaire n'est qu'un cas particulier des pompes ordinaires (320).

}ompe alimentaire la plus employée ext une simple pompe â plongeur et à simple effet. Il est utile de n'avoir qu'une seule recevant les deux clapets. Le couvercle de cette boîte doit être i enlever en cas de réparation aux clapets. r régler l'arrivée de l'eau d'alimentation, on ouvre plus ou moins net d'aspiration. La course du piston est constante. Au delà de e à clapets se trouve un robinet servant à interrompre la comation entre la pompe et la chaudière. Le chauffeur entead le les clapets quand la pompe Tonctionne.

me l'eau est incompressible, il est bon d'adapter à la pompe aliire une petite soupape de sûreté qui fonctionne quand on oublie jr le robinet qui interrompt la communication entre la pompe et udière.

i essayé de substituer aux clapets des pompes un tiroir analogue des machines à vapeur. Ces tiroirs fonctionnent bien pour l'eau •; mais l'eau de rivière, qui entraîne toujours des parcelles sili- , les use promptetnent.

Anglais emploient souvent sur les bateaux une petite machine sée d'un cylindre à vspeur et d'un cylindre à eau, celui-ci étani etit que le premier et formant la pompe alimentaire desclian- Le piston à vapeur et le piston à eau sont montés sur la même t, par suite, ont la même course. Cette machine, qui est orâinait de 1 à 3 chevaux, est appelée petit cheval. lail absorbé par ralimeniation d'une chaudière. Un a :

2*= tO X p kilogrammiëtres.

lil théorique, en kilo^ammètrss, absorbé pour iatroduire un. kllogrtmme on

. litre d'etu dans Is chaudière ;.

sioQ effecliie de la Tap«u[ dans la chaudière, eu kilogrammes par ccntimèire

' p = 0, c'est-ànlire qu»nd la pression absolue dans la chaudière lie à. la pression atmosphérique extérieure, la formule précédente X= 0; ce qui devrait être.

■ p = 4, par exemple, *"= 10 k 4 = 40^"". ravait pratique est double environ du travail théorique, soit de ans ce dernier exemple, c'est-à-dire les 0,003 des laSTÔ'" iMvepar t kilog. de vapeur dans le cylindre quand il n'y a ni détente iensation (789). Ce rapport augmente avec la pression. pe à eau ou de puits. Condenseur. Pompe à air. Quand l'eau n'est ou 3. mètres de profondeur, on peut se dispenser de pompe de in faisant aspirer directement l'eau par le condenseur; mais il st plus de môme pour une profondeur dépassant 3 à 4 mètres, qu'alors l'eau ne serait plus injeelée dans le condenseur avec tesse 8uifi«ante pour produire une bonne condenaatioa. Pour la lU train, si la machine est petite, k la main, on fait faire h see tours au volant, et si cela est impossible, à l'aide d'un robinet od

ii43

Fig. 233.

fi»

injecte un peu de vapeur dans le condenseur et la pompe à air pour en chasser Tair.

Le condenseur doit être aussi près que possible de la boîte de distribution; mais la pompe k air peut être où l'on veut, à une distance quelconque du condenseur, pourvu qu'elle lui soit réunie par un tuyau qui ne laisse pas rentrer d'air.

Dans les usines où il y a plusieurs machines, dans les forges, par exemple, on peut n'avoir qu'une seule pompe â air communiquant avec tons les condenseurs. On peut n'avoir aussi qu'une seule pompe de puits et une seule pompe alimentaire. Ces trois pompes doivent être placées sur une machine qui marche constamment, sur celle qui commande la soufflerie s'il s'agit d'une forge. On peut aussi les mettre en mouvement à l'aide d'une machine spéciale.

Puissance vive de la vapeur employée pour élever Veau. Ouvrant un

robinet r, on injecte dans le tuyau t un jet de vapeur. Le vide se fait dans le vase A, et l'eau, qui peut s'élever à 7 ou 8 mètres au-dessus du niveau m du puisard, remplit le vase A, d'où, après avoir fermé le robinet r, elle s'écoule dans un réservoir B. Cet appareil, dû à M. Pelletan, a l'avantage que la vapeur n'est pas en contact avec l'eau. Aussi pourrait-il servir de monte-jus.

87i. Injeot0Br astomotenr des chandières à va-

\r^L" peur. Cet appareil ingénieux, imaginé par Giffard, j — r^^ ~| en 1858, ne comporte aucune pièce solide mobile; il '^ est fondé sur le principe de la communication laté-

rale du mouvement des fluides^ Un .tuyau qui prend de la vapeur dans la chaudière se termine par une partie conique, par laquelle la vapeur s'échappe; Textrémité du cône se termine vers le fond d'une caisse ou cheminée dans laquelle est aspirée l'eau • d'alimentation. Dans l'axe du cône le fond de la caisse

porte un ajutage légèrement divergent qui se prolonge par un tuyau communiquant avec la chaudière. La vapeur, par suite de sa condensation au contiaet de Teau froide, arrive avec une grande vitesse, et par suite possède une puissance vive suffisante pour faire pénétrer dans la chaudière, non seulement l'eau qui provient de sa condensation, mais aussi celle qui a servi à la condenser, et leur ensemble est suffisant pour l'alimentation de la chaudière. La figure 234 représente la coupe verticale par l'axe de Tinjecteur Giffard.

L tuyan par lequel arrive la vapeur prise dans la chaudière.

R robinet à Taide duquel on modère ou supprime l'admission de la vapeur.

€ tuyère ou cylindre intérieur dans lequel la vapeur pénètre par une série de petits

trous pratiqués dans sa paroi en regard du tuyau L. "V vis rapide mue par une poignée n et" à Taide de laquelle on peut faire avancer ou

reculer d'une certaine quantité la tuyère G dans le corps fixe de l'appareil. t (nguille terminée en pointe conique; une partie filetée qu'elle porte et qui se meut

dans un écrou fixe, permet, en tournant la manivelle m^ d'avancer plus ou moins

TROISIÈME PARTIEi

Fig. Î34.

aa

sa pointe conique dans l'ajutage de la tuyère, et par suite de régler conTenablement l'ouverture annulaire par laquelle la vapeur sort de la tuyère G. tuyau d'arrivée de l'eau froide; il plonge par son extrémité inférieure dans une

bâche située & 1 ou S mètres au plus en contre-bas de l'appareil. cheminée ou espace annulaire dans lequel l'eau est aspirée par suite du vide que le jet de vapeur y fait, soit par sa vitesse, soit par sa condensation au contact de cette eau. Cette cheminée se termine par un ajutage conique e, qui est fixe, et dans lequel on avance plus ou moins l'extrémité de la tuyère G pour régler convenablement l'ouverture annulaire par laquelle l'eau afflue sur le jet de vapeur, ajutage conique très allongé^ distant de 1 centimètre au plus de l'ajutage fixe e, et placé exactement dans l'axe de cet ajutage; c'est par le cône U, dont l'entrée est légèrement évasée et les génératrices un peu divergentes, que l'eau chargée de vapeur condensée se rend au tuyau V qui la conduit à la chaudière. Le léger évasement de l'extrémité I facilite l'entrée de la veine fluide, et la dlvergeuce des génératrices lui fait prendre graduellement, sans remous, la vitesse avec laquelle il convient de la faire entrer dans la chaudière.

0 soupape ou clapet de retenue qui se ferme pour empêcher l'eau de sortir de la chaudière quand l'appareil ne fonctionne pas.

00 capacité annulaire destinée ii recueillir l'eau qui a pu être aspirée en excès avaqt que l'appareil ne soit réglé, ou encore la vapeur ou l'air dont la présence tend k se manifester, soit à la mise en train, soit accidentellement dans des circonstances exceptionnelles.

T' tuyau de purge ou de trop-plein, partant de la partie inférieure de la capacité oo, débouchant à l'air libre, et ramenant dans la bâche d'alimentation l'eau que recueille cette capacité oo.

bh bague extérieure portant deux poignées à l'aide desquelles on la fait mouvoir circuiairement ou longitudinalement, pour couvrir ou découvrir à volonté des orifices circulaires pratiqués dans le corps de l'appareil. Par ces orifices, quand ils sont découverts, on peut voir la veine fluide entre les ajutages e et IJ et constater le jeu de l'appareil. La veine a toujours un aspect trouble et opaque, soit parce que la vapeur n'est pas entièrement condensée, soit parce qu'un peu d'air est entraîné avec l'eau.

L'injecteur GiflFard peut fonctionner à toutes les pressions, depuis 1/5 d'atmosphère de pression effective; il suffil de le régler en raison de la tension actuelle dans la chaudière. Pour cela, on recule d'abord la tuyère G, afin d'ouvrir la section annulaire par laquelle Teau arrive au

contact de la vapeur dans l'ajutage fixe e\ puis on avance Taiguille t jusqu'à ce que sa pointe ferme entièrenaent l'ajutage de la tuyère. Ces dispositions prises : i"* on ouvre le robinet R du tuyau d'arrivée de vapeur; 2* par un tour environ de la manivelle m on laisse passer une petite quantité de vapeur par l'ajutage de la tuyère C, vapeur qui attire aussitôt l'eau dans la cheminée aa. Dès que l'appareil est amorcé, par plusieurs tours de la manivelle m, on recule l'aiguille t de manière à laisser au passage de la vapeur sa section entière. Dès lors, l'eau, qui sortait d'abord par le tuyau du trop-plein T', entre dans la chaudière; ce qu'on reconnaît à un sifflement particulier. Enfin, au moyen de la poignée n, on règle le passage de l'eau de manière qu'il n'en passe plus par le trop-plein*

Tous les injecteurs sont expérimentés avant la livraison, et leur marche régulière est assurée. Si entre les ajutages e et IJ la veine liquide laisse entendre un bruit de crépitation, cela tient à ce qu'à Teau se trouve mélangée une certaine quantité d'air, qui s'est introduit par les joints imparfaits du tuyau d'aspiration T ou qui a été entraîné sous l'influence d'une succion trop énergique. Quand on s'aperçoit d'un semblable efi'et, il importe d'y remédier aussitôt, soit en réparant les joints du tuyau T, soit en diminuant l'afflux de la vapeur.

Si la veine liquide s'épanouit ou crache autour de l'orifice de l'ajutage IJ, au lieu d'y entrer nette et serrée, cela peut tenir : !• à ce que le robinet de vapeur R est insuffisamment ouvert ou que Taiguille t est trop enfoncée; 2** ou bien, et c'est le cas le plus fréquent, à ce que la pression baissant dans la chaudière, la quantité d'eau aspirée est relativement trop forte, ce à quoi Ton remédie en rapprochant la tuyère C de l'ajutage e.

Si au contraire la pression de la vapeur monte pendant la marche de l'appareil, sans qu'on ait soin de régler en conséquence l'arrivée de Veau, le liquide aspiré peut devenir insuffisant pour condenser la sapeur; alors la température de l'eau injectée s'élève, et l'on voit peu à peu la vapeur se dégager du tuyau du trop-plein T. Quelquefois même la vapeur prend le dessus, l'injection s'arrête, et la veine liquide disparaît. On doit alors avancer l'aiguille t pour fermer la sortie de la vapeur de la tuyère C, et reculer au contraire cette tuyère pour favoriser l'arrivée de l'eau ; puis on remet de nouveau en marche.

Si un injecteur qui a fonctionné convenablement marche moins bien, on le démonte pour visiter les tuyaux et les robinets, afin de s'assurer que des corps étrangers ne s'y sont pas introduits, qu'aucun dépôt calcaire ne s'y est formé , qu'il n'y a pas de fuite de vapeur intérieurement, et que l'aiguille t n'a pas déformé l'ajutage de la tuyère C par une trop forte pression.

Lorsqu'on est entièrement libre dans la pose de l'injecteur, on le place horizontalement à une hauteur supérieure ou tout au moins égale à celle du niveau de l'eau dans la chaudière, et on le fait aspirer l'eau dans un réservoir placé un peu en contre-bas, et dans lequel l'eau est à une température inférieure à celle à laquelle l'appareil pourrait ri-

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goureusement fonctionner. Lorsqu'il est impossible de s'assujettir à cette règle, on peut s'en départir jusqu'aux limites suivantes :

La différence de niveau entre l'eau de la chaudière et celle de la bâche, ou entre la première et l'injecteur si l'eau arrive sans charge dans ce dernier, ne doit pas dépasser l^ySO à 2 mètres par atmosphère de pression effective pour toutes les pressions aux chaudières atteignant au plus 2 atmosphères, et 1 mètre pour toutes les pressions supérieures à 2>5 atmosphères. La hauteur verticale d*aspi ration, s'il y en a, est comprise dans cette différence de niveau, et ne doit pas dépasser 1",10 à i~,20 pour moyenne pressioû, et i",30 à 1*,40 pour haute pression. Toutes les fois que l'emplacement nécessite une différence de niveau, on placera de préférence l'appareil en contre-bas, de façon à réduire Taspiration à quelques décimètres.

Substitué aux pompes alimentaires, l'injecteur Gififard offre l'avantage de chaufiTer l'eau d'alimentation, et par conséquent de restituer une grande partie de la chaleur contenue dans la vapeur dépensée pour son fonctionnement. Cependant, tout calcul fait, son rendement définitif ne surpasse en moyenne celui des pompes alimentaires que d'une quantité insignifiante. Gela tient à ce que les pertes de travail sont loin d'être nulles dans l'injecteur; en effet, il y a choc entre la vapeur et l'eau, et de plus ces fluides ou leur mélange subissent des changements brusques de direction, ainsi que des étranglements et des frottements.

Dans la marine, l'injecteur Giffard présente plusieurs inconvénients qui l'ont empêché de s'y répandre comme organe alimentaire des chaudières*: il se désamorce assez facilement au roulis, comme le ferait un siphon ; il cesse de fonctionner dès qu'il y a des ébuUitions aux chaudières; il s'engorge facilement par le fait des sels que déposant les particules liquides entraînées par la vapeur; enfin, par suite de son aspiration énergique, il envoie dans les chaudières beaucoup d'air entraîné par l'eau d'alimentation, et cet air augmente la pression dans le condenseur d'une quantité qui atteint jusqu'à 6 centimètres.

L'injecteur fonctionnant indépendamment de la marche de la machine, il peut en même temps faire fonction de pompe atimentaire et de petit cheval; mais alors il faut avoir une pompe à bras pour les diverses opérations qu'on est suceptible d'effectuer à froid aux chaudières.

A bord des navires, l'injecteur est précieux pour des épuisements que nécessitent les grandes voies d'eau. Pour cet objet, il peut être débarrassé de tous ses organes de régularisation si la hauteur à laquelle on doit élever l'eau est à peu près constante. Un appareil construit sur ce principe, et pouvant élever 6 mètres cubes d'eau par minute à 6 mètres de hauteur, pèse 150 kilog. et entre instantanément en fonction par l'ouverture d'un robinet.

On construit des injecteurs de toutes dimensions pour des puissances de 4 à 200 chevaux.

Toutes les pièces de l'injecteur sont en bronze, sauf la manivelle »

et la vis V qui sont en fer, et la poignée n qui est formée d'un morceau de bois enfilé sur un axe en fer.

Dimensions de Cinjecteur, La théorie rigoureuse de cet appareil serait fort difficile à établir. Giffard, dans sa Notice théorique et pratique de r injectent automoteur (année 1861), en a donné une théorie approximative fondée sur la considération des quantités de mouvement. Appelant :

q le poids de Tapeur qui s'écoule par seconde par Torifice de la tuyère G;

Q le poids d'eau aspiré par le tuyau T dans le même temps ;

S la section de Torifiee de la tuyère G ;

V la vitesse de la vapeur dans cette section S ;

s la section minimum, au col du tuyau divergent IJ ;

V vitesse de la veine âuide dans la section 5,

vu la permanence de mouvement entre les sections S et *, si Ton néglige les résistances passives et la faible vitesse d'arrivée de l'eau aspirée, et qu'on regarde la pression d'amont comme égale à la pression d'aval, on peut poser :

?V-^t; = 0, d'où g = (g + Q)|. (i)

La somme g + Q est donnée, puisque c'est le poids d'eau à introduire par seconde dans la chaudière, c'est-à-dire le poids de vapeur que doit produire la chaudière d'après sa surface de chauffe , augmenté de 40 p. 100 environ pourtenir compte de l'eau mécaniquement entraînée; mais les vitesses Y et v ne sont pas immédiatement données.

Giffard admettant que la vapeur s'écoule comme un liquide ou un gaz de môme densité, pose (350) :

ig -h — (2)

n=N — 1 pression effective de la vapeur en atmosphères ; N est la pression absolue (771) ; *

10,333 haateur d'eau correspondant à une atmosphère.

Gomme autour de la veine fluide, on peut considérer la pression comme étant

égale à la pression atmosphérique, c'est pourquoi on prend 10,333 (N — 1 ) pour

la différence de hauteur d'eau produisant la vitesse V, et par conséquent

pour la hauteur génératrice de cette 'vitesse ;

d densité de la vapeur par rapport à Teau; pour N=5 atmosphères, par exemple, on a a = 0,00258 (page 649).

Pour que le liquide puisse s'introduire dans la chaudière, la puissance vive qu'il possède doit être égale au travail négatif de la pression effective intérieure qui tend à s'opposer à cette introduction; ainsi l'on doit avoir (31) :

^t;« = 103337wV.

Q'=94-Q poids deTeau qui s'écoule de la chaudière ou qui y rentre par seconde, en kilogrammes ;

TROISIÈMS PAItTIE.

i àe Veaivie de l'etn dam Is chaudière, en mètrei earrét ; d'entrée de l'eaa dans la chiudlftre; ission ttmospbfrlque «n kilogrammei par mtlre carré (*94].

sant ladenailéde l'eau qui s'écoukégaleàl, le volume l'u', «a :ubes, de l'eau qui entre dans ta chaudière est égal à Q : lOOO i[îon précédenle devient :

s- o'= 10,333», d'où 0= v**? X 10,333n.

d'une part, l'expérience fait voir que dans In section i le liquide, nélangé d'air et de vapeur non condensés, a une densité beau- >indre que l'eau; d'autre part, pour tenir compte du frottemeol s résistances dans le conduit TJL', il est nécessaire de donotr de un excès de vitesse. Par ces considérations, Giffard a été h poser :

r=^/33fcx^0,333n.

ient doDI In nleat parati deiolr ître prise obBmé».

Dire i et !,5 poar

siUiTiin

l'ail leurs :

SVxlOOOB,

d'où S

= «)XlO00i,

d'où

l du liquide dans la section s, densité qui parall différer peu de 0,S.

pjratnre de la tapeur à la urlie de la tuyère C ;

pjrature de l'eau aspirée par le tuyau T;

pératnre du fluide qui coule dans le lube divergent U,

ité de chaleur abandonnée par la vapeur en passant de l'élai ir à la température T, à celui d'eau à la température B, est (490):

lantité de chaleur gagnée par l'eau en passant de la tempéracelle e est

gligeant les déperditions accidentelles de chaleur , les deui s précédentes sont égales, et l'on a :

g(606,6 + O,305T) — ^8 = Qfl — Q(,

g(606,lt + 0,305T) + Qf

(g + Q)fl — 9(606,5 + 0,3Q5T)

Application, Soit une chaudière de 20 mètres carrés de surface de chauffe, dans laquelle la pression absolue N de la vapeur est de 5 atmosphères. Admettant une production moyenne de 20 kilog. de vapeur par mètre carré de surface de chauffe et par heure, et une quantité d'eau entraînée mécaniquement de 40 p. 100, on a 400 + 400 x 0,4 = 560 kilog. pour le poids d'eau à introduire par heure dans la chaudière, soit 0"%155555 par seconde. On a donc q + Q*= 0*,156 environ, n = 4, et à N= 5 atmosphères, T = 152%«2 et 8 = 0,00258 (page 649).

Substituant dans les formules précédentes, on obtient :

'= 1000x'fflx0.5=°°^''^^""^^^^' <^')

sections S et * qui correspondent respectivement aux diamètres 3"",24 et 3™,05.

Pour ^ = 12% remarquant queQ = (g + Qj— -^=0,156 — 0,012 = 0S144,

ft 0,012(606,5 + 0,305 x 152,22) 4- 0,144 X 12 ..,. e = ^^ = 60,8. (6)

La température • augmentant avec t, par économie de combustible, OQ prend t aussi grand que possible. Mais comme la température 0 ne peut atteindre 100", limite à laquelle la veine fluide laisserait dégager de la vapeur dans la capacité oo où elle est libre dans Tatmosphère, et

qu'il convient même de faire 6 = 90* au maximum pour rester dans de

bonnes conditions, on doit donc avoir au plus ;

Supposant toujours 0 = 90', les formules précédentes donnent respectivement pour

S— l=n== 1 fc=60°,88

2j3|4l516|7|8|9|10 atm., 54%26!48»,73|43%60|39%06|34%54l30%85|27%10|23%32|l9«,95.

Ces températures maximum de l'eau employée à l'alimentation de l'injecteur Giffard montrent dans quelles limites il peut être possible d'utiliser à cet effet l'eau de condensation des machines à vapeur.

L'expérience prouve, du reste, que selon que la pression effective n de la vapeur dans la chaudière est 1, 4 ou 7 atmosphères, un kilogramme de vapeur peut y introduire respectivement : 48 à 20 kilog. d'eau, dont la température a iaïugmenté de 28 à 31"*; 12 à 14 kilog. d'eau dont la

■ature a augmenté de 44 à 47°; et 9 à 10 kilog. d'eau, dont la temre a augmenté de 5S à 60°.

eltant que la température du mélange d'eau et de vapeur soit de température que peut atteindre l'eau froide pour les trois valeur BDtes de n est respeiaivemeni : 90 — 31=59*, 90 — 47 = 43" el ) = 30*. Résultats qui confirment l'exactitude de ceux fournis par iule précédenie (7').

à cause de la nécessité d'alimenter avec de l'eau à une faible ature que l'injecteur Giffard s'est peu répandu dans les manus, où l'on peut en général se procurer & peu près gratuilemeot Il à 100° pour l'alimentation, et réaliser ainsi une économie de 7

100 de combustible. On préfère une pompe, et l'injecteur n'est 'é que comme appareil de rechange ou de secours.

les machines marines, la température de l'eau dans le condenant assez souvent égale ou supérieure à 50°, il est arrivé daos que l'injecteur n'a pu bien fonctionner qu'en lui faisant puiser j à l'extérieur, où elle se trouve à 15° environ.

les locomotives, l'alimentation se faisant à l'eau froide, j'injecjmploie dans toutes ces machines. On alimente très peu à lal'M^

quand on descend ou quand on est en plaine, afin d'arriver aui . avec une chaudière bien remplie et en pleine pression. En aliil à la montée et surtout au pied des rampes, on a à craindre ip grande baisse de pression dans la chaudière, juste au moment

est le plus à redouter.

lyère C {fig. 234) devant se mouvoir dans l'enveloppe extérieure, craindre que, par le joint circulaire de ces pièces, de la vapeur iirecienienl du luyau L dans la cheminée aa sans passer p»r 'a C, et n'empêche l'eau d'arriver dans celle chenninée, ou au tooib minue l'aspiration. La disposition de la figure 234 présente un iconvénient. L'estrémité de la tuyère C étant plongée danslw ;heminée aa, la vapeur commence à se condenser dans celle

ce qui diminuesa vitesse d'arrivée au contact de l'eau; de p'^i*' khaufib dans la cheminée aa, et la vapeur qu'elle forme dimispiralion. Tour remédier à ces inconvénients, M. Turck, ing^lu chemin de fer de l'Ouest, a, pour les locomotives, apporté s )ur CitTard dos modifications publiées dans les Annales des en 1863.

xposilion de 1889, la maison Huiler et Roger a présenté des mi pouvant alimenter des chaudières pour machines à vapei"" ^^ '

Divers ontils rentrant dans la troisième catégorie du »■ K'à vapeur (328). — On peut utiliser l'action de la vapeur sur un )Our obtenir de grandes pressions, qui peuvent s'élever jusqu* kilog-, comme dans les fortes presses hydrauliques employa ndustrie. On objecte que la pression de la vapeur agit trop "ta it; mais pour éviter cet inconvénient il suffit d'avoir recours net convenable ou k un tiroir à coin pour distribuer la vapeur^

Il y a des grues à pression directe de la vapeur. Le cylindre à vapeur forme la partie inférieure de la flèche.

On construit depuis longtemps des grues roulantes de ce système. La chaudière, placée à Tarrière, sert de contrepoids à la flèche et à la charge à élever; l'ensemble étant ainsi équilibré sur le pivot, le mouvement d'orientation devient très doux. Un seul ouvrier suffit pour conduire la grue; de la main droite, il tient le levier qui fait monter ou descendre la charge; de Tautre, il agit sur le volant qui donne le mouvement d'orientation. Les deux mouvements de levée et de virage s'opèrent simultanément, avec précision et sans fatigue pour Touvrier. On obtient des levées variables jusqu'à 20 mètres au moyen de poulies mouflées sur lesquelles agit la tige du piston. L'élévation de la charge est ainsi égale à la course du piston multipliée par le nombre des brins de chaîne allant d'une chape à Tautre (64). La suppression des treuils et &<ès engrenages rend excessivement doux le mouvement de ces grues.

Des monte^charges ont été établis d'après le même principe que ces grues. On fait depuis longtemps des machines à vapeur à river les tôles et des machines actionnant des marteaux-pilons. Deux montants verticaux supportent le cylindre à vapeur. Le tout repose sur la chabotte, la chabotte sur trois lits de pièces de charpente formant massif, et ce massif sur une épaisse couche de sable ou de béton. On a essayé l'emploi de béton coulé dans une caisse en tôle munie d'armature ; mais cela ne paraît avoir réussi que pour des marteaux de moins de 1000 kilog.

M. Léon Malo, ingénieur, a réussi à faire des fondations en béton d'asphalte pour marteaux-pilons et machines à vapeur.

Ces fondations résistent bien aux trépidations et à de grandes varialions de température.

11 faut se ménager un large espace pour la manœuvre autour de Tenclume. Il convient d'avoir une fondation distincte pour l'enclume, afin que ses vibrations ne se transmettent pas à la machine.

La chabotte doit être la plus grosse possible. Son poids, pour les petits marteaux, est de 8 à 10 kilog. par kilogrammètre de travail de choc. C'est beaucoup trop quand le poids du marteau dépasse 700 à 800 kiiog. Une chabotte de 11 000 k 12000 kilog. suffit pour un marteau de 2000 kilog. tombant d*une hauteur de 1™,80 à 2 mètres. Pour cette hauteur de chute et un marteau de iS(H)0 kilog.^ le poi4is de la chabotte peut être de 45000 à 50000 kilog.

n convient de forger la tige et le piston du même morceau; c'est la partie qui casse le plus souvent^La jonction de la tige avec le pilon demande beaucoup de soins; on la fait au 1/3 de la hauteur du pilon pour que la tige éprouve moins de vibrations. Le pilon se fait généralement en fonte d'une qualité spéciale ; on en fait aussi en fer ou en acier.

Pour éviter la rupture de la tige près du piston, on a imaginé de transformer le cylindre à vapeur lui-même en marteau. On a ainsi les fnwrteaux à cylindre frappeur, *

On fût monter le marteau à la hauteur que Ton veut, depuis 0^,12 à 0",20 jusqu'à 1 ou 2 mètres et plus, et on le laisse descendre avec une

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précision extrême ; on peut Tarrèter où Ton veut, même avant d'arriver sur le corps à frapper.

Des marteaux, dus àNasmith, se manœuvrent automatiquement. Â cet effet une pièce, ayant son centre de gravité maintenu au-dessus de son axe par un ressort, s'abaisse au moment du choc, et agit sur un levier qui ouvre Tarrivée de la vapeur. Pour faire varier le mouvement, il suffit de changer la position du centre de gravité. On arrive de cette manière à donner SIOO à 300 coups par minute.

Farcot construit des marteaux donnant des chocs très brusques. La tige est carrée, très forte et sert de marteau. Le bâti vertical supportant le cylindre sert de réservoir de vapeur. Ce réservoir communique constamment avec le bas du cylindre; de sorte que la vapeur soulève le piston ou le tient soulevé en agissant sur la surface du piston laissée libre par la tige. Quand le piston est à la hauteur voulue, on fait agir aussi la vapeur sur la surface supérieure du piston. Le marteau descend alors par son propre poids et par la différence de pression sur les deux faces du piston, différence qui est égale à la pression de la vapeur sur une surface égale à la section de la tige.

La condensation de la vapeur entraînerait dans une trop grande complication de mécanisme pour de tels outils; mais il peut y avoir avantage à employer la vapeur avec détente. A cet effet, le cylindre est à rabat d'air à la partie supérieure, et Ton fait arriver la vapeur à très forte pression sous le piston pendant le i/3 de sa course. Le piston est lancé de bas en haut par la vapeur, puis Tair comprimé le fait redescendre. On réalise ainsi une grande vitesse de marteau et une économie sensible de vapeur.

Au lieu d'accélérer la descente du marteau à l'aide d'un rabat d'air, on peut employer la détente de la vapeur. Pour cela, quand le piston est en haut de sa course, un tiroir mû à la main ou automatiquement établit la communication entre le bas et le haut du cylindre. Le piston est alors sollicité de haut en bas par la vapeur agissant sur une surface égale à la section de la tige, et cette vapeur se dilate de tout le volume de la tige pendant la descente du piston. On réalise ainsi le travail d'une machine à simple effet k deux cylindres, dans laquelle le grand et le petit cylindre sont respectivement le cylindre entier du marteau, et ce cylindre entier diminué du volume de la tige.

Dans les usines de Krupp, à Essen, se trouve un marteau-pilon du poids de 50000 kilog. Sa levée est de 3»,50. Le cylindre a i",80 de diamètre.

Un marteau commandé par la Russie pour forger les canons de Gronstadt, pesait 75000 kilog. Le diamètre du cylindre est de 2 mètres. La tige du piston a 0",81 de diamètre et 14 mètres de hauteur; y compris le piston, elle pèse 34000 kilog. La chabotte doit se faire sur place. Le marteau-pilon du Creuset pèse 100000 kilog. (Voir p. 83.)

Enfin, on est parvenu à faire des marteaux frappeurs à trois mouvements, du poids de 12 à 25 kilog. Us peuvent prendre toutes les positions et desservir trois ou quatre enclumes.

Nasmith a appliqué le marteau-pilon à renfoncement des pieux. Le poids da marteau est de 330 kilog., et Ton a fait usage d'un rabat d'air pour augmenter la vitesse et Teffet. A 100 coups à la minute, le pieu s'enfonce avec «ne grande rapidité. 15 à 20 pieux de 9 à 10 mètres peuvent être enfoncés en un jour. Une telle machine desservie par 4 ou 5 hommes peut remplacer 75 hommes agissant sur des sonnettes à bras. (Pour les sonnettes, voir ce mot à la table.)

872 6tô. Décompte de la chaleur consommée par une machine à vapeur. Nous ne voulons pas quitter l'étude nécessairement rapide des machines à vapeur sans parler de leur rendement au point de vue thermique, c'est-à-dire du travail qu'elles fournissent en kilogrammètres, comparé au nombre de kîlogrammètres dépensés sous forme de calorjes. A cet effet, nous ne pouvons mieux faire que de reproduire ici ce que M. J. Hirsch adit à ce sujet dans le rapport qu'il a fait au Congrès international de mécanique à l'Exposition de 1889.

Prenons une très bonne machine à vapeur à condensation, consommant par heure et par cheval 1 kilogramme de bonne houille. Un chevalheure représente un nombre de calories égal à :

75 X 60 X 60 = 270 000 kilogrammètres.

D'autre part, 1 kilogramme de houille correspond à 8500 calories. Si

toute cette chaleur était transforjnée en puissance calorifique utilisable,

a raison de 425 kilogrammètres par calorie, le travail correspondant

serait de *

8 500 X 425 = 3 612 500 kilogrammètres.

Le rendement calorique de la machine à vapeur considérée n'est donc que de :

270000 ^M ,^^ .o/ . . 3-6Î25ÔÔ='''P- *"" = *'' ('^^^"^°'^-

Ainsi sur 100 calories confiées à une telle machine, elle n'en rend que 7,5; le reste est perdu sous diverses formes. On peut se rendre compte de cette énorme déperdition en remarquant qu'un moteur à vapeur se compose d'une chaudière qui produit la vapeur, d'un récepteur constitué lui-même par le cylindre et le piston, et d'une transmission allant du piston à la poulie et à la roue de commande. Chacun de ces éléments est le siège d'une perte de travail à l'état calorifique ou à l'état dynamique que l'auteur évalue approximativement; ce qui lui donne un résultat conforme au calcul précédent.

rVQPORTIONS, POIDS ET PRIX DE QUELQUES iACHlNES A VAPEUR

^ous donnons (873) un tableau des proportions de quelques machines à vapeur anciennes.

Ce tableau est suivi d'un autre tableau se rapportant aux machines à vapeur les plus perfectionnées qui étaient à l'Exposition de 1889.

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