La formule d'équilibre dynamique étant (448j

ayant Vm (449 et 451), il reste à déterminer Tn pour avoir Tm. Or pour une valeur déterminée de aTm, V^ dépend de la disposition du mécanisme de la machine, et sous ce point de vue les machines à vapeur à pressions se divisent:

i* En machines rotatives (446), dans lesquelles le piston, monté comme une aube sur Tarbre même de la machine, communique directement le mouvement de rotation à cet arbre. Une telle machine serait aussi simple que possible et ne pourrait donner pour ar„ qu'une très-faible valeur; mais, malgré de nombreuses tentatives, on n'est pas encore parvenu à en établir une donnant des résultats satisfaisants.

2° En machines à mouvement alternatif du piston. Ces machinés sont en général à arbre horizontal (446) ; mais lorsqu'il s'agit *de transmettre le mouvement à plusieurs étages, comme dans les anciennes filatures, ou à une série d'arbres verticaux comme dans les moulins, on peut éviter les engrenages coniques en plaçant verticalement l'arbre de la machine, et celle-ci étant à une seule bielle, l'ensemble du mécanisme est simple et T^ réduit.

Les machines a arbre horizontal se subdivisent en :

1° Machines à balancier et bielle;

2" Machines à deux bielles sans balancier;

3" Machines à une bielle sans balancier; . 4" Machines à cylindre oscillant, ou à tige oscillante, sans balancier ni bielle.

Passons en revue ces diverses machines.

480. Machines à balancier (479). Ces machines ont été pendant longtemps les plus employées, et elles le sont encore souvent aujourd'hui. Elles sont très-commodes pour commander les tiges des pompes, et c'est pour cette raison que les machines à deux cylindres sont généralement à balancier.

D'un autre côté, les machines a balancier ont bien des inconvénients : elles sont les plus compliquées et, par suite, les plus coûteuses. Le mouvement du piston se transmet à l'arbre du volant par l'intermédiaire de quatre et même cinq articulations, et chaque articulation est une cause de jeu et par suite de chocs. Le grand espace qu'elles occupent rend difficile leur établissement 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 considé-

MACHINES A VAPEUR AU POINT DE VUE DU FROTTEMENT. 90;i

rables. Enfin le grand poids et l'élasticité des longues pièces qui transmettent le mouvement du piston à la manivelle rendent impossibles Jes 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 suite 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-laible 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 empêche 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 l'entablement a 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'articuler chacune à l'extrémité d'un des balanciers.

481. Machines à deux bielles (kl^). Dans ces machines, dues à Maudslay, comme dans les précédentes de bateaux, deux bielles s'articulent aux extrémités d'un 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 machines, les premières employées après celles à balancier, sont abandonnées. Elles avaient l'avantage de tenir peu de place; mais aussi elles avaient Tinconvénient 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. . 4812. Machines à une bielle sans balancier (479). Ce système, dans lequel un excentrique monté sur l'arbre du volant commande aussi

directeraent que possible la tige du tiroir, est le plus simple^ et comme il se prête à un grand nombre de combinaisons et permet de placer Tarhre où Ton veut, il tend de plus en plus à se généraliser.

Le cylindre peut être vertical et l'arbre du volant placé à. 3 ou 4 mètres de hauteur. Le support est triangulaire ou bien formé d'une seule colonne. Ces machines sont élégantes, peu encombrantes, et peuvent donner jusqu'à 80 chevaux.

L'arbre peut être placé près du sol et le cylindre supporté au-dessus par six colonnes; c'est le système précédent renversé. Cette disposition a été employée dans des forges anglaises, La machine placée au milieu de la forge y tient peu de place. Il sécoule un peu d'eau par le stuffingbox. Dans k navigation, ces machines sont dites machines-pilon; on en trouve sur des bateaux à hélice.

Il peut être avantageux d'établir des machines à cylindre incliné; sur des bateaux on en trouve qui commandent directement l'arbre des roues.

La machine à cylindre horizontal est généralement adoptée aujourd'hui, parce que toutes ses pièces étant posées sur un même bâti en fonte, sans qu'aucune fasse saillie sensible sur le sol ou le massif de fondation, elle est facile à monter, jouit d'une grande tixité et se trouve entièrement sous la main du conducteur.

Ce n'est que vers 1833 qu'elle a été admise dans l'idustrie, et il a fallu sa réussite dans son application aux locomotives pour qu'elle se répandît. On objectait que par le fcottement du piston le cylindre devait s'ovalîser en s'usant plus en bas qu'en haut; mais l'expérience a prouvé qu'avec une bonne fonte dure l'usure avait été insensible après 20 ans de marche. Dans le cas d'usure, en faisant à la lime un petit traita» bas du piston, la vapeur s'y introduit et peut soulever le piston au point de rendre l'usure du bas du cylindre égale à celle du haut et mémo jpius faible. On peut dire, d'après l'expérience, que d'une manière générale un cylindre horizontal s'use moins qu'un cylindre vertical. Bielle en retour. Il peut arriver que remplacement oblige de placer l'arbre de transmission le plus près possible du cylindre. On y parvient en mettamt la bielle en retour.

Pour une machine à cylindre vertical, sur la tige du piston on fixe un ca4re trapézoïdal abcd^ et la bielle s'articule par une extrémité au milieu du côté supérieur cd, et par l'autre à la manivelle ^, qui tourne dans le cadre.

Quelquefois l'aj-bre / est sous le cylindre et celui-ci dans le cadre, qui est alors rectangulaire. Lajtige du piston est fixée au milieu du côté supérieur cd, e^ïe bouton de la manivelle est articulé au milieu du côté inférieur ab^ de manière que le cadre sert de bielle.

La disposftion 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 i, qui ont chacune leur stuffing'box [fig. 14-6). Ces tiges, convenablement longues, sont reliées à leur extrémité par une

MACHINES A VAPEUR ID POIKI^ Dfi VlTÉ DU FROTTEMENT.

Kg. 146.

traverse. Xa bielle est articulée au mUieiAtlde 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 mouvemeat de la manivelle et le passage de l'arbre moteur 6.

485. Machines à cyUndre oscillant, ou à tige oscillante (479). Au

milieu de sa hauteur, le cylindre ^^^* *^^* porte deux tourillons a et b par

lesquels il oscille. La vapeur qui arrîTe de la chaudière pénètre dams le cylindre par Tun a de ees tonrillons, et en sort par Tautre b après son action sur le piston.

Dans ce système, la bielle étant supprimée, la tige du piston conduit directement la manivelle, Farbre est placé aussi près que possible du cylindre, et la nadrine tient peu de place. Un autre avantagey c'est que les vibrations eu secousses dn volant se transmettent à peo près directement à la vapeur, qui, par son élasticité, en at« ténue considérablefinent les effets. Ce système convient donc pour commander certains onfils fonctionnant par secousses ou chocs, et les roues à palettes de bateaux. Cest ce ^i eieplique pourquoi U s'est encore maintenci dans la navigation; car il est inférieur au système à une Meile, 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 eu laissant fixe le cylindre. On permettait au stuffing-box d'accompagner la tige dans son mouvement latéral, à Taide d'une glissière fixée sur le couvercle du cylindre.

On a imaginé, pour éviter -cette glissière, qu'il était difficile de rendre parfaitement étanche^ de k remplacer par un manchon à section elliptique fixé au piston et glieusant dans un stuffing-l>ox comme une tige ordinaire. La tige ou mieux la bii^Ue était articulée mr le centre do la face supérieure du piston, et oscillait dftns l'intérieur du manchon s»ijs le toucher. Cette disposition avait ses inconvénients ; le stuffingbox elliptique était grand et d'une con^tructioja difficile; le manchon donnait lieu à un refroidissement considérable, et la section du cy- Imir^ étant d'un côté du fhUnx diminuée de U section du manchon, le travail de la machine était variable.

Ht P'cnn, ia^éniour angltîs, emploie po«r las grande» nmdiinee via-

Fig. 148.

rines un fourreau ah se mouvant dans deux stuffing-box c et d placés

un sur chaque base du cylindre ef, La bielle est articulée à une traverse qh fixée au milieu du fourreau, lequel \ ayant jusqu'à 1 mètre de dia- / mètre permet de réparer l'articulation. Le piston PP est un anneau circulaire à bases égales, qui présente par conséquent toujours la même surface à Faction de la vapeur. L'avantage de cette machine est d'être peu encombrante, et d'offrir beaucoup de fixité, l'arbre étant relié directement au bâti du cylindre; mais le fourreau donne lieu à un refroidissement considérable, et les deux énormes stuffing-box produisent beaucoup de frottement et peuvent même gripper s'ils ne sont pas établis et entretenus avec le plus grand soin. 484. Disposition à préférer. Après avoir décrit succinctement les différents mécanismes des machines à vapeur, il peut tout d'abord paraître important de rechercher celui dans lequel le frottement absorbe le moins de travail; mais si l'on se rend compte de ce travail par le calcul (485j, on trouve a 1,5 ou 2 p. 100 près la même valeur pour toutes les dispositions. Gela suppose les machines en parfait état d'entretien, et composées de pièces qui conservent rigoureusement leurs positions relatives normales. Il n'en est plus de même si les machines sont mal entretenues, ou si les pièces changent de position par suite de mouvements dans les fondations. Sous ce dernier point de vue, on doit préférer les machines montées entièrement sur une même plaque de fondation. ' Ce qui doit guider surtout dans le choix d'un système de machines à vapeur, c'est l'utilité de conduire le plus directement possible les outils ou l'arbre de transmission qui les commande. Ainsi, pour une machine à deux cylindres, le système à balancier peut être le plus commode s'il s'agit de conduire plusieurs pompes. Pour une machine à un cylindre, le système à une seule bielle peut donner directement le mouvement k un arbre, et comme il est solide, simple et économique, il se répand de plus en plus. Un engrenage absorbant de 2 à 3 p. 100 du travail transmis, on voit l'importance d'éviter cet organe en commandant directement l'arbre de transmission (477, 479).

48î5. Organes à frottement. Dans une machine à vapeur, on distingue le frottement des diverses articulations, et des glissières s'il en existe; celui de la garniture du piston k vapeur et des pistons des pompes ; celui des tiges dans les stuffing-box, et celui du tiroir sur sa glax;e.

486. On peut toujours, en partant de la pression de la vapeur sur le piston, déterminer successivement la pression des divers tourillons sur leurs coussinets, et de l'espace parcouru par le contour de chacun d'eux pour un coup de piston en conclure le travail absorbé (60). On peut de même déterminer le travail absorbé par le frottement dans les glissières.

487. Piston à vapeur. De la surface latérale de la garniture du piston.