MACHINES SOUFFLANTES. S
suite la dépense, ne seraient modifiées que par la variation de résistance que produirait la variation de vitesse provenant de la dilatation ou de la contraction. Cela est dû à ce que toute détente ou contraction a^fit également dans les deux sens, et ne peut, par conséquent, □ la vitesse à l'origine ni la dépense. Quant ^ la vitesse à l'exlré conduite, elle varierait, en négligeant la variation de résiitlanc
tionnellement au rapport — - — j des volumes que prend l'un
lume du gar, à 0° quand il passe à la température nouvelle t' primitive f{360).
■KGHIHES SOUFFLANTES
353. Machines soufflantes. Pour les machines soufflantes i en fonte, le rapport du volume d'air expulsé au volume eng le piston est égal à 0,75, et pour les machines à caisse carrée t rapport est égal à 0,55 seulement.
Désignant par Q le volume effectif d'air,àO* et sous la press que doit fournir la machine en une minute, on calcule le dian course du piston pour fournir un volume :
ÇHC + al).
, qu'on sappoae on falt(=aO°.
Le volume engendré par un piston cylindrique ot par un pi; est respectivement en une minute (/n(. 854,812):
inD'/n, et CHn.
D dismèlre du pisWn cylindrique ;
/ course du pisloii;
n nombre de coups de pistou par minute;
C cAté du piston carré.
On aura donc pour les deux genres de machines : Q(l + 0,00M} = 0,75 7 nl>''n. et Q(l + 0,0040 = 0„5! Faisant i = 20°, on conclut :
D* = 1,834 ^ , et C = 1 ,964 ^
'in' "" "^ '"'" In
Pour les machines à cylindre, la vitesse du piston varie ( I mètre par seconde, et l'on fait ordinairement l =. 0. Désignant par v la vitesse du piston, on a n{ = 60d, et par
Pour les machines à cylindre , la section des soupapes d'aspiration varie de 1/15 à 1/12 de la section du cylindre soufflant pour des vitesses de piston comprises entre 0'",50 et 0"',75, et de 1/10 à i/9 pour des vitesses comprises entre 0"*,75 et 1 mètre. Il ne convient pas que la vitesse dépasse 0~,60.
Pour les machines à caisse carrée, la vitesse du piston varie de 0",2i5 à 0"*,30 par seconde, et la section des soupapes d'aspiration est comprise entre i/15 et 1/20 de celle de la caisse.
Pour les machines à cylindre, comme pour celles à caisse, la section des soupapes d'expiration varie de 1/15 à 1/20 ou d/22 de celle du cylindre ou de la caisse.
Les tuyaux de conduite ont une section à peu près égale à celle des soupapes d'expiration. Dans la pratique, la vitesse de l'air y est ordinairement réglée à 20 mètres par seconde.
Les pistons des caisses en bois sont mis en mouvement par des cames, et leur course n'excède pas 0",65.
Le diamètre de la tige du piston varie de 1/20 à 1/17 de «elui du cylindre.
La pression de l'air dans le cylindre doit être suffisante pour soulever la soupape, vaincre le frottement dans le tuyau qui conduit l'air du cylindre au régulateur, celui qui peut avoir lieu dans le régulateur, ainsi que celui qui a lieu dans le tuyau qui amène l'air du régulateur à la buse, et produire une vitesse d'écoulement convenable par la buse. D'après ce qui a été dit n** 351 , on pourra calculer les différentes pertes de force élastique dues au frottement de Tair dans les tuyaux, et comme on peut, avec approximation, tenir compte de l'effet de la soupape, on aura donc la pression absolue de l'air dans le cylindre.
353. Dans une machine souflBiante, l'équilibre dynamique est, pour une minute :
Vm trayait moteur dépensé par minute sur la tige du piston soufflant ;
Vu travail absorbé pour comprimer l'air à la pression P dans le cylindre, et le faire
sortir de ce cylindre; Vr travail absorbé par le frottement de la garniture du piston et celui de la tige daos
le stuffing-box^ et pour soulever les soupapes.
Pour une cylindrée, le travail dépensé est :
/^ = gp X 2,3026 log-.
q volume d*une cylindrée ;
p pression atmosphérique ; c'est sensiblement la pression de l'air derrière le pistou ; 2,3026 nombre par lequel il faut multiplier le logarithme vulgaire d'un nombre pour avoir son logarithme népérien [Int» 409).
Tant que - est plus petit que 2, on peut poser :
2,3026 log - = tts^td-t—t, ° p 0,50 (P + p)
MACHINES SOUFFUHTES. (01
et il vient : /„ =500 — EJUS.
Pour UQ mètre carré de surface :
p = 0,76 X 13 B96', el P = (0,76+ A)13596 kilog.
le cylindre (Voir Dm-
Substituaot cea valeurs de p et P dans celle de /,, on a :
Q' étaot le volume engendré par le piston en une minute, et 0 le volume de l'air à 0° et sous la pression 6->76, on a :
Q(l +0,0040 = 0,750', d'où û' = J^(l+0,004ï).
On a, pour n cylindrées par mÎDute :
et par suite :
»'■ = '■=»■-"« rB¥*=o-s5<' +»■«'' '"»«ri¥i-
Le fVottemeiil de la garniture du piston dépendant de la pression, il Taudratt tenir compte des variations de pression de l'air dans le cylindre ; mais il convient de supposer la pression constante et égale à A, ce qui permet de négliger le Trottement de la tige dans le stuffing-box, et l'on a alors (61) :
Tr = nxDehfl,
-jâjC +0,00.0 .3596 j^.
Il coQvient de prendre e = 0-,04 et de faire /= 0,30.
Le travail absorbé par le stuiHng-box a la même expression que XV; mais e se prend alors égal au diamètre de la tige, et l'on a /= 0,20 environ.
D'après Thomas et Laurens, l'air que la tuyère doit projeter dans le haut fourneau est celui nécessaire à la conversion en oxyde de carbone du charbon solide chargé au gueulard, c'est-à-dire du charbon^ déduction faite des cendres, de l'eau et des malières volatiles.
Un kilogramme de charbon solide exigeant 4'°',41 d'air à 0° sous la pression 0~,76 pour sa conversion en oxyde, comme le charbon dé bois moyen contient 0,07 d'eau, 0,026 de cendres et 0,14 de matières volatiles, chaque kilogramme de charbon chargé au gueulard exigera i,41 X 0,765 = 3-",374 d'air.
Le coke moyen contenant 0,05 d'eau, 0,03 de malières volatiles et
d-O» : T. = 5^.1 +0,0010 13596rS^ + „,D.4/i.
il' 402 PREMIÈRE PATTIE.
hjtr
kV,
0,12 de cendres, les tuyères devront envoyer 4,41 x 0,80 = 3»%528 d'air à 0° et à la pression 0™,76 par chaque kilogramme de coke chargé au gueulard.
De ces nombres, il résulte que, pour une marche régulière, la tuyère doit envoyer par minute 11"%241 d*air, k 0*" et à la pression O^^jîejdaos un haut fourneau produisant 4000 kilog. de fonte par jour avec une consommation de 1 200 kilog. de charbon de bois par tonne. Ce volume d'air est de 68"%600 pour un haut fourneau produisant 20 tonnes de fonte par jour avec une consommation de 1 400 kilog. de coke par tonne.
Si Ton avait à craindre des pertes par suite d*un refoulement de l'air à la tuyère, on y obvierait en portant la consommation de 4"%41 à 4"',60.
La capacité utile d'un régulateur à eau varie de dix à douze fois celle du cylindre soufflant; sa section horizontale se fait égale à celle de l'eau environnante. L'eau doit toujours s'élever à O'*,30 au-dessus de l'arête inférieure du régulateur, afin qu'on soit assuré qu'il ne s'échappera pas d'air. La capacité d'un régulateur à cylindre flottant varie de deux à trois fois celle du cylindre soufflant; celle d'un régulateur à capacité constante varie de vingt à vingt-cinq fois celle de ce cylindre.
VENTILATEURS
354. Ventilateurs. Un ventilateur peut avoir pour but d'aspirer de l'air chargé de poussière ou de gaz délétère d'un lieu habité, d'une usine, d'une mine, etc. Dans ce cas, il porte, sur l'une ou chacune de ses joues, une ouverture qui communique avec le tuyau d'amenée de l'air vicié, et cet air est chassé librement dans l'atmosphère dans toute l'étendue de la surface cylindrique que décrivent les extrémités des ailes. Le ventilateur est alors dit aspirant Un ventilateur peut avoir au contraire pour but d'aspirer librement de l'air par ses joues, pour le refouler par un tuyau dans une mine, dans un lieu habité ou dans les tuyères de cubilots ou de forges maréchales; dans ce cas, il est dit sovfflant^ et il est entouré sur tout son pourtour par une enveloppe cylindrique de laquelle part le tuyau conducteur de l'air (324). La théorie a conduit Combes à courber les ailes (Traité de Veocploitation des mines)^ et M. Tournaire a fait construire un ventilateur à ailes courbes, dont il a donné la théorie et les résultats fournis par l'expérience {Annales des mines^ 1860). (Voir page 406 un résumé de ces résultats.) A cause de la plus grande facilité de construction, les ventilateurs sont quelquefois encore à ailes planes, dont le nombre est ordinairement 4 ou 6. Dans certains systèmes, on incline les ailes planes à 40** ou 45** sur le rayon du côté opposé au mouvement.
11 conviient que les passages de l'air soient convenablement raccordés entre eux par des courbures continues; que les ouvertures des joues aient à peu près une section égale aux orifices d'entrée entre les ailes, afin que l'air arrive facilement et que cependant le remous soit nul ou an moins très faible; enfin que les canaux form«îs par les ailes aient pn
tiVd
VENTIHTEURS
chaque point une section à peu près inverse de la vitesse de l'air point, vitesse que l'on peut considérer comme proportionnelle à lesse de rotation de ce point. On diminue ainsi les pertes de puis vive, et l'on recule la limite de vitesse à laquelle le ventilateur comn à faire du bruit au delà de la vitesse qui convient à la pratique.
On a expérimenté, au Conservatoire des arts et métiers, divers ■ laleurs ; des résultais oblen us, et publies par Mortn dans les Atmai Conservatoire (i%M), aovs &}Llr&yons les suivants:
Venlilaleurs soumis à l'expérience :
1° Deusventilateursàpalettescourbes, système deLloyd,l'unas] et l'autre soufflant. Ils ne produisent & peu près aucun ronf1( jusqu'à la vitesse de SOO à 1 000 tours. Les palettes, au nombre de 6 limitées et réglées h deux plateaux tronconiques, tels que la loD des palettes, mesurtSe parallèlement à l'axe, ne soit à l'extrémilé i moitié ou mÈme le quart de la longueur à l'entrée. Lloyd adopte en le quart; mais pour le ventilateur soufflant Cail, essayé au Con» toire, on a adopté environ la moitié.
Les deux plateaux tronconiqnes tournent avec les ailes, qui so liées h l'arbre par des bras ou par un disque qui divise en deux p égales les canaux formés par les ailes.
Le ventilateur soufflant Cail a 0°,710 de diamètre à l'exlériei ailettes, et le diamètre intérieur de l'enveloppe est de 0'°,901 à 1 par suite du jeu autour des ailettes, qui varie de O^Olfi & O'°,160.
2' Un ventilateur soufflant à palettes planes ayant les dimei suivantes :
DiamËtre à l'extrémité ûes palettes 0°,67
DitmËtre intérieur 0 ,31
Longueur des palettea parallèlement li l'aie 0 ,33
DiamËlre Intérieur de l'enretoppe 0 ,"73
Jeu uniforme entre la circonférence extérieure et l'enveloppe
qui n'est pas excentrée 0 ,0i
3° Deux ventilateurs à hélices du système Guérin; ils ont d soit par aspiration, soit par insufflation, des résultats inférieur précédents.
A ces divers ventilateurs on avait adapté un tuyau en tôle par on aspirait ou insufflait l'air, selon qu'il s'agissait d'un venii aspirant ou soufflant. Ce tuyau avait 0",30 de diamètre, soit 0"^ section, et sa longueur a été portée jusqu'à 28 mètres. Ce tuyau entièrement ouvert à son extrémité, le volume d'air aspiré ou i) est proportionnel, pour un même ventilateur, au nombre de ton ventilateur; ainsi l'on a :
Q = KN.
Q lotnine d'air aspira ou insufflé par minute, eu mètres cubes; H uoBibre de tours du lentïl&teur par minute;
K coefficient que l'on peut considérer comme coustaat pour ua mfme \eatila dont l« tableau (3S5) donne la valeur.
Adoptant comme effet utile du ventilateur la puissance vive qa
sède l'air qui sort du tuyau en une seconde, il est (30) :
ô=:l,3 poids du mètre cube d'air en kilogrammes (voir : Densités ^ 2* partie);
— poids de Tair écoulé par seconde ;
V = -r = , ^- vitesse de l'air dans le tuyau de conduite, dont D est le diamètre:
Le rendement R, c'est-à-dire le rapport de l'effet utile précédent au travail moteur dépensé pour faire mouvoir le ventilateur, a pris les valeurs de la 4" colonne du tableau suivant.
Le volume engendré par les ailes du ventilateur, par minute, est :
Q' = Sx27upN.
là)
S surface d'une aile ou mieux de la section du volume annulaire qu'elle engendre
par un plan passant par l'axe ; p distance du centre de gravité de la surface S k l'axe.
Le rendement R' en volume du ventilateur est :
Les valeurs de R' sont consignées dans la 3' colonne du tableau suivant.
355. Tableau des résultats fournis par quelques ventilateurs.
VENTILATEURS
Ventilateur aspirant de Lloyd
Ventilateur soufflant id
Tuyau tout ouvert, comme dans
les deux cas précédents . . . .
Orifice de sortie de 0'",â0 de diam.
Id, de 0 ,14 id, . .
Id. de 0 ,081 id, . .
Ventilateur
soufflant
& palettes
planes.
COEFFICIENT
RENDEMENT
en volume R'.
en effet utile R.
Pour établir un ventilateur devant aspirer ou insuffler un volume Q d air, des formules (à) et (c) on tire respectivement :
N=|, et Q'=|;.
Ces valeurs de N et Q', substituées dans l'équation (6), donnent :
21=Sx27cp|, ou pS =
2icR'
VENTIUTEURS. 405
Le problème est alors ramené à étudier, à l'aide d'une épure, une palette qui donne le produit pS égal au second membre connu de cette dernière équation.
356. Pression de l'air en dîUérents points de la longneor dn tnyan, ce tn^an étant entièrement ouvert ou terminé par des orifices de divers diamètres. Celle pression a été déterminée pour le ventilateur à ailes planes, à l'aide de manomètres formés par un tube de verre recourbé dont la branche horizontale avait son extrémité antérieure effilée. Les brancbes horizonlales ont été placées dans l'axe du tuyau de refoulement, de manière à présenter leur orifice d'entrée à l'aclion de ce courant. On a aussi disposé des nianomèlres de manière que, l'ouvei^ ture étant toujours vers l'axe du tuyau, la brancho horizontale soit perpendiculaire à cet axe.
La dénivellation d'eau produite dans chaque manomètre est consignée dans le tableau suivant :
oimc » N.TU.
niiTsnt l-ïM do Iojm ini diiUD«> da ;
du •enlilalCDi
J",tO
SlM«0-,30,l««.Oi.07. .
Id.
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SiS 8Î0 M)S 63!
met.
Î8,7e 14, lï
0,051 0,05î t),009 O.Olî
mii.
mit.
mit.
0,039 0,048 COU n,OÏO 0,031 0,05i 0,014 0,020 0,OÏB
0,034 0,048 0,015 0!03fl 0,028 0,055 0,016 003!
0,031 0,048 0,022 fl,OÎ3 0,055
o,on
met.
0,013 0,040 0,010 n,on
-0,OJ9
o;osî
L'inspection de ce tableau montre :
1° Que si le tuyau est tout ouvert, la dénivellation diminue depuis le ventilateur jusqu'à l'extrémité du tuyau, et que la dénivellation est plus faible pour les manomètres placés perpendiculairement à l'axe que pour ceux placés suivant l'axej qu'elle est même négative pour le manomètre placé à 27 mètres du ventilateur, près de l'extrémité du tuyau;
a° Que si l'orifice de sortie est rétréci, la dénivellation est sensiblement la même dans toute l'étendue du tuyau; qu'à la même vitesse du ventilateur la dénivellation dépend peu de la dimension de l'orifice de sortie; enfin que la dénivellation est k peu près la même, que les manomètres soient placés suivant l'axe ou perpendiculairement à l'axe.
De \h il résulte qu'en ouvrant en divers points de la conduite d'air
différents orifices, pour alimenter des tuyères par exemple, tant que la section totale des orifices n'atteint pas une certaine limite, rien n*est sensiblement changé, ni dans la marche du ventilateur, ni dans la pression et par suite la vitesse d'écoulement de Tair. C'est ce qui résulte également des expériences faites par M. Tournaire. Cet ingénieur, en faisant fonctionner son ventilateur tout ouvert sur son pourtour dans une grande caisse rectangulaire en bois hermétiquement fermée, a remarqué que la pression devenait la même en tous les points de la surface ôb la caisse, ce qui indique qu'il n'est pas absolument nécessaire d'excentrer le ventilateur, et en ouvrant un plus ou moins grand nombre d'orifices de 0"",10 de diamètre en divers poinls de la caisse, la pression n'a pas diminué très rapidemement, comme l'indique le tableau suivant :
