TIGES ET CONTRE-BALANCIERS

sèment en deux parties, Tune supérieure, représentant un poids d'eau égal au poids des tiges, l'autre inférieure, formant le complément. La première partie devra être desservie par des pompes foulantes, agissant par le poids des tiges soulevé et abandonné à lui-même; la partie inférieure sera desservie par des pompes élévatoires. Au moyen de cette disposition, le poids des tiges se trouvera naturellement équilibré, et l'effort à produire par la machine motrice (en dehors des frottements) consistera à soulever le poids des tiges et celui delà colonne d'eau des pompes élévatoires, puis à abandonner tout l'attirail, qui retombera par un léger excédant de poids qu'on lui laissera en refoulant les eaux jusqu'à la surface par le jeu des pompes foulantes.

Dans la seconde hypothèse, P=T, c'est-à-dire que l'attirail des tiges est égal au poids total de la colonne d'eau. Toute la colonne sera montée par des pompes foulantes; et, comme il faut un excédant de poids pour que l'attirail descende avec une vitesse convenable, on placera au bas du puits une pompe élevatoire ayant une faible hauteur d'action. Le système de pompe, élévatoire ayant l'avantage de pouvoir marcher noyé, est toujours préférable pour la pompe du bas.

Enfin, la troisième hypothèse suppose que le poids de l'attirail des tiges dépasse celui de la colonne d'eau, ce qui se présente presque toujours dans les épuisements à de grandes profondeurs, 500 ou 400 mètres par exemple.

Dans ce cas, les pompes étant toutes foulantes, sauf la pompe du puisard, comme dans le cas précédent, il restera encore à équilibrer un poids plus ou moins grand. Cette précaution d'équilibre est indispensable, puisque, sans cela, la maîtresse tige, une fois soulevée par le moteur, ne pourrait être ensuite abandonnée à elle-même sans retomber avec violence et tout briser dans le puits. L'équilibre s'obtient généralement par un ou plusieurs conlre-balanciers.

Un contre-balancier est un balancier en bois ou en fonte, attelé d'un côté à la maîtresse tige, et de l'autre chargé de contre-poids que l'on peut faire varier à volonté. La figiire 174

4M ÉPUISEMENT DBS EAtlI.

représente la disposition d'un contre-balancier en Iwis, avec une caisse-contre-poids dans laquelle on charge des pierres ou des plaques de fonte. Les contre-balanciers se construisait également en fonte, comme ceui des machines.

En Angleterre, on emploie souvent, pour eqmlibrer les maîtresses tiges, des contre-poids d'eau.

Pour établir ces contre-poids, il suffit d'atteler à la maîtresse tige un plon^^eur qui oscille dans un corps de pompe sans clapets. Une colonne de tuyaux communiquant avec la partie inférieure de ce corps de pompe est remplie d'eau à une hauteur telle, que la colonne d'eau exerce sur le plongeur une contrepression suffisante. Ce genre de contre-poids tient peu de place; il est plus coûteux à établir que les contre-balanciers, que l'on préfère en général dans les exploitations du continent.

MOTEURS KPPLIDUËS 1 L'ËPUISEMEHT.

Si l'on se reporte au simple énoncé des conditions qui viennent d'être indiquées pour le mouvement d'un appareil d'épiri-

sèment, on reconnaîtra que les machines à simple effet sont les seules convenables. Il ne s'agit, en effet, pour le moteur, que de soulever un poids donné, et de Tabandonner ensuite à luifliê^ne.

La machine à vapeur est le moteur le plus employé^ celui qui convient le mieux à presque toutes les localités. Parmi les constructions de machines à simple effet, on n*a à choi^r qu'entre deux systèmes : la machine de Newcomen et la machine du CornwalL

Les machines de Newcomen sont encore quelquefois appUquées aux épuisements, surtout en Belgique ei dans le nord de la France, pour passer les niveaux pendant le creusement des avaleresses. On les emploie, parce qu'elles sont les plus simples et les moins coûteuses k construire. Dans ces machines, la vapeur, agissant sur le piston, enlève la charge; puis, au moyen d'une soupape qui, au bout de la course, met en commumcation le dessus et le dessous du piston, cette vapeur passe audessous par l'entraînement de^la maîtresse tige. I^ condensation de la vapeur qui a travaillé se fait, au moyen d'une injection d'eau froide, dans le cylindre lui-même, et un peu avant le décrochement de la soupape qui amène la vapeur sur le piston. Les maciiines de Newcomen cons<Hnment beaucoup de combustible par suite du refroidissement du cyUndre à chaque os* cillation ; elles n'ont d'autre mérite que leur simplicité et doivent, par conséquent, être construites avec la plus grande économie, et n'être employées que pour les épuisements passagers. Le balancier est en bois, armé à chaque extrémité de deux secteurs sur lesquels roulent deux bouts de chaîne à la Vaucanson, attachés^ d'un côté, au piston du cylmdre à vapeur, et de l'autre à la maîtresse tige, de manière à éviter la construction des parallélogrammes.

Cette machine d'épuisement a reçu de nombreux perfectionnements dans le Comwall,' où l'exploitation des mines de cuivre et d'étain est gênée par l'abondance des eaux; le prix assez élevé du combustible a d'ailleurs obligé les exploitants à opé-

i38 ÉPUISEMENT DES EAUX.

rer ces perfectionnements, non-seulement sous le point de vue mécanique, mais encore sous celui de Téconomie dans la consommation. Les modifications principales que présente celte machine, comparée à la machine de Newcomen, sont : 1** l'emploi d'un condenseur isolé du cylindre ; 2° l'application de la vapeur à haute pression, et d*une détente très-développée ; 3° les détails mécaniques pour le règlement du régime de la machine.

Nous jetterons un coup d*œil rapide sur ces trois genres de perfectionnement.

La planche XXX représente la disposition générale d'une machine à balancier, placée à côté du puits dans lequel se trouve monté l'appareil d'épuisement. Le condenseur est le mente que celui des machines ordinaires : seulement, la machine étant à simple effet, il est muni d'une soupape qui limite l'injection d'eau froide a« temps d'affluence de la vapeur. Ce condenseur doit être placé dans une bâche recevant une partie des eaux épuisées qui en refroidissent constamment les parois; mais, si les eaux de la mine sont trop impures pour servir à l'injection et à l'alimentation des chaudières, on doit faire arriver des eaux convenables par un tuyau spécial.

. Les conditions de mouvement les plus avantageuses pour l'éptfisement sont : d'enlever vivement la charge ; puis, le premier mouvement étant déterminé, de diminuer progressivement l'effort exercé, de sorte qu'il soit nul au bout de la course. Ces conditions exigent que la vapeur à une pression élevée soit amenée subitement sur le piston par des orifices à grande section, et qu'on la laisse agir par détente aussitôt que, l'inertie étant vaincue, la colonne d'eau a reçu le mouvement ascensionnel et n'a plus besoin que d'un effort moindre pour continuer sa course.

Les soupapes ordinaires employées pour les machines à vapeur exigent, pour être soulevées de leur siège, un effort mesuré par la surface de leur cerclé multipliée par la différence des pressions. La manœuvre des soupapes à grande section nécessaires au jeu des machines d'épuisement absor-

GT~

r^ïîr

rW.- / ,^ijfJIIHtt^J&^f-a-

MOTr.Uns APPI.1(>UÉS a L'tPIIJSEllENT. 139

I .raît donc une force notaire, si, par un ariitice ingénieux, on n'avait diminué cet effort dans une très-grande proportion. Le siège fixe de la soupape est un cylindre ouvert latéralement et à sa partie inférieure, la surface supérieure est fermée ; la soupape mobile a la forme d'une cloche, ouverte au contraire dans sa partie supérieure et dont la surface cylindrique est fermée. Lp contact, et par conséquent le joint des deux parties.

se fait par deux zones annulaires, l'une a la partie supérieure, l'autre à la base. Il résulte de cette disposition, mise en évidence par les figures 175 et 176, que la pression à vaincre pour soulever la soupape est seulement égale à la surface réunie des deux zones annulaires multipliée par la différence des pressions.

UO ePUlSEHENT DES EAUX.

En effet, la partie supérieure de la cloche étant évidée, la pression n'agit que sur l'espace compris entre la limite iotérieure de la zone du haut et la limite extérieure de la zone du bas ; de plus, l'entrée de la vapeur se faisant à la fois par le haut el par le bas, il suffit d'élever la cloche k une très-faible hauteur pour ouvrir il la vapeur une la

Fig. ITG. Souiiape iTr.rAnvM en.

La machine du Comwall est gouvernée par trois de ces soupapes : la soupape d'admission, qui fait arriver la vapeur sur fe piston; la soupape d'équilibre, qui, lorsque le piston est au bas de sa course, met en communication la vapenr avec ie dessous du piston (ces deux soupapes sont enfermées dans la même boUe (lig. 175), et permet à la maîtresse tige de retomber; enfin la soupape d'exkaustion, qui conduit cette vapeur au condenseur (fig, 176}.

Les deux premières soupapes, placées dans la même boîle, sont appliquées à la tubulure supérieure du cylindre ; le bas de cette boîte est mis en communication par une colonne avec la boîte inférieure. Le dessin d'ensemble (pi. XXX) indique assez cette disposition pour faire comprendre le jeu de la machine. Il reste à signaler les principaux artifices mécaniques à l'aide desquels le mouvement est déterminé et réglé.

Les trois soupapes sont gouvernées par trois arbres horizontaux partant chacun : l'un encliquetage qui ferme la soupape, 2' un contre-poids qui l'ouvre lorsque l'encliquetage est levé, 5° une manette qui sert à raccrocher l'encliquetage et par conséquent à fermer la soupape. La fermeture se fait, comme d'habitude, au moyen d'un poutrelle ou tringle armée de taquets ; quant à l'ouverture, elle est déterminée par un appareil spécial nommé cataracte.

La cataracte est une petite pompe foulante placée au bas de la poutrelle. A chaque oscillation, la poutrelle soulève le piston de la cataracte et lui fait aspirer, au mojen d'un levier, une quantité d'eau déterminée. Cette eau est ensuite chassée du cQrps de pompe par le poids du piston aidé d'un poids additimmei placé i l'extrémité du lerîer ; l'orifice de sortie est réglé au moyen d'un robinet (fig. 177).

■ Le levier de la cataracte communique, au moyen d'une tringle et de leriers, arec les encltquetages ; il décroche les contre-poids, et ouvre les soupapes vers la fin de sa course, lorsque l'eau, aspirée par le mouvement ascensioraiel du pis- Ion, est expirée par l'actfon du contre-poids qui la chasse par

ii2 ÊPUISEMEM DES EAUX.

un robinet latéral. Ce mouvement, pris sur le levier de la cataracte, ouvre d'abord la soupape d'exhaustion ; la vapeur est condensée, et le piston, sans être entraîné, est déjà appelé par le vide qui se forme au-dessous de lui ; une ou deux secondes après, Faction de la cataracte ouvre la soupape d'admission de vapeur et détermine la descente du piston. La poutrelle, en descendant, raccroche les soupapes ouvertes par la cataracte et ouvre la soupape d'équilibre au moment où elle atteint le bas de sa course. Une nouvelle oscillation est ensuite «léterminoe par le jeu de la cataracte, qui a de nouveau reçu de la poutrelle un mouvement d'aspiration ; c'est l'ouverture plus ou moins grande de son robinet qui détermine la vitesse d'expiration de l'eau et règle par conséquent la vitesse de la machine.

L'ensemble de ces conditions constitue les machines les plus économiques et les plus régulières. Ainsi Ton a obtenu par kilogramme de houille brûlée 125 et 150 dynamodes (de 1000 kil. élevés à 1 m. de hauteur), tandis que les machines ordinaires à double effet, épuisant l'eau par des bennes, ne donnent pas plus de 40 dynamodes. Cet effet utile si remarquable résulte non- seulement du système et de la construction de la machine, mais aussi de l'aptitude toute spéciale de ce système à l'élévation des eaux. Il faut d'ailleurs, pour atteindre les chiffres les plus élevés de l'effet utile, que la machine soit employée dans toute sa force et que l'appareil d'élévation des eaux soit dans les meilleures conditions d'établissement et d'entretien.

Les dimensions de la machine déjà citée étaient : pour le cyhndre à vapeur, r",20 de diamètre et 2"*,30 de course; pour la pompe à air, 1 mètre de course et 0™,630 de diamètre; pour les trois soupapes, les diamètres étaient de O'^jlSO à l'admission, 0",229 à l'équilibre, 0", 267 à l'exhaustion. Cette machine, comptée pour 80 chevaux de force, a produit 125 dynamodes par kilog. de houille. Dans le Cornwall, on en a construit qui atteignent jusqu'à 600 chevaux de force et qui, travaillant dans les meilleures conditions d'effet utile, ont donné, dit-on, plus de 200 dynamodes. La machine qui

donne le meilleur résultat est celle qui est placée à Wheal-Vor en Cornwall ; le cylindre a 2 mètres de diamètre, 3 mètres de course ; son effet utile s'est élevé au chiffre de 307 dynamodes. Si l'on compare les chiffres de consommation de houille à ceux de l'effort des machines du Cornwall, on trouve que, si les chiffres présentés par les ingénieurs anglais sont réels, l'ensemble ne brûle que 1 k. 62 par heure et par force de cheval, et que, pour celles qui se trouvent dans les meilleures conditions, cette consommation est seulement de 1 kilog., c'est à-dire trois fois moindre que celle des machines a vapeur appliquées à l'épuisement par bennes.

Les riches mines de Cornwall ont été le point de départ de tous les perfectionnements apportés à l'épuisement dans les mines. En effet, comme les eaux y sont abondantes, les mines "profondes et le combustible coûteux, l'influence de ces conditions a fait de Tépuisement une profession distincte de celle de l'exploitation proprement dite, et les machines sont établies et entretenues par des ingénieurs spéciaux. Ces machines sont pourvues de compteurs fermés à clef, et, lors des visites périodiques dont elles sont l'objet, on peut constater le nombre des coups de piston obtenus dans un temps donné ; ce nombre, comparé au journal de Tentretien du système de pompes, donne le chiffre de l'effet uti'e produit par la quantité de houille dépensée.

Plusieurs de ces machines d'épuisement ont 3 mètres de diamètre au cylindre à vapeur, et plus de 3 métrés de course. On voit par les relevés mensuels que, dans le district des mines, cinquante-neuf machines avaient extrait en 30 jours de travail 3153 600 mètres cubes d'eau; c'est-à-dire, en moyenne, plus de 72 mètres cubes par minute; travail énorme, si l'on considère que les mines sont généralement à plus de 150 mètres de profondeur.

Le tableau ci-joint des conditions de marche des machines d'épuisement de Consolidated etUnited-Mines donne une idée de la forme adoptée pour ces relevés mensuels et résume tous les détails de la marche des machines. Dans les conditions ordinaires

1 Ê =|lll|

fi. « *

IS i