lOO j

I lo io4 J

III T o5

Sixième série d* expériences ; tuyau de 4 n^^' très , couvert de lisière.

loo degrés 99 I

loi 99 I

lOQ lOO \

iio 104. 7

III I o5

Septième série d^ expériences , avec le tuyau de

4 mètres de long, sans lisière. On le mouille

avec de l'eau froide à io5 degrés, sur environ

moitié de la longueur et à plusieurs reprises.

100 degrés point de vapeur.

ïoi 99 ^

loa 99 i

io3. 99 i

io5 100

II o ia3

III io3 ^

D'après ces expériences, on voit qu'il ne paraît pas que la nature de la substance dont les tuyaux de conduite sont composés influe trèssensiblement sur la perte de chaleur que peut éprouver un courant de vapeur, dans les limites de longueur qu'on vient de citer. On voit aussi que la longueur du tuyau de conduite influe

DOUZIÈME LEÇON. Sqi

très-sensiblement sur la déperdition de chaleur; puisqu'en supposant que cette longueur fût successivement égale à la mètres, à 8 mètres et à 4 mètres, il fallait que la vapeur, à Fentréa du tuyau, fût, à la température de ii8 degrés, de ii5 degrés et de m degrés, pour qu'à la sortie de ces tuyaux respectifs , la température lût simplement réduite à io5 degrés.

Lorsque le diamètre de la conduite est trèspetit relativement à la quantité de vapeur à laquelle elle livre passage en un temps donné , la perte de chaleur est considérable ; ainsi qu'on le voit en comparant les expériences faites avec le tuyau de 9 millimètres de diamètre et d'autres expériences faites avec le tuyau de 20 miU limetres , 23 de diamètre. En effet , avec ce dernier tuyau, lorsqu'on élève la température à 106 degrés dans la chaudière, elle n'est abaissée qu'à i o5 degrés à la sortie du tuyau de 4 mètres de long.

Ces expériences , qui nous ont paru trèsdignes d'être citées, peuvent conduire à des recherches du même genre qui ajouteront beaucoup à la fixation éclairée des dimensions qui conviennent aux diverses parties des machines à vapeur.

Pour produire un dyname de force , avec des machines à vapeur, suivant le système de Watt , il faut : i<>. 85 kilogrammes de vapeur, et par

392 DYNAMI£.

conséquent, autant d'eau à introduire dans l^ chaudière; 2P. 18 kilogrammes de charbon. Si^ fois autant d'eau et six fois autant de charbc^^ donneront la force dite d'un cheval , pour vinj^. quatre heures. Ces données très-simples poiitr. ront servir au calcul des dimensions que doivent avoir les principales parties des machines que nous décrirons dans la leçon suivante.

Dans cette leçon , nous parlerons des fourneaux tels que Watt les emploie» Il y a d'autres fourneaux disposés de manière à fidre passer la fumée dans le foyer pour la bràler. Tels sont les foyers ou fourneaux /umiçores. Ds ne peuvent produire beaucoup d'avantages que quand on doit brûler à la fois une assez grande quantité de combustible. Ils atteignent d'abord le but d'économiser une partie du combustible perdu d'après le mode ordinaire , sous forme de fumée. De plus , ils diminuent Tinconvénient grave de ces énormes masses de fumée, qui s'échappent des cheminées de machines à vapeur, appesantissent l'atmosphère , et salissent les objets sur lesquels elles déposent des parcelles de suie et de charbon.

Une telle incommodité devient insupportable dans les villes telles que Birmingham et Jjondres, où l'on consomme du charbon de terre , dans une innombrable quantité de foyers domestiques et de fourneaux industriels.

Machines a vapeur^ cT après le système de fVatt.

Le marquis de Worcester a le premier pré- ^nté, en i66'3 , la description d'un méchanisrae sinalogue à celui des machines à vapeur, en proposant d'employer la force de l'eau vaporisée , pour élever de l'eau à plus de 1 2 mètres de hauteur. Une personne était obligée de tourner alternativement deux robinets; afin que, l'eau vaporisée dans un premier vase étant épuisée , un second vase rempli d'eau froide pût travailler à son tour , et ainsi de suite.

Quelque temps après , Papin inventa son digesteur, vaisseau clos dont l'eau est échauffée au point de pouvoir dissoudre les os et d'autres substances solides animales. Il s'efforça de mettre à profit la très-grande force élastique de la vapeur , comme force motrice ; mais ses essais n'eurent aucun succès.

Le capitaine Savéry, plus heureux que Papin , réussît assez bien à élever des quantités médiocres d'eau, à de petites hauteurs; mais ilne put réussir dans l'épuisement des mi^es profondes. PliJ&ieurs machines furent exécutées d'après le principe qli'il proposa pour élever

T. m. DTaAM. 5o

394 DTNAMIE.

l'eau à une hauteur qui n'excède pas lo mètres. On en construisit une considérable dans une des salines du sud de la France , où Ton devait élever l'eau seulement à S^^'^So. Le principal inconvénient de la machine de Savéry était le danger des explosions , la grande dépense de vapeur et par conséquent de combustible. Des expériences ont fait voir que les ^^ au moins, de toute la vapeur produite, se trouvaient condensés sans utilité, et que -^ seulement était employé d'ime manière utile. On a fait de nombreux efforts pour diminuer la perte de la vapeur dans le système dont nous parlons , qui a le grand inconvénient de mettre cette vapeur en contact avec l'eau quelle élève.

Parmi les ingénieurs des mines de Cornonailles qui s'occupèrent beaucoup des moyens d'appliquer la machine à vapeur à l'épuisement de ces mines, Newcomen , marchand de fer ou forgeron , fut celui qui résolut ce problème. Voici l'idée du méchanisme qu'il imagina.

La vapeur se dégage d'une grande chaudière , et, par un tuyau vertical, s'élève dans un cylindre qui contient un piston. La partie inférieure du tuyau est exactement fermée par une plaque métallique tournant autour d'un axe vertical, laquelle est mise en mouvement au moyen d'une petite manivelle. Le pistonr, porte une tige verticale à l'extrémité de laquelle se trouve

une chaîne qui s'adapte sur un arc de cercle, lequel est lui-même fixé sur un levier. L'autre branche du levier porte un pareil arc de cercle et une chaîne suspendue au piston • d'une pompe destinée à élever les eaux. Un peu plus haut que le cylindre se trouve une citerne qui , par un tube recourbé , communique ^vec la base inférieure du cylindre. Un robinet à manivelle intercepte à volonté le passage de l'eau par ce tube recourbé. Maintenant il est facile de comprendre le jeu de la machine. Quand on veut soulever le piston du cylindre, on ferme le robinet qui peut intercepter l'entrée de l'eau dans le cylindre , et l'on ouvre le robinet qui Uvre passage à la vapeur, laquelle, se dilatant aussitôt dans le cylindre, fait monter le piston. Quand le piston parvient au terme de sa course, on ferme le robinet à vapeur, on QuVre l'autre robinet; à l'instant l'eau du réser-voir jaillit dans le cylindre , et commç elle est plus froide que la vapeur, elle sert à la condenser. Cette vapeur se réduisant à un volume beaucoup moins considérable, la pression de l'atmosphère qui agit sur le piston , devient prépondérante et £ait descendre à la fois ce piston et la branche correspondante du levier, tandis que l'autre branche s'élève par le même mouvement et , par conséquent, élève le piston de la pompe qui sert à l'épuisement des eaux.

396 DYNAMIE,

D'après l'exposé qui précède , on voit que le système de Savéry était de faire agir sa^ pompe par la pression alternative de la vapeur et de l'atmosphère ; tandis que la machine de Newcomen élève complètement l'eau par la pres^ sion de l'atmosphère; la vapeur est employée , seulement comme un moyen |^lus rapide dé produire un vide au moyen duquel la pression atiposphérique peut agir sur le levier qui doit transmettre la force motrice. On n'a plus besoin , avec la machine de Newcomen , d'employer de la vapeur extrêmement condensée; on peut opér rer à des degrés de chaleur assez modérés, épargner, par conséquent, une grande quantité de combustible , et ne pas craindre d'explosion dangereuse. On voit aussi que la limite de la puissance de la machine de Newcomen tient, non plus à la force des chaudières et des cylindres, pour résister à la pression de la vapeur, mais aux dimensions qu'il est possible et avantageux de leur donner, ainsi qu'à toutes les autres parties de la machine. Enfin , le système de Newcomen peut être appliqué facilement , pour communiquer la force motrice à toute espèce de machines > au moyen du levier dont on fait usage.

En 1705 on commença de mettre ce système en pratique; et, dès 1712, un grand nombre de difficultés d'exécution se trouvèrent complète-

TREIZIÈME LEÇON. Scf]

osent aplanies. L'on imagiiui de supprimer l'emploi des hommes pour ouvrir et fermer tour à tour les robinets, et Ton fit exécuter ce travail par le mouvement même du grand balancier. Depuis 1 7 1 7 9 la machine n'a plus éprouvé de perfectionnement remarquable. Il faut donner une idée de l'effet utile produit par la machine de Newcomen. .

On a mesuré la chaleur de l'eau employée pour condenser la vapeur dans cette machine , au moment où cette eau sort du cylindre , après avoir -opéré la condensation. On a trouvé que la température de cette eau variait de 6o à 8o degrés centigrades : élévation de température considérable et qui doit montrer que la vapeur dans le cylindre, lors même quelle cède à la pression de l'atmosphère, doit conserver encore une assez forte résistance. T^ machine de Newcomen présente un autre inconvénient grave ; c'est de refroidir le piston et 1^ cylindre , par l'injection de l'eau. En effet, le cylindre et le piston, ainsi refroidis , contribuent ensuite à refroidir la vapeur lors de* la nouvelle injection , et rendent l'effet utile moins rapide et moins puissant.

Les méchaniciéns ont reconnu que , dans le mouvement alternatif du piston qui sert pour épuiser Tes eaux , il &ut que l'élévation de ce piston soit plus rapide que sa descente. Dans

398 DYNAMIE.

la descente on diminue la résistance , et dans la montée on diminue la perte de^Feau.

La machine de Newcomen est restée appliquée uniquement à l'élévation des eaux , jus-, qu'à l'époque actuelle. Cependant, en 1758, M. Keane Fitz - Gerald a donné , dans les. Transactions philosophiques ^ un procédé pour= changer le mouvement alternatif de la machine de Newcomen en mouvement de rotation continu j par une combinaison de roues dentées et, de pignons , la première roue dentée étant fixée au grand levier. Mais Watt est le premier qui ait exécuté une transformation de ce genre, et il l'a fait d'une manière beaucoup plus avantageuse. Le principal inconvénient de la machine de Newcomen tient à la dépense considérable de combustible. Une semblable machine, dont le cylindre aurait i"*^'*,!*! de diamètre et qu'on emploierait jour et nuit , consommerait environ 4-65 1.200 kilogrammes de bon charbon durant l'année. Si l'on veut épuiser les eaux des mines de charbon , comme on est maître d'employer , pour combustible , des débris de charbon à peine susceptibles d'être vendus, ces machines rendent alors d'utiles ser*. vices. On peut les employer aussi pour d'autres mines, et pour fournir les eaux nécessaires à de vastes et riches cités, ainsi que pour quelques autres objets ; en un mot , toutes les

TREIZIÈME LEÇOX. SqQ

fois qu il est permis de £iirc une grande dépense de combustible , afin d atteindre un but déterminé. Mais, dans la plupart des cas^ cette grande dépense de combustible empêche qu on puisse employer de telles machines.

L^iyrsque le docteur Black eut découvert l'énorme quantité de chaleur latente absorbée par Teau pour se transformer en vapeur, on put profiter de cette découverte afin de donner à la machine de Newcomen un nouveau degré de perfection y ou plutôt afin d'en faire une machine tout-à-fait nouvelle. Tel est le service immense que James Watt rendit aux sciences et à l'industrie. Black a reconnu par l'expérience que la quantité de vapeur produite par une chaleur supérieure à celle de l'ébullition , est toujours proportionnelle à la surface du vase exposée immédiatement au feu; soit qu^on laisse la vapeur se dissiper à mesure qu'elle se produit , soit qu'on laisse la chaleur s'accumuler dans l'eau, et qu'on ouvre ensuite le vase pour laisser échapper la vapeur.

Il résulte de ces faits , qu'il n'est pas possible d'épargner la quantité de chaleur nécessaire pour réduire de l'eau en vapeur; mais qu'on peut économiser la chaleur , de manière à empêcher qu'il s'en perde beaucoup. C'est ce que fit James Watt. Il remarqua d'abord réchauffement presque immédiat du cylindre

400 DYNAMJE.

de la machine de Newcomen , et le refroidissement qu ou doit faire éprouver à ce cylindre ; ce qui produit une perte de chaleur sans aocua avantage réel. Cette remarque le conduisit à produire hors du cylindre la condensation àt la vapeur : voilà le grand , l'essentiel pei4|||ionnement qu'on doit à Watt.

Nous avons donné dans la pi. YIII , la projection horizontale et verticale d'une chaudière k vapeur, d'après le système de Watt. La fig. i représente lelévation longitudinale de la chaudière vue extérieurement. La fig. 2 représente l'élévation de cette chaudière, dans un sens perpendiculaire à celui de la fig. f , et regardée du côté du foyer. La fig. 3 représente la projection horizontale du foyer et de l'emplacement; de la chaudière. Nous allons donner quelques détails de construction.

Le foyer F se compose d'une suite de barres parallèles , plus épaisses vers le milieu que vers leurs extrémités , et laissant entr'elles des jours suffisants pour le passage de l'air. L'espace D, qui reste vide, est le cendrier que couvre la ^lle G. C, chaudière , qui peut être construite eu feuilles de fer ou de cuivre , réunies au moyen de rivets indiqués dans la figure. Cette chaudière a la forme d'un cylindre dont les arêtes sont horizontales et dont les bases sont verti* cales. Le contour d'une des bases, ainsi qûon

TREIZIÈME LEÇON. 40l

le voit dans la fig. a, est convexe et demi- circulaire en dessus ; il est concave des deux côtés comme eh dessous. On remarquera , dans la partie supérieure de cette chaudière , une ouverture T , qu'on appelle le trou de Vhomme ; elle sert pour introduire dans la chaudière l'ouvrier qu'on charge de la nettoyer ou de la réparer. Cette ouverture devant être réduite au plus petit espace possible ^ sa grandeur reste la même , quelle que soit la capacité de la chaudière.

Dans les fîg. t et a , / représente le tuyau qui sert pour conduire la vapeur dans le cylindre de la machine. La soupape de sûreté est représentée en S. On peut voir une soupape de ce genre y dessinée, pi. XII, fig. «, f. Enfin, A, fig. 1 et a , représente le tuyau alimentaire par lequel l'eau est fournie à la chaudière. La fig. 4 offire une coupe détaillée de ce tuyau. Nous expliquerons bientôt le méchanistbe qu'on y adapte.

Il est &ciie de voir, à l'inspection des fig. i et 2 , la marche que suit la chaleur, lorsqu'elle se dégage du foyer F. Une partie circule sous la chaudière et vient à l'extrémité £ ; elle peut ^ en même temps , de là , ' passer le long des cotés, en E', E'/fig. 2, et venir en E'', fig. i. Ainsi la chaudière se trouve échauffée, nonaeulement dans sa partie inférieure , mais dans toute l'étendue de ses quatre côtés verticaux; Après avoir circulé de la sorte , la flauiiâe

T. 111. — Dthaii. 5i

403 DYNAMIE.

et la fumée arrivent dans le conduit I, fig« 3^ puis dans la cheminée , dont la projection horizontale est représentée par R, fig. 3.

Décrivons ^ maintenant , lappareil alimentaire de la fig. 4« C représente une section Êiite verticalement dans le sens de la longueur de ia chaudière. A représente , ainsi que nous ravons déjà dit, le tuyau alimentaire ; il plonge , par son extrémité inférieure , dans l'eau de la chaudière ; à son extrémité. supérieure, il porte un petit réservoir R , qui communique avec le tuyau par une ouverture que ferme un tampon. Ce tampon porte une tige t , attachée au levier LL' , auquel est suspendu , par la tige /^, un flotteur F qui nage sur l'eau de la chaudière. Ce flotteur monte et descend avec le niveau de l'eau contenue dans la chaudière. Quand l'eau monte, elle fait monter aussi le bras V et baisser le bras L du levier LL'; la tige t descend et finit par fermer , avec le tampon fixé à cette tige , l'ouverture du tuyau alimentaire. Au contraire , quand l'eau contenu dans la chaudière s'abaisse , le flotteur descen de plus en plus, le bras V du levier s'abaisse le bras L s'élève et en même temps la tige i av le petit tampon : ce qui permet à l'eau alimenta de descendre du réservoir dans la chaudic Par ce moyen, l'on empêche que la chaud:' n'ait jamais ni trop ni trop peu d'eau pou service de la machine à vapeur*

TREIZIÈME LEÇOir. 4^3

Un autre flottent/*^ placé dans le tuyau alimentaire A , est suspendu par une chaîne SSS. Cette chaîne' traverse le réservoir en passant dans un conduit métallique vertical, et fait retour sur deux poulies P,?', pour aller se rattacher au reg^tre du fourneau. Quand la vapeur devient trop condensée , l'eau du tuyau A étant poussée par une force considérable , le flotteur^ monte avec cette eau, et le regitte du fourneau se. ferme proportionnellement à Félévation dû* flotteur. On diminue de la sorte Factivite de la combustion et, par suite, la tension de la vapeur dans la chaudière.

Là fig. 5 représente un flotteur F ; le levier LL' porte un indicateur I , lequel peut courir sûr un arc gradué HB : cette graduation sert à faire connaître la hauteur précise de l'eau dans la chaudière.

Après avoir 'décrit la manière dont la vapeur est produite, expliquons le jeu de la machine de Watt , dans le système le plus facilç : celui qu'on appelle à simple effet. Nous expliquerons ensuite le jeu dit à double effet.

Xoi machine de Watt à simple effet , comme Test celle de Newcomen , en diffère en ce que la vapeur agit constamment , soit pour faire monter, soit pour faire descendre le piston; au lieu qiie , dans la machine de Newcomen , la vapeur n'agit que pour Êiire monter ie piston.