LEÇON. I IÔ

et dont nous avons parlé dans Ta dernière leçon, est celle qui fut par la suite .appelée Machine à Vapeur à simple effet. Nous allons déçrire l'appareil fonctionnant de cette machine, • • „ •

Le cylindre est représenté en C (Jig. 12).

Le piston P s'y meut à frottement. Il est ' fermé au sommet ; et la tige du piston , qui est tournée et ajustée avec beaucoup d’exactitude , passe par un collier B également ajusté à frottement , et fermant herméti- - quement pour ne pas laisser de passage à • la vapeur ; ce collier est muni d’une boîte à étoupes, et on le tient constamment couvert de suif ou de cire fondue. Par un entonnoir fixédansla partie haute du cylindre, on laisse tomber de la graisse fondue sur le piston , de manière à. 1 empêcher de laisser une issue à la vapeur. Deux boîtes A A , qui contiennent les soupapes pour l’intromission et l’extraction de la vapeur , et réunies par un tube de communication T, sont attachées au cylindre ; oii décrira tout à l’heure l'effet de ces soupapes. Au-dessous du cylindre , qui est placé dans une bâche pleine d’eau froide , il y a un vais-r seau cylindrique fermé D , appelé condenseur, qui communique avec le cylindre au moyen d’un tube T qui s’étend jusqu’à U

IlG CINQUIEME

boite à soupape inférieure A. Sur le coté de ce cohdenseur est inséré un tube dont l’extrémité est percée de trous semblables à' la 'pomme d’un arrosoir , et un robinet E est placé à l’extérieur . de la . bâche à l’eau * froide ; c’est par ce robinet , quand il est ouvert , que l’eau passe et s’élève en un jet sur l’intérieur. . •

Le tube S qûi conduit la vapeur fournie par la chaudière , entre par le sommet de la boîte à soupape en F. Immédiatement au-dessous de lui est placée une soupape G qui s’ouvre et se ferme au moyen d’un levier ou tige G'. dette soupape , quand elle est ouverte, admet la vapeur au haut du piston , ainsi que dans- lé tube T qui communique d’uiie des deux boîtes à soupape à l’autre ; et quand elle est fermée , l’entrée de la vapeur se trouve interrompue.

Il y a deux soupapes dans la boîte inférieure , l’une II à son sommet , est soumise au levier *H' et l’autre I, du fopd , reçoit l’action du levier I. La soupape H , quand elle est ouverte , livre un passage à la vapeur du cylindre au-dessus du pis— ton > par le tube T , au cylindre au-dessous du piston, la soupape I étant dans ce Cas supposée fermée. Cette soupape I , quand elfe. est ouverte (la soupape H étant

Digitize

. LEÇOli. II7

fermée.) , laisse passer la vapeur de dessous le cylindre , au travers de T' , jusqu’au condenseur. Cette vapeur entrant dans le condenseur , rencontre le jet auquel la soupape E permet de faire son effet, et elle est condensée. • - v

La soupape G s’appelle la soupape à vapeur supérieure ; H est la soupape à vapeur inférieure j I est la soupape (V épuisement ; et E est la soupape de condensation.

'Voyons maintenant comment ces soupapes doivent fonctionner pour effectuer l’ascension et la descente alternatives du piston.

En premier lieu, il est nécessaire que tout l’air qui remplit le cylindre , les tubes ,et le condenseur , soit expulsé. 'Pour y parvenir, il ne faut qu’ouvrir à la fois les soupapes G , H et L La vapeur s’élançant alors de F par'la soupape G, passera dans’ la partie haute du cylindre' , et par le tube T jet la soupape H , dans la partie inférieure , ainsi que par la soupape I dans le condenseur. Après que la vapeur aura cessé d’être condensée par la fraîcheur de l’appareil*, elle sortira , mêlée avec de l’air ,, par la soupape M qui s’ouvre en dehors ; et cela continuera jusqu’à ce que tout l’air soit expulsé, et que l’appareil se trouve rempli de pure

, l8 CINQUIEME

vapeur. Supposez ensuite que toutes les soupapes soient de nouveau fermées. Le cylindre , tant au-dessus qu’au-dessous du piston, est rempli de vapeur , et la vipeur qui remplissait le condenseur étant refroidie par la surface froide , il s’est produit un vacuum dans ce vaisseau.

L’appareil étant dans cet état, ouvrez la soupape «à vapeur supérieure G , la soupape cPépuisemènt I , et la soupape de condensation E. La vapeur se trouvera de cette manière introduite par G, et pressera sur le haut du piston ; et cette vapeur ne pourra circuler jusque dans la partie inferieure, «i •cause de la fermeture de la soupape à vapeur inférieure H. De la même manière, la vapeur qui remplissait le cylindre audessous du piston s’élance par la soupape d’épuisement I dans le condenseur , où elle rencontre le jet qui joue par la soupape de condensation E qui est ouverte. Cette vapeur est ainsi condensée subitement, et elle laisse un vacuum dans le cylindre audessous du piston. Le piston est presse dans ce vacuum , Sans résistance, par la vapeur qui pénètre en G. Quand le piston a ainsi été 'poussé jusqu’au fond du cylindre , fermez les trois soupapes G , I et E qui auparavant étaient ouvertes, et ouvrez la sou-

tïÇON* 1 1 Q

pape à vapeur inférieure H. 11 est facile de prévoir l’effet de ce changement. En fermant la soupape à vapeur supérieure G, toute nouvelle introduction de vapeur est arrêtée. En fermant la soupape d’épuise— ment I* toute transmission de vapeur du cylindre au condenseur l'est également. Ainsi la vapeur qui est dans le cylindre, dans les boîtes à soupapes , et dans les tubes , s’y trouve renfermée ; il ne s’y en intro-* duit plus ni ne s’en échappe. En fermant la soupape de condensation E , l’effet du jet dans le condenseur est suspendu.

Avant l'ouverture de la soupape H, la vapeur contenue dans l'appareil, était bornée à la partie du cylindre 'supérieure au piston , au tube T et à la boîte à soupape A. mais en ouvrant cette soupape , il est permis à la vapeur de circuler au-dessus et au-dessous uu piston ; et de fait, dans toutes les parties comprises entre la soupape à vapeur supérieure G, et la soupape d’épuisement I , la même vapeur circulant des deux côtés, le piston se trouve ainsi également pressé de bas en haut , et de haut en bas.

Dans ce cas , il n’y a pas de force qui tende à retenir le piston au fond du eylin-r clrc, excepté son propre poids. Son aseen-

sion a lieu île la même manière que l’ascension du piston dans la machine atmosphérique. La tige du piston est combinée par des chaînes G , avec l’extrémité courbe du balancier; et le poids de la tige de pompe R , ou de tout - autre contre-

Ï ioids, agissant sur les chaînes suspendues à 'autre extrémité du balancier, ramène le piston au haut du cylindre.

Quand le piston est arrivé au haut du cylindre , supposons que les trois soupapes G, I et.E soient de nouveau ouvertes, et H fermée. La vapeur passera du tuyau à vapeur F , par la soupape à vapeur supérieure G , dans le haut du piston , et en même tems la vapeur qui remplissait le cylindre , en dessous du piston , est évacuée par la soupape d’épuisement I , alors ouverte, dans le condenseur, où elle est condensée par le jet d’eau froide qui vient y jouer en passant par la soupape de condensation E. La pression de la vapeur audessus du piston l’eiifonce alors sans éprouver de résistance, dans le vacuum qui existe au-dessous de lui , et l’opération continue ainsi. •

Il faut se rappeler que, des quatre soupapes nécessaires pour faire agir le piston , il faut en ouvrir trois au moment où le

piston atteint au haut (lu cylindre, et que la quatrième doit être fermee ; et que lorsque le piston arrive au fond du cylindre , il y en a trois à fermer, et une quatrième à ouvrir. Les trois soupapes qui s’ouvrent ainsi ou se ferment à-la-fois, sont, la soupape à vapeur supérieure , la soupape d’épuisement, et la soupape de condensation. La soupape à vapeur inférieure doit s’ouvrir au même instant que celles-ci se ferment , et vice versa,. Nous décrirons par là suite le mode de fonctionnement de ces soupapes.

L’opération qui vient d’être décrite , si on la continuait pendant l’intervalle d’un .

nombre considérable de réciprocations du * piston , serait accompagnée de deux effets très-faciles à prévoir, et qui retarderaient et finiraient même par détruire l’action de la Machine. D’abord, l'eau de condensation , et la vapeur condensée se rasscm- ' bleràientdans le condenseur D, et le rempliraient ; et , secondement, l’eau de la*bâchc dans laquelle est placé le condenseur, s'échaufferait par degrés , au point que le jet introduit ne pourrait plus condenser la vapeur. On se rappellera en outre que l’eau bout dans le vide, à une très— basse température [1 7] ; et , par conséquent , l'eau chaude rassemblée au fond du condenseur.

Digiti

122 CINQUIEME v

I >roduirait-de la vapeur qui , s* élevant dans e cylindre par la soupape d’injection , s’opposerait à la descente du piston, et contre-balancerait les effets de la vapeur au-dessus. Un autre désavantage résulte encore de la présence de l’air ou d’autres fluides élastiques perfnanens, qvii pénètrent avec le jet , en combinaison avec, l’eau, et qui se. dégagent par un effet de leur propre élasticité , dans le vide produit dans le condenseur.

Pour remédier à ces inconvéniens , on a placé une pompe près du condenseur , et communiquant avecjlui par unevalvule M, * qui ouvre du condenseur dans la pompe.

Dans èette pompe, est placé un piston qui se meut à frottement,, et dans lequel il y a une soupape N qui ouvre de bas en haut. Supposons maintenant que le piston soit au -fond de la pompe. Quand il monte, puisquè la soupape dont il est muni ouvre <\&bas en haut , il ne peiit pa %.descèn—. dre de l’air par cette soupape , et par conséquent, le piston laisse au-dessous de lui un vacuum* L’eau et l’air qui peuvent être rassemblés dans le condenseur, ouvrent la soupape M, et passent dans la partie inférieure de la pompe , d’où ils ne peuvent pas revenir,, puisque la spupapc-M ouvre

LKÇOÎf. 1^3 .

de dedans en dehors. Quand le piston de ia pompe descend , les fluides qui occupent la partie basse de la pompe, forcent la soupape du piston N à s’ouvrir , et passa nt par cette soupape, ils gagnent le dessus du piston , d’où ils ne peuvent pas revenir à cause de la soupape N. Lors de l’ascension suivante, le piston soulève ces fluides jusqu’au haut de la pompe, d’où ils s’écoulent par un conduit dans une petite bâche B , au moyen d’une valvule K , qui ouvre de dedans en dehors. L’eau qui est ainsi rassemblée en B, est échauffée par la vapeur condensée , et on la conserve en B , qui prend le nom de réservoir à l’eati chaude , pour l’alimentation de la chaudière , ce qui s’effectue par les moyens que nous allons expliquer. La pompe qui extrait ainsi l’eau chaude et l’air du condenseur , . s’appelle la Pompe à Air.

[48] Nous n’avons pas encore expliqué la manière dont les soupapes et le piston de la pompe à air fonctionnent. La tige Q dudernier, est combinée avec le balancier, et par conséquent la pompe est mise en mouvement par la machine elle-même. Il n’importe pas beaucoup à quel bras du balancier elle soit attachée. Si elle l’est du même côté que le cylindre, à partir du

centre du balancier , elle s’élève et retombe avec le piston à vapeur; mais si c’est du côté opposé , le piston de pompe s’élève , quand le piston à vapeur descend , et vice versa. Dans la machine simple , cette dernière disposition offre quelques avantages:

à mesure que le piston à vapeur descend , la vapeur s’élance dans le condenseur, et le jet fait son jeu, et c’est par conséquent le moment le plus favorable pour retirer l’eau et la vapeur condensée du condenseur, au moyen de l’ascension du piston de pompe , puisque, par ce moyen , la descente dû piston à vapeur est aidée, effet qui n’aurait pas lieu si le piston à vapeur et le piston de pompe descendaient à la fois l’un et l’autre.

Pour ce qui est du mode d’ouverture et de fermeture des soupapes , il est évident que les trois valvules qui sont simultanément ouvertes et fermées, peuvent être combinées de manière à être mises en mouvement par le même levier. Ce levier peut être attaché par une cheville fixée sur la tige Q de la pompe à air , en sorte que , lorsque les pistons sont arrivés au haut des cylindres , la cheville frappe le levier et ouvre les trois soupapes. On a ménagé une détente destinée à les tenir ouvertes

LEÇON. I r 25 .

pendant la descente du piston , et elles s'en dégagent lorsque le piston est arrivé au fond du cylindre , et se ferment par leurs propres poids.

G est exactement de la même manière, que la soupape à vapeur inférieure s’ouvre à l’arr i vee dii piston au foad du cyl indre , et qu’el le se ferme quand il a atteint au haut. Tout cela se .fait au moyen d’une cheville placée sur la tige du piston de la pompe à air.

[49] Peu de tems après l’invention de ces machines , Watt s’aperçut que , dans de certains cas, il y avait un inconvénient • au mouvement trop rapide du piston à vapeur , vers la fin de sa course , ce qui était dû à ce qu’il était sous l’influence de ce qu’on appelle un mouvement accéléré , occasioné par l’action uniforme de la pression de la vapeur. Car en mettant daûs le premier moment le piston en mouvement dans le haut du cylindre , ce mouvement était comparativement lent , mais par l'effet de la continuité de la' mèmè pression , la • vélocité avec laquelle le piston descendait , allait toujours en croissant , jusqu’au mo— . ment où il atteignait au fond du cylindre ; et a ce dernier instant il avait acquis sa plus grande vélocité. Pour empêcher cet effet , et pour rendre la descente uniforme autant

que possible , il a été proposé d’interrompre l’entrée de la vapeur avant que la descente ne fût achevée , en sorte que le reste pût être effectué simplement par l’expansion de la vapeur introduite dans le cylindre. Pour accomplir ceci , Watt imagina , à l’aide d’une cheville fixée sur la tige de la pompe «à air, de fermer la soupape à vapeur supérieure, quand le piston à vapeur aurait complété le tiers de sa descente totàle, et de la tenir fermée pendant le restant de la descente , et jusqu’à ce que le piston eût de nouveau gagné le haut du cylindre. Au moyen de cet arrangement , la vapeur pressait le piston avec toute sa force pendant un tiers de la descente, et le «mettait ainsi en mouvement; pendant les deux autres tiers, la vapeur ainsi introduite agissait uniquement par sa force d’expansion, qui diminuait exactement dans le même rapport que l’espace qui lui était laissé par la descente du piston augmentait.

Ainsi pendant les deux derniers tiers de la descente , le piston est influencé par une force graduellement décroissante , et que , dans la pratiqué , on trouve suffisante pour donner au piston une vélocité uniforme.

Un autre avantage résultant de cette idée , indépendamment de l’uniformité

dans le mouvement, était l’économie dés, deur tiers du combustible ; cçr au lieu d’employer plein le cylindre dé vapeur, *' pdur chaque descente du piston , il suffisait du tiers de cette Capacité.

[50] Nous avons déjà parle de la difficulté occasionée par réchauffement de l’eau de la bâche, dans laquelle le condenseur et la pompera air sont placés , ce qui réndait imparfaite par conséquent la condensation. Pour y obvier, un tuyau de décharge est placé dans la bâche pour l’évacuation continuelle de l’eau , et une pompe I (appelée Ja pompe à eau froide ) est mise en mouvement par la machine elle— même , et fait monter de l’eau froide qu'elle. fait passer par un tuyau , en un filet constant qui tombe dans la bâche. Le tuyau de décharge , par lequel l’eau coule de la bâche , est placé près de son sommet , ' parce que l’eau échauffée étant plus légère que l’eau froide , se porte toujours dans le , haut ; à ce moyen l’eau chaude cdule continuellement , et u u filet d’eau froide est introduit pour la remplacer. La tige de • piston de la pompe q eau froide , est ordinairement attachée au balancier (par lequel elle est mise en mouvement ) sur le côté opposé à celui du cylindre*

Une autre pompe O ( appelée la pompe à eau chaude) entre clans ha bâche chaude B , et en en élevant l’eau , elle la fait passer par un tube dans la chaudière pour alimenter celle-ci. On décrira parla suite, d’une manière plus particulière, le moyen d’exécution. Partie de la chaleur qui sans cela serait perdue , se trouve ainsi restituée à la chaudière pour aider à la production de nouvelle vapeur. Nous pouvons considérer une portion de la chaleur comme circulant continuellement dans la machine.

Elle sort de la chaudière à l’état de vapeur , fait agir le piston , passe dans le condenseur, et est rendue à l'état d'eau chaude ; delà elle passe dans la bâche à l’eau chaude, d’où elle est pompée et rameqée dans la chaudière , pour être de nouveau convertie en vapeur , et de cette manière la circulation n’eSt jamais interrompue.

[ 81 ] D’après ce qui a été décrit , on peut voir qu’il y a quatre pistons attachés au balancier principal et mis en mouvement par le piston du cylindre à vapeur. Du même côté du cylindre , à partir du centre , est la tige du piston de la pompe à air,«t sur le côté opposé se trouvent les tiges de piston de la pompe à l’eau chaude et de la pompe à eau froide , et enfin , à l’extrémité

LEÇON . 1 2g

du balancier opposée à celle où fonctionne le piston à vapeur, est le piston de la pompe qui doit être mis en mouvement par la machine. a'

[52] La position de ces tiges de piston j relativement au centre du balancier, dépend du jeu qu’il est nécessaire de donner au piston. Si ce jeu doit être court , la tige sera attachée au balancier près de son centre , et s’il doit être plus long , l’attache aura lieu sur un point pins éloigné du centre du balancier. Le cylindre de la pompe à air est ordinairement de moitié de la longueur du cylindre à vapeur, et sa tige de piston est attachée au balancièr exactement sur le milieu du prolongement entre l’extrémité et le centre. La pompe A •eau chaude ne devant pas élever une quantité considérable d’eau, son piston n’exige que peu de jeu , et par conséquent elle est placée près du centre du balancier, et la tige du piston de la pompe à eau froide est placée plus loin du centre,

[53] Il paraît que ce fut vers l’année i 763, que Watt imagina ces perfcctionnemens de la machine à vapeur , et en construisit un modèle qui remplit tout ce qu’il en attendait. Soit par défaut de moyens ou par

crainte des préjugés et des oppositions, il

l30 ' CINQUIEME. . ,

ne fit pas connaître sa découverte, ni ne ténta à celte époque de s’en assurer la propriété par un brevet. Ayant embrassé la profession d’arpenteur, ses travaux le mirent en relation avec le docteur Roebuck, qui , à celte époque, se trouvait intéressé pour • beaucoup dans des spéculations sur les mines, avait à sa disposition des capitaux, et était douéd’un caractère entreprenant. Aidé de la protection etdcrinfluence de Roebuck, Watt construisit une machine sur la propriété du duc de Hamilton , «à Rinneil près de Burrowstoness. Cette machine n’étant qu’une espèce de machine d’èssai , reçut de tems à autre les améliorations indiquées par les circonstances , et atteignit enfin à un grand degré de perfectionnement. Pendant qu’on la construisait, Watt, de concert avec Roebuck, fit la demande d’un brevet et l’obtint. Cette patente a été enregistrée en 1769, six ans après que Watt eut inventé la machine perfectionnée.

Watt se préparait alors à exploiter son . Jjrevet sur une grande échelle de fabrication , quand son associé Roebuck éprouva une perte considérable par le mauvais succès d une spéculation sur les mines à laquelle il avait pris part, et se trouva tellement embarrassé qu’il ne put plus fôurnir aux

avances d’argent nécessaires pour mettre à exécution les desseins de Watt. De nouveau frustré dans son espoir’, et fatigué par les difficultés qu’il avait à surmonter, ' Watt était sur le point de renoncer à ses plans, quand M. Mathews Bolton, qui avait établi peu de tems auparavant une manufacture à Birmingham , fit des propositions pour l’acquisition de l’intérêt de Roebuck dans le brevet. Il y réussit, et en 1775 ,

Watt contracta une société avec Bolton.

Sa situation se trouva alors complètement changée. Bolton était non-seulement un grand capitaliste, mais il exerçait encore \ par sa personne une grande influence , et était par goût disposé aux entreprises grandes et difficiles, qu’il poursuivait avec une ardeur et une intelligence rare. « M. Watt, dit Playfair , était studieux et réservé , se tenant à l’écart du monde, tandis que M. Bolton était plein d’adresse, se plaisait beaucoup dans la société , étaitactif et se faufilant parmi les gens de tous les ran^s avec beaucoup de liberté , et sans cérémonie. Si M. Watt avait passé en revue toute l’Europe , il est probable qu’il n’eût pas pu rencontrer personne de plus propre à faire connaître son invention au public, , d’une manière digne de son mérite et de , '

l3s CISOUIÈME.

son importance ; et malgré l’entière opposition dans leurs habitudes , il se trouva fort heureusement que jamais deux hommes ne se sont mieux accordés dans toutes leurs V relations mutuelles.

Le retard oceasioné dans la manufacture des machines par la déconfiture de Roebuck fût tel , que Walt avait été prêt à voir expirer son brevet d’invention avant de pouvoir être remboursé même des avances nécessitées par les divers arrangemens relatifs à la manufacture. En conséquence , de l’avis de Bolton , Roebuck et autres amis, et par leur protection, il fit en 1775 une pétition au Parlement à l’effet d’une extension de privilège, ce qui lui fut accordé pour vingt— cinq ans a dater du jour de sa demande; en sorte que le brevet ne dut plus expirer qu’en 1800.

On construisit alors une machine à Soho ( nom de la manufacture de Bolton), comme modèle livré «à l’examen des spéculateurs dans les mines, et les machines commentèrent alors à être demandées. Le modfe de paiement adopté par Watt , et qu’il réclamait de ceux qui feraient usage de ses machines, est remarquable à cause de ce qu’il a d’ingénieux, en même tems qu’il fait preuve de loyauté et de générosité. Walt

exigea qu’un tiers de l’écouomie qu’on se procurerait sur le charbon par l’emploi de ses machines comparées à la machine atmosphérique jusqu’alors exclusivement en usage , lui serait payé , abandonnant le bénéfice des deux autres tiers au public. Des expériences exactes furent faites pour déterminer le quant uurn de cette économie sur le charbon : et comme ce quantum dépendait, pour chaque machine, de la longueur du teins pendant lequel elle fonctionnait, ou plutôt du nombre des coups de piston , Watt imagina une méthode très-ingénieuse de déterminer cette condition. Les vibrations du balancier principal devaient se communiquer à un train de rouage analogue à celui qui communiqué du pendule aux rouages d’une horloge. Chacune des vibrations du balancier faisait mouvoir une dent d’une petite roue , et le mouvement était communiqué à une aiguille ou index , qui se mouvait sur une espèce de plaque graduée semblable au cadran d’une ^ horloge. La position de cette aiguille indiquait par conséquent le nombre des vibrations du balancier. Cet appareil appelé compteur , était enfermé sous deux clés différentes, dont l’une restaitentre les mains du propriétaire, et l’autre était à la disposition de Boltonet

"Vapeur. 8

ï 34 CINQUIEME

•Watt ', dont les agens faisaient périodiquement une tournée pour examiner les machines; et à cette époque les compteurs * étaient ouverts en présence des deux parties et examinés : le nombre de vibrations du balancier était déterminé, et la valeur du tiers consenti pour usage du brevet en résultait. (*)

Malgré la supériorité manifeste de cës machines sur les machines atmosphériques , telle était cependant la force du préjugé et la défiance pour tout ce qui est nouveau , que Watt trouva de grandes difficultés pour en faire généralement adopter l'usage. Les frais de premier établissement , comparativement plus grands, contribuèrent ainsi sans doute à en éloigner les spéculateurs ; car toutes les parties de ces machines exigeaient une exécution délicate et très— précise , qui ajoutait proportionnellement à la

(*) L’impoitrfbce de l’économie dans le combustible pourra être appréciée d’après ce qui suit : celle obtenue pour trois machines érigées à la miné déChacewaier, dans le Cornouailles , fut telle , que les propriétaires s’abonnèrent à a,'4oo livres sterling ( 60,000 fr.), pour valeur du tiers ; ce qui implique une économie totale de 7,200 livres sterhpg (180,000 fr. ).

dépense. Dans plusieurs circonstances , les fabricans , pour engager les propriétaires des anciennes mâckines atmosphériques à les remplacer par les nouvelles , se virent obligés de leur accorder un ''prix exorbitant de ces vieilles machines ; et même dans quelques cas ils se décidèrent à construire à leurs fraia des machines d’après une convention par laquelle on ne s’engageait envers eux au paiement que dans le cas où les machines répondraient aux avantages promis. On a su depuis que Bolton et Watt ont dépensé une somme de près de 50,000 liv. sterling. ( l ( ,250,000fr. j avant de rien recueillir. Quand nous jetons les yeux sur les avantages immenses qui sont résultés de ces perfectionnemens pour les intérêts commerciaux du

pays

nous ne

pouvons nous défendre du dégoût pour l’in-' fluence du fatal préjugé qui s’oppose sans cesse an progrès des améliorations, sous prétexte de résistera l’esprit d’innovation. • Ce serait un problème arithmétique trèscurieux à résoudre, que de savoir tout ce qui aurait été perdu pour le pays , si , par malheur , le génie d’un homme comme Watt n’avait pas été secouru par la hardiesse, le courage et les capitaux d’un homme comme Bolton ! Le résultat de' ce

l by Go

calcul ne ferait pas honneur à ceux qui pensent que la nouv eauté seule est un titre suffisant à la réprobation. ' j •

vr LEÇON.

Défauts de la Machine à simple effet , appliquée aumouvement d'autres Machines.

■ — 'l'entatwes pour les corriger. — Par deux Machines simples. — Par la Machine à double effet. — Principe de celle-ci.

; — Mouvement parallèle. — Manivelle double. : — Roue appelée le Soleil et la

' Planète. — Roue ae Volant. — Régulateur.

■ [54] Dans la Machine atrhosphériqüe , et dans la Machine à vapeur perfectionnée de Watt , là puissance était de l’espèce appelée intérim ittente. Elle n’agissait que pendant la durée de lactescente du piston , et pendant l’ascension son action était sus— pendue.,* En outré, tes poids ou contrepoids qui soulevaient 1e piston dans son ascension , agissaient contre la puissance

LECOX .

pendant la descente ; et par conséquent , il n’y avait pas en réalité , de force épargnée par la suspension d’action de la pression de la vapeur pendant l’ascension, puisqu’une augmentation proportionnelle dans la pression avait lieu pendant la descente. En outre , la puissance étant intermittente par sa nature, n’agissait que dans une direction. Si la Machine a vapeur ne devait être appliquée qu’au jeu des pompes , ce lie seraient pas là des défauts , puisqu’une force intermittente, agissant tou jours dans la meme direction , est tout ce qu’on recherche dans ce cas. Mais si l’on a en vue une application plus étendue' des forces ds cette Machine , ces défauts deviennent des obstacles très-sérieux. Pour mettre en mouvement toute espece de Machines , il est nécessaire d’employer une force constante et uniforme , et, par conséquent, la suspension delà puissance pendant l’ascension du pj|ton serait une condition incompatible.

Watt se proposa d’abord de remédier à ce défaut, en plaçant un cylindre sous chaque bras du balancier , en sorte que lorsqu’un piston monterait , l’autre descendrait* De cette manière, la puissance agirait sur chacun d’eux, exactement au

moment où son action sur l’autre se trouverait suspendue , et l’on se procurerait ^uniformité, en faisant communiquer l’tm et l’autre cylindre avec la même chaudière , de manière que la .vapeur qui agirait sur eux,, serait douée de la même • force.de pression. Ces deux cylindres pourraient aussi communiquer avec le même c<?ndeuseur ; en sorte que le même degré de condensation aurait lieu , et qu’un vacuum semblable se trouverait produit dans chaque cylindre i ce qui assurerait une égalité d’action.

[SS], Cet arrangement ne tarda cependant pas à être mis de côté , pour faire place avi cylindre unique, dans lequel la vapeur presse sur le piston de bas en haut , et de haut en bas. On y est facilement parvenu par des communications alternativement ouvertes éntre chacune des extrémités du cylindre, au moyen de soupapes, et entre la chaudière et le condenseur. De cette manière , quand le*piston est au haut du cylindre , Ja vapeur passe de la chaudière àu— dessus du piston , pendant que la vapeur qui est au-dessous de celui-ci , trouve une issue poyr s’écouler dans le condenseur ; et qua"nd le piston est au fond du cylindre, la ^vapeur est reçue de la- ch au—

LEÇON « ' l3c)

dière sous le piston , tandis que celle qui est au-dessus peut passer à son tour dans J le condenseur. Il se forme de cette manière , alternativement , un vacuum dans le cylindre , tantôt en dessus, et tantôt en dessous du piston., sur lequel presse la vapeur reçue de l’autre côté. Tel est le principe de ce qu’on appelle la Machine à tapeur à double effet , pour la •distinguer de celle dans laquelle , èomme il a été dit dans la dernière leçon , la vapeur agit seulement sur un des côtés du piston^ et où il n’y a de vacuum produit que du côté opposé. ' 4 #

Dans le cas du double effet , l’acte de la condensation doit être continuel dans le condenseur ; car pendant que le piston descend , la vapeur qui est en dessous se • trouve condensée , et quand il monte , la condensation a lieu pour la vapeur qui est au-dessus. Il faut donc que le jet soit constant dans le condenseur, et la quantité d’eau qui y est reçue est réglée par ùne soupape ajustée à un levier ou index qiii se meut sur un cercle gradué **et que le surveillant de la machine peut régler quand * , elle est mise en mouvement,

[56] Ce changement dans le mode d’action du premier moteur, entraîna la né.-

' 1/jO ■ ’ SIXIÈME

cessiléd’unchangementcorrespondantdans la manière de combiner la tige du piston avec le balancier. Dans la machine à simple effet, l’extrémité du balancier tirait en haut la tige du piston, et la , tige du piston tirait en bas l’extrémité du balancier. Dans un cas comme dans l’autre, par 'conséquent , une chaîne flexible , appliquée à l’extrémité courbe du balancier, transmettait la force. Mais dans la machine à double effet , il en est tout autrement ; pendant la descente , à la vérité , la tige du piston tire encore le balancier par bas ; mais, pendant l’ascension , le balancier ne tire plus par haut , la tige du piston ; il est poussé par elle. Or,, une chaîne flexible, qui peut offrir un moyen efficace de transmettre cette 'modification de la force qu’on appelle de traction , est incapable cependant de communiquer une force contraire Si 1 , dans une machine à double effet, on faisait usage de la chaîne, et de l’extrémité courbe ( qui n’a pas de contre— poids sur l’extrémité opposée du balancier pour le tirer on haut ) , il en résulterait que, dans l’ascension du piston, la chaîne mollirait , et que l’extrémité du balancier , au-dessus de la tige du piston , continuerait à rester abaissée,

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Il est donc indispensable que la pièce de connexion de la tige du piston avec l'extrémité du balancier ne soit pas flexible , mais roide , de manière à être capable de transmettre la force , et par traction et par poussée. Watt proposa d’abord d’effectuer ceci en faisant terminer la tige du piston en une crémaillère avec des dents , qui prendraient jeu sur des dents correspondantes, fixées sur l’extrémité courbe du balancier, comme on le voit en la figure 13.

[57] II’ y avait cependant des objections à faire à cette méthode , à cause de l’usure dont le mécanisme est susceptible , et qui le priverait de cette douceur dans le mouvement de la tige de piston qui est essentiellement nécessaire pour le maintien des conditions de la machine. Le problème qui se présentait à résoudre , était donc de convertir un mouvement rectiligne parfaitement doux de la tige du piston, en un mouvement circulaire à l’extrémité du balancier (*), et Je génie de Watt n’a jamais eu d’occasion de se manifester d’une ma—

(*) Techniquement: convertir un mouvement de rc'ciprncation rectiligne en un mouvement de réciprocation circulaire.

nière plus évidente que dans la solution du problème.

Il conçut l’idée de deux tiges droites À B C D {fig> 1 4 ) se mouvant sur des centres ou pivots A et C , de manière que les extrémités B et D décriraient des arcs de cercle avec A et D comme centres. Il conçut que les extrémités B etD de ces tiges se combineraient au moyen d'une troisième tige BP, unie aux premières par des pivots en B et D , sur lesquels elle pourrait librement tourner ; à ce système des figés ainsi combinées, soit communiqué un mouvement alternatif à l’entour des centres fixes À et C ; les points B et D se mouvront en arcs avec leurs centres en A et C respectivement ; mais, le point milieu P de la tige de combinaison B D se mouvra de bas en haut et de haut en bas en ligne droite (*).

(*) Dans un sens mathe'matique et rigoureux, fa voie du point P est une courbe d’un ordre su-

Î ie'rieur, mais pour le jeu qu’on lui laisse, dans ’applicatiôn qu’on en fait à la machine à vapeur, el|e ne de'ciit qu’une partie de son locus entier, et cette partie s’étendant e'galement de chaque côté d’un point d’inflexion , son rayon de courbure est infini, eu sorte que, dans la pratique, la déviation de la ligne droite, quand

La irtanière dont Watt a mis en pra tique l’application de ce principe mathématique , est aussi belle que l’idee elle-mêiqe était ingénieuse.

L’appareil est représenté sur le bras du balancier qui met en mouvement le piston ( fig . i5.) Le balancier se mouvant sur sou axe C, chaque point de ce bras se meut dans l’arc de cercle dont C est le centre.

Soit B le point de division du bras À C en deux parties égales , A B et B C ; et soit D E une tige droite égale en longueur à C B , et jouant sur le centre fixe ou pivot D. L’extrémité E de cette tige , est combinée au moyen d’une tringle droite E B avec, le point B , par des pivots en B et en E , sur lesquels la tige B E tourne librement. Si l’on suppose que le balancier se meuve ternativement sur son axe C , le point B sé mouvra haut et bas dans un arc circulaire, dont C est le centre , et en même tems le point E se mouvra dans un arc circulaire semblable à l’entour du point D comme centre. D’après ce que nous venons d’expliquer , le point milieu F de la tige B E se mouvra haut et bas en ligne droite.

on a conserve une juste proportion pour les liges, devient imperceptible.

Soit aussi une tige A G égale en longueur à B E , attachée à l’extrémité A du balancier par un pivot sur lequel elle se meuve librement ; et soit son extrémité G combinée avec E par une tige G E , égale en longueur à A B, et jouant sur des pivols en G et E. Le point G se mouvra en ligne droite et parallèlement à celle sur laquelle se meut F (*). La tige du piston à vapeur est attachée au point G , et celle de la pompe à air est attachée au point F, en sorte qu’elles se meuvent de cette manière en lignes droites parallèles , l’une ayant le double du mouvement de l’autre, parce qu’elle est à une double distance du centre C (**).

# (*) Les points C F et G sont e'viderament sur la même ligne droite , puisque

et ces dernières lignes sont parallèles. Admettant que C 'soit le pôle commun des loci des points F G, le rayon vecteur de l’un, sera toujours du double du rayon vecteur correspondant de l’autre j et par conséquent ces courbes sont semblables, placées similairement et parallèles. D’où, conformément à la dernière note, le point G doit se mouvoir sur une ligne qui ne diffère qu’imperceptiblement de la ligne droite. (**) il est nécessaire que les tiges ou tringles

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Cette belle invention porte le nom de mouvement parallèle , et nous olFre un exemple du résultat d’une analyse mathématique compliquée, mais instinctivement aperçue , et en apparence sans l’aide d’aucun enchaînement de raisôunemcns ’ebnséquens. Les personnes .dont l’admiration était à juste titre excitée par cette excellente invention , demandaient à Watt comment il fallait expliquer l’origine de sa découverte: il répondit qu’il n’en pouvait tracer la marche, que cette conception était venue saisir son imagination sans aucune recherche préalable, et* de manière que lui-même avait été. surpris de la perfection de l’action de la machine ; et que , lorsqu’il l’observa pour la première fois, il avait éprouvé ce sentiment agréable que fait naître ordinairement la nouveauté , quand on contemple les résultats de l’invention d’autrui.

Cette invention , et toutes les autres

qui c<^nposènt le mouvement parallèle conser- \ent entr’elles les projections que nous leur avons assigne'cs. 11 y a plusieurs proportions qui satisfont à cette condition , et que l’on connaîtra en recourant aux ouvrages qui traitent de * la construction de la machine à vapeur.

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dues à Watt*, semblent avoir été dépurés créations de son génie , très-peu aidé par les résultats de la pratique. Il ne paraît même pas qu’il ait ete un adroit operateur ; car jamais il-u’aida à la construction des premiers modèles de ses inventions. Sa maison d’habitation était à une lieue de la manufacture, à laquelle il n’allait jamais plus d’une fois par semaine , et où il ne s’arrêtait pas plus d’une. demi-heure.

[88] Une méthode parfaite ayant été ainsi obtenue pour transmettre le mouvement alternatif du piston au balancier , l’emploi d’un contre-poids pour soulever le piston , fut abandonné , et l’on fit osciller le balancieF exactement sur son centre. Ce qu’il y avait ensuite à obtenir , c’était de pouvoir adapter la force vibrante de l'extrémité fonctionnante du balantier , au mouvement des machines. Le mouvement le plus généralement utile pour cet objet est celui de rotation continue. Ce qu’il y a^ait à trouver était donc de «prûduije un mouvement circulaire continu, par le changement du mouvejneht circulaire alternatif de l’extrémité du balancier. D’abord Watt • proposa d’effectuer ceci par une manivelle , combinée avec l’extrémité fonctionnante

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du balancier à l’aide d’une tringle métallique.

Soit R le centre ou l’axe de la roue qui met en* mouvement une machine , et à laquelle la rotation doit être communiquée par le balancier C H : sur l’axe K , supposez un levier Kl, fixé de manière que, quand on fait tourner Kl à l’entour du centre K, la roue doit tourner avec. Soit une tringle de combinaison HI attachée aux points H et'I , et jouant librement sur des pivots ou joints. A mesure que l’çxtrémité H se meut de bas en haut , et de haut en bas, le levier Kl tourne à l’entour du centre K , de manière à imprimer un mouvement de rotation continue à la roue , qui fait une révolution sur ce centre. Les diverses positions que la tringle de combinaison et le levier Kl affectent dans les différentes périodes d’une révolution , sont représentées en la figure 16.

[S9] Ce fut là la première méthode qui vint à l’idee de Watt, pour se procurer un mouvement de rotation continue, au mojen du mouvement de vibration du balancier; et c’est encore la méthode universellement en usage aujourd’hui : cependant , un ouvrier- appartenant à la manufacture de M. Watt, et qui avait eu connaissance d’un

modèle de ce mouvement, communiqua la méthode à W- Washborough de Bristol, qui prit les devants. sur Watt, et obtint un brevet ; mais quoiqu’il fût au pouvoir de ce dernier d’en contester les droits, la crainte des embarras d’un procès lui fit prendre le parti d’y renoncer, et il imagina un autre m’oyen de produire le même effet , auquel il donna le nom de roue du soleil et de la planète , et dont il fit usage jusqu’à l’expiration du brevet de. Washborough. A cette époque il reprit la manivelle.

La roue dentée B (fig. 17) est fixée à l’extrémité de la tringle de combinaison , en sorte qu’elle ne tourne pas sur son axe.

Les dents de* cette roue engrènent dans celles d’une autre roue A, qui est celle à laquelle il s’agit de communiquer le mouvement de rotation ,*et que fait tourner la roue B qui se meut à l’entour d’elle , forcée par la tringle H I , qui reçoit l’impulsion du balancier. La roue A est appelée la roue du soleil , et B la roue de la planète , à cause d’une similitude avec le mouvement de ces corps.

Cette invention, quoique dans son ensemble inférieure à celle plus simple de\ la manivelle , ne laisse pas que d’offrir

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quelques avantages particuliers ; entre autres , elle imprime à la roue dite lè soleil, le double de la vélocité qui serait communiquée par la simple manivelle; car dans la manivelle simple , il ne se fait qu’une révolution dé Taxe par chaque révolution de la manivelle , tandis que dans la roue dite le soleil et la planète , il y a deux révolutions de la*roue dite le soleil, produites par une delà roue dite la planète ; en sorte qu’on obtient le double de la . vélocité du inêmemouvement du balancier. Ceci deviendra évident , si l’on considère que lorsque la roue dite la planète, estdan^sa position la plus élevée, sa dent la plus-inférieure se trouve engagée dans la dent lapins élevée de la roue dite le soleil; quand la roue de la planète passe de sa position la plus haute, ses dents entraînent celles de la roue dite le soleil devant elles ; quand elle arrive à sa position la plus basse, la dent la plus élevée de la roue dite la planète, est engagée dans la dent la plus inférieure de la roue dite le soleil ; mais alors la moitié de la roue dite le soleil , a entraîné la roue dite la planète , et par conséquent la dent qui était engagée avec elle dans sa plus haute position , doit maintenant en

être éloignée de moitié de la circonférence

de la roue. , .

Au surplus, quelque réflexion sur la nature de ce mouvement rendra ceci plus clair que. ne pourrait le faire aucune espèce de description. L’avantage de donner une vélocité accélérée peut s obtenir aussi par la manivelle simple, en plaçant des roues dentées sur son axe. Indépendamment d’une plus grande dépense occàsionée par la construction de la roue dite le soleil et la planète , l’inconvénient qu’elle a d’ètre sujette à se déranger , et l’usure rapide des dents, et d’autres # raisons encore, la rendent décidément inférieure à la manivelle , qui 1 a aujourd’hui universellement remplacée.

(60) Soit qu’on emploie la manivelle simple ou la roue dite le soleil et la plancte s il reste à surmonter une difficulté d’une espèce particulière , et qui est propre .à la continuité d’un mouvement de rotation. Il

y a deux positions dans lesquelles la machine ne peut communiquer aucun mouvement quelconque à la manivelle : c’est quand l’extrémite du balancier, l’axe de la manivelle, et le pivot qui joint la tringle de combinaison avec la manivelle, se trouvent sur une même ligne droite. Cela se conçoit facilement. Supposons que le balancier , la

LEÇOX. 1 5 I

tringle et la manivelle prennent la position représentée fig. 15. Si la vapeur presse sur le piston de haut en bas , le point H et la tringle de combinaison H I seront tirés directement de bas en haut. Mais il est évident que, dans cette situation de là tringle 11 I et du levier I K , la force qui tire le point I <bins la direction I K , ne peut avoir aucun effet quelconque pour faire tourner 1 K à l’entour du centre K , et ne fera simplement qu’exercer une pression sur l’axe ou les pivots de la roue.

Maintenant, supposons la manivelle et la tringle de combinaison dans la position H I K (Jtg. 16), et le piston se trouvant par conséquent au fond du cylindre. Si dans ce moriiènt la vapeur presse le piston de bas en haut , le pivot H et la tringle de combinaison H I seront pressés de haut en bas y et cette pression forcera la manivelle I K à se porter dans la direction I K. Il est évident qu’une telle force ne peut faire tourner la manivelle à l’entour du centre < K, et ne peut avoir d’autre effet que de presser sur l’axe ou les pivots dé la roue.

Il en résiilte que , dans ces deux positions , la machine ne peut faire tourner la manivelle. Qu’est -ce qui peut donc faire sortir dira— t-on , la machine du dilemme

mécanique dans lequel elle est placée deux fois dans le cours de chaque révolution , lorsqu’elle arrive aux positions dans lesquelles la manivelle échappe à l’influence de la puissance? Il existe dans les corps, quand une fois ils ont etc mis en mouvement, une tendance à continuer dans .le meme état jusqu’à ce qu ils soie^ arrêtes par quelque force contraire, et rest celte tendance qui entraîne la manivelle hors de ces deux situations critiques. La vélocité qui lui a été communiquée, pendant qu’elle 'a été sous l’influence de la lorce agissante du balancier, se conserve à un degre suf— fisantpour lui faire franchir le passage dans lequel cette force agissante 1 abandonne.

Quoique le mouvement de rotation qu’on a dessein de faire produire à la manivelle ne soit par conséquent pas absolument interrompu par cette circonstance , il devient néanmoins extrêmement irrégulier, puisque en passant par les deux positions ci-dessus décrites., et dans lesquelles la machine perd son influence sur la manivelle, le mouvement devient très-lent , et que dans les positions de la manivelle les plus éloignées de celle-ci , et quand la puissance du balancier est à son maximum , le mouvement est très— rapide. A mesure que la manivelle en

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ournant s’éloigne de chacune des positions 3ii la puissance exercéè sur elle par la ma- .-hine est la plus grande , et approche de 'elles où cette puissance devient absolument nulle , le mouvement diminue de plus în plus, <te manière que dausde fait la manivelle est entraînée par une force qui varie continuellement,- d’où résulte un mouvement irrégulier. Ceci s’entendra facilement >i 1 onjobserve les positions successives de la manivelle et de la tringle de combinaison , telles qu’elles sont représentées fig. 16.

Ce mouvement variable est particulièrement sujet à inconvénient quand la machine est employée pour donner l’impulsion a d’autres machines. Pour remédier à ce défaut , nous avons recours à la propriété dont jouissent les corps, et dont nous venons de parler , c’est- à-dire à la tendance qu’ils ont tous à conserver le mouvement qui leur est communiqué. On place sur l’axe de la manivelle {fig. i5) une grande roue métallique appelée roue de volant, que la manivelle lait tourner. L’effet de cette roue est d égaliser le mouvement communiqué par l’action du balancier sur la manivelle, cette action étant tout justement suffisante pour maintenir dans la roue de volant une .vélocité uniforme ; et la tendance de cette