Les nombres

16, 25, — sont dits les carrés des nombres 2, 3, 4, 5.

1 décimètre carré de surface qu'on doit brûler de fois par heure 4, 5, ou 6 k. de houille. De sorte que la section d'une cheminée de 20 mètres de hauteur devra être égale à -^ ou à 40 décimètres carrés, si le foyer doit consumer en une heure 180 kilogrammes de houille. Son diamètre intérieur, si elle est ronde, devra être égal à 0"*,71 ; si elle est carrée, le côté aura O^jôS.

Dans certaines circonstances, il faut modérer le tirage. On y parvient de la façon la plus simple, au moyen d'un registre ou valve mobile, qu'on voit dans les figures 23 et 24, et à l'aide duquel on diminue à volonté l'ouverture que la cheminée offre à la fumée et aux gaz de combustion.

Il n'y a pas jusqu'à la grille, à la forme et aux dimensions de ses barreaux, des interstices qu'ils laissent entre eux, qui ne soient des éléments de grande importance pour le bon fonctionnement d'un fourneau, pour l'activité du feu, et par suite pour la vaporisation de l'eau, dans son rapport avec . la dépense de combustible. Tout cela doit être calculé, disposé, agencé, à la fois d'après les données de la science et de l'expérience.

Je ne veux point ici, on le comprend, donner des formules, mais essayer seulement de faire saisir l'importance de ces petits détails dont aucun ne peut être négligé. Ainsi, la largeur et la longueur de la grille ne peuvent dépasser, la première, la largeur même de la chaudière, la seconde, une limite (au maximum 2 mètres) au delà de laquelle le travail du chauffeur deviendrait impossible.

Pour en finir avec le fourneau de la machine à vapeur, je dirai un mot, très-court, sur une ques-

lA CHAUDIÈRE OU LE GÉNÉRATEUR. 97

tion qui a fait un certain bruit dans Tindustrie. Je veux parler de la possibilité d'obtenir ce qu'on appelle un foyer fumivore. C'est une mauvaise expression que ce mot de fumivore, car jamais un foyer qui produit de la fumée ne s'en débarrasse, ne la détruit qu'en l'expulsant par la cheminée ou par la porte du foyer, ce qui, dans ce dernier cas, provient d'un tirage défectueux. La vraie question est celle-ci : installer un foyer dans lequel il ne se produise pas de fumée, ou, pour parler plus juste, dans lequel les gaz se dégageant du combustible soient brûlés le plus complètement possible. Quand le tirage ne fournit pas une quantité d'air assez abondante, les carbures d'hydrogène incomplètement brûlés s'échappent sous l'aspect d'une fumée noire et épaisse, très- désagréable, très-malpropre, mais dont les propriétaires de l'usine tiennent à se passer pour une raison plus positive, à savoir, parce que c'est le meilleur de la houille qui se perd ainsi sans avoir produit de chaleur.

Mais cet inconvénient grave du défaut de combustion peut se produire encore, alors môme qu'il n'y a pas de fumée. La houille, outre les carbures hydrogénés dont nous venons de parler et qui se décomposent les premiers, aussitôt que la combustion s'opère, renferme du carbone que l'oxygène transforme en oxyde de carbone, puis en acide carbonique, si le tirage fournit une quantité d'air suffisante. Si le tirage est mauvais, l'oxyde de carbone s'échappe sans avoir été brûlé complètement, et il peut y avoir perte considérable de chaleur, malgré l'absence de fumée.

Que résulte-t-il de là? C'est qu'un foyer dit /Wni-

vore n'est pas nécessairement économique. Il est fort possible, en activant le tirage par des dispositions convenables de la grille, qu'on évite la production de la fumée ; mais comme en même temps, le courant ascendant plus énergique entraine une plus grande quantité de gaz aune température encore élevée, la perte peut dépasser le gain.

Laissons donc les appareils imaginés dans le but d'obtenir des foyers fumivores. Le nombre de ces inventions souventingénieuses a été fort grand : aucun d'eux n'est adopté dans la pratique courante.

Revenons à notre chaudière.

J'ai montré quelle est la forme d'ensemble du corps principal et des bouilleurs. Ceux-ci sont remplis entièrement par Teau qui s'élève dans le corps de la chaudière jusqu'à une certaine hauteur. L'espace libre qui surmonte le niveau de l'eau est celui que remplit la vapeur, avant d'aller exercer son acfion sur les organes de la machine : on le nomme pour cette raison réservoir ou chambre de vapeu/r.

La chambre de vapeur doit avoir, avec la capacité de la chaudière, un rapport de grandeur qu'on fait ordinairement égal à un tiers dans la pratique. En d'autres termes, si le volume de l'eau est 8 ou 9, celui de la chambre est à peu près égal à 3, l'unité représentant, dans ce cas, la quantité d'eau consommée par heure, c'est-à-dire vaporisée. La raison du grand espace donné au réservoir vient de la nécessité de sécher le plui posiible la vapeur formée; celle^i entraîne presque toujours avec

elle des gouttelettes liquides dont il faut éviter l'introduction dans le cylindre: nous verrons bientôt pourquoi.

Quant à la proportion qu'on donne à la capacité totale de la chaudière, relativement à la quantité de vapeur qu'elle doit fournir en une heure, pendant le fonctionnement normal, elle est basée sur l'intérêt qu'il y a à ne point faire varier trop vite la température; c'est ce qui arriverait, si ralimentation périodique de la chaudière (laquelle se fait le plus souvent avec de l'eau froide) introduisait h la fois une trop grande quantité de liquide.

La force prodigieuse que récèle la vapeur d'eau portée à une haute température et dont les effets s'exercent tout d'abord sur les parois intérieures de la chaudière, exige de la part de celles-ci une puissance de résistance qu'on n'obtient point sans certaines conditions de forme, d'épaisseur, de qualité des matériaux employés.

La meilleure forme, au point de vue de la résistance, est la forme cylindrique, qu'on termine aux deux bases par des fonds de forme sphérique. La matière adoptée généralement est la tôle de fer de première qualité, boulonnée avec le plus grand soin et la plus grande solidité. Il paraît qu'on com^ mence à substituer l'acier au fer, mais dans certaines parties de la chaudière seulement: c'est avant tout une question de prix de revient.

Il y a quelques années, des ordonnances ofHoiçl» 1q8 réglaient las épaii^seurs des tôles d'après les proiiioas moyennes, évaluées en atmosphères, qua chaque chaudière était appelée à supporter. Àu«

jourd'huiy les prescriptions de ce genre sont abandonnées et remplacées par une épreuve officielle à laquelle chaque constructeur est tenu de soumettre ses appareils ; néanmoins, il est bon de connaître la règle en question, que les mécaniciens utilisent toujours , par mesure de prudence. La voici :

L'épaisseur était évaluée à 0"',003, auxquels on ajoutait le produit de l^^jS par le nombre d'atmosphères et par le diamètre de la chaudière, mesuré en nètres et fractions de mètre. Appliquons cette r- le à une chaudière de 1",20 de diamètre, destin à supporter une pression de 4 atmosphèrcb et demie. L'épaisseur de la tôle sera :

3a,m ^ imm^g ^ j 20 X 4,5, c'cst-à-dlrc 3"» -f- 9«m 72 ou en tout 12 millimètres 7 dixièmes.

Quand toutes ces conditions de fabrication sont remplies, peut-on du moins assurer qu'un générateur peut donner toute sécurité à l'usine où il est en fonction, et qu'une de ces explosions, dont trop souventon lit dans les journaux les effets lamentables, n'est point à craindre ? La réponse à cette question est dans les récits mêmes auxquels je fais ici allusion. Presque toutes les chaudières sont construites dans les conditions qu'on vient d'énumérer; toutes subissent l'épreuve officielle; et, cependant, il en est qui ne peuvent résister à la terrible force expansîve de la vapeur. Je reviendrai spécialement sur les causes de ces accidents.

Pour le moment, il s'agit d'achever la description et la revue des organes de notre chau-* dière.

Las appareUs de sûreté.

Indicateurs du niveau d*eau ; tube de cristal ; flotteurs d'alarme et flotteur magnétiques; indicateur à cadran. — Les soupapes de sûreté.

Nous avons supposé la chaudière convenablement remplie d'eau qui, chauflFée à la température nécessaire, fournit dans le réservoir une certaine quantité de vapeur possédant une pression qui varie seloïi les machines.

Cette vapeur va gagner, par un conduit, les organes du mouvement de la machine, ceux que nous étudierons incessamment. Là, elle travaille et se perd (nous dirons comment) ; de sorte que la chaudière doit incessamment fournir de la vapeur nouvelle. Pour cela, il faut remplir deux conditions : l'alimenter et la chauffer. On voit que les machines sont comme les bêtes ou les gens, qui ne travaillent qu'autant qu'on les nourrit.

Il faut renouveler le combustible, c'est l'affaire du chauffeur. Il faut renouveler l'eau, entretenir son niveau, c'est l'affaire d'une pompe qui emprunte son mouvement au mouvement même de la machine, et que nous aurons l'occasion de revoir en examinant le mécanisme de distribution. Il y a d'autres pompes ayant d'autres usages : celle-ci est la pompe d'alimentation.

Mais comment s'assurer qu'elle fonctionne bien? Il est d'une importance capitale que le niveau de l'eau ne s'abaisse point trop dans la chaudière, ni qu'il s'y élève au delà d'une certaine limite : dans les deux cas, on risque une des plus fréquentes causes d'explosion des machines. De là, les appa-

reils connus sous le nom générique d'indicateurs du niveau et qui méritent bien celui d'appareils de sûreté. On en emploie de plusieurs sortes et même simultanément.

Ainsi, vous voyez toujours adapté aux parois extérieures delà chaudière et bien en vue, un tube

Fig. 25. — Indicateur du niveau d*eau, à lube de cristal.

en verre de cristal qui communique par ses deux bouts avec l'intérieur de la chaudière. L'eau pénètre dans ce tube et y atteint, en vertu de la loi d'équilibre des liquides dans les vases communiquants, le même niveau que dans le générateur. Le verre du tube a besoin d'être bien propre et transparent; voilà pourquoi vous y voyez un dou-

ble système de robinets qui permettent d'interrompre la communication avec la chaudière et, pendant ce temps, de nettoyer le tube. Le chauflFeur doit avoir fréquemment Tœilsur cet appareil, aussi précieux que simple.

Une surproduction momentanée de vapeur, un mauvais fonctionnement de la pompe d'alimentation provenant d'un accident subit, pourrait abais-

Fig. '26. — Flotteur d'alarme.

ser brusquement le niveau et surprendre notre homme, pendant qu'il est occupé ailleurs. L'indicateur à tubes de cristal ne suffit donc point. On y ajoute Tun ou Tautre des divers systèmes de flotteurs qui manifestent l'état insuffisant du niveau par des signaux bruyants. Tels sont, par exemple, les flotteurs d'alarme, le flotteur magnétique.

Un flotteur E, c'est ordinairement une boule

métallique creuse), monte et descend avec le niveau de l'eau de la chaudière. Il est soutenu par une tige qui forme un bras d'un levier tournant autour du point 0; l'autre bras supporte un contre-poids P. Dans les limites normales du niveau de l'eau, la tige maintient une soupape D contre l'ouverture d'un tuyau communiquant avec l'air extérieur. Si le niveau de l'eau s'abaisse au-dessous de ces limites, le flotteur s'abaisse avec lui,

Fig. 27. — Flotteur d'alarme de Bourdon.

détermine l'ouverture de la soupape. La vapeur s'échappe par le canal et sort par un orifice annulaire BB; là elle rencontre les bords aigus d'un timbre qu'elle fait vibrer de manière à produire un son très-intense et prolongé.

Le chauffeur est averti du danger par ce son inaccoutumé : de là le nom de flotteur d'alarme donné à cet appareil.

La figure 27 représente un flotteur autrement disposé. La vapeur entre librement dans une botte

métallique triangulaire A, qui est séparée du sifflet d'alarme par une soupape S, que maintient un ressort. Le niveau de Teau baisse-t-il au delà de la limite, le flotteur P, en descendant, tire la chaîne, ouvre la soupape et laisse la vapeur s'échapper bruyamment au dehors.

Le flotteur indicateur à cadran est formé d'un disque P en pierre, dont une chaîne de suspension, s'enroulant sur la'gorge d'une poulie à cadran

Fig. 38. — Flotteur indicateur à cadran.

extérieur, soutient un contre-poids Q. Le mouvement de la poulie déterminé par les variations du niveau se communique à une aiguille qui indique ainsi la hauteur de l'eau dans la chaudière.

Dans Yindicateur magnétique de M. Lethuilier- Pinel, qu'on emploie beaucoup aujourd'hui, le mouvement du flotteur se manifeste par une tige qui fait monter ou baisser avec lui un aimant en fer à cheval ; au-devant des pôles de cet aimant, une aiguille aimantée, mobile sous l'influence de

leur attraction, parcourt les degrés d'une division qui marque le niveau de Teau de la chaudière. Quand ce niveau baisse d'une façon anormale et dangereuse-, Taimant entraîne avec lui le bras d'un levier qui fait ouvrir une soupape, aupara-

Fig. 29. — Flotteur magnétique de Lethuilier-Pinel.

vant maintenue par un ressort. La vapeur qui, de la chaudière, entre librement dans le tube renfermant tout le mécanisme, s'échappe en sifflant au dehors, et avertit le chauffeur du danger.

Les appareils de sûreté d'une machine à vapeur

ne comprennent point seulement les indicateurs de niveau, flotteurs ou autres. C'est que les causes d'explosion ne proviennent pas exclusivement de l'insuffisance de l'eau du générateur : dans des circonstances que je préciserai plus loin, la vapeur peut acquérir une force élastique dépassant tout à coup, et de beaucoup, les limites de pression pour lesquelles la chaudière a été construite. Pour prévoir ce cas, on' adapte des soupapes de sûreté du genre de celle qu'on a vue dans la marmite de

Fig. 30. — Soupape de sûreté de Papin.

Papîn, et dont la figure 30 représente, sur une plus grande échelle, la disposition ordinaire. Le jeu en est si simple qu'il est inutile de le décrire au long.

Ces soupapes sont en bronze et leurs dimensions sont calculées pour que l'une des deux, que les règlements officiels rendent obligatoires, donne à la vapeur, en cas d'excès de pression, une issue suffisante pour ramener la pression à la limite normale. Dans ce calcul, on tient compte naturellement de la surface totale de chauiTe de la chaudière.

puisque cette surface est à peu près proportionnelle à la production de vapeur; puis de la tension maximum de la vapeur, la soupape devant avoir une ouverture d'autant moins large que cette tension est plus élevée, puisque alors la vitesse plus grande de la vapeur rend l'écoulement de l'excès de vapeur plus rapide.

Las manomètras.

Manomètre à air libre, à branches multiples; à air comprimé. — Manomètres métalliques. — Qualités d'un bon mécanicien et d'un chauffeur de machine : économie et sécurité qui en sont la conséquence.

Il nous reste à dire comment on peut s'assurera chaque instant, pendant le fonctionnement d'une machine, des variations de la tension de sa vapeur. Les instruments qui fournissent cette indication en atmosphères et fractions d'atmosphères, sont connus sous le nom de manomètres.

Mais les manomètres employés ne sont pas tous basés sur le même principe. Les uns, comme le manch' mètre à air libre^ sont tout simplement des baromètres à siphon dont la grande branche est ouverte ; seulement ce n'est pas la pression de l'air atmosphérique qui soulève la colonne de mercure, c'est celle de la vapeur, la petite branche étant mise en communication directe avec la chambre de vapeur de la chaudière. C'est la diflé-

Fig. 31.

Manomètre à air libre.

rence des hauteurs du mercure dans les deux branches, augmentée de la pression barométrique, qui exprime la pression de la vapeur.

Dans les machines qui fonctionnent à des pressions élevées, le manomètre à air libre est incommode à cause de sa grande longueur. Le manomètre à branches multiples (fig. 32) résout cette difficulté, parce que la hauteur de la colonne qui marque la pression de la vapeur, déduction faite d'une atmosphère, se trouve à peu de chose près divisé par le nombre des tubes qui en forment les courbures successives*.

Les manomètres à air comprimé (fig. 33) ne sont autre chose que des tubes de Mariotte. Par l'une des branches, la vapeur exerce librement la pression qui, dans l'autre branche, est équilibrée par l'air comprimé, plus par la différence de niveau du mercure. L'instrument est réglé de sorte que le mercure est à une même hauteur m n dans les deux branches, si la pression de la vapeur vaut une atmosphère. Quand cette pression devient graduellement plus forte, le niveau s'élève en A, mais à des hauteurs décroissantes pour d'égales augmentations de pression, selon la loi de Mariotte. L'instrument est donc de moins en moins sensible aux pressions les plus élevées. On remédie à cet inconvénient en donnant au manomètre la disposition que montre la figure 33. La forme conique de la branche qui renferme l'air donne aux divisions correspondant aux atmosphères successives des lon-

1. Nous renverrons, pour la démonstration dé cette propriété d'ailleurs, fort simple, aux Traités de physique, ou encore au Dictionnaire des Mathématiques appliquées de M. Sonnet.

gueurs à peu de chose près égales, de sorte que la lecture des pressions élevées se fait plus aisément que dans le premier système.

La commodité et le bon marché des manomètres métalliques les font adopter dans un grand nombre de machines. Mais ils n'offrent pas la même

Fig. 32. — Manomètre à air libre, à branches multiples.

garantie d'exactitude que les autres, parce que les pièces qui subissent la pression de la vapeur peuvent s'altérer par l'usage. Comme ce sont ces pièces qui indiquent, par le plus ou moins de courbure qu^ leur imprime la force élastique de Ja vapeur, la valeur de celle-ci, il faut de temps à autre les soumettre à des vérlflcfLUons, à des contrains avf c les mai)Qmètr§s plue exiicts, L'inconvéoirat dt

ceux-ci vient surtout de la matière qui les compose, du verre qui s'encrasse et perd sa transparence, et au travers duquel il faut observer le mercure, de leur fragilité; il arrive aussi que le mercure du manomètre à air comprimé s'oxyde, ce qui diminue le volume de Tair : alors Tinstru-

Fig. 33. — Manomètre à air comprimé.

Fig. 34. — Manomètre à aiç comprimé à tube conique.

ment marque des pressions plus fortes que la pression réelle.

Tel est, dans ses parties essentielles, l'appareil générateur de vapeur connu dans la pratique sous le nom commun de^haudière. La chaudière, je l'ai déjà dit, varie beaucoup de dimensions et de formes, selon les types de machines auxquelles elle fournit la force ou le moteur. Plus loin, nous verrons quelques-unes desi dispositions les plus usi^ tées qU^s plus originales des chaudières dans les maebin^s fi%6s, dans Its machines marioes et dans Ips machines mobileii locomotives ou loçomcN

biles. Mais dans toutes, nous retrouverons les mêmes parties principales, et les mêmes organes accessoires.

A l'origine, ces appareils étaient grossièrement construits ; au point de vue de la sécurité comme au point de vue de Téconomie, ils étaient loin d'atteindre la perfection que les progrès des sciences et ceux de la mécanique pratique ont rendue poS-

Fig. 35. — Manomètre métallique.

sible. Toutefois, quelques garanties qu'offre une chaudière quand elle sort neuve des ateliers du constructeur et qu'elle a subi les épreuves officielles, elle exige, pour son bon fonctionnement des soins constants, une surveillance qui ne se ralentisse pas, de sorte qu'aussitôt un vice constaté, une détérioration aperçue, elle doit être l'objet immédiat d'une réparation convenable.

Avant tout, elle doit être confiée à un chauffeur intelligent, laborieux, sobre, ayant conscience de la responsabilité qui lui incombe, et doué du sang

froid nécessaire dans le cas d'un dérangement imprévu. La façon dont il conduit le feu, la régularité avec laquelle il l'entretient, sont pour beaucoup dans la question d'économie, si importante pour une industrie quelconque. Il doit veiller avec soin à entretenir un niveau constant de l'eau dans la chaudière, et avoir l'œil et l'oreille, par conséquent, aux indicateurs et aux flotteurs. De temps à autre, il doit vérifier l'état des soupapes qui peuvent se trouver accidentellement surchargées, ou adhérer sur leur siège. Ce sont là des soins qui regardent la sécurité. Relativement à l'économie, c'est par l'entretien régulier d'un feu toujours également vif, qu'un bon chaufleur peut y contribuer. La couche de houille ne doit être ni trop mince, ni trop épaisse (de 10 à 15 centimètres au maximum], très-uniformément étalée sur toute la surface de la grille, dont les barreaux doivent toujours laisser passage à l'air pour le tirage.

Au moment de l'allumage et de la mise en train, il y a une perte inévitable de combustible. Mais quand le foyer est bien ardent, que le feu est partout d'une égale blancheur, alors il faut, à mesure de la combustion, charger de nouveau combustible : ni trop souvent, car la nécessité d'ouvrir les portes du foyer causerait des pertes trop fréquentes de chaleur : ni à des intervalles trop éloignés, car le même inconvénient proviendrait du refroidissement du foyer par une trop grosse surcharge de houille fraîche.

L'économie qui résulte du bon entretien d'une chaudière ne porte pas seulement sur le combustible, mais encore sur la durée de l'appareil, dont

la valeur représente un capital assez considérable, que les réparations accroissent encore. Donc le chef d'une usine a le plus grand intérêt à confier sa machine à un homme capable, actit, habile.

Mais les pertes de chaleur ne sont pas toutes dues, tant s'en faut, à Timpéritie d'un chauffeur. Nous avons dit déjà qu'il y en a d'inévitables. A celleslà s'ajoutent celles qui sont le fait d'une mauvaise disposition de la chaudière et de l'emploi d'un conibustible de mauvaise qualité. '

Il y a encore les pertes de chaleur que subit]la chaudière par le fait du rayonnement. Dans les chaudières établies à poste fixe, à l'intérieur d'un massif de maçonnerie, cette cause de déperdition est moindre]que dans les autres. Néanmoins, il y a toujours la partie supérieure du corps principal et le tuyau de vapeur qui sont exposés à ce refroidissement. Le remède est dans les enveloppes protec-» trices faites de matières qui ont la propriété de conduire mal la chaleur. Les chaudières des locomotives ont de doubles enveloppes entre lesquelles l'air interposé, mauvais conducteur de la chaleur, suffit à atténuer les pertes par rayonnement*.

1. On emploie avec beaucoup d'avantages, depuis quelques an* nées, l'enduit Pimont (du nom de l'inventeur], ou calorifuge plastique. C'est une sorte de mastic composé de terre argileuse, de poils d'animaux et de farine de colza. Voici le texte d'uB certifia cat que cite M. A. Morin et qui témoigne des bons effets de cette application; il a été délivré par le directeur de la Société des paquebots du Havre à Honfleur : « Nous avons pu constater les améliorations suivantes depuis l'application du calorifuge plastique de M. Pimont, sur les chaudières, tuyaux de conduite de vapeur et cylindres du steamer le Français : 1*" économie réalisée dans l'emploi du combustible, environ 10 pour 100 ; 2* condensation à peo

Principaux types de chaudières à vapeur.

Des divers systèmes de chaudières adoptées. — Chaudières à foyer extérieur, à foyer intérieur ; chaudières mixtes. — Chaudière en tombeau de Watt. — Système Farcot, à bouilleurs latéraux. — Invention des chaudières tubulaires, locomotives, marines. — Chaudières à circulation. — Avantages des divers systèmes.

Quand on veut faire bouillir de Teau dans une marmite, Tidée la plus naturelle, la plus simple, est de mettre tout boimement la marmite sur le feu : on ne songe guère à mettre le feu dans la marmite. Cela paraîtrait le renversement du bon sens.

C'est cependant cette dernière idée qui est venue aux constructeurs de machines à vapeur. Au lieu de placer la chaudière i^ur le feu, ils se sont dit qu'il y aurait avantage à procéder d'une façon inverse, et à mettre le feu dans la chaudière. De cette manière, Tutilisation du combustible, cette condition première de Tindustrie de la vapeur, se trouve réalisée à un plus haut degré. •

Dans la chaudière à bouilleurs que nous venons de décrire, la chaudière est sur le feu ; c'est un générateur à foyer extérieur. Il y a donc aussi des générateurs à foyer intérieur^ et, sous ce seul rapport, on peut former deux types de chaudières qui se subdivisent d'ailleurs en de nombreuses variétés. Enfin, on peut distinguer un troisième type, celui dans lequel le foyer proprement dit est exté-

près nulle dans les tuyaux et dans les cylindres ; 3* garantie contre la chaleur, pour les mécaniciens et les chauffeurs^ telle que le hermo mètre, dans la chambre des machines, marquait 18 à 22* centigrades lorsque la température au dehors était de 11*. »

rieur et dont les carneaux ou conduits des gaz de la combustion sont logés dans l'intérieur de la capacité renfermant Feau. Ce sont les générateurs ou chaudières mixtes.

Les premières chaudières adoptées dans les machines de Watt étaient des chaudières en forme de chariot ou en tombeau. La figure 36 en représente une coupe transversale. La flamme, après avoir échauffé directement la surface concave in-

Fig. 36. — Chaudière en tombeau, de Watt.

férieure, revenait latéralement par les carneaux latéraux CC. Plus tard elle a été employée sur les premiers bateaux à vapeur ; mais alors on y ajouta un carneau inférieur B, par où passaient d'abord les gaz de la combustion avant d'entrer dans les carneaux latéraux, de manière à en former une chaudière mixte.

La forme des parois de la chaudière en tombeau la rend peu résistante ; aussi Phistoire des accidents des machines à vapeur constate-t-elle que

le plus grand nombre des explosions a eu lieu sur des chaudières de ce système. Aussi, presque partout, elles ont été remplacées.

Nous avons décrit la chaudière à deux bouilleurs inférieurs ; mais quelquefois il n'y a qu'un bouilleur, d'autres fois, on en dispose jusqu'à trois. Une disposition intéressante et originale est celle des bouilleurs latéraux de la chaudière Farcot.

Fig. 37. — Chaudière Farcot, à bouilleurs latéraux.

Dans ce système (fig. 37), le corps cylindrique principal A est chauffé directement par le foyer. Quatre bouilleurs sont placés latéralement les uns au-dessus des autres, dans un bâti latéral divisé en quatre compartiments ou carneaux, par lesquels sont obligés de passer successivement les gaz de la combustion avant de se rendre dans la cheminée. De plus, c'est le bouilleur A' qui reçoit l'eau d'alimentation. Comme les gaz cheminent

de haut en bas, tandis que t'eau suit un chemin inverse pour aller de A' dans la chaudière, il en résulte que ce sont les parties les plus chaudes des gaz qui sont eh contact avec les parois plus chaudes de la chaudière ; les parties les plus froides perdent encore leur chaleur à échauffer l'eau la plus froide avant de s'échapper dans la cheminée.

Imaginons que le corps cylindrique d'une chaudière renferme un tube intérieur d'un suffisant diamètre entièrement entouré par l'eau, qu'on place le foyer dans ce tube, au lieu d'en faire seulement un carneau comme celui de la figure 36 : on aura une chaudière à foyer intérieur. Dans ce système, la chaleur du foyer est tout entière utilisée et employée à réchauffement direct des parois métalliques de la chaudière, sans être absorbée par les maçonneries du bâti. Mais la surface de chauffe ne serait point encore assez grande, si la chaudière n'était extérieurement enveloppée par descarneaux, et alors les inconvénients d'un foyer nécessairement rétréci ne sont plus compensés par les avantages de cette disposition. Toutefois en Angleterre, on emploie pour les machines fixes des chaudières horizontales à un ou deux foyers intérieurs.

Dans la plupart des modifications qu'a subies la chaudière primitive, on retrouve la préoccupation de développer le plus possible la surface de chauffe, tout en ménageant le volume et l'emplacement occupé par le générateuF. C'est, en effet, comme nous l'avons vu, la grande question à la solution de laquelle sont liées et la puissance de

la machine et réconomie du combustible. Les bouilleurs, les carneaux, inférieurs ou extérieurs, les foyers intérieurs, tout cela est imaginé dans le but d'utiliser l'activité du foyer, de manière à ne laisser s'échapper dans la cheminée que la portion des gaz chauds nécessaire pour produire le courant ascendant, c'est-à-dire le tirage.

Enfin peu à peu, on en arriva à concevoir la chaudière tubulaire, dont la première idée remonte à Barlow (1793), mais qui ne fut réalisée qu'en 1829, par Marc Seguin et Stephenson. Voici en quoi consiste le système des chaudières tubulaires qui, appliquées d'abord sur les chemins de fer à la locomotive, a été adapté aux machines de navigation, avec les modifications indispensables.

Dans le corps cylindrique principal se trouvent soudés parallèlement entre eux des tubes qui s'ouvrent d'une part dans le foyer, d'autre part dans les carneaux ou dans la cheminée. Les tubes sont baignés par l'eau de la chaudière, qui remplit tous leurs intervalles, et qui se trouve directement échauffée par les gaz traversant tous les espaces tubulaires. On verra plus loin dans quelle proportion énorme cette disposition ingénieuse accroît la surface de chauffe et par suite la puissance de vaporisation du générateur.

Dans les locomotives, les locomobiles et les chaudières marines, le foyer se trouve de tous côtés entouré d'eau, sauf bien entendu par sa base, de sorte que la chaudière tubulaire pourrait aussi être considérée comme une chaudière à foyer intérieur. Elle en a certainement tous les avantages.

On trouvera, dans le chapitre consacré à locomotive, des modèles de la chaudière tubulaire appliquée aux machines des voies ferrées. Ici, je me bornerai à donner un exemple d'une chaudière tubulaire marine, qui est en même temps une chaudière à retour de ftanvmes^ puisque les gaz du foyer, avant de lécher les tubes, passent d'abord dans deux gros cylindres A et B, se réfléchissent sur le fond de la chaudière, et reviennent enfin, par les conduits tubulaires, dans la cheminée où ils s'échappent.

Je n'en finirais pas si je voulais décrire tous les modèles de chaudières de différents systèmes qui ont été proposés et appliqués, ou même qui le sont encore aujourd'hui. En me bornant aux types principaux, mon but sera rempli, car j'aurai ainsi fait comprendre la raison des dispositions variées que revêt le générateur et dont le lecteur pourra trouver des exemples s'il prend la peine, dans ses pérégrinations, de visiter les machines à vapeur des usines, des bateaux, des chemins de fer, dans les divers pays qu'il pourra parcourir.

Il pourra rencontrer encore, outre les types que je viens de définir, des chaudières dont le foyer peut être enlevé à volonté, à foyer amovible, selon l'expression technique. Cette disposition peut offrir des avantages de plus d'un genre ; notamment celui d'un nettoyage rapide et de l'enlèvement des incrustations. Il verra aussi des chaudières à circulation d'eauy principalement formées de tubes où l'on introduit continuellement et successivement Teau qui se vaporise presque instantanément,

de sorte que si l'introduction de Teau est interrompue, il en est de même de la production et de Fécoulement de la vapeur ; des chaudières chauffées au gaz , généralement employées dans les hauts fourneaux, où Ton utilise de la sorte les gaz perdus à leur sortie du gueulard, etc., etc.

Fig. 38. — Chaudière tubulaire marine à retour de flamme, Coupe transversale.

De tous ces systèmes de chaudière, retenons-en un, qui nous montrera comment on peut construire des générateurs, pour ainsi dire rendus inexplosibles par ce fait, que Teau aussitôt intro-^ duite est immédiatement réduite en vapeur : c'est la chaudière à circulation de M. Belleville, dont l'usage se répand de plus en plus dans la petite et moyenne industrie, dans les centres populeux.

Elle est utilisée dans plusieurs imprimeries et usines parisiennes.

Une série de tubes verticaux, placés dans le foyer même, communique d'une part à un tuyau horizontal amenant Teau d'alimentation, d'autre part au tuyau de.*prise de vapeur. Chaque tube est rempli d'eau jusqu'à une hauteur la même pour

Fig. 39. -

- Chaudière tubulaire marine à retour de flamme. Coupe longitudinale.

tous, et forme, pour ainsi dire, une petite chaudière à moitié remplie d'eau et de vapeur.

L'arrivée de l'eau dans les tubes est réglée à l'aide d'un appareil spécial, par la pression même de la vapeur, de sorte qu'à mesure que l'eau se vaporise, elle se trouve remplacée par une quantité d'eau égale : le niveau dans les tubes de la chaudière reste ainsi constant.

La mise en vapeur est pour ainsi dire immédiate ; pour une chaudière de ce système d'un volume moindre de 4 mètres cubes (3", 74) et de 10 mètres carrés de surface de chauffe, la vaporisation est de 200 kilogrammes d'eau par heure.

Fig. 40. — Cliaudière à circulation de M. Belleville.

11 existe encore d'autres systèmes de chaudières à circulation, en France, ceux de MM. Larmangeat, Boutigny ; en Angleterre, celui de M. Scott; je ne puis que les citer en résumant en quelques lignes, d'après M. le général Morin, les avantages respectifs des grandes chaudières ordinaires comparées à ces systèmes nouveaux.

Les premières ont pour elles la sanction d'une longue expérience ; elles produisent, sans beau-

coup de soin et d'entretien et très-régulièrement, la vapeur nécessaire ; la manœuvre journalière en est simple, commode. Mais elles occupent un grand espace, elles sont sujettes aux explosions.

Au contraire, les chaudières à circulation, beaucoup moins encombrantes et moins coûteuses, pour ainsi dire inexplosibles, ont l'avantage d'une mise en vapeur rapide ; mais elles sont d'un entretien plus difficile ; elles ne sont pas plus économiques au point de vue du combustible. Elles paraissent surtout réservées aux machines de la petite industrie.

Il a été question, à plusieurs reprises, dans les pages qui précèdent, du danger d'explosion des machines à vapeur. Ce sont en effet les chaudières qui ont fourni trop souvent des exemples terribles de la réalisation de cet accident soit dans les usines, soit sur les bâtiments à vapeur. On verra plus loin quelles sont les causes ordinaires de ces explosions, et quelles précautions on doit prendre pour les éviter ; en ce moment, la digression serait trop longue, elle nous détournerait de notre grande affaire, qui est d'achever la description de la machine à vapeur et d'en acquérir la complète intelligence.

Distribution de la yapeur; son mode d'action sur le piston. ~ Condensation dans les machines à basse pression ; condensation à air libre dans les machines à haute pression, sans condenseur.

Nous savons maintenant comment se produit, dans une machine à vapeur, ce qui est le principe du mouvement, Tâme pour ainsi dire du mécanisme original qui a, depuis un siècle, révolutionné rindustrie manufacturière et celle des transports par terre, qui est en train de transformer la marine tant militaire que marchande, et qui s'attaque, dès aujourd'hui, aux pratiques antiques et traditionnelles de l'agriculture.

En décrivant les divers types de chaudières, en montrant les formes variées qu'on lui donne selon la destination spéciale à laquelle elle est affectée, nous espérons avoir mis le lecteur à même de se faire une idée des progrès que la pratique et la théorie combinées ont suggérés pour la solution de cette question, si simple au premier abord :

Produire la vapeur, nécessaire au mouvement d'une machine motrice, dans les meilleures conditions de puissance, de régularité et d'économie.

Il s'en faut, on l'a vu, qu'on y soit arrivé du premier coup. Il s'en faut aussi qu'on ait découvert d^emblée les dispositions des organes du mouvement, du mécanisme moteur, que je vais maintenant décrire. Il eût été beaucoup trop long, et d'ailleurs peu intelligible, de procéder par l'histoire des phases successives par lesquelles a passé la machine à vapeur. Au contraire, en acquérant d'abord la notion précise du fonctionnement tel qu'il existe dans les machines perfectionnées, on se rendra compte aisément de l'importance des modifications principales introduites par les inventeurs.

Donc, nous avons à notre disposition, dans la chaudière, toute la vapeur nécessaire à la production dû mouvement ; nous avons la force.

Voyons comment on utilise cette force.

On sait déjà que la vapeur sort du réservoir de la chaudière par un tuyau qui la conduit à l'intérieur d'un cylindre ; que, alternativement, elle agit sur une face ou sur l'autre d'un pisto/i mobile dans ce cylindre ; et qu'enfin de cette action alternative résulte un mouvement de va-et-vient du piston et de sa tige. Il nous reste à étudier les détails de ce mécanisme, l'agencement du cylindre et du piston mobile, les divers moyens employés pour la distribution de la vapeur, et aussi à faire comprendre quel est le mode d'action de cette dernière* Nous verrons plus tard comment

le mouvement produit se transmet au dehors de la machine, et par quels artifices mécaniques, de rectiligne et d'alternatif qu'il est dans la machine, on le transforme en mouvement continu et circulaire.

La vapeur, arrivant à la chaudière dans le cylindre, agit d'abord sur Tune des faces du piston, qui se trouve poussé vers l'extrémité opposée. A ce moment, la vapeur doit pénétrer de l'autre côté du corps de pompe et exercer son action sur l'autre face du piston. Pour que cette action soit possible, il est nécessaire qu'on se débarrasse de la vapeur qui vient d'agir en sens inverse, parce que la force élastique qu'elle possède encore s'opposerait au mouvement. On parvient à ce résultat, en donnant alternativement à la vapeur qui a joué son rôle une issue à l'extérieur du cylindre. L'espace dans lequel elle pénètre est tantôt l'air libre, tantôt un vase vide d'air et maintenu, par un jet contenu d'eau froide, à une basse température.

Dans le premier cas, qui est toujours celui des machines où la vapeur fonctionne à haute près- 8wm, c'est-à-dire avec une force élastique égale à plusieurs atmosphères, la vapeur qui vient de travailler s'échappe, et sa tension se trouve rapidement réduite à celle de l'atmosphère elle-même, ce qui permet à la vapeur d'agir sur la surface opposée au piston.

Dans le second cas, la vapeur se condense brusquement par son introduction dans l'espace vide et froid (qui, pour cette raison, est nommé condevrseur). Sa force élastique qui pouvait n'être guère supérieure à une atmosphère, est instantanément

annulée, ou du moins grandement réduite, de sorte que la chambre du cylindre où elle* vient d'agir est elle-même ramenée au vide : la vapeur introduite de l'autre côté n'a donc plus à vaincre que l'obstacle du piston lui-même.

Les divers mécanismes imaginés pour conduire ainsi la vapeur dans le cylindre de chaque côté du piston, puis à l'air libre ou dans un condenseur de manière à détruire ou à réduire, dès qu'elle a agi, sa force élastique, constituent ce qu'on nomme la distribution de la vapeur; on va voir quels sont les principaux systèmes employés dans ce but.

Parlons d'abord du cylindre, la pièce capitale du mécanisme moteur.

C'est le plus ordinairement une pièce coulée en fonte, dont l'intérieur, de forme parfaitement cylindrique, a été tourné et alésé avec le plus grand soin ; un des fonds est quelquefois venu de fonte, d'autres fois vissé solidement comme l'autre fon^, de manière à ce que l'un des deux au moins puisse être enlevé entièrement et permettre ainsi l'introduction du piston.

L'un des fonds donne passage à la tige du piston, et l'ouverture qui sert à cet objet est munie d'une boîte à étoupe (stuffing-box), afin que la tige, dans son mouvement, ne présente aucune fuite à lavapeur du cylindre.

Quant au piston lui-même, on le construit d'une foule de manières différentes. Le plus souvent, il est formé de deux plateaux métalliques d'un diamètre un peu plus petit que celui du cylindre, et solidement reliés entre eux ainsi qu'à la tige qui les traverse. Sur leur pourtour, sont ménagées

des gorges pour loger la garniture^ c'est-à-dire la partie du piston dont la surface extérieure doit glisser à frottement doux, mais parfaitement étanche contre la surface intérieure du cylindre, de manière que la vapeur ne puisse passer de Tune des chambres dans l'autre. La garniture était jadis formée de tresses de chanvre qu'il fallait graisser souvent et remplacer de même, à cause de la rapidité de l'usure. On y a substitué avantageuse-

Fig. 4i. — Piston à ressort.

Fig. 42. — Piston suédois.

ment des garnitures métalliques, formées de fragments d'anneau pressés par des ressorts intérieurs, comme on le voit dans la figure 41. Aujourd'hui, on préfère encore à ce mode de garniture celui des pistons Ramsbottom, dont le corps se compose d'un plateau unique, évidé pour avoir plus de légèreté et entouré de deux cercles en acier doux fondu qui s'engagent dans deux gorges

LA VÂPEUB. 9

extérieures et font ressort. La surface de ces cercles presse ainsi les parois du cylindre, formant une excellente garniture, très-simple et très-peu coûteuse d'entretien. Le piston suédois (fig.42) ne diffère du précédent que par la largeur des cercles, qui est plus grande, et leur composition, qui est en fonte durcie par un peu d'étain.

Le piston et le cylindre ainsi construits et agen-

Fig. 43. — Coupe longitudinale d'un cylindre.

ces, il nous reste à voir comment se fait l'introduction et r échappement, en un mot, la distribution de la vapeur. Ajoutons toutefois auparavant un détail qui a son importance, c'est que le mouvement du piston est facilité par l'huile dont on lubrifie de temps à autre les parois du cylindre. Celui-ci est muni, à cet effet, d'un ou plusieurs

robinets qu'on nomme les robinets graisseurs et qu'il est inutile de décrire d'une façon détaillée.

Reportons-nous à la figure 43, qui donne la section longitudinale d'un cylindre. On voit, en aa\ près de chacun des fonds, l'ouverture d'un double conduit aa, aV, pratiqué dans l'épaisseur de la face latérale : ce sont les ouvertures par où Ja vapeur arrive alternativement et agit sur l'une, puis sur l'autre face du piston ; on les nomme les ln/mières d'admission. Ces deux lumières débouchent extérieurement sur une face bien dressée, et, entre les deux, on voit une troisième ouverture E, qui sert à faire échapper la vapeur quand elle a produit son effet, et qu'on nomme pour cette raison lumière d'échappement. C'est le tuyau par où la vapeur se répand à l'air libre, ou bien va perdre sa force élastique dans le condenseur.

Maintenant, par quel mécanisme s'opère la distribution, formée, comme on voit de deux opérations partielles, l'admission de la vapeur et l'échappement, qui doivent se répéter deux fois pour obtenir une phase complète dû mouvement de vaet-vient du tiroir? Il y a divers modes employés suivant les machines : décrivons d'abord celui que représente notre dessin.

On voit, dans la boîte à vapeur BB, une boîte prismatique ouverte par une face, et qu'on nomme le tiroir. Le tiroir s'applique par sa face ouverte contre le plan bien dressé où nous venons de voir que débouchent extérieurement les trois lumières. L'espace BB se nomme la boîte à vapeur, parce qu'en effet la vapeur amenée de la chaudière par le tuyau V y afflue librement ; mais la capacité du

tiroir, au contraire, est toujours fermée à la vapeur affluente, tandis qu'elle communique constamment avec le tuyau d'échappement et aussi tantôt avec Tun, tantôt avec Tautre des conduits d'admission du cylindre. Enfin le mouvement du tiroir est produit par la machine môme à l'aide d'une tige et d'un excentrique calé sur l'arbre du volant.

En suivant le niouvement successif et alternatif

Fig. 44. — Phases diverses du mouvement de va-et-vient du piston et du tiroir.

du tiroir représenté sur la figure 44, on comprendra aisément les phases de la distribution de la vapeur.

Dans sa première position, les deux bandes ou bords pleins du tiroir masquent à la fois les deux lumières d'admission, mais son mouvement, qui a lieu de haut en bas, va bientôt les laisser ouvertes toutes deux; l'une, celle d'en haut, à la vapeur de la boîte qui aura ainsi accès dans le cy-

lindre ; Fautre, la lumière inférieure, communiniquera au contraire avec Téchappement.

Le piston était au début contre le fond supérieur du cylindre. Il va se mouvoir de haut en bas, car la vapeur admise le poussera dans ce sens, tandis que celle qui venait de le faire monter se trouvera condensée, annulée par sa communication soit avec Tair extérieur, soit avec le condenseur.

Fig. 45. — Soupapes de distribution de Watt.

Dans la seconde position de la figure, le tiroir est arrivé à la fin de son mouvement dans ce sens, et le piston est au milieu de sa course. Le tiroir va maintenant revenir à sa position primitive, pendant que le piston continuera son mouvement descendant, qu'on voit terminé à la troisième phase. Maintenant ce sera le tour à la lumière supérieure de se découvrir et de communiquer avec le tuyau d'échappement, tandis que la lumière in-

férieure, s'ouvrant dans la boîte à vapeur, va donner accès à la vapeur sur la face inférieure du piston et le faire remonter dans le cylindre. La quatrième phase de la figure le montre au milieu de sa course ascendante, tandis que le mouvement ascendant du tiroir se trouve au contraire achevé. Tel est le mécanisme de la distribution de la vapeur dans les machines où le tiroir à coquilles

Fig. 46. — Distribution de la yapeur. Tiroir à pistons.

est adopté. Mais, comme je Tai dit, il y a eu et on emploie encore d'autres dispositions dont on comprendra parfaitement le jeu maintenant, à la seule inspection des figures qui les représentent. C'est d'abord le système des soupapes de distribution de Watt (fig. 45) ; puis le tii^oir à pistons (fig. 46) également imaginé par cet inventeur ; enfin le tiroir en D, dont le nom est dû à la ressemblance de la

section de la pièce principale avec la lettre D (flg.47). Dans la première de ces trois figures, on voit deux boîtes à soupapes adaptées aux deux extrémités du corps du cylindre. Chacune d'elles se trouve divisée par d'eux soupapes mues par un système de tringles en trois compartiments, dont celui du milieu est en communication directe avec chaque lumière; tandis que les deux autres comr-

Fig. 47. — Distribution de la yapeur. Tiroir en D.

muniquent, le supérieur V avec le tuyau de vapeur, rinférieur G avec Tair extérieur ou le condenseur. Les deux phases principales du mouvement montrent à la fois le jeu des soupapes et Faction alternative de la vapeur sur les deux faces du piston.

Le tiroir à pistons est ainsi nommé parce que ce sont deux pistons p p', mus par une tige dans un espace cylindrique contigu au cylindre, qui tantôt laissent à la vapeur l'accès libre d'une des

lumières d'admission et de la chambre correspondante du cylindre tantôt mettent cette chambre et la vapeur qui vient d'agir en communication avec le condenseur C. \

Enfin le tiroir en D est une pièce creuse, mobile dans la boîte à vapeur, qui s'applique et glisse par ses deux extrémités planes contre la face du cylindre où viennent aboutir les lumières d'admission. La vapeur qui vient de la chaudière par l'ouverture Vpeut toujours circuler autour du tiroir sans pénétrer jamais par l'une ni par l'autre de ses extrémités; celles-ci sont au contraire sans cesse en libre communication avec le condenseur. Les deux bords plans du tiroir dans leur mouvement de va-et-vient laissent donc alternativement Tune des lumières recevoir la vapeur de la chaudière, pendant que la vapeur après son action sur le piston, sort par Tautre lumière et se précipite dans le condenseur ou à l'air libre.

Dans chacun de ces modes de distribution, il est aisé de suivre les mouvements correspondants du piston, des tiroirs et des soupapes, dans leurs diverses phases. Ce que nous avons dit, en décrivant le tiroir à coquilles, suffira pleinement à en donner l'intelligence.

Détente de la vapenr.

Des deux modes d'action de la Tapeur : travail de la vapeur à pleine pression ; travail de la vapeur avec détente. — Divers systèmes de détente : système Clapeyron; système Meyer ; système deWoolff.

Nous voici donc arrivés à comprendre, au moins dans son principe, sinon dans tous les détails de son mécanisme, le mode de distribution de la va-

peur. Nous savons non-seulement comment on s'y prend pour la produire d'une façon régulière, continue, mais encore comment elle va, une fois produite, de la chaudière au cylindre pour donner au piston et à la tige le mouvement alternatif ou de va-et-vient, dont il s'agit ensuite, en le transformant, d'utiliser le travail.

Mais, en se reportant aux allées et venues correspondantes du piston et des diverses pièces qui constituent le mode de distribution de la vapeur, on peut voir que nous avons toujours supposé que les deux lumières du cylindre avaient la même largeur que les bandes pleines du tiroir, de sorte qu'elles se trouvaient tantôt entièrement recouvertes, tantôt entièrement libres. De là il résulte que la vapeur de la chaudière afflue à pleine pression sur chaque face du piston pendant toute la durée de la course de celui-ci : c'est ce qu'on exprime en disant que la vapeur travaille à pleine pression.

A l'origine, on ne connaissait point d'autre moyen de faire agir la vapeur. Watt, dont on retrouve le nom dans presque toutes les découvertes capitales qui ont transformé la machine à vapeur primitive, a trouvé qu'il y avait un double avantage à ne donner accès à la vapeur de chaque côté du cyhndre que pendant une partie seulement de la course du piston : il en résulte d'abord une plus grande régularité dans le mouvement môme, puis, à égalité de travail, une notable économie de vapeur et par conséquent de combustible.

La vapeur, introduite par exemple pendant le premier tiers seulement de la course du piston,

continue d'agir sur celui-ci, mais, comme l'espace qu'elle occupe ensuite va en augmentant jusqu'à la fin, elle agit en se dilatant comme un ressort qui se détend, de sorte que sa force diminue jusqu'à la fin de la course du piston. On dit alors que la vapeur travaille avec détente.

Ce mode d'action de la vapeur est aujourd'hui presque universellement adopté. Mais avant d'insister sur les avantages qu'il présente et de préciser l'économie de vapeur ou de combustible à laquelle la détente donne lieu, il faut que nous montrions par quelle modification du mécanisme de distribution on parvient à l'obtenir.

Là encore, si je voulais faire un traité complet de la machine à vapeur, j'aurais à décrire des systèmes variés de détente. Il me suffira, pour le but que je me propose, de donner une idée d'un ou deux des plus importants.

Commençons par le système de détente dit de Clapeyron, parce que la disposition en est due à ce savant ingénieur.

Elle consiste dans une simple modification du tiroir, ou plutôt de la largeur des bandes qui recouvrent les lumières. Au lieu de donner à cette largeur la dimension précise de celle de chaque lumière, on la fait plus grande. Les rebords aô, a'6', cd dd\ extérieurs et intérieurs, forment ce qu'on nomme le recouvrement du tiroir, parce que l'objet de ces saillies est de diminuer la durée de l'admission de la vapeur dans le cylindre par chacune des deux lumières. Il faudrait entrer dans des détails trop longs, trop techniques pour suivre le mouvement du tiroir à détente dans toutes ses phases,

et pour faire voir clairement quel est, aux mêmes phases, le mode d'action de la vapeur. Mais nous' pouvons résumer cette action, en disant que chaque introduction de la vapeur dans le cylindre donne lieu à quatre périodes successives que nous allons caractériser.

Dans la première période, il y a admission de

Fig. 48. —Système de délente de Glapeyron. Tiroir à recouvrement.

vapeur qui travaille pendant ce temps à pleine pression, c'est-à-dire avec la pression de la chaudière; après quoi la lumière d'admission se ferme.

Dans la seconde période, il y a détente de la va-

Fig. 49. — Système de détente de Meyer.

peur admise, qui alors travaille avec une force décroissante, jusqu'au moment où la lumière s'ouvre à l'échappement.

L'échappement caractérise donc la troisième période; mais, comme par le fait du recouvrement,

réchappement cesse avant que le piston ait atteint le fond du cylindre, il y reste une certaine quantité de vapeur que le piston refoule et comprime

Fig. 50. — Système de dislributijn et de détente de Woolf. Vue extérieure des deux cylindres.

un peu avant le début de la période nouvelle d'admission ;

De là, la période de compression^ qui termine le cycle des mouvements alternatifs du tiroir et ramène le piston à la même position initiale.

La détente de Glapeyron est surtout employée dans les machines à mouvements rapides, telles que les locomotives.

Dans le système de détente de Meyer, le tiroir est percé de deux orifices qui viennent alternativement communiquer avec les lumières d'admission ; ce sont deux blocs BB', ayant un mouvement

Fig. 51. — Coupe des deux cylindres, dans le système de détente de WoolfT.

indépendant de celui du tiroir, qui viennent fermer ces orifices, faire cesser l'admission et commencer la détente.

Enfin, dans le système de Woolfif, la détente n'a pas lieu dans le cylindre lui-même, mais dans un cylindre de plus grand diamètre juxtaposé au premier (fig. 50). C'est pour cela qu'on donne auxma-

chines à vapeur qui emploient ce mode de détente le nom de machines à deux cylindres»

La figure 51 va faire comprendre le mécanisme de la distribution dans ces machines.

Chacun des deux cylindres A, B, est muni d'une boite à vapeur où se meut un tiroir ordinaire, et des lumières d'admission et d'échappement disposées comme on sait.

C'est par l'orifice V qu'arrive la vapeur de la chaudière, laquelle se répand d'abord dans la boîte du cylindre A, et de là pénètre au-dessous du pis- Ion' P, par exemple. Ce piston reçoit donc un mouvement de bas en haut ; il refoule la vapeur qui était de l'autre côté dans le tuyau d'échappement E, tuyau qui, au lieu de communiquer avec le condenseur comme dans les machines à un seul cylindre, va déboucher dans la boîte à vapeur du cylindre B. Là elle pénètre par la lumière inférieureM'admission au-dessous du piston P'; et en s'y détendant, elle produit également le mouvement ascendant de ce piston. Quant à la vapeur qui se trouvait de l'autre côté dans la chambre supérieure du grand cylindre, elle va, comme à l'ordinaire, se condenser dans le tuyau CC ou à l'air libre»

Le mouvement simultané des deux tiroirs en sens inverse donnera lieu à un mouvement des deux pistons de haut en bas, la vapeur agissant à pleine pression dans le petit cylindre, tandis que dans le grand cylindre elle agit toujours avec détente.

Transformation du mouTement recliligne de la tige du piston en mouTement circulaire alternatif, puis continu; bielle et manivelle. — Machine à balan^ cier. — Parallélogramme articulé de Watt.

Voilà donc notre machine à vapeur en pleine activité. La chaudière est allumée; la vapeur est abondamment fournie au cylindre et sous la pression convenable; la distribution fonctionne, avec ou sans détente, avec ou sans condenseur, peu importe. Le mouvement est donné : le piston fournit, par minute, le nombre de coups qui est utile à l'emploi) à la destination de la machine. Il nous reste â montrer comment ce mouvement est transmis, par quel mécanisme on le transforme, on le règle, on en assure la régulière continuité.

Le problème à résoudre n*est pas spécial aux machines à vapeur. Un moteur quelconque peut donner lieu à la même question: « Étant donné le mouvement de va-et-viétit de la tige d*un piston, c*esl-â-dire un mouvement alternatif et rectiligne,

trouver un mode de transmission qui le change en mouvement continu et circulaire, qui fasse tourner, par exemple, un arbre moteur, auquel tous les mouvements partiels dont l'usine peut avoir besoin viendront puiser simultanément ou à leur tour. »

Mais rinvention des machines à vapeur, les progrès que cette invention a provoqués dans toutes les parties de la mécanique appliquée, ont contribué à rendre tout aussi intéressante que les autres la partie de la science qui a pour objet le mécanisme de transmission. Passons rapidement en revue les différents systèmes imaginés.

Le plus ancien, qui est encore adopté pour un grand nombre de machines, comprend les machines à balancier, dont la figure 52 donne le principe.

La tige t du piston, dont Textrémité décrit une ligne droite verticale, est reliée à l'extrémité d'une grande pièce oscillante, ou levier, AB, qu'elle fait mouvoir autour d'un point fixe I, dans un plan vertical. Cette pièce est le balancier^ à l'autre extrémité duquel s'articule une tige ou bielle ^ qui agit à son tour sur une manivelle, calée en sur l'arbre à mettre en mouvement. Grâce à cette disposition, le mouvement rectiligne alternatif du piston se trouve transformé en mouvement circulaire continu.

Ici, le balancier est au-dessus de la tige du piston, mais il peut aussi être placé au-dessous, et nous verrons des exemples de cette disposition dans les machines à vapeur que nous aurons l'occasion de décrire plus loin, en parlant des types.

Je viens de dire que, par le balancier, la bielle et la manivelle, le mouvement alternatif et rectiligne du piston se trouve transformé en mouvement circulaire continu. Oui, mais cette transformation n'est pas directe, car les extrémités du balancier oscillent en décrivant chacune un arc de cercle, tantôt dans un sens, tantôt dans l'autre ; le mouvement est donc d'abord circulaire alternatif; c'est la bielle et la manivelle qui achèvent la trans-

Fig. 52. — Principe de la transmission dans les machines à balancier.

formation et produisent la continuité du mouvement circulaire.

Il résulte de là que la tige du piston, qui se meut verticalement, ne peut être directement liée à l'extrémité du balancier, parce que celle-ci la forcerait à suivre le contour de l'arc, et, dès lors, la courberait tantôt à droite, tantôt à gauche. Dans le but d'éviter cet inconvénient, qui détériorerait promptement la machine. Watt a imaginé un système

d'articulation fort ingénieux connu sous le nom de parallélogramme de Watt^ et dont voici la description succincte :

La tige du piston, au lieu d'être liée directement à l'extrémité E du balancier, l'est au sommet D du parallélogramme CBDE, dont les quatre côtés, rigides et de dimensions invariables, sont articulés aux sommets, de sorte que les angles varient suivant le mouvement qu'impriment les oscillations du balancier. De plus, le sommet B est rattaché, par une tige BO, à un point fixe du bâti de la machine. Les longueurs relatives de ces diverses

Fig. 53. — Parallélogramme articulé ds Watt.

lignes sont calculées de telle sorte que le sommet D décrit très-sensiblement une ligne droite verticale, pendant que les points C, E, B décrivent des arcs de cercle ayant pour centres les deux points 00. A la vérité, pour qu'il en soit ainsi, l'oscillation du balancier ne doit pas dépasser les limites de 20 degrés de part et d'autre de l'horizontale. Le point milieu du côté BG jouit de la même propriété que le point D* : aussi l'utilise-t-on dans

1. Considérons isolément deux tringles égales OB, AE, mobiles autour du point et du point £ et reliées à une tige AB articulée en A et en B. Quand on cherche géométriquement la ligne que décTÏiy pendant le mouvement alternatif des deux tringles, le point F

les machines de Woolff, où les pistons des deux cylindres doivent se mouvoir d'ensemble.

On comprend que le système qu'on vient de décrire se reproduit en double, dans le sens de Fépaisseur, de chaque côté du balancier, ce qui fait qu'en réalité la tige du piston est articulée à un axe horizontal reliant le double point D.

Les régulateurs.

Le Yolant; du véritable rôle qu'il joue comme régulateur. — Le pendule co- ' nique de Watt, ou régulateur à force centrifuge. Régulateurs Farcot et Flaud. — Comment Texcentrique communique le mouvement au tiroir. — Les pompes d'alimentation et d'épuisement.

Achevons maintenant notre description de la machine à vapeur qui, jusqu'ici, nous a servi de modèle. Divers détails du mécanisme sont restés, dans l'ombre, que maintenant on va pouvoir saisir aisément.

Tout d'abord on voit, en suivant la figure 52, que, sur l'arbre moteur mû par le système de bielle et de manivelle décrit plus haut, est montée une grande roue, le plus souvent en fonte, à laquelle on donne le nom de volant. Cette pièce, qui se trouve dans toutes les machines motrices, a pour objet de régulariser le mpuvement.

Dans une machine motrice telle que la machine à vapeur, la vitesse çst sujette à éprouver des variations qui peuvent dépendre, soit de la force motrice elle-même, c'est-à-dire de la vapeur qui sort

au milieu de A6, on trouve que cette ligne est une sorte de 8 al< longé dont une partie est sensiblement rectiligne et perpendiculaire à la position moyenne des deux droites parallèles. Ob étant le balancier de la machine, F devait êlie le point d'aUache du piston

du générateur plus ou moins abondante et douée d'une pression plus ou moins considérable, soit de

AE était, selon l'expression de Watt, le rayon régulateur. Cette disposition, qui a été employée à l'origine et à laquelle on donne le nom de parallélogramme simple, renferme tout le principe de celle que nous venons de décrire. Mais le rayon régulateur ou contre-balancier devait avoir une longueur égale à celle du demi-balancier, et c'est pour diminuer celte longueur que Watt a imaginé le parallélogramme articulé.

Supposons OG double de OB; formons le parallélogramme ABGD

Fig. &4. — Courbes décrites par les points d'articulation des tiges du piston et de la pompe d'épuisement.

ayant les sommets articulés entre eux et avec le contre-balancier AE. 11 suivra les mouvements du système des trois tringles. Le point F continuera à décrire une ligne droite; mais le point D en fera autant, puisqu'il sera toujours sur la ligne OF prolongée à une distance OD double de OF. C'est en D que s'articule la tige du piston, comme nous l'avons vu plus haut, dans le texte.

Un savant français, M. le colonel du génie PeuuccUier, vient de résoudre rigoureusement le problème dont Watt n'avait donné qu'une solution empirique. Un système articulé de cinq tiges suffit à transformer le mouvement circulaire en mouvement rectiligne.

l'emploi de la force dans l'usine où la machine est établie. On comprend qu'il y ait intérêt à ce que ces variations soient renfermées dans des limites restreintes : on y parvient de diverses manières, et, en premier lieu, par l'emploi des volants qui augmentent la masse des parties mobiles de la machine. Lorsqu'il y a excédant de vitesse, la masse du volant absorbe l'excès de travail moteur sous forme de force vive, qu'elle restitue, quand le mouvement se ralentit, aux diverses pièoes de la machine. On donne à la fois au volant un grand poids et un grand diamètre, et la plus grande partie de sa masse se trouve répartie dans l'anneau qui en forme la circonférence.

Les dimensions et les poids des volants se calculent en tenant compte à la fois de la puissance de la machine et de l'irrégularité plus ou moins grande du travail moteur et du travail résistant.

L'emploi d'un volant, pour régulariser le mouvement d'une machine à vapeur, ne remplit son objet qu'autant que la vitesse est tantôt supérieure, tantôt inférieure à la vitesse normale. Mais s'il y avait lieu de craindre que cette vitesse fût toujours en excès, ou toujours en défaut, le volant n'y pourrait rien, attendu qu'il acquerrait lui-même une vitesse trop grande ou trop petite, et cet excès pourrait, dans le premier cas, aller en augmentant jusqu'à la rupture. La force centrifuge, qui croît avec le carré de la vitesse, serait la cause de cet accident, que prévient l'usage d'un autre genre de régulateur.

Je veux parler du régulateur à force centrifuge j à l'aide duquel la machine règle d'elle-même sa

vitesse quand la vapeur afflue de la chaudière avec surabondance ou excès de pression, ou quand la vapeur, n'arrivant pas en quantité suffisante, la vitesse du moteur se ralentit.

Cet appareil se compose de deux boules métalliques BB, supportées par deux tiges OA OA', articulées autour du point fixe appartenant à unaxe vertical. Deux autres tiges, articulées en A et A', sont liées à un manchon ou collet M, qui embrasse Taxe vertical* et s'élève ou s'abaisse le long de cet

Fig. S5. —Régulateur de Watt, à force centrifuge.

axe. Tout le système reçoit d'ailleurs, par l'intermédiaire d'une poulie P, un mouvement de rotation emprunté à l'arbre moteur de la machine. Enfin, le manchon M est embrassé par une fourchette formant une extrémité d'un des bras du levier IL.

Quand la machine fonctionne avec sa vitesse réglementaire, le levier MIL reste horizontal. Si la vitesse s'accélère, la force centrifuge éloigne les boules de Taxe, le manchon s'élève, et, avec lui, le

bras du levier IM : Tautre bras, IL, s'abaisse en tournant autour du point I. Si, au contraire, la vitesse se ralentit, la force centrifuge diminue, et les boules se rapprochent de Taxe, ce qui fait abaisser le manchon et produit un mouvement opposé du levier.

Or le levier communique avec une valve du tuyau amenant la vapeur de la chaudière, de telle façon

Fig. 56. — Régulateur Farçot à tiges croisées.

que la valve se ferme progressivement dans le premier cas, et s'ouvre davantage dans le second. L'afflux de la vapeur se trouve donc diminué quand la vitesse de la machine dépasse la limite normale ; elle est introduite, au contraire, avec plus d'abondance, s'il y a eu ralentissement.

Les deux figures 56 et 57 représentent deux autres systèmes de régulateurs dont la disposition est un peu différente de celle du régulateur à force

centrifuge (on connaît aussi ce dernier sous les noms de modérateur de Watt ou de pendule coni-que). Tous deux sont, comme le premier, fondés sur Faction de la force centrifuge appliquée à des masses qui tournent avec un axe mis en mouvement par la machine. Mais le pendule conique a Finconvénient que les régulateurs Farcot et Flaud p'ont pas, de régler, avec la vitesse de régime, la puissance de la machine, tandis que ceux-ci permettent de faire varier cette puissance, sans que la vitesse de régime varie sensiblement, ce qui est quelquefois utile dans certaines industries.

Revenons maintenant à notre machine, au mécanisme de transmission, et faisons voir comment

Fig. 57. — Régulateur Flaud.

le mouvement soit du balancier, soit de l'arbre moteur, est utilisé pour le fonctionnement du tiroir, des pompes d'alimentation et d'épuisement. Sur l'arbre moteur de la machine est calé un excentrique, qu'on voit en dd sur la figure 59, et dont la fonction est de produire le mouvement alternatif du tiroir. Voici, en deux mots, comment s'obtient ce résultat. L'excçntrique (fig. 58) est

formé d'une pièce métallique circulaire traversée par l'arbre en un point qui n'est pas son centre. Son mouvement de rotation entraine celui d'un collet ou bride portant un longtriangle métallique T. Mais l'extrémité de ce dernier s'accroche à l'une des branches d'un levier coudé abc, dont l'autre branche porte la tringle d du tiroir. Le mouvement d'oscillation du levier produit par la rotation de l'excentrique donne lieu à un mouvement alternatif vertical de la tige, et le tiroir fonctionne comme nous l'avons montré plus haut.

La figure 59 représente la machine à vapeur^à

Fig. S8. — Excentnque déterminant le mouYement du tiroir.

balancier, telle qu'elle est sortie des mains de Watt, avec tous les perfectionnements que cet illustre mécanicien y a successivement apportés ; elle permettra au lecteur de saisir l'ensemble des divers mécanismes que nous avons dû décrire en détail et séparément, la distribution comme la transmission. Elle va nous montrer en même temps comment fonctionnent les diverses pompes dont il a été question dans notre description de la machine. H est le condenseur qui baigne dans une bâche d'eau froide RR, et qui reçoit l'eau de cette bâche

par un tuyau t. Comme la condensation de lavapeur ne peut se faire sans que celle-ci ne cède à l'eau la chaleur qui la maintient à Tétatgazéiforme, l'eau du condenseur s'échauffe constamment, et il importe de la remplacer, constamment aussi, par de nouvelle eau froide. De là, la nécessité d'une pompe d'épuisement E, qui est mue par la tigeEA reliée au balancier; cette pompe refoule l'eau extraite et chaude dans une capacité R', et c'est là qu'agit à son tour la pompe réglementaire W, pour puiser l'eau et la refouler dans la chaudière. Y est la tige de cette pompe qui reçoit son mouvement du balancier.

Enfin on voit, en XX, la tige de la pompe U qui sert à alimenter d'eau froide la bâche RR. Cette pompe, ordinairement plus puissante que les deux autres, va chercher l'eau d'alimentation à une source voisine, source, puits ou rivière.

Cette complication d'organes, d'appareils accessoires, qui, du reste, empruntent tous leur mouvement de la machine à vapeur, n'existe que dans les machines à condensation, c'est-à-dire à basse ou à moyenne pression. Dans les machines à haute pression, fixes ou mobiles, le condenseur, les pompes d'épuisement et tous les mécanismes qui s'y rapportent sont supprimés. Il n'y a plus que la pompe d'alimentation. Mais nous avons pris pour modèle, précisément la machine à vapeur la plus compliquée, afin de ne rien oublier d'essentiel pour l'explication des mécanismes employés dans les différents types.

Machines à vapeur à transmission directe.

Machine à cylindre vertical, à haute pression, avec détente et sans condensation. — Machine à vapeur à cylindre horizonUl. — Machines à fourreau, principalement utilisées dans la marine à vapeur. — Machine oscillante de Carré. — - Machines à vapeur rotatives.

La transmission du mouvement dans les machines à balancier se fait indirectement, puisque le mouvement du piston devient circulaire alternatif avant de devenir continu.

On a imaginé plusieurs moyens de transmettre directement le mouvement du piston à l'arbre de couche. De là les machines verticales^ horizontales^ oscillantes. Je vais donner un modèle de chacun de ces genres de machine.

La machine à cylindre vertical, que représentent sous ses deux faces les figures 60 et 61, est une machine à haute pression, dans laquelle la vapeur agit avec détente, mais sans condensation. La légende montre quels sont les divers organes, cylindre, tiroir, volant, régulateur ou pendule conique, etc. Le seul point sur lequel je dois attirer l'attention est le mode de transmission du mouvement.

La tige du piston est directement articulée à la bielle EF, qui agit sur la manivelle de l'arbre moteur. Cette tige est guidée dans son mouvement par une glissière, pièce horizontale mobile GG, qui se meut le long de deux montants verticaux fixés en K et H, c'est-à-dire, d'une part au cylindre, de l'autre au bâti en fonte de la machine.

C'est, à la vérité, un mode de transmission tout

semblable, que celui de la machine à cylindre horizontal Te\)Téseniée par la figure 62. Nous en avons dit assez pour faire comprendre, sans description

Fig. 60. — Machine à vapeur verticale.

Tuyau de prise de Tapeur ; C cylindre ; BZ tiroir et boite i vapeur; GKH glissière; EJFO bielle, manivelle et arbre moteur; VV volant; PO pompe alimenuire; D tuyau d'écbappement.

spéciale, la disposition des organes de cette machine.

Dans les, locomotives, nous verrons employer

tantôt les cylindres horizontaux, tantôt les cylindres inclinés ; les raisons pour lesquelles on préfère telle ou telle de ces dispositions qui n'ont

Fig. 62. — Machine à vapeur verticale.

A tuyau de prise de vapeur ; C cylindre ; BZ tiroir et boite à vapeur; GKH glissière ; EJFO bielle et manivelle et arbre moteur ; VV volant; pompe alimentaire; D tuyau d'échap»

pement.

rien d'essentiel, sont en rapport soit avec la construction et Tagencement général des organes de la machine, soit, pour les machines fixes, avec des

questions d'emplacement en surface, en hauteur, etc. En somme, cela ne change rien au mode de transmission en lui-même, qui, dans les machines que nous venons de décrire, consiste dans l'articulation directe de la tige du piston avec la bielle de Tarbre moteur.

Il n'en est plus de même dans les machines à fourreau, oii la tige du piston est elle-même supprimée, et oii la bielle est directement articulée

Fi.tr. Ôlî. — Cylindre, mfnchon et bielln de la marliine à fourreau ce Penn.

au piston lui-même. Le mouvement oscillant de cette bielle se fait dans un manchon ou fourreau cylindrique traversant le cylindre et que le piston enveloppe complètement. Cette disposition diminue la surface du piston frappée par la vapeur; il faut donc compenser cette diminution par un accroissement du diamètre du cylindre.

L'inconvénient de ce mécanisme très-simple est aisé à comprendre : d'une part, la vapeur se refroidit plus promptement, puisque la surface refroidissante y est plus considérable; d'autre part, les fuites s'y produisent plus facilement soit au-

Fig. 64. — Machine à vapeur à cylindre oscillant.

tour du manchon, soit par les rainures qui permettent le mouvement du piston.

Il est principalement adopté dans les machines marines anglaises.

Un fabricant français, M. Carré, avait imaginé les machines à cylindre oscillant, où la transmission se fait sans bielle, la tige du piston étant elle-même articulée directement à la manivelle de Tarbre moteur

Le cylindre des machines oscillantes est porté par des tourillons comme une pièce d'artillerie sur son affût. Seulement les tourillons y sont creux et servent, Tun de lumière d'admission pour la vapeur, Tautre d'échappement. D'ailleurs, la distribution y est réglée par un tiroir comme dans les machines ordinaires. On distingue les machines oscillantes en horizontales et en verticales, suivant la direction moyenne du cylindre dans ses oscillations successives.

Ce genre de machines est aujourd'hui à peu près abandonné par l'industrie, sauf dans la navigation, où l'on rencontre souvent encore les machines à deux cylindres oscillants, sur les petits bateaux à vapeur. En tout cas, ce mode de transmission du mouvement est assez original pour que j'aie dû le signaler à mes lecteurs.

Il nous reste encore, avant d'étudier les machines à vapeur au point de vue des types, à parler d'une espèce de machine qui se distingue de toutes celles que nous avons passées en revue jusqu'ici par le principe môme du mécanisme. Je veux parler des machines à vapeur rotalivesy ainsi

nommées parce que la pièce sur laquelle la vapeur agit directement, celle qui correspond au piston des machines à cylindre, reçoit un mouvement qui est immédiatement circulaire et continu. Le problème de la transformation du mouvement n'existe donc pas dans ces machines.

L'idée de résoudre de cette façon la question des moteurs à vapeur n'est pas nouvelle. Elle était venue à Watt dès 1782; mais les inconvénients de cette disposition n'ont pas permis à la grande industrie de donner suite aux essais tentés dans cette voie ; aujourd'hui même, malgré les perfectionnements apportés à la construction des machines rotatives, ce n'est que dans des cas trèsspéciaux que l'industrie en fait usage.

Nous ne ferons que citer la machine rotative à disque, imaginée par Bishope et construite par Rennie*. L'intelligence du mécanisme, très-ingénieux, mais d'une description difficile à suivre, même à l'aide d'une figure, nécessiterait de trop longs développements. Disons seulement qu'elle a été adoptée, dans la marine russe, pour des canonnières et de petits bateaux à vapeur à hélice.

La machine à. vapeur rotative de l'Américain Behrens, que nous avons vue fonctionner à Paris, à l'Exposition universelle de 1867, est beaucoup plus simple, au moins pour la description. La figure 65 en donne une vue extérieure. Voici maintenant comment elle fonctionne et quelle est la

1. Voyez à ce sujet le Diclionnaire des tnalhétnatigucs appli^ quécs de Sonnet.

Fig. 65. — Machine à vapeur rotative de Behrens.

disposition du mécanisme moteur et de la distribution.

Sur deux arbres parallèles CC (fig. 66), sont montées deux pièces en forme de portions de couronnes, Tune et l'autre concentriques à Tarbre correspondant, et fixées par une de leurs extrémités à un épaulement de ce dernier. Ces pièces jouent le rôle du piston des machines ordinaires. Leurs faces extérieures et convexes s'emboîtent dans un double cylindre AA parfaitement alésé, et leurs faces inférieures et concaves se meuvent autour de deux douilles fixes cd concentriques à Tarbre. La forme des différentes pièces est calculée de telle sorte que chacun des pistons, dans son mouvement, vient s'engager dans une entaille concentrique à son arbre de rotation, pratiquée dans la douille fixe de l'autre piston. Il résulte de cette disposition que jamais la vapeur ne peut passer entre l'un des pistons et la douille de l'autre.

Voyons maintenant comment agit la vapeur.

Elle arrive par le tuyau d'admission B de la chaudière, pénètre dans l'espace compris entre les deux pistons et la douille c. Elle pousse, en s'appuyant sur la face convexe de E', la face concave du piston E, fait tourner ce piston et son arbre dans le sens marqué par la flèche. Comme les deux arbres portent extérieurement des engrenages destinés à les faire tourner en sens inverse et avec la même vitesse, l'arbre G' et son piston se meuvent en sens contraire du premier.

Les dessins 2, 3 de la figure 66 montrent la disposition des pièces après un quart, puis après une moitié de révolution. A cô moment, le pis-

ton E vient masquer Touverture B; la vapeur ne peut plus agir sur ce piston, mais elle commence à agir sur] Tautre. Avant que commence le [troi-

sième quart de la rotation (phase 4), rouvertuixî de la lumière d'échappement D est démasquée, la vapeur de l'espace a s'échappe, le piston E continue à être entraîné dans son mouvement par

Fautre arbre et par sa vitesse acquise, et ainsi de suite. La vapeur agit donc sur chaque piston pendant un peu plus de la moitié d'un tour, et alternativement chacun des arbres reçoit son mouvement de la vapeur môme et de l'autre arbre avec lequel il engrène. L'un des deux arbres est l'arbre moteur de la machine ; on le munit d'un volant. La machine rotative de Behrens est, comme on voit, une machine à vapeur sans détente et sans condensation. Mais il est possible, à l'aide d'une valve convenablement disposée, de la faire fonctionner avec détente.

Une des applications originales de cette machine consiste à l'employer comme moteur d'une pompe construite sur le môme principe et fonctionnant de la môme manière. Aux États-Unis, elle sert dans les brasseries et les raffineries, comme pompe élévatoire des liquides, eau, bière, sirops, etc. L'usage en est peu répandu en Europe, mais il paraît constant que cette machine a une véritable valeur industrielle.

Résumé.

En quoi consiste la machine à vapeur : révision de ses principaux organes. — Machines à basse pression, à moyenne et à haute pression. — Ce que c'est qu'un cheval-vapeur; comparaison du travail journalier d*un chevalvapeur et d'un cheval vivant de moyenne force. — Puissance de la chaudière; rapport de cette puissance avec la surface de chauffe et la consommation de houille.

Telle est la machine à vapeur moderne, dans son ensemble et dans les détails principaux de son organisme.

En résumant en quelques lignes la description

qui a été l'objet des trois ou quatre chapitres précédents, on voit que la machine à vapeur consiste :

1° En une chaudière ou générateur à vapeur qui transforme en force élastique disponible la puissance contenue dans un combustible, la houille par exemple. La chaleur est l'agent de cette transformation ; elle passe du foyer aux parois qui constituent la surface de chauffe de la chaudière, et, se communiquant de la fonte à Teau, elle en élève la température, en provoque et maintient Tébullition, fournissant d'une façon continue au réservoir de vapeur la masse gazeuse et élastique, à une pression en rapport avec le travail à produire. Foyer, grille, cendrier, carneaux et cheminées, bouilleurs et corps de la chaudière, soupapes et avertisseurs de sûreté, manomètres, indicateurs de niveau et de pression, tel est le générateur de la machine, avec ses accessoires ;

2<* La vapeur produite, la machine proprement dite se compose d'organes du mouvement, du récepteur de la force et des appareils de distribution ayant pour objet la production d'un mouvement alternatif rectiligne. Le cylindre , la boîte à vapeur, le tiroir, le condenseur, sont les principaux organes de cette partie de la machine. C'est le mécanisme moteur.

Enfin, 3** le mouvement une fois produit sous sa forme immédiate, il s'agit de le transformer, de le rendre apte au travail que l'industrie exige; et c'est le plus souvent sous forme de mouvement circulaire continu. Les bielles, manivelles, balanciers, glissières sont les organes ordinairement

employés pour cette partie de la machine à laquelle nous avons réservé le nom de mécanisme de transmission. Le volant et les régulateurs ont un objet particulier, qui est de maintenir dans les limites convenables la vitesse de régime ou la puissance du moteur.

Ces différentes fonctions bien comprises, les appareils qui les remplissent bien clairement conçus, au moins dans leurs dispositions principales, on peut, sans craindre de s'égarer, aborder l'examen des différents types de machines qui ont été imaginés depuis l'origine ou l'invention de la vapeur, et dont un grand nombre sont aujourd'hui employés dans l'industrie manufacturière, dans les voies ferrées et la navigation, et enfin dans l'agriculture.

Avant de faire cette revue des types, avant de montrer la vapeur à l'œuvre dans les services multiples qu'elle rend à la civilisation, il faut encore qu'on me permette, non une digression, il s'agit d'une chose essentielle, mais une courte explication de quelques termes et locutions fréquemment employés quand on parle des machines et qu'on évalue leur puissance.

Déjà j'ai dit ce qu'on entend par machine à basse pression^ à moyenne et à haute pression. Précisons encore.

Une machine à basse pression est celle où la vapeur possède une tension qui ne dépasse pas une atmosphère et demie. Une telle machine possède toujours un condenseur.

Quand la chaudière donne de la vapeur à une tension comprise entre trois et cinq atmosphères, la

machine est; une machine à vapeur à moyenne pression. On y adjoint, le plus souvent, un condenseur, mais cela n*est pas nécessaire.

Enfin, quand la tension de la vapeur dépasse cinq atmosphères y auquel cas la machine fonctionne généralement sans condenseur, on a affaire à une machine à haute pression.

Mais la puissance d'une machine ne dépend pas seulement de la force élastique de la vapeur qui sert à la mouvoir. Ce n'est là qu'un élément ; il faut tenir compte, en partant de cet élément, des dimensions du cylindre, du nombre des coups de piston que la machine donne par ininute ou par heure, nombre qui dépend lui-même de la quantité de vapeur régulièrement fournie par la chaudière. On arrive ainsi à évaluer le travail de la vapeur sur le piston. Mais ce travail, pour être transmis à l'arbre de couche et au volant, est en partie absorbé par les frottements et résistances des organes de transmission, de sorte qu'il y a lieu de le réduire d'après les données de l'expérience pour en conclure le travail réel, la puissance effective de la machine.

Ce travail s'évalue en chevaux-vapeur. On dit ainsi, d'une machine, qu'elle est une machine de 3, 4, 10, 50, 500 chevaux.

Avant d'aller plus loin, disons donc clairement ce que signifie cette expression de cheval-vapeur.

Un effort exercé s'évalue en kilogrammes, ce qui revient à dire qu'on assimile l'effet d'une force à celui d'un poids, par exemple & l'effet qu'un nombre donné de kilogrammes produit sur un ressort. Mais cela ne suffit point pour mesurer le

travail effectué par un moteur quelconque, car ce travail dépend encore du temps ou la vitesse du mouvement produit. Pour achever de le définir, il faut dire quel chemin le moteur fait parcourir au poids pendant l'unité de temps, pendant une seconde.

C'est ainsi qu'on nomme kilogrammètre le travail d'une force capable de transporter un kilogramme à une distance d'un mètre, en une seconde. Telle est l'unité de travail généralement adoptée par les mécaniciens.

Seulement, dans la pratique, et quand il s'agit du travail des machines, on emploie une autre unité, qui est 75 fois aussi grande que la première, qui vaut donc 75 kilogrammètres et à laquelle l'usage applique la dénomination de chevaUvapeur.

Voici à quelle occasion cet usage s'est introduit.

Quant Watt eut apporté aux premières machines à vapeur les perfectionnements qui les firent adopter dans les mines et dans l'industrie anglaise, les fabricants de ces iriachines se virent dans l'obligation de garantir à ceux qui leur faisaient des commandes la puissance des nouveaux engins.

Dans les mines, on employait généralement des chevaux qui faisaient tourner des manèges. Le travail journalier et moyen de ces animaux fut pris pour terme de comparaison, et l'estimation, faite expérimentalement par Watt de ce travail, ou horse-powerj servit à évaluer la puissance des machines livrées. On s'arrêta à un chiffre qui, traduit en mesures métriques, correspondait à 74 ou 76 kilogrammes transportés à 1 mètre. La moyenne, 75 kilogrammètres, a été définitivement

adoptée en France, et est, aujourd'hui, universellement adoptée. Mais qu'on ne s'y trompe point. Le travail de la vapeur est supposé continu, et les machines travaillent des jours et des nuits sans reposer. Une machine de la puissance d'un cheval fait donc, en un jour, c'est-à-dire en 86 400 secondes, un travail équivalant à 86 400X75 ou à 6480000 kilogrammètres. Un cheval vivant et réel, au contraire, est dans la nécessité de se reposer; en le faisant travailler 8 heures par jour, il ne développerait qu'un travail trois fois inférieur à celui de la même machine.

En réalité , c'est encore là une évaluation trop forte. Les chiffres de Watt, si l'on en juge par les expériences faites depuis, s'appliquaient à des chevaux dont la vigueur dépassait la moyenne, et qui probablement étaient surmenés. Il résulte, des expériences auxquelles nous venons de faire allusion, qu'un cheval de force ordinaire, attelé à un manège, allant au pas, développe une force égale à 40 kilogrammètres et demi, ce qui, pour une journée de 8 heures, donne 1166400 kilogrammètres.

On voit donc, par la comparaison des deux chiffres relatifs au travail de la machine et à celle de l'animal, qu'en réalité, pour remplacer une machine dont la puissance est d'un chevalrvapeuvj il faudrait employer à faire tourner, sans discontinuité, un manège donnapt le même travail, un peu plus de cinq chevaux et demi.

Au fait, le choix de l'unité importe peu : l'essentiel est de se rappeler la deliiiition et l'équivalence du cheval-vapeur.

Autre chose est d'évaluer la puissance effective d'une machine construite, autre chose aussi est de calculer et de combiner les dimensions relatives d'une chaudière, celle du cylindre, de la détente, etc.... quand on se propose de construire une machine dont la puissance est donnée d'avance. C'est là un problème très-complexe, que tous les jours ont à résoudre les ingénieurs mécaniciens, et dont le lecteur trouvera la solution dans les ouvrages spéciaux de mécanique pratique. Cette solution ne serait point ici à sa place. Mais peut-être ne serat-on pas fâché d'en connaître au moins les principaux éléments. Essayons donc.

Parlons d'abord de la chaudière.

Ce qui constitue sa puissance, c'est la quantité ou le poids de vapeur qu'elle est capable de produire en une heure, quand elle est en plein fonctionnement. Or, c'est surtout de la surface de chauffe que dépend cette quantité, de sorte que, toutes choses égales d'ailleurs, c'est le générateur qui offre au foyer et au gaz de la combustion la plus grande étendue de surface de chauffe qui est le plus puissant.

Quant à la consommation du charbon, elle est évidemment en rapport avec la surface de chauffe ; mais elle varie d'une machine à l'autre, selon le type de la machine, suivant qu'elle est à haute, à basse ou à moyenne pression, suivant enfin qu'elle fonctionne avec ou sans condenseur, avec ou sans détente. Voici à ce sujet quelques données de l'expérience.

La pratique a fait reconnaître qu'il faut compter, pour chaque cheval-vapeur, une surface de chauffe

variant entre 1 mètre carré et 1 mètre carré et demi. Une machine à vapeur de la force de 10 chevaux doit donc avoir un générateur ayant entre 10 et 15 mètres carrés de surface de chauffe. La quantité de vapeur produite par heure est alors en moyenne de 20 kilogrammes par cheval, de sorte que la chaudière d'une machine de 10 chevaux doit pouvoir vaporiser par heure 200 kilogrammes, soit environ 200 litres d'eau.

Quant à la consommation de la houille par heure et par cheval, elle varie, avons-nous dit, avec les machines. Les machines de Watt, à basse pression, consomment de 5 à 6 kil. de houille; celles de Woolff, 3 kilogrammes ; les machines à haute pression, à détente et sans condenseur, consomment de 4 à B kilogrammes par force de cheval et par heure. Ce sont les moins économiques, mais elles rachètent ce défaut par des avantages que nous aurons occasion de signaler plus loin.

Un mot maintenant sur la puissance d'une machine dans son rapport avec les dimensions du cylindre et avec la vitesse du piston, ou, ce qui revient au même, avec le nombre des coups de piston par minute ou par heure.

La pression de la vapeur étant connue par la lecture du manomètre, comment calculera-t-on le travail qu'effectue le piston pendant sa course dans le cylindre ? Prenons un exemple qui fera comprendre à la fois la question et la réponse qu'on doit y faire.

Supposons une pression de 4 atmosphères dans une machine à condensation, ou de 5 atmosphères dans une machine dépourvue de condenseur. L'ef-

fort exercé par la vapeur sur le piston sera le même en réalité dans les deux cas, puisque, dans le second, la pression atmosphérique s*exerce sur la face du piston opposée à celle où s'exerce la force élastique du fluide. C'est donc, sur chaque centimètre carré de la surface, 1033 kilog. multiplié par 4 qui mesurera l'effort de la vapeur.

Autant la surface du piston contient de centimètres carrés, autant il faudra répéter de fois ce résultat.

Mais ceci ne donne pas le travail mécanique, qui sera d'autant plus grand que la longueur du' cylindre ou la course du piston sera plus grande. Pour avoir ce travail en kilogrammèlres, il faut encore multiplier le résultat précédent par celte longueur, de sorte qu'on peut donner la règle suivante :

Multipliez la surface du piston par sa course exprimée en mètres, par la pression effective de la vapeur et par 1033, et vous aurez le nombre de kilogrammètres qui mesure le travail effectué par le piston dans sa course. Mais la surface multipliée par la longueur du cylindre, c'est le volume de ce dernier.

Ainsi, le travail est proportionnel et à la pression de la vapeur et au volume du cylindre. Supposons, dans le cas que nous prenons pour exemple, le diamètre du cylindre égal à 40 centimètres, sa longueur égale à 60 centimètres, le travail d'une course du piston sera :

■ïT; 20" X 40 X 1033 X 4 on 2u7^?j7.

Un coup de piston se composant de deux courses, ce sera 415 kilogrammètres pour chaque coup.

Ceci ne donne le travail iie la machine que pour un va-et-vient du piston, de sorte qu'il faut connaître encore le nombre de ses mouvements par minute ou par heure, pour évaluer définitivement en chevaux-vapeur la puissance de la machine.

Cette vitesse du piston est très-variable. Mais elle ne dépasse guère 6^ coups par minute, soit un coup par seconde. S'il s'agissait de cette vitesse maximum, la puissance de la machine serait précisément 415 kilogrammètres par seconde, ou 5.53, un peu plus de 5 chevaux et demi. Supposons 44 coups de piston par minute, cela fera en tout 18 278 kilogrammètres, c'est-à-dire c04 kilogrammètres par seconde, ou presque exactement une puissance de 4 chevaux-vapeur.

Ces détails, dont on me pardonnera l'aridité, feront saisir nettement, je l'espère, la signification des termes qui reviennent si souvent dans le langage industriel, quand on évalue la puissance des machines, et feront comprendre aussi quels éléments entrent dans les combinaisons et les calculs de l'ingénieur mécanicien, quand il fait le plan d'une machine à vapeur. J'ai pris ici les choses, bien entendu, dans leur simplicité, car c'est l'esprit de la méthode, non la méthode même dans sa rigueur, que j'avais en vue.

Nous allons maintenant voir les machines à vapeur installées et en fonction. Nous les verrons à l'œuvre dans les diverses industries qui les emploient, ce qui nous permettra d'étudier, sous un

MKGANISME DE TRANSMISSION. 181

autre aspect, les genres, espèces et variétés de ces puissants engins. Mais alors Toccasion sera excellente pour montrer quels rapides progrès a faits leur construction depuis l'époque où le génie de Papin a indiqué la véritable voie à suivre pour utiliser industriellement la puissance delà vapeur, et surtout depuis Tépoque où le génie de Watt a universalisé cette merveilleuse invention.

Trois phases principales distinguent cette période mémorable : la première est relative à Tapplication de la vapeur à l'industrie minière ou manufacturière ; la seconde commence à la naissance delà navigation à vapeur, fluviales et maritime ; la troisième a pour point de départ la circulation de la première voiture à vapeur sur les voies ferrées. Si l'on juge par les récents essais de ces vingt dernières années, l'application de la vapeur à l'agriculture constituera une phase nouvelle, non moins intéressante et non moins féconde que les trois autres.