U VAI'EUR

dans la boile à \apeur, qui s'applique et glisse par sesdcux exlrémilés planes contre la face du cylindre où viennent aboutir les lumières d'admission. La vapeur qui vient de la chaudière par l'ouverture V peut toujours circuler autoui' du tiroir sans pénétrer jamais par l'une ni par l'autre de ses

estrémités; celles-ci sont au contraire sans cesse en libre coniinunicatiou avec le condenseur. Les deux bords plans du tiroir dans leur mouvement de va-et-vient laissent donc alternalivement l'ime des lumières recevoir la vapeur de la cliaudière, pendant que la vapeur, apiès son action sur le pistou, sort par l'autre lumière et se précipite dans le condenseur ou à l'air libre.

Dans chacun de ces modes de distribution, il est

LE MÉCANISME MOTElIl. 155

•dise 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.

Des deux modes d'aclion de la vapeur : li avail de la vapeur à pleine pression; travail de la vapeur avec délcnle. — Divei-s systèmes de détente ; système Clapeyron ; système Meyer ; système de WooliT.

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 vapeur. 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 lige le mouvement allernatif 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 cvlindie avaient la même largeur que les bandes pleines du tiroir, de sorte qu'elles se trouvaient tantôt entièrement rccou\ev-

IW L\ VAl'EliR.

tes, tantôt entièrement libres. De là il résulte que la vapeur de la chaudière afflue à pleine pression sur chaque face du pislon pendant louio 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 Irquvé qu'il y avait un double avantage à ne donner" accès à la vapeur de chaque côté du cylindre que pondant une pariie seulement.de la course du pislon : il en résulte d'abord une plus grande régularité dans le mouvemcnf même, puis, à égalité de travail, une notable économie de vapeur et par conséquent de comLustible.

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 univei'sellement adopté. Mais avant d'insister sur les avantages qu'il présente et de précî-

ser Téconomie 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. 11 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 ab, a'b\ cd c'd\ 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 suiATe 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

ir>S lA ÏAPElIl.

(lonni? liou à quatre périodes successives que nous allons caractériser :

Dans la première période, il y a mlmission de i-apeur qui Iravailie pendant ec temps à pleine pres^ sion, 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 déleule de la vapeur admise, qui alors travaille avec une force di'.croissanfe, jusqu'au moment où la lumière s'ouvre à réchappement ;

LVchappemeiit 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 (le vapeur que le piston refoule et comprime 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 ii la même position initiale.

La détente de Clapeyron est surtout employée dans les machines à mouvemenls 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 indépendant de celui du tiroir, qui viennent fermer ces

orifices, faire cesser l'admission et commencer la détente.

Enfin, dans le syslôme de Woolff, la détente n'a

pas lieu dans le cylindre lui-môme, mais dans un cylindre de plus grand diamètre juxtaposé an prf-

ilt déli-nte de Mcyor.

mier (fig. 50) .C'est pour cela qu'on donne aux machines à vapeur qui emploient ce mode de détente le nom de machines à rfciu: cijlindres.

La figure 51 va faire comprendre le mécanisme de la distribution dans cc^î macliincs.

Chacun des deux cylindres .K, B, est muni d'une boite à vapeur où se meut un tiroir ordinaire, et

IW U ï\l>EOR.

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 boite du cylindre A et de là pénètre au-dessous du piston P, par exemple. Ce piston reçoit donc un mouve-

W MljCAMSUË NOTëUK. 161

ment 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 dt-boucher dans la boite a sapeur du cy-

lindre B. La elle pcnotrc parla lumière inférieure d'admission au dessous du pislon P et en s y détendant, elle produit également le mou\Lment ascendant de ce piston Quant a la vapeur qui se trouvait de 1 autre ci té d^ns la chambre suptiieuro du grand rylindre elle va comme a 1 ordinaire, se condenser dans le tujnu CC ou a 1 in libic

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.

lY

Transformation du moavement recUligne de la tige du piston en niouTement circulaire alternatif, puis continu; bielle et manivelle. — Machine à balancier. — 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 à 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-vient de la tige d'un pistoD, c'esl-à-dire im mouvemeiil allernalif et rcctiligne, trouver un mode de Iransmîssion 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, a Mais l'invention des machines h vapeur, les progrès ijue 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 l'extrémité décrit une ligne droite verticale, est reliée à l'extrémité d'une grande pièce oscillante, ou levier, AB, qu'elle fait mouvoir autourd'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 k son tour sur unemanivelle.calée enO surTarbre 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 pis-

ton, 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 recti-

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

ligne 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 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

2,Fig. 53. — Parallélogramme articulé de Watt.

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 DO, à un point fixe du bâti de la machine. Les longueurs relatives de ces diverses lignes sont calculées de telle sorte que le som-

met 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 poinl milieu du côté BC jouit de la même propriété que le point D * : aussi Tutilise-t-on dans 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 l'épaisseur, de chaque côté du balancier, ce qui fait qu'en réalité la tige du piston est articulée à un axe horizontal reliant le double poinl D.

LES REGUUA1EURS

JLe volant ; du véritable rôle qu'il joue comme régulateur. ~ Le pendule conique de Watt, ou régulateur à force centrifuge.— Régulateurs Farcot et Flaud. — Gomment l'excentrique communique le mouvement au ti-. roir. — Les pompes d'alimentation et d'épuisement.

Achevons maintenant notre description de la ma- <îhineàvapeurqui,jusqu'ici,nousa servi de modèle- Divers détails du mécanisme sont "restés dans l'om-

* Considérons isolémentdèux tringles égales OB,AE mobiles autouidu point Oet du point E et reliéesàune tige AB articulée en A etenB. ^uand on cherche géométriquement la ligne que décrit pendant le

168 LA YAPEUR.

bre, que maintenant on va pouvoir saisir aisément.

moaTement alternatif des deux tringles le point F au milieu de AB, on trouTe que cette ligne est une sorte de 8 allongé dont une partie est sensiblement rectiligne et perpendiculaire à la position moyenne des deux droites parallèles. OB étant le balancier de la machine, FdeTait être le poiut d'attache du piston : AE était, selon Texpression de Watt, le rayon fégulaieur.lCetie disposition, qui a été employée à Tongine et à laquelle on donne le nom de parallélogramme simple, renferme tout le principe de celle que nous^ve-

Fî;^. SI. — Courbes décrites par les poiuts d'articulation des tiges du

pistoa et la pompe depoisemait.

iKUis de décrire. Mab le rayon régulateur ou contre-balancier de- Yait aiYoirttue longueur tgale à celle du demi-balancier, et c'est pour dittiinuer cette longueur que Watt a imaginé le parallélo-

Supposions OC double de OB; formons le parallélogramme ABCD ayant les sommets arUculés erjtre eux et avec le contr e4ïalancier AK. n suivra les mouvements du syistème des trois tringles. Le point F continuera à décrire une ligne dn>îte; niais le point D en tera autant» puîsqu il sera toivîours sui- la ligne OF prolongée à une distance OD Â>uble de OF. C'est en D que s'articule la tige du pblon» couune nous Favons vu plus haut, dons le texte-

Tout d'abord on voit, en suivant la figure 52, que, sur Farbre 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 mouvement.

Dans une machine motrice telle que la machine à vapeur, la vitesse est sujette à éprouver des variations qui peuvent dépendre, soit de la force motrice elle-même, c'est-à-dire de la vapeur qui sort du générateur plus ou moins abondante et douée d'une pression plus ou moins considérable, soit de 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 pièces 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 cal-

'. ^L '. :± :eile

■ :.. , . ue «|uand

:i e normale;

t. LLLS d'abon-

deux sont, comme le premier, fondés sur l'action de la fot*ce 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 n'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 ré-

Fig. 57. — Régulateur Flaud.

gime varie sensiblement, ce qui est quelquefois utile dans certaines industries.

Revenons maintenant à notre machine, au mécanisme de transmission, et faisons voir comment le mouvement soit du balancier, soit de l'arbre moleur, est utilisé pour le fonctionnement du tiroir, des pompes d'alimentation et d'épuisement. Après cela, nous passerons en revue les types de 'machines qui, avec la mïichine à balancier, sont

!": U TiMTlL

tiyi- i~^ciLl b npeur de la chaudière, de lelle

iif-c tj* b Tilve se ferme progressiTcmeat dans

t ;«EL>îf fas, el ï"i>uTre davantage dans le second.

L'i^si lie U Tapeur se trouTe|doDC diminué quand

U litâSÊe de U machine dépasse la limite normale;

elle et introdiiile, au contraire, avec plus d'abou-

duKe. sll T a eu ralenlissement.

Fig. bfi. — Hégulaleur Farcol i liges croisées.

les deus figures S6 et 57 représeiHenl deux autres splimcs dt' ,r;i,lali'„rs il«nl I» Jisposilto est un peu différente df a-"e du risukim ij^

, 7,/( (/((. . lon o.iiuail ^('^^' '■'" derniersç'-'"^*'

Tip n.-f^-t r;mrs l'industrie

-.— a* it ^ m>:à-iit? et calé un . lÈ 31 < i -sir j i^pxre 59, et

rr-^ ùr jrt*uiisn it moaTement r ~ K -.. ^s i£M.i zi*:4s, comment -:;.v. ^ ^ît-^cr-jin»» ■ fz. dS) est ; n^'-Lj^i-tc •r—!i-:tln' tra\ersée : >.\:u i'u 1 m. J9S soo centre.

-i :■■ u.'v-aî':i ^v ^jmcua !fîLC:a£a.'e cvlui d'un ■ .-■ M -.- ,^ - i-ijii lu j'ttz'^Jiit—'j^ QïêtailliqueT. .^-^ i-r-: n..: iv ,- ji^cjiec ï-jvvnvhe à Tune -,-^ '-xx-.-.u-^ i' lit. .t.-t:r ,-jmà; /iK-, dont l'autre

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le plus fréquemment employées dans l'industrie manufacturière.

Sur l'arbre moteur de la machine est calé un excentrique, qu'on voit en Jd 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'excentrique (fig. 58) est formé d'une pièce métallique circulaire traversée par l'arbre en un point qui n'est pas son centre.

Fig. 58.'— Excentrique déterminant le mouvement du tiroir.

Son mouvement de rotation entraîne celui d'un collet ou bride portant un long triangle 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 lavons montré plus haut.

La figure 59 représente la machine à vapeur à 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 du 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 bàched'eau froide RR, et qui reçoit Teau de cette bâche par un tuyau t. Comme la condensation de la vapeur ne peut se faire sans que celle-ci cède à Teau la chfifleurqui la maintient à l'état gazéiforme, Teau 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 tige EA 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 alimentaire W, pour puiser l'eau et la refouler dans la chaudière. Y est la lige 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'alinienl^ition à une source voisine, source, puits ou rivière.

Celte 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. 11 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.