CHAUDIERES ET MACHINES MARINES
Des types de machines em])loyécs dans la navigation à vapeui'. — Force nominale. — Emploi des chaudièies tabulaires. — Machines horizontales à deux et à trois cylindres. — Disposition des machines et des chaudières sur les navires à aubes ou à hélice.
Le propulseur dos navires ou bateaux à vapeur nous est connu.
Voyons maintenant comment la vapeur, lu seule force motrice assez puissante pour suppléer à la force inconstante et souvent contraire du vent, im-
LA BAVIGATIOW A VAPEUR. 2»
prime aux roues ou à l'hélice le mouvement de rotation.
La machine à vapeur, telle que nous l'avons dé-
Flg. 74. - Chaudii
crite, est-elle modifiée d une maniue essentielle, quand elle devient une machine de navigation'
Non. En lealilc, non-seulement le principe est identique, maib Ica oiganes principaux, le générateur, le mu,anisme moteur, la transmission restent les mêmes Us ne font, ainsi qu'on va le voir, 'que
310 LA VAPEi;il.
isubir les iièccssiLés parLiculières à l'iiistallalion sur ■ uii navire. |
A l'origine, les machines à basse pression et à 1 condensation, c'est-à-dire les machines de Watt à balancier, les seules d'aiUcure employées alors dans
l'industrie lorniaient le type des machmes de vigation soit sui lefi iniLres et Ils lacs, soit sur. la mer. Âujouidhui encore ks vapeuis a aiibus' trouvent avantage à s'en servir. Les mouvements, en sont lents, comme on sait, mais cette lenteur est lai'gemcnt compensée par la régularité du foQO: tionnemeHt. Elles sont lourdes et encombrantes.
LA SWIGATIOS A VAPEUR. '211
est vrai, mais toutes leurs parties sont aisément accessibles pour la surveillance, l'entretien, et, au besoin, les réparations. C'étaient les machines qu'avaient adoptées les marines milit;iires d'Angleterre et de France, avant que l'invention de l'hé-
lice eilt changé les données du problème. Pour l'hélice, les machines de ce type donnent un mouvement trop peu rapide de rotation, qu'il serait sans doute aisé de multiplier par les engrenages, mais aux dépens de la force effective des machines ou de leur travail utile.
La condensation est généralement adoptée, non-
seulement là où die est nécessaire, c'est-à-dire dans les machines à basse pression, mais aussi dans les machines mai;îiies à nio^eimo et à haute pression. L'abondance de l'eau rend commode et économique l'emploi des condenseurs.
Les macliiiies à vapeur employées dans la navigation sont les plus puissantes que l'on construise. 11 n'est pas rare que leur force effective se mesure-, par centaines de chevaux-vapeur; que dis-je? dans, certains navires de ta marine militaire, il taol compter par milliers. Ajoutons que l'évaluation de la puissance des machines niurincs en chevauxvapeur — ce qu'on appelle Icui' force nominale^ — se fait d'une autre façou que pour les machines terrestres, le c/ieyû/f/efcosse/jression, le cheval iiomiiiaî dans la marine vaut, non pas seulement 75, mais plus de 100 kilogrammètrcs, eu moyenne 107 kîlogrammétrcs sur l'ai'hre de couche, 155 tilogrammètres sur les pistons. Cela tient à ce que la perte ' de travail moteur employée au recul a forcé les constructeurs à exagérer lu force en vue de l'effet utile à produire. Aujourd'hui même, les chiffres que nous venons de rapporter sont Irop faibles : dans la marine de l'État, le cheval-vapeur nominal atteint 300 kilogrammètrcs.
A ce compte, la frégate à vapeur le Friedliiud, dont la machine a une puissance effective de 4,000 chevaux de 75 kilogrammétres, ne doit ùliv
portée, pour sa force nominale, qu'à 1,000 chevaux.
Pour obtenir une telle puissance, il a fallu employer des générateurs capables de vaporiser des poids d'eau considérables, ayant par suite une trèsgrande surface de chauffe.
Aussi emploie-t-on généralement des chaudières tubulaires à retour de flammes, dont les figures 38, 39, 74 et 75 représentent plusieurs types.D'ailleurs, on ne se contente pas d'une seule chaudière, ni d'un seul foyer, et la quantité de combustible brûlée s'élève à des proportions énormes. Citons quelques chiffres.
VAlgésiras, de 900 chevaux, a une machine munie de 8 corps de chaudière dont les foyers, quand ils sont allumés tous ensemble, brûlent par heure 4,146 kilogrammes de houille.
Le Napoléon, de 950 chevaux, a aussi 8 corps de chaudière, et 40 foyers qui brûlent 3,635 kilogrammes de houille à l'heure. La pression de la vapeur n'y dépasse guère 2 atmosphères.
La frégate cuirassée, le Friedland, dont nous décrirons plus loin la machine, et qui, avec son chargement complet de charbon et de munitions, pèse 7,200 tonnes, consomme, en pleine marche, 5,200 kilogrammes de houille par heure, 125 tonnes de houille par jour de navigation continue.C'esl donc une dépense qui, suivant les prix de la houille, peut
varier de 4 à 5,000 francs par jour, pour le combd! lible senl. L'aspect extérk'ur des cliaudières {fig. 70 el des mucliiiies marines ne rappelle donc fui^ celui des machines à \apcur employées dans Fis diisirie manufacturière. Quoique tous les organei en soient de dimensions relativement consid6rabletf on les a disposés de manière à occuper le mois d'espace possible: cliaudières, condenseurs, méop nisme moteur, etc., tout est ramassé comme < peut s'en rendre compte en examinant les divi types de machines dont les figures??, ?8,?9, et $ donnent l'ensemble général.
La première est une machine à balancier, ■ moyenne pression, à condensation et à détente, j suivant, au moyen de la figure 77, la lésende « plicative, et en se reportant a notre di'scriptï^ générale, on se rendra compte aisément du fou lionncment de la machine. Le balancier se troulJ| osciller au-dessous du piston et du cylindre : une disposition rendue nécessaire par la situatkl de l'arbre moteur, de l'axe des roues du navire, occupe nécessairement une place élevée dans 1 navires à aube. La vue d'ensemble d'une macbj semblable, à balancier et à cylindre vertical, ( représentée dans la figure 78, qui permet de ve^j comment rar))re moteur des roues a aubes i trouve relié au mécanisme. Elle appartient au ri vire à vapeur le Si>lilnx.
Les bielles sont reliées directement à l'arbre qui est coudé en deux de ses points, de maniéré à former deux manivelles à angle droit, recevant cliacune l'action d'un cylindre.
Ici, les cylindres sont verticaux. Quand le même type de machines fut appliqué à l'hélice, les cylindres furent placés horizontalement et dans un sens transversal; mais on fut obligé, pour donner à l'arbre une vitesse de rotation suffisante, d'employer un système d'engrenage. Bientôt on préféra les machines horizontales, à deux cylindres, sans balancier, et c'est sur l'arbre même de l'hélice, coudé à angle droit, que les bielles exercèrent leur action.
Les cylindres des machines marines ont souvent des dimensions colossales. Pour ne citer qu'un exemple, les cylindres de la machine du Friedland ont un diamètre intérieur de 2™. 10 et la course de leurs pistons n'a pas moins de l'^.SO. La pression de la vapeur s'exerce ainsi, pour chaque piston, sur une surface d'environ S^'^SO ; en supposant •la tension de la vapeur de 2 atmosphères et demie, cette pression est donc égale à environ 90,000 kilog.
Pour guider des pistons de cette dimension, on emploie,nonplus une seule, mais deux ou quatre tiges t,t' qui s'articulent par une traverse à la bielle B. Celle-ci, comme on le voit sur la figure 79, revient
ÏM I.\ TAPEUR.
sur ellc-niômc s'articuler au coude de l'arii leur, faisant fonction de manivelle et, pour ceti raison, on la nomint; bielle en retour.
La macliine à vapeur marine que nous venons de' citer n'est pas seulement remarquable par ses dimensions, par sa puissance, par la vitesse qu'ellç' imprime au navire sur lequel elle est installée, vi-; tessG qui n'est pas moindre, par un temps calmerf de 14 nœuds et demi, c'est-à-dire d'environ 28 kilom. à l'heure. Son hélice a C^.IO de diamètre, h l'ai vue tourner sur son arbre à rExposition univer* - selle de 1867 ; en se plaçant dans le sens du mou< vement des ailes, on ressentait sur la figure l'ima pression du courant d'air produit par l'évolution^ •des énormes spires. Mais, je le répète, celle machine se distingue aussi comme un type ayant des qualités spéciales. J'en vais dire, pour terminer, quelques mots.
C'est une machine îi détente du système de Woolff^^ avec cette disposition particulière qu'elle renfermln trois cylindres égaux de même diamètre et de mémel course. L'introduction de la vapeur a lieu dans unr seul cylindre, celui du milieu ; après avoir travaillé j pleine pression, elle pénétre dans les deux cylln- ' dres latéraux, où elle se détend, puis va de là dans i deux condenseurs séparés. En sortant des chau- -dières, la vapeur circule dans un appareil sécheur, puis elle se bifurque dans les chemises-enveloppes
appareil sécheur, | mises-enveloppes!
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quelle que soit la pnsilioiidii iKiviii' (IC^tiTmiiiùo pa; le roulis.
Les machin f u t I 1 iiiesustillanlcs
que j'ai (iécr te; dans le clia] t consacré au inôcanismc de Iran m ssion sor t &ouvent employées dans la navigalion à \Tieui {\u\ aie ou mariliine. Je crois avoir d t d jd qt e le pre n ùres élaieiil surtout en usage dans la marine anglaise. En général, les différences qu'on rencontre entre les niacliin(>s J fixes terrestres et les machines marines sont presque I toutes dues à une question d'aménagement et d'cra- I placement. Il faut, sur un navire marchand, mé- 1 nager la place pour le chargement ; dans les navires i de guerre, ménager la place, surtout en hauteur, ^ à cause des conditions de l'aLlaque et de la dÈfensc, a pour l'artillerie aussi et les munitions. Seuls, les I navires de transport, les paquehots destinés surtout | aux voyageurs peuvent se donner le luxe do ma- i chines occupant un plus gros volume. Les qualités j relatives à la sécurité et au confort sont alors celles qui prédominent. C'est là ce qui prolongera longtemps l'usage des machines à balancier, appliquées aux navires à aubes, parce que ce système donne une allure plus douce, plus agréable que les machines à mouvement rapide des bateaux à hélice.
J'ai dit que les machines de navigalion sont, en grande majorité, des machines à basse ou à moyenne pression. Mais les machines à haute pression sont
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aussi employées dans certains cas spéciaux. A coadensatiofl et à détente, détente à sec, qui prévient les incrustations d'eau de mer, elles offrent le grand avantiige d'être les plus économiques de toutes ; on ks installe sur les grandes canonnières années pour les expéditions lointaines. C'est aussi pour les canonnières et batteries flottantes, pour les remorqueurs qui font le service de l'entrée des ports, pour les bâtiments enfin destinés h des trajets courts el rapides, qu'on emploie les machines à haute pression, mais sans condensation ni détente ; leur avantage consiste surtout dans la plus grande simplicité de leur construction qui les rend moins lourdes et moins encombrantes, en somme aussi d'une installation plus économique.
Premières voitures à vapeur : la voiture de Cugnot. — Olivier Evans, Trewitick et Vivian. — Essais de locomotives à vapeur sur les chemins de fer. — Invention de la chaudière tubulaire ; Marc Seguin et Stephenson. — La Fusée.
« Les premiers essais de voiture mue parla vapeur d'eau remontent à Tingénieur français Cugnot, qui, en 1769, conçut et fit exécuter à Paris un chariot destiné à se mouvoir sur les routes ordinaires, sous Taclion de la vapeur. Vint plus tard Olivier Evans, qui construisit à Philadelphie, en 1804, la première voiture de ce genre qu'on ait vue en Amérique. A la môme époque, une machine locomotive circula sur le chemin de fer de Merthyr Tydwil, en Angleterre ; elle était due aux ingénieurs Trewitick et Vivian ^ »
La voiture de Cugnot avait un grand défaut : la chaudière ne pouvait produire la vapeur nécessaire
* te Chemins de fer, Bibliotli. des merveilles.
à l'entretien du mouvement que pendant douze à quinze minutes, après quoi il falluil la laisser reposer pendant un temps à peu près égal, pour donner le temps au foyer de produire de nouvelle vapeur. L'essai qu'on en fit alors parut assez satisfaisant pour que l'inventeur fiit chargé de construire une
Fig. Sj. — Voilure il vapeui
nouvelle voiture qui figure aujourd'hui encore au Conservatoire des arts et métiers (c'est celle dont la figure 83 donne le dessin), mais qui ne parait pas avoir été jamais essayée'. Treize ans auparavant, un Anglais, Itobison, avait conçu le projet d'appliquer la vapeur à ia locomotive sur les routes, et s'était entendu avec Watt pour ia réalisation de cette idée, mais sans succès. Un modèle de voiture à vapeur fut construit plus tard, en 1785, par
< Circonstance curieuse ù noter et (|ui fait honneur ù Plantn. ofBder suisse, qui avait lui-même imaginé une TOilureù vapeur. Chargé d'eiamincr l'invention de Cugnot, Planla n'hésita point S la trouver préférable à la sienne.
ce dernier; mais il ne paraît pas qu'aucune suite ait été donnée à cette tentative.
La locomotion sur les routes par l'action de la vapeur ne devait réussir et prendre l'immense extension qu'elle possède aujourd'hui, que grâce à l'adoption d'un nouveau système de voie, qui fut d'ahord appliqué au transport des matériaux dans les mines de houilles. Les chemins a ornières, puis à bandes saillantes, d'abord en bois, puis en fer, diminuaient considérablement la résistance au roulement.
Mais, chose curieuse, ce progrès constitua dans l'origine un obstacle à l'adoption des voitures à vapeur. Comme ces voitures étaient d'abord assez légères, leurs roues motrices, en tournant rapidement, glissaient sans avancer, patinaienl, selon l'expression technique. On imagina divers moyens de vaincre cette difficulté pratique, quand un ingénieur anglais, Blackct (1815), prouva que l'adhérence de la loconiolive sur les rails peut s'obtenir en donnant aux locomotives un poids suffisamment considérable, pourvu qu'on fit supporter cette pression à l'essieu des voues motrices. C'est de cette époque que date la machine de G. Stephcnson (flg. 84), où les essieux* sont rendus solidaires par le moyen d'une chaîne sans fin. L'adhérence de toutes les
' Par esemple, emploi d'une roue déniée, s'engrerant atec une crémaillËre disposée entre les rail^, ou encore, de jambes mobiles qui liaient alternativement appuyées sur le sol puis soulevées.
roues de la locomotive se trouve ainsi ntilisée. On peut dire qu'à partir de ce moment, la locomotion sur les voies ferrées, à l'aide de voitures mues par la vapeur, était un problème pratique-
Fig. M. ~ Locomotin de 6. Slepbeiuon i chttne
ment résolu. Toutefois, les premières locomotives ne donnaient pas encore un résultat satisfaisant ; la quantité de vapeur que leurs chaudières pouvaient fournir était insuffisante pour la charge ou la vitesse qu'on voulait obtenir.
La raison en était dans la nature de la chaudière, dont l'eau était chauffée par un foyer intérieur, dans
un tube qui la traversait dans toute sa longueur (flg. 8i). La surface de chauffe n'était pas assez considérable pour la vaporisation qu'il importait d'obtenir, et le tirage était tout à fait insuffisant.
Toutefois, les locomotives de Stephenson, d'Hacworth réalisèrent, sous divers rapports, des perfectionnements qui eurent leur importance : le mécanisme moteur, la transmission, l'adhérence des roues sur les rails furent l'objet de dispositions nouvelles qu'il serait trop long de décrire. Jusqu'en 1829, la locomotion à vapeur ne fit que les progrès de détails dont nous parlons.
Mais, à celte époque, la substitution à la chaudière ordinaire de la chaudière tubulaire avec tirage produit par un jet de vapeur, produisit une véritable révolution dans l'application des machines à vapeur à la locomolion sur les voies ferrées. C'est à Marc Séguin qu'est duc Tinvcnlion des chaudières tubulaircs ; grâce à l'accroissement énorme de surface de chauffe que cette disposition permit d'obtenir cans augmenter les dimensions du générateur, la vaporisation se trouva accrue dans une proportion qui multiplia la puissance des machines ; mais pour suffire à cette production de vapeur, il fallait entretenir l'activité du foyer par un tirage énergique que la Irès-faible hauteur des cheminées de locomotive ne pouvait donner.
Ce fut donc aussi une invention heureuse que
LA TAPEUR SURJ.es CHEMINS DE FER. î<^
celle de se servir de la vapeur, (juand elle vient d'agir sur le piston, et de la faire évacuer dans la cheminée même. Elle produit ainsi, à chaque coup
Fig. 83. — ta Fiuée, de Rolierl Sleplii
de piston, un courant rapide qui entraine au dehors l'air et les gaz de la combustion, et par les tubes, détermine un appel au sein môme du foyer.
La première locomotive où ces deux capitales améliorations furent appliquées fut la Fusée, qui sortit des ateliers de Robert Stephenson, et qui obtint
8M l A ÏAI'EIII.
on 1825 le prix Ju concom's ouvert à Liverpool. S'il esl permis d'attribuer, sans ri'-que de commellre une injustice, à notre compatriote, M. Seguin, l'invciition de la chaudière tubulaire pour locomotives, on ne peut dire avec la mCmc assurance â qui
est due l'idée d'appliquer au tirage le jet de la vapeur. Ilackworlli, Pelletier, G. Stephcnson, sont également signalés comme les inventeurs de cet important perfectionnement.
Séguin l'ainé, Stephenson, tels sont en résumé les deux noms en qui se personnifie ta révolution économique, mécanique et industrielle par laquelle
LA VAPEUR SUR LES CHEMINS DE FEIl. 265
les chemins de fer, jusqu'alors exclusivement employés dans les exploitations minières, sont devenus les plus importantes voies de la ciixulation universelle.
Marc Séguin, qui, croyons-nous, vit encore, est
Flg. 87. — George Stephenson.
le neveu de Monlgolfier, l'inventeur des ballons. George Stephenson était un simple ouvrier mineur, qui conquit, par son intelligence et son travail, une si éminente place dans l'élite des ingénieurs anglais, et, de plus, eut la satisfaction de voir son ûh Robert atteindre et dépasser sa propre réputation si méritée.
Sitfi U VArEllR.
Pour montrer combien la Fusée Était supérieure aux locomotives en usage sur les voies ferrées en 1825, citons d'après M. Periioiinct, les chiffres comparatifs suivants : les anciennes locomotives, vaporisaient 450 kilog. d'eau par heure, la Fusée, près du double, soit 850 kilog. Et cependant, la dépense de combustible pour le transport d'une morne charge à une même distance était réduite de plus de nioitiô. La vitesse était accrue de 10 kilom. à i5. Tous CCS résultats se condensent, pour ainsi dire, dans une seule donnée, la surface de chauffe qui, 'de 5"'.82 dans les anciennes locomotives, atteignait iS^'.SO dans la Fttsée, plus du triple.
Depuis, d'immenses progrès ont transformé la locomotive; la théorie et la pratique ont à l'envi porté, pour ainsi dire, à la perfection l'ensemble et les détails de ce moteur si puissant et si rapide. L'art du constructeur n été pour beaucoup dans cette transformation; mais tous ces progrès n'ont pu se faire que parce que la double invention de Stephenson et de Séguin a permis d'étendre le réseau des lignes de fer.
