XX. Pistons

Des différentes espèces de pistons et de leurs garnitures.

Les pistons sont des organes mobiles qui, suivant les cas, sont mis en mouvement par l’action des fluides ou servent à transmettre le mouvement qu’ils possèdent à des liquides ou à des gaz. L’action d’un organe de ce genre repose tout entière sur les variations que son mouvement relatif détermine, pour le volume compris entre lui et les parois du réservoir, dans lequel il se meut.

Si l’on veut que ce volume se trouve, à chaque instant, complètement isolé, il est essentiel que le piston s’applique sur les parois du réservoir au moyen d’une garniture, assez serrée pour produire une fermeture, sans devenir un obstacle au mouvement. Il est évident, d’après cela, que la disposition de cette garniture doit dépendre de la forme du piston et du réservoir qui le renferme. Le plus souvent, les pistons possèdent un mouvement rectiligne et ils affectent, par suite, la forme prismatique, qui, dans la majeure partie des cas, se trouve être, de plus, à section circulaire. Nous n’examinerons ici que les pistons cylindriques; des règles que nous allons établir, pour ce cas particulier, il sera d’ailleurs facile de dédiure celles qu’il conviendrait d’adopter pour des pistons de formes différentes.

L’étanchéité de la garniture peut s’obtenir d’un grand nombre de manières. Un des modes de garniture le plus employé est celui dans lequel la garniture se compose d’un anneau flexible, élastique, entourant le piston. Dans ce cas, un dispositif mobile permet d’exercer, sur la matière de cette garniture, une pression assez forte pour empêcher le fluide de la traverser.

L’anneau, dont se compose la garniture, peut être logé dans l'intérieur de la paroi du cylindre fixe ou, au contraire, dans celle du cylindre plein, c’cst-à-dirc du piston. On a ainsi deux espèces de garniture, extérieure et intérieure, représentées par les fig. 660 et 661. La fig. 662 donne une garniture double pour un seul piston. La disposition de la fig. 661 rentre dans

PISTONS

la catégorie des garnitures avec boite-à-étoupes, tandis que celle de la fig. 660 constitue plus particulièrement ce qu’on appelle une garniture de piston. Lorsque le cylindre fixe est ouvert sur un côté, comme dans les fig. 660 à 662, le piston est dit à simple effet; on le désigne spécialement, sous le nom de piston plongeur , lorsqu’il affecte une des deux formes des fig. 661 et 662.

Lorsque le cylindre fixe a une ouverture de chaque côté du piston, comme dans les fig. 663 à 665, le piston est dit à double effet. Pour qu’un piston de ce genre puisse recevoir son

Fig. 663.

Fig. 664. Fig. 665.

mouvement en dehors du corps de pompe, on le munit ordinairement d’une tige, sortant à l’extérieur, fig. 666 et 667, qui passe elle -même à travers une garniture et qui est, en réalité, un véritable piston plongeur, relié avec le premier. La garniture de la tige peut être intérieure, comme, par exemple, en a, ou extérieure, comme en a, fig. 666 (en pointillé).

PISTONS

Cette tige agissant sur le fluide comme plongeur, il en résulte que l’action sur ce fluide est différente au-dessus et audessous du piston. Si l’on veut éviter cette différence, il convient d’établir, au-dessous, une seconde tige, de même diamètre que la première, ainsi que le représente la fig. 666 en pointillé. L’addition d’une tige peut être évitée de plusieurs manières, en adoptant, par exemple une disposition analogue à celle de la flg. 668 , dans laquelle une commande directe par manivelle se Fig. 666. Fig. 667. Fig. 668.

trouve établie à l’intérieur du cylindre ; un autre procédé consiste à mettre le piston en mouvement par la pression d’un fluide (presse hydraulique, distribution du marteau à vapeur de Joy, etc.).

Les pistons, à simple et à double effet, sont fréquemment percés d’ouvertures, qu’on munit de soupapes; on les désigne alors sous le nom de pistons à soupapes.

Dans le mode de garniture que nous venons d’examiner, l’étanchéYté ne s’obtient qu’à la condition d’exercer une pression extérieure sur la garniture elle -même. Entre cette garniture et la surface sur laquelle elle glisse, imaginons une couche mince du fluide que le piston doit isoler (eau, air, vapeur, etc.), il est évident que la portion du fluide, située du côté ob la pression du piston est la plus forte, ne pourra pas passer de l’autre côté, si on exerce, sur la garniture, une action telle que la pression, transmise à la couche fluide interposée, soit précisément équivalente à la plus grande de celles qui régnent sur les faces du piston. Cette pression entre la garniture et la surface de glissement se trouve très - simplement réalisée dans les garnitures automatiques ou autoclaves.

PI8TON8

Les fig. 669 et 670 représentent des garnitures de ce genre (en cuir) pour pistons à disques et pistons plongeurs; le fluide,

Fig. 669. Fig. 670. Fig. 671.

soumis à la pression la plus forte, agit sur la face postérieure du rebord de la garniture et teud à l’appliquer sur les parois de la partie fixe, avec une force précisément égale à celle que nous avons indiquée comme nécessaire, pour donner une fermeture étanche. La fig. 671 est une garniture métallique, qu’on emploie assez souvent pour les pistons plats et plus rarement pour les pistons plongeurs; le fluide, soumis à la pression la plus forte, agit sur la face intérieure de l’anneau métallique et le presse à la fois contre la surface fixe et contre l’un des rebords du disque, dans lequel se trouve pratiqué le logement de cet anneau.

La garniture à membrane, dont la disposition est analogue à celle des soufflets, est utilisée pour les pistons de pompes des prêtres, fig. 672. En employant une matière réellement imperméable, cette disposition ne peut donner lieu à aucune fuite. En 1852, Martini l’a appliquée à une machine à vapeur, en faisant usage de plaques métalliques (en acier). Pour obtenir, dans co cas, une surface très - élastique , il convient d’adopter, comme pour les manomètres, une forme ondulée, fig. 673. La disposition de la fig. 674, qui est une modification de la précédente

Fig. 672. Fig. 073. Fig. 674.

et qu’on désigne sous le nom de garniture à poche, a été employée, avec succès, comme piston d’une pompe destinée à comprimer de l’air.

PISTONS

Dans la catégorie des garnitures automatiques, on peut encore faire rentrer les deux dispositifs, à fermeture hydraulique (pour pistons plongeurs), que représentent les fig. 675 et 676. La première forme est employée, pour l’extraction de l’eau, dans les appareils de lavage des minerais, tandis que la seconde est utilisée pour les gazomètres, les pompes à air, les appareils élévatoires à pression d’air de Seilcr, les cloches à plongeur,

Fig. 675. Fig. 676.

Fig. 677.

les caisses à air des constructions sous l’eau (fondation de piles), etc. Avec les garnitures à étoupes ordinaires ou à rebords, le piston est assez souvent recouvert d’une couche d’eau ou d’huile, destinée à empêcher l’introduction d’air (fig. 677).

Une dernière classe de garnitures de pistons est celle que représente la fig. 678, dans laquelle le contour du pUton est muni d’une série de rainures, formant un véritable labyrinthe, à travers lequel doit circuler le fluide, avant de s’échapper. Cette disposition est utilisée, de préférence, pour les pistons à air. Par suite des variations de la section du canal qu'il doit suivre pour s’échapper, l’air circule, en réalité, dans ce labyrinthe avec une vitesse qui va constamment en diminuant, de telle sorte que sa tension, à la sortie du piston, est notablement plus faible que de l’autre côté et la différence est d’autant plus forte que la vitesse du piston, dans la direction de la marche de l’air, est elle- même plus considérable. A la limite inférieure de ce genre de garnitures, se présentent les dispositifs analogues à celui de la fig. 679, dans lequel le piston se compose d’une simple plaque, dont les bords sont à une distance très - faible des parois du corps de pompe, comme, par exemple, dans les chapelets, destinés à l’élévation de l’eau, dans les roues de côté, dans les ventilateurs à ailettes, dans ceux de Fabry, de Lemielle, etc. Au système des pistons à rainures on peut encore rattacher le dispositif de

BOITES - A - ÉTOUI’ES.

piston à brosses de la fig. 680 , dont on rencontre une application dans one voie ferrée à air comprimé, établie an palais de Sydenham.

Fig. 678. Fig. 679. Kg. 680.

sont assez rarement employés. Toutefois , c’est à ce genre qu’appartiennent les pistons des indicateurs; on en trouve également un autre exemple dans les pompes de Metz, où ces pistons semblent faire un bon service et peuvent être utilisés aussi bien pour l’extraction de l’air que pour celle de l’eau. Il arrive, d’ailleurs, que, dans certaines circonstances, les pistons à anneaux métalliques perdent leur élasticité et tinissent par se comporter comme de véritables cylindres fixes, introduits à frottement doux dans leurs corps de pompe.

Boites à étoupes ou Stufflng - box.

D’après ce que nous avons dit précédemment, entre les boites -à- étoupes et les garnitures de pistons il n’existe, en réalité, qu’une simple différence de construction. Dans les boites -àétoupes, la matière, qui forme la garniture (chanvre, cuir, coton, avec talc, caoutchouc, feutre, sciure, segments métalliques), est placée sur la surface concave du corps enveloppant, tandis que les garnitures de pistons, proprement dites, sont établies sur la surface convexe du corps enveloppé.

Les fig. 681 et 682 représentent complètement deux Stuffingbox cylindriques, disposés, tous les deux, pour recevoir une garniture de chanvre, mais en sens inverses.

Afin de diminuer l’usure, les deux parties qui embrassent la tige, le grain et le chapean, sont composées de pièces de bronze rapportées. Le profil en coin annulaire, qui les termine et qui

BOITES - A - ÉTOUl'EH.

est dû à Farcot, est préférable à l’aucieiuic disposition à un seul biseau, qui avait l’inconvénient de laisser souvent un passage ouvert au fluide, entre la garniture et la surface concave, sur

Fig. 681.

il a

Fig. 686.

Fig. 684.

IIP?

[ni

il. 1

riKj 1