X ii,gx

Rendement : frigories produites par calorie

dégagée au condenseur—!^ = 0,22ou22p.ioo

I 2. — Le compresseur rotatif.

1 . — Défauts de la machinée éjecteur. — La machine à éjecteur présente un certain nombre de défauts, parmi lesquels on peut citer les suivants.

i*^* Toutes choses égales d'ailleurs, la production de frigories par kilogramme de vapeur motrice va en diminuant rapidement lorsque la différence des :températures dans le condenseur et dans Tévaporateur va en augmentant.

Cette production de frigories varie entre 1 50 et 200 lorsque cette différence de température est comprise entre 25 et 30 degrés ; elle baisse à 60,

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lorsque la différence des températures précédentes atteint 45 ou 50 degrés.

Or, si Ton a des eaux de refroidissement un peu chaudes pour le condenseur, et si Ton veut descendre à — lo* C. dans Tévaporateur, on arrive facilement à des différences de températures voisines de 35 à 40 degrés ; et, par suite, à une production excessivement faible de frigories par kilogramme de vapeur.

On a songé à fractionner la différence des températures entre le condenseur et Tévaporateur, et à installer plusieurs éjecteurs, dont chacun aurait pour office de produire une fraction de la différence des températures. Ces éjecteurs seraient montés en série, chacun d'eux devant aspirer et refouler la vapeur aspirée par tous ceux qui le précèdent. Mais chacun de ces éjecteurs devrait aussi aspirer et refouler toute la vapeur motrice consommée par les éjecteurs qui le précèdent. Il en résulterait que la dépense de vapeur d'un éjecteur croîtrait en progression géométrique, lorsque son rang croîtrait en progression arithmétique ; si, toutes choses égales d'ailleurs, le second éjecteur dépensait deux fois plus de vapeur que le premier, le troisième éjecteur en dépenserait quatre fois plus que le premier, et ainsi de suite. Dans de telles conditions, le nombre de frigories produites par kilogramme de vapeur irait en diminuant.

2^ Le plus grave défaut de Téjecteur est le suivant :

La vapeur aspirée dans l'évaporateur se trouve intimement mélangée à la vapeur motrice, qui

^ 129 # L. MABCHIS* — 9

traverse les tuyères. Il faut condenser simultanément ces deux vapeurs. Il en résulte une grande dépense d'eau de refroidissement ; si on dépense 3 kilogrammes de vapeur motrice par kilogramme de vapeur aspirée, et si on veut maintenir dans le condenseur la même température que si Ton n'y condensait que de la vapeur aspirée, il faut dépenser au moins quatre fois plus d'eau de condensation. Une telle consommation est sans importance à bord des navires, où Teau de condensation est en quantité indéfinie et où Ton ne doit pas dépenser de travail pour rélever. Il n'en est pas de même à terre où cela interdit le plus souvent l'emploi des eaux de couche pour la condensation, parce qu'elles sont peu abondantes et qu'il faut généralement les élever à une assez grande hauteur.

Enfin, si l'on veut développer la distribution du froid à domicile dans les villes pour la réfrigération des habitations durant l'été, il convient de ménager l'eau de condensation.

C'est pourquoi M. Leblanc s'est proposé de construire une pompe mue mécaniquement et capable, sous un petit volume, d'aspirer les énormes volumes de vapeur d'eau, que nécessite l'emploi de ce corps comme liquide frigorigène. Il s'est adressé pour cela aux compresseurs rotatifs.

2. — Principe des compresseurs rotatifs. — Le principe de ce compresseur est le suivant. Imaginons un tambour fixe cylindrique à axe horizontal ; ce tambour est fermé et plein d'un certain fluide. Imprimons à ce fluide un mouvement de rotation

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autour de Taxe du tambour. Ce mouvement développe en chaque point de la masse du fluide une force proportionnelle à la masse, au carré de la vitesse angulaire de rotation et à la distance du point considéré à Taxe de rotation ; c'est la force centrifuge. Par suite du développement de celleci, la pression exercée sur un élément de surface va en augmentant quand on s'éloigne de l'axe de rotation vers la circonférence du tambour.

Dès lors, si un tuyau T, est im-planté dans la surface extérieure du tambour, tandis que la partie voisine de l'axe de rotation est en relation avec un tuyau d'aspiration T^, il y aura par suite du mouvement de rotation du fluide, aspiration par le tuyau T^ et refoulement du fluide aspiré par le tuyau T,.

Le mouvement de rotation du fluide contenu dans le tambour est engendré au moyen d'une roue à palettes ou à aubes noyée dans le fluide. De l'extérieur du tambour on commande le mouvement de rotation de cette roue.

La différence qui existe entre les pressions du fluide au voisinage de Taxe de rotation (entrée de la roue) et à la sortie delà roue est la, pression engendrée par la roue. Cette pression est proportionnelle au carré de la vitesse périphérique des ailes de la roue et à la densité moyenne du fluide dans la roue (moyenne des densités de ce fluide à l'entrée et à la sortie de la roue).

Si la pression à engendrer est grande, ou si la vitesse périphérique des ailes ne peut pas dépasser une certaine limite, on fractionne la pression totale en une série de pressions partielles

que Ton fait engendrer par des roues montées sur un même arbre. Chacune de ces roues tourne dans un tambour fermé ; le même fluide passe successivement dans chacun de ces tambours, entrant chaque fois au voisinage de Taxe de rotation et sortant à la périphérie du tambour. L'ensemble de ces roues montées en série constitue ce que Ion appelle un compresseur rotatif multicellulaire y ou un com^presseur rotatif à roues m^ultiples ou à phases multiples (fig. 53). De tels compresseurs ont été étudiés par M. Râteau pour les machines soufflantes des Hauts-Fourneaux. La machine soufflante de Vizcaya est formée de quatre roues en série ayant un rayon égal à 800 millimètres ; en tournant à la vitesse de 1.700 tours par minute (vitesse périphérique des ailes = ^ . '^^^ X 0,80 == 143

mètres par seconde) cette machine aspire par seconde 18 mètres cubes d'air à la pression atmosphérique et les refoule à une pression de 1^56 ^^ ;

elle absorbe i .800 chevaux dans ce mode de fonctionnement.

3. — Compresseur rotatif utilisable en industrie frigorifique. — Dans la question actuelle, il s'agit de construire un compresseur rotatif de petites dimensions, n'absorbant qu'un faible nombre de chevaux et capable cependant d'aspirer par seconde plusieurs mètres cubes d'un fluide de densité beaucoup plus petite que l'air. Si on veut maintenir dans l'évaporateur une température égale à — 20** C. et dans le condenseur la tempéra-

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ture de + 20" C, il faut, par kilogramme de vapeur aspirer un volume égal à i . 1 7 2 mètres cubes (densité de la vapeur 1.444 fois plus petite que celle de l'air) et produire un accroissement de

Fig. 53, — Compresseur lotatif multicellulaire Maurice Leblanc.

A„ A,. A., sllsi: B„ K,. H,, tambours dam lesquel. tournent let nilet

A„ A,.A,;a„a,. s,, entréode l'euu dam chacun dcitamboun R„ Fl„ B„.

pression égal à lô^^.ô de mercure [depuis o""',8. tension de vapeur saturée de la glace à — 20° ; jusqu'à i7'""',4, tension de la vapeur saturée de l'eau à -|- 20"]. Or, plus la densité du fluide aspiré doit être faible, plus grande doit être la vitesse périphérique des ailes ; plus la puissauce

du compresseur doit être réduite, plus sa vitesse angulaire doit être augmentée.

M. Leblanc étudie à l'heure actuelle, pour résoudre ce problème, un compresseur rotatif formé de quatre roues en série de diamètres décroissants, dont la plus grande présentera un diamètre égal à 320 millimètres. La vitesse périphérique de la grande roue devant être égale à 500 mètres par seconde, le compresseur devra tourner à raison de 30.000 tours par minute (500 tours par seconde, fig. 53) .

Mais une masse du poids de i gramme (o''^,ooi) est, à Textrémité d'une telle roue (de rayon égal à o'",i6), soumise à une force centrifuge égale à

X 47^2 (500)"^ X 0,16 = 160 kilogrammes.

9,81 X i.ooo

Il fallait faire des ailes susceptibles de supporter de telles forces sans être rompues ou arrachées.

4. -~ Le compresseur rotatif Leblanc- Westinghouse. La construction des ailes des roues. — M. Leblanc * y est parvenu en constituant ces ailes par des fils en ramie tendus parallèlement et agglutinés entre eux par de la cellulose dissoute (solution d'acétate de cellulose dans l'acétone). Il constitue ainsi des bandes, dont la densité est sensiblement celle de Teau ; enfin, il superpose ces bandes en les collant avec la solution précédente. Les ailes, qui sont ainsi de simples lames dirigées suivant des

I. Maurice Leblanc. Sur les machines frigorifiques à vapeur d'eau. Revue générale du froid, 4» année, t. IV. n» 11, novembre 191 2.

fi/s de ram/'e

Aile en fils de ramie ,

par

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rayons, ont 3 millimètres d'épaisseur à leur base et I """,4 à leur extrémité ; elles sont fixées à queue d'aronde dans des rainures portées par le moyeu qui fait corps avec l'arbre (fig. 54 et 55). Chaque aile tourneaveclemoinsdejeu possible entre deux plateaux fixes , qui limitent l'alvéole correspondant à chaque roue.

L'acétate de cellulose constitue un vernis très dur, que ion ne peut rayer avec l'ongle et qui protège bien les fils qu'il recouvre.

Cependant il ne raye pas les métaux et s'use en frottant entre eux. De là résulte un avantage précieux. Des ailes

en acier constitueraient une véritable fraise, qui altérerait rapidement les surfaces métalliques, entre lesquelles elles tourneraient, si elles venaient à leur contact. Cela obligerait à laisser entre les ailes des roues et les surfaces limites des alvéoles un jeu assez grand. Or, on peut impunément laisser frotter les ailes en fibres végétales contre ces surfaces ; ce sont les ailes qui s'usent.

Çueae

Il suffit de les faire tourner d^abord à une vitesse modérée pour les ajuster dans leurs alvéoles. On arrive ainsi à avoir des jeux pratiquement nuls.

5. -— Le compresseur rotatif Leblanc- Westinghouse . L'équilibrage automatique du rotor. — Lorsqu'un solide tourne avec une très grande vitesse autour d'un axe (cas auquel les forces centrifuges peuvent être considérées comme agissant seules sur lui), ce solide s'oriente de telle façon que cet axe, passant par son centre de gravité, soit son grand axe principal d'inertie. Si le solide présente un axe de figure dans le voisinage immédiat de Taxe principal d'inertie, il y a intérêt à équilibrer les masses tournantes autour de cet axe de figure, de manière qu'il soit en même temps grand axe principal d'inertie. L'axe de figure devient alors axe naturel de rotation .

C'est ce qui doit avoir lieu pour l'ensemble formé par l'arbre et les roues en fibre du compresseur rotatif dont nous venons de parler, ensemble auquel nous donnerons le nom de rotor.

Mais un tel équilibrage est très difficile à réaliser durant la construction, si les pièces tournantes sont indéformables. Avec des pièces comme les ailes en fibres végétales, qui peuvent être déformées par l'action de la force centrifuge, il faut avoir recours à des équilibreurs automatiques, fonctionnant durant la marche, et tendant toujours à ramener le grand axe principal d'inertie en coïncidence avec l'axe de figure. Les équilibreurs automatiques de M, Leblanc sont constitués par des tores creux partiellement remplis

LA MACHINE FftlQORmQVE A VAPEUR D'EAU

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de mercure ; ces tores sont calés sur les jantes de

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deux petits volants fixés aux deux extrémités de l'arbre du rotor. Les masses de mercure sont des

masses additionnelles, dont le centre de gravité va occuper de lui-même, sous l'influence des forces centrifuges, la place voulue pour assurer Téquilibrage (fig. 56).

Mais, pour que les équilibreurs fonctionnent, il est nécessaire que le rotor soit suspendu sur des coussinets très légers reposant eux-mêmes sur des ressorts très souples et de très faible masse. On laisse ainsi le rotor libre de choisir à chaque instant son axe de rotation et on évite une grande fatigue des matériaux qui le constituent.

Le mouvement est d'ailleurs transmis d'un arbre reposant sur des coussinets fixes, et cela au moyen d'un arbre flexible* (fig. 56 et 57).

I. Pour l'étude de ces questions voir les publications suivantes : Maurice Leblanc. Note sur les machines frigorifiques à vapeur d'eau {La Revue générale du froid y 4* année, t. IV, n» 11, novembre X912). — Maurice Leblanc Etude sur la réalisation des grandes vitesses angulaires {Bulletin de r Association technique maritime, 191a). — Maurice Leblanc. Machines rotatives à très grandes vitesses (Mémoires de la Société des ingénieurs civils, février 1913).