DES MACHINES A VAPEUR

— 746. — La vapeur est devenue aujourd'hui Tâme de l'industrie ; mais la complication des machines auxquelles on l'applique et le grand nombre de formes qu'on leur donne, selon l'usage qu'on en fait, nous oblige à na^^

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limiter à la simple exposition des priocipales parties qui les composent.

— 747. — Toute machine à vapeur à double effet se compose de trois parties principales et nettement séparées : i^ la chaudière^ où l'eau, sous l'action d'une température élevée, se réduit en vapeur; 2® le cylindre à va- • peur^ où un piston exactement calibré peut se mouvoir dans les deux sens possibles ; 3° un condenseur^ récipient rempli d'eau froide injecté continuellement. Ce récipient est en communication avec une pompe actionnée par la machine elle-même, et qui est destinée à la purger de Tair qui s'y dégage et de Teau qui s'y échauffe.

Lorsque la vapeur trouve, devant elle un espace vide et froid, elle s'y précipite en vertu de son élasticité; elle s'y condense en vertu de la différence de température. En outre, un très petit volume d'eau produit un très grand volume de vapeur, et, inversement, un très grand volume de vapeur se réduit à un très petit volume d'eau.

Si nous admettons maintenant qu'à Taide d'appareils automatiques, c'est-à-dire mus par la machine elle-même, à l'aide d'une distribution à tiroir, par exemple, on puisse faire communiquer alternativement et indéfiniment avec la chaudière et avec le condenseur les deux parties du cylindre séparées par le piston moteur, voici ce qui se passe :

Si la partie supérieure du cylindre, que nous supposons vertical, pour plus de commodité, communique avec la chaudière, la partie inférieure communique avec le condenseur. La vapeur, amenée de la chaudière, presse donc sur le piston et le force à descendre, puisque Tair ou la vapeur qui peut se trouver de l'autre côté du piston s'en-

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fuit pour ainsi dire dans le condenseur, sans, opposer aucune résistance au mouvement descendant du piston.

Quand le piston est arrivé au bas de sa course, l'effet contraire se produit : c'est la partie inférieure du cylindre qui est mise en communication avec la chaudière, c'est sa partie supérieure qui se trouve en relation avec le condenseur. La vapeur qui arrive sous le piston le soulève et lui donne un mouvement ascendant, tandis que la vapeur qui vient d'agir à l'instant pour le faire descendre, s'élance dans le condenseur eii laissant le vide derrière elle.

C'est ainsi qu'est obtenu le mouvement alternatif du piston moteur, indéfiniment réitéré tant qu'il y a de l'eau dans la chaudière et du feu pour réduire cette eau en vapeur. Les tiges des pistons sont diversement articulées aux mécanismes quelconques qui doivent recevoir le mouvement : roues, cylindres, balanciers, rouleaux, etc.

On peut varier à l'infini les détails et l'arrangement des diverses parties d'une machine à vapeur, selon le but qu'on se propose et la place qu'elle doit occuper ; elle peut être verticale ou horizontale ; mais quel que soit l'arrangement qu'on adopte, le principe est toujours le même : il y a toujours de la vapeur produite dans le générateur et dirigée au moyen d'un tiroir dans un cylindre où joue un piston. C'est là l'essentiel.

— 748. — Dans toutes ces machines, il existe, à la portée du mécanicien, une manivelle nommée régulateur^ servant à ouvrir ou à fermer le tube par où la vapeur se dirige vers le piston. On peut ainsi à volonté donner plus ou moins de vapeur, ou l'arrêter complètement.

— 749. — Mais pour donner une idée de la machine â vapeur, construisons-en une par la ç^tv.^^^, «v Oo^axiss»-

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saut pour type la locomoiive des chemins de fer, le pins simple, mais non le moins parfait des molcurs, et celai qui rend le p!us de services à l'humanité.

Dans la locomotive, le corps de la machine se compose de trois compartiments distincts.

C'est d'abord le foyer placé à l'arriére. C'est une grande boite carrée, en cuivre rouge, dont le fond est une grille sur laquelle brille le charbon ; sur le devant, une porte sert à introduire le combustible. L'air vient par dessous, à travers un cendrier qui reçoit les cendres et autres résidus. Tout cela forme la boîte à feu.

Pour établir un courant d'air dans le foyer, au fond de la boite i feu et dans la partie supérieure du côté opposé à la porte, il y a une centaine de trous auxquels sont soudés horizontalement des tubes étroits de 2 métrés de long environ, et de 5 à 6 centimètres de diamètre, et laissant des vides entre eux. La âamme et l'air chaud qui montent du foyer se précipitent dans ces tubes, les parcourent, et arrivent ainsi dans une autre boite, la boite à fumée, au-dessus de laquelle s'élève la cheminée. Voilà pour le chaufiàge.

— 750. — Le second compartiment, placé au milieu, et le plus grand des trois, est la chaudière ou générateur contenant l'eau. On dispose celle-ci tout autour du feu, ou, si vous aimez mieus, on enferme la boite à feu et les tubes dans la chaudière, en les enveloppant d'un vaste cylindre qui contient l'eau.

Entourant ainsi le foyer et baignant les tubes qu'elle couvre et entre lesquels elle circule, l'eau utilise presque toute la chaleur du feu. Plus la surface de chauffe est grande, plus il se dégage de chaleur; c'est pour cela

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qu'on a multiplié ces petits tubes à feu qui constituent la chaudière dite tubulaire^ inventée par Marc Séguin.

Cette disposition des tubes oflre deux résultats importants : d'abord une grande économie de charbon, et ensuite la formation d'une grande abondance de vapeur. Or, tout est là; car plus il y a de vapeur emprisonnée, plus elle se trouve comprimée, et plus elle fait effort pour s'échapper. Cela est si vrai, qu'avant l'invention du système tubulaire, alors qu'il n'existait qu'un large tuyau au milieu de la chaudière, on ne pouvait obtenu* d'une locomotive que 4 lieues à l'heure, tandis qu'aujourd'hui on obtient facilement une vitesse quadruple, et cela, parce que la chaleur utilisée produit plus de vapeur et dès lors plus de vitesse.

— 751. — Pour amasser cette vapeur, il faut lui ménager un espace vide dans le haut de la chaudière. Dans ce but, on maintient le niveau de l'eau simplement audessus de la boite à feu et des tubes. Alors la vapeur s'accumule et se presse sous le dôme de fer qui domine la boîte à feu et sous la voûte que forme le cylindre.

Mais que devient cette vapeur ?

Étant fortement comprimée, elle tend à s'échapper par toute issue qui se présentera. Elle se précipite donc dans un tube spécial renfermé aussi dans le cylindre, et qu'on peut ouvrir ou fermer à volonté. Ce tube, dont l'ouverture ou prise de vapeur se trouve placée dans le premier compartiment, sous une coupole, afin que l'eau bouillonnant à flots tumultueux ne puisse y pénétrer avec la vapeur; ce tube, disons-nous, se prolonge dans la boîte à fumée et, là, faisant un coude, descend jusque dans le bas de cette boîte, où il aboutit à un double com-T^arti.-

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ment 4}ui $eit de vesdbole an deini; ç^âtiidrçf à pbum»

La batte à fiimée ^jert de hase A la chemisiée, les cyli ndrea dans ksquels se meuvent 1^ pistons, et la ft^ànt dont nous parlcrcxDf j||i loint fimn^P^ le pmmimt oomr partiment de la ma^^Mii

-^ 75^2. — La vapiir arrive ainsi as^z^s des ptstoot ; il y ^ a deux, placés, hcybonlalemeatt »9 de ^cbaque côté dek machine. Le cempaiffaneni dent noifis ^ffenpi^ de parler, et pu passe la v^nr i^iram4*arriver an f^s^iÉBt s'appeUe bolu à vapmr^ La vapenr j pàiétre par l^ka»^ ^ nous lAons lai Toir accomplir sa besogne.

Sur la face infirienre de la bote 4 i»p^ir s^oivvqni^ troi^ issues ; ks A&oi extrêmes colonisent chacmaei m bout du cylindre où glisse le piston; celle du mîUen cm^ duit à l'air Ubre par un tube recomrbé qui s'élève dax» la cheminée et que Ton nomme tuyère. Si cette dernière ouverture n'était pas fermée^ la vapeur s'échapperait par là et n'agirait pas sur le piston ; supposons-la donc couverte. Mais alors la vapeur, se précipitant par les deux autres issues, envahirait le cylindre à piston par les deux bouts à la fois, et nous ne serions pas plus avancés; car elle pousserait le piston simultanément par ses deux &ces, et celui-ci ne bougerait pas. Il faut donc, pour &ire mouvoir le piston, que la vapeur n'arrive que d'un côté; mais le piston arrivé au bout du cylindre sera arrêté, et pour le faire reculer, la vapeur devra cesser d'agir du premier côté pour agir de l'autre, et ainsi de suite; alors le piston, obéissant alternativement à ces deux impulsions, produira un va-et-vient, c'est-à-dire un mouvement continu.

Pour déterminer ce jeu, il feut nécessairement fermer et ouvrir alternativement chacune des issues qui, de la

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boîte à vapeur, conduisent dans le cylindre à piston. Cependant, celle de ces ouvertures que l'on ferme pour empêcher que la vapeur n'y entre, doit rester ouverte pour laisser sortir la vapeur qui a déjà produit son effet et qui ne peut rester dans le cylindre sous peine d'empêcher le retour du piston. Il fallait donc concilier cette double nécessité d'avoir en même temps une porte ouverte et fermée : fermée pour qui veut entrer dans le cylindre, ouverte pour qui veut en sortir ; ce qui, à première vue parait assez difficile. On y est parvenu cependant, et voici comment :

— 753. — Dans l'intérieur de la boîte à vapeur est une espèce de tiroir renversé, de dimensions précises, pour^couvrir toujours deux des trois ouvertures du fond, et pouvant glisser de manière à couvrir tantôt la prerafére tantôt la dernière, sans jamais découvrir celle du milieu. Si le tiroir couvre, par exemple, l'ouverture du milieu et celle de gauche, la vapeur de la boîte se précipitera dans l'ouverture de droite, la seule demeurée Hbre, et ira pousser le piston de droite à gauche. Quant à la vapeur qui se trouvait du côté gauche du piston et qui lui aurait fait obstacle, refoulée par ce mouvement, elle monte sous le tiroir, où elle trouve l'issue qui mène à l'air libre, celle de la tuyère, et elle s'échappe par cette voie.

Cela fait, si le tiroir glisse de manière à couvrir l'ouverture de droite en découvrant celle de gauche, la vapeur se précipitant alors dans cette dernière, va repousser le piston de gauche à droite et, pendant ce temps, le tiroir reçoit et dirige au dehors la vapeur refoulée par l'ouverture de droite. Puis, nouveau mouvement du tiroir vers la gauche, et ainsi de suite; et dans sotv NBc^vm^^xX Vxnsj^^-

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sam, il provoque des mouvements analogues de la part du piston. Ce mouvement alternatif se continue indéfiniment avec une vitesse qui, dans les locomotives, s'élève ' ordinairement de 150 à 200 coups de piston \ la minute.

— 754. — Voilà donc les pistons de la machine qui fonctionnent. Si pour les locomotives on attache les t^es des deux pistons i deux matÛTelIes anicnlées, fixées aux extrémités d'un essieu, le va-et-vieiit des pistons mettia en fflotfMment l'essieu, et enmbne temps les roues qui j sont attachées. La transfttrnution du mouvement alteiv iiatif et horizontd des pistons «t an mouvement drcn* Jaire de l'essieu s'e&ctae mi moyen d'une condnre fiùte i l'essieu, absolument comme la pédale qui monte et'^ descend imprime au rouet de la fileuse un monvement rotatif. Ce sont deux excentriques placés sur cet essieu et tournant avec lui qui poussent et tirent alternativement les tiroirs.

— 755. — Pour les machines fixes, on adapte les tiges des pistons diversement articulées aux mécanismes quelconques qui doivent recevoir le mouvement : roues, cylindres, balanciers, rouleaux, etc. On peut varier à l'infini les détails et l'arrangement des parties d'une machine à vapeur, selon le but qu'on se .propose et la place qu'elle doit occuper; elle peut être verticale ou. horizontale; mais quel que soit l'arrangement qu'on adopte, le principe est toujours le même, il y a toujours de la vapeur produite dans le générateur et dirigée au moyen d'un tiroir dans un cylindre oi!i joue un piston.

— 756. — L'eau contenue dans la chaudière se vaporisant sans interruption, il est indispensable qu'elle se renouvelle sans cesse, et même que l'alimentation soit si

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bien en rapport avec la déperdition, que le liquide conserve un niveau constant. Dans la locomotive surtout, où l'on a dû limiter la capacité de la chaudière au strict nécessaire, il faut constamment renouveler l'eau; celle-ci est versée par deux pompes foulantes que la machine met ellemême en mouvement. Ces deux pompes puisent constamment l'eau dans un réservoir ou grande caisse en tôle placée sur un wagon spécial qui suit la locomotive et s'appelle tender. Ce tender contient aussi la provision de charbon. Le char2:ement du tender suffit ordinairement aux besoins d'un trajet de 100 kilomètres.

Voilà dans toute sa simplicité cette merveilleuse machine à vapeur, qui centuple nos forces et permet à l'homme d'accomplir des choses dont il ne serait jamais venu à bout sans elle. On peut la disposer où il convient, et dans un espace de quelques mètres amasser à volonté une force énorme, même équivalente à celle de 1,200 chevaux et plus, et cette force, nous la guidons à notre gré avec une petite manivelle pour tout frein.

— 757. — Machines à basse et à haute pression. — Lorsque la température de la vapeur est de 100 degrés centigrades, son effort est égal à la pression de l'atmosphère, c'est-à-dire de i kilogramme par centimètre carré. De là vient cette locution qu'une machine marche à i, 2, 3, 6 atmosphères, pour exprimer à quel degré de tension se trouve la vapeur qui la met en jeu. On appelle machines à basse pression celles qui fonctionnent au-dessous de 2 atmosphères, et machines à haute pression toutes les autres.

— 758. — Cheval-vapeur. — On dit qu'une machine est de la force de i cheval, quand elle çeut élever r^zx

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seconde, i i métré de hauteor, un pcSds de 75^ kilogrammes* C'est ainsi que. Jim dit que teQé noachine, tel bateau, est de la force 4e 300, joo, 1,200 chevaux.

— 759* — Tonte nsachia» 1 vapeur doit ,ètre munie d'un marwmUr$, instrument destiné à donner la mesure de la puissance de la vapeur fournie par le générateur. C'est un petit cylindre en cuivre, dont la partie inférieure ccmtient un^ piston sous lequel vient agir la vapeur. Un ressort en^irale agit en sens contraire et tend à le £ûre baisser |4is ou moins, selon que 1^ pression de la vapeur est plus ou moins forte. La rainure loi^tudinale. dans laquelle se meut le piston ^est graduée, et rindii:^teur lié au pistoU; montant et descendant avec lui, indique exactement la pression de la vapeur.

Appareils divers de chauffage 44^