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rlMT de l'enieloppadelsroua.

Si l'oD représente graphiquement les réaultats ccmsigaés dans ce tableaa en prenant les nombres de tours de la roue en 1" pour abscisses, à l'échelle de] 0",020 pour O'—.lo, et pour ordonnées les rendements correspondant & l'échelle de o-,0Ol pour 0,10, oa obtient la courbe représmitëe dans la figure cicontre, qui montre que le maximum de rendement correspond à peu près à la vitesse de 0*^,43 ftO'»,46 en 1*, ou de « à 27 tonrs en \', et atteint alors la valeur 0,48.

Ao-dessons de celte vitesse, Teau sort trop rapidement par l'ext^ieur de la roue, et au [del& l'action de la force centrifuge

420 fiOUES A AXE VERTICAL.

la repousse vers la circonférence, nuit & l'introduction et refoule

une partie du liquide dans la cuve ûxe qui entoure la roue.

Il résultait donc de ces expériences que le mouvement de l'eau dans la roue se produisait bien comme la théorie l'indiquait, mais qu'il Mlait éviter d'enlourer la roue sur tout son pourtour, et qu'il convenait de la dégager sur la plus grande

partie de sa circonférence, en se bornant à y faire arriver l'eau par quelques-unes seulement de ses aubes, alin que, selon la vitesse que la roue prendrait, le liquide pût toujours s'échapper librement, soit par l'intérieur, soit par l'extérieur de la roue.

938. DispotUions adoptéta à Zurich pour la construction de ca turbmts. — Les ingénieurs allemands s'étant empara de l'idée première de M. Poncelet, ils ont fait sur les meilleures dispositions k donner à ces turbines, qu'ils ont nommées roves tangen^ tiellet, des expériences qui ont jeté du jour sur la question, ei que nous allons analyser succinctement.

M. W. Tuppinger, ingénieur de la maison Escher Wyss et C*, de Zurich, qui a fait construire un grand nombre de ces lorbines, a cherché & reconnaître par l'expérience quel était le nombre d'orifices contigus que l'on pouvait ouvrir simultanément sans nuire à l'échappement de l'eau. À cet efiet, dès 1843-44, il avait déjà reconnu, sur une roue modèle construite expris, et d'environ 1~,90 de diamètre extérieur, h laquelle il avait donné âS aubes et disposé 5 orifices contigus convenablement tracés, qu'en n'ouvrant que S de ces orifices, le raide-

ROUES A AXE VERTICAL. kil

ment de la roue s'élevait à 0,72 ou 0,75, qu'avec un seul ou avec 3 il n'était que de 0,68 à 0,70, qu'avec 4 il descendait à 0,55, et avec 5 à 0,45.

Ce dernier chiffre, qui concorde à peu près avec le rendement obtenu dans nos expériences de 1845, au Bouchet, montre bien que le faible rendement obtenu à cette époque tenait à ce que la roue était entourée sur tout son pourtour par 24 orifices et par une enveloppe cylindrique qui s'opposait à la sortie de l'eau par la circonférence extérieure.

A la suite'de ces expériences, M. Tuppinger s'est imposé pour règle de ne donner aux orifices qu'une très-faible ouverture dans le sens horizontal, afin que la veine fluide se rapprochât • autant que possible des conditions indiquées par la théorie pour l'introduction de l'eau sans choc. Il lihite ordinairement lé nombre des orifices contigus pouvant fonctionner simultanément à 2, et eu dispose deux ou trois couples symétriquement sur la circonférence.

SS9. Expériences sur la turbine tangentielle de Fusine d*Eulingen. —La planche IX, fig. 1, 2 et 3, représente la disposition générale du moteur de l'usine d'Ettlingen, sur lequel il a été fait des expériences au frein, dont nous donnons les résultats.

Le plan (fig. 1) dans lequel l'ajutage et les vannes glissantes sont représentés montre comment on peut à volonté les manœuvrer, et fait voir qu'elles pourraient être mises en rapport avec un régulateur de la vitesse.

Les autres figures indiquent que ce genre de turbine peut, comme plusieurs autres, être adapté aux dispositions locales les plus diverses.

Hais Ton voit aussi que toutes les parties, et surtout les vannes et leur mécanisme, doivent être exécutées avec beaucoup de soin, et mises complètement à l'abri de l'introduction des corps étrangers.

Les expériences dont nous faisons connaître les résultats ont été faites en plaçant la poulie du frein sur le premier arbre de couche mené par la turbine, de sorte qu'au travail mesuré par le frein , il y aurait lieu d'ajouter celui qui avait été consommé par les frottements des tourillons et des engrenages, ce qui augmenterait le rendement brut d'environ 0,02 à 0,03.

Le tableau suivant contient le3 résultats des expériences exéctitéei^, le 16 août 1857, sur la turbine de FusiAe d'Ettliii^en.

RÉSULTATS DES BXPtiRDZKGES AU FRXIM, BXÊCUTÉxa LB 16 AOUT 1857 SDR LA TURBINE DE L'USQiS D'£TTLIN6£N, CONSTRUITE PAR M. TUPPINGER.

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La même turbine ayant fonctionné avec des ouvertures de vannes égales aux 0^75, aux 0^50 et aux 0,â5 de rouverture totale, et les vitesses étant restées à peu près les mêmes, le rendement n'a pas sensiblement varié, ce qui constitue, pour les époques de basses eaux, un avantage assez marqué de ce récepteur sur les autres turbines» dont le rendement diminue généralement quand le volume d'eau dépensé devient beaucoup moindre qu'à l'état normaL ""

890. C&nséquencéi âe des ëcfipérkftceSé -^ Von foit pat et» résoi* latis que le rendem^trt des turlrines de ce genre s'élèterait an iliôiïlâ S 0,7û du traVttil absolu du moteur si on le mesurait sur f àtbit métné de lisi ttirbine, comme nous Tavons fait dans tontes Mû expériences pour les autres récepteurs de ce genre.

La facilité que l'on a d'en|déterminer le rayon extérieur, d'après

TUIinNE DE M. FOURmTRON.

la hauteur de chute et la vitesse de rotation que Toii Teut donner à l'arbre, permet de renfenner cette vitesse dans des limites modérées.

l'on doit cepiendant faire remarquer que la nécessité de limiter les orifices distributeurs de Veau à un petit nombre, et de restreindre Fépaisseur des veines fluides à 0°", 03 ou à O*», 04 au plus s'oppose à ce que ces turbines soient employées pour dépenser des Yolumes d'eau très-considérables avec de faibles chutes. Ces tiiTlÉaes sont plus particulièrement applicables aux chutes de 4 à 5 mètres et au delà, avec des volumes d'eau modérés, et dans ces conditions elles doivent être classées au rang des meilleurs récepteurs hTivauliques. ^ ,.^ ^^^

"Tî'l K,1L

TacMae de ■• Fovneyroii«

331. 2>» tvtrlmu de M. Fourriêyran. — Le canal qui amène l'eau sur la roue est terminé par une espèce de chamhre ou

réservoir, dont le fond, ordîjnairement en charpente, est percé d'une ouverture circu- :laire, dans laquelle s'ajuste et se fixe un cylindre en fonte à rebords supérieurs arrondis.

Dans ce cylindre immobile, qui remplace la tète d'eau des roues ordhiaires, se meut, à Vaide de trois tiges verticales» un autre cylindre servant de vanne^ et garni & sa partie supérieure d'un cuir qui s'oppose aux fuites : d'eau qui pourraient se faire entre son bord et la surfiice in- ^ térieure du cylindre fixe. Quand cette vanne est com^étement abaissée, elle repose sur un plateau en fonte fixe, et assemblé avec un long tuyau creux de même matière, qui est solidement seeUé par des boulons à la charpente da plancher supérieur de la turbine, de sorte que le fond se trouve ainsi suspendu à l'extrémité du tuyau. Lorsqu'on lève la vanne, l'eau s'écoule par l'espace annulaire, qu'elle dé-

masque; mais comme elle sortirait normalement à son contonr ou dans le sens des rayons, taudis que pour faciliter son entrée dans la roue il est nécessaire, pour la disposition des aubes adoptée par M. Founieyron, de placer sur ce fond des directrices verticales, afin de l'introduire convenablement sur ces aubes, ces directrices forment autant de surfaces cylindriques à base ordinairement circulaire, qui rencontrent la circonférence intérieure de la roue sous un angle de 25^ à 35^ et qui passent près du centre de la roue, mais à quelques centimètres au delà.

Le nombre de ces directrices doit être assez multiplié pour que Touvertare horizontale des orifices qu'elles offrent à Feau ne soit que de 0^fi6 à 0",08 au plus, et ordinairement moindre, afin que la direction donnée aux jets du liquide soit à très-peu près celle qui .est fixée. Il résulte de là que toutes les directrices ne sont pas de même longueur» afin de ne pas causer de difB-* cultes d'assemblage, et que la moitié seulement est prolongée jusqu'au noyau du plateau de fond, tandis que l'autre moitié ne s'étend à peu près que jusqu'à la circonférence moyenne de ce fond.

Cette disposition et la forme plane du fond atténuent ou annulent à très-peu près la contraction sur le fond et sur les cdtés de l'orifice; et pour la diminuer sur le côté supérieur, et surtout faire en sorte que l'eau s'écoule à peu près horizontalement, l'auteur a fixé au contour intérieur du vannage cylindrique des tasseaux en bois qui s'insèrent entre les directrices, et qui sont arrondis à leurs angles inférieurs, de manière que l'eau' eu s'écoulant entre les directrices, le fond et les taquets, sort en Jet sensiblement horizontal.

Telles sont les dispositions principales du vannage ; passons à la turbine elle-même. Elle se compose : 1* d'une couronne inférieure en fonte, présentant au dehors une surface annulaire horizontale, et intérieurement celle d'une sorte de cuvette qui s*assemble sur l'arbre de rotation; 2^ d'une couronne supérieure ordinairement en fer. Entre ces deux couronnes sont assemblées les aubes en tôle, qui forment avec la circonférence

TURBINE DE M. FOUftMETRON. 425

extérieure on angle d'environ 25^, et dont le nombre excède ordinairement de ~ à ^ celui des courbes directrices.

L'arbre vertical traverse le tuyau porte-fond» et reçoit à sa partie supérieure la roue d'engrenage destinée à communiquer le mouvement aux machines. A sa partie inférieure il repose sur un pivot qui, par une disposition ingénieuse, est toujours alimenté d'buile, quoique plongé dans l'eau. Ce pivot est d'ailleurs apporté par un levier qui sert à relever la roue de quan* tités assez petites, mais suffisantes pour son ajustage.

La couronne supérieure est ordinairement placée au-dessous ou à fleur du niveau des plus basses eaux, ce qui permet, à cette époque où le volume d'eau dont on dispose est à son minimum, de faire travailler la roue sous sa plus grande chute , avantage important dans beaucoup de cas, mais qui est en partie compensé par la résistance que la roue éprouve de la part du liquide dans lequel elle se meut, et par les sujétions de construction que l'abaissement du pivot entraîne avec lui.

L'on voit par cette description succincte que la turbine de M. Fourneyron a de l'analogie avec les roues que M. Manouryd'Ectot avait établies dès 1804, et qui recevaient Teau sur tout le pourtour de leur surface annulaire intérieure pour la verser par tout le contour de leur surface extérieure. Mais le vannage cylindrique ainsi que la disposition générale sont l'œuvre de M. Fourneyron, qui a d'ailleurs eu le mérite de faire d'une machine imparfaite un moteur qui a rendu les plus grands services à l'industrie.

Occupons -nous maintenant des effets obtenus avec ces roues.

538. CondiUons générales des e/fets mécaniques. — D'après la description précédente, on voit que l'eau entre dans ces roues ordinairement au-dessous du niveau d'aval dans la direction horizontale, et en sort à même hauteur. La quantité de travail ^^elles peuvent utiliser théoriquement se réduit donc, d'après les notations admises, à

en appelant H la hatiteur due à la vitesse d'afflnence de Teau dans la roue, et que l'on peut prendre égale à la différence des niveaux d'amont et d'aval, attendu que la disposition des orifices atténue et réduit à fort peu de chose la contraction à leur sortie.

La reclierdie des conditions à satîsfiûre pour rendre nulle la perte de force vive à l'entrée et à la sortie de l'eau, ainsi qoe celle des effets théoriques de la turbine, a été l'objet d'un beau ménioire de M. Poncelet, que nous reproduirons en partie dans l'un des numéros suivants, en donnant les résultats de son application à l'une des séries d'expériences exécutées sor la turbine établie & Mûllbach. Nous commencerons par &ire ctmnaître les résultats de l'expérience, et les conséquences que Ton en. déduit.

355. RésultaU (f expériences obtenus sur la mrbim (f JnDol. - Les prenoières expériences publiées sont celles qui ont étéexé* cuftées par M. Fourneyron sur la turbine du tissage mécanique d'Inval, près Gisors, en 1836 {Comptes rendus^ 2« trimestre 1836).

Dans ces expériences, la chute totale a varié de V^fi^ à ^",20, et U turbme a toujours été noyée dans l'eau du tûef inférieur. Les levées de vanne ont été successivement de 0°',09l, 0",U5, 0^,â00, 0^,300, 0^,345 ; mais on n'a exécuté qu*une srâle série assez complète, la seconde, pour pouvoir reconnaître la marche des effets, quand la vitesse varie.

Le frein était placé sur l'arbre de couche auquel la turbine communiquait le mouvement, et l'expérience a montré qae le rapport de l'effet utile ainsi mesuré au travail absolu dépensé par le moteur prenait les valeurs moyennes suivantes :

Levées de vanne. ••••• ••••.».

Bapport de Teflet odle au travail absolu. . . .

On voit par ces résultats que le rapport de l'effet utile an travail absolu dépensé par le moteur est beaucoup plus faible poof les petites levées de vanne que pour les grandes ; mais qu'ose

fois que ces ouvertures ont atteint les - environ de la iMteor

TURBINE BE H. FOURNEYRON. 427

de la tarbide, qui 6st de O^^SSO^ l'efiet utile s'élève à 0|70 enyiron du travail absolu du moteur.

La seconde série, qui comprend onze expériences dans les* quelles le nombre de tours de l'arbre de couche a varié de 49 à 19,70 en 1', ou celui de la turbine de 32,7 à 12,75, a montré que pour les vitesses comprises entre 26^7 et 15,6 tours de la turbine en l' le rapport de l'effet utile au travail absolu du moteur varie fort peu, ce qui fait voir que ces roues ont la pro* priété de pouvoir marcher avantageusement à des vitesses trèsdifférentes.

D'autres expériences ont été exécutées, par une commission composée de HM. Mary, de Saint-Léger, Maniel et par M. Fournejron» sur la même turbine^ en taisant varier la chute totale et la hauteur dont le niveau d'aval s'élevait au-dessus de la couronne supérieure. On a ainsi opéré avec des

Chutes successives de...!».!!? à 1-.174, 0».598 à 0-.626, 0".293 à 0«,317.

Hauteur dont la turbine était noyée, environ.,.. 0".77, 1".500, 1".360.

Ces expériences peu nomI}reuses, où Von n'a pas fait varier les charges du frein et la vitesse dans des limites assez étendues pour bien discuter la marche des effets, ont montré que le rapport de l'effet utile au travail absolu était compris entre les limites suivantes :

\^ lériet 0.64 & 0«77; 2* s^rie, 0.54 à 0.71} 3* sôiie, 0.65 à 0.62.

Frappé des résultats remarquables obtenus sur la turbine d'inval, et désireux de les vérifier sur d'autres moteurs du même geure^ en même temps que d'étudier leur marche et l'influence des divers éléments de la question, j'ai exécuté, en 1837, dans les Vosges, plusieurs séries d'expériences sur deux turbines placées dans des circonstances différentes.

554« Expériences sur la tvrbim de Moussay. — Cette turbine a 0»i8& de diamètre extérieur, û"",!! de hauteur entre ses couronnas. La chute disponible est de 8'»,04, mais dans les expériences elle n*a été que de 7'",50 environ.

Le volume d'eau dépensé était déterminé par l'observation d'un déversoir placé en amont de l'usine, et sur lequel le liquide passait avant d'arriver à la roue. Dans le calcul des résultats des

expériences faites sur la turbine de Houssay en 1837, j'ai employé, pour le coefficient m de la formule des déversoirs

la valeur tn=0,405 relative au cas où les cdtés du déversoir sont très-éloignés des bords du canal ou du réservoir. Mais les expériences faites en 1835 et 1836, par H. Gastel^ à Toulouse, sur l'influence du rapport de la largeur du déversoir à celle du canal, et dont on a rapporté les résultats au n* 56, ayant été publiées depuis'^, il y a lieu d*en tenir compte. Or le déversoir employé avait 2"',682 de largeur et ses bords étaient à 0",25 de ceux du cana^ qui avait par conséquent 3"',182 environ de largeur. Donc le rapport de la largeur du déversoir à celle du ca-

nal était ^^7^^ =0,84; et, en procédant par interpolation, le

coefficient de la formule des déversoirs devait être, d'après les expériences de H. Gastel, n"" tt6, m =0,434, c'est-à-dire supérieur de 0,029, ou de 7,1 pour 100 à celui que j'avais adopté dans le premier calcul des expériences.

Il y a donc lieu d'introduire cette correction dans les résultats que j'ai publiés en 1838, et cette modification est d'autant plusnécessaire que, dans les expériences récentes que j'ai eul'occasion de faire sur d'autres turbines, j'ai tenu compte d'une correction analogue qui m'a aussi conduit à estimer la dépense plus haut de -

à Yq qu'on ne l'aurait fait, si l'on n'avait pas eu égard k l'influence de la largeur de l'orifice de jaugeage par rapport à celle du canal d'arrivée.

838. Jaugeage de la dépense d'eau pour les deux dernières — Nous devons ajouter que, pour les deux dernières séries d'expériences exécutées sur cette turbine, nous avons supprimé le déversoir, et calculé la dépense d'eau à l'aide des observations que nous avions faites sur l'écoulement de l'eau par les orifices distributeurs de la turbine. Nous signalerons plus loin les effets

* Traité d^hydraulique de M. d'Aubusson, 1840^ pages 78 et soivantes.

TURBINE DE M. FOURNETRON. 429

assez remarquables de la vitesse de la roue sur la dépense de ces orifices. Pour le moment nous nous bornerons à dire que, connaissant d'une part la dépense réelle, calculée comme nous Tarons dit au numéro précédent, et d'une autre part la somme des aires des orifices et la charge motrice ou différence des niveaux, et par suite la dépense théorique, nous avons pu en déduire le multiplicateur de cette dernière dépense correspondant aux diverses ouvertures des vannes et vitesses de la roue. Connaissant pour certaines levées de vanne les valeurs de ces multiplicateurs, qui diminuent à mesure que la levée augmente, nous avons admis que, pour l'étendue très-limitée des variations de ces levées, on pouvait regarder le décroissement du multiplicateur comme proportionnel à la différence des levées de vanne. D'après cette base et la modification du multiplicateur de la formule des déversoirs, on est conduit à prendre pour celui de la formule de la dépense théorique des orifices de la turbine

m= 0,921 pour la levée de 0»,086,

et m= 0,889 pour la levée de 0",107.

II faut cependant reconnaître que ce mode de jaugeage n'est pas sans incertitude, et qu'il conviendra toujours mieux, quand on le pourra, de jauger directement, comme on Ta fait pour les autres séries d'expériences.

336. Observations des données des expériences. — La grande vitesse de la roue empêchant de compter à la vue les tours qu'elle faisait, on a disposé près d^une clef de calage une lame de ressort qu'elle venait choquer à chaque tour, et deux observateurs, guidés par le bruit, comptaient en même temps et à plusieurs reprises le nombre de tours faits en 1'.

La chute totale a été mesurée pour chaque expérience par l'observation simultanée de deux flotteurs placés l'un en amont dans la huche, et l'autre en aval dans le bassin inférieur. Ces flotteurs» gradués et repérés à des points fixes, avaient été placés dans de petites caisses et dans des lieux convenables pour mettre leurs indications à l'abri de l'influence des ondulations du niveau. Le flotteur d'aval servait aussi à déterminer la hauteur dont la couronne inférieure de la turbine était noyée*

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