MACHINES ▲ VAPEUR. FIXES

Historique. — Les anciens ont entièrement ignoré qu'il existât , dans la vapeur d'eau chauffée, une force élastique, capable d'être utilisée comme agent moteur. C'est à la science moderne qu'appartient exclusivement la création de ces machines puissantes.

Nous avons vu, en parlant du baromètre, que c'est au xvïi» siècle, par les travaux d'Otto de Guericke et de Pascal , que fut découvert le grand phénomène de la pesanteur de l'air, et que l'on mit en évidence la pression que l'atmosphère exerce sur tous les corps placés à la surface de la terre. C'est par une application du principe de la pression de l'air que fut imaginée la première machine à vapeur qui ait fonctionné dans l'industrie.

L'illustre Huyghens avait eu la pensée de créer une machine motrice en faisant détoner de la poudre à canon sous un cylindre parcouru par un piston : l'air contenu dans ce cylindre, dilaté par la chaleur résultant de la combustion de la poudre, s'échappait au dehors au moyen d'une soupape; il se formait dès lors au-dessous du piston, un vide partiel, c'est-à-dire de l'air considérablement raréfié, et dès ce moment, la pression de l'air atmosphérique extérieur s'exerçant sur la partie supérieure du piston, et n'étant qu'imparfaitement contre-balancée par l'air raréfié existant au-dessous do piston, précipitait ce piston au bas du cylindre. Par conséquent, si l'on avait attaché à ce piston une chaîne ou une corde, venant s'enrouler autour d'une poulie, on pouvait élever des poids placés à l'extrémité de cette corde et produire ainsi un véritable effet mécanique.

LIS MACHINES A TAFEdK. 115

t ce que montre la figure 41, empruntée à un dessin eite époque. Dans cette figure, A représente la petite coupe destinée à recevoir la poudre à canon; P, le piston qui doit être soulevé par l'effet d'expansion des gaz; SS les soupapes par lesquelles l'air dilaté se dégage au dehors; M, le poids soulevé grâce à la corde qui s'enroule sur la poulie.

Soumis à l'expérience pratique, l'appareil précédent n'avait pas donné de bons résultats en raison de la trop faible raréfaction de l'air contenu audessous du piston. C'est alors que se ■ présenta l'idée, pleine d'avenir, de remplacer la poudre à canon, comme moyen de produire le vide sous un pis* ton, par de la vapeur d'eau que l'on fai- ' sait condenser dans cet espace même.

On comprend en effet que si dans le cylindre A (fig. 42), parcouru par un piston bien dressé contre la surface intérieure de ce cylindre , on îsàt arriver un courant de vapeur d'eau, la vapeur, par sa force élastique , obligera le 'ig- *»• piston à s'élever jusqu'au haut du » de pompe. Maintenant, si, par un moyen quelque, par exemple en faisant refroidir les parois irïeures du cylindre, on provoque la condensade la vapeur d'eau, quand cette vapeur sera consée, le vide existera dans ce cylindre, car l'air it été chassé de cet espace par la vapeur d'eau, et sqae cette vapeur disparaît à son tour en se liquéit, il n'existe plus rien dans cet espace : c'est le vide. U pression de l'air extérieur pesantde toute sa masse la tête du piston, et cette pression n'étant contremcée par rien, puisque le vide existe au-dessous du

us lUCBUaS k TàFBUR.

pûtOD dans llntérieur de ce cylindre, doit piétàpiiettit piston jusqu'au ba« de sa course. D'après c^, il soffin d'introduire et de condenser succesuvement de la thpeord'eau dans le cylindre A pour imprimer mu piston qui le parcourt un mouvement alleraatif d'élévatioD et d'abaissement; et si une tige B est fixée à ce piston, et qu'on mette cette t^ en communication aiee l'arbre moteur d'une machine, oa pourra, grâce lu mourement contimid de cette tige , imprimer on ïnouTement de rotatira i l'arbre et produire mm toute sorte de travail méanique.

L'appareil ipie non venons de décrire esttepremîëre macliine à qpeor "«■ "■ qui ait été imaginée. Elle

a été proposée, en 1690, par un savant traaçi&, ; l'immortel Denis Papin.

Beaia Papin. — Né à Blois, le 22 aoùtl645, mortrers l'amiée 1714, DenisPapinnous offre un des plus tristes et des plus remarquables exemples du génie en proie i une adversité constante. Protestant, et fidèle à safei religieuse, il s'expatria à l'époque de la rêTOcaliao de l'édit de Nantes par Louis 'Kï\ , en 1685, et ce lot à l'étranger, en Angleterre, en Italie et ea Allemagoe , qu'il réalisa le plus grsn*^ nombre de ses îarentions, parmilesquellesûgure surtoutla machine à Tapeor. En 1707, Papin avait exécuté une machine à rapenr conçue sur un principe un peu différent de celle dont nous avons parlé plus haut, et il l'avait iostallée sur on bateau muni de roues. Il s'était embarqué à Gitssel sur la rivière Fulda, et était arrivé à Moadeu, ville deflft-

us MAcmias x vapedi. 117

Bovre, pour passer de là, a^ec son bateau, dajtts les eaux do fleure Wcser, el se rendre emSnt en Angleterre,, où il aorait fak connalti*e et expérimeBÉé sa machine à vapeur, liais les bateliers du Weser lui refusèrent l'entrée de ce fleuve, et, pour répondre à ses plaintes, ils eurent la barbarie de mettre en pièces son bateau. A partin de ce moment, le malheureux Papin, sans ressources et sans .asile, traîna une vie de privations et d'amertume; il languit dans la misère et l'abandon. Retiré à Londres, il y vécut à l'aide de faibles secours péniblement arrachés à la Société rudoie de Londres^ dont il était membre, et qui l'employait à des travaux de faible importance. On ignore même l'année précise et le lieu de la mort de cet homme illustre autAnt que malheureux , et dont la France glorifiera étemellemenili mémoire.

IVewcomeii etCawlejr. HachiiM <• Hiewconieii. — La

machine à vapeur atmosphérique fie Papin avait fait connattre en 1690, fut réalisée et livrife à l'industrie par deux «rftans intelligents de la ville de Darmouth, en AngldBTe, parNevrcom'en et Cawley. En 1698, Thomas Savery, ancien ouvrier des mlBa^ devenu , grâce au travail et à l'étude , un habike imMcar, avait réussi à exécuter une machine de son invention qui avait pour principe la pression de la vapeur d'eau, et il avait appliqué cette machine à l'élévation èes èMX dans les mines de houille. Mais la machine à vaficvr construite par Newcomen et Gawley, d'après les principes de Papin, avak une telle supériorité sur celle de Savery, qu'elle fit promptement abandonner l'usage de cette dernière. Vers le milieu du xvm* siècle, la machine de Newcomen était déjà très*répandue en Angleterre.. Une très* puissante machine de ce genre servait à la distribution des eaux dans la ville de Londres, et beaucoup dTaAitres machines semblables fonctionnaient dans les mines de bouille de l'Angleterre, pour l'épuifiement des eaux.

La figure mivante représente les élénaents essentiels de la iMebne de Newannejiu P est le csUodr^ duos J

us NÂCHinS & TAPIUB.

lequel le piston H s'élëTe par la pression de la vapa envoyée par la chaudière Â. Quand le piston est pana au sommet de sa 'course, on fait couler au moyen t tube D, un courant d'eau ^oide qui vient condenni I Tai>eur à l'iutÉrieur du cylindre, et produire ainâicti

par suite de la condensation de la vapeur. D6s lors, Tide existant à l'intérieur du cylindre, le piston H, si le poids de l'air atmosphérique extérieur, descend di l'intérieur du cylindre. Au moyen de la chaîne S attad à la partie supérieure de ce piston et du contre-poids on peut produire un effort mécanique, élever des 1 deaux, mettre en action des pompes pour l'épuiseni

LES MACHINES A YAPEUB. 119

des eaux, etc. On voit que la machine de Newcomen n*est autre chose que l'application pratique de l'appareil conçu en 1690 par notre compatriote Denis Papin.

PerfeetioBBemeBt de la macliliie de NewcomeB. Trairanx de James ITITatt. — Le célèbre James Watt,

qui s'est tant illustré par ses découvertes multipliées sur . le mode d'emploi de la vapeur, n'était qu'un pauvre ouvrier mécanicien de la ville de Greenock, en Ecosse. Par son application au travail, par sa persévérance et son génie, il devint un des hommes les plus importants de la Grande-Bretagne; .par ses découvertes sur la construction des machines à vapeur, il enrichit son pays et le monde entier.

La première découverte de James Watt eut pour objet le perfectionnement de la machine de Newcomen, iDaiîs cette machine, alors très-répandue en Angleterre, il ,y avait un vice essentiel : c'était le mode de condensation de la vapeur que l'on provoquait, comme nous l'avons déjà dit, par un courant d'eau froide injectée dans l'intérieur même du cylindre. Cette eau refroidissait le cylindre, et la vapeur, en arrivant dans cet espace refroidi, s'y condensait en partie, ce qui amenait une perte considérable de chaleur et augmentait l)eaucoup la dépense du combustible. Par une invention capitale , James Watt réalisa dans cette machine une économie des trois quarts du combustible employé. Au lieu de condenser la vapeur dans l'intérieur même du cylindre , il fit communiquer le cyUndre au moyen d'un tuyau , avec une caisse séparée parcourue par un courant d'eau continuel : la vapeur allait se liquéfier dans cet espace qui reçut le nom de condenseur isolé.

BéeonTerte de la maehiae à vapeur à double etteU —

Dans la machine de Newcomen, perfectionnée par James Watt, la vapeur n'agissait que sur la face inférieure du piston, pour produire son oscillation ascendante. Par une autre invention capitale. Watt créa la machine à vapeur à double effet. Au lieu de faire agir la

120 LIS MACHINBS À VikfBim.

vapeur sur la face inférieure du piston seulement, i) h fit agir sur ses deux faces, de manière à produire par le seul effet de la force élastique de la vapeur, les moufemenks d'élévation et d'abaissement du piston. Il bomit ainsi toute intervention de la pression de l'air de cette machine, qui reçut dès lors exdu^vemenl de la Ibiee élastique de la vapeur son principe d'action.

Aaive ^vféeilMiBieiBeiit de la iMielilse ik -^mpiit'iar

Wau. — Après avoir construit la machine à dovtble eM, Watt apporta encore des améliorations d'une iMle importance aux différents oiiganes de la machine & t»peur. Sans entrer dans des détails qui noi» entnÉDeraicnt trop loin, nous nous bornerons à dire que James Watt découvrit successivement : 1* le parallélogramme articulé qui sert à transmettre au balancier de la maébîBe les deux impulsions successives résultant de TélévatioB et de l'abaissement du piston; 2» la manivelle qui serti transformer en un mouvement de rotation le moQfement de va et vient du piston ; 3* le régulateur à AmA» qui sert à régulariser i'entrée de la vapeur dazB W»térieur du cylindre, en n'y admettant que laqoantiti de vapeur exactement nécessaire au jeu de la maclôBe. C'est par cet ensemble de perfectionnemente et èc découvertes dans les organes essentiels et secondûres de la machine à vapeur, que Watt parvînt à créer presque de toutes pièces la machine à vapeur moderne. Ayant reçu de cette manière les formes, les dispositions les plus avantageuses, tant pour Téconomie que poor la commodité pratique, cette importante machine 86 répandit promplement en Europe, et dans les premières années de notre siècle, elle était devenue (f un nss^ général en Europe et en Amérique.

Bé€MiTevte des maclilBMi & liaste i^ressieii. •«-« Ibe

découverte d'iuie haute importance dans le mode d^esh ploi de la vapeur, a été faite au début de notre sièete : c'est l'emploi dsms les machines à vapeur, de la vapesT à haiiie;;pves8Mn*

LES HACHINK A VIPKDK. ISI

Que ftiut-il entendre {mr ce mot de vapeur à hamte

Quand l'eau est en ébnllitiony si Ton envoie sa vapeur dans le cylindre, eHe y produit une puissante action mécanique. Mais cette action mécanique sera considérablement augmentée si, avant d'envoyer dans le cylindi^ cette vapeur, on la chaoffe très^fortement en la maintenant dans la chaudière, sans ouvrir le robinet qui doit la faire passer dans le cylindre. Ainsi chaufTée, elle acquiert une puissance considérable ; et la tension de la vapeur (c'est là l'expression consacrée) est d'autant plus forte que la vapeur est chauffîe plus longtemps avant d'être dirigée dans le cylindre*

C'est un mécanicien allemand, Leupold, qui avait le premier, vers 1725, émis l'idée de faire usage de la vapeur à haute tension dans les machines à vapeur.' Mais ce mode d'emploi de la vapeur ne fût pas adopté par James Watt. La construction des premières machines à haute pression, appartient à un Américain, Oliver Evans, d'abord simple ouvrier à Philadelphie, plas tard constructeur d'appareils mécaniques dans la même ville.

En 1895, les mécaniciens Trévithick et Vivian commencèrent à répandre, en Angleterre, l'usage des machines à vapeur à haute pression d'Oliver Evans, qui jouirent bientôt d'une grande faveur.

Perfec<ioBAeBieMt ée la maehlne & yrspemr depuis

Watt. — Une fouie d'autres perfectionnements ont été appâtés de nos jours à la machine à vapeur. Gomme syst^es nouveaux destinés à remplacer la machine de Watt, nous citerons : l"" les machines à deux x^lindres^ ou machinée de Wolf, qui sont très-répandues dans les usines françaises; 2** les wMLchines à cylindre fixe horizontal^ qui sont aujourd'hui très en faveur dans nos ateliers mécaniques; df" les machines à cylindre oscillant ^ qui offraient peu d'avantages et sont aujourd'hui abandimnées ; 4* les machines roiaUpeê » dont le système a

Ii2 us MlCHmiS À TAFIOl.

beaucoup d'avenir ; 5** les machines à vapeur d'éther^ lesquelles un liquide auxiliaire» Téther, vient aj la force élastique de sa vapeur à celle de la y; d'eau; 6* enfin les machines à air chaude dans lesqi on se propose de remplacer la vapeur d*eaa pai même masse d'air alternativement échauffée et reb

DeseriptioA des BiaclilBeB & vapem ftxet.

peut réduire à deux les systèmes des machines à^ qui sont en usage dans nos ateliers et nos xmom

1* Les machines sans condenseur^ dans leifli vapeur s'échappe dans l'air après avoir exercé || sur les deux foces du piston ; j

2"* Les machines à condenseur y dans lesquelleis d'eau, au lieu de se perdre au dehors, se liql un vase nommé condenseur, fi

Rien n'est plus facile à comprendre que le méb des machine sans condenseur y souvent désignée le nom de machines à haute pression^ parce queb sion s'y trouve employée à une tension de dettx sphères au moins et qui peut aller jusqu'à 10 à 11 sphères.

La figure 44 représente le mécanisme essâri la machine à vapeur sans condenseur.

La vapeur arrive sous le piston et le ^ bas en haut. Quand le piston est parvenu au se de sa course , une soupape s'ouvre et fait arfi vapeur de la chaudière au-dessus ou sur la i piston. En même temps, une autre soupape à s'ouvrir, la vapeur du cylindre se précipite i hors. N'ayant à surmonter que la résistance i à sa partie inférieure, c'est-à-dire la résistance atmosphère, étant soumis à sa partie supérieure sa tête à la pression de la vapeur qui est de pi atmosphères, le piston s'abaisse nécessairemec l'intérieur du corps de pompe. A peine y estvenu que l'on fait échapper au dehors , la vape

LBS B1ACH1ME3 X VAFECin. 123

teait la partie supérieure du cylindre. Au même , une nouvelle vapeur arrive au-dessous du piston et la repousse en haut par le lait de la pression de cette vapeur qui, portée à la tension de plusieurs atmosphères, n'a k surmonler que la pression d'une atmosphère de l'air extérieur. C'est en répétant la série de ces mouvements , c'est-à-dire en faisant arriver altcrnalivement de la vapeur au-dessus et au-dessous du piston, et en lâchant ensuite celte vapeur dans l'air dès qu'elle a produit son effort sur l'une des faces dn piston, que l'on proi maniÈre continuelle les mouvements d'éléit d'abaissement de ce piston. Il est facile de comi&qu'&raide de dispositions mécaniques parliculièn peut transmettre ce mouvement recUligne de la a pistou à l'arbre moteur d'an atelier mécanique. hlnes sans condenseur ont la disposition ro- B par la figure 45 : A est le cylindre à vapeur

I placé horizontalement, T le tube qui rejette hors 'jie la vapeur sortaut du cylindre.

' transmettre h l'arbre moteur de l'usine le

114 LIE MACHINEE 1 TArEUl

mouvement de la tige du i>i&ton A, on ailai)leil met de celle Li$;e une articulation trés-mobile,fy' la lige 0, mobile aulour du poini ou do l'arlicul) et lui permet d'eiéculer ainsi un mouveineotiie tl 4n bas. Ce mouvemeni se transmet ensaite à lalipfl et fait loumer l'arbre isoleur dont la section sci«i9 point D.

ÏM vtaeliine à condenseur diffère de la préttdciiï»]

ce qu'on ne prr jette pas dms 1 m la sapeur sortai cylindre, mais qu on K dn ige dans une tiisse /«mplie d't:au Loide, à ImlLiicui de laquelle et Condense - Là figure 4i6 rc^éeeate Ja atachiue i coQ<iea«eur;

LIS MACHINES A TAPEDll. tS5

Filtrée de la Tapeur qui passe sucees6iT«mei>f, par le

jeu da tiroir y au-dessus et au-dessous du piston, c, est

le crlindre à vapeur, d la tige de ce cylindre qui Tient

mettre en mouvement le tedancieree; g est la mani-

Tdle du volant t; qui transmet à ce volant le mouvement

du balancier, et change en un mouvement circulaire

eontinu le mouvement alternatif de ce balancier. L*ap*

pareil de condensation de la vapeur est placé dans Tin-

térieur de la caisse qui supporte la machine, m esi le

régulateur à boules ou à force centrifuge qui règle les

quantités de vapeur admises dans le cylindre; i la tige

de la pompe alimentaire qui introduit dans la chaudière

de Teau pour remplacer celle qui disparaît à Tétai de

vapeur ; ft» t ecml les ûges de pompes qui alimentent

d'eau froide le eondensenr et extraient feaa édiaiifféc

par la condensation de cette vapeur.

Nous devons nous borner à énoncer cette disposition génénde, car k descriplioD spédale des différents organes qui servent à eSectuer la eondensatiott de la vapeur, dans les nukcbines i basse pressioo, exigerait des détaib et des ccmsidérations que nous ne saurions aborder ici.

Nofiis mettrons seulement sous les yeux du lecteur la figure de là chaudière qui, dans les machines fixes, sert Il produire la vapeur.

G (fig. 47) est le corps de la chaudière ; H , l'un des deux bouilleurs, c'est-à-dire l'une des deux chaudières plus petites qui sont placées au-dessous du corps de la chaudtèce principale. Les bouilleurs communiquent avec la chaadière principale par de gros tubes et ont pour jbBCtion d'augmenter la surface offerte à l'action de la chaleur. F, le flotteur qui fait connaître au chauffeur la hauteur que Feau occupe à l'intérieur de la chaudière ; B est le niveau d'eau, c'est un tube de verre communiquant avec l'intérieur de la chaudière, et qui, se remplissant d'eau à la même hauteur que celle de la chaudière, laisse voir la hauteur de l'eau dans son in-

ne

LIS UACHI.NE3 A VIPEDI.

lirieor. Ccsl le tube de sortie delà vapeur se le cjlindre de la machine. A, le tube donnant entrteklmu liquide envoyée par la pompe d'alimcntulionçooria placer celle qui disparaît sans cesse à l'ùlat de n T est le Irou tThotiime par lequel l'ouvrier s'intnMfOl visiter ou réparer l'intérieur delà chaudière. Ot lui sufCsammenl sur cette figure la marche de l'ùi â

qui provient du foyer, et qui s'échappe dans le IbJM cheminée après avoir circulé autour des parois S rieures de la chaudière. S est la soupape de flM plaque mobile, organe qui, en raison de son imf tance, doit nous arrêter quelque temps. '•

Cet organe essentiel qui est d'ailleurs en usage A toutes les machines à vapeur en général, consiste eu' bouchon métallique qui ferme la chaudière et qm trouve maintenu par un poids opissnnl àrcxtrémiléd'