CHAPITRE II

.ES NOUVELLES MACHINES A VAPEUR MARINES. — LES ANCIENNES MACHINES DE BATEAUX A ROUES ET A HÉLICE, LEURS DÉFAUTS. — ABANDON DE l'aDMISSION DIRKCTH DE LA VAPEUR DANS LES CYLINDRES. — APPLICATION A LA MARINE DES SYSTÈMES DE MACHINES A VAPEUR DE WOOLF ET DU SYSTÈME COMPOUND. — LES NOUVELLES MACHINES MARINES A TRIPLK ET A QUADRUPLE EXPANSION.

Les premiers bateaux à vapeur construits n France furent munis de machines à »alancier, ou machines de Watt, que nous vons décrites dans la Notice sur les Maliines à vapeur àes Merveilles de la science. iUes ne différaient de la machine de Watt n usage dans les usines et manufactures ue par la position du balancier, B ig. 109 et 110), lequel, au lieu detre

disposé au-dessus du cylindre à vapeur, A, était placé au-dessous ; ce qui obligeait à le commander par des bielles pendantes C, partant d'une traverse />, çalée sur la tige a du piston D. Cette disposition était nécessitée par la trop grande hauteur qu'eût atteinte la machine, si l'on eût disposé le balancier en dessus. La grande bielle C agit de bas en haut, et son pied s'articule sur une traverse G, qui réunit l'extrémité de chaque balancier.

Sur la figure 110, A' est la boîte à tiroir, E la manivelle, F l'arbre moteur, II le condensevir, et sa pompe à air I ; J est l'excentrique conduisant le tiroir.

La machine dont nous donnons les deux vues a été construite en 1840, par Fawccll et Preston, pour la frégate le Gorner.

Dans toutes les machines marines, on

accouple généralement deux cylindres sur un même arbre, au moyen de manivelles calées à 90 degrés l'une de l'autre, afin d'éviter \es points morts.

La machine à balancier que nous venons de décrire est restée pendant près d'un demi-siècle en faveur dans la marine française, malgré l'encombrement qu'elle occasionnait. La douceur de sa marche et la solidité de ses différentes parties étaient des avantages qu'on ne pouvait dédaigner.

Cependant, la place considérable qu'occupe le balancier était un grand inconvénient. C'est pour cela qu'on s'appliqua à le remplacer par le système de connexion directe, c'est-à-dire celui dans lequel la tige du piston actionne directement la grande bielle de l'arbre moteur.

Le premier système adopté pour supprimer le balancier fut celui des 7nachine:< verticales à bielles directes, plus simples et moins encombrantes que les machines à balancier; mais dans bien des cas on ne pouvait donner aux bielles une longueur suffisante, ce qui nuisait à la douceur du mouvement.

Cette difficulté fut tournée par l'adoption de la machine à clocher, ainsi nommée en raison de la forme des bâtis. La tige du piston porte un cadre en forme de triangle, au sommet duquel est articulé le pied de la bielle. La tête de celle-ci saisit la manivelle qui est entovirée par le cadre.

Enfin on adopta les machines inclinées à bielle directe, qui sont d'une bonne construction, et que l'on emploie encore, en leur appliquant de grandes détentes de la vapeur.

Les machines oscillantes, que le constructeur anglais Penn appliqua le premier à la grande navigation, détrônèrent presque partout les autres systèmes. Elles ont eu, pour la grande navigation, autant de durée que les machines à balancier. Le peu de

volume du mécanisme à vapeur faisait passer sur leurs défauts. Les machines oscillantes sont encore employées aujourd'hui dans la marine, pour les bateaux à roues, tels que ceux de la Manche. Comme nous les avons décrites dans les Merveilles de la science (1), nous ne reviendrons pas sur leurs dispositions.

Dans les premiers temps de l'adoption de l'hélice (1847), les constructeurs voulurent actionner le propulseur par les mêmes machines à vapeur quils appliquaient aux roues. Ils furent ainsi amenés à commander l'hélice par un engrenage, ou une simple courroie. C'est ce que l'on A it sur le navire anglais le Great Britain. Cependant ce n'était là qu'un moyen transitoire, et l'on chercha d'autres manières de faire tourner l'hélice motrice.

C'est alors qu'apparaissent les 7nachines horizontales, à bielle directe. Ces machines sont composées de quatre cylindres à vapeur se faisant face deux à deux, avec les condenseurs communs à deux cylindres et placés entre eux. Telles furent les machines de la Bretagne (1834), et du Laplace, construites par le Creusot.

Ces appareils à vapeur avaient l'inconvénient d'exiger un trop grand nombre de pièces et d'avoir des bielles trop courtes. Aussi l'on ne tarda pas à les remplacer par deux types très remarquables : la machine à fourreau et la machine à bielle en retour.

La machine à fourreau, encore très en usage en Angleterre, a été créée par le célèbre constructeiir Penn. Nous décrirons comme exemple la machine à vapeur du transport la Meurthe, que nous représentons dans les figures 111 et 112.

Les cylindres A sont placés le long d'un bord, et les condenseurs B le long du bord

{l)TomeI, page 134.

SUPPLÉMENT AUX BATEAUX A VAPEUR

Fig. III. — Mfichiue à fourreau de la Meurtiie (1/2 vue eu plau extérieur).

opposé. Les tiges des pistons sont formées d'un cylindre creux en fonte, C,qui reçoit à l'intérieur une traverse sur laquelle s'articule la bielle D. Los ])oî!esà vapeur, E, sont

placées suivant le mode ordinaire, et les tiroirs sont commandés par des coul/'.'^ses de Stephemon^ pourvues de leurs deux excentriques. Il n'existe pas de glissières; des

Fig. 113. — Machine à fourreau de la Meurtiie vue en coupe horizontale).

presse-étoupes seuls guident le mouvement.

Ce mécanisme est simple, et la longueur de la bielle peut atteindre facilement six fois le rayon de la manivelle, ce qui est très satisfaisant.

Cependant le fourreau G constitue une surface refroidissante considérable; les

presse-étoupes sont difficilement étanches, et les cylindres atteignent un très grand diamètre. Pour ces raisons^ la machine à fourreau ne s'est pas répandue en France. On lui a préféré la machine à bielle en retour, due à Mazeline, du Havre, et à Dupuy de Lôme.

Fig. 113. — Coupe longUndinalc de la macliine à bielle eu retour riu Délier.

Les fieures J 13 et 114 donnent l'ensemble de la machine du Bélier, construite par Mazeline. Les cylindres A et les condenseurs H sont placés respectivement comme il est dit pour la machine précédente, c'està-dire chacune aux deux bords opposés du navire.

Chaque piston reçoit deux tiges C, C, réunies par une traverse oblique, et placées de telle sorte qu'elles laissent libre le mouvement de l'arbre G. La traverse porte un tourillon L, sur lequel s'articule le pied de la bielle F. Cette traverse est guidée par deux patins /, /, qui marchent dans une glissière logée sous la pompe à air du condenseur II. L'autre extrémité D de la bielle conduit la manivelle de l'arbre moteur.

Les tiroirs, placés au-dessus des cylindres, sont commandés par un arbre spécial i, actionné, au moyen d'engrenages, par l'arbre moteur.

Les pompes à air P, F reçoivent leur mouvement par un bras /, pris sur les tiges du piston.

V est le tuyau général d'arrivée de la vapeur; E, celui qui amène au condenseur la vapeur sortant des cylindres.

La figure 114 donne la coupe des deux

machines du Bélier, accolées l'une à l'autre et recevant leur vapeur d'un conduit commun V. L'une de ces coupes montre l'intérieur du condenseur II, II; l'autre le mécanisme de la bielle en retour G, avec son arbre moteur.

La mise en train dite Mazeline permet de renverser le mouvement sans nécessiter l'arrêt préalable de la machine.

Les défauts communs à ces divers systèmes consistent surtout en ce que la machine étant trop ramassée, les différentes pièces sont d'un accès difficile, d'où résultent de grandes difficultés pour la conduite et l'entretien. De plus, les cylindres étant horizontaux tendent à s'avaliser sous le poids des pistons.

Cependant la marine de guerre, qui voit dans l'horizontalité de la machine le moyen de placer le moteur très au-dessous de la llottaison, et par suite de l'abriter des coups de l'artillerie ennemie, emploie encore ces deux derniers types de machine en leur appliquant, bien entendu, les grandes détentes de la vapeur.

Mais sur les paquebots, où l'on n'a pas les mômes motifs de crainte que sur les na-

vires de guerre, on adopta promptement la machine verticale, dite à pilon (1). Ce dispositif est devenu classique, et la marine militaire elle-même l'a adopté chaque fois qu'elle a pu abriter suffisamment la machine.

La figure H 5 donne une coupe transversale le la machine du Caraïbe, de la Comparpiie 'générale transatlantique, et la figure 1 d (j une ioupe longitudinale de la même machine.

La machine du Caraïbe a ses cylindres V, A supportés par deux grands bâtis B, B jui fournissent, parleurs faces intérieures, J es guides bj) (fîg. 116), assurant le mouve- j lient rectiligne de la traverse que conduit a tige du piston. Cette disposition permet, in outre, de donner une grande longueur à a bielle, et d'éviter ainsi, dans la mesure lu possible, l'ovalisation du cylindre. |

(1) Ce nom vient de ce que les cylindres, directement ! ilacés au-dessus des coudes de l'arbre, se présentent

le façon à rappeler la disposition des marteaux-pilons I

. vapeur. • j

L'arbre de couche C est coudé directement au-dessous des cylindres et repose sur des paliers D, fixés sur la plaque de fondation de la machine.

Les tiroirs T, T (fig. 116) peuvent être placés entre les cylindres, comme l'indique la gravure, ou l'un à l'avant et l'autre à l'arrière. Dans le premier cas, on réduit l'encombrement longitudinal de l'appareil; mais la seconde disposition a l'avantage de faciliter les visites et les démontages.

La pompe alimentaire, la pompe de cale et celle du condenseur ont leurs tiges montées sur une même traverse. Elles reçoivent toutes trois leur mouvement de la façon la plus simple, à l'aide d'un balancier G, dont l'autre extrémité est conduite par des bielles articulées sur la traverse du piston à vapeur. Ces pompes peuvent être réglées ainsi à des vitesses modérées.

La pièce II (fig. 115) est le levier de changement de marche; il sert, ainsi que son nom l'indique, à changer la marche do

Fig. 115. — .Machiuo à pilon du Cara'ibe (coupe traasversale).

la macliine, d'avant en arrière, ou vice versa, suivant sa position relative sur le secteur denté J.

Le condenseur F (fig. 115) fait corps avec l'un des bâtis supportant les cylindres. Dans d'autres cas, on le place en abord et on le réunit au cylindre par un tuyau d'évacuation ; ce qui constitue un dispositif préférable.

Ce genre de machine est, évidemment, d'un agencement commode. L'ensemble est bien groupé sous l'œil du mécanicien; ce qui rend très facile l'accès des pièces, ainsi que l'entretien et la surveillance. Il est tout

à l'ait préférable pour la navigation à la macliine horizontale.

Cependant il n'est adopté dans la construction des navires de guerre que depuis peu d'années, et seulement lorsqu'il n'y a pas nécessité absolue d'assurer à l'appareil la protection du logement sous l'eau. Dans les navires cuii'assés, où les ponts, suffisamment protégés, permettent d'étendre la niacbine en hauteur, la machine à pilon doit toujours être préférée.

Le dernier progrès réalisé dans la mécanique à vapeur appliquée aux navires a

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Fig. 116. — iMachiiie à pilou du Caraïbe (coupe longitudinale

été l'adoption des nouvelles machines à apeiir à grande détente et du condenseur à surface qui permet l'emploi de pressions relativement élevées. Et de même que dans les ateliers et manufactures, les grandes détentes de la vapeur furent mises en œuvre d'abord dans les machines de Wolf, ensuite dans les machines dites Compound, la navigation par la vapeur a fait usage d'abord de machines de Wolf, ensuite de machines Compound.

Nous n'avons pas besoin de revenir sur la description de la machine à vapeur de Wolf, que nous avons étudiée avec détails, dans la Notice qui précède, ni sur les avan-

tages que cette machine présente, sous le rapport de l'économie et de la douceur des mouvements. Nous nous bornerons à examiner les dispositions qui ont été adoptées pour appliquer ce système à la marine.

Le dispositif le plus fréquemment suivi pour les machines de Wolf installées à bord des vaisseaux est celui dit tandem^ où les cylindres sont superposés (1). C'est le constructeur anglais Ellis Allen, qui, le premier, en 18.55, fit usage de ce dispositif.

(1) Ce mot tandem est emprunté au sport hippique. On appelle attelage tandem celui dans lequel les chevaux sont attelés les uns à la suite des autres, et par unité. Une machine à vapeur tandem est une machine Compound dans laquelle les cylindres à vapeur se trouvent à la file, deux à deux, en ligne droite.

Le plus remarquable exemple de ce système nous est offert par la machine du paquebot de la Compagnie générale transatlantique ^Xo^Normandie. Cette machine(fig. 117), due aux études des ingénieurs de la Compagnie, a été exécutée en Angleterre, en 1 882, par la Barroiv shipbuildings Company, de Barrow (comté de Lancastre).

Elle est composée de trois couples tandem, actionnant un arbre à trois manivelles, calées à 180° les unes des autres. Elle comporte donc six cylindres. Les petits cylindres A sont placés au-dessus des grands A', avec tiges de piston B, et de tiroir T, communes. Le seul inconvénient que présente cette disposition est d'obliger à retirer le petit cylindre, lorsqu'une visite du grand cylindre est nécesaire.

Les petits cylindres A n'ont pas d'enveloppes de vapeur; ils sont recouverts de malière isolante et d'une chemise en tôle. Les grands cylindres, au contraire, ont une enveloppe de vapeur, avec chemise intérieure rapportée.

Le tiroir des petits cylindres a reçu un dispositif de détente variable, du système Meyer, conduit par un excentrique spécial. La tige commune des tiroirs est conduite par deux excentriques D, D, et une coulisse Stephenson, E. Un même arbre de relevage F permet de mouvoir les trois coulisses ensemble; il est actionné par un appareil à vapeur G, système Brown.

La vapeur s'échappant du petit cylindre se rend dans la boîte à tiroir du grand cylindre, par un tuyau II.

Le diamètre intérieur des petits cylindres est de O^îOO, celui des grands cylindres de 1",90, et la course commune est de l'",70. Le nombre de tours de l'arbre moteur s'élève à 60 par minute.

Chaque groupe possède un condenseur â surface, I. L'eau de circulation est envoyée par une pompe à vapeur spéciale. La vapeur l'échappement des grands cylindres pénètre

dans le condenseur I , par un gros tuyau J. Elle se condense au contact des tubes constamment refroidis, tombe au fond et est enlevée par la pompe à air, K, commandée par la machine.

L'arbre de couche, L, est en trois pièces, réunies par des plateaux. M, M venus de forge, et portant chacun une manivelle coudée N. Chaque tronçon de cet arbre pèse 14 tonnes, ce qui donne un poids total de 42 tonnes; le diamètre est de 0°',60.

Les tronçons sont absolument semblables, de manière à pouvoir être substitués l'un à l'autre.

A l'extrémité de l'arbre moteur, du côté de l'hélice, se trouve clavetée une roue à vis sans fin, 0, qui sert à faire tourner la machine pendant les arrêts. Cet appareil s'appelle le vireur. Dans les petites machines, cette manœuvre se fait à bras ; ici c'est une machine à vapeur qui en est chargée.

Chacune des trois machines de la Normandie a son condenseur à surface, avec pompe de circulation centrifuge, conduite par un moteur séparé. Mais pour éviter qu'une avarie survenant à l'un des trois moteurs ne désempare la machine correspondante, on a fait déboucher le refoulement des trois pompes dans un collecteur unique, qui distribue l'eau aux trois condenseurs, et qui peut être isolé de la pompe avariée à l'aide de vannes convenablement disposées.

Il y a 3 pompes à air, 3 pompes alimentaires et 3 pompes de cale ; elles sont placées derrière les bâtis et mues par des balanciers attelés aux tourillons des pieds de bielles.

La butée est à 10 collets, s'appuyant sur 10 semelles antifrictionnées, indépendantes, avec écrous de serrage séparés.

C'est entre la butée et la machine que se trouve la roue du vireur, avec son moteur à vapeur.

L'hélice est à 4 ailes en bronze mangané-

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grammes, réparties en 2 groupes semblables, séparés par une cloison étanche, lui envoient la vapeur. Chaque groupe comprend 2 chaudières doubles à 6 foyers et 2 chaudières simples à 3 foyers. Le nombre total des foyers est donc de 36 ; leur diamètre est de 1",07 et la surface totale de leurs grilles 72 mètres carrés. Le diamètre des chaudières est de 4", 20, la longueur des corps doubles est de 5",6S, celle des simples 2", 90.

Six coffres rassemblent la vapeur produite et l'envoient à la machine par devix tuyaux collecteurs — un par chaufferie — aboutissant à une boite à deux soupapes distinctes, de manière à assurer l'indépendance complète de la machine et de chacun des deux groupes de chaudières.

Deux cheminées de 2™, 40 de diamètre rejettent au dehors les produits de la combustion.

Les chaudières occupent dans le bâtiment une longueur totale de 29 mètres; elles sont isolées des cales et des murailles du navire par les soutes à charbon.

La machine occupe une longueur de 43 mètres.

Au total les compartiments affectés à l'appareil moteur et évaporatoire ainsi qu'au charbon ont une longueur de plus de 50 mètres.

La machine de la Norma7idie développa , aux essais, une force de près de 6,000 chevaux-vapeur, à l'allure de 60 tours environ par minute. Cependant elle ne fournit, en service courant, que les 4/5 de cette puissance. Elle donne au navire une vitesse de 14 nœuds et demi, en consommant par jour 1 10 tonnes de charbon.

Outre son appareil moteur, la Normandie possède de nombreux appareils à vapeur : guindeaux, treuils à marchandises, appareil à gouverner, machines à air froid, pompes d'épuisement de cales et de waterballast, petits-chevaux, treuils à escarbilles.

enfin deux machines, de 40 chevaux chacune, destinées à mener les machines dynamo-électriques qui alimentent les lampes à incandescence des logements et les lampes à arc de la machine des cales, feux de position, etc.

Un certain nombre de ces appareils empruntent leur vapeur aux grandes chaudières ; les autres la reçoivent de deux chaudières auxiliaires, à deux foyers chacime, placées sur le pont, et présentant ensemble une surface de grilles de 3", 25.

C'est dans les chaudières de la Normandie que l'on put bien apprécier les avantages immenses de l'emploi du condenseur à surface. C'est ce système de condensation de la vapeur, coïncidant avec une série d'autres perfectionnements, qui a presque complètement transformé la machine à vapeur marine, et a permis de réduire presque immédiatement la consommation de charbon à moins d'un kilogramme par cheval et par heure.

Dans le condenseur à surface^ la vapeur condensée ne se mélange pas à l'eau de mer. Pendant que la vapeur passe, soit dans les tubes minces en laiton, soit plus généralement autour de ces tubes, l'eau de mer, poussée par des pompes, circule de l'autre côté de la paroi, et l'échange de température se fait à travers le métal des tubes. L'eau douce, toujours la même, à part une petite quantité d'eau salée destinée à réparer les pertes, est renvoyée aux chaudières. La pression à laquelle on peut produire la vapeur n'est donc plus limitée que par la dimension à donner aux matériaux des appareils évaporatoires.

Grâce à l'emploi de l'eau douce dans l'alimentation des chaudières, on a supprimé V extraction, c'est-à-dire le rejet à la mer de l'eau de la chaudière chargée de sels, opération autrefois indispensable, et que nous avons décrite dans les Merveilles de la science. On a économisé, de ce chef, environ 15 pour 100 de combustible.

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