PRINCIPAUX SYSTÈMES, OU TYPES, DB MACHIRBS A VAPEUR

Après ce qui se rapporte à la classificatioD générale des appareils mécaniques à Tapeur, il nous reste à passer en revue les principaux systèmes adoptés aujourd'hui pour leur construction.

Bien que les formes que l'on donne au^ jourd'hui à la machine à vapeur varient à l'infini, on peut les rapporter à cinq types principaux :

MACHINE A VAPEUR

!• La machine à tm seul cylindre vertical^ ou machine de Watt ;

2° La machine à double cylindre vertical;

3° La machine à cylindre unique horizontal ;

4° La machine à cylindre oscillant ;

5" La machine rotative.

i" Machine à un seul cylindre vertical. — Cette machine, qui est tantôt à simple, tantôt à double effet, a été décrite avec assez de détails dans le chapitre précédent, pour que nous n*ayons pas à y revenir. C'est la machine encore adoptée de préférence en Angleterre, où elle est toujours le type à peu près exclusif dans les ateliers, bien qu'elle consomme beaucoup de combustible, c'est-à-dire environ 5 kilogrammes par heure et par force de cheval. A l'Exposition universelle de Paris en 1853, l'Angleterre n'avait envoyé qu'une seule machine à vapeur : c'était une machine verticale de Watt, due à M. Fairbairn, l'un des constructeurs les plus célèbres de la Grande-Bretagne, et elle ne présentait pas la plus légère innovation. En France, où l'esprit de progrès et de perfectionnement est beaucoup plus marqué que chez nos voisins, on abandonne de jour en jour ce monumental appareil, qui, sans doute, assure au mouvement une grande régularité, par le remarquable ensemble établi entre ses divers organes, qui peut marcher, à volonté, à basse, à moyenne ou à haute pression, avec ou sans détente, avec ou sans condensation, mais qui a l'inconvénient d'être extrêmement volumineux, d'exiger un grand emplacement en hauteur et en longueur, de renfermer beaucoup de matière, et d'être, par conséquent, lourd et d'un achat coûteux.

Les machines de Watt, ou à un seul cylindre vertical y transmettent le mouvement à un arbre disposé à la partie supérieure du bâti. Ellesconviennent surtout aux ateliers, tels que filatures, ateliers de constructions mécaniques, etc., où l'on emploie des arbres de

transmission fixés vers le plafond, et qui distribuent le mouvement aux différents établis répandus dans l'atelier. On a vu représenté figure 63 (page 121) un beau type de ces machines, qui a été dessiné sur place dans un atelier de Paris. On donne, à Paris, le nom de machine Imbert^ à ce genre de machine, du nom du constructeur qui en a fabriqué un grand nombre sur ce modèle.

Quand, au lieu de placer le balancier de la machine de Watt à la partie supérieure du bâti, on place ce balancier, grâce à un renvoi de mouvement, près du sol, ou pour mieux dire, sur la plaque de fondation, on obtient la machine à balancier latéral^ qui sert, dans un grand nombre de navires à vapeur, à mettre en action les roues motrices.

2" Machine de Wolf, ou à deux cylindres.

— La machine de Wolf, dont nous avons donné page 106 (fig. 54), la description et la figure, est d'un grand usage en France. C'est l'appareil moteur de la plupart de nos filatures et ateliers de tissage. L'économie qui résulte de son système, si commode, de détente, opéré dans un cylindre auxiliaire, et la régularité de son mouvement, lui ont conquis une juste faveur dans l'industrie française. Elle a l'avantage remarquable d'utiliser la détente de la vapeur, tout en faisant disparaître les causes d'irrégularité de mouvement qu'entraîne l'emploi de la détente.

Un constructeur de Lille, M. Legavrian, a récemment perfectionné cette machine, en lui adjoignant un troisième cylindre, pour pousser plus loin la détente de la vapeur, et adoucir encore le mouvement. Une machine ainsi modifiée , et de la force de quarante chevaux, figura à l'Exposition universelle de 1855.

3* Machines à cylindre unique horizontal.

— Les machines à cylindre unique disposé horizontalement, sont les plus employées dans notre industrie ; c'est la disposition aujourd'hui à la mode en France.

ni

A ver. If'A nvichines de Watt ou de Wolf, poiirvn#» diin lourd volant etd*un énorme tMl;inri#>r, ^>v^ilbnt autour de son point d'appui, 6n a un véritable monument métalli^wï architectural, arec soubassement, co- Uvnneu, chapiteaux, entablement, etc. Mais ci^e masse, élevée en Tair, est exposée à entraîner le dérangement de Tappareil, par le hri«< d'un îinpport, la flexion d'une tige, l'iné- 3f;ile rompfCîwibilité du terrain, etc. De là, la (\ppj^,8»\iÂ^ finire le prix considérable de l'achat ^ ^tn premitf^r établissement de cette machine, 4'im îAÏn fiii d'une surveillance assidus.

r/^t pour parer à ces divers inconvért»i*nfit. ^luel'on a pris le parti, après plusieurs «iwst.r* plus ou moins timides, de coucher hof/z/'.^ïiailement le cylindre, qui avait toujours /v,«tMrnré jusque-là sa position verticale. ^>tie disposition réalise un grand nombre d'avantages. Supérieure à la précédente sous le rapport de la stabilité, la machine horizontale s'applique plus immédiatement à une multitude d industries. Elle supprime le mécanisme intermédiaire pour la transmission des mouvements, et permet de faire agir directement la puissance mécanique sur l'outil, ou la résistance à vaincre. Faciles à établir, les machines horizontales permettent à l'ouvrier de les visiter à chaque instant, et de s'assurer de rétat de leurs différentes pièces. Enfin, leur prix est peu élevé, et elles reçoivent avec beaucoup de facilité l'adjonction de la détente ; ce qui les rend très-économiques dans l'emploi journalier. Le seul reproche qu'on leur adresse, c'est d'occuper beaucoup d'espace en longueur, et de ne pouvoir se prêter à la condensation, c'est-à-dire de marcher toujours forcément à haute pression.

La figure 69 (page 129), représente une 'nachine à cylindre horizontal. B et C sont l'î» deux capacités intérieures du corps de l'^impe, A le tuyau d'arrivée de vapeur, D le t'roir, e la tige du piston, conduite par deux K'»l'îls, entre deux tringles parallèles, E la IntilUi articulée qui met en action la mani-

velle, et par suite le volant V et l'arbre delà machine.

4» Machines oscillantes. — Dans ce genre de machines, qui diffèrent essentiellement des précédentes, on supprime la bielle, et Ton articule directement la tige du piston à la manivelle qui fait tourner l'arbre moteur. Pour rendre ce mécanisme applicable, il a fallu donner de la mobilité au cylindre à vapeur lui-même, afin que la tige de son piston pût toujours être dirigée suivant son axe, malgré les diverses positions de la manirelle. Voici comment on est parvenu à atteindre ce résultat, qu'il était assez difficile de réaliser.

On fait supporter le cylindre A (fig. 73) par deux tourillons E, autour desquels il oscille, eo tournant tantôt à droite, tantôt à gauche. Pour que le piston puisse toujours donner au cylindre qu'il entraine une position convenable, on munit sa tige de deux roulettes F, F, glissant entre deux tringles. Comme les tourillons E sont les seules parties du cylindre qui restent immobiles pendant le mouvement continuel de la machine, c'est par l'intérieur de l'un d'eux que s'introduit la vapeur arrivant de la chaudière; la vapeur qui a cessé d'agir s'échappe par le tourillon opposé. Les tiroirs qui sont destinés à distribuer la vapeur, sont po^ tés par le cylindre, et suivent ses mouvements.

Les machines oscillantes, construites pour la première fois en Angleterre, en 1817, par Manby , ont été importées en France par M. Cave. Leur disposition est en elle-ménie défectueuse, car tout l'effet de résistance s'j trouve supporté par deux tourillons, mobiles, tandis que la condition première d'une bonne

Fig. is.

Maehine oscllkiiili.

MACHINE A VAPEUR

machine, c'est la solidité et Tinébranlable fixité des points d'appui. Aussi ce genre de machines à vapeur n'est-il pas propre à soutenir de longues années de travail ; il nécessite de fréquentes réparations.

L'avantage principal des machines oscillantes réside dans leur peu de volume. Elles conviennent particulièrement quand on est limité par l'emplacement.

Depuis l'année 1840 jusqu'à l'année 1855, on a fait un assez grand emploi des machines oscillantes, particulièrement pour les navires à vapeur, dans la vue de réduire l'espace occupé à bord du navire, par le mécanisme moteur. Mais l'usure extrêmement prompte des tourillons mobiles qui donnent accès à la vapeur, c'est-à-dire de la partie fondamentale de l'appareil, la difficulté de réparer ces avaries, enfin les obstacles qu'éprouve la vapeur à circuler dans les coudes et flexions du tuyau distributeur, ont fait généralement abandonner aujourd'hui ce genre de machines.

5° Machines rotatives. — Ces machines sont fondées sur des principes très-différents de ceux que nous avons considérés jusqu'ici. Leur but, c'est de supprimer toute espèce de moyen de transmission entre la force de la vapeur et le point d'application de cette force. Pour cela, au lieu de faire agir la vapeur dans un cylindre pourvu d'un piston, lequel est muni d'une bielle, laquelle agit ensuite sur un balancier, etc., on a eu l'idée de placer tout l'appareil moteur sur l'arbre même de la machine, de nianière à supprimer tout engrenage et tout organe rdécanique intermédiaire. Voici comment on est parvenu à ce résultat.

Une sorte de tambour creux et divisé en plusieurs compartiments qui communiquent entre eux par des soupapes, est porté sur l'arbre même de la machine, et peut, par conséquent, faire tourner cet arbre, par suite de son propre mouvement de rotation. La vapeur s'introduit dans l'un des compartiments intérieurs de ce tambour et s'écoule dans le

condenseur. De nouvelle vapeur, arrivant ensuite par le même compartiment, vient y exercer sa pression, et cette pression n'étant plus contre-balancée, puisque le vide existe dans le compartiment qui suit, le tambour reçoit un mouvement de progression. Comme des effets semblables s'opèrent au même instant sur plusieurs points du tambour, il résulte de ces impulsions réunies un mouvement rapide et continu de rotation imprimé au tambour, qui se transmet nécessairement à l'arbre de la machine auquel le tambour est fixé.

L'idée des machines rotatives appartient à James Watt, qui l'a nettement formulée dans l'article S de son premier brevet. Un des plus illustres mécaniciens français, Pecquœur, exécuta le premier, une machine rotative susceptible d'application.

Ce genre d'appareil a beaucoup frappé, à une certaine époque, l'attention des mécaniciens. On voulait y voir le germe d'une révolution dans le mode d'emploi de la vapeur. Ces espérances étaient exagérées. Bien que les machines rotatives n'aient jamais reçu de véritables applications en grand, on a pu constater qu'elles ont l'inconvénient très- grave, de nécessiter une dépense excessive de combustible. Elles consomment, en efiet, de 8 à 10 kilogrammes de houille par heure et par force de cheval. Ce rapport excède de beaucoup les pertes qu'il est raisonnable de tolérer pour l'emploi d'une machine, quels que soient' les avantages qu'elle puisse offrir sôus le rapport de sa simplicité et de son utilité spéciale pour un travail déterminé.

Cependant la machine rotatiVè repose sur un principe excellent, et il serait téméraire de la condamner d'une manière absolue.

Quelques perfectionnements apportés à l'ensemble de ses dispositions, l'emploi de la détente, des moyens plus faciles de construire et d'ajuster les pièces qui la composent et qui exigent une grande précision, permettraient

sans doute de tirer un parti sérieux de cet appareil.

Nous terminerons ce chapitre en jetant un coup d'œil rapide sur les principes qui , de nos jours, règlent, ou tendent de plus en plus à régler, la construction et l'installation des machines à vapeur.

Le principe le plus important, celui qui domine aujourd'hui dans la construction de ces appareils, c'est d'approprier chaque genre de machine à Tusage particulier qu'elle doit remplir. Nos constructeurs ne s'attachcntplus à fabriquer, comme autrefois, la machine h vapeur d'après un type uniforme et commun ; mais, au contraire, à varier ses dispositions et son mécanisme suivant le travail spécial auquel on la destine. 11 y a peu de temps encore, on demandait à la même machine les applications les plus différentes, et quelquefois les plus hétérogènes. Quel que fût l'usage auquel elle était destinée, on la construisait toujours sur le même type. Il en est autrement aujourd'hui. Chaque branche d'industrie, et même chaque subdivision de l'une de ces branches, imprime à la machine à vapeur une disposition applicable au travail spécial qu*il s'agit d'effectuer. La vapeur n'est plus aujourd'hui qu'un instrument, qu'un outil, pour ainsi dire, auquel on s'applique à donner les formes les plus convenables à l'objet particulier qu'il doit remplir.

Un second principe auquel on tend de plus en plus à obéir aujourd'hui dans la construction des machines à vapeur, c'est de se passer, autant qu'on le peut, de ces organes intermédiaires, destinés à transmettre le mouvement, et que l'on employait autrefois sous tant de formes différentes. Les moyens de renvoi sont supprimés toutes les fois que cette suppression peut se faire sans nuire au jeu de la machine. Dans ce cas, c'est la tige même du piston sortant du cylindre à vapeur, qui est employée comme agent direct du mouvement.

Quelques exemples vont montrer Tapplication de ce principe. Dans la construction des machines destinées h l'élévation des eaux, on se contente souvent aujourd'hui de placer audessus de l'ouverture du puits, un cylindre k vapeur, le couvercle en bas; et c*e8t la tige même du piston qui imprime, sans aucun intermédiaire, le mouvement aux pompes qui opèrent l'élévation des eaux. Dans les grandes usines destinées à l'extraction et au travail des méiiux , telles que fonderies, ateliers de laminage, etc., c'est la tringle même du piston du cylindre à vapeur, qui met en mottTement des marteaux pesant 5 à 6,000 kilog. On fait agir de la même manière, une tigei vapeur pour faire ofGce de pilon et opérer h pulvérisation de diverses substances. Les machines soufflantes utilisent, suivant le même procédé, le mouvement direct de la vapear sans aucun organe de transmission. G*est enfin par le même procédé que l'on peut, Araids de la tringle même du piston d'un cylindre i vapeur, percer, couper, emboutir le fer, le cuivre ou la tôle. En un mot, toutes les fois qu'il est possible de supprimer les moyens intermédiaires pour la communication du mouvement, on réalise cette importante et utile simplification de mécanisme, auquel Ia¥Speur, mieux que tout autre agent moteur, se prête avec facilité.

Cette espèce de révolution qui s*est opérée depuis quelques années dans la distribution de la force motrice, cette intelligente modification apportée à l'emploi de la vapeur, frappent les yeux quand on entre dans un atelier de constructions mécaniques, dans une usine à fer, etc. Dans ces usines, envoyait autrefois la force motrice concentrée sur un seul point et produite par une seule machine à vapeur. Elle rayonnait ensuite de là, en diverses directions, au moyen de poulies, de courroies, de renvois de mouvement, etc. Cette disposition entraînait la perte de beaucoup de force, par les frottements multipliés, et obligeait souvent à faire mouvoir une machine très-considé-

fttble pour ne produire <|u*uu eiïoH Irèsrtiiliii*, applicable k un traviiil particulier. Aujourd'hui, au lieu d*uiie seule machine iiugvrimanl, par des Iransmissious, le niouvement à tous les ouiib de râtelier, on a autant Av. pi'iiles machines que d'établis ou de groupes d'oulils. Une chaudière unique envoie la vapeur qui, se divisant dans un grand nombre de tubes secondaires, va porter à la fois le niouvemenl et la force en un grand nombre de points ; de telle sorte que Touvrier, en ouvrant seulement un robinet, a sous la main la puissance mécanique dont il a besoin, sans

qu'il soit nécessaire de recourir aux counoies,

au\ embrayages, etc.

Ou a pu, grâce à ce nouveau système, ap|iliquer à chaque travail le type de machine à vapeur qui lui est le mieux approprié.

Un simple cylindre avec son piston placé de haut en bas, sutlit pour coni (Miser le mouton il vapeur. Cn ton rua ni un rabiuet pour Fadmissionde la vapeur, l'ouvrier, comme on le voit dans la figure 74, qui représente le mouton à vapeur^ élève à la hauteur nécessaire la lourde masse métalli(|ue qui doit faire office de marteau. Il la fait retnnil>cr

en lâchant dans Tair, à l'aide d'un autre robinet, la vapeur qui remplissait le cylindre.

Le martelage, le cinglâge, le laminage des fers, se font au moyen d*une machine spéciale appropriée à chacune de ces opérations. Le chariot qui dirige les grosses pièces sous le laminoir, fonctionne encore au moyen d'un simple cylindre à vapeur disposé particulièrement pour ce travail.

Tous ces faits caractérisent suffisamment et font comprendre l'espèce de révolution qui s'est opérée depuis quelque temps, dans le mode d'emploi de la vapeur.

Un autre principe nouveau, et qui tend à recevoir plus d'extension de jour en jour, consiste dans l'usage des grandes vitesses, La nécessité, qui se rencontre si souvent dans l'industrie, de réduire le poids et les dimensions des machines motrices, les avantages que procure cette réduction, ont amené à substituer aux machines d'un grand volume et d'une force considérable, des machines de dimensions plus faibles, mais produisant des mouvements infiniment plus rapides.

Ainsi, dans les usines métallurgiques où l'on fond les métaux, en faisant usage de courants d'air puissants dirigés dans le foyer, au lieu d'employer des machines soufflantes marchant à un mètre par seconde, et qui exigent des cylindres à vapeur et des cylindres soufflants de très-grandes dimensions, on se sert de cylindres à vapeur plus petits, mais dans lesquels la vapeur, affluant par de larges orifices et agissant instantanément sur le piston, imprime à cet organe une vitesse quintuple et décuple du cas précédent.

Construites d'après ce principe, les machines à vapeur peuvent, avec des dimensions cinq ou six fois moindres, produire les mêmes effets mécaniques.

C'est le même principe qui a conduit à transmettre l'action du moteur principal à des arbres d'un petit volume, qui prennent dès lors des vitesses considérables. C'est parce qu'il permet de réaliser immédiatement

les grandes vitesses, que le système des machines à vapeur rotatives nous parait appelé à un certain avenir.

On a donné le nom, assez significatif, de trotteuses aux machines construites en vue de la production immédiate des grandes vitesses. M. Flaud construit, à Paris, des machines de ce genre, qui, produisant la force de vingt chevaux, n*occupent pas plus de place qu'une machine de deux à trois chevaux. Elles impriment au volant une vitesse de deux cent cinquante tours par minute.

Les machines dites trotteuses ont Tinconvénient de s'user assez promptement et d*étre peu économiques, parce qu'elles admettent très-difficilement la détente ; mais elles rendent de grands services aux industries spéciales qui ont besoin de disposer d*un moteur puissant n'occupant qu'un très-petit espace et n'offrant que peu de masse, et par conséséquent peu de poids.