CHAPITRE V
ÉTUDE DES DIVERS SYSTÈMES DE DISTRIBUTION ET DE DÉTENTE DES MACHINES A CYLINDRE UNIQUE
§ 1. — Orifices et conduits dk distribution
Les divers organes de la machine à vapeur à mouvement alternatif viennent d'être étudiés, moins les organes de distribution de la vapeur. Ces appareils présentent un très grand nombre de variétés qui seront décrites plus loin. Aux appareils de distribution proprement dits, c'est-à-dire aux organes destinés à permettre l'entrée et la sortie de la vapeur dans le cylindre, sont intimement liés les appareils annexes destinés à limiter la quantité de vapeur à introduire,
en un mot à réaliser la détente.
Les diverses classes d'appareils de distribution et de détente seront étudiées dans les divers paragraphes du présent chapitre. Mais, avant de passer aux appareils eux-mêmes, il est bon de fixer les dimensions des conduits et oritices mettant en communication le cylindre à vapeur avec ces organes.
En principe, le distributeur étant en D, les conduites de distribution seront KMO, K'M'O' {fig, 128), et les onfices ou lumières seront K et K .
Fio. 128.
Soient «o la section de ces orifices, et V la vitesse par seconde de la vapeur qui y passe.
Si la machine est sans détente, tout le volume du cylindre est rempli par la vapeur et, en appelant d son diamètre, / sa longueur, et N le nombre de tours, on a pour volume décrit par seconde:
Ce volume doit être égal à wV produit de la section des oriûces par la vitesse de passage par seconde. Donc on a:
cuV :r:z ><v •
Or -^ est la section S du piston et -^77 peut être considérée 4- ou
comme la vitesse moyenne v; on a donc :
wV =: Sv, ou bien -=-•
Pour une machine sans détente on fait généralement :
o>^ =1 —- Sv, Cf3 qui fait V = 30r. ou
Si le piston a une vitesse moyenne de i mètre, cela fait 30 mètres pour vitesse de la vapeur.
Il faut remarquer que, la machine étant sans détente, la section d'admission est égale à celle d'échappement, puisqu'il y passe les mêmes volumes de vapeur.
Dans les machines à détente on augmente un peu la vitesse de passage, car l'admission se produit au moment où le piston a une vitesse faible, puisqu'il est au commencement de sa course.
En général, on prend :
d'où : V= 40t;. Si v = 1 mètre, V = 40 mètres.
198 MACHINES A VAPEL'R
Cette fois Téchappeinent devra être prévu pour laisser écouler un volume de vapeur détendue supérieur au volume admis.
En général, on prend pour Téchappement : <o' =: -— - Sv.
Les conduites d'amenée ou de retour de la vapeur allant des orifices au cylindre devront avoir une section un peu plus grande que les orifices eux-mêmes, pour tenir compte des frottements, des changements de section et aussi des dépôts qui s'y forment peu à peu.
En général, on leur donne une section égale à celle des
orifices augmentée de 7^ ou de —•
On cherche à avoir le moindre afTaiblissement de pression possible entre la chaudière et le cylindre. Or la vitesse de la vapeur ne peut être produite que par une
dépression. En général, les dépressions sont moindres de —
d'atmosphère, et les vitesses correspondantes sont inférieures à 50 mètres.
On se donne quelquefois la vitesse dans le tuyau d'amenée au distributeur.
Quand il s'agit de machines à tiroir^ on prend cette vitesse égale à environ 40 mètres pour les machines très fortes, car on réduit ainsi les dimensions du tiroir et, par suite, son frottement.
Les orifices ont alors une section plus grande que ce tuyau d'amenée, afin de tenir compte de son ouverture progressive ; on prend cette section égale à 1,20 ou 1,25 de celle du tuyau.
Le tuyau d'échappement pour les machines à détente sera d'une section double de celle du tuyau d'amenée.
Dans les machines à soupapes ou à quatre distributeurs^ au contraire, on prend une vitesse de 30 mètres, et la seclion du tuyau se fait égale à la section des orifices.
Il faut toujours établir la dimension des orifices de distribution pour les conditions les plus défavorables.
Si la machine est à même de supprimer sa détente, il faudra évidemment que les orifices d'admission soient établis pour
la marche à pleine admission. S'il arrive, comme dans les machines à tiroir, que le même orifice serve à la fois et successivement à ladmission et à l'échappement, Toriftce devra évidemment être établi pour satisfaire à l'échappement. L'appareil de distribution devra alors être disposé pour ne découvrir cet orifice que de la quantité nécessaire au moment de Tadmission.
Résumé. — En résumé, pour calculer la section des orifices, on peut, connaissant la vitesse du piston v et sa section S, employer les formules : pour Tadmission :
1 oj, = ■— Sv pour les machines sans détente,
o>3 = — Sv pour les machines à détente ;
pour Téchappement : to' = — Sv ; ou. bien on peut se donner
la vitesse dans le tuyau d'amenée, suivant que les machines sont faibles ou puissantes et en déduire la section û, connaissant le volume à fournir par seconde; on prend alors pour dimensions des orifices d'admission : fo =^ 4,20 à l,St5 de Q, pour les machines à tiroirs, et m = Q, pour les machines à soupapes ou à quatre distributeurs.
L'orifice d'échappement aura une section double.
Dans les deux cas, la chute de pression sera très faible entre la chaudière et le cylindre et restera toujours inférieure
à — d'atmosphère, chiffre absolument négligeable.
Influence des conduits de distribution snr la valeur de l'espace mort. — On a vu que l'espace mort se compose du volume compris entre le piston et le fond du cylindre et du volume des conduits de distribution.
En ce qui concerne la première partie, on a vu que sa hauteur était en général constante et égale, au minimum, à 5 ou 6 millimètres, quelle que soit la longueur du cylindre.
Il y a donc, de ce côté, intérêt à augmenter cette longueur et à choisir un diamètre restreint.
En ce qui concerne la deuxième partie, il y a deux cas à considérer, suivant que la machine esta distributeurs séparés ou, à un seul distributeur. Dans le premier cas, ces distributeurs sont placés aux deux extrémités du cylindre, soit latéralement, soit sur les fonds ; les conduits d'amenée ou de départ sont donc très courts et constants en volumes, quelle que soit la longueur du cylindre ; on pourra donc adopter des courses aussi grandes qu'on le voudra, et effectivement elles atteignent deux fois ou deux fois et demie le diamètre. Dans le deuxième cas, l'unique distributeur est relié aux fonds du cylindre par des conduits qui doivent au moins avoir, pour longueur totale, la longueur de celui-ci.
La valeur de la section de ces conduits est toujours de la forme :
S étant la surface du piston, «t v sa vitesse,
La surface S du piston correspond à une certaine longueur L du cylindre.
Que devient la section w quand on change le rapport -? •
On a dans tous les cas :
