GLISSANTS OUI

LEVANTS.

Quatre tiroirs

cylindriques tournants

ou robinets.

Quatre tiroirs plans glissants.

Quatre soupapes.

— Rider.

I Distribution Marcel Deprrz.

I — Polonceau.

Rappel par ressort. — Gorliss.

— par air raréfié. — GreuftoL

— par la vapeur. — Karcot.

Cail.

Wheelock.

I Système Wheelock.

( — Wannicck et Kœppner.

/ Sulser (deux systèmes).

I Société de THorme.

\ Locoiiite.

I Machine do la Société d'Anzin.

l Système Audemar.

DÉTEIfTE DES MACHINES A CYLINDRE UNIQUE 20B

§ 3. — Distribution par tiroirs a recouvrbi commandés par excentrique circulaire. — détente fixe

Le plus simple des tiroirs h recouvrement est le tiroir à

coquille {fig. (33 à 137].

li se compose d'une boite B animée d'un mouvement

alternatif que lui communiqué la tige T mue par la machine,

etsedëplaçaatdevantlesorificesA,A',Ed'admissionetd'échap-

pemenL La surTacede frottemeot parfaitement polieG s'appelle

la. glace du tiroir.

Ia vapeur arrive

par le tuyau R d'amenée dans une boite

à vapeur H. Dans la

figure 133, le tiroir

permet le passage de

cette vapeur par le

conduit A' à gauche

(lu piston P, repré- F,n. m.

sente partiellement

et le pousse vers la droite. La vapeur qui était à droite du

piston passe par le conduit A et sort par l'écliuppement Ë. Dans la figure 134 le tiroir se trouve dans sa position moyenne.

Pour que la course et, par suite, le frottement soient minima, il faut que la hauteur des orifices soit très faible, et, p,Q ]34 comme leur section

est donnée, il faut

donc que leur largeur soit relativement grande. Elle ne peut

cependant dépasser les 3/4 du diamètre, car au delà elle

devient difficile à loger.

206 MACHINES A VAPEL'R

I^ figure 139 indique le plan du liroir recouvrant les oriflces. On voit dans la figure 136 ta coupe transversale du

tiroir dans le sens de la longueur des orilices. C'est une boite

creuse dont les surfaces frottantes sont rabotées et dressées nu

grattoir et qui porte des rebords ou recouvrements extérieurs et intérieurs dont on <!tudiera l'utilité, ainsi que la manière

flxt

Les recouvrements R, R' sont appelés recouvrements extérieurs ou à l'admissior,; Itj.Rj'soQt les recouvrements inté~ rieurs ou à l'échappe-

Fin, 138. Onvoitquel'eiténcur

du tiroir est toujours s à la pression de la vapeur affluante, tandis que l'inléîst toujours soumis h la pression d'échappement.

Le tiroir est donc appliqué énergiquement contre sa glace et s'use. Il faut que la tige T soit reliée au tiroir par un organe souple permettant à celui-ci d'être maintenu constamment contre sa glace, malgré Tusure. Pour cela, on se sert d'un collier ou cadre entourant complètement la boîte et réuni à la tige. Des ressorts placés entre ce cadre et le rebord du tiroir pressent ce dernier contre la glace. La figure 137 montre l'élévation du tiroir avec cette disposition. La tige du tiroir sort à l'extérieur en traversant la boîte à vapeur par un presse-étoupe et se trouve reliée à l'appareil de commande.

Le frottement du tiroir est toujours très considérable, de sorte qu'à la mise en marche on doit, pour le vaincre, agir parfois à l'aide de leviers sur le volant. Dans certaines machines mannes de grande puissance on se sert même d'appareils à vapeur secondaires pour mettre le tiroir en mouvement. Aussi a-t-on cherché à diminuer ce travail de frottement en réduisant l'un ou l'autre et même l'un et l'autre des deux facteurs qui le composent, savoir : la course et la pression. Cette considération a donné naissance aux dispositifs suivants.

Tiroirs à orifices multiples (fig. 439). — Si l'on multiplie le nombre des orifices par où passe la vapeur, on pourra

> ■■■ K K^^^^'i'i- :^rT'7^r7T^~r' ■ .■■■'•:.■ . -.-^riis

Fio. 139. — Tiroir i orifices multiples.

évidemment, pour le môme résultat, diminuer la course dans la même proportion ; en général, on double le nombre dos orifices.

La figure représente un tiroir de ce système, dans lequel la vapeur arrive par les extrémités du tiroir comme dans le

tiroir à coquille ordinaire, et passe de plus par des conduits C, C, percés dans les parois latérales.

Les conduits de vapeur sont dédoublés, et la figure fait clairement comprendre le fonctionnement à l'admission et à Téchappement.

Tiroir Allen Trick. — Ce tiroir est basé sur le même principe que le précédent. La vapeur peut pénétrer à la fois

Fio. 140. — Tiroir Allen Trick.

par le bord du recouvrement extérieur et par un conduit intérieur, de façon à aboutir au môme conduit d'amenée du cylindre.

Tiroirs compensés. ~ Dans les tiroirs compensés on cherche à diminuer le frottement en réduisant la pression sur la glace du tiroir, pression qui est toujours égale au produit de la tension de la vapeur par la projection du tiroir sur sa glace, en tenant compte du sens dans lequel agissent ces pressions.

Fio. 141. — Tiroir compengé.

La figure 141 donne un exemple de ce genre d'appareils. On voit que la pression ne s'exerce pas sur la surface totale du dos du tiroir, et que la majeure partie de cette surface communique, au contraire, avec l'échappement par Touverture 0- La vapeur d'admission n'est cantonnée que dans les

espaces A ; la surface sur laquelle elle agit se trouve bien réduite. II faut qu'en J, J' soient disposés des joints étanches. Ces joints sont réalisés par un cadre en bronze frottant CC, qui peut être appliqué sur le dos du tiroir par les vis V et une garniture en chanvre.

Tiroir Oawe, - Dans le tiroir Dawe (fig, 142), la vapeur arrivant en A peut agir sur un diaphragme D, de façon à équi-

Fio. 142. — Tiroir Dawe.

librer la pression qu^elle exerce sur les rebords R du tiroir. Ce diaphragme est serré sur le dos du tiroir par une contreplaque. Le cadre JJ' forme joint étanche.

Tiroir à dos percé{fig, 143). - Ce système de tiroir consiste à faire Téchappement

par le dos du tiroir, de sorte qu'il n'y a plus, à proprement parler, de pression sur cette surface. Le joint est fait contre le ciel de la boîte à vapeur au moyen d'une sorte de cuvette frottante élastique et maintenue constamment en contact par des ressorts.

Tiroir à piston compcnsaleur ifiU' »44). — La ligure représente un tiroir relié par une bielle à un piston sur lequel agit la vapeur et qui peut se mouvoir cïans une sorte de tube vertical.

Le tiroir est ainsi sous la contre-pression en sens inverse.

MACHIXES A VAPELK. |4

Fio. 143. — Tiroir à dos percé.

Fio. 144. — Tiroir à piston compensateur.

MACHIKEi

Tirotn éqnilibrés. — Dans ce type de liroir, la pression ugissuiiL sur le liroir pour l'appliquer sur sa gluce est coiiiplètemeiit supprimée. Tel est le ftroir à piston Jobin

I.e tiroir est un véritable pistou creux dans lequel passe la vapeur, et qui glisse dans une giiine alésée. On peut rapprocher de ce type le liioir imaginé par \Vait(^i;. Ii6), qui avait 'avantage de réduire au inininiuin l'espace nuisible.

Tiroir cyUndriquc [fig. (471.— Dans ce système le liroir csl remplacé pardeux pistons cylindriques P, P' glissant à frotte-

lenl dans des tubes er >ngueur d'une série d'ov

ironie, percés sur une certaine irtures obliques 0. qui donnent

DÉTENTE DES MACHINES A CYLI?IDRE UNIQUE 214

accès à la vapeur dans une gorge annulaire C communiquant avec le cylindre. L'échappement se fait en E entre les deux pistons.

Tiroir «n D (/îflr. 148). — Le tiroir, dans ce type, a la forme d^un D. L*étanchéité le long de la partie cylindrique est

Coupe longitudinale.

Plaa.

Coupe transversale.

Fio. 148. — Tiroir en D.

assurée par une bague en bronze B dont le contact est réglé par un boulon extérieur. L'admission se fait en A au centre de la boîte à vapeur; IVchappement E est dédoublé et se fait aux deux extrémités.

Excentriques de commande des tiroirs. — On se sert aujourd'hui presque exclusivement des excentriques circulaires décrits précédemment, bien que ce système donne de grands frottements. Pour atténuer cet inconvénient, on donne d'ailleurs au tiroir les plus faibles courses possibles (12 à 15 centimètres). La transmission se fait par une tige rigide

articulée avec la lige du tiroir et guidée par un coulisseau près de ce point d'articulation. En général, Texcentrique est

tirait

^J hhw maniveJlû

Exccntriguo

FiG. 149. — Commande par excentrique.

placé près du palier-manivelle et du côté opposé à la manivelle de la macliine [fig, 149).

Commande par contre-manivelle (Aî^.150}. —Si la disposition précédente ne peut être adoptée, on applique parfois le dispositif à contre-manivelle. Le manneton M de la manivelle motrice se prolonge de façon à former une petite manivelle P ramenée vers le centre de Tarbre et possédant son manneton propre R. C'est à ce manneton R qu'on attache la bielle du tiroir. On conçoit qu'ainsi le centre de ce manneton décrira une circonférenro de rayon CC Quelquefois, dans les locomotives, l'axe de cette contre-manivelle est ramené en projection de Taxe de la manivelle motrice ; on flxe aloi*s sur lui l'excentrique de commande du tiroir et non la bielle.

L'axe 00 de l'excentrique (/î//. 149) fait toujours avec l'axe oc de la manivelle motrice un certain angle a qu'on appelle Vanyle de calage de V excentrique^ et dont on verra l'influence sur la distribution. La longueur oo' s'appelle

V excentricité, La course du tiroir est égale, évidemment, à 2 . oo'j c'est-à-dire à deux fois rexcenlricité.

Fia. 150. — Commande par conlre-maoivelle.

Dans la commande par contre-manivelle, Tangle de calage sera Tan gle LCL' =: a indiqué sur la figure 150.

A un angle de calage déterminé correspond évidemment, pour une distribution par tiroir unique à recouvrement, une distribution constante, puisque les phases se reproduisent identiquement à chaque tour de manivelle. Cette distribution ainsi réglée déterminera donc une détente fixe.

Tiroir normal. — Détente nulle. — Un tiroir sans recouvrements est appelé tiroir normal. Des patins ont les mômes

Fio. 151.

dimensions que les orifices de la glace. Son fonctionnement dépend de la position des bords latéraux de la coquille, qui admettent ou suppriment la vapeur.

MACHINES A VAPEDR

Dans la position indiquée sur la figure 151, le tiroir est dans sa position moyenne ou normale, et ses patins recouvrent exactement les lumières d'admission. L'orifice E fait communiquer l'intérieur de la coquille avec le condenseur ou ratmosphère, suivant que la machine est ou non à condensation. Cet orifice ne doit évidemment jamais communiquer avec la boîte à vapeur ; il doit donc être toujours recouvert par la coquille. Si l'on suppose que le mouvement de rotation de l'arbre moteur et le mouvement du tiroir se font dans le sens des flèches de la figure, Tarête m du tiroir va découvrir la lumière d'admission de gauche, dès que le mouvement va continuer. Le piston se trouve donc, à ce moment, à Tun de ses points morts, c'està-dire à fin de course (côté gauche de la figure) ; la tige du piston, la bielle 6m, et la manivelle mo sont donc en ligne droite. A ce moment, le tiroir se trouve au milieu de sa course, donc sa manivelle doit se trouver, suivant oe, à 90® de mo ; si le tiroir est conduit, comme cela est le plus fréquent, par un excentrique, oe est la ligne qui joint le centre du disque d'excentrique au centre de l'arbre moteur. Donc Yangle de calage doit être de 90*.

FiG. 152.

Le volant fait passer le point mort, et la vapeur est admise en A. Le piston marche dans le sens de la flèche et, en même temps que le tiroir découvre l'admission, le conduit A' communique avec l'échappement.

L'ouverture des conduits A, A' augmente progressivement, jusqu'à ce que les deux lumières soient ouvertes complète-

ment, moment auquel l'excentrique du tiroir arrive à son point mort. Il se trouve alors dans la position oe de la figure 152, et le piston se trouve à mi-course, la manivelle motrice étant en relard de 90° sur l'excentrique.

A partir de ce moment, le tiroir revient sur ses pas suivant la (lèche ^, tandis que le piston continue sa course ; les patins du tiroir referment progressivement les lumières d'admission et d'échappement, de telle façon que, quand le piston est arrivé à son point mort de droite et sa manivelle en om|, le tiroir se retrouve dans sa position moyenne et Texcentrique en oe^,

La course inverse recommence alors : le mouvement du piston change de sens, tandis que le tiroir achève sa course. Les mêmes phases se reproduisent.

Donc Vangle de calage de l'excentrique par rapport à la manivelle doit être de 90°. C'est ce que l'on appelle le calage normal.

Volumes Fio. 153.

Dans un pareil tiroir on peut remarquer que la vapeur agit pendant toute la course à pleine pression, c'est-à-dire sans aucune détente. Si on porte, sur deux axes de coordonnées (fiij. 153), en ordonnées les pressions et en abscisses les volumes, on pourra dessiner la courbe figurative du fonctionnement, c'est-à-dire le diagramme.

Le piston partant de son point mort, le volume décrit est nul au départ, et la pression nulle aussi. Le tiroir démasquant la lumière d'admission, la pression monte rapidement.

suivant la courbe oa, jusqu'à sa valeur normale p. Mais pendant la montée en pression le piston a parcouru le trajet «^a. \jk vitesse du piston va en augmentant/ puisque la manivelle s'éloigne du point mort. Pour cette raison, l'équilibre de pression ne s'établit pas facilement, et la pression s'abaisse de façon que la courbe s'infléchisse suivant ab, d'autant plus que l'orifice n'est encore ouvert qu'en partie pendant cette fraction de course. Arrivé en 6, le piston tend, de plus en plus, jusqu'à son point mort de droite, à ralentir l'allure; l'équilibre de pression se rétablit, et la pression remonte jusqu'au point c. L'échappement, qui commence à se produire alors, cause une chute de pression suivant la courbe crf, pendant laquelle le piston a parcouru le trajet dd^.

Un phénomène inverse du précédent se produit ensuite : l'échappement ne s'ouvre que progressivement, tandis que le piston augmente sa vitesse, sans donner le temps à la vapeur de se mettre en équilibre avec le condenseur; il y a donc un certain relèvement de la pression, suivant la courbe de\ puis, le piston ralentissant sa course, tandis que l'échappement se trouve pleinement ouvert, la pression du condenseur s'établit peu à peu derrière le piston. Le cycle se trouve fermé, et la figure oabcdeo forme le diagramme de la machine à tiroir normal.

Or le diagramme théorique qu'il aurait fallu réaliser pour avoir le travail maximum était le rectangle oa^cd^. La perte de travail est représentée par les surfaces comprises entre le diagramme réel et le diagramme théorique.

Si la vitesse du piston venait à augmenter, les longueurs aa^, dd^ augmenteraient évidemment; de plus, les effets signalés s'amplifieraient, car l'équilibre des pressions derrière les faces du piston s'effectuerait moins bien encore et, par suite, les courbes abc, deo s'accentueraient davantage. On aurait alors des diagrammes analogues à celui qui est indiqué en pointillé sur la figure i53. On voit donc que les pertes iraient en augmentant avec la vitesse du piston. Aussi la vitesse maximadu piston était-elle limitée à 1 mètre, dans les machines à tiroir normal. On n'emploie plus, d'ailleurs, ce dispositif, toutes les machines consiruiles étant aujourd'hui à détente.

DÉTENTE DES MACHINES A CVU^DRE UMQUR

Tiroir à avance angulaire et à reconvrementa. — Si avec un lirnii- h coquille on veul permftUre un certain degré de délente, il faut que, penilant un temps déterminé, l'admission de la vapeur soit supprimée, c'est-à-dire que le patin du tiroir persiste à recouvrir la lumière d'admission, malgré le mouvement du Uroir. Ceci ne peut évidemment avoir lieu que si le patin est plus grand que l'onllce; car, pendant un certain temps de marche, il pourra glisser sur la lumière sans la découvrir. Le tiroir, dans sa position moyenne, aura donc lu disposition indiquée sur la ligure iâi.

ab, a'b' seront les recouvremertU extérieurs ou à l'admission ; ed, c'if, les recouvrements intérieurs ou à l'échappement. La manivelle et l'excentrique se trouvant d'un côté déterminé du cylindre (à droite sur la ligure lii4), on appelle, pour

218 MACHINES A YAPEUA

fixer les idées, avant-cylindre, la partie située du côté de ces organes, et arrière-cylindre j la partie opposée. Cette distinction permet de fixer d'un mot les positions et le sens de marche du piston.

Influence des recouvrements. — Pour étudier Tinfluence des recouvrements, on suppose : 1» que ceux de Tadmissioii sont égaux entre eux ; 2° que ceux de Téchappement sont aussi égaux ; 3° que les bielles du piston et du tiroir sont toujours parallèle? à la tige du piston.

L'influence de l'obliquité de la bielle du tiroir est à peu près nulle d'ailleurs, car sa longueur est très grande pai* rapport à Y excentricité. On suppose donc les bielles infinies, et Ton étudie ensuite les modifications qu'entraîne leur obliquité.

Dès que le piston est au point mort, l'admission doit être ouverte, pour qu'il y ait de suite action motrice en sens inverse.

Donc le tiroir ne peut pas être à ce moment dans sa position moyenne. 11 faut, au contraire, que l'arête a soit arrivée en 6, c'est-à-dire que, pendant la dernière partie de la couj'se du piston, le tiroir ait glissé vers Vavant de la quantité a6 (/î{/. 154).

Au lieu d'envisager la position de l'excentrique, on peut, puisque l'on suppose une barre d'excentrique de longueur infinie, considérer la position d'un point quelconque du tiroir qui aura évidemment les mêmes déplacements que le centre du disque d'excentrique.

Sur des lignes menées à l'aplomb des arêtes a, rf, a, d' des patins, on trace des cercles ayant pour rayons le rayon d'excentricité; on peut évidemment suivre, sur chacun de ces cercles, les positions de l'excentrique correspondant aux différentes positions de ces arêtes.

Le mouvement s'effectue dans le sens des flèches.

Si, pour plus de clarté, on reporte vis-à-vis de chaque cercle d'excentricité, la position des orifices, on peut voir de combien l'orifice est ouvert pour une position donnée du centre d'excentricité.

La partie supérieure de la figure concerne la communi-

DÉTENTE DES MACHINES A CYLINDRE DNIQDE 2i9

cation avec la chaudière ou l'admission, et la partie inférieure concerne la communication avec le condenseur ou Téchappement.

L'admission commençant pour Tarrière, Tarête a doit se trouver en 6, et le centre d'excentrique se trouvera en 1 sur le rayon d'excentricité ; le mouvement continuant, l'orifice d'admission se démasque graduellement et s'ouvre jusqu'à ce que le centre d'excentrique soit arrivé à la fin de sa course, c'est-à-dire en 2. L'orifice est alors ouvert de la quantité maxima m, qui doit être égale à la largeur calculée pour l'orifice d'admission.

A partir de ce moment, la course rétrograde du tiroir commence; l'orifice se referme graduellement, l'occlusion sera complète quand le centre d'excentrique sera revenu au point 3 du cercle. L'admission est supprimée, et la détente commence.

Pendant ce temps, du côté de l'avant, l'échappement s'est produit; tandis que le recouvrement à l'admission glissait de a en 6, le recouvrement à l'échappement parcourait la . distance d'c et s'ouvrait au moment où le centre d'excentrique était en 4', c'est-à-dire avant que l'admission ne fût ouverte ; puis de 1' à 2 l'orifice d'échappement s'ouvre graduellement, et il faut qu'en 2 il soit complètement découvert, c'est-à-dire que le point d' soit arrivé en 6', puisque la largeur n de l'orifice a été calculée pour l'échappement. A partir de ce moment, le tiroir commence sa course rétrograde, et l'échappement se retrouve complètement fermé quand le centre d'excentrique est revenu au point 3' ; l'échappement ne pouvant plus s'effectuer, la vapeur se comprime derrière le piston. Le tiroir continuant son mouvement vers l'arrière, le point d arrive en c quand le centre d'excentrique est en 4', et l'échappement commence alors pour l'avant-cylindre avec les mômes phases que précédemment. La détente a donc lieu pendant le temps que le centre d'excentrique aura mis pour aller du point 3 (fermeture de l'admission) au point 4' (ouverture de l'échappement). L'arête a arrivant en 6', l'admission commence pour ï avant-cylindre quand le centre d'excentrique arrive en 5. La période de compression de la vapeur aura donc duré pendant le temps que le centre

220 MACHINES A VAPEDR

d'excentrique aura mis à aller du point 3' (fermeture de Téchappement arrière) au point 5 (ouverture de l'admission arrière). A partir de ce moment, les mêmes phases se reproduisent dans le môme ordre.

Pour avoir tous les éléments du fonctionnement, il reste à rapprocher des mouvements du tiroir les positions du piston à chaque instant de la course.

Si Tadmis^ion commence sitôt que le piston est à son point mort arrière, il faut que Tarôte a soit en 6, c'est-à-dire que le centre d'excentrique soit en 1. Or à ce moment, la manivelle occupe, pÉ^r rapport au rayon d'excentrique, une position telle que ok. On voit donc que, pour que l'admission ait lieu au moment voulu, il faut que Vangle décalage a soit cette fois supérieur à 90° de la valeur y indiquée sur la figure 454. Cet angle y s'appelle Vangle d'avance.

En réalité, l'angle d'avance est pris supérieur à l'angle théorique nécessaire pour que l'admission s'ouvre au moment où le piston est à son point mort. De cette façon, quand cette position du piston est atteinte, le tiroir a déjà découvert l'admission d'une certaine quantité. C'est ce qu'on appelle Vavance à Vadmission, ou admission anticipée. Elle a pour but de mettre la vapeur en contact avec le piston avant la fin do la course pour atténuer le choc et permettre de suite l'action motrice de la vapeur.

L'admission une fois effectuée, le piston se mouvant de l'arrière vers l'avant, l'orifice d'admission se démasque graduellement ; le centre d'excentrique arrive en 2 et le tiroir rétrograde ; l'admission se referme graduellement jusqu'en 3, et la détente commence. Enfin, quand l'excentrique arrive on 4', l'échappement s'ouvre pour l'arrière.

Mais, à co moment, le piston ne doit pas être encore au bout de sa course ; le centre d'excentrique a parcouru l'arc de cercle 14' (cercle de l'orifice du condenseur arrière sur l'épure), et les choses doivent être réglées pour que cet arc soit plus petit que 180*. La position de la manivelle motrice corrospondantàla position oi de l'excentrique était ok (point mort arrière). Comme cette manivelle décrit, dans le même temps, le même angle que l'excentrique, au moment où l'échappement s'ouvre, elle n'aura pas encore décrit i80®, et

le piston ne sera pas encore à son point mort. Celte période d'échappement faite à Tavance s'appelle V avance à V échappement ou échappement anticipe. La valeur du recouvrement intérieur cd règle évidemment la valeur de cette période. La compression, comme on l'a vu, a lieu pendant que le centre de l'excentrique parcourt Tai^c 34'. Si on diminue le recouvrement intérieur, l'avance à Téchappement augmente, puisqu'elle se fait plutôt, et on diminue d'autant la période de compression.

On peut sur une seule épure se rendre compte des positions relatives du piston et du tiroir et suivre les différentes phases de la distribution ; plusieurs constructions ont ainsi été imaginées dans ce même but.

Ëpore circulaire de Rech ou Renleaaz. — On trace un cercle égal au rayon d'excentrique et l'on suppose que ce cercle représente aussi celui décrit par le bouton de manivelle, à une échelle évidemment différente et égale au rapport des deux rayons.

La ligne horizontale TT' (fig. 155) représente Taxe du cylindre, et on marque sur elle les diverses positions du piston.

Pour une position M de la manivelle sur le cercle, le piston occupe la position correspondante M', projection du point M sur la ligne XX'. A ce

moment, le centre d'excentrique est au delà dans le sens du mouvement, eh un point E tel que l'angle EOM irz a — : Vangic de calage y qui, comme on le sait, est supérieur à 90<>. La position correspondante du tiroir sera donc en E'.

Si l'on imagine maintenant qu'on fasse tourner le point M autour de 0, de manière à l'amener en E, la ligne TT devient PP', de manière que TOP' = a.

Quelle que soit la position du point M, on retrouvera toujours la même ligne PP', sur laquelle on pourra marquer les

FiG. 155.

positions du piston. La nouvelle projection de M sera la projection de E sur PP', c'est-à-dire M'<.

Le même point E représentera à la fois la position du centre du bouton de manivelle et du centre d*excentrique, et ses projections sur PP' et sur TT' donneront les positions correspondantes du piston et du tiroir.

Ces préliminaires étant établis, ou peut étudier la distribution.

Reprenant le cercle (/îg. 155), qui représente à la fois la trajectoire des centres du bouton de manivelle et d'excentrique, Tangle POT est égal à Tangle de calage a.

Admissiez

arnére

Aûjmsïan

svant

Condenseup 1 J-Condenseup avant arrière

Fio. 166.

Si Ton se reporte à Tépure précédente (/îg. 154), on remarque que les dist^inces mai'quées r et r\ comprises entre les verticales passant par les cercles d'excentrique et les bords extérieurs ou intérieurs des orifices, sont précisément égales aux valeui's des recouvrements extérieurs ou intérieurs. On peut alors superposer ces quatre figures sur l'épure ci-contre (/îg. 156) et porter de part et d'autre de la verticale de l'axe 0,

sur les horizontales H et H^ les valeurs des recouvrements, les uns du côté réservé à Tétude de Tadmission de la 'Chaudière, les autres du côté de Téchappement au condenseur. On porte, à la suite, les largeurs e des orifices, calculées comme on le sait pour Téchapperaent. L'admission arrière et Téchapperaent avant, se faisant dans la même course, se trouveront du même côté de Pépure ; de mi^me pour Tadmission avant et l'échappement arrière.

Le mouvement ayant lieu dans le sens de la flèche, au moment où le tiroir va découvrir l'admission vers Tarrière, Texcentrique se trouve en a; mais la manivelle a encore à parcourir Tare aP', avant que le piston soit à son point mort arrière, la position du piston est en a. Pendant toute la course a'P' du piston ou aP' du bouton de manivelle, il y aura donc avance à Tadmission. L'angle aOa sera Vavance angulaire^ tandis que la projection a'a" de aP' est Vavance linéaire du tiroir. Cette avance à l'admission est toujours très faible et n'augmente que d'une façon insignifiante le travail résistant, tandis qu'elle présente divers avantages, ainsi qu'on va le voir.

En P' le piston est au point mort; deP' en 6 le tiroir s'ouvre graduellement jusqu'au maximum, puis se referme peu à peu de 6 en c; à ce moment, le piston se trouve en c et la détente commence à V arrière-cylindre. Cette détente va se prolonger jusqu'à ce que l'excentrique soit arrivé en e et, par suite, le tiroir en e' et le piston en e*, moment oii s'ouvre l'échappement à Tarrière. La manivelle a encore à parcourir l'arc eP, et le piston l'espace e'P, avant que \e point mort avant soit atteint. Cette période constitue Vavance à V échappement. L'échappement commence alors pour V arrière-cylindre ; en f se produit Vavance à Vadmimon pour Vavant^ absolument comme dans la phase précédente. En g l'échappement arrière est ouvert en grand, et reste démasqué pendant tout le temps que mettent les manivelles à parcourir l'arc gh ; ce n'est que quand les manivelles seront en k que la fermeture de Téchappement aura lieu; à ce moment, le piston sera en A*' et le tiroir en e\ La vapeur se comprime donc derrière le piston, qui continue sa course vers l'arrière et doit encore parcourir la distance A'P' avant d'arriver au point mort ; mais la

détente a commencé en t pour l'avant-cylindre, et la puissance tend à diminuer, tandis que la compression à Tarrière-cylindre augmente la résistance. Les forces d'inertie du volant font achever la course du piston. En / se produit pour Tavant-cylindre Touverture anticipée deTéchappement, et on retrouve enfin, en a, Tavance à Tadmission qui inaugure un cycle nouveau.

On voit que l'admission de vapeur motrice dure pendant tout le déplacement angulaire P'6c, ou bien pendant le déplacement linéaire P'c' du piston. La détente est le rapport de

Tp-,y puisque Téchappement commence quand le piston est

en e.

On remarque que la période de détente qui dure pendant tout le parcours des arcs ce ou il, est précisément égale à la période de compression, qui se produit pendant tout le parcours des mêmes arcs, mais seulement si les mouvements sont égaux.

Dans la course directe du piston on peut donc distinguer trois périodes :

L'admission proprement dite; La détente ; I/échappement anticipé.

Dans la course rétrograde on peut également distinguer trois périodes:

L'échappement proprement dit; La compression ; L'admission anticipée.

La détente et la compression s'accomplissent pendant une même course ; l'admission et l'échappement participent à la fois de la course directe et delà course rétrograde. Ces six périodes dépendent exclusivement de la valeur des recouvrements et de la valeur de Vcmgle de calage.

Influence de la variation des recouvrements. — Si Ton suppose sur l'épure ci-contre [fig. 157), que l'on augmente l'un des recouvrements extérieurs, du côté arrière par exemple,

et que r devienne r\ Tadinission anticipée, qui aurait eu lieu quand le piston était en a\ n'aura plus lieu que quand le piston sera en a\ ; il y aura donc diminution de Tadmission anticipée. Si la valeur de r est suffisamment augmentée, cette avance à l'admission peut devenir un relard; car le piston peut avoir commencé sa course rétrograde.

ânàssioh „ J „^ JdmissiciB.

ârricce wWHIiHWipi ivsnc

Fio. 1Ô7.

L'admission du côté avant ne sera nullement affectée par la modiflcation.

Il faut remarquer aussi que les manivelles parcourent l'arc rt|P'C| au lieude l'arc aP'c. L'admission sera donc fermée plutôt que dans le premier cas, et la df^tente augmentera.

On pourra de môme constater sur l'épure (côté de l'admission avant) qu'une diminution du recouvrement extérieur produit l'effet inverse, c'esl-à-dire augmente à la fois l'avance à l'admission et l'admission, mais diminue la détente.

Si l'on augmente maintenant un recouvrement intérieur du côté condenseur avant, par exemple, et que r^ devienne r\, l'échappement qui devait s'ouvrir quand l'excentrique est en / et le piston en /' ne s'ouvrira qu'en l^ (juand le piston

MACUNSS A VAPEUR. iS

sera en l\ ; il y aura donc diininulion de l'avance à Féchappement. De plus, quand le piston reviendra vers l'avant, Téchappcment se fermera quand le piston sera en d'^, au lieu de se fermer quand il est en d\ Il se fermera donc plus tôt, et la compression sera augmentée.

Inversement, si Ton diminue la longueur du recouvrement intérieur, on augmente Tavance à Téchappement et la période d'échappement proprement dit, et Ton diminue la compression.

On peut donc résumer Tinfluence des variations des recouvrements dans le tableau suivant :

Diminution de Tavance à radniission.

extérieurs ) l^*™!'^**^'^'* d® l'admission proprement

dite.

Augmentation des recouvrements.

Diminution

des recouvrements

extérieurs.

Augmentation de la détente. Diminution de l'avance & Téchappement.

intérieurs, l Diminution de l'échappement proprement dit.

Augmentation de la compression.

Augmentation de l'avance à l'admission.

(Augmentation de l'admission.

Diminution de la détente, e- 1 1 Augmentation de l'avance à l'échap-

• ( intérieurs. ) Pena«nt-

\ Augmentation de l'échappement.

( Diminution de la compression.

Influence d^ la variation de V angle de calage (fig, 158|. — On sait que l'angle de calage est représenté sur l'épure par ToP' =z a. Si l'on augmente cet angle, la ligne PP' sur laquelle on marque les déplacements du piston devient PiP'i, et cette disposition, les recouvrements restant constants, va évidemment modifier la distribution.

Du côté arrière, Tavance à l'admission, qui commençait quand le piston était en a, commence maintenant quand il est en a\ ;elle est donc augmentée. L'admission qui avait lieu pendant la course Pc' a lieu pendant la course P^c'^ ; elle est donc diminuée. De même, la période de détente a lieu pendant le parcours c\e\ au lieu de ce\ et a augmenté.

DÉTECTE DES MÂGHIM':s A CYLINDRE UNIQUE 227

Enfin, du côté avant, Tavance à réchappemeiit qui durait pendant le parcours l'P dure pendant le parcours l\P^ et augmente par conséquent.

.Àâmisson arrière

Adnûssun svont

Amcrc

Fio. 158.

La compression se produit maintenant pendant le parcours ^\f\y jusqu'au moment où commence l'admission anticipée. Elle est donc augmentée.

Si on diminue, au contraire, Tangle de calage, les phénomènes inverses se produisent. Le tableau suivant résume ces influences :

Augmentation

de

Tangie de calage.

Diminution \

de <

Tangie de calage. ï

Augmentation de Tavance à Tadmission.

Diminution de radmission.

Augmentation de la détente.

Augmentation de Tavance à Téchappement.

Augmentation de la compression.

Diminution de l'avance à Tadmission.

Augmentation de Tadmission.

Diminution de la détente.

— Tavance à Téchappement.

— la compression.

Si Ton agit à la fois sur les recouvrements et sur le calage, on peut modifier la distribution comme on le veut.

tas MACHINES A VAPEGH

Ainsi, par exemple, une augmentation du recouvrement extérieur et de l'angle de calage donnera une augmentation de détente, tandis que l'avance à l'admission, diminuée par le premier procédé et augmentée par le second, pourra rester la même.

De même, la diminution d'un recouvrement intérieur et de l'angle de calage pourra, tout en mainteiAint la même avance à l'échappement, diminuer la période de compression. On pourra réaliser, en dénnitive,ladi3tribution désirée en faisant varier ces divers facteurs.

Jn/Iuence de ta course du tiroir. — Par un moyen quelconque ou peut faire varier la course du tiroir, tout en maintenant constants les recouvrements et l'angle de calage. Si

on la diminue par exemple, cette modification se traduira sur l'épure par une diminution de la course d'excentrique : le rayon du cercle diminuera.

On pourra alors constater (fig. 159), en tenant compte de la nouvelle éclielle de course de la manivelle, que l'avance à l'admission et l'admission ont diminué, tandis que la détente a augmenté. La constatation peut se faire de suite en com-

parant les arcs décrits par les boutons de manivelle ou d'excentrique. Il est bien évident, en effet, que Tare Pc, pendant lequel Tadmission se produit dans le premier cas, est plus grand que Tare P^c^ pendant lequel elle se produit dans le second cas, et ainsi de suite.

En ce qui concerne Téchappement, Tavance à l'échappement sera diminuée ; la période d'échappement proprement dite sera également diminuée, et la période de compression sera augmentée.

Si Ton compare ces résultats avec ceux obtenus en étudiant Tinfluence des recouvrements, on peut constater qu'ils sont identiques à ceux obtenus, en augmentant simultanément les recouvrements intérieurs et extérieurs.

Donc on peut, sans toucher aux recouvrements, rien qu'en modifiant le calage de l'excentrique et la course du tiroir, obtenir une distribution déterminée. C'est ce qui est réalisé par l'emploi des coulisses, qui seront étudiées ultérieurement.

On peut en tout cas conclure que, pour un tiroir donné, la détente est toujours absolument Axe.

Il reste à étudier l'influence que peut avoir l'obliquité de la bielle du piston dans la distribution. On négligera, comme on le fait presque toujours, celle de la barre d'excentrique.

Influence de Vohliquité de la bielle, — Pour une position OM [fig, 160^ de la manivelle, la bielle supposée infinie et de

Fio. 160.

longueur / serait dans la position MB. Mais, en réalité, son articulation se trouve sur l'axe OX. Donc elle se trouve en B' de telle façon que MB' = / ; la véritable position de la bielle

â30 MACHINER A VAPEUR

est donc HB'. Sur l'apure on pourra avoir la position du pis- Ion correspondant k OM, non plus en projetant M sur OX, mais en décrivant de B' l'arc de cercle MP.

On peut se rendre compte des perturbations qu'apporte, dans la distribution, l'obliquité des bielles.

Si l'on reprend encore l'épure circulaire, des points aedef {fig. 161), etc., qui sont les positions remarquables de la manivelle, on marquera, sur le prolongement de la ligne PP' desdépluccments|du piston, les points A, L, K, I, etc., ., C, D, E,P,

qui représenteront pour chaque position de la manivelle les positions de Tarticulation. On aura de suite en a'i, c\, e'|, etc., les nouvelles et réelles positions du piston différentes des positions ayC\e\ etc., qu'on avait obtenues en supposant les bielles infinies. Pour Tarrière-cylindre, Tadraission, qui avait lieu de P à c\ a lieu pendant Pc/, donc elle est diminuée; la détente ce' devient c\e^ et augmente; Tavance à Tadmission diminue, ainsi que l'avance à Téchappement. EnAnla compression est augmentée et Téchappement diminué.

Pour Tavant-cylindre, au contraire, Texamen de l'épure montrera que l'admission augmente {V'i\ au lieu de P't") et que la détente diminue, que l'avance à l'admission augmente ainsi que l'avance à l'échappement, enfin que la période de compression diminue et que celle d'échappement augmente.

Il résulte de ces remarques que l'obliquité des bielles réalise deux distributions différentes pour chaque course simple du piston.

On peut remédier à cet inconvénient en faisant varier les recouvrements du tiroir. Pour cela, il suffît de relever par la construction inverse le point c en c", sur le cercle; on a ainsi le nouveau recouvrement r' au lieu de r pour l'admission arrière : on voit qu'il devient plus faible. Le recouvrement extérieur d'admission avant se trouvera, au contraire, augmenté. Le recouvrement intérieur d'échappement arrière augmente pour des raisons analogues et devient r\ au lieu de r^, tandis que celui de l'échappement avant diminue et peut même devenir négatif, c'est-à-dire découvrir l'orifice.

Diagramme polaire de Zeuner. — D'autres procédés graphiques ont été indiqués pour rendre compte des relations qui existent à chaque instant entre le piston et le tiroir aux différents points de la course.

Voici le tracé qu'a imaginé M. le professeur Zeuner et qui se recommande par sa précision, puisqu'il n'y a aucun tracé de parallèles et qu'on n'y emploie que la règle et le compas. Le cercle OMj (fig, 162), représentant comme précédemment le cercle décrit par le bouton de manivelle et le centre d'excentrique, et la droite TT faisant avec M,M '^ l'angle de calage a, si l'on trace sur OT, OT comme diamètres deux

circonférences (Jï, Q'T, on vu Uémonlrer, d'après Zeuner, que, pour une position OM quelconque de lu manivelle, la longueur dont le tiroir s'est dëplacé est représentée par le

segment de droite, OK, compris dans l'un des petits cercles: Ces cercles, d'un rayon égal à In moitié du rayon d'excentrique, sont appelés les cercles de Zeuner.

Soit oE (ftg. 163) la position du rayon d'excentrique pour la position uM de la manivelle; i est l'angle de calage, et S l'angle d'avance ; oK une deuxième position, l'angle dé déplacement étant (11. L'nxe du tiroir, dont la position moyenne ^eslen B, se trouve en B' correspondant à la position E' de

Texcentrique, et à une distance t de sa position moyenne ; la bielle d'excentrique a pour longueur 6, et la distance de Taxe du tiroir à Tarticulation d'extrémité est /.

Le déplacement t du tiroir = oB' — oB.

La distance oB' =zo€-\- e\' + A'B', c'est-à-dire, en appelant p le rayon d'excentricité et en remarquant que :

eA'"^ = E'A- - E'r,

oB' = p sin (o> + ô) + yjb^ — p» cos2 (w + l) + /.

Le radical peut s'écrire :

6 — ^ cos^ (fo + 8).

En effet, si Ton élève au carré cette quantité, on aura :

[4 'XO 1

6 — i-cos«(û> + 8) = 6« +^ cos«(w + B)~pî»cos»(w+B).

Si Ton remarque que o est très petit par rapport à 6, la quantité ^ sera très petite et, de plus, multipliée par la quatrième puissance d'un cosinus, valeur plus petite que 1. Le deuxième terme est donc absolument négligeable par rapport aux deux autres, et Ton retrouve pour valeur de ce carré Te^tpression 6^ — p^ cos^ (w + 8), qui est celle placée sous le radical.

On aurait pu, d'ailleurs, développer cette expression en

série, en remarquant qu'elle est de la forme (.r — a) a ; en ne

prenant que le premier terme de cette série ot négligeant los autres, on trouverait le même résultat.

En définitive, on a :

oB' = p sin (w ,+ 8) + 6 — 1^ cos2(a> + 8) + /.

La valeur de oB sera la moyenne des deux valeurs de oB' correspondant à w = 0 et à w = 180°. Pour ces deux angles, en effet, l'excentrique occupe deux positions

symétri(}ues oE, oE|, et, en passant deTun àTautre, Taxe du tiroir aura parcouru une course complète ; parti d'une certaine position, il aboutira, pai* rapport àsa situation moyenne, dans une position symétrique. La distance oB de cette situation moyenne à l axe de Tarbre sera donc la demi-somme des deux valeurs de oB' correspondant aux positions oE et oEf de Texcentrique :

Pour «o = 0, on a :

0B| = p sin 8 + 6 — ^ cosn + /.

Pour o> = 180®, on a :

d'où :

oBa = — p sin8 + 6 — |j cos>8 + /;

,^^oBj,j±^^^^^,,,n + L

Dès 101*8 la valeur de t = oB' — oB deviendra : « =: oB' — oB = p sin (w + 8) + ^7 [cosH — cos* (w + 8)].

Si Ton développe la dernière parenthèse, on a :

cos2 8 — cosî» {10 + t)z=z sin» (w + 8) — sin» 8

= [sin (w + 0) 4- sin 8] [sin (w + 8) — sin 8].

Or on sait qu'on a :

sin ot + sin p = 2 sin — 5—'- cos — r-*-

et

sm a — sm 3 = 2 cos — t-^ sm — r-*-- ^ 2 2

Donc l'expression précédente devient:

^ . /io -\- 28\ M ^ /w + 28\ . (o 2 sm (^— ^— j cos j X 2 cos (^ ^ j sm -.

et

Or:

2 sin — cos r == sin w 2 2

2 sm f — -| — l cos ( — T — 1 — sm (w + 2ô).

Donc on a :

f = p sin (w + 8) + ^ sin a> sin (ti> + 28)

=: p sin w cos 8 + p sin 8 cos ro + |7 sin co sin (w + 28).

L'angle 8 est fixe, ainsi que p. Ia seule variable est w.

Si on pose :

p cos 8 = Q, p sin 8 = P,

et ^- sino> sin (<o + 28) = R, qui sera une variable, on aura :

f = P cos co + Q sin to + R.

Cette équation représente la courbe des déplacements du tiroir. Elle a la forme d'un huit tantqu*on ne néglige pas R; mais, pratiquement, on peut négliger ce terme, qui n'intervient alors que comme correction, et l'équation se réduit à :

t =.V cos w + Q sin w.

Elle représente, en coordonnées polaires, deux cercles tangents au pôle. En effet, soient 0 et 0^ deux cercles, et P le pôle (/!(/. 163 6m).

Les coordonnées du centre 0 sont : PA = OB = a et PB = 6 ;

T est le rayon.

A l'angle to correspondra le rayon vecteur PM = t.

Or on a :

0S> -f SM2 = 0M2 — r»

(BS — 0B)> + (MK — SK)*^ = r2

ou bien :

(PK — 0B)a + (MK — SK)2 — r»

— (f cos w — a)a + [t sin w — 6)^ = r^ — (^ (coss 'o 4 sin» w) + a» + 6» — tat cos eo — 2bt sin a> =r r»,

et comme :

et que :

on a :

COS^ eu + sin^ (o n= 1 ,

a« + 6» = r», t m 2a cos w 4- 26 sin w.

Si on rapproche cette équation de Téquation (l) précédente, on voit qu'elles sont toutes deux identiques. Donc cette équation (4) représente bien deux cercles, et l'on a :

et

Le déplacement du tiroir t sera donc représenté par le rayon vecteur PM pour chaque déplacement angulaire co de l'excentrique. Si le mouvement s'opérait en sens inverse de celui qu'on a* étudié, on aurait trouvé :

* = P cos eu — Q sin «u,

équation représentant deux cercles symétriques des précédents par rapport à XX'.

Les coordonnées a et 6 auront pour valeur :

P p sin 5 . Q p cos B

Le rayon du cercle a pour valeur :

r> =^ a» + 6» = ^ (sina 8 + cos» 8) = ^;

d'où :

Il est donc égal à la moitié du rayon d'excentrique. ^ Enfin Tangle 9 =r YPO peut se déterminer facilement. On a en effet :

4 a sin 8 . ^

d'où :

Donc l'angle 9 n'est autre que l'angle d'avance.

I>a construction énoncée au début est donc justifiée.

Si l'on se reporte, en effet, à la figure 162, on constate que l'on a enXOT l'angle 8 et que les circonférences QQ' ont bien popr rayon la moitié du rayon d'excentrique. On a donc bien suivant OK le déplacement du tiroir.

On peut très facilement mettre en place les cercles de Zeuner en faisant la remarque suivante :

Quand la manivelle occupe la position PX' au point mort, la direction du rayon d'excentrique est PR (fiy. 163 bis), et comme PR = p z= 2r = PT, on voit que le point R est symétrique du point T. Donc l'extrémité du diamètre du cercle de Zeuner est le point symétrique du centre d'excentrique correspondant au point mort de la manivelle, par rapport à la perpendiculaire YY' sur l'axe des points morts.

On peut maintenant se rendre compte du fonctionnement du distributeur par l'inspection de l'épure.

Si l'on trace du point 0 comme centre {fig. 462), avec des rayons égaux aux recouvrements intérieurs et extérieurs,

les deux cercles OC et OA, ils interceptent sur les cercles de Zeuner des segments dont les cordes représenteront les déplacements que le tiroir devra effectuer pour découvrir les orifices d'admission ou d'échappement.

La ligne RR' indique la position de Texcentrique correspondant à la position moyenne du tiroir, puisque, pour cette position, le déplacement t est nul. A partir de cette position, si la manivelle tourne dans le sens de la flèche, le tiroir devra se déplacer de Ob (longueur du recouvrement intérieur) avant de commencer Téchappement. Comme le piston n'arrive à son point mort que quand la manivelle est en OM'i, on voit qu'à ce moment le tiroir sera déjà ouvert de qn, qui est Vav>ance linéaire à V échappement.

Quand la manivelle est passée en D, le tiroir s'est déplacé de Od, c'est-à-dire de la quantité nécessaire pour découvrir l'admission. Au point mort OM'^, le tiroir sera déjà découvert de mn, qui est Vavance linéaire à Vadmission.

L'admission a lieu jusqu'à ce que la manivelle soit en E, moment auquel le tiroir se referme et où la détente commence. En O^F, l'échappement se referme et la compression commence; puis on retrouve de nouveau dans l'ordre les phases énumérées précédemment. On peut donc très facilement, à l'aide de ce diagramme, déterminer les éléments d'une distribution.

Pour les valeurs w =i 0 et w = 180®, le piston est au point mort, et on voit par l'équation (1) que, dans ce cas,

f = P = p sin 8,

puisqu'à ce moment la manivelle motrice est en M (fig. 163).

C est la valeur de On sur l'épure représentée (fig, 162).

Enfin le tiroir est dans sa position extrême, quand t est maximum, c'est-à-dire quand la manivelle est en E.

Dans ce cas :

On peut avoir facilement et à chaque instant la vitesse v du

dt tiroir; en effet, cette vitesse est représentée par rz*

Or:

dt =: — P sin w . dfo -|- Q cos «o . cbo.

Divisant par f/0, on a :

— =1 la vitesse angulaire supposée constante et égale à A, On a donc :

V =z AQ cos ci> — AP sin w,

et, en remplaçant P et Q par leurs valeurs :

v = Ap cos (8 + oj),

équation qui représente deux cercles en coordonnées polaires.

Ces cercles y, y oi^t Pour rayon -r^ ; Tangle que fait

avec XX' le rayon polaire des centres est égal à Tangle 90° — o, porté au-dessus de cette ligne (fig, 163 6t,s). Pour un déplacement quelconque PM = t du tiroir, la vitesse sera v = PK correspondant à Tangle w. On voit que cette vitesse, qui est maxima quand le tiroir est dans sa position moyenne, devient nulle quand il atteint ses positions extrêmes.

On peut, avec Tépure de Zeuner, étudier facilement les modifications produites par un changement de calage ou une modification des recouvrements. Il suffit de tracer les cercles correspondants.

Diagramme elliptique de Reech et Fauyeau. — Courbe en œnl {fig. 164). — On peut encore représenter les mouvements du tiroir et du piston en portant les déplacements de celui-ci en abscisses et ceux du tiroir en ordonnées.

On obtient ainsi une courbe sur laquelle on peut étudier commodément toutes les phases de la distribution.

On trace à des échelles quelconques deux cercles concentriques représentant les trajectoires des boutons de mani-

velle et d'excentrique et ayant, par suite, pour diamètre les courses de ces deux organes. On trace ensuite le diamètre MM' sur lequel on comptera les déplacements du piston. On construit avec OM Tangle de calage a de Texcen trique. On aura, suivant le rayon Oe, la position de Texcentrique quand la manivelle est en OM.

Si, à partir de M, on divise la circonférence du bouton de manivelle en un certain nombre de parties égales par les points 4, 2, 3, 4, etc., on aura les positions correspondantes du centre d'excentrique en divisant, à partir du point c, le cercle d'excentrique en un même nombre de par-

ïdiappement

avsnt

Jdïiàssion amére

FiG. H54.

ties égales, par les points 1', 2', 3', 4', etc., de telle sorte que l'excentrique sera en 1' quand la manivelle sera en 1, etc. Pour avoir les positions du piston sur Taxe des abscisses, il suffit, pour tenir compte de l'obliquité de la bielle, de décrire avec un rayon égal à la longueur de celle-ci, un arc de cercle passant par les divers points de divisions 1, 2, 3, etc., et ayant son centre sur l'axe des abscisses.

Les points extrêmes M et 4 restent fîxes. Les autres points i, 7, — 2, 6, — 3, 5, sont rabattus en a, C, 6, qui sont les positions exactes du piston. On a donc en abscisses les déplacements du piston. Les déplacements du tiroir se mesureront sur MM' en prenant les distances de 0 aux diverses projections i', 2', 3', ...,6', r des points de division 1', 2', 3', ..., 6', 7'. Ces distances seront portées sur les verticales des points représentant les positions du piston. La verticale de 0 donne Taxe du tiroir dans sa position moyenne ; on doit donc compter les déplacements, à partir de 0, et les porter de part et d'autre de MM'. Ainsi, à la position a du piston correspondant à la position 1 de la manivelle, correspondra le déplacement 01' du tiroir qu'on portera en al, et ainsi de suite. Lors de la course rétrograde, à la position a correspondra la position 7 de la manivelle et, par suite, la position 7' de l'excentrique et la course 07' = aVII. On fera de même pour chaque position de la manivelle, et on obtiendra ainsi une courbe dont la forme rappelle celle de Tellipse. Cette construction est due à MM.Reech et Fauveau, membres du Corps du Génie maritime, et la courbe est ordinairement connue sous le nom de courbe en œuf.

Si on se donne les valeurs r et r des recouvrements intérieurs et extérieurs, on pourra fixer les phases de la distribution.

C'est ainsi qu'en f commencera l'admission pour le côté arrière, avant que le piston ne soit à son point mort en IV. Vavance linéaire sera donc m.

On pourra retrouver en f^ la position de la manivelle à ce moment, et on aura, suivant ffif, l'avance angulaire à l'admission.

En IV le piston commence sa course rétrograde d'arrière en avant. En T le tiroir est ouvert au maximum ; l'admission finira en r/, et la détente commencera, la position du piston étant (/i' et celle de la manivelle 0^^. En h se fermera l'échappement côté avant ; ce sera le commencement de la compression pour le côté avant. Au point k l'échappement anticipé se produit, tandis que le piston a encore à parcourir la longueur n. Au point Vlil le piston est à son point mort avant; mais auparavant l'admission anticipée s'est produite

MACIIINBS A VAPEUR. 16

au point /, et le recouvrement extérieur est déplacé déjà de Tavance linéaire m. Les pliases se reproduisent de nouveau. On peut donc très facilement suivre sur un pareil diagramme les diverses phases de la distribution. On peut obtenir de la courbe autant de points qu'on le voudra; les points de tangence VIII et IV aux verticales s'obtiennent immédiatement en plaçant la manivelle aux points morts M et4; Texcentrique se trouve alors aux points e et 4\ qui sont d'ailleurs des points de Tépure.

Les points de tangence T et T aux horizontales marquent les extrémités de course du tiroir; il faut donc qu'à ces moments le centre de l'excentrique soit aux points morts. On retrouvera alors facilement les positions correspondantes de la manivelle en la reculant d'un angle égal à l'angle de calage, et on en déduira de suite la position du piston sur MM', par suite les points T et T'.

On peut simplifier la construction de la courbe : en effet, on remarquera que si, pour une position de la manivelle CM [fig, 165), l'excentrique se trouve en OE, MOE étant Tangle

de calage, le- déplacement du tiroir qu'il faudra porter pour avoir un point de la courbe sur la verticale du point représentant la position du piston à ce moment

M,[- i- ■\ e>rft^--ëV "f j*** ®st égal àOe. En tenant

compte de l'obliquité de la bielle, la position vraie du piston pour la position M de la manivelle sera en P. On portera donc PL = Oe, et le point L sera le point correspondant de la courbe. Menons alors OE' perpendiculaire à OE. L'angle MOE' sera égal à a — 90» ; ce sera Tangle d'avance ; si on abaisse la perpendiculaire EV à M^M/, on remarquera, dans les deux triangles égaux OEe, 0E< e\ que EV = Oe, c'est-à-

Fio. 165.

DÉTïn^TE DES MACHINES A CTJl^INDRE tMQUE 243

dire que LE' est parallèle à M^}i{, D'où cette construction : soit OM une position de la manivelle : on trace Tangle MOE' égal à 7, Tangle d'avance, ce qui revient à mettre le rayon d'excentrique à 90« en retard de sa position réelle. Puis, à partir de M, on divise la circonférence de manivelle en parties égales par les points 1, 2, 3,..., 7; on opère de même pour Iç cercle d'excentrique, mais en partant de E', on a ainsi 1', 2', 3', etc. On cherche alors les positions du piston correspondant à ces diverses positions de la manivelle : pour le point 4 par exemple, on obtient 4" en tenant compte de l'obliquité de la bielle. De chacun de ces nouveaux points analogues à 4', on mène des verticales, tandis qu'on mène des horizontales des positions correspondantes 4' du cercle d'excentrique ; on obtient ainsi les points IV de la courbe en œuf, qu'on peut construire avec précision.

On peut encore trouver rapidement les valeurs des ordonnées représentant les déplacements du tiroir, en traçant de suite sur l'épure les cercles de Zeuner, qui ont donné les valeurs des déplacements du tiroir.

Il existe encore d'autres systèmes de représentation graphique des positions relatives du piston et du tiroir; mais les trois procédés indiqués ci-dessus sont de beaucoup les plus employés.

Influence des phases de la distrihation sur le diagramme, — Avant de construire un tiroir destiné à réaliser une distribution déterminée, il est utile de préciser le rôle des diverses phases dont on a signalé l'existence, savoir :

L'admission anticipée; La détente;

L'échappement anticipé ; La compression.

Admission et échappement anticipés. — Vadmission eiVéchappement anticipés, ou les avances à Vadmission et à V échappementj ont pour but de supprimer les chocs que pourrait produire l'arrivée du piston à son point mort sous l'influence de la pression motrice et de la vitesse acquise. A cet effet, on crée un travail résistant sur sa face avant en admettant

la vapeur à contre-sens, et on annule la pression sur sa face arrière, en faisant communiquer cette face avec le condenseur.

Les valeurs de ces avances constituent une donnée de la machine à construire ; elles sont basées sur Texpérience.

En général, les avances à l'admission se prennent soit en degrés (ce sont alors les avances angulaires delà, manivelle), soit en millimètres (ce sont les avances linéaires du tiroir). Leur valeur peut varier de 6 k iO° pour l'avance angulaire et de 1 à 4 millimètres pour l'avance linéaire. En général, l'avance à l'admission est d'autant plus importante que la vitesse du piston est plus considérable ; c'est ainsi que l'avance linéaire du tiroir dans les locomotives atteint 4 millimètres. On conçoit, en effet, que, la puissance vive à détruire étant plus élevée, il y ait intérêt à développer cette phase de la distribution.

Les avances à l'échappement se donnent également en dégrés ou en fractions de course du piston ; pour les mêmes raisons que celles qui viennent d'être exposées, ces avances sont d'autant plus considérables que la vitesse du piston est plus grande. D'autre part, elles doivent, toujours pour atténuer les chocs, être d'autant plus importantes que la pression à fin de course est plus grande, c'est-à-dire que la détente est moins grande. Elles varient donc en raison inverse de la diUenle. Angulairement elles varient de 15<> à 35®, lo® correspondant aux très grandes détentes. Linéairement, elles

1 3 peuvent osciller entre 77: et rr: de la course du piston.

L'admission et l'échappement anticipés peuvent se traduire sur le diagramme. C'est ainsi que sur la figure 166» l'avance à l'admission se traduit par la courbe ga commenr.ant à droite de la ligne Aa, c'est-à-dire avant l'arrivée du piston à son point mort de gauche, et les choses sont telles que la i)ression motrice est normalement établie en a, quand le piston commence sa course rétrograde. Le rectangle hacliuré concerne l'espace mort.

L'avance à Téchappement se traduit par la chute cd à la suite de la délente ; on voit que la pression de l'échappement est en partie établie à la fin de la course du piston. S'il n^y

a pas d avance à Tadmission ou à Téchappeinent, on a un diagramme analogue à celui de la flgure i67. La

Fio. XQû.

droite ga devient ga\ et le piston a déjà commencé sa course rétrograde quand la pression s*est établie. Si la vitesse du

Fin. 107.

piston est grande, la surface gaa peut devenir importante. En ce qui concerne Téchappement, l'avance étant nulle, la détente se produira jusqu'à fin de course, et la pression de Téchappement ne s'établira que vers le point c, qui sera d'autant plus éloigné que le piston ira plus vite. Des avances exagérées à l'admission et à l'échappement

donnent le diagramme de la figure 168. On voit que; dans ce cas, on peut avoir des pertes de travail importantes. De plus, on renverse complètement le sens de la pression motrice, et on peut produire précisément les chocs que Ton voulait éviter.

Fie. 168.

Des retards à l'admission et à Téchappement aggraveraient les défauts du diagramme de la figure 167 et donneraient la forme g'a\bc'ef, indiquée en pointillé. L'admission et Téchappement s'ouvriraient en g' et c\ le piston ayant déjà commencé sa course de retour. 11 en résulterait de grands chocs et une perte de travail considérable.

Détente, — On a vu qu'il n'y avait guère avantage à prolonger la détente au-delà du chiffre 9 ou 10; car, à partir de ce chiffre, l'accroissement de travail est de plus en plus faihle, bien que le parcours s'allonge notablement, ce qui augmente, outre les frais d'établissement, les pertes par rayonnement, frottement, etc. De plus, l'augmentation de détente entraîne l'augmentation d'avance à l'échappement et, par suite, une augmentation des condensations intérieures dues au refroidissement prolongé des parois.

Enfm l'échappement anticipé, s'il est trop important à lin de course, peut provoquer des chocs et rendre l'allure irrégulière.

Compression, — Dans l'étude des pertes on a vu que la compression est destinée à atténuer Tinfluence de l'espace mort; on a déterminé le travail qu'elle absorbe et le poids de vapeur correspondant. La compression a, de plus, l'avantage de ralentir le piston quand il arrive vers son point mort et d'atténuer ainsi les chocs possibles. Quand les contrepressions sont très faibles, comme dans les machines à condensation, la pression p' produite à fin de course par la compression atteint au plus les trois quarts de la pression initiale d'admission Pq, En général, elle reste égale à 0,4 ou 0,5 de Po* Pour les machines sans condensation on élève cette pression p' et on la fait parfois égale à 0,7 et 0,8 de po-

FiG. 1U9.

Si la compression est exagérée, le diagramme affecte la forme indiquée sur la figure 169. Comme on le voit, la perte de travail peut être très considérable et la pression de fin de course peut dépasser la pression d'admission ; il se produit alors au diagramme une boucle ag.

Un tel fonctionnement est donc économiquement très mauvais. De plus, au point de vue mécanique, il donne des chocs très violents ; le tjiroir, soumis par-dessous à une pression supérieure à celle de la chaudière, se soulève de son siège et peut même être projeté dans la boîte à vapeur.

Une compression convenable présente encore un autre

avantage que celui qui consiste à remplir l'espace mort de vapeur comprimée ; elle ne met en relation avec l'échappement les parois du cylindre que pendant un temps limité et, par suite, ne permet pas à l'équilibre de température le temps de se produire avec le condenseur. Il y aura donc moins de condensation à la prochaine admission.

Construction d'un tiroir à recouTrementa destiné à produire une détente fixe. — Les données de la question sont :

La Traction d'admission et, par suite, le degré de détente ;

L avance à Tadmission;

L'avance à Téchappement ;

La compression ;

Les largeurs des orifices d'admission et d'échappement.

Les inconnues sont :

Les valeurs des recouvrements extérieurs et intérieurs ; L'angle de calage ; La course du tiroir.

On emploie le tracé de l'épure circulaire {fig. 170).

Avec le diamètre horizontal AA' {fig. 170) d'un cercle O de rayon quelconque, on forme un angle au centre 60A égal à l'angle d'avance à l'admission ^, et l'on porte une longueur AM égale à la fraction d'admission, en supposant que A A' représente la course totale du piston. L'arc 6c obtenu en élevant la perpendiculaire Me au diamètre AA' donne la course de la manivelle ; on rend cet arc horizontal, en b'c, et l'on trace la droite P'P faisant avec 6'0 l'angle p ; l'angle de calage est obtenu ainâi en POA'.

Par suite de Tobliquité de la bielle, quand le piston est en M, la manivelle est en c\, et l'arc d'admission se réduit à 6'^, c'i, l'angle d'avance à l'admission diminue légèrement et devient p' — b\,0?.

Le recouvrement à l'admission avant est donné par l'horizontale c\b\ prolongée.

On obtient le recouvrement arrière en portant sur la

ligne PP' la longueur OM2 == 0M|, qui ouvre Tégalité des périodes d'admission et en traçant une horizontale par le point d, position de la manivelle eu égard à Tobliquité de la bielle.

Fio. 170.

Pour avoir le recouvrement à Féchappement avant, on trace «ivec la ligne PP' un angle au centre P'Oe égal à Tangle f d'avance à Téchappement, et par le point e on mène une horizontale. A ce point correspond la position M3 du piston.

Le recouvrement à Téchappement arrière s'obtient en portant sur PP une longueur PM4 = P'Ma, afin d'obtenir une même avance linéaire, et l'on mène une horizontale par le point gf, position de la manivelle correspondant à la position M4 du piston.

La course du tiroir doit être telle que la longueur BG dont Torifice d'admission avant est découvert soit égale à la hauteur / de rorifice.

Donc le rayon p de l'excentrique est :

^=zr + l;

2b0 or :

MACHINES À VAPECR

r = OB = Ob\ sîn [180» — (a + p')] 1= p sin (a -h M-

Par suite :

d'où:

/=rp~r = p[l + sin(a + p')];

\ + sin (a -f 13')

Quelques constructeurs donnent à ce rayon une valeur un peu plus grande, afin de tenir compte de l'usure qui peut se produire dans les pièces de commande.

On peut donc cette fois tracer Tépure en vraie grandeur ou à une (^chelle connue et déterminer la valeur vraie du recouvrement r. Si Tangle d'avance p' était différent pour les deux courses, et cela peut avoir lieu, comme on le verra, il faudra choisir la valeur de p' qui donne le rayon p maximum pour que l'orifice d'admission soit découvert au moins de la largeur /.

L'épure est ainsi terminée, et on peut procéder à la construction môme du tiroir.

ii^

Arné^

Fio. 171. — Tracé du tiroir.

La ligne TT' (fig. 171) représentant la glace, on trace la perpendiculaire XX' qui représente l'axe du tiroir supposi^ placé dans sa position moyenne.

Il faut déterminer la distance d existant entre les bords

des orifices d'admission et d'échappement, la largeur l^ de ce dernier et la distance k entre les bords des recouvrements intérieurs du tiroir.

Le tiroir étant dans sa position moyenne, r et r\ sont les recouvrements extérieurs et intérieurs arrière, et r", r, les recouvrements avant ; le recouvrement r' donnera, comme on Ta vu, une avance à Tadmission égale à celle de Tadmission arrière.

Les orifices d'admission auront, comme on Ta vu, les largeurs /^ calculées pour Téchappement.

On remarquera tout d'abord que les arêtes a ne devront jamais, pendant la course du tiroir, dépasser les bords intérieur^ b' de l'orifice d'échappement, sous peine de faire communiquer l'échappement et la boite à vapeur. Or la distance des arêtes a et a' à leur position extrême vers Taxe du tiroir est nécessairement égale à la demi-course, ou rayon d'excentrique p, puisque le tiroir a été supposé dans sa position moyenne.

Donc on a les relations :

r* + /^ + rf > p.

La valeur d =z - r -\- iO, en millimètres, satisfera généralement à l'équation. On prend pour r la valeur du plus grand recouvrement.

D'un autre côté, quand' l'arête c se déplace à droite jusqu'à sa position extrême, c'est-à-dire du rayon p, il faut qu'il reste encore pour l'échappement une largeur libre /J ; il faut donc que Ton ait :

Du côté de l'arête c on aurait :

/j 4- f/mr^ H- p + /<.

Cela fait deux équations pour donner la valeur de /j. Il faudra évidemment prendre celle qui donne la plus grande valeur de l^, c'est-à-dire la deuxième, puisque r^ est supérieur à r |.

La valeur k de la dislance comprise entre les bords des recouvrements intérieurs a donc pour expression :

Le tiroir est ainsi complètement déterminé.

' Diagramme, — L*épure de la distribution étant faite, on peut tracer le diagramme que donnera la machine. Il suffît

pour cela de reporter sur une droite Ox {fiy. 172) les longueurs :

' P/, avance à Tad mission ;

PMi, période d'admission ;

M1M3; détente;

MjP', avance à l'échappement ;

P'mj, échappement; et m|t, compression,

le point P étant à une distance du point 0 telle que la longueur OP représente l'espace mort ; puis sur des perpendiculaires élevées en chacun des points P,M4,M3,m| et P',on porte des longueurs proportionnelles aux pressions de la vapeur, lorsque le piston occupe les positions qu'ils représentent. ' En P et M^ la pression est celle de la chaudière ; à partir de M^ elle décroît suivant la loi de Mariotte ; on la délermine graphiquement pour une position quelconque du piston, a, par exemple, en joignant Oa et en déterminant Tintersec-

lion de la verticale menée par a avec Thorizontale menée par 6, point de rencontre de Oa avec la verticale M^^'. On obtient ainsi les points A|, h^ et ^3, à fin de courbe, qui permettent de tracer la courbe de détente.

En M3, la vapeur passe au condenseur, la pression tombe en A4; mais sa décroissance, quoique rapide, n'est pas instantanée, et elle atteint son maximum après que le piston a dépassé le point mort, aux environs de M3.

En A5, réchappement est fermé, la compression commence; la pression s'élève suivant la loi de Mariotte, et Ton trace la courbe en faisant le Iracé inverse de la courbe de détente; ainsi, par exemple, on obtient le point h^ à fin de course à Taide de Thorizontale h^d menée par le point d obtenu par Tintersection de la verticale h^d avec la ligne Oc prolongée, le point c étant à la rencontre de Thorizontale h^c avec la verticale Ph.

En t commence Tadinission, la pression remonte rapidement, et le diagramme est formé de la partie de droite ih comprise entre la courbe de compression et Thorizontale/i/t.

Ce sont toujours des diagrammes de cette forme qu'on trouve h Taide des indicateurs de pression, et à simple inspection on peut reconnaître si le fonctionnement de la machine est bon ou mauvais.

Ces deux diagrammes donneront chacun une ordonnée moyenne. Pour obtenir le travail par seconde, on fera le produit de la course V| par la moyenne de ces deux ordonnées,

2N et on multipliera par rr-* N étant le nombre de tours; on aura

ainsi :

v /Pi-PW?^

En résumé, le tiroir à recouvrements mû par excentrique circulaire pourra donner les phases de distribution que Ton désirera. On remarquera cependant que plus la détente augmente, plus les recouvrements deviennent considérables ; comme le rayon d'excentrique et, par suite, la course augmentent avec le recouvrement extérieur (p ^ r + 0» '^ s'ensuit que, pour des détentes un peu étendues, la course

du tiroir et, par suite, les frottements de ce dernier deviendraient très considérables. On emploie alors les tiroirs à orifices multiples déjà décrits, qui permettent de diminuer la course^ mais, quoi qu'il en soit, l'emploi des tiroirs à recouvrements reste limité aux petites détentes, car les compressions restent très importantes quand la détente augmente.

§4. — Tiroirs a recouvrements commandés par deux excentriques et par coulisses. — changement dr

MARCHE, CRAN d\rRÊT ET DETENTE VARIABLE.

Détent9 Tariable. — Changement de marche. — Cran d'arrôt.

— La distribution par tiroir à recouvrements, qui vient d'être étudiée, réalise une détente fixe et une marche continue dans le même sens. Certains moteurs peuvent s'accommoder de ce fonctionnement très simple ; mais il en existe un grand nombre d*autres pour lesquels il est nécessaire de faire varier la puissance motrice et, par suite, la détente. C'est ainsi qu'une locomotive remorquant un convoi a besoin de produire un grand effort en gravissant une rampe, tandis qu'elle peut progresser en palier avec une fraction d'admission faible, en maintenant sa vitesse. Une machine d'atelier doit augmenter l'admission au fur et à mesure des besoins et suivant le nombre d'oi^tils embrayés. Il en est de même pour une machine d'épuisement dont la puissance doit être proportionnelle à la venue d'eau, etc.

On pourrait évidemment, pour faire varier l'admission, agir sur la valve d'admission de la vapeur; mais c'est là un moyen peu sûr et qui ne pourrait produire que de faibles variations de puissance. On a vu, au contraire, qu'en faisant varier Tangle de calage et les recouvrements on pouvait facilement modifier la délente.

Les variations de l'angle de calage produisent des perturbation simportanles dans les avances à l'admission : si Tangle de calage diminue, celle-ci peut devenir négative, ce qaî

occasionne des chocs qu'il faut éviter. Si donc on ne veut pas modifier profondément la distribution, les variations de détente produites par les changements de calage seront très limitées. Néanmoins on emploie parfois ce procédé.

Le changement dans les recouvrements donne, au contraire, des variations importantes de la détente, tout en influant fort peu sur l'avance à Tadmission.

Or les recouvrements, dans un tiroir construit, constituent évidemment une partie fixe et invariable; mais on a vu qu'une variation de la course du tiroir produisait exactement les mêmes effets.

Il faudra donc employer un mécanisme permettant de faire varier à volonté la course du tiroir.

Indépendamment de la variation de détente, certaines catégories de machines, telles que les locomotives, les machines marines, les machines d'extraction, doivent pouvoir réaliser le changement de marche, c'est-à-dire permettre, à un moment donné, de changer le sens de la marche et de fonctionner en sens inverse. Ces catégories de machines doivent pouvoir, du repos, partir indifféremment dans un sens ou dans l'autre; de plus, elles doivent, étant en marche, pouvoir s'arrêter et repartir sans interruption en sens inverse.

Enfin il faut pouvoir mettre la distribution au cran d^arnH. Cette manœuvre consiste à supprimer l'introduction de la vapeur, tout en permettant à la machine de continuer à tourner jusqu'à extinction de la puissance vive accumulée par la masse en mouvement, qu'il s'agisse de machines fixes ou de locomotives. La fermeture de la valve réaliserait ce desideratum ; mais elle est généralement peu étanche et on préfère posséder dans l'appareil de distribution le moyen de supprimer l'admission.

Le tiroir possédant des recouvrements, il suffira de réduire suffisamment la course pour que les recouvrements ne puissent jamais découvrir la lumière d'admission; de cette manière, la vapeur ne pourra pénétrer dans le cylindre, et le résultat cherché sera obtenu. Le tiroir normal sans recouvrement devrait, au contraire, être maintenu dans une immobilité complète pour que l'admission soit supprimée. On voit donc que le cran cVarrét peut être obtenu

comme la variation de détente par une diminution sufQsante de la course du tiroir.

En résumé, ce qu'il faut réaliser maintenant consiste:

1° En un appareil permettant de faire varier la course du tiroir, de manière à obtenir la variation de détente et le cran d'arrêt ;

2<* En un dispositif permettant de changer de marche^ soit en partant du repos, soit en pleine marche.

On se rendra compte d'abord si le tiroir à recouvrements, mû par excentrique circulaire tel qu'il vient d'être étudié, peut satisfaire au changement de marche.

Marche à contre-Tapeur. — On examinera de nouveau l'épure circulaire (/îgr. 156, p. 222) et on vérifiera si, avec l'angle de calage a d'avance sur la manivelle, la marche eQ sens opposé pourra se produire. En a, le tiroir va se refermer du côté admission arrière, et le piston va d'arrière en avant. La pression est motrice puisque, du côté de l'avant, l'échappement est aussi ouvert. De a en / une détente du côté arrière s'est produite, et en / Téchappement avant se ferme ; par suite, une compression commence qui crée une résistance, d'autant plus que, la détente continuant à se produire du côté arrière, la puissance motrice diminue. En /î, l'échappement arrière se produit, tandis que la compression continue ; la pression motrice est annulée, et la machine ne peut théoriquement fonctionner. Si, à partir de ce moment, la marche dans le même sens persiste, il se produit ce qu'on appelle la marche à contre-vapeur. En t Vadmission avant s'ouvre, bien que le piston marche toujours d'arrière vers l'avant, donc la vapeur qui devrait refouler le piston se trouve repoussée par lui dans la chaudière, et la machine se transforme en pompe de compression de la vapeur; Ténergie dépensée augmente la pression dans la chaudière.

Du côté arrière, au contraire, l'échappement étant resté ouvert, le piston aspire de l'air. En P le piston commence sa marche rétrograde, et un léger effort moteur de la vapeur d'admission se produit pendant l'arc P^; en f l'admission ferme, et une détente de la faible quantité de vapeur admise s'effectue. L'échappement arrière étant resté ouvert, le piston

DÉTENTE DES MACHINES A CYLINDRE UNIQUE 2o7

refoule Tair depuis son point mort jusqu'au point e, moment de fermeture de Téchapiiement arrière. De e en d l'air qui reste se comprime; en d Téchappement avant s'ouvre et le piston aspire do nouveau au condenseur, tandis qu'en c, Vadmission arrière s'ouvrant, le piston refoule dans la chaudière Tair comprimé et la vapeur aflluente. Avec la course rétrograde recommencent les mi^mes phases.

Une machine ne peut donc changer de marche avec Texcentrique placé ainsi ; car la résistance créée par la vapeur refoulée ne tarderait pas à arrêter la machine ; mais ce fonctionnement «anormal est cependant utilisé dans certaines circonstances. II faut d'abord remarquer que si, par un moyen quelconque, on renverse brusquement le sens de la distribution, tout en forçant la machine à continuer son mouvement dans le sens primitif, on obtiendra absolument le même résultat qu'en la forçant à changer de marche, tout en conservant le sens de la distribution; on obtiendra donc également la marche à contre-vapeur.

Cette marche à contre-vapeur est employée dans les locomotives. On conçoit que, si Ton renverse brusquement le sens de la distribution, le train ne pourra cependant s'arrêter immédiatement; les roues motrices de la locomotive continueront donc à tourner dans le même sens, et, par suite, la marche à contre-vapeur aura lieu. On créera donc une résistance considérable au mouvement en combattant la puissance motrice de la vapeur; on pourra ainsi annuler les effets de l'inertie, en combinant l'action de la contre-vapeur et celle des freins. Dans la descente d'une pente rapide on peut, en marchant à contre-vapeur, annuler ainsi à chaque instant l'accélération due à la pesanteur. Ce même résultat ne serait atteint avec les freins qu'au prix d'une usure des bandages que Ton doit éviter. Ou dit alors r|ue le mécanicien rctaerse ta vapeur ou bat contre-vapeur.

\a marche à contre-vapeur peut évidemment se produire avec une machine fixe. Dans ce cas ce sont les forces d'inertie des pièces eu mouvement qui forcent la machine à continuer le mouvement dans le sens primitif, malgré le renversement de la distribution.

Dans les locomotives il faut, au moment de battre

JIACI1IXB8 A VAPEOR. 17

25)8 MACHINES A VAPELR

contre-vapeur, réduire radniissiou de façon à ne pas créer de résistance trop grande.

11 est à remarquer que l'aspiration a lieu par l'échappement

qui, dans les locomotives, se fait par la cheminée pour activer le tirage. Il y aura donc introduction de gaz brûlés et d'air chaud dans le cylindre, ce qui peut amener la destruction des presse-étoupes et des lubriflants, et provoquer Tencrassement et les rayures des parois. De plus, ces gaz aspirés sont comprimés et refoulés dans la chaudièra où ils entravent le jeu du gifTard.

Pour éviter ces inconvénients, au moment de battre contre-vapeur, on envoie à la sortie du tuyau d'échappement, par un tube appelé tube d'inversiony un certain volume de vapeur de la chaudière, de manière à aspirer celle-ci à la place des gaz brûlés. Cette vapeur, aspirée et comprimée dans la chaudière, s'y liquéfie purement et simplement. On envoie même, à la place de la vapeur de Teau liquide ou un mélange d'eau et de vapeur, afin de diminuer la température. Cette eau se volatilise à son arrivée dans le cylindre sous l'influence de la diminution de pression produite par l'aspiration et rafraîchit, par suite, les surfaces. Ce perfectionnemeat simple et ingénieux est dû à Le Châtelier, inspecteur général des Mines.

La marche à contre-vapeur dans les machines fixes ou dans les locomotives roulant en palier, par exemple, provoquera, quoi qu'il en soit, l'arrêt de la machine au bout d'un certain temps; comme à ce moment la distribution renversée sera toute disposée pour la marche en arrière, la machine repartira en sens inverse, et le changement de marche sera obtenu. On va voir comment on le réalise.

Changement de marche à deux excentriques par becs-decane. — En supposant que l'excentrique de rayon OE {fig. 173), au lieu d'être calé d'un angle a d'avance sur la manivelle, dans le sens du mouvement primitif, c'est-à-dire de la flèche F, soit au contraire calé en arrière du même angle a, on refait réj)ure circulaire, mais pour la marche arrière, c'est-à-dire dans le sens de la flèche F^ {fig, 174).

Il faut chercher la nouvelle position de la ligne PP sur

laquelle on compte les déplacements du piston ; on fera cette fois coïncider le point M avec le point E* au lieu du point E, en opérant une rotation, dans le sens du mouvement arrière F^. Dans ces conditions, la ligne PP de l'épure deviendra P<P4 symétrique de PP par rapport à la ligne TT'. A chaque position M de la manivelle et du centre d'excentrique correspondra un déplacement du tiroir compté surTT et un déplacement compté sur P^P^.

Âdnusstan B^^ avant r:^

^^S^P^^»cmâi^;^aff>ema2J^'^

êfaoi

smere

FiG. 173.

Fio. 174.

On peut alors vérifier facilement que la nouvelle position de l'excentrique satisfait à la marche arrière.

L'avance à l'admission aura lieu pendant le parcours de l'arc aP^ ; l'admission arrière complète de a en c; la détente dec ene;la fermeture anticipée de l'échappement avant en r/; la compression à l'avant de d en f; ravance à l'admission avant de ^en P^, et ainsi de suite.

En résumé, si l'on veut réaliser la marche avant et la marche arrière, il faudra commander le tiroir successivement par un excentrique calé en avant de l'angle a par rapport à la manivelle, qui sera l'excentrique de marche avant et par un excentrique calé en arrière du même angle qui sera l'excentrique de marche arrière. En définitive, le rayon d'excentrique devra toujours se trouver en avant d'un angle a dans le sens du mouvement.

La manivelle occupera toujours le prolongement OM (fig. i 75) de la bissectrice OM' de langle EOE' = 360« — 2* formé par les deux rayons d'excentrique.

Fio. 17Ô.

S'il s'agissait d'un tiroir normal sans recouvrement, le calage serait évidemment de 90° en sens opposé pour le deuxième excentrique, et les deux rayons d'excentricité seraient en prolongement.

FiG. 176.

La manœuvre est réalisée par l'appareil représenté dans les ligures 176 et 477. E, E' sont les deux excentriques de marche avant et de marche arrière. Ils peuvent être reliés à la tige T du tiroir au moyen de becs-de-cane A ou B qui

viennent enfourcher tour à tour la petite traverse t de la tige du tiroir. Pour cela, les deux becs-de-cane sont reliés au moyen de bielles C et C à un levier coudé oscillant autour de Taxe fixe P et commandé par la tige K que manœuvre te

Fio. 177.

mécanicien. Ce dernier peut donc à volonté amener en prise Tun ou l'autre des becs-de-cane avec la tige du tiroir; celuici est donc, suivant le besoin, commandé par l'un ou l'autre des deux excentriques. Les deux becs sont extrêmement évasés, de façon à ce que l'extrémité de tige du tiroir ne puisse échapper à la prise, malgré le mouvement.

Le changement de marche est donc réalisé, mais on ne peut avec cet appareil ni rester au cran d'arrêt, ni varier la détente.

Ces deux dernières conditions ont été réalisées de la façon la plus heureuse par l'emploi des coulisses. L'appareil à bec-de-cane, aujourd'hui complètement abandonné, a servi de transition.

Changement de marche, cran d'arrêt et détente yariable par conlisses. — Stephenson eut l'idée de réunir les becs-decane entre eux par une liaison rigide, de faron à consliluer une sorte de cadre courbe appelé coulissCy dans lequel est emprisonné le bouton de la tige du tiroir {fig. 178) qui prend le nom de coulmeau. La coulisse est, comme les fourclies précédentes, relevée ou abaissée à l'aide d'une bielle pon-

MACHINKS A VAPEUR

dan te actionnée par un levier coudé CTL que manœuvre le mécanicien. Il est bien évident que, suivant que le bouton du tiroir se trouvera à la partie supérieure ou inférieure

FiG. 178.

de la coulisse, c'est-à-dire que celle-ci sera abaissée ou relevée, ce sera l'un ou l'autre des deux excentriques qui communiquera son mouvement au tiroir, absolument comme dans l'appareil précédent. Le changement de marche est donc obtenu à l'aide de la coulisse. Si Ton suppose maintenant qu'on ne relève la coulisse qu'à moitié, le bouton du tiroir va se trouver au milieu de la coulisse. Quel est le mouvement qui va se produire?

Fio. 179.

S'il s'agit d'un tiroir normal sans recouvrements, les excentriques de marche avant et de marche arrière sont calés à 90^ en avant et en arrière de la manivelfe. Pour une position OM de la manivelle {fig. 179), les centres d'excentriciti^ seront situés en E et E' aux extrémités d'un même diamètre. Le coulisseau C, plac»'* au milieu de la coulisse AB, subit de la part de ces excentriques des actions égales et opposées;

DÉTEiNTE DES MACHINES A CYLINDRE UNIQUE 263

par suite, il reste fixe, et la lige du tiroir qui est solidaire du coulisseau est imin(tbile, et le tiroir aussi. Cette position du coulisseau s'appelle le point mort, et le cran d* arrêt se trouve réalisé.

Si le tiroir est à recouvrements et, par suite, si Taugle de calage est plus grand que 90°, ce qui est le cas général, les centres d'excentriques E et E' ne sont plus aux- extrémités d'un même diamètre ; la somme algébrique des projections de leurs vitesses ne sera donc pas nulle, comme elle l'était précédemment, et le coulisseau ne restera pas immobile. Il n'en est pas moins vrai que ses déplacements seront très faibles et, en tous les cas, insufflsants pour permettre au tiroir de découvrir les lumières, de sortp que le cran cVarrêt sera pratiquement obtenu. C'est ce qu'on appelle la marche au point mort.

Si le coulisseau occupe des positions diverses entre le point mort et les extrémités de la coulisse, le tiroir passera de la quasi-immobilité à la marche avant ou arrière sous la direc-. tion exclusive de l'un ou l'autre des excentriques. Dans l'intervalle de ces deux positions extrêmes, soit du côté de l'excentrique avant, soit du côté de l'excentrique arrière, le déplacement du coulisseau variera suivant sa position dans la coulisse ; la course du tiroir pourra donc être augmentée ou diminuée à volonté dans l'un ou l'autre des deux sens de marche. On sait que cette variation de cdurse produit la variation de détente. On peut donc réaliser avec la coulisse les différentes conditions de marche.

Indépendamment de la variation de course, le déplacement du coulisseau dans la coulisse équivaut à un changement de calage. En effet, si l'on suppose le coulisseau C {figl 180) à l'extrémité de la coulisse, le tiroir se trouve commandé par l'excentrique E, absolument comme s'il n'y avait pas de confisse. L'angle de calage est a pour lamarche normale en avant par exemple. La course du tiroir sera égale à celle de l'excentrique. Si l'on suppose maintenant la coulisse à demi relevée et le coulisseau C^ placé, par suite, en son milieu, c'est-à-dire au cran d'arrêt, la position extrême de droite de la coulisse sera AB, etcelle de gauche A,B|, correspondant à la position E|OE|' des excentriques dont les barres AjE^B^E/

MACHINES A VAPEUK

se seront croisés par suite de la rotation. La course au point mort sera donc G^G'i, et la distribution se sera effectuée absolument comme si le tiroir avait été conduit par un excen-

Fin. 180.

trique fictif de rayon égal à - et calé à 180» de la manivelle.

Son rayon d'excentricité est en Oe, quand la manivelle est en OM.

Entre ces deux positions extrêmes, le tiroir pourra être considéré comme commandé, pour les diverses situations du coulisseau, par un excentrique à angle de calage croissant et à course décroissante.

Les coulisses sont de plusieurs sortes ; on les divise en deux catégories : les coulisses à bielles ouvertes ou à barres ouvertes, et les coulisses à bielles croisées.

Kio. 181. — Bielles ouverles.

Les bielles des deux systèmes pouvant être alternativement ouvertes ou croisées suivant les mouvements des excentriiiues, on détiniraparcc;M/i,s.<{<?4' à bielles ouvertes celles pour lesquelhîs les bielles seront ouvertes, c'est-à-dire sensiblement parallèles, quand l'angle EOE' {fig, 181), égal à 360» — 2a,

que forment les deux rayons d'excentriques sera tourné vers la coulisse ; les coulisses seront à bielles croisées quand, pour la même position de Tangle des rayons d'excentriques, les bielles se couperont en projection. C'est ainsi (jue, dans la

Bielles croisées.

figure i81 , les coulisses sont à bielles ouvertes et qu'elles sont à bielles croisées dans la figure 482, bien que ces dénominations ne se rapportent pas toujours à l'aspect de la figure.

Coulisses à bielles onyertes. — Si l'on suppose le coulisseau placé au point mort, OE, OE' et 0E<, OE'^ {fig, 483) étant les

FiG. 183.

positions symétriques extrêmes des rayons d'excentriques, les positions extrêmes de la coulisse seront AB, A^B,, et la course du tiroir sera TT^.

Or on a :