CONDUITE ET ENTRETIEN

§ 1. — Rendement et compahaison des màchixes

On a vu (p. 93) que la machine à vapeur, qui parait être un mauvais moteur si on considère son rendement théorique, c'est-à-dire la chute de chaleur à partir du zéro absolu, devient un excellent moteur si on considère la chute de chaleur produite entre les limites réelles de température de la vapeur produite et du condenseur.

En d'autres termes, une bonne machine moyenne actuelle dépense i kilogramme de houille par cheval-heure, lequel peut produire en moyenne 8 kilogrammes de vapeur; si Ton tient compte du rendement du générateur, égal à 0,85 par exemple, ce chiffre descend à 0,85 X 8 = 6*^8,8.

A b atmosphères, la température 6 de la vapeur égale 452", et Ton a :

À =z 606,5 + 0,30o 0 r= 652 calories.

La chaleur totale pratiquement produite par 1 kilogramme de houille sera donc :

6»^»,8 X 652 = 4.434 calories.

Comme le cheval-heure, produit représente 270.000 kilogrammètres, le travail produit par 1 calorie sera :

"Fni" ^^ kilogrammetres, au lieu de 42o.

Le rendement théorique aura pour valeur :

Il descend à 0,iO ou 0,12 pour les machines moins perfectionnées.

Le rendement pratique, au contraire, se déduira de la chute t^ — f^ de température, qui sera, en supposant au condenseur une température ^o de 50°,

On a vu que, dans le cycle de Garnot, on ne peut théo riquement recueillir par calorie dépensée que :

425 X c'est-à-dire :

ou bien :

273 + f,' ce qui donne :

*-*^ ^ o>.. =3 145 kilogrammètres.

Le rendement pratique devient donc :

R, :r. ^ zrz 0,53.

Ce coefdcient tient compte de toutes les pertes dues au fonctionnement, du rendement du générateur, de Timpossibilité de réaliser le cycle théorique, et enfin des résistances passives qui prennent naissance dans les organes de transmission compris entre le piston et Tarbre moteur.

On voit de suite que le meilleur moyen d'augmenter le rendement de la machine est d'augmenter la chute de température t^ — Iq.

Or Iq est généralement fixé. On ne peut, en effet, descendre au-dessous d'une certaine température au condenseur ; le minimum oscille entre 40 et 50° environ. C'est donc en augmentant ti qu'on peut améliorer le rendement de la machine. Ce résultat peut s'obtenir en prenant de la vapeur à très haute pression; malheureusement les fuites augmentent alors considérablement, ce qui compense l'amélioration du fonctionnement.

Surchauffe de la vapeur. — On peut aussi augmenter la température sans augmenter la pression, en surchauffant la vapeur. Cette surchauffe a lieu dans un récipient séparé de la chaudière et placé, en général, dans les boites ou conduits de fumée.

On se rapproche, de cette manière, du fonctionnement théorique des gaz parfaits, car le fluide s'éloigne de la saturation. Pour réaliser encore mieux cet état, la surchauffe doit se faire, de préférence, loin de la masse liquide de la chaudière ; dans les machines à double et triple expansion, on surchauffe souvent la vapeur pendant son trajet d'un cylindre à l'autre.

Indépendamment de la chaleur perdue des fumées qu'on récupère ainsi en partie, le cycle parcouru par la vapeur surchauffée se rapproche plus de celui de Carnot. Les courbes adiabatiques sont, en particulier, plus facilement réalisées ; car, avant d'arriver à son point de saturation, c'est-à-dire au moment où elle perdra brusquement de sa chaleur en se condensant au contact des parois, il restera à la vapeur une latitude assez considérable, pendant laquelle elle perdra très peu de chaleur. Mais, sa température étant assez instable, à cau$e de sa faible capacité calorifique, les isothermes se réaliseront plus imparfaitement.

En réalité, la surchauffe de la vapeur ne donne pas l'économie qu'on pourrait en attendre ; on peut d'ailleurs le montrer par un exemple.

Un kilogramme de vapeur à 5 atmosphères de pression occupe un volume u=0™3,387 à une température t de 152®, et contient, comme on l'a vu, 652 calories.

Si la température est portée par la surchauffe kt^=: 300®,

par exemple, le volume nouveau i;< qu'occupera celte vapeur sera :

'-<-»' 1 | a« -^'''^^ X i + (a X 132) " "'^^^• Le rapport :

Si la pression reste la même, on parait donc avoir gagné 36/100 sur le premier mode ; mais on a dépensé de la chaleur pour la surchauffe.

Pour monter de 152° à 300», la chaleur spécifique de la vapeur étant 0,48, il a fallu :

(300 — 152) X 0,48 — 71 calories.

La chaleur totale contenue dans la vapeur sera donc :

632+71 =723 calories.

Le même volume 0^3^528 de vapeur saturée, qui serait nécessaire pour produire le même travail, devrait peser i^«ydQ et contiendrait, par suite, un nombre de calories égal à :

1,36 X 652 = 887 calories.

On fait donc un bénéfice avec la vapeur surchaufl'ée. Le rapport de ces deux chiffres donne :

On n'emploie donc que les 0,81 de la vapeur nécessaire, ce qui fait un bénéfice de 0,19, en supposant une marche à pleine pression.

Mais la marche à pleine pression n'est pas économique ; il est plus rationnel d'examiner ce que devient l'économie due à la surchaufTe dans le cas d'une machine à détente. On peut s'en rendre compte facilement à l'aide d'un diagramme.

La longueur ab {fig, 324) représentant le volume de vapeur

saturée admis normalement, le même poids de vapeur surchaufTée sera représenté par le volume ab' =^ l,36a6. La courbe bd est la courbe de la loi de Mariotte, tandis que b'c est la courbe adiabatique des gaz parfaits, qui descend plus rapidement et qui rencontrera la première en c, point

Fio. 324.

correspondant à la température et à la pression de la vapeur saturée ; à partir du point c, la détente se continuera suivant la courbe cd de laloi de Mariotte. On voit que, pour la dépense supplémenUiire do clialeur, le bénéfice réalisé demeure faible.

La surchauffe de la vapeur donne cependant de bons résultats, en ce sens qu'elle évite les condensations à l'admission et permet d'avoir de la vapeur sèche à fin de détente.

On a vu comment, à Taide du frein de Prony ou des divers systèmes d'indicateurs, on pouvait déterminer la puissance d'une machine à vapeur. Comme on sait déterminer par le calcul quelle doit être théoriquement la puissance de la machine, il siensuit que l'on peut facilement établir son rendement.

Ou déterminera par les formules le poids de vapeur consommée et, en admettant que 1 kilogramme de houille donne (le 6 à 8 kilogrammes de vapeur, on en déduira le poids de combustible consommé.

§ 2. — Conduite et entretien des machines

Mise en marche. — La première précaution à prendre pour mettre une machine en marche consiste à se débarrasser des eaux de condensation qui peuvent s'y trouver ou qui se produiront, dès que Ton aura donné accès à la vapeur dans le cylindre. L'eau, en effet, étant incompressible, peut amener la rupture des fonds si elle se trouve en quantité suffisante.

Quand la machine est à pleine pression, si la machine est verticale .ou inclinée, le piston est amené dans la partie haute du cylindre, sans toucher le fond. Les eaux de condensation s'évacueront par le robinet purgeur inférieur.

Les cylindres horizontaux portent en général un purgeur aux deux extrémités, de sorte que les eaux condensées s'écoulent de part et d'autre, chassées par la vapeur. S'il n'y avait qu'un seul robinet d'un côté, on ferait arriver la vapeur de ce côté.

Une fois que la lubrification des pièces de connexion a été partout bien opérée, on ouvre les robinets purgeurs, puis, lentement, la prise de vapeur sur la chaudière. On sait en effet (Voir volume des Chaudières) que l'ouverture brusque d'une prise de vapeur peutamener, dans certains cas, l'explosion de la chaudière; de plus, cette manière de procéder provoque une ébullition tumultueuse, qui amène de grands entraînements d'eau, très préjudiciables, comme on le sait, à une bonne marche. 11 faut d'ailleurs éviter réchauffement trop brusque des conduites, car des ruptures pourraient se produire. La prise étant ouverte, on ouvre lentement le modérateur qui donne accès à la vapeur dans le cylindre, les ' robinets purgeurs restant toujours ouverts. Ceux-ci dégagent de la vapeur humide d'abord, puis de la vapeur sèche: la machine se met lentement en marche, puis la vitesse s'accélère et devient normale, et on ferme les robinets jmrgeurs.

On met alors en marche le condenseur. Pour cela, on ouvre graduellement le robinet d'injection d'eau froide, et la vapeur d'échappement se condense. Quelquefois on prend la

444 MACHINES A VAPELR

précaution d'envoyer au condenseur un jet de vapeur destiné à dilater Tair qu'il contient et qui s'échappe par la pompe à air ; cette vapeur arrive par un tuyau spécial de la chaudière, ou bien sort de Téchappement. En aspergeant le condenseur d'eau froide, le vide se produit et le condenseur fonctionne.

Arrêt dn moteur. — On ferme d'abord la prise de vapeur de la chaudière, afin qu'il n'y ait pas condensation dans les conduites ; l'on ferme l'injection au condenseur, car sans cela l'eau monterait dans le cylindre à vapeur, aspirée par le piston; ce qui amènerait des ruptures à la remise en marche. On ouvre ensuite les purgeurs, et l'on ferme le robinet du modérateur qui donne accès à la vapeur dans le cylindre.

Gondaite de la machine. — Pendant la marche, la vitesse doit conserver la valeur normale pour laquelle la machine a été établie, sans quoi l'usure augmente rapidement. En réalité, la vitesse peut varier entre des limites déterminées d'avance, mais qu'il faut éviter de dépasser.

On doit maintenir les parties frottantes parfaitement lubrifiées, sans toutefois qu'il y ait excès d'huile. Le manque de lubrification des organes se constate de suite à réchauffement important qu'ils subissent; un grippement se manifeste par un bruit aigu et strident.

Le grippement peut se produire à l'intérieur du cylindre. 11 faut alors le graisser, mais le moins possible, car les huiles jointes à certaines matières colorantes, comme le campêche que l'on ajoute aux eaux des chaudières pour éviter l'entartrage, forment des sortes de laques qui obstruent les conduits. Dès qu'une pièce chaufTe, on la refroidit d'abord légèrement par un courant léger d'eau froide, puis filus efficacement. Souvent môme des robinets d'eau sont disposés à proximité des points sujets à réchauffement.

Les chocs et claquements qui peuvent se produire pendant la marche proviennent du jeu des articulations ou de l'eau de condensation accumulée dans le cylindre.

Dans ce dernier cas, il suffit de purger.

Quand les chocs se produisent aux extrémités de la bielle,

il faut serrer les coussinets. Si les coussinets se touchent, il faut hîs changer ou les limer en conséquence.

Si les chocs se produisent au clavetage du volant, ce qui est très préjudiciable à la machine, on manœuvre les boulons de serrage. Un coussinet qui s'échauffe doit être enlevé, vérifié, débarrassé des corps étrangers qui obstruent les conduits et canaux de graissage et alimenté d*huile propre.

Si les chocs sont intérieurs au cylindre, même après une purge complète, cela peut tenir au jeu produit à la jonction de la tige et du piston. Il faut alors refaire l'ajustage après avoir démoulé la machine.

Si les chocs ont lieu par le piston à fin de course, il peut y avoir un défaut dans la distribution par le tiroir. En général, des repères permettent de s'assurer de ce fait; sinon, il convient d'assurer le réglage du tiroir ou de l'appareil de distribution.

Cette opération doit se faire évidemment d'après l'épure de distribution faite pour la marche normale.

La tige du tiroir est réglable, et l'on détermine sa longueur en plaçant l'excentrique de commande et le tiroir dans leurs positions correspondantes extrêmes, suivant la détente normale à obtenir. On cale alors l'excentrique sur l'arbre.

En cours de marche, le mécanicien exercé peut voir, à la simple allure du volant ou du régulateur, si la machine marche ou non dans de bonnes conditions.

Indépendamment de ces indications, on munit souvent les machines d'indicatein^s de citeasc ou, autrement dit, de tachymètres et de métronomes.

Les premiers sont de simples compteurs de tours.

Les seconds sont des pendules composés d'un poids suspendu à un fil de soie de longueur telle que les oscillations correspondent au nombre de coups de piston ; une table, dressée une fois pour toutes, permet de régler cette longueur, suivant le nombre des oscillations à faire.

On a vu, en étudiant les divers modes de distribution, comment on pouvait en rétrier les détails.

Entretien. — Li machine doit toujours être tenue d'une façon parfaitement propre; aussitôt après l'arrêt, le mémni-

cien nettoie toutes les pièces pendant qu'elles sont chaudes. Les démontages se font également pendant que les pièces sont chaudes, car les boulons sont très difficiles à desserrer après refroidissement.

Le nettoyage ne doit pas être superficiel, mais doit atteindre toutes les surfaces frottantes, afin d'enlever les corps étrangers, les cambouis, etc., qui favorisent les grippements et l'usure.

Ces nettoyages fréquents sont la meilleure garantie de conservation de la machine.

§3. — Graissage

On admet que le travail de frottement produit dans une macTiine se compose d'une constante due a\i frottement à vide, augmentée d'une quantité variable avec la pression et qu'on appelle frottement en charge. D'après M. Churston, au contraire, ce travail s'accroît avec la vitesse, mais reste indépendant de la pression, à condition que les surfaces soient bien lubrifiées.

Quoi qu'il en soit, le graissage convenable des pièces de machine est très important ; outre qu'il diminue de beaucoup le frottement, il évite les grippements des surfaces, ainsi que les jeux des pièces.

Il faut avoir soin de calculer toutes les pièces des machines de manière que les surfaces de contact soient suffisantes pour que la pression qui s'exerce entre elles n'expulse pas les lubrifiants.

Lubrifiants. — Les lubrifiants sont les corps gras solides ou liquides. Leur origine est animale, végétale ou minérale.

Les corps gras solides, suifs et graisses pâteuses, s'emploient surtout dans les chemins de fer; la chaleur déterminée par le frottement les amène à l'état liquide.

Les corps gras liquidess'emploient partout. Parmi leshuiles, les unes sont animales (huile de baleine j» les autres végétales

(colza, lin, Oi'achides, elc.J, les dernières minérales (huiles lourdes de pi^trole, vaseline, pfLrotfine, valvoline, etc.}-

Ces dernières tendent à se répandre beaucoup. ElleS ont le grand avantage de ne pas se réstnilier ni attaquer les métaux. De plus, elles délayent les cambouis, au lieu d'en former, et maintiennent la machine IrËs propre. Elles évitent la formation de savons gras dans les chaudières. Enfin elles se congèlent moins facilement.

On titudie et l'on essaye les huiles chimiquement et mécaniquement dans des lahoratflires spéciaux. Les grandes administrations qui emploient de grandes quantités de matières lubrifiantes imposent dans leurs marchés certaines conditions dont le cahier des charges, adopté par la ville de Paris, et reproduit plus loin, donne un exemple.

Graiuenrs. ~ Les graisseurs sont placés sur les différents organes des machines à vapeur. Ils peuvent être inlermitlents, si le mécanicien les fait manœuvrer lui-même, ou nutomatiques, si c'est le fonctionnement m^me de la machine qui provoque la lubrilication.

S'il s'agit du graissage d'un arbre, on peut employer tous les systèmes île paliers graisseurs décrits dans un nuire volume, avec pattes d'araignées, disques releveurs, pinceaux de graissage, etc.

On emploie aussi la capillarité qui élève l'huile dans des

mèches de coton ou des joncs poreux jusqu'au pointa graisser (fig. 325).

Dans d'autres cas, le graisseur est hermétiquement clos, et c'est la pression de la vapeur qui provoque l'écoulement de l'huile.

Toutes les fois qu'on le peut, on fait haigner dans un bain d'huile la pièce à lubrifier.

Quelquefois on graisse à l'huile ou à Teau glycérinée sous pression ; dans ce cas, les surfaces frottantes sont réellement séparées Tune de l'autre par le lubrifiant, ce qui rend extrêmement faible le coefficient de frottement.

Les figures 326 et 327 représentent des graisseurs simples & huile dont le fonctionnement s'explique de lui-même.

Kio. 3-26.

Fio. 327.

Graisseur Thiébaut {fig. 328). — L'huile se verse dans l'entonnoir E et se transvase dans le réservoir R par le robinet S, tandis que le robinet T est fermé.

Ce dernier peut faire communiquer le réservoir R avec la vapeur par les conduits C, I).

Il se produit un courant descendant d'huile en D, tandis que la vapeur établit sa pression sur la surface du liquide. C'est donc un graisseur dhicontinu qui ne fonctionne que sous la main du mécanicien.

COMPARAISON ET CHOIX DEl llACIlINtS 149

Bounioii'llamelle [fiij. 329). — Ce graisseur permet de voir passrr les goulles de lubritiants qun l'un nulle h la vapeur, pour assurer le graissage ilu cylindre par

L'huile est introduite par l'entonnoir E dans le n'^servoir cIosH. [j> vapeur, arrivant parle conduit V, peut passer, à l'aide d'un robinet par le tube T, dans le serpentin S oii elle se refroidit. L'eau condensée descend, par l'intermédiaire du robinet U, dans le lube K, et s'accumule au fond du ri^servoir B. Li, elle soulève l'huile de ce dernier et la refoule dans le tube H en vertu de la pression hydrostatique. Cette huile passe alors par le robinet \. dans le tube de cristal N, qui est rempli d'eau et où l'on voit les gouttes s'élever une h. une. De là l'huile est refoulée par le lube A dans le tube d'arrivée de vapeur V où le mélange s'opère avec cetle dernière de manière à la rendre lubrifiante.

Le réglage du débit dans le tube A s'opère par une vis B. l.a vitesse d'écouleraeol peut se i-^gler d'ailleurs ù l'aide des robinets. En P se trouve un robinet de purge qui permet l'évacuation de l'excès d'eau condensée accujuulée dans le gi-aisseur.

Il y a donc là un exemple de graisseur continu automatique.

Les deux exemples cités suffisent pour se rendre comple du fonctionnement de ces appareils. Les syslèmes imagin'''s sont d'ailleurs cxlrémemenl nombreux, et ou ne peut ici en aborder l'élude complèle.