CHAPITRE XI

Dans celte catégorie de machines se trouvent les injecteurs et les éjecteurs, d'une part, et les turbines à vapeur, de Tautre.

§ 1. — Injecteurs et éjecteurs

Soit une capacité C, munie d'une tubulure F et d'un tuyau T, terminé par une base B qui se recourbe dans l'axe de la tubulure F ; si l'on envoie par le tuyau T un jet de vapeur, celui-ci se mélangera d'air qu'il X

entraînera, provoquera une dépression dans la capacité C; par suite, un appel d'air aura lieu de l'extérieur et, si la capacité C correspond avec une enceinte contenant un liquide ou un gaz, il pourra y avoir appel du fluide dans cette rapacité et projection dans la tubulure F qui y fait suite.

C'est le principe des injecteurs et des éjecteurs ; il a reçu des applications fort nombreuses.

On provoque çiinsi un tirage très actif dans les cheminées

Fio. 342.

de hauteur insuffisante, à l'aide d'un jet de vapeur. C'est le procédé employé en particulier dans les locomotives et dans les chaudières marines. Dans le premier cas, le jet est intermittent et produit par la vapeur d'échappement du cylindre; dans le second cas, la vapeur est empruntée à la chaudière, et le jet injecté est continu.

Certains monte-jus, dans lesquels le liquide à élever ne doit pas être en contact avec la vapeur, sont également basés sur ce principe.

Injecteur Giffard. — L'injecteur Gifîard, dont le principe est identique, a permis l'alimentation des locomotives en cours de route. Auparavant on employait pour le même objet la pompe alimentaire ; mais il fallait alors, dans les* gares, faire marcher la locomotive pour pouvoir mettre les pompes alimentaires en marche.

Les détails de construction et le fonctionnement du Giffard, ont été décrits avec détails dans le volume de Chaudières à vapeur (p. 360).

Éjecteur Friedmann {fig. 343). — La vapeur arrive par l'ajutage A. L'eau ou le fluide à entraîner est aspiré par la

FiG. 3'i;i.

tubulure F et passe entre les parois des cônes concentriques, dont les ouvertures de sortie forment un canal S à section

croissante, de manière à ne pas provoquer de perte de charge. La sortie du lluide s'effectue par la tubulure C.

Les cônes de Friedmann atlénueot la perle de force vive due au choc de la vapeur et de l'eau, en ofTraal à La veine fluide des sections croissantes et en augmentant ainsi la quantité d'eau mise en jeu; la perte de force vive, d'ailleurs transformée en chaleur, est directement proporliounelle au rapport des vitesses de la vapeur et de l'eau et inversement proportionnelle au rapport de leur masse.

Un Ajecteur Friedmann à huit cônes peut élever 300.000 litres d'eau par heure à 9 mètres de hauteur.

Souffleur Kœrting {fig. Ui). meni est l'air.

Ici le fluide mis ei

Cet appareil, dont le fonctionnement s'explique à simple inspection de la figure, s'adapte au cendrier des foyers de chaudières, de manière à activer le tirage.

Condenseur Kœrting i/iij. 345). — L'eau arrive par l'exlré-

aité A, en charge sur l'appari'il de 4 i 6 mètres. La vapeur

arrive latéralement par la tubulure B et s'échappe avec Teau par un double* ajutage conique convergent divergent CD, dont l'extrémité est tenue noyée; on comprend aisément que la force vive de la lame d'eau jaillissant par l'espace annulaire des cônes directeurs et dont la pression s'augmente du vide au condenseur détermine le mouvement dans le tube D contre la pression atmosphérique.

Éjectenr d'escarbilles. — Dans les transatlantiques on jette à la mer les escarbilles provenant du foyer des chaudières et, pour cette opération, on emploie des éjecteurs

spéciaux, tels que l'éjecteur Robertson, représenté sur la figure 346. La vapeur arrive par la tubulure A et jaillit circulairement, de manière à refouler verticalement et à £Lspirer continuellement les escarbilles à expulser.

En général, tous les injecteurs et appareils similaires sont peu économiques, car ils nécessitent une consommation considérable de vapeur. Mais leur grande facilité d'emploi, d'entretien, leur petit volume, leur légèreté et leur prix modique les font préférer, malgré cet inconvénient. Les giffards sont aujourd'hui des instruments indispensables et universellement employés ; leur usage est surtout précieux comme appareils de secours des pompes alimentaires, et; sur les locomotives, en c(; qu'ils permettent l'alimentation sans que la machine soit en mouvement. Toutefois le giffard ne peut être alimenté avec les eaux de condensation; et la propriété qu'il a de donner do l'eau chaude dispense ordinfiirement de l'emploi parallèle tl'un réchauffeur d'eau d'alimentation.

La quantité d'eau envoyée par un injecteur, établi dans de bonnes conditions, est donnée avec une approximation sut!l-

sanle dans la pratique par la formule empirique suivante :

Q — 0,9do> V?,

dans laquelle Q représente le nombre de litres d'eau débités par seconde; <»>, la section minima en centimètres du tube divergent; et P, la pression à la chaudière en kilogrammes par centimètre carré.

§ 2. — Turbines a vapeur

Il faut remonter à Tan i20 avant Jésus-Christ pour trouver à l'état d'embryon le principe de la turbine à vapeur, dans l'éolîpyle (porte du Vent) de Héron d'Alexandrie. Dans cet appareil (décrit p. 4), c'est la réaction de la vapeur qui, s'échappant dans l'air, agit sur la paroi des tubes d'échappement et provoque la rotation de la boule. C'est le principe même des turbines.

Dans les machines à vapeur ordinaires à piston, ce dernier est toujours animé d'une vitesse faible et oppose à chaque instant une résistance égale à la pression de la vapeur. Ce sont, en résumé, des machines à pression, analogues aux machines hydrauliques à colonne d'eau.

Dans les turbines, au contraire, on laisse prendre à la vapeur une certaine force vive en la laissant se détendre, et Vénergie cinétique ainsi créée est utilisée au moyen d'une roue à aubes, absolument analogue aux roues-turbines hydrauliques.

Les pressions élevées sous lesquelles on utilise la puissance de la vapeur d'eau lui donnent des vitesses énormes ; les vitesses que prendront les turbines à vapeur pour utiliser complètement l'énergie cinéticiue du fluide seront donc très considérables, (^omme ce n'est que dans ces dernières années que le besoin de ces vitesses élevées s'est fait sentir, pour la commande des machines électriques par exemple, il ne faut

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pas s'étonner que, jusqu'à présent, les moleui-s k réaction ne se soient pas plus développés.

Ces appareils ont t'avantage de produire un effort constant et toujours dans le même sens ; il n'y a plus d'espace nuisible, ni de condensations dues an mouvement alternatif des moteurs à pression. Par contre, les forces centrifuges sont énormes, et les appaieils se prêtent mal à remploi du condenseur,

Tnrbine Dnmonlin ifia. 3il). — Sur l'arbre mobile se trouve un disque fixe divisé en quatre secteurs parlesconduils d'admission et d'échappement. La vapeur passe d'abord du

disque fixe dans les canaux de la couronne mobile, puis revient de là dans le disque fixe par un autre canal, et ainsi de suite jusqu'à huit fois. Pendant ces huit passages successifs, la vapeur sVst délendue complètement, à peu prÈs jusqu'à la pression atmosphérique.

Tnrbine Pargons. — [/appareil se compoi^e d'un grand nombre de couronnes alternativement fixes et mobiles {fig. 348), composées d'aubes et de contre-aubes analogues à

celles des turbines hydrauliques. Toutes ces couronnes sont montées sur l'arbre moteur horizontal et placées dans Tintérieur d'un cylindre horizontal.

La vapeur, dirigée par les aubes des couronnes directrices, abandonne une partie de sa force vive sur les aubes mobiles, puis passe dans une nouvelle couronne directrice qui augmente sa vitesse ; elle repasse dans une nouvelle turbine, et ainsi de suite. Le passage complet de la vapeur dans toutes les turbines, au nombre d'une centaine, demande à peine 1/50 de seconde. La vapeur sort de l'appareil avec une vitesse à peu près nulle. La vitesse des couronnes mobiles atteint i 0.000 tours par minute en marche normale et peut s'élever jusqu'à 20.000 tours. Les pièces doivent être exactement centrées et équilibrées, étant données les énormes vitesses atteintes.

Fixt Mobih Fixe Moht/e Fio. 348.

Turbine à vapenr de Laval (fig. 349 à 352). — Dans les deux exemples qui précèdent, la vapeur n'est pas amenée

détendue à la turbine, mais y arrive, au contraire, avec toute sa pression. Ce n'est que dans les passages successifs dans les aubes mobiles qu'elle se détend progressivement, abandonnant à la roue réceptrice jusrju'à la totalité de sa force vive.

Il y avait toujours une plus ou moins grande quantité de vapeur perdue par les jeux, par suite de la pression existant toujours dans l'appareil.

Dans la turbine de M. de Laval, au contraire, la vapeur est entièrement détendue quand elle arrive au contact des aubes mobiles. Cette détente permet à la vapeur d'acquérir

MACBUIE8 ▲ VAPEUR. 30

Ki«. 3'i9.

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une Torce vive ^gale au travail qu'elle aurait développé sur un piston par di-tenle graduelle. C'est cette force vive qui est recueillie inti'gralcment par les aubes.

La turbine de Laval est analogue à la turbine d'Euler à axe horizontal et à introduction partielle. L'introduction se fait au moyen d'un ou de plusieurs ajutages AAA [fig. 349 et330) d'axe faibleinenl inclinés sur le plan de la roue.

La vapeur, qui entre avec une vitesse considérable par une des faces de la roue entre les aubes, ressort, par l'autre face, avec une vitesse à peu près nulle. Le tracé des aubes est il'ailleui-s dnierminé d'après celte condition.

Le torps de la turbine est monté sur un axe en acier X (fiij. 3j1) reposant, à ses extrémités, sur deux coussinets, et tourne dans une chambre f^g. 3'2} portant le conduit de distribution de vapeur D et les ajutages en bronze directeurs de la vapeur. La détente s'opère dans ces ajutages et dans la partie comprise entre la valve d'introduction de vapeur et l'orifice du tube distributeur.

Sur l'arbre principal est placé le pignon P {fig. 351), qui transmet l'efforL Ce pignon est à denture double hélicoïdale et engrène avec une roue dentée à chevrons dont les dents sont inclinées à 45°, pour empêcher les mouvements longitudinaux. L'en.semble du pignon et de la roue dentée chargée de réduire la vitesse dans le rapport voulu est renfermé dans une enveloppe de fonle E, dans laquelle la

MACHI.NEa OU LA VAI'f:iR AGIT PAR SA PtilSSANGE VIVF, 467

circulation de Thuile est assurée de façon à réaliser un graissage continu.

Suivant les machines, leÉ ajutages peuvent être au nombre de 4, 6 ou 8, et chacun d'eux peut être obturé par des valves manceuvrées à la main de l'extérieur, de manière à réduire à la moitié, au tiers, au quart, etc., la puissance maxiroa de la machine. Chaque ajutage fonctionnant isolément d'une manière indépendante, le réglage de lu puissance se Tait très facilement, et la consommation par cheval est à peu près In même à fraction de charge ou à pleine puissance.

Un régulateur à force centrifuge de forme cylindrique R agit sur la soupape d'admission.

Iji vitesse de sortie de la vapeur des ajutages peut aller de 13S à 890 mètres, quand la pres.sion varie de 4 à 10 almos- 'phères, l'échappement ayant lieu à l'air libre, et de 1.070 à 1.187 mètres quand la pression de la vapeur varie également de 4 à 10 atmosphères, et que l'échappement se fait dans un condenseur l'i 10° d'atmosphère de pression. Dans ces conditions, la vitesse linéaire de la turbine peut varier de 175 à 400 mèti'es par seconde, et le nombre de tours peut aller de 7.500 à 8 000 par minute. Ces vitesses sont les plus cunsidérablee qui aient été atteintes.

La force vive seule étant utilisée et le principal facteur de cette force étant la vitesse, les dimensions des organes en mouvement pourront être très faibles, car l'effort tangentiel demeurera très faible. L'arbre lui-même est de très petit diamètre et peut subir une certaine flexion. Cette flexion permet à Tarbre, à partir d'une certaine vitesse, de se maintenir, sans grippement entre les coussinets de ses paliers, sans qu'il soit besoin d'un centrage mathématique, impossible d'ailleurs à obtenir avec de pareilles vitesses.

La turbine de Laval peut être utilisée comme moteur d'usine ou de chantier et peut, en général, remplacer la machine à vapeur dans toutes ses applications. Quand elle doit servir à mettre en mouvement une dynamo ou une pompe rotative par exemple, les deux machines motrice et opératoire sont disposées sur un bâti commun, et la commande se fait directement par l'arbre secondaire qui porte les engrenages.