DE VAPEUR

§. 1. — Epure circulaire du tiroir conduit par un excentrique simple.

42. — Mouvement du tiroir] principaux éléments de la distribution de vapeur. Définitions. — Dans les machines marines, la distribution alternative de la vapeur sur les deux faces du piston, est donnée, à de rares exceptions près, par un tiroir mû par un excentrique. Le mouvement du tiroir et celui du piston à vapeur sont ainsi de même nature, puisque Texcentrique équivaut à une manivelle; leurs amplitudes sont très différentes; l'avance de Tun par rapport à Tautre est déterminée par Tangle compris entre les deux manivelles, qui se nomme nngle de calage.

Fig. 52.

Deux manivelles diamétralement opposées donnent à un tiroir le même mouvement, sauf interversion des descentes et des montées. Elles conduisent, par suite, à la même distribution de vapeur, si les tiroirs sont

aV

Umlir«a|

disposés de telle sorte que la descente, dans un cas, produise le même effet que la montée dans l'autre. Il y a, par suite, pour chaque régulation à obtenir, deux angles de calage a, supplémentaires l'un de Taulre, correspondant chacun à une disposition de tiroir particulière.

Si nous comptons l'angle de calage a en partant de la manivelle du piston P, et en allant vers celle du tiroir T, et si nous appelons a en avant t le sens positif, figure 82, a est obtus et en avant, ou bien aigu et en arrière pendant la marche en avant. Au contraire, a aigu et en avant ou obtus et en arrière, dans la marche en arrière. Plus simplement, la rotation de la machine est de même signe que les angles de calage a obtus, et de signe contraire aux angles a aigus.

Les deux dispositions de tiroir, correspondant aux angles de calage

obtus ou aigu, sont l'admission par les arêtes extérieures, figure 53, n** 1>

j 2 pour l'angle obtus et l'admission par

les arêtes intérieures, figure 53, n"" 2, pour Tangle aigu. La descente du tiroir n** 1 , produit exactement les mêmes effets que la montée du tiroir n° i* La descente des deux tiroirs correspond donc à deux mouvements inverses du piston à vapeur.

Sur la figure 53, le tiroir est représenté à mi-course. Dans cette position, qui sert de point de départ à l'étude de la régulation, les deux orifices du cylindre doivent être Isolés de la vapeur par deux surfaces *^"»i5- ^^' portantes de hauteur à peu près

égale, qui se nomment recouvrements à Vadmission, De même, les deux arêtes du tiroir travaillante l'évacuation doivent être écartées, des deux arêtes correspondantes des conduits du cylindre, de deux hauteurs égales et de sens contraire, nommées recouvrements à révacuation.

Le rôle de tiroir étant de faire communiquer les deux parties du cylindre séparées par le piston, alternativement avec les deux parties de la boite à tiroir séparées par le tiroir, il faut, pour l'étude de la régulation, distinguer ces quatre réservoirs par des appellations simples et caractéristiques.

Pour la boîte à tiroir, on désigne par V la partie qui renferme la vapeur à admettre dans le cylindre, et par C la partie qui reçoit la vapeur évacuée par le cylindre. 11 n'y a pas matière à d'autres distinctions; le haut

de la course et le bas de la course s'exéculent suivant la même loi. l'obliquité de la bielle du tiroir étant toujours trop faible pour avoir une influence sensible sur son mouvement.

Pour le piston à vapeur, l'obliquité de la bielle change au contraire la loi du mouvement aux deux extrémités de la course. Les deux courses simples ont par suite des régulations différentes, et chaque régulation doit porter l'indication du côté du cylindre auquel elle se rapporte. Il s'est établi, à cet égard, des confusions quMl faut dissiper.

Considérons une machine verticale, ayant ses cylindres au-dessus de Tarbre, selon la disposition habituelle aujourd'hui. Dans la régulation, on nomme le plus souvent haut cylindre, en la désignant par H, la partie du cylindre située au-dessous du piston, et bas cylindre, en la désignant par B, la partie située au-dessus. Cette bizarrerie provient de ce que lors de rétablissement des règles, qui dépendant seulement de la position par rapport à l'arbre, les cylindres des machines verticales étaient audessous de l'arbre.

On corrige quelquefois l'anomalie qui précède, en désignant par H le haut, et par B le bas du cylindre. En présence de règles aussi contradictoires, on ne sait plus ce que représentent H et B sur une épure de régulation avant d'avoir étudié cette épure à fond.

Afin de faire cesser l'équivoque, on a choisi à Indret la lettre A pour le côté du cylindre voisin de l'arbre, en appelant OA le côté opposé à l'arbre. Cette règle serait en défaut pour les machines à bielles renversées, qui devraient recevoir la régulation OA du côté de l'arbre, et la régulation A du côté opposé. Le retour de l'équivoque est donc possible.

En fait, il n'existe qu'une distinction applicable à tous les cas. Les deux moitiés de la course simple du piston correspondent, l'une à un arc de plus de 90^ décrit par la manivelle, l'autre à un arc de moins de 90*^ ; la première est actuellement la moitié inférieure, côté A d'lndret;la seconde est la moitié supérieure, côté OA d'indret. 11 n'y a, par suite, qu'une seule règle ralionnelle et générale, applicable aux machines horizontales comme aux machines verticales ; elle consiste à appeler côté grand arc et côté petit arc^ les deux parties du cylindre. Nous désignerons par A le côté grand are et par a le côté petit arc. Les deux lumières du cylindre s'appelleront Aet a; les deux points morts du piston Pa et Pa, et ceux du tiroir Ta et Ta, se distingueront de même par des indices.

Si maintenant nous revenons à la figure 53, nous pouvons y appeler AV et àV les arêtes d'admission et AC, aC les arêtes d'évacuation, sur le tiroir et sur le cylindre.

Les distances entre deux arêtes de même nom sur le tiroir et le cy-

lîndre, quand le tiroir est à mi-course sont les recouvrements, recouvrements AV, ay à l'admission, recouvrements AC, dC à l'évacuation. Disons de suite que les recouvrements à Tadmission sont toujours positifs, c'est-à-dire que le liroir à mi-course ferme à l'admission. Les recouvrements à l'évacuation, pu Tun d^eux, sont au contraire quelquefois négatifs, le liroir ouvrant ainsi l'éjipacuation à mi-course, soit d^un côté du piston, soit même des deux.;

wwwwcce

43. — Représentation (^métrique du mouvement du tiroir et du piston. — Supposons le uio^?^ent de translation du tiroir représenté par celui de la projection verticale de son bouton de manivelle, ce qui

serait e^aistement réalisé avec une bielle înfifcie. Chaque arête du tiroir, aV, aC, etc., se meut su^ la glace du cylindre comme la projection îTun point qui décrirait un cercle, sur un diamètre horizontal égala la course, placé sur la position moyenne, ou à micourse de l'arête considérée.

Les quatre cercles correspondant aux quatre arêtes ont été tracés, figure 54, en les espaçant un peu plus que dans la réalité. Les cordes menées horizontalement à Iravers chaque cercle, par l'arête du cylindre qui lui correspond, partagent ce cercle en deux parties inégales, dont Tune représente la période d'ouverture de la lumière du cylindre, généralement inférieure à 180*^, et l'autre la période de fermeture, généralement supérieure à 180®. Ainsi la lumière A [X 6St ouverte à la vapeur, pendant que la manivelle du tiroir parcourt l'arc MT^N; elle est fermée pendant le parcours de l'arc M Ta N, etc'. Si l'on voulail avoir les positions relatives '''K-^*- de la manivelle P du piston par rapport à la

manivelle T du tiroir, dans les moments où celle-ci passe par une position particulière, par exemple lors de l'ouverture ou de la fermeture d'une lumière du cylindre, il suffirait de porter l'angle a à partir de OT. Si Ton veut connaître la position du piston lui-même, au même instant (flg. 55), on l'obtient en projetant le point P en ;? sur le diamètre vertical Ta Ta. 11 est plus simple de porter, une fois pour toutes, l'angle a, en sens

•Cwv*»

vicce

inverse de Tangle de calage véritable à partir du diamètre vertical, et de projeter le point T lui-même de la manivelle du tiroir en ^, sur le diamètre oblique Pa P« ainsi obtenu. En effet, les deux angles PaOT et POT^

iT

Fig. 55.

sont égaux comme se composant chacun du supplément de a, plus des angles égaux, TaOT et sont opposés par le sommet. Nous avons par suite^

Tri, OT* = Tri. OP/),

- OtzzzOp.

44. — Epure circulaire de Eeech. — L'épure de régulation circulaire deReech consiste dans la superposition des quatre cercles représentant,

Fig. 56.

sur la figure 54, le mouvement des quatre arêtes travaillantes du tiroir

par rapport aux oriiSces du cylindre. Chaque cercle apporte avec lui le recouvrement qui s'y rapporte, et il est complété par le diamètre sur lequel il suffit de projeter le point mobile pour avoir la position du piston, d'après la figure SS. En suivant le mouvement d'un point mobile sur la circonférence, sa projection sur le diamètre vertical donne la position des quatre arêtes du tiroir par rapport aux arêtes du cylindre portées, les arêtes V à gauche et les arêtes C à droite de la figure; sa projection sur le diamètre oblique donne la position du piston sur sa course.

La figure S6 se rapporte à l'angle de calage obtus, ou à Tintroduction par les arêtes extérieures.

AV est ouvert pendant le parcours de Tare MTaN, AC - QT^R,

aV — WTJi\

aC — Q'TaR'.

La figure 57 se rapporte de même, avec les mêmes lettres désignant les périodes d'ouvertures, à l'angle de calage aigu, ou à Tintroduclion par les arêtes intérieures.

Fig. 57.

Les tiroirs rectangulaires ou à coquille, travaillant sur une surface plane et appliqués sur elle par la pression de la vapeur, admettent nécessairement par les arêtes extérieures. Les tiroirs cylindriques ou à pistons, et les modèles compensés d'après le même principe, admettent par les arêtes extérieures ou les arêtes intérieures indifféremment. L'épure 56 est donc applicable aux deux modèles de tiroir, et Tépure 57 à un modèle seulement.

Sur les deux figures 56 et 57, on lit facilement les six phases con-

nues de la régulation, le cas des recouvrements négatifs à l'évacuation exigeant seul un peu d'attention pour éviter les erreurs. Tous les recouvrements sont positifs sur les deux figures ; les recouvrements négatits passeraient de Tautre côté de XX. Nous avons, en suivant la distribution du côlé Â du piston.

P Arc P^N et fraction de course P^n, période d'introdaction,

(au point de la course projection de Toi ouverture maximum à Tadmiadion) ;

2^ Arc NQ et fraction de course ng, détente ;

d** Arc QPrt et fraction de course qPa, avance à l'évacuation ;

4"* Arc PaR et fraction de course Fa r, période d'évacuation ; (toute la lumière AC est ouverte à l'évacuation pendant un certain arc) ;

5® Arc RM et fraction de course rm, compression ;

6"* Arc MP^ et fraction de course mP^, avance à l'évacuation*

L'usage admis, pour diviser chaque course simple en deux parties seulement, admission et détente pour l'une, évacuation et compression pour l'autre, est d'appeler,

Arc NP^ et fraction de course nPa, détente, Arc RP^ et fraction de course rP^, compression ;

les deux avances deviennent ainsi des sous-divisions de la période do détente et de celle de compression.

L'épure circulaire a été donnée en 1833 par Reecb, et n'a pas cessé de servir. Elle a été présentée, depuis lors, par Zeuner, sous une forme différente, qui sera exposée au n^ 65, et qui n'ajoute, ni à son exactitude, ni à sa clarté; le mouvement relatif des pièces semblerait même plus facile à suivre, sur le vieux tracé.

L'imperfection de l'épure circulaire résulte de ce qu'elle ne tient pas compte de l'influence de l'obliquité de la bielle sur le mouvement du piston, qui n'est nullement négligeable, comme elle l'est pour le tiroir.

Pour les études de principes, l'épure circulaire est précieuse. Nous en ferons largement usage dans les numéros suivants.

45. — Influence des divers éléments de la régulation, d'après Cépure circulaire. — La régulation fournie par un tiroir dépend de trois éléments :

1^ L'angle de calage a ;

2^ La hauteur des quatre recouvrements ;

3® La course du tiroir.

Sur répure, l'effet d'un changement de l'angle a est de déplacer le diamètre Pa ?«•

L'effet d'un changement de hauteur des recouvrements est de déplacer les quatre horizontales MN, QR, M^N', Q'R'.

L'effel d'un changement de course s'éludie, soil en changeant le diamètre du cercle de la manivelle du tiroir, soit en changeant dans une proportion inverse la hauteur des recouvrements. Le second procédé est généralement adopté ; il donne les périodes de régulation exactes, mais non pas les hauteurs d'orifice ouvertes, à moins de changer l'échelle de la figure, pour chaque course du tiroir.

Si Ton fait varier la course du tiroir et les quatre recouvrements, dans la même proportion, la régulation reste exactement la même ; la hauteur d'orifice découverte à chaque instant, et par suite la section des passages varie exactement comme la course.

Ce qui précède est entièrement vrai pour l'admission, la lumière du cylindre n'ouvrant jamais sur toute sa hauteur. Pour que ce soit vrai pendant toute la durée de Févacuation, il faut que la hauteur des lumières du cylindre aient été augmentée dans le même rapport que les recouvrements, parce que la lumière est ouverte sur toute sa hauteur pendant une partie de l'évacuation.

Le grand intérêt qu'on rencontre à diminuer les pertes de travail par étranglement, voir n^' 27 et 40, rend très désirable l'adoption de grandes courses, pour tous les tiroirs et plus particulièrement pour ceux des cyl. BP. On est arrêté par le danger des frottements exagérés et surtout la crainte des efforts exercés, en vertu de l'inertie, sur les bielles et colliers d'excentriques. Les plus grandes courses adoptées pour les tiroirs sont égales au tiers de la course des pistons; le plus souvent, on se contente du quart, ce qui doit être une limite; on descend parfois au sixième, ce qui est trop peu, et ce qui doit conduire à des pertes sérieuses sur le travail à toute puissance, surtout à l'évacuation des cyl. B.P.

L'effet d'un changement, dans l'un ou l'autre des éléments qui influent sur les six périodes de la régulation, est indiqué par le tableau suivant, dans lequel l'angle de calage est supposé toujours aigu, son supplément lui étant substitué, dans le cas de l'admission par les arêtes extérieures.

ÂTsnce à l'admission

- Angle de calage (aigu) ....

- RecDavrement à radmission . . .

- Hecouvrement à Tévacuation- . .

- Cotirse

Nous avons supposé dans ce tableau que les éléments de la régulation augmentaient; s'il y avait diminution, les effets sur les six périodes, seraient de signe contraire à ceux indiqués.

Les changements de valeur de l'angle a ont, sur les avances, un effet tel que Ton se trouve de suite arrêté quand on veut s'en servir pour des périodes plus importantes. On ne peut agir pratiquement sur la détente et sur la compression qu'en modifiant, soit la course du tiroir, soit la hauteur des recouvrements.

On reproche à la régulation de tiroir fournie par excentrique simple à course invariable, de ne pas pouvoir donner de longues délentes. En effet, si l'admission est de 0,60 en fraction de course en marche normale, on voit sur la figure 68, que pour réduire cette introduction à 0,50 par un changement de l'angle do calage, il faudrait se résigner à des avances excessives, en même temps qu'à une très longue compression.

Fig. ôS.

Les régulations fournies par un excentrique fictif, dans les mises en train à excentriques combinés, échappent à ce reproche, parce que la course des tiroirs diminue en même temps que l'angle a; on obtient ainsi l'allongement de la détente par une augmentation de hauteur des recouvrements ou du moins par le changement de course équivalent.

La symétrie entre les phases du mouvement de l'excentrique pendant les deux courses successives du piston vers le haut etvers le bas, établit une relation, d'une part, entre l'admission et l'évacuation, d'autre part, entre la détente et la compression qui augmentent ou diminuent ensem-

ble. La durée de la délente est donc limitée, quand on se fixe une limite pour la compression. Ceci s'applique à tous les cas d'excentriques, fictifs ou réels.

Autrefois, lorsqu'on tenait à ne pas dépasser, pour la compression, une période de 10 % en fraction de course, on ne pouvait pas avoir de détentes de plus de 30 ^. On ne redoute pas trop, aujourd'hui» les compressions de 30 à 38 %y ce qui permet de réduire l'admission à 30 96.

46. — Exemples de régulations relevées sur Vépure circulaire. — En dehors de l'établissement des principes généraux de la régulation, auquel elle se prête si bien, l'épure de Reech a eu pendant longtemps une véritable utilité pratique. Elle a servi au tracé et à la construction des tiroirs et de leurs excentriques sur un grand nombre de machines qui ont parfaitement fonctionné. Les causes, qui atténuaient l'effet de ses inexactitudes et qui les rendaient inoffensives pour le constructeur, étaient de diverses sortes.

En premier lieu, quand l'emploi de cette épure était général, on rapportait toujours, à ses indications, leis résultats fournis par les diagrammes d'indicateurs ; on était alors conduit à modifier les données de l'épure, de manière à obtenir un bon diagramme, sans avoir à tenir compte de ce que l'épure obtenue représentait inexactement une régulation qui était bonne en réalité. D'après cette considération, on aurait pu continuer à l'appliquer, même à des appareils auxquels elle convient peu, à la condition de l'appliquer toujours.

Nous plaçant à ce point de vue, nous avons pris quatre machines modernes, dont la régulation exacte sera donnée plus loin. L'épure circulaire fournirait, pour ces machines, les régulations inscrites dans le tableau XII.

Ces régulations ne sont pas exactes, comme on peut s'en assurer en les comparant au tableau XIII, n® 65; elles n'en seraient pas moins propres à déterminer les éléments de construction de machines nouvelles, soit que Ton veuille reproduire la même régulation, soit même que l'on veuille obtenir des détentes ou des compressions un peu différentes. L'erreur à laquelle on s'exposerait, dans les épures circulaires des nouvelles machines, ne serait pas en effet très forte, parce qu'elle ne porterait que sur des différences.

L'épure circulaire^ sous la forme que lui a donnée M. Zeuner, est du reste encore employée presque seule dans plusieurs marines.

L'épure circulaire s'applique mieux aux anciennes machines, dans lesquelles les tiroirs étaient conduits par un excentrique unique, avec

Tableau XII Eléments de régulation (diaprés l'épure circulaire).

Hoche (Cyl. H P) Coarse da piston 1.000°^/

Course du tiroir Rapport de la course du piston à celle du tiroir .

Marche M,

Angle de <«i.ge.s:-£-^; ; ; ; ; ; {^

Hauteur des orifices

ReeouTrements

AV. + 68"" 5 aC. + 85 AC. + 27 5 aC . — 8 5

Béêultatê :

Avance C En fraction de la cours? du piston . .

à < En millimètres de Torifice

rintroductîon( En degrés et minutes

Introduction, en fraction de la course du piston. . •

Avance ( En fraction de la course du piston . .

àréTacuationj En degrés et minutes

Durée de la compression^ En fraction de la course du

comptée jusqu'à < piston

rextn§mité de course ( En définies et minutes • • • Ouyerture maximum à rîntroduction, en millimètres

de l'orifice

Oaverture maximum à PéTacuation, en millimètres de

l'orifice .... .... . • .

fntrodaclioû 0,634

ReeoQfrements

Tréhoaart (Cyl. H P)

Course du piston 1 .000

Course du tiroir 197

Rapport de la course du piston à celle du tiroir. 5,07

A«^i^ /i^ ^«i«/*^ ( Marcne A/ 58*

Angle de calage. { j^^^,^^ ^ 53,

Hauteur des orifices 80