CHAPITRE XI

DESCRIPTION DES PRINCIPAUX ORGANES ET DE LA CHARPENTE QUI LES SUPPORTE.

§ 1 . — Cylindres et boites de distribution

Pistons et tiroirs.

205. — Ensemble du cylindre et de la boite à tiroir. — Les organes de la machine, qui seront considérés dans ce paragraphe, sous Tunique point de vue de leur construction, ont été étudiés, dans les chapitres 1 à IV, sous le rapport de la production du travail qui s'y développe. Leur description a déjà été donnée en très grande partie ; nous avons seulement à la compléter. Il ne sera pas inutile de rappeler quelques définitions adoptées plus haut, par exemple, pour les cylindres, celle du côté A et du côté a, n° 42, page 137. Pour les machines verticales à bielle directe, seules étudiées, le côté A est la partie inférieure, et le côté a la partie supérieure du cyhndre, séparées par le piston ; nous les appellerons généralement bas et haut cylindre, ce qui ne laisse place à aucun équivoque. Les noms donnés aux parois des deux bases du cylindre, fond, du côté bas cylindre ou A, et couvercle ou plateau, du côté haut cylindre ou a, c'est-à-dire du côté démontable, ne donnent lieu, eux non plus, à aucune ambiguïté.

Le cylindre à vapeur porte toujours, venues de fonte avec lui, sa boîte à tiroir ou ses boites à tiroir tout entières, quand les tiroirs sont cylindriques. Les boites des tiroirs plans sont, au contraire, rapportées et boulonnées sur les cylindres. Cette différence de construction est due à la manière dont se fait l'ajustage des surfaces frottantes, avec la barre d'alésage dans le premier cas, sous la raboteuse dans le second. Pondus d'un seul jet, ou boulonnés ensemble, le cylindre et ses boites à tiroir forment un seul massif, uniquement soutenu par les bâtis ou piliers de la machine, qui doit toujours avoir son centre de gravité dans le polygone d'appui. 11 est très rare que les boîtes à tiroir soient munies de supports spéciaux, et, lorsque ce cas se présente, le constructeur, sou-

cieux de pas exposer la machine à des tiraillements, a soin que les supports du tiroir aient du jeu dans leurs encastrements.

Le bloc formé par le cylindre et les boites à tiroir est accessible sur toute la face supérieure, qui est presqu'entièrement formée de couvercles démontables, si les tiroirs sont cylindriques. Le plafond de la chambre des machines doit èlre emménagé de manière à rendre les démontages commodes et rapides ; l'intérieur des cylindres et des boites à tiroir a besoin d'être, en effet, fréquemment et complètement visité.

Du côté A, c'est-à-dire sur le fond, on ne peut pratiquer que des trous de visite de dimensions exiguës ; on fait, à ce sujet, tout ce que permet Tespace compris entre la paroi du cylindre et le presse-étoupes de la tige.

L'intérieur du cylindre et celui de la boile du tiroir sont réunis par les lumières ou conduits de vapeur, dont le volume, joint à celui de la liberté de piston, conslilue l'espace mort. Nous avons donné, tableau IX, page 76, les espaces morts de quelques cylindres, soit avec des tiroirs plans, soit avec des tiroirs cylindriques. Dans l'impossibilité de faire travailler le tiroir sur une surface concentrique au cylindre, ce qui donnerait le minimum d'espace mort, on a tenu, pendant longtemps, à les faire porter sur le plan tangent à cette surface ; les anciens tiroirs, en D ou à coquille, étaient tous des tiroirs plans. Plus tard, on s'est décidé à introduire le tiroir cylindrique, à courbure opposée à celle du cylindre, et on a reconnu, à la pratique, qu'il n'en résulte pas d'augmentation de l'espace mort.

Tout l'extérieur du bloc du cylindre el des boites à tiroir est soigneusement garni d'un feutrage. La température des cylindres est à peu près la même que celle des réservoirs de vapeur des chaudières, et demande le même isolement ; on peut consulter, pour le choix des isolants, les expériences de M. Brocard, rapportées au n** 73 des Ckaudières marines. Le contact des outils de chauffe et du charbon incandescent n'étant pas à craindre, l'emploi du feutre est presque général et à peu près sans danger ; toutefois il y a eu des cas d'incendie, en cours de marche, dans le feutrage extérieur des cylindres. Les tissus d'amiante font un bon service, mais donnent un isolement moins parfait que le feutre. Le colon siliceux doit être sévèrement proscrit des chambres des machines.

L'enveloppe de feutre ou d'amiante est presque toujours recouverte d'un revêtement de bois, qui est installé principalement dans un but de propreté.

Nous avons vu, au n° 191 , que les cylindres HP sont assez souvent en

acier moulé. La grandeur des pièces, jointe à la complication de leur forme, ne permet pas de prendre la même mesure pour les autres cylindres, où elle est d'ailleurs moins nécessaire. Actuellement, les cylindres HP, en acier, se manquent encore assez fréquemment à la coulée. Les progrès de fabrication permettront vraisemblablement d'étendre plus tard la substitution de l'acier à la fonte de fer.

206. — Cylindres à vapeur. Liberté de piston. — Le diamètre intérieur du cylindre se détermine d'après le travail prévu et l'utilisation de vapeur cherchée, ainsi que nous l'avons vu au chapitre 11. La course des pistons se calcule, de même, avec précision ; la longueur du cylindre est égale à la course, augmentée de l'épaisseur du piston et aussi du petit jeu, nommé liberté de cylindre ou de piston, qu'il faut laisser, entre la paroi du piston et celle du cylindre, à bout de course.

La liberté de piston doit remplir trois buts distincts.

l"" Elle pourvoit aux irrégularités de fabrication, sur les machines construites à bas prix, où les surfaces, qui ne sont pas surfaces frottantes, restent brutes de fonte. Sur les navires de guerre, la face intérieure des plateaux, et les deux faces des pistons sont toujours ajustées.

2' Elle laisse une certaine place libre pour les corps étrangers, qui se trouvent accidentellement dans le cylindre, et qui pourraient briser le plateau ou le piston, s'il n'y avait pas de jeu. L'eau, qui afflue quand les chaudières priment, s'échappe par les lumières du tiroir et les soupapes de sûreté. La présence des matières solides n'est pas très rare ; on rencontre surtout des amas de sel, laissés à la suite d'entraînements d'eau quand les purges fonctionnent mal; les matières grasses forment aussi des mastics très durs par leur mélange avec des limailles métalliques ; j'ai vu, dans un cylindre de la Gauloise^ une lame de plomb tombée du joint du plateau, et, sur le Bélier ^ un burin, oublié dans le tuyautage, que la vapeur a entraîné dans le cylindre. La liberté de piston est évidemment insuffisante, en présence de tels accidents.

3® Elle pare aux déplacements de la position moyenne du piston dans le cylindre, dus à l'usure des articulations. Tout resserrage des coussinets de bielle équivaut à une diminution de longueur de la bielle. Tout resserrage des paliers du vilebrequin est la conséquence d'une usure qui a fait descendre l'axe de l'arbre. Les effets s'ajoutent donc, pour porter le piston, de plus en plus, vers le fond, du côté bas cylindre, en l'éloignant du plateau ; le sens de ce déplacement resterait le même, si la bielle était renversée .

D'après cette dernière considération, la liberté de cylindre initiale doit être plus grande du côté de l'arbre que du côté opposé. Le tableau suivant, montre qu'il en est généralement ainsi.

Tableau XLLK.

Noms de:i bâtiments

Jea ou liberté de piston

Bas

cylindre

Haut cylindre

Différence

PAQUEBOTS

Kaiser- Wilhelm^er- Grosse

Champagne

Tour aine

millim.

roiliim.

NAVIBBS DB GIJBBBE

Tage . . . *

CharleS'Martelj Potkuau

Jauréguiherry^ Bouvet^ Jhi Chayla . . BouvineSf Charner, Latouche-Tréville .

Galilée

Léger, Lévrier

Forban .

Chevalier,

millim.

La différence des jeux dépasse, pour quelques unes de ces machines, le double du déplacement probable du piston. On trouverait, par contre, des machines, où le constructeur a mis la même liberté de piston aux deux extrémités de la course.

La surface intérieure des cylindres est toujours façonnée avec une grande précision par la barre d'alésage. La longueur est trop faible, pour qu'il puisse y avoir une flexion appréciable de la barre, même quand on alèse horizontalement ; le bras porte-outil ne subit pas non plus do déformation. Les cylindres neufs sont donc exactement cylindriques. Plus lard l'usure les déforme ; l'ovalisation atteignait jusqu'à S ou 6™/" au cours d'une campagne, dans les anciennes machines horizontales. L*usure est à peu près uniforme suivant les différents rayons, avec les machines verticales; mais elle est encore parfois assez prononcée, surtout dans les cylindres HP. On pourrait donc toujours être exposé à rencontrer, à fin de course, une ressette produite par Tusure, contre laquelle la bague du piston viendrait buter. On évite cet inconvénient, en alésant d'avance, à un diamètre plus fort, les extrémités de la surface cylindrique, qui ne sont pas soumises à l'usure (voir fig. 303, 304 et autres).

La surface intérieure du cylindre, sur les deux fonds, a été quelquefois recouverte d'enduits présumés imperméables à la chaleur, afin de diminuer le refroidissement au condenseur. Dans ce cas, les mêmes

enduits étaient appliqués sur les deux faces du piston. Les résultats obtenus n'ont pas été nettement établis, et la mesure ne s'est pas généralisée.

207. — Chemise intérieure et enveloppe de sapeur. Accessoires qui s'y rattachent.-^ Les chemises rapportées à l'intérieur des cylindres ont un double rôle à remplir. Elles forment les parois des enveloppes de vapeur, dont nous avons étudié le fonctionnement au n° 37 ; elles permettent d'obtenir de beaux frottements.

Ces chemises, pièces très simples et faciles à couler, sont en fonte dure, tenace, susceptible d'un beau poli. L'Amirauté anglaise à imposé, longtemps, aux constructeurs de ses machines, des chemises en acier forgé ; cette exigence ne parait pas justifiée ; une fonte bien choisie donne des frottements excellents et peu d'usure.

Le corps des cylindres etdesboîlesà tiroir en fonte de fer n'est jamais exempt de soufflures, quand les pièces sont de grande dimension. De plus, il est nécessairement coulé en fonte très douce, comme nous l'avons vu au n° 188, à cause des difficultés de fonderie; or les matières, qui se coulent le mieux, ne sont pas celles qui conviennent au point de vue du frottement et de l'usure.

Fig. 903.

La paroi des cyUndres en acier moulé ne pourrait servir de surface frottante que si l'alésage avait enlevé toute la croûte superficielle, assez

épai3se, qui est plus ou moins criblée de bulles. On pourrait craindre de plus, de la part de la paroi supposée saine, un excès de dureté entrainant l'usure trop rapide des bagues de piston

Pour former l'enveloppe de vapeur, la cbemise est écartée de 20 à

30"'/'" de la paroi du cylindre proprement dite; un portage entre les

deux surfaces est réservé sur quatre

petites nervures, à mt-bauteur, comme

on le voit figure 303.

Le joint des chemises et des parois doit être absolument étanche tout en laissant cours à la dilatation; son exécution est la partie délicate de l'établissement des enveloppes de vapeur. Les systèmes de joints essayés peuvent se ramener à deux, joints à presse-étoupes et joints à diaphragmes.

Le joint à presse- étoupes, indiqué figure 303, est représenté en détail figure 304. La matière obturante est l'amiante ; le presse- étoupes est tenu par des prisonniers, et, de plus, appuyé par le plateau de cylindre lui-même, comme garantie supplémentaire. Nous N- 304. ne parlons pas du joint sur le fond, qui

est fixe, et se fait au minium avec un solide boutonnage.

On s'est quelquefois contenié d'un joint fixe obtenu en refoulant un anneau de plomb maintenu par une bague de cuivre rouge, dans une entaille à queue d'aronde, comme le représente la figure 305. Les parois, en jouant, déforment et matent la bague ; l'étanchéité, assurée au début, doit rapidement disparaître.

Le joint à diaphragme, adopté aux Etats-Unis, est représenté figure 306. 11 est formé par une membrane flexible, en cuivre mince, tenue par des anneaux plats avec des prisonniers très rapprochés, à la fois sur le corps du cylindre et sur la chemise. Ce joint est à la partie basse du cylindre, la chemise étant tenue, dans le haut, paru» boutonnage fixe avec joint au minium.

En visitant les machines au retour de campagne, on a souvent constaté, au joint des chemises de vapeur, l'apparence de fuites capables de compromettre le fonctionnement économique de la machine. 11 a été,

Fig. 306.

d'aulTe part, établi par expérience, que l'on diminue quelquefois la consommation par cheval en supprimant l'envoi de vapeur aux enveloppes ; les essais de VArgonaul, cités au ii° 37, sont, à cet égard, très caractéristiques. Or, l'effet nuisible des enveloppes s'expliquerait difficilement par d'autres causes que par des fuites de vapeur.

Les chemises rapportées reçoivent une épaisseur peu différoDle de celle allribuée aux parois proprement dites, d'après les règles empiriques énoncées au n" 191.

11 est intéressant de rappeler que les premières chemises de vapeur, sur les machines de Dupuy de Lôme, ne comportaient pas de chemise rapportée ; les deux parois étaient venues de fonte ensemble. Aucune fuite de vapeur n'était donc à craindre. Les cylindres BP seuls avaient des enveloppes, et ces enveloppes étaient traversées par la totalité de la vapeur allant au cylindre BP. Dans ces conditions, et en raison de la lenteur de l'allure, favorable au jeu dea parois comme réservoirs de chaleur, les enveloppes de vapeur avaient une efficacité qu'elles ne peuvent plus posséder aujourd'hui.

A la tendance à généraliser l'usage des enveloppes de vapeur, succède maintenant, comme nous l'avons vu au n" 37, une tendance, soit à les abandonner, soit à limiter leur emploi au cylindre BP. A ce sujet, il est intéressant de remarquer que, sur un cylindre BP de 2 mètres de diamètre et 1 mètre de longueur, la surface de la paroi cylindrique est la moitié seulement de la surface des deux fonds j le réchauffage dea fonds, qui n'expose à aucune fuite, a donc plus d'importance que celui des parois cylindriques.

Un inconvénient assez sérieux des enveloppes de vapeur, depuis que les pressions aux chaudièresont atteint des valeurs dangereuses pour les

parois de cylindres, consiste dans la complication de leurs accessoires. On établit souvent des détendeurs, sur la prise de vapeur des enveloppes, quand on ne prend pas la vapeur à un réservoir intermédiaire à basse pression. L'emploi d'un robinet très étranglé, peut, à la rigueur, suffire. Des soupapes de sûreté sont, dans tous les cas, nécessaires, ainsi que des purges spéciales.

En terminant ce qui concerne les dimensions intérieures des cylindres à vapeur, il est intéressant de réunir dans un tableau les diamètres de tous les cylindres des machines à détente multiple. Nous avons déjà donné, dans le tableau VllI, page 59 et suivantes, le rapport R du volume du cylindre BP au volume du cylindre HP ; mais les dimensions des cylindres intermédiaires n'ont été indiquées nulle part.

Le diamètre du cylindre BP est à multiplier par V^ » tians le cas très fréquent, où il y a deux cylindres à basse pression.

Le tableau L relatif aux machines à détente triple montre que le rapport du volume des cylindres BP à celui du cylindre HP a reçu une augmentation très considérable sur les bâtiments de guerre anglais de construction récente. Pour les paquebots, le rapport est à peu près le même dans les deux pays, les très grandes valeurs ne se rencontrant que sur les machines à détente quadruple.

Comme exemples de machines à détente quadruple, nous citerons la Gascogne avec le rapport 7,19, le Kaiser-Friedrich^ paquebot allemand, avec le rapport 9,30, la canonnière des Etats-Unis le Nashvilley avec le rapport 9,43, enfin le cargo Vlnchmonay sur lequel le rapport atteint 12,25.

On est, comme on voit, loin des premières machines compound du Loiret, du Cher^ et des frégates cuirassées type Magnanime^ qui présentaient uniformément un rapport égal à 2.

Rappelons ici que la grandeur du rapport entre le volume du cylindre d'évacuation et celui du cylindre d'admission n'a point le même intérêt sur les navires de guerre que sur les paquebots.

Sur les paquebots, toujours en marche à pleine puissance, on diminue toujours la dépense de vapeur en augmentant le volume final par cheval, ce qui permet de diminuer, à la fois, la puissance des chaudières et Tapprovisionnement de charbon.

Sur les bâtiments de guerre, pour la marche habituelle à petite puissance le volume final actuel de vapeur par cheval est déjà exagéré. Quand on augmente encore le volume du cylindre BP, on peut gagner sur les chaudières, parce que la machine devient plus économique à toute puissance; mais il faut accroître l'approvisionnement de combustible, parce que la dépense courante de vapeur par cheval est accrue.

TabCiEAU L.

Dimensions des cylindres successifs dans les machines à détente triple.

Noms des BàtimenU

Rapport volumes

^ c fi