ENCOMBREMENT ET POIDS

231. — Considérations sur les études d'ensemble et sur la préparation des projets de machines. — Quand on cherche à classer les diverses dispositions qui se rencontrent dans les machines, on est frappé, tout d'abord, de l'impossibilité d'arriver à un groupement rationnel, analogue à celui qu*il est assez facile de faire pour les chaudières marines.

Les chaudières présentent un nombre fixe de systèmes, dans chacun desquels les modèles varient peu, comme poids et encombrement, et présentent des qualités particulières de fonctionnement.

Pour les machines, il n'existe, au fond, qu'un système unique, dans lequel les dispositions se modifient et se transforment de cent manières, selon les exigences spéciales à chaque classe de navires et selon les habitudes des constructeurs.

De plus, dans chaque système de chaudières, les dimensions d'un corps ne variant guère, un appareil évaporatoire total se compose d'un nombre de corps proportionnel à sa puissance. Le sectionnement de l'appareil moteur, au contraire, ne peut se faire que suivant un nombre très limité de dispositions ; dans chaque mode de division, les dimensions des machines varient à l'infini.

Enfin, pour une puissance déterminée et constante, les dimensions de la machine dépendent indirectement de celles de la coque, parce qu'elles dépendent de celles de l'hélice, et que les dimensions des hélices sont subordonnées à celles de la coque, ainsi que nous l'avons vu au chapitre Vtll, § 3. Les chaudières, au contraire, se déterminent uniquement d'après la quantité de vapeur qu'elles ont à fournir.

Les recherches générales, qui se résument dans la préparation de tableaux de poids et d'encombrement, présentent par suite une importance toute différente, pour les chaudières et pour les machines.

Les tableaux de poids et d'encombrement des divers modèles de chaudières fournissent, tout préparés, les projets d'appareils dont on a besoin, pour une puissance déterminée.

Les mêmes tableaux, en ce qui concerne les machines, sont simplement des listes d'exemples, plus ou moins complètes, que Ton doit consulter, en y choisissant son modèle d'après la destination du navire qu'il s'agit de faire marcher.

Il existe bien, pour passer d'une machine à une autre, en faisant varier la puissance, des règles déduites de certaines lois spéciales de similitude, dont nous avons déjà dit quelques mots au n® SOO, et sur lesquelles nous reviendrons plus loin. Mais les lois générales de la similitude elles-mêmes, ne sont applicables aux machines marines, que dans le cas particulier d'appareils tous destinés à des navires analogues et de même destination.

Pour l'appareil moteur d'un navire de type nouveau, les données principales de la machine, dimensions, poids, encombrement, ne peuvent être déterminées qu'à la suite d'une étude complète, accompagnée de tracés, et comprenant le calcul des éléments de Thélice.

232. — Division de rappareil moteur en plusieurs machines distinctes. — La question de la multiplicité des hélices a surgi, en dehors de toute question de machines, à l'occasion de la suppression delà mâture sur les bâtiments de guerre. En France, la première application des doubles hélices fut faite en 1867, par Dupuy de Lôme, sur les gardescôtes type Bélier. Aucun avantage n'était recherché du côté de la vitesse, car une seule hélice eut suffi à dépenser utilement la puissance de l'appareil moteur ; aucun complément de sécurité n'était donné contre les avaries de coque, caries deux machines étaient dans la même chambre ; il s'agissait uniquement de ne pas laisser les navires dépourvus de tout moyen de locomotion, en cas d*avariedans une machine. Le motif était d'ailleurs sérieux ; il serait assez difficile d'expliquer comment plusieurs gardes-côtes, construits après 1870, n'ont reçu qu'une seule hélice.

Les considérations de sécurité, qui avaient conduit aux doubles hélices sur les navires de guerre, commencèrent, vingt ans plus tard, à les faire adopter sur les bâtiments de commerce munis d'une voilure nulle ou insuffisante. Actuellement, tous les grands paquebots à passagers se construisent à deux hélices ; la même disposition est adoptée sur les cargos, dont le déplacement dépasse parfois 30.000 tonnes. Les deux machines, placées par le travers Tune de l'autre, sont très souvent séparées par une cloison étanche ; cette cloison rendrait de grands services, au cas où l'une des deux chambres, qu'elle isole, serait envahie par la vapeur ; mais elle serait une cause de danger pour le navire, au cas d'envahissement par l'eau, à cause de la bande produite par le remplissage d'un compartiment.

Pour les navires de guerre, où l'on doit se préoccuper des avaries de combat, comme de celles de navigation, le sectionnement de l'appareil moteur, et le compartimentage du volume total qu'il occupe, sont poussés de plus en plus loin, comme nous le verrons au n* 234.

La puissance croissante des machines rend parfois nécessaire aujourd'hui, indépendamment de toute autre considération, la répartition du travail sur deux hélices distinctes. L*hélice unique, qui serait capable de consommer, avec un rendement convenable, la totalité de la puissance motrice, aurait des dimensions excessives ; plus souvent encore, sur les navires de guerre, la machine de Thélice unique ne trouverait pas sa place sous le pont bhndé. Il arrive même, sur les navires de guerre, que la hauteur limitée, dont on dispose, ne permet pas de se contenter de deux machines attelées à deux hélices ; il est nécessaire d'établir, soit quatre machines sur deux arbres, soit trois machines actionnant trois hélices.

Sur les bâtiments de guerre, la nécessité d'avoir une marche économique, en ne développant qu'une faible fraction de la puissance normale est, comme nous le verrons plus loin, un motif sérieux, ajouté aux autres, pour répartir la puissance entre plusieurs machines.

233. — Dispositions particulières aux navires de commerce. — Les caractères spéciaux des machines des bâtiments de commerce sont une grande simplicité, permettant des économies importantes sur les dépenses en personnel, et un grand développement des dimensions dans le sens de la hauteur, direction suivant laquelle l'espace ne fait jamais défaut.

La recherche de la simplicité, en vue de l'économie dans l'exploitation de la ligne, a été la cause du long retard qu'a rencontré Tadoption des doubles hélices, même sur les paquebots rapides destinés aux passagers. Sur les simples cargos, non seulement on se contente généralement d*une machine, mais, déplus, on s'est parfois contenté de donner, à cette machine, un cylindre unique, ou du moins un seul vilebrequin.

L'existence des machines à un seul vilebrequin semble avoir été longtemps ignorée ou peu connue en France. Les traités de machines marines n'en faisaient pas mention ; ils acceptaient, comme axiomes, des affirmations sur la nécessité de régulariser le couple de rotation, qui eussent rendu leur existence impossible. Aussi ce ne fut point sans surprise, que je rencontrai une machine compound à deux cylindres montés en tandem et à vilebrequin unique, sur un cargo de la Compagnie Lamport et Holt, dont j'eus l'occasion d'opérer le sauvetage en 1878 j j'appris alors que, grâce à un petit volant formant vireur, la marche

avait lieu sans secousse, et même avec un mouvement de rotation assez régulier ; un mécanisme très simple, actionnant le volant, permettait d'amener toujours le vilebrequin à une position angulaire convenable

Fig. 388.

pour assurer le départ pendant la manœuvre. La Compagnie Lamport et Holt resta longtemps fidèle aux Tarbres à un seul vilebrequin ; c'est, je crois, à une époque récente, probablement à l'occasion de la détente triple, que cette Compagnie économe s'est résignée à avoir plusieurs cylindres actionnant des vilebrequins différents .

La tendance, qui persiste, à rechercher la simplicité, s'est opposée jusqu'ici à l'adoption des hélices triples, qui ne trouveraient pas d'ailleurs, sur les paquebots, l'avantage qu'elles présentent, sur les navires de guerre, pour la marche économique à petite vitesse. On ne craint plus, par contre, de multiplier les cylindres et les coudes de l'arbre. Certaines grandes machines de cargos, à détente quadruple, présentent cinq cylindres et cinq vilebrequins.

L'étendue presqu'illimitée dont on dispose en hauteur, les espaces situés au-dessus de la machine étant considérés comme inhabitables, a conduit à adopter, sur les navires de commerce, des courses de pistons plus grandes que sur les navires de guerre ; la diCFérence est sensible, car la course G se rapproche du diamètre du cylindre MP sur les machines de paquebots à triple détente, tandis qu'elle n'est guère supérieure au diamètre du cylindre HP sur les bâtiments de guerre. Il a été beaucoup discuté sur la valeur respective des grandes et des petites courses. Les partisans des grandes courses sont plus nombreux, mais

sargumenlsse balanceol; dans la Marine française, la pratique n'a is révélé davantage précis, en faveur de l'un ou de l'autre système.

BP|

Fig. 389 L'Utilisation de l'espace dans le sens de la hauteur a surtout été obtenue par le montage des cylindres en tandem, longtemps pratiqué dans tes machines de paquebots.

Pie. 390

Les trois Sgures 389, 390, 391, représentent trois machines de grands

paquebots ayant leurs cyhndres montés en tandem. La figure 389 est

relative à la machine de la Gascogne, à détente quadruple et six cylindres ; la figure 390 donne la machine de la Champagne, à détente triple

Fig. 391

et six cylindres ; enfin la figure 391 représente la machine du Campania, à délente triple et cinq cylindres. Ces machines fonctionnent bien; on reproche toutefois, à la machine du Campania, d'imprimer à la coque des trépidations trop vives.

Le montage en tandem convient aux machines verticales, quand Tallure est lente; Texemple des cargos Lamport et Holt le prouve. Pour les machines à allure rapide, il est nécessaire de donner à l'arbre à vilebrequins un grand nombre de manivelles convenablement orientées, comme nous l'avons vu au chapitre Vï. Dès lors, le montage en tandem doit être abandonné, et l'a été, en effet, sur tous les paquebots rapides de construction récente, Kaiser-Wilhelm-der-Grosse, Lorraine, etc.

234. — Dispositions particulières aux bâtiments de guerre. — La nécessité de loger entièrement Tappareil moteur au-dessous de la flottaison, quand la protection est imparfaite, a longtemps imposé l'emploi exclusif des machines horizontales, sur les navires de guerre. Sur les premiers croiseurs étudiés avec un pont protecteur, tels que le S fax, le défaut de hauteur a encore exigé les machines horizontales.

Ensuite, la sécurité assurée par le pont protecteur rendant plus hardi, on n'a pas craint de s'élever jusqu'à une hauteur suffisante, pour per-

mettre Tadoption des machines verticales. L'emploi des machines verticales n'est toutefois possible que grâce à la division de l'appareil en plusieurs machines, à l'adoption de très hautes pressions, enfin au raccourcissement des longueurs de course, dans toute la limite du possible.

Au point de vue du fonctionnement, les machines des navires de guerre sont soumises à des conditions très spéciales, parce que l'allure normale, pour laquelle se détermine la distance franchissable d'un navire, n'est pas, comme dans le cas des paquebots, celle de la marche habituelle. Ainsi un grand bâtiment de guerre, de 20 nœuds de vitesse, doit effectuer ses traversées habituelles à 10 nœuds ; un torpilleur de 30 nœuds effectue les siennes à 18 nœuds ; pour tous les deux, la vitesse est une arme destinée à des circonstances presque exceptionnelles dans la vie du bâtiment.

L'économie de combustible, que définit le chiffre de la consommation par cheval, doit être aussi grande que possible à l'allure lente, puisque c'est à cette allure que se mesure la longueur de la distance franchissable.

11 importe également que la machine soit économique à l'allure rapide, surtout lorsque la limite de la puissance de l'appareil est fixée par le maximum de combustion de charbon sur la grille, puisque, dans ce cas, la puissance maximum est inversement proportionnelle à la consommation par cheval. Le degré d'économie dans la marche à toute vitesse se trouve déterminé par les dimensions principales de la machine et la détente qui en résulte.

Divers moyens se présentent pour diminuer la dépense à petite vitesse.

L'économie de charbon à petite vitesse peut être obtenue, au prix d'un sacrifice sur la consommation par cheval à grande vitesse, en changeant le régime de vapeur et le nombre même des détentes successives quand on passe d'une allure à l'autre. Quelques tentatives intéressantes ont été faites en ce sens.

Fig. 392.

Au début de l'adoption du système compound par l'Amirauté anglaise, H. Kirk a disposé la machine du Ifelson, à détente double pour la marche a petite vitesse, et à détente unique, pour la marche à grande vitesse. Le cbangemenl de régime se faisait d'une manière très simple, à l'aide du tiroir de distribution, qui est représenté, Bg. 392, dans les deux positions correspondant au deux modes d'emploi de la vapeur. La marche à simple détente ayant été absolument abandonnée, l'expérience du Xelion D'à pas eu de suite.

Sur les trois gardes-cAtes japonais .l/ateounma, tttkousima ei Hasidaté, les machines furent disposées de manière à fonctionner à détente triple pour la petite vitesse et délente double pour la grande. Le résultat obtenu dans les essais à petite vitesse fut très favorable pour l'époque, 0^68 par cheval; la puissance prévue à toute vapeur est facile a réaliser. Le

seul inconvénient est dans la complication du jeu des trois soupapes, B,C,D, qui sont représentées figure 393. Pour passer de la détente double à la délente triple, on ouvre la soupape C et on ferme les deux soupapes BetD; pour passer à la détente double, on ouvre les deux soupapes B et D et on ferme G ; la soupape A est le registre de vapeur ordinaire.

Une disposition un peu plus simple avait été prévue d'abord, avec quatre cylindres et marche à détente double ou quadruple à volonté ; eUe n'aurait exigé de manœuvre de soupapes ou de tiroir de distribution, qu'entre les deux cylindres n° 2 et n' 3.

Le problème de la marche économique à petite vitesse, depuis que la division du moteur en plusieurs machines est de règle presque générale, se résoud en mettant une partie seulement des machines en marche, ainsi qu'il a été vu au n^ 149. En laissant de côté, dans le cas des deux hélices, l'emploi d'une hélice unique, la seconde hélice étant débrayée, on trouve deux solutions convenables, l'une, dans l'emploi de deux hélices actionnées chacune par deux machines, la seconde, dans remploi des hélices triples.

Avec les deux hélices actionnées chacune par deux machines, comme nous l'avons vu au n^ 64, la solution serait simple, s'il suffisait d'établir un débrayage entre les deux machines et de marcher en temps ordinaire avec les machines arrière seules. Malheureusement l'usure des portées produit une dénivellation rapide entre les deux parties de l'arbre, à la suite de laquelle le réembrayage de la machine avant expose à des échauffements dans tous les paliers. 11 est préférable de faire tourner l'arbre tout entier, en débiellant la machine arrière ; mais alors la mise en marche de la machine débiellée exige un travail de remontage délicat, qui prend plus d'une journée de travail.

Fig. S93 bU.

La meilleure solution est dans l'adoption des hélices triples, avec marche à une, deux, trois hélices à volonté, et désembrayage de l'hélice ou des hélices inactives. La marche économique, sous le rapport de la consommation par cheval, se trouve très sensiblement réalisée à la demivitesse du navire, ou un peu au-dessous, si l'on admet que la consommation suit la loi indiquée aun*'64, d'après laquelle l'allure économique d'une machine est actuellement celle qui correspond au tiers de la puissance. En effet, avec la machine centrale seule, au tiers de la puissance, on doit obtenir la vitesse usuelle de route de 10 nœuds, sur les bâtiments de 21 ou 22 nœuds de vitesse maximum. La seule imperfection de ce système

résuUe du travail résistant des hélices débrayées, travail assez important, d'après les expériences de la Kaiser in- Augusta citées au n** 149.

Dans rétude de la division du moteur en plusieurs machines, il importe de ne pas perdre de vue Tintérèt que présente, sur les navires de guerre, le cloisonnement de la cale, en vue de diminuer l'effet des avaries de combat. Bien que ce sujet soit étranger aux questions de machines proprement dites, il est nécessaire de l'exposer, au moins brièvement. L'adoption de deux machines placées l'une derrière l'autre, comme sur le Sfax, offre quelques garanties, mais celui de deux chambres de machines par le travers Tune de l'autre, comme sur les paquebots, n'ajoute rien à la sécurité, bien au contraire ; en cas d'envahissement d'une des machines par l'eau, il faut, en effet, que l'autre se remplisse, sous peine de danger de chavirement. Trois machines placées Tune derrière l'autre, comme sur le Dupuy-de-Lôme, fig. 394, offrent

des conditions très favorables ; mais l'encombrement excessif en longueur est incompatible avec le développement que prennent les soutes à munitions sur la plupart des nouveaux navires. Avec trois machines placées par le travers l'une de l'autre, on ne peut raisonnablement compter que sur la machine centrale ; car, lorsque l'une des chambres latérales est envahie par la mer, il faudrait souvent ouvrir à l'eau le compartiment symétrique, pour redresser le navire. 11 est possible de diminuer un peu la bande produite par l'envahissement d'une chambre latérale, en établissant, en dehors des machines, comme sur la Jeanne-d'Arc, fig. 393, les chambres de condensation et d'appareils auxiliaires. L'appareil moteur se trouve alors réparti entre cinq compartiments étanches séparés, La plus grande division de l'appareil, que l'on puisse actuellement viser à obtenir, serait donnée sur un appareil à deux hélices et quatre

machines, en établissant dans Taxe, les deux chambres de condensation

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et d'appareils auxiliaires. Cette solution, fig. 396, donne un peu plus d'encombrement que celle de la figure 395, dans le sens longitudinal. Comme elle fait perdre, en outre, l'avantage des hélices triples, au point

Fig. 396

de vue de la marche à vitesse réduite et à celui des facultés évolutives et de la stabilité de route des navires, elle n'a, jusqu'ici, reçu aucune application dans la Marine.

On diviserait également la chambre des machines en six compartiments, si l'on établissait trois hélices, avec deux machines sur Thélice

centrale et les chambres de condensation placées comme il est indiqué figure 397 ; le tuyautage d'évacuation serait alors compliqué, et les contre-pressions plus à craindre que dans la disposition de la figure 395.

Fig. 397

236. — Encombrement des machines, — Dans l'encombrement d'une machine, il y a lieu de distinguer la hauteur, dimension indépendante des autres. La largeur et la longueur sont, au contraire, en partie fonction l'une de Tautre, et elles constituent ensemble l'encombrement horizontal.

La hauteur totale H d'une machine se compte, du dessous du chapeau de la bielle à bas de course, au-dessus du plateau du cylindre. Ainsi mesurée, elle représente bien la limite de l'encombrement à la partie inférieure, parce que la bielle descend, à travers le plan de pose, bien au-dessous de la plaque de fondation. 11 reste, au contraire, à ajouter sous barrots, à la partie supérieure, la hauteur nécessaire pour le démontage des plateaux de cylindres.

La hauteur H se compose de deux parties :

1** Une longueur géométrique fixe, comprenant trois éléments, la course du piston C, le diamètre décrit par Taxe du bouton de manivelle G et la longueur de bielle B comptée entre les deux axes des tourillons.

La pratique ayant fixé à 2 C la longueur B, le total des trois éléments est presque toujours égal à 4 C. Dans les machines horizontales, la longueur de B s'abaissait quelquefois jusqu'à 1,78 C;

2^ Une longueur D, non susceptible de définition géométrique, qui comprend toutes les épaisseurs de matière, jeux, détails de construc-

lion, de forme et de dimension, variables d'une usine à l'autre. La longueur de D varie, en pratique, dans des limites assez étendues, de l,5Cà2C.

Fig. 398.

La figure 398 représente les différents éléments de D, dans la division adoptée à Indret; ces éléments peuvent se grouper en deux parties :

a +d pour la bielle ;

e + f-\-g + h pour le cylindre et le piston.

La figure est assez claire pour dispenser d'explications.

On remarquera seulement que e, qui dépend de la manière dont le presse-éloupes s'engage dans la fourche de pied de bielle, peut être porté au compte de la bielle ou du cylindre, indifféremment, et pourrait même être ajouté à d, pour former un élément unique de D.

Le tableau LI donne la hauteur totale de quelques machines, ainsi décomposée, et le rapport de cette hauteur à la course C. La puissance inscrite / est celle d'une seule machine.

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