ARTICLE XIII

Du rapport du cylindre à la chaudière.

Les bornes de cet ouvrage ne permettent pas de donner des instructions aussi détaillées que nous pourrions le désirer sur la construction des machines à vapeur ; nous dirons cependant que l'ingénieur doit être dirigé dans la construction d'une machine (d'après le nouveau système que nous avons développé) par des principes bien différens de ceux qui doivent le conduire dans la confection d'une machine à simple pression , où plus les dimensions de son cylindre sont grandes , et plus sa machine a de force , pourvu toutefois que la chaudière soit assez grande pour pouvoir fournir assez de vapeur pour le remplir à chaque coup de piston. Dans le nouveau système, au contraire, plus le cylindre dans le-

CONSTR. DÉ MACHINES A VAPEUR. i33 quel on peut faire entrer toute la vapeur que la chaudière est capable de fournir, est petit, et plus la machine sera puissante, pourvu que la chaudière ait assez de force pour résister à l'expansion de la vapeur. Si on double le diamètre du cylindre , le frottement devient double , et la résistance de l'air (i) quadruple; ainsi que le vide derrière le piston, qu'il faut remplir de chaleur latente tirée de la chaudière à chaque coup de piston.

(Voyez article xn. )

Pour démontrer ces effets par un exemple supposons une machine du nouveau système , arrangée de manière que la chaudière puisse faire mouvoir un piston de 3o pouces de surface avec une force de 120 livres par pouce; 3o multiplié par 1 20 est égal à 36oo livres , charge du piston. Supposons aussi que le frot-

(1) Il faut se rappeler que l'auteur parle ici d'une machine à forte pression travaillant sans condensation. ( Traducteur. )

tement du piston dans le cylindre soit de i5o livres; il faut y en ajouter 45o autres pour la résistance de l'atmosphère, ce qui fait 600 livres à déduire de 36oo; reste donc 3ooo livres net pour la charge totale.

Supposons maintenant que le diamètre du cylindre soit porté au double ; le frottement deviendra double , ou 3oo livres, et la résistance de l'atmosphère serait quadruple, ou 1800 livres, faisant une résistance totale de 2100 livres.

La force de la vapeur serait au contraire réduite, d'après la loi de Boy le (voy. art. îvetvi), au quart : multipliant donc 120 pouces, surface du piston, par 3o livres , force de la vapeur par pouce , nous aurons 36oo pour la force qui tend à pousser le piston ; de cette quantité il faut déduire 2100 livres pour la résistance, et il nous restera i5oo livres pour la charge nette de la machine. Mais ce calcul suppose la loi de Boyle exacte , et que la vapeur soit un fluide élastique per-

CONSTR. DE MACHINES A VAPEUR. i35 manent , ce qui n'est pas vrai. Lorsque nous considérons que le vide formé derrière le piston ( voy. art. xn ) se trouve quadruplé par l'augmentation du diamètre du cylindre , et qu'il absorberait probablement toute la chaleur de la chaudière en forme de chaleur latente , nous pouvons hardiment en conclure que le piston agrandi ne serait plus capable de vaincre la résistance de l'atmosphère, et que par conséquent la machine ne porterait aucune charge , si le piston se meut avec la même vitesse dans les deux cas (i).

La force qu'un homme peut déployer pendant 8 à 10 heures par jour est suffisante pour soulever un poids de 3o livres à la hauteur de deux milles et demi par heure j la force du cheval est cinq fois aussi grande que celle de l'homme , ou capable d'élever i5o livres à la hauteur

(i) Voyez la note g à la fin de l'ouvrage.

i36 MANUEL DU MECANICIEN

de deux milles et demi, ou i320o pieds par heure. Ces données ont été constatées par un grand nombre d'expériences, et établies depuis long-temps comme base des calculs de ce genre. Partant de cette base, si nous voulons déterminer le diamètre d'un cylindre et la longueur de la course du piston qui produiront une force donnée, il faut diviser i3200 pieds par heure , par 60 , et nous trouvons 220 pieds pour la vitesse du piston par minute.

Supposons que le nombre des coups de piston soit de 36 par minute-, 220 pieds divisés par 36 donnent 6. 1 pied pour la longueur du double coup de piston, soit 6 pieds ; c'est-à-dire 3 pieds pour la course du piston, 36 coups de haut en bas, et 36 de bas en haut par minute, pour que le piston parcoure un espace de deux milles et demi par heure.

Supposons encore que le piston porte une charge moyenne de 5o livres par pouce carré de surface, au lieu de 80

CONSTR. DE MACHINES A VAPEUR. i37 (voy. articlevi), alors chaque trois pouces de surface de piston sont équivalons à la force d'un cheval.

Prenant le côté d'un carré pour unité , le diamètre d'un cercle d'égale surface est i . 1 28 ; donc , pour trouver le diamètre d'un cylindre qui doit produire la force d'un nombre donné de chevaux, il faut employer la règle suivante.

Multipliez le nombre de chevaux par 3, et la racine carrée du produit par 1 . 1 28 , le second produit sera le diamètre du cylindre; en supposant toujours que la longueur de course soit de trois pieds, et que la machine donne 36 pulsations par minute (72 fois la course).

Prenant le diamètre d'un cercle pour unité, le côté d'un carré d'égale surface sera 0.8862; donc, pour trouver la surface d'un piston, multipliez le carré de son diamètre par 0.8862, et le produit représentera la surface.

Pour produire la force d'un cheval, un piston de 3 pouces de surface doit par-

courir 220 pieds, ou 2640 pouces par minute, portant une charge de i5o; et 2640 multipliés par3, égalent 792opouces cubes d'espaceque le piston laisse derrière lui par minute, dans l'état de vide parfaitpour être rempli par la chaleur (voyez article xir). Donc, pour trouver la force d'une machine , multipliez la surface du piston , en pouces carrés, par la longueur de la course réduite en pouces, et le produit parle nombre de coups par minute ; le dernier produit sera l'espace que le piston parcourt, ou le vide qu'il laisse derrière lui , lequel divisé par 7920 donne le nombre de chevaux que la machine représente, si le piston peut supporter une charge moyenne de 5o livres par pouce.

Pour trouver le nombre de coups qu'un piston doit donner par minute, afin de produire la force d'un nombre donné de chevaux, multipliez le nombre de chevaux par 7920, et divisez le produit par le nombre de pouces cubes parcourus par le piston à chaque course , le quotient

CONSTR. DE MACHINES A VAPEUR. ^9 sera le nombre de coups que la machine doit donner par minute, portant une charge moyenne de 5o livres par pouce carré de surface.

Un cheval ne peut travailler que huit heures dans les 24 , ce qui rend trois relais nécessaires; une machine de la force de dix chevaux fera donc l'ouvrage de trente chevaux.

Les meilleures machines de Boulton et TVatt, construites d'après ce que j'appelle l'ancien système, exigent un boisseau du meilleur charbon de New-Castle ( Angleterre), des mi nés de Walker, par jour, pour chaque cheval que la machine représente. J'ai prouvé ( article iv ) que par mon nouveau système on obtiendra au moins trois fois autant de force de la même quantité de combustible, et que la machine que j'ai inventée peut être construite à moitié moins de frais.

i4o MANUEL DU MÉCANICIEN