CHAPITRE VII

67. PalBomètres. — Le pulsomètre (fig. 136) se compose de deux chambres, en forme de poire, placées debout, l'une contre Tautre. la pointe en haut. La vapeur entre par cette pointe, dans Tune ou l'autre chambre ; à cet effet, une bille ferme alternativement l'une et l'autre ouverture. Chacune des deux chambres porte un clapet d'aspiration et un clapet de refoulement ; les deux clapets d'aspiration s'ouvrent, de bas en haut, dans une cavité où débouche un tuyau d'aspiration, qui plonge dans l'eau qu'on veut élever ; les deux clapets de refoulement envoient de même l'eau dans le tuyau de refoulement. Au lieu de clapets, on emploie des boulets qui fonctionnent de même.

Quand le pulsomètre est en marche, l'une des chambres est pleine d'eau et reçoit la vapeur, dont la pression se transmet à l'eau, qui soulève le clapet et monte dans le tuyau de refoulement. En même temps, la vapeur, en contact avec l'eau et avec la fonte des parois, se condense ; cette condensation devient de plus en plus importante à mesure que l'eau descend dans la chambre, parce que les surfaces de contact de la vapeur avec l'eau et avec les parois augmentent. Comme l'orifice d'entrée de vapeur est petit, il vient un moment où cette condensation croissante produit un appel de vapeur suffisant pour attirer sur son siège la bille de distribution : elle vient boucher cet orifice et démasque celui de l'autre chambre. Une fois la première chambre ainsi isolée, la vapeur achève de s'y condenser : la pression atmosphérique pousse l'eau dans le tuyau d'aspira-

tion et remplit la chambre, en soulevant le clapet d'aspiration. Alors l'entrée de vapeur se ferme dans la seconde chambre, qui fonctionne exactement comme la première, puis les mêmes actions se reproduisent alternativement.

cm

As,.. ,

Fi». 136. — Pulsomètre; coupe verticale.

Chacune des chambres e^t munie d'un petit reniflard, dont on peut régler l'ouverture, pour laisser entrer un peu d'air au moment où la condensation se produit : cette entrée d'air amortit les chocs que produirait dans la chambre la masse d'eau brusquement aspirée; le reniflard doit être

d'autant plus ouvert que la hauteur de Taspi ration est moindre.

La pression atmosphérique fait équilibre à une colonne d'eau haute de 10 m, avec le vide par-dessus ; mais, par suite des résistances diverses au passage de Teau et de la nécessité de la faire monter rapidement dans le tuyau d'aspiration, la hauteur à laquelle un pulsomètre peut aspirer l'eau ne dépasse guère 5 ou 6 m. Quant à la hauteur du refoulement, comptée à partir de l'appareil, elle dépend de la pression de la vapeur, chaque kg par cm^ de la pression effective correspondant à une hauteur de 10 m ; comme pour l'aspiration, cette hauteur est en réalité quelque peu réduite.

La dépense de vapeur des pulsomètres est très variable suivant les circonstances de l'emploi : des essais sur un pulsomètre, aspirant l'eau à une profondeur de 3 à 5 m, et la refoulant à une hauteur de 10 à 45 m, avec des débits de 30 à 11 m^ par heure, ont donné des consommations comprises entre 100 et 250 kg de vapeur par cheval-heure effectif en eau élevée. L'eau se trouve en même temps plus ou moins chauffée par la vapeur.

S'il dépense beaucoup de vapeur, le pulsomètre a l'avantage de s'installer très facilement : on peut le descendre dans un puits avec une chaîne, en y rattachant des tuyaux flexibles. Il ne dégage pas de vapeur d'échappement. 11 est clair que si l'eau élevée doit être chauffée, la vapeur dépensée est entièrement utilisée.

68. Turbines à vapeur. — La turbine est actionnée par des jets de vapeur qui s'écoulent d'une chaudière dans un condenseur, ou dans l'atmosphère. Ces jets (dans certains cas le jet est unique) sont dirigés, par les aubes fixes d'un distributeur, sur les aubes d'une couronne [portée par un axe qu'elle fait tourner*. Gomme dans les turbines hydrauliques,

* Comme dans bien d'autres cas, le vocabulaire mécanique usuel manque ici de précision. Par turbine on désigne tantôt l'appareil

on cherche à réaliser rentrée sans choc dans la couronne mobile et la sortie avec une vitesse réduite. Car si le jet de vapeur venaitfrapper normalement les aubes de la couronne, il la ferait bien tourner en lui communiquant du travail, mais avec une perte importante résultant du choc. Pour

Fig. 137. — Tracé schématique des aubes directrices fixes et des aubes mobiles des turbines à impulsion (moitié supérieure de la figure), et à réaction (moitié inférieure); dans chaque tracé, le distributeur fixe est au-dessus de la partie mobile.

Triangles des vitesses correspondants, à rentrée et à la sortie (d'après M. Râteau) :

AO (v«), vitesse absolue de la vapeur à la sortie du distributeur; — BO (u), vitesse linéaire de la turbine ; — AB {wo) et CB (tOf ), vitesses relatives de la vapeur par rapport à la turbine, à l'entrée et à la sortie ; — CO (Vf), vitesse absolue de la vapeur à la sortie de la turbine.

éviter ce choc, on fait entrer le jet de vapeur à peu près tangentiellement aux aubes, puis il glisse sur leur surface courbe. Les conditions qui réalisent ce programme sont

complet, et tantôt seulement la partie tournante. Dans les descriptions qui suivent, la première acception seule sera employée, la partie tournante étant désignée par le nom de couronne mobile ou seulement de couronne.

simples : la vitesse du jet de vapeur sortant du distributeur étant représentée par le vecteur AO (fîg. 137), et celle du point de la couronne où pénètre ce jet par BO, AB sera la vitesse relative du jet par rapport à la couronne, et le choc est évité si AB se présente tangentiellement à l'entrée de Taube. A la sortie de la couronne, la vitesse relative est CB, tangente à l'extrémité de Taube ; la vitesse linéaire de la couronne, BC, est la même qu'à l'entrée (dans les turbines axiales) ; le triangle BCO montre que la vitesse de sortie, CO, peut être suffisamment réduite.

L'admission est totale quand le distributeur envoie la vapeur sur la circonférence entière de la couronne ; elle est partielle dans le cas contraire; parfois le distributeur n'a qu'un seul orifice.

La turbine est dite à impulsion (ou à action) quand la pression dans le jet de vapeur, à la sortie du distributeur, au moment où il pénètre dans la couronne, est tombée jusqu'à la valeur finale d'échappement; la vitesse du jet correspond alors à la chute totale de pression depuis la chaudière jusqu'au condenseur. Dans la turbine à réaction, la pression du jet, qui sort du distributeur, n'a pas encore atteint sa valeur finale, et la vitesse du jet est moindre. L'abaissement de la pression jusqu'à la valeur finale se produit pendant la traversée de la couronne.

Suivant la direction générale du fluide, on distingue les turbines axiales (ou hélicoïdes), où le jet reste toujours à peu près à égale distance de Taxe de révolution de la couronne, et les turbines radiales, divisées en centrifuges et en centripètes, suivant que le jet s'éloigne ou se rapproche de l'axe de rotation. Dans le type mixte, l'entrée dans la couronne est centripète et la sortie axiale.

De même que les moteurs à piston sont monocylindriques ou à multiple expansion, une couronne unique peut recueillir toute l'action motrice de la vapeur, ou bien on subdivise la chute totale de pression en ménageant une série d'enceintes où s'établissent des pressions décroissantes, avec

une couronne mobile entre chaque enceinte et la suivante : la vitesse du jet qui actionne chaque couronne se trouve ainsi réduite. On installe ainsi des groupes de plus de 50 couronnes successives. Par suite de rabaissement continu de la pression de la vapeur, le débit en volume va en augmentant d'une couronne à la suivante.

Le principe général des turbines à vapeur et à eau est le même, mais l'emploi de la vapeur entraine de grandes difficultés d'exécution, à cause de l'énorme vitesse du jet fluide. Dans la turbine à impulsion avec couronne unique, cette vitesse, à la sortie du distributeur, dépasse 1 000 m par seconde (pour des pressions initiales absolues de 8 et 12 kg par cm^, avec une pression finale de 0,1 kg par cm^, les vitesses sont respectivement de 1 140 et 1 200 m par seconde). La vitesse linéaire de la couronne doit être environ le tiers de celle de la vapeur* : il en résulte d'énormes vitesses angulaires, parfois de 10 000 et 15 000 tours par minute : la couronne est soumise à de grands efforts intérieurs, qui exigent l'emploi d'un métal très résistant et des procédés spéciaux de construction. L'attache des aubes doit être particulièrement soignée : parfois elles sont découpées dans la masse même de la couronne métallique. Le moindre balourd de la partie tournante aurait des conséquences désastreuses : l'arbre long et flexible de la turbine de Laval, qui se place de lui-même dans la position la plus favorable, remédie à l'effet du petit balourd inévitable, ne fût-ce que par inégalités de densité du métal, on par suite de la rupture d'une aube.

Avec l'admission partielle, on peut diminuer la vitesse angulaire, ou le nombre de tours par minute, pour une même vitesse linéaire, en augmentant le rayon de la couronne ; mais la tension intérieure de la jante reste la même, l'effort que supporte le métal par mm* étant proportionnel au carré de la vitesse linéaire ; en outre, l'augmentation du rayon

* Dans les turbines à réaction, la vitesse du jet de vapeur est moindre; néanmoins la vitesse de la couronne est plus grande, comme le montre la figure 137.

MOTEURS SANS PISTÔNà 217

accroît la perte de travail par frottement de la couronne contre la vapeur d'échappement, qui remplit Tenceinte dans laquelle elle tourne.

On a soin d'ailleurs de se tenir plutôt en dessous de la vitesse théorique de marche la plus favorable, ce qui ne réduit pas beaucoup le rendement.

En outre, l'emploi des couronnes multiples a permis de diminuer notablement le nombre de tours par minute, en réduisant la vitesse des jets de vapeur qui les actionne. On est descendu à quelques centaines de tours par minute dans certains appareils. Les engrenages réducteurs de vitesse, nécessaires avec les turbines à très grande vitesse, ont pu être supprimés.

Néanmoins, dans bien des cas, les vitesses sont encore telles qu'une augmentation notable en serait dangereuse : il est donc important que la turbine ne puisse pas s'emballer, quand la résistance qu'elle surmonte vient à disparaître ; des régulateurs doivent être convenablement disposés à cet effet. Le régulateur est d'ailleurs utile dans beaucoup d'applications pour maintenir suffisamment uniforme la vitesse de marche ; il agit par manœuvre d'un obturateur qui lamine plus ou moins la vapeur admise, ou même l'arrête complètement; Faction du régulateur se fait très rapidement sentir, car la vapeur traverse en fort peu de temps l'appareil, même composé de nombreuses couronnes successives.

La condensation est très importante pour la marche économique des turbines, car elles utilisent bien mieux les très faibles pressions de vapeur que les moteurs à piston. Elles peuvent fonctionner avantageusement avec de faibles pressions initiales, par exemple avec la vapeur d'échappement, à la pression atmosphérique, d'un moteur à piston. Dans certains cas, au lieu d'appliquer directement la condensation à un moteur à piston, il peut être avantageux de la faire suivre d'une turbine fonctionnant entre la pression atmosphérique et celle du condenseur.

Cette combinaison présente une certaine analogie avec

celle des moteurs à vapeurs combinées : la turbine remplace la machine à liquide volatil.

Les principales causes de perte de rendement de la turbine sont les frottements et chocs du jet de vapeur dans les distributeurs et les couronnes, la force vive du jet qui quitte les couronnes avec une vitesse réduite, mais non pas nulle, le frottement des couronnes dans la vapeur d'échappement, enfin les fuites de vapeur, qui ont une importance assez grande. Lorsque la turbine est à réaction, il se produit une perte spéciale de vapeur par la fuite au joint : comme la pression dans la veine qui sort du distributeur, pour entrer dans la couronne, est plus élevée que la pression finale qui règne dans l'enceinte où tourne la couronne, une nappe de vapeur s'échappe par le vide ou joint qui existe nécessairement entre la partie fixe et la partie tournante. Cette fuite au joint ne se produit pas dans le fonctionnement à impulsion.

En outre, les turbines multiples ont leurs couronnes montées sur un axe commun : entre deux couronnes successives existe une enceinte fixe, qui reçoit la vapeur de la couronne d'amont pour la distribuer sur la couronne d'aval. Or on n'arrive pas à rendre étanches ces enceintes. Le montage des couronnes peut être fait sur un tambour (fig. 138, partie gauche), comme dans la turbine Parsons : en a, a... sont les couronnes fixées au tambour, et en 6, 6... les distributeurs qui les séparent, attachés à l'enveloppe extérieure fixe : une fuite, indiquée par des flèches, se produit entre ces distributeurs et le tambour. Dans le montage multicellulaire des turbines Râteau (partie droite 'de la figure), les différentes couronnes sont des disques montés sur un arbre de faible diamètre, et les distributeurs, fixés à l'enveloppe extérieure, sont munis de cloisons qui s'étendent jusqu'à l'arbre : la fuite, entre ces distributeurs et l'arbre, se fait en c, c... par une fente circulaire de bien plus petit diamètre que dans le cas précédent. Par contre, l'augmentation de surface des couronnes relève un peu la perte par frottement

HOTBURS SANS FISTONS

dane la vapeur, mais, d'après M. Râteau, cette pert« ne dépasse pas S à 4 p. iOO de la puissance normale sur des types de 500 chevaux.

tm.k..s..

m^Ylrç f

La théorie montre que le travail que pourrait donner un kg de vapeur, s'écoulant de la chaudière au condenseur en traversant une turbine parfaite, est précisément le même que pour la machine à piston idéale fonctionnant entre les mêmes pressions extrêmes, , suivant le cycle théorique (g 28) ; aucun des deux systèmes n'a donc d'avantage théorique intrinsèque sur l'autre. On peut mesurer le travail effectif que donne une turbine, à l'aide d'un frein dynamométrique, ou plus simplement le travail utile produit par un groupe électrogéne ou par une turbine-pompe ; mais on ne peut guère mesurer dans la turbine l'équivalent du travail indiqué du moteur à piston.

Certaines turbines, de grande puissance, arrivent à être

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