VAPEUR
à peu près comparables, sous le rapport de la dépense de vapeur, aux meilleurs moteurs à pistous.
L'action de la vapeur dans une turbine produit une poussée suivant l'axe, qui doit être équilibrée par une butée convenable ou par un piston sur lequel s'exerce la pression de la vapeur. Si l'appareil commandé directement par la turbine exerce aussi une poussée axiale, comme une pompe
Fig. 139. — Turbine Parsons n
c marche arrière.
3 deux e seule
centrifuge, ou une hélice de navire, on oppose li poussées l'une a l'autre, de sorte que leur diFTérem reste à équilibrer.
Pour l'application de la turbine à la commande de l'bélice des navires, le changement de marche est nécessaire. On l'obtient en montant sur un arbre unique deux groupes de turbines, disposées pour tourner en sens inverse ; la vapeur est admise dans un des groupes seulement, l'autre tournant à vide dans la vapeur d'échappement. La marche arrière est d'ailleurs produite par une turbine moins importante que la marche avant (fig. 139). Pour gagner de la place, on nionle la turbine de marche arrière à l'intérieur de la turbine principale (fig, 140).
La turbine de Laval (fig. 141 à 143) a une couronne unique, qui reçoit la vapeur d'un ou de plusieurs ajutages. Elle fonctionne à impulsion. La vitesse de rotation, très grande, est réduite au dixième par des engrenages de construction remarquable. La figure 143 montre que l'ajutage est divergent, ce qui, à première vue, semble devoir diminuer la
Fig. 140. — Turbine Parsons marine, lélescopique : la turbine de marche arrière est à l'intérieur du tambour de la turbine principale, et reçoit la vapeur piarle tuyau r. Les parties a et p sont fixes ; le tambour o Tait tourner l'arbre et porte li a l'intérieur.
vitesse du jet de vapeur, en augmentant la section transversale. En réalité, avec des proportions convenables, l'évasement permetau jet de vapeur de prendre toute sa vitesse. Il faut, en efi'et, que la pression dans le jet de vapeur tombe jusqu'à être égaie à celle qui règne dans le condenseur, mais cette chute de pression de la vapeur est accompagnée d'une grande augmentation de volume ; on doit donc offrir au fluide détendu une section de passage assez grande.
La turbine Parsons (fig. 144) se compose d'un grand, nombre de couronnes successives formant plusieurs groupes de diamètres croissants. L'attache des distributeurs fixes à l'enveloppe extérieure et des aubes mobiles à un tam-
bour que porte l'arbre se voit figure 138. Des pistons équilibrent ia poussée produite par la vapeur. Grâce au grand
. — Turbine de Lava] ; ensemble. A droite, enveloppe de la le mobile; ù gauche, enveloppe de l'engrenage; surl'exlrémité gauche de l'arbre, poulie motrice.
nombre des couronnes, la vitesse de la vapeur guère en aucun point 300 à 3S0 m par seconde. Le fonctionnement est à réaction. Certaines turbines Parsons ont une puissance de 5 000 chevaux.
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aai UANUEL DE LA MACHINE A VAPEUR
Pour la propulsion des navires, on fait usage de trois
Pig. 1«. — Coupe de l'ajulage dialributeur de ta turbine de Laval.
B, bslls t iipeur ; — F. poKioo d« U coop
Fig. IW. — Turbine Parsons; coupe longitudinale, [.^s distributeurs adhèrent aux enveloppes fixes ; les couronnes mobiles sont portées par les tambours monléa sur l'arbre. Ces couronnes forment plusieurs séries successives de diamètres croissants La vapeur est admise par la tubulure horizontale dessinée en ponctué; en A est une admission supplémentaire occasionnelle au second groupe de couronnes. L'échappement au condenseur se fait â droite. B„ B„ B„ sont des pistons d'équilibre de la poussée suivant l'axe due aux couronnes (d'après M. Stodola, dans la Revue de mécanique, fév. ISOt).
arbres d'hélice ; la turbine de l'arbre central reçoit la
g3U UAMJEL DE LA MACHINE A VAFEL'R
vapeur de la chaudière, puis l'envoie aux turbines des deux arbres latéraux, d'où elle s'échappe au condenseur.
La ligure 143 représente un groupe électrogène formé d'une turbine Parsons et d'un alternateur.
La turbine Kateau (fig. 146] fonctionne à impulsion. La figure 1.18 montre la disposition multicellulaire de ces turbines, adoptée pour réduire les fuites. L'admission est partielle
Fii;. 146. — Turbine Hateau; la vapeur circule de gauche a droile. Les distributeurs lixes sont moulés dans des cloisons qui s'étendent Jusqu'à l'arbre de I appareil : les couronnes mobiles tournent entre ces cloisons.
sur les premières couronnes et totale sur les dernières, qui ont d'ailleurs un plus grand diamètre : cette disposition est justifiée par l'augmentation du débit en volume de la vapeur, à mesure que la pression diminue.
La turbine à vapeur se prête à la commande directe de ventilateurs et de pompes centrifuges, à rotation rapide, donnant par suite de fortes pressions d'air et de grandes hauteurs de refoulement. On peut d'ailleurs multiplier ces pressions et ces hauteurs, en installant plusieurs ventilateurs ou plusieurs pompes en succession sur un arbre unique, dans une enveloppe commune. Ces dispositions sont de nature à étendre beaucoup les applications de ces appa-
reîls, qui ont le mérite d'être petits pour une grande puissance.
69. iDjectewa. — L'injecteur, qui sert à l'alimentation des chaudières, est une machine élévatoire où l'eau est directement entraînée par la vapeur. La ligure 147 montre à quelle simplicité il peut être réduit : la vapeur motrice s'écoule par la tuyère n, quand on ouvre un robinet de prise ;
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trop plein dans le pïaD cd; — p, di-
l'eau pénètre autour de cette tuyère, et se trouve entraînée dans le mélangeur o, où la vapeur se condense, en partie du moins. Le jet rapide lancé par le mélangeur pénètre dans l'embouchure du divergenl p, à embouchure évasée, dont la section va ensuite en augmentant. Kntre le mélangeur et le divergent, le jet lluide traverse un espace dit (rop-ptem, en libre communication avec l'atmosphère, par une ouverture dans l'enveloppe de l'appareil (non visible sur la figure). Ce trop-plein est nécessaire pour le dégagement de la vapeur et de l'eau au moment de ta mise en marche ; sans cette ouverture, ïamorçage no se produirait pas. Le jet sortant du mélangeur se trouve donc soumis à la pression de l'atmosphère. L'évaaement du divergent en
diminue la vitesse, par suite de raugmentaiion de la section transversale ; en même temps, d'après une loi du mouvement des fluides, la pression augmente, de sorte qu'elle dépasse celle de la chaudière qu'on veut alimenter et y pénètre, en soulevant le clapet q, qui empêche la vidange lors de Tarrêt de l'injecteur.
En lançant, à l'aide d'une pompe ordinaire, un jet d'eau froide suffisamment rapide dans l'embouchure du divergent, on pourrait faire pénétrer de même cette eau dans une chaudière à haute pression.
L'injecteur GifTard {fig. 148) est muni d'une aiguille centrale, réglable à la main, de manière à ouvrir plus ou moins le passage de la vapeur. En outre, la tuyère elle-même, avec l'aiguille, peut être déplacée de manière à faire varier, entre son extrémité et la paroi du mélangeur (dit aussi chambre et cheminée), la section de passage de l'eau. Cet injecteur est de la catégorie des appareils aspirants, qui peuvent prendre l'eau dans une bâche inférieure, tandis que d'autres ne fonctionnent que s'ils la reçoivent en charge. Pour l'amorçage, on ouvre légèrement la tuyère à l'aide de l'aiguille, et le jet de vapeur commence par aspirer Tair, ce qui produit l'élévation de l'eau.
La dimension caractéristique d'un injecteur est le diamètre du divergent à sa partie la plus étroite, d'où dépend le débit.
Les qualités principales des injecteurs, dont il existe des types nombreux, sont les suivantes :
Facilité de la manœuvre et sûreté de l'amorçage ;
Fonctionnement avec de l'eau tiède : certains injecteurs prennent encore de l'eau réchauffée à 50°, mais cette température ne peut guère être dépassée ;
Débit variable à volonté ;
Fonctionnement sous des pressions diverses ; toutefois, autant que possible, l'injecteur doit être établi pour la pression normale d'emploi ;
Simplicité delà construction et facilité de l'entretien»
MOTEDBS SANS PISTONS 229
Un détail intéressant est l'évasemenl de la tuyère à vapeur de certains injecteurs (fig. 149), dont la raison a été
indiquée au paragraphe précédent. L'écoulement se fait i< à peu près bous la pression atmosphérique.
Le débit do chaque injecteur est variable enti% certaines limites, qui dépendent de la pression de la vapeur et de la
température de l'eau d'alimentation. Sous une pression effective de 10 kg par cm^ l'eau étant froide, certains injec-
leurs, à divergent de 9 mm, atteignent des débits de 175 litres par minute.
L'ouverture de trop-plein donne lieu à une aspiration de Tair, qui est refoulé dans la chaudière. Cet air nuit au fonc-. tionnement des machines à condensation; c'est en outre une cause d'altération des tôles de chaudières. On évite cette aspiration en munissant le trop-plein d'une soupape automatique, qui ne s'oppose pas au dégagement extérieur de l'eau et de la vapeur, mais empêche la rentrée d'air en sens inverse.
L'injecteur ne perd par refroidissement extérieur qu'une très petite quantité de chaleur, quand le trop-plein ne laisse dégager ni eau ni vapeur : presque toute la chaleur de la vapeur qu'il reçoit échauffe l'eau d'alimcntion, parfois à plus de.lOO^ et la refoule. Il ne faut pas en conclure que l'injecteur est une machine thermique ayant un rendement extraordinaire : en réalité, l'injecteur dépense beaucoup de vapeur, mais sans la perdre parce qu'elle sert à échauffer l'eau d'alimentation. De même une machine élévatoire quelconque qui refoulerait son eau de condensation ne perdrait pas de chaleur.
Pour l'alimentation des chaudières ordinaires, non munies de réchauffeurs, ce chauffage préalable de Teau au moyen de la vapeur n'a pas d'inconvénient, puisqu'il faut toujours fournir à l'eau -les calories nécessaires, soit après, soit avant l'entrée dans la chaudière; il y a même avantage,, pour la conservation et la bonne marche des générateurs, à ce que l'eau y pénètre chaude. Mais avec un réchauffeur qui épuise toute la chaleur des gaz de la combustion, et qui échauffe l'eau à l'aide d'un sous-produit des foyers, autrement perdu, l'injecteur cesse d'être économique. Comme simple machine élévatoire, il serait détestable.
La pression de la vapeur, qui met en action un injecteur, peut être inférieure à la pression dans le générateur alimenté. Il suffît qu'elle produise avec l'eau d'alimentation une veine fluide animée d'une vitesse convenable. Si deux chaudières voisines fonctionnaient à des pressions diffé-
MANUEL DE LÀ UÀGHtNÉ A VAPEUR
rentes, la vapeur pourrait être prise, pour l'alimentation, sous la pression la plus faible.
Cette circonstance se présente rarement ; mais le principe est appliqué dans Vinjecteur à vapeur d'échappement, La vapeur, qui s'échappe d'une machine sans condensation, s'écoule avec une vitesse suffisante pour donner avec l'eau une gerbe qui peut pénétrer dans une chaudière dont la pression n'est pas trop élevée.
Fig. 150. — Éjecteur: coupe longitudinale.
Une portion de la vapeur, rejetée par la machine, produit ainsi le travail de refoulement de l'eau dans la chaudière et l'échauffé.
Les injecteurs à vapeur d'échappement peuvent alimenter les chaudières à pression modérée, 5 à 6 kg par cm^. Pour les pressions plus élevées, on les complète par l'addition d'une tuyère supplémentaire recevant la vapeur de la chaudière. Ces appareils se sont peu répandus, parce que l'emploi de rinjecteur à vapeur d'échappement seule est assez limité, et parce que l'envoi dans les chaudières des matières grasses, entraînées hors des cylindres par la vapeur, est une cause d'altération des chaudières, et présente même un certain danger.
70. Éjectenrs. — L'éjecteur a une certaine analogie avec Tinjecteur : il est disposé pour de grands débits avec de faibles hauteurs d'élévation. Le jet de vapeur (fig. 150) entraîne Teau à élever et la lance dans un divergent, d'où part le tuyau de refoulement. L'échauffement assez fort de Teau augmente beaucoup la dépense de vapeur. L'éjecteur n'est guère employé que comme appareil de secours, à cause de la grande facilité de la mise en marche.
D'autres éjecteurs servent à l'aspiration de l'air par la vapeur ; les souffleurs et les échappements de locomotives sont analogues en principe.
