MACHINES A BALANCIER

Les iivantages que nous venons d'énuraérer s ob-

leruiHfit dans les machines du Cornwall par des dispo-

^i lions >4>uvent décrites; le caractère spécial de ces

uttcûuins étant une distribution mue par une ou deux

i.05i planches LXV et LXVI représentent le détail du

**)tiuateiur d'une de ces machines, exemple déjà bien

Ktt'«K {Miis4[u on y a reproduit à peu près dans tous

^^ ueidti^ la machine construite en 1833 dans les ate-

*.'«> ae I haiUol, mais qui nous parait très-supérieure,

•^iiur âi^)siiion et comme élégance, à la plupart des

-«i&ta4Miurs i|ui ont été construits depuis cette époque.

^«ut -« »* uMciiiues du Cornwall, comme pour celle de

^w iiki auvent remonter aux types anciens, si

à;, ^•'lii rHTOUver les formes les mieux étudiées et les

4 « â^nctiMiAiiiiit'eyi obtenue par ce régulateur comme 4iftT^«^-c%^«ii£V8s aumoyen do la soupape d'admis- ^^4 '•«t9U4*>^i: «^ iiiston, de la soupa|)e d équilibre,

qui met en communication le dessus du piston et le dessous, de manière à permettre la descente de la maîtresse tige, et de la soupape d'exhatistion, qui conduit au condenseur la vapeur passée en dessous du piston. Ces trois soupapes sont du système Hornblower.

Chaque soupape est gouvernée par un arbre spécial qui porte : 1** line manivelle reliée par une tringle et un levier à la soupape qu'il gouverne; 2® une manivelle à laquelle est attachée une tringle, qui porte un contrepoids assez lourd pour soulever la soupape; 3° un enci iquetage ou quart de cercle, qui sert à accrocher la soupape sur un galet, fixe dans sa position naturelle, mais qui peut être soulevé par les leviers de la cataracte; 4^ une manette servant à gouverner la soupape îx la main, et à raccrocher les encliquetages au moyen €le taquets placés sur la poutrelle.

La soupape d'admission est gouvernée par deux petites manettes et deux longs taquets, dont le mécanicien peut régler la position à Taide d'une vis; ce dispositif permet de déterminer la fermeture de la soupape à tout moment de la course, et par conséquent de régler la détente.

Lorsqu'on s'est rendu compte de ces détails, on voit que les organes du régulateur ne sont pas aussi com pliqués qu il semble au premier abord. Quatre organes se répètent trois fois pour les trois soupapes. L'arbre delà soupape d'exhaustion porte de plus une manivelle qui commande la soupape d'injection d'eau dans le condenseur.

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tion, le condenseur agit et le piston tend le balancier sur la maîtresse tige. Un moment après (moment dont la durée se trouve réglée par la vitesse de descente du piston de la cataracte), l'admission est ouverte et le piston moteur part vivement. Les longs taquets 1 1 ferment cette admission au cinquième et quelquefois même au dixième de la course, qui s'achève sous l'effort de la détente et du condenseur.

Une machine de 2",30 de course, comme celle qui est représentée, peut donner dix coups de piston par minute; elle fonctionnera dans de meilleures conditions en n'en donnant que huit. L'irrégularité des vitesses est précisément favorable au mouvement imprimé à la colonne d'eau, dont l'aspiration obtenue par un départ très-vif s'achève avec une vitesse décroissante, et dont le refoulement se fait avec une vitesse modérée de 1 mètre à 1",50 par seconde.

Grâce à ces dispositions, la machine d'épuisement fonctionne avec une économie de vapeur d'autant plus remarquable qu'elle doit vaincre à chaque oscillation l'inertie d'un poids énorme de tiges.

Le balancier moteur est la pièce caractéristique du système à balancier, celle qui établit sa différence principale avec le système à traction directe. Nous donnerons donc quelques détails sur les conditions de sa construction. Le balancier représenté planche LXIX est précisément celui qui a été adopté pour la machine dont le régulateur vient d'être décrit.

Ce balancier est formé de deux flasques réunies par

— »70huit gros boulons leiTés sur des entrrtoises, dont les positions sont indiquées sur rélération figure 1; les moyeux fortement renflés de œs deux flasques sont en outre calés sur Taxe central. Le balancier ainsi monté reçoit ensuite les axes auxquels sont suspendus les deux parallélogrammes qui supportent, l'un la lige du piston moteur, et lautre la maltresse tige des pompes.

bans la pluprt des cas les deux flasques sont inégales, parce qu'on donne au piston moteur une course un peu plus grande que celle des pompes. Ainsi, pour l'exemple indiqué, la course du piston moteur est 2*,30, tandis que celle des pompes est de 2 mètres seulement.

Les extrémités du balancier sont encore pourvues de deux fortes traverses en fer, destinées à limiter leur course. Lorsque la course normale est franchie, ces deux traverses rencontrent les sommiers horizontaux passés dans les paliers qui supportent Taxe central. Ces sommiers sont composés chacun de deux fortes pièces de bois superposées, la pièce supérieure se trouvant évidée en dessous à chaque extrémité, de manière à former un ressort qui reçoit les chocs.

Les axes destinés aux petites suspensions des parallélogrammes, à la poutrelle du régulateur, à la tringle de la pompe à air et à celles des pompes alimentaires complètent le balancier. Chacun de ces axes est calé dans des renflements de la nervure médiane.

Nous avons si souvent remarqué des balanciers dont les proportions étaient défectueuses, que nous croyons devoir recommander celui qui est représenté par la

— Î71 planche LXIX, sous le double rapport de la disposition générale, et surtout des proportions qui existent entre les hauteurs et les longueurs des flasques. Ce balancier a été dessiné' par Trewitick, et pour huit machines construites sur ce modèle, nous n'avons jamais appris qu'un balancier ait été brisé; tandis que leur fréquente rupture est un des arguments invoqués en faveur du système de machine d'épuisement à traction directe.

On a quelquefois construit des balanciers en tôle, avec fers d'angle pour former les nervures, et Ion s'en est bien trouvé. Ce mode de construction serait donc une réponse à toutes les craintes émises sur la solidité des balanciers, si réellement cette solidité ne pouvait ôtre obtenue par un judicieux emploi de la fonte, ce qui doit être considéré comme démontré par de nombreux exemples.

lorsque dans l'établissement d'une machine d'épuisement, moteur, tiges et pompes, on reproduit toutes les conditions favorables de ces machines, on peut espérer les résultats obtenus au Cornwall. Nous disons espérer, car dans des appareils aussi complexes, on ne peut jamais avoir la certitude d'atteindre une perfection qui résulte le plus souvent d'une marche successivement améliorée par une longue pratique et par de nombreux tâtonnements.

En 1850, on monta aux mines de Bleiberg des machines d'une très-grande puissance. Les ingénieurs des ateliers de Seraing entreprirent la construction de ces machines et crurent pouvoir promettre quen em-

ployant tous les perfectionnements des meilleurs types de Cornwall, ils obtiendraient en même temps les résultats les plus économiques.

La première partie de ce programme fut certainement accomplie; les machines sont telles qu'on n'en peut citer de plus parfaites. Une de ces machines est représenté planche LX. Mais les conditions économiques de la marche furent contestées; une discussion s'ensuivit, et les machines furent soumises à une expertise du plus grand intérêt.

II s'agissait en effet de savoir si dans les machines les plus puissantes qui aient encore été appliquées à l'épuisement, sur le continent, après Vétude la plus minutieuse des machines du Cornwall, et après avoir introduit dans la construction des machines et des colonnes d'épuisement tous les perfectionnements connus, on avait réalisé tout ce qu'il était convenable d'exiger du constructeur; ou si on pouvait lui reprocher ce que Ton regardait comme un excès de consommation de combustible. Une Commission fut désignée , et le rapport que nous transcrivons ci-après aura l'avantage de répondre aux questions posées et de préciser les conditions de puissance remarquable dans lesquelles furent construits ces deux puissants appareils.

Il s'agissait aussi de déterminer par des expériences faites avec tous les soins possibles, en présence des hommes Icsjplus compétents, ce que consommaient les machines du Cornwall, car déjà beaucoup d'ingénieurs révoquaient en doute les résultats annoncés, qui repo-

saient uniquement sur les assertions des ingénieurs anglais. Nous croyons donc utile de citer les procès-verbaux de ces expériences dans tous leurs détails.

Procès-verbaux de la Commission contradictoire.

Les soussignés J. Galpin, V. Duval, Bellefroid et Trasenster, désignés respectivement par les Sociétés du Bleiberg et John Cockerill, pour constater l'eôet utile de la machine d'épuisement de la mine du Bleiberg et la consommation de combustible, se sont réunis à cette fin à la mine du Bleiberg^ les 11 décembre, 7 et 8 janvier 1851.

MM. Ducoulombier, directeur-gérant. Goret, ingénieur de la Société du Bleiberg^ et Briahnont, ingénieur de la Société John GockeriU, ont été présents à toutes leurs délibérations et ont assisté à leurs opérations.

Dans leur première séance, après avoir établi que le premier point à constater était la quantité d'eau réellement et pratiquement fournie par les pompes, ils ont reconnu que, dans Tétat des choses, il n'y avait aucun moyen direct de déterminer cette quantité ; que, d'un autre côté, il était impossible de se mettre d'accord sur l'adoption d'un coefficient approximatif ; en conséquence, ils ont décidé d'ajourner leurs opérations jusqu'à ce que l'on eût étabh les moyens nécessaires pour procéder à un jaugeage dbect.

Ds ont été d'avis qu'il était nécessaire de prolonger la colonne des pompes jusqu'à la surface et d'y placer un vase en tôle d'une capacité de 25 mètres cubes environ, pouvant contenir au moins le produit de dix coups de piston, et dont la contenance serait constatée au besoin par empotement, au moyen d'une mesure d'un mètre cube en tôle.

Pour constater le nombre de pulsations de la machine, ils ont été d'avis de placer trois compteurs sur le balancier.

Ils ont ajourné la suite de leurs opérations, jusqu'à l'époque où toutes ces dispositions seraient exécutées.

Le 7 janvier^ tout étant terminé, ils se sont réunis de nouveau.

Ds ont constaté que la colonne d'eau avait été prolongée de 15 mètres pour amener les eaux au niveau du bord d'une cuve cylindrique en tôle de 3",45 de hauteur intérieure munie d'une soupape de décharge. Les eaux se versaient dans un chenal en bois muni de deux vannes permettant de donner accès à volonté soit dans la cuve, soit dans le canal de l'établissement. Une mesure de 1 mètre cube placée à Torifioe de la cuve était destinée à servir au besoin à la jauger par empotement. C'est ce moyen qui a été employé d'abord; mais de légères fuites à la soupape inférieure de la cuve ayant fait craindre pour l'exactitude du résultat^ ils ont procédé à une vérification au moyen d'un jaugeage métrique, en mesurant six sections de la cuve à diverses hauteurs, chacune d'elles étant obtenues en prenant la longueur de quatre diamètres différents. Ils ont déduit le volume de la soupape et des clous qui faisaient saillie dans la cuve, et, pour la capacité de la cuve au-dessus du fond concave toujours rempli d'eau au commencement de chaque opération^ ils ont obtenu 25 •"», 145.

Ces dispositions prises, ils ont mis chacun de leur côté des personnes de confiance pour manœuvrer les vannes, observer exactement la longueur et la course du piston et recueillir une petite quantité d'eau qui s'échappait par les joints de la vanne fermée pendant le jaugeage.

Après quelques essais préliminaires pour parvenir à obseiver avec précision, on a commencé le jaugeage.

A cet effet, on a recueilli chaque fois dans la cuve le produit de onze coups de piston.

Trois essais ayant donné des résultats parfaitement concordants, les soussignés ont été d'avis que le nombre de ces essais était sufliwmt pour constater avec exactitude le produit des pompes.

Dans le premier essai, la course moyenne a été de 2",85, le volume <reau débité de âi^SGGl). Le volume engendré par les pistons étant de 24,022, l'excédant du volume extrait sur le voluinn thj'oriffue a été de il Jilres.

Dans le deuxième essai, la course étant la même, le volume d'eau a été de U^^Ml; Texeédant a été de 33 litres.

Enfin, dans le troisième essaie la course a été de 3°*,8B, le volume d'eau de 24"'^,897, et le volume théorique de Ufi^i ; soit un excédant de 46 litres.

Les trois essais ayant ainsi donné pour le produit des pomper un léger excédant sur le volume engendré par les pistons, Jes soussignés ont été imaqimemeut d*avis que ce dernier volume pouvait être adopté comme représentant l'etfet donné par les pompes. Ce point résolu, les experts ont à déterminer ]a consommation de combustible. Mais M- le directeur du Bleiberg et MM. Galpin et Duval ayant témoigné le désir que pqjir faire ces essais, on réunit de nouveau les eaux sur la galerie d'écoulement, tant pour éviter un surcroit de dépense de con^bustible que dans la crainte que la masse d'eau versée an jour ne nuisît aux fondations des diverses constructions qui entourent le puits, les représentants de la Société John Cockerill ont déclaré ne pas s'opposer à ce que les choses fussent remises dans Tancien état, avant de procéder aux essais sur la consommation de combustible. En conséquence, il a été décidé que ces essais commenceraient le lendemain, aussitôt que cette condition serait exécutée.

Le 9 janvier 1851, les experts soussignés se sont réunis de nouveau en présence de MM. Ducoulombier, Brialmont et Goret, et ils ont arrêté les mesures suivantes pour déterminer la consommation de combustible de la machine du Bleiberg.

1*» Le nombre de pulsations du piston sera constaté au moyen du compteur de rétabhssement, scellé par les experts, son exactitude ayant été suliisamment reconnue , tandis que les deux autres compteurs qui devaient fonctionner simultanément ont été reconnus défectueux.

2° L'amplitude de la course du piston sera constatée une fois toutes les heures, ainsi que le nombre de pulsations, et cela coutradictoirement par des représentants des deux sociétés.

3* Le pesage du charbon se fera au moyeu d'une balance de

J 'établissement dont Texactitade a été vérifiée par les experts. Le charbon pesé au magasin, en présence d'employés des deux Sociétés, sera amené ensuite devant les foyers.

Ces dispositions arrêtées et la machine ayant acquis sa marche normale, les observations ont commencé à deux heures de relevée. Les experts ont observé le nombre de pudsations indiqué par le compteur : il était de trois cent soixante-cinq. C'est ce nombre qui a été pris pour point de départ.

En même temps^ ils se sont assurés qu'il n'existait pas de charbon non pesé devant les foyers ; ils ont constaté que les grilles des quatre foyers en activité étaient chargées d'envijron 0°,10 de charbon, dont la combustion était fort avancée, que le manomètre indiquait une pression de 1°*,42 de mercure, et que le niveau de l'eau dans les quatre chaudières était respectivement de 0^ à 1/2, à 1 et 1 1/2, division de Tindicateur.

g^Le 15 janvier 1851, les experts soussignés se sont réunis de nouveau à l'établissement du Bleiberg, en présence de MM. Ducoulombier. Goret et Brialmont, pour examiner le résultat des observations faites depuis le 9 janvier précédent.

Les observations relevées par MM. Duval et Franck, conformément aux résolutions arrêtées par les experts, attestent que, depuis cette époque, la machine a marché avec une régularité parfaite, et que, sauf une interruption due à l'ouverture intempestive d'un robinet de chaudière par un jeune ouvrier, elle a fonctionné d'une manière continue.

Ces observations attestent également que la consommation n'a varié que dans d'étroites limites aussi bien en comparant les résultats obtenus d'un jour à l'autre qu'en ayant égard aux résultats des essais préliminaires.

En conséquence, les soussignés, d'un commun accord, ont cru inutile de prolonger la durée des essais, les résultats des six jours écoulés leur donnant toute garantie de précision, tandis que la prolongation occasionnerait à la Société du Bleiberg des dépenses sans but utile.

D résulte des observations recueillies que le nombre des le-

vées dn piston après des intervalles de vingt-quatre heures environ et les chiffres de la consommation correspondante en charbon en roches de Seraing^ concassé à la grosseur usitée dans le Cornwall, sont respectivement :

Nombre d'hearei écouléei.

Nombre de levéei.

ConiommatioD en kUogr.

L'interruption étant survenue le 13 au soir, on n'a pas tenu compte régulièrement de la consommation depuis le 13 à quatre heures de relevée jusqu'au 14, à neuf heures et demie du matin; à ce moment, les feux, Teau et la pression ayant du être ramenés à rétat observé au moment de Tarrèt.

Depuis ce moment jusqu'au 15 à deux heures trois quarts de relevée, la machine pour un intervalle de vingt-neuf heures un quart a donné 11,328 pulsations et a consommé 9,223 kilogrammes de charbon.

n résulte de ces données que la machine ayant fonctionné pendant cent vingt-sept heures quinze minutes a donné 50,043 pulsations et a consommé 43,118 kilogrammes de combustible.

La course des pompes s'est maintenue, pendant toute l'opération, à 2»,85, et la hauteur eflfective de la colonne d'eau à 71«,50.

Le résultat de ces chiffres est que la machine a donné un effet utile moyen de 234 chevaux et que la consommation par force de cheval et par heure a été, en moyenne, de lk'',448.

Un des résultats remarquables de cette expertise est la constatation du rendement des pompes qui s'est trouvé supérieur au rendeùient théorique. Il y a longtemps que le fait avait été reconnu pour les pompes

élévatoires, et il s explique dans ce cas par la vive impulsion donnée à la colonne d'eau et la direction rectiligne de cette colonne; mais il s'agit ici d'une pompe foulante qui fait subir à la colonne deux plis à angles droits, et il est important de constater que malgré cette* condition défavorable, on peut, avec des pompes bien construites, obtenir un rendement égal au rendement théorique.

Le cylindre à vapeur de la machine du Bleiberg, planche LX, a un diamètre de 2",67 (surface 5°**,5990); la course moyenne étant de 3",65 ; le rapport des bras du balancier étant 6,4:5, la course des pompes est 2",85.

La vapeur étant à la pression de 2 atmosphères t^

dans les chaudières, la pression initiale dans le cylin-

dre était de 2 atmosphères j^r^, ainsi que l'indique le

diagramme, planche LXIL L'admission était fermée après 0°,70 de la course du piston, le reste s'achevant sous l'influence de la détente et du condenseur, de telle sorte que la vapeur occupait à la fin de la course un espace égal à cinq fois son volume primitif.

Dans ces conditions (voir le portefeuille Cockerill), le travail total par pulsation a été évalué à 259,371 kilogrammètres.

La pompe à air a 1",52 de diamètre et une course de 1°',40; le volume d'un coup de piston est donc de 2™^540. La pression moyenne dans le condenseur est de 0^",074 par centimètre carré, ce qui représente une

contre-pression moyenne de 5**,5990 x 0^'\01i X 3,65 = 15121 kilogranimètres à déduire de I effet utile total de 259,371 kilogrammètres. Il reste donc 83,181 kilogrammètres employés à vaincre toutes les résistances passives, pendant la double course de la machine; résistances dont on trouvera Tévaluation détaillée dans le portefeuille Cockerill.

Le rapport des experts ayant constaté 50,043 pulsa-

tions en 127 heures 15 minutes, on a obtenu 6 -j^^ pulsations par minute, ce qui représente un effort de 377 chevaux.

Le travail utile représenté par la mesure de Veau fournie par onze coups de piston (24,669 litres) était de

24,669 --« Kr^ /.KK -^j— X 71^50 X 655

— = 234 chevaux.

X60 75 Le rapport de leffort produit par la machine à Teffet

utile a donc été ^ = 0,621.

Cet effet utile n'est pas aussi considérable qu'on aurait pu le supposer pour une machine dont tous les détails ont été étudiés et exécutés avec autant de soin ; mais il faut remarquer que, dans les conditions où les essais ont été faits, la machine n'était pas employée à sa force réelle. Or, on sait qu'une machine qui ne travaille pas à toute sa force se trouve dans des conditions d'autant plus défavorables que la différence entre cette force et le travail effectué est plus considérable. Ce-

pendant cet excès de force est un inconvénient presque général pour les machines au moment où elles sont montées; on doit prévoir, en effet, un certain approfondissement du puits d'exhaure. Pour le cas particulier du Bleiberg, on nous assure que l'approfondissement des puits a déjà eu pour effet d'augmenter Teffet utile des machines dans une proportion notable.