Première machlae * air ehaiid d'ErieMMi. — Un Américain

le capitaine Ericson, parait èlre le premier inventeur qui soit arrivé à construire une machine à air chaud réellement pratique. La machine Ericson a été appliquée en Amérique dans plusieurs circonstances, et notamment comme machine de bateaux. Nous empruntons à une brochure publiée en 1854, par M. Lissignol, ingénieur au Havre, la description d'une machine dont la puissance devait être de 10 chevaux.

Un piston moteur P (fig. 20) se meut dans un cylindre A dépourvu de couvercle à la partie supérieure et dont le fond a une forme convexe. Le dessous du piston a lui-même une forme exactement semblable. Il est formé d'une enveloppe métallique remplie de plâtre pour éviter les refroidissements.

Ce piston P commande, au moyen de deux tiges U, un second

150 HËCANIQUE [NDUSTRIELLE.

piston P' dont la surface n'est que les » de celle du piston P et

qui se meut dans un cylindre B dont ie foud inférieur est dépourvu de couvercle et dont le fond supérieur est muni de deux sou-

papes K, L. La soupape K communique avec l'atmosphère et ouvTe de dehors en dedans du cylindre. La soupape L communique avec un tuyau de conduite M M, el ouvre de dedans en dehors du cylindre. Il est facile de comprendre que l'ensemble du cylindre B et du piston P' n'est autre chose qu'une pompe aspirante et foulante

DES HACniNES A AIR GHArD. 151

qui puise de l'airdans l'almosphèrc et le refoule dans le tuyau MM.

Ce tuyau descend verticalement jusqu'à la base de la machine et communique avec un réservoir fermé R placé sous le fourneau. Un branciiemenl Q met le tuyau MM en communication avec une boite en fonte C. Le rAle decette boite que nous appellerons le r^jl^nératew, est très-important. Elle est munie & la partie supérieure de deux soupapes S, S'. La soupape S est placée à l'oririce du luyau Q, elle ouvre de dehors en dedans de la boite. La soupape S' communique avec l'atmosphère par le bout de tuyau U. Elle ouvre ègalementdudehorsaudedansdelabolle. Au fond de cette boite C sont disposés des paquets de toiles métalliques superposées par couches horizontales. Elles son( formées de fils de fer de i millimètre de diamètre entrelacés en carrés. Il y a 400 mailles au décimètre carré, ce qui correspond à 5 millimètres d'écartement de lil en Bl. 120 toiles superposées font une épaisseur de O^jSO environ, cl le poids du paquet des toiles est de 52 kilos. Ses dimensions en plan sont de O'^fiO sur 0°',40.

Au-dessous du paquet de toiles, la boite C communique par un orifice latéral avec le fond du cylindre A. Par conséquent, l'air ne peut pas arriver sous le piston P sans traverser le paquet de toiles métalliques.

Le cylindre A repose sur un foyer F, où l'on entretient le feu avec de la houille. Des ouvertures placées dans la paroi cylindrique du foyer conduisent la flamme dans un carneau G concentrique au cylindre, et finalement dans une cheminée __ H. Le fond du cylin- ^ dre A est donc constamment chaufTé.

Le mouvement est communiqué au volant de la machine au moyen d'une disposition analogue à ^'*' *'" celle figurée ci-contre (fig. 21), par l'intermédiaire d'une bielle I,

d'uu kvier coudé 0, 0, d'une seconde bielle V et d'une manivelle W. Mais on pourrait adopter une transmission plus simple, cola ne changerait rien au fonctionnement de la machine.

Les soupapes K, L, S, S' sont actionnées par la machine elleinômo au moyen d'arbroF k cames. Ceci posé, étudions le fonctionnement de la machine.

Le piston A est au bas de sa course, et se dispose à monter. En ce moment, la soupape K se ferme, la soupape L s'ouvre, la soupape S s'ouvre et la soupape S' se ferme. L'air enfermé dans la capacité formée du tuyau MM et du réservoir R, que nous appellerons désormais pour abréger, le rései*voirj est à une pression

d'environ 1 atmosphère q. Ajoutons que le paquet de toiles métalliques est à une température élevée par suite de la chaleur que lui a abandonnée l'air chassé par la dernière course descendanle du piston. Au moment où les soupapes L et S s'ouvrent , l'air comprimé du réservoir se met en équilibre de pression dans le cylindre 6 et dans le régénérateur C, il vient agir sous le piston P, le soulève, et à mesure que ce mouvement s'opère, l'air s'échauffe par son passage à travers les toiles métalliques, et aussi par son contact avec le fond du cylindre placé au-dessus du foyer et entouré par les carneaux remplis de flamme. La pression de Tair augmente, le mouvement s'accélère, et le piston P va arriver au haut de sa course. Mais avant cela, la soupape S est fermée, et l'air contenu dans le régénérateur et 'dans le fond du cylindre A se trouve isolé du réservoir. Il se dilate en continuant à s'échauffer.

Quand le piston P est arrivé au haut de sa course, le piston F est également au haut de la sienne. Le volume du réservoir MMR est réduit à son minimum et la pression y est encore d'environ

1 atmosphère q.

A ce moment, le piston P commence à redescendre, les soupapes K et S' s'ouvrent, la soupape L se ferme. 11 est facile de voir que dans la course descendante, le piston P' aspire de l'air atmosphérique qui vient remplir le cylindre B, tandis que le piston P chasse l'air chaud qui occupait le fond du cylindre A, et le rend à Tat-

inosphère par le tuyau U. Cet air, en passant sur le paquet des toiles métalliques, restitue la plus grande partie de sa chaleur aux toiles. Une fois le piston arrivé au bas de sa course, les choses recommencent comme précédemment.

Le rôle du régénérateur est, comme on le voit, des plus importants. Il agit à peu prés comme le condenseur des machines à ▼apeur pour retenir une certaine portion de la chaleur fournie, et la restituer aux nouvelles quantités d'air qui arrivent dans le cylindre. De même, dans les machines à vapeur, le condenseur retient une certaine quantité de la chaleur de la vapeur pour la restituer sous forme d'eau chaude lors de l'alimentation.

La machine que nous venons de décrire présente plusieurs défauts importants au point de vue pratique.

La course du cylindre est trop faible, et la détente est insuffisante, car elle n'a lieu que sur le dernier cinquième de la course. Le piston donne lieu à des fuites nombreuses à cause de son grand diamètre et de la trop grande surface du joint. L'échauffement dans le cylindre est trop lent, et cela tient à la trop faible surface de chauffe de Tappareil. Ce dernier inconvénient est commun à toutes les machines dans lesquelles le cylindre est directement chauffé. Il est évident qu'il y aurait un grand avantage à chauffer Tair dans un appareil mieux approprié à cette opération.

Quant aux fuites d'air, elles tiennent en grande partie au mauvais graissage des surfaces frottantes. Aux températures qui régnent dans le cylindre, 250*" ou 300% l'huile et la graisse entrent en ébuUition sans cependant se décomposer. La décomposition ne commence qu'à 400*', mais aux températures élevées, ces matières arrivent à un état de fluidité tel, que leurs propriétés lubrifiantes perdent une grande partie de leur efficacité. C'est là un des obstacles les plus sérieux, au point de vue pratique, à l'emploi des gaz ou des vapeurs à haute pression, et ce serait une découverte fort importante que celle d'une matière lubrifiante fonctionnant bien aux plus haules températures. Le graphite ou la plombagine donneraient peut-être de bons résultats ; nous ignorons si les essais en ont été fhits.

Il serait assez difficile de calculer en détail les effets de la machine d'Ericson que nous venons de décrire, parce qu'on ne connaît

XtH MÉCANIQUE INDUSTRIELLE,

pas ta loi d'échaufTement de l'air qui afflue s»us le piston au moment où il s'élève. La (empéra(ure de cet air s'élèvera d'autant plus haut que la marche du piston sera plus lente, mais on peut supposer la marche réglée de manière que la température de l'air soit constante et sensiblement égale à celle de la couche înréricure du paquet de toiles métalliques. Moyennant cette supposition qui n'est pas très-éloignée de la vérité, on peut calculer l'effel utile de la machine.

Soient (Qg. 22) :

? la tempérelure de l'atmosphère cité ri eure ; j! sa pression;

U température à peu près constante (pli règne dans la capacité formée du tuyau et du réservoir de la machine ;

V le volume du réservoir;

1 la température de la couche supèrieure du paquet de toiles, c'est-àdire de la couche la plus froide;

T la température de la couche inférieure, c'est-à-dire de la plus Fig. K. chaude ;

V le volume du régénérateur compris entre son couvercle supérieur et la face supérieure du paquet de toiles;

iw le volume du paquet de toiles;

■ l'espace nuisible du cylindre;

a la section du grand cylindre ;

u la section du petit cylindre;

L la course commune des deux pistons;

.T la levée variable du piston ;

p la pression dans le réservoir, et par conséquent aussi sous le

piston à un moment quelconque; P la pression moyenne dans le réservoir, laquelle varie très-peu.

Pour évaluer le travail exercé sur le piston moteur P, nous aurons tntis phases à considérer.

Première phase. — Le piston part du fondducylindre, tout l'nir

contenu dans la capacité formée du cylindre, du régénérateur et du réservoir se dilate. A mesure que le piston se soulève, de nou- \elles quantités d'air traversent le paquet de toiles métalliques et passent à la température T qu'elles conservent dans le cylindre. Calculons la valeur de la pression pour un point quelconque de In course ascendante ; nous avons :

Sous le piston, un volume d'air (ûu-He) à la température T.

Dans les paquets de toile, la température étant supposée uniformément croissante d un bout à l'autre, nous compterons une moitié, c'est-à-dire un volume m; à la température T, et l'autre moitié u; à la température t.

Le dessus du paquet de toiles dans le régénérateur et tout le volume du réservoir sont remplis d'air à la température 0, le volume est V-f- V.

: La pression est partout p. Le volume total de l'air ramené à et à la pression atmosphérique iu, sera donc

J-4-«T r, \-\-(f.tT: l-haÔTT

Lorsque le piston P était au bas de sa course et au moment où les soupapes L et S' se fermaient, nous avions. :

Sous le piston et dans le régénérateur, un volume (e -H w), à la température T et à la pression t: ;

Dans le régénérateur, un volume (u; -f- v) à la température t et à la pression z ;

Dans le réservoir, un volume V à la pression P et à la température 6 ;

Le volume total, ramené à 0^ et à la pression x, était

C'est ce même air qui est contenu dans l'ensemble formé par le cylindre, le régénérateur et le réservoir pendant toute la course ascendante ; on doit donc avoir

Posons :