APPAREILS ROTATIFS CONTINUS

On conçoit sans peine que l'on puisse user de l'eau sous pression, comme on fait de la vapeur, pour actionner un piston oscillant dans un cylindre; avec un tiroir convenablement disposé, on fait arriver l'eau comprimée alternativement à droite et à gauche du piston, la face opposée communiquant avec un tuyau de décharge, c'est-à-dire avec do l'eau à la pression ordinaire. Le mouvement oscillatoire du piston est transformé en mouvement de rotation continue par un système de bielle et manivelle.

Il y a nécessairement des pertes de charge assez considérables dans tout système agissant par un mouvement alternatif de l'eau, car la force vive du liquide en mouvement ne peut être instantanément annulée lorsque le piston arrive à l'extrémité de sa course; cette force vive s'absorbe en chocs et en contre-pression.

Un bon rendement de ces appareils n'est pas davantage compatible

avec une grande vitesse, car il y a tant d'étranglements et de changements de direction dans le courant liquide que les pertes de force vive et les chocs croissent rapidement en intensité avec la vitesse.

11 faut donc combiner les soupapes d'admission et d'émission de telle sorte que, pour un faible déplacement, elles ouvrent à l'eau un passage d'une section aussi grande que possible.

11 convient aussi de n'adopter que des pistons à simple effet, car on peut leur donner la forme de plongeurs et on s'assure facilement, à tout instant, de l'étanchéité des presse-étoupes, visibles à l'extérieur; avec les pistons à double effet, on ne peut vérifier l'étanchéité au pourtour du piston à l'intérieur du cylindre et les fuites, s'il y en a, ne sont accusées qu'à la longue par le mauvais fonctionnement de l'appareil.

L'obligation de n'employer que des pistons à simple effet a conduit au type de la machine à trois cylindres conjugués, dont les manivelles sont calées sur le môme arbre à 120 degrés Tune de l'autre.

La régularité de marche de ce type est très satisfaisante.

D'ordinaire on fait les cylindres oscillant sur un axe horizontal qui passe par leur centre de gravité et c'est le plongeur lui-môme qui forme bielle pour actionner la manivelle. La machine affecte ainsi une forme simple et condensée très favorable à la réduction des frottements.

i° Machines à trois cylindres des docks de Marseille.

— C'est d'après ces principes qu'a été construite, par sir Armstrong, la machine que représente la figure 4 planche LI, et qui a été installée aux docks de Marseille.

C'est une machine de huit chevaux; sur une plaque de fondation en fonte, munie de six paliers, sont montés trois cylindres oscillants à simple effet A ; chaque plongeur, de m ,061 de diamètre et de m ,285 de course, est attelé directement sur une manivelle de l'arbre de couche et les trois manivelles sont calées à 120 degrés l'une de l'autre. L'introduction et l'émission de l'eau se font par les tourillons d'oscillation, à l'aide des tuyaux t et des tiroirs u.

Le mouvement des tiroirs est donné par un bouton excentrique monté sur le tourillon opposé à celui dans lequel débouche le tuyau f .

B est la conduite amenant l'eau comprimée à 52 atmosphères; G est la conduite de décharge.

Les orifices d'introduction et d'évacuation de l'eau dans le tiroir ont une surface de m, ,000198; la course du tiroir est 4e m ,018 et sa vitesse ra ,027.

La surface du tiroir pressée par l'eau est de O" 1 * ,0055.

Cette machine de huit chevaux fait 45 tours à la minute et la vitesse des plongeurs est de m ,44; elle possède une marche très douce sans chocs ni secousses.

Tiroirs à piston compensateur. — Les tiroirs supportent une pression énorme, pouvant s'élever à 53 kilogrammes par centimètre carré, soit en tout à 53x55 ou 2,915 kilogrammes. Sous une telle pression, il s'usent très vite par le frottement considérable qu'ils mettent

en jeu. Souvent, on était forcé de les remplacer après quelques jours de service.

Pour parer à ce grave inconvénient, sir Arrastrong a adapté sur les tiroirs le piston compensateur, représenté par la figure 5 planche XLVIIT.

Le piston G, mobile dans un cylindre placé verticalement au-dessus du tiroir, est relié par la bielle D au tiroir A; l'eau comprimée, qui remplit la chambre autour du tiroir, agit sous le piston dont la face supérieure est en communication avec l'atmosphère; la pression, exercée par le tiroir sur sa glace, est compensée et réduite, dans la mesure que l'on veut, par la pression exercée sous le piston ; on laisse cependant à la pression sur le tiroir un excès suffisant pour qu'il reste toujours appliqué sur sa glace sans tendance au soulèvement.

La bielle D doit avoir en longueur quatre ou cinq fois la course # du tiroir, afin d'éviter sur celui-ci des efiorts obliques qui lui donneraient un mouvement irrégulier.

Ces compensateurs ont donné d'excellents résultats et ont supprimé l'usure rapide observée sur les premiers tiroirs.

Rendement des machines à rotation continue. — D'après les considérations générales développées plus haut, les pertes de force vive doivent être moindres avec les machines à rotation continue qu'avec les appareils funiculaires; les organes sont moins nombreux, les transmissions plus simples et plus directes, les renversements de marche moins importants.

Les appareils à rotation continue doivent donc donner un travail plus élevé.

En effet, la machine précédente, aux docks de Marseille, a donné un travail sur l'arbre de couche égal à la fraction 0,45 du travail développé sur les pistons de la machine à vapeur motrice qui alimente le réseau 'd'eau comprimée.

Bien que le travail originel subisse une perte de 55 p. 100, l'utilisation est encore de 12 p. 100 supérieure à celle' qu'on obtient avec les appareils funiculaires; on se rappelle, en effet, que le rendement de ceux-ci est limité à 33 p. 100.

En revanche ils sont plus simples et moins coûteux que les appareils à rotation continue et n'exigent point l'intermédiaire d'un arbre de couche.

2° Moteur Schniidt a cylindre oscillant. — La machine représentée en coupe et élévation par la figure 5, planche LT, est encore plus simple que la précédente, car le tiroir est supprimé et c'est le jeu môme d'oscillation du cylindre qui le remplace.

Le cylindre porte à sa partie inférieure, un renflement cylindrique convexe à génératrices horizontales, oscillant dans un cylindre égal mais concave, ménagé dans le bâti de la machine ; les orifices m et n communiquent avec le tuyau de décharge 6 et l'orifice central u avec le tuyau A de l'eau sous pression.

L'appareil se trouvant dans la position que représente la figure 5,

2o2 PROCÉDÉS ET MATÉRIAUX DE CONSTRUCTION

l'eau comprimée arrive par la lumière v à gauche du piston qu'elle pousse vers la droite, tandis que l'eau confinée à la droite du piston s'en va par la tubulure t dans la conduite de décharge.

Pendant l'oscillation symétrique, la tubulure t recevra l'eau sous pression tandis que la partie du cylindre située à gauche du piston communiquera avec la décharge par la tubulure v et la lumière m.

L'inconvénient de ce système est dans le rétrécissement progressif des lumières d'admission et d'émission, qui ne fonctionnent à pleine section qu'au milieu de la course du piston ; avec un tiroir ordinaire on peut ménager une assez longue période de pleine admission.

Les tourillons du cylindre oscillant sont portés chacun par un levier; les deux leviers sont fixés au bâti par un bout et réuni à l'autre bout par une entretoise en fer que traverse en son milieu une tige en fer avec vis à double écrou et à rondelle en caoutchouc ; cette tige sert à régler la pression entre les deux surfaces cylindriques frottantes.

Le réglage est assez délicat et demande beaucoup d'attention, car il varie avec la pression de l'eau consommée ; si la vis est trop serrée, le frottement entre les surfaces frottantes est considérable et le rendement de la machine est défectueux ; si la vis n'est pas assez serrée, le joint n'est plus étanche et on perd beaucoup d'eau, ce qui conduit encore à un mauvais rendement.

3° Moteur Mégey. — Le moteur Mégy, construit par MM. Sautter et Lemonnier, est mieux combiné et se prête à l'adoption de grandes vitesses pouvant s'élever jusqu'à 300 tours à la minute. Ce moteur est à double effet et l'on a pris toutes les précautions pour assurer l'étanchéité autour du piston; il est représenté par les figures 1, 2 et 3 planche LU.

Le moteur se compose d'un bâti en fonte portant les tourillons du cylindre et les paliers de l'arbre coudé, d'un cylindre oscillant fi venu de fonte avec les conduits d'admission et d'évacuation K et L ; d'une tige-bielle E reliée à un piston étanche formé de deux parties; d'un tiroir cylindrique M calé sur l'arbre horizontal dont Taxe se trouve au centre de la courbure convexe du tiroir et d'un mouvement spécial de distribution. Ce dernier comprend : l'arbre G reçu dans deux douilles en bronze dans lesquelles il peut tourner librement; le levier H à tige cylindrique calé sur l'extrémité de ce dernier, l'équerre rigide S J dont la branche verticale J est fixée sur le bâti au moyen de deux boulons, tandis que la partie horizontale comporte à sa jonction avec le levier H une articulation à rotule clairement représentée dans les coupes de détail. Les orifices a et a servent alternativement à l'admission et à rémission, et b communique avec le tuyau L d'évacuation ; ces orifices s'ouvrent sur toute la longueur de la glace cylindrique du tiroir. Sous le cylindre B et sur le côté on voit le galet d'appui e qui roule sur une bande circulaire d'acier fixée au bâti.

L'eau sous pression arrive dans le conduit K, remplit la boîte du tiroir M et s'introduit dans le cylindre par un des orifices a ou a 1 ; la figure 2 suppose que l'introduction se fait par a, le piston est poussé

vers la droite et rémission de l'eau qu'il refoule se fait par a'; pendant que l'arbre coudé tourne d'une demi-circonférence, le piston parcourt la longueur du cylindre, celui-ci oscille sur ses tourillons, tous ses points décrivent un arc de cercle autour de o comme centre ; le point G de la tige du tiroir décrit notamment Tare G G'.

D'un autre côté, l'extrémité de cette tige est reliée au levier H et celui-ci, par sa jonction spéciale avec la branche S, est forcé de passer constamment par un point invariable t; cette combinaison cinématique impose au tiroir un déplacement qui coexiste avec la première oscillation et c'est le mouvement relatif en résultant qui produit la distribution.

Dans le système Mégy, la fermeture et l'ouverture des orifices d'admission et d'échappement sont presque instantanées, d'où absence de chocs et possibilité de grande vitesse; le tiroir cylindrique fonctionne à faible frottement; les sections des orifices a et a' sont supérieures au quart de la section du piston et les étranglements n'absorbent par conséquent qu'une faible proportion de force vive.

Aussi le rendement qui peut atteindre 90 p. 100 à petite vitesse, est de 75 p. 100 avec une vitesse de 100 tours et reste encore de 30 p. 100 pour 300 tours à la minute.

Ces moteurs hydrauliques sont en usage pour la commande de monte-charges et d'ascenseurs, notamment aux Magasins généraux de Bercy; ils fonctionnent sous toutes les chutes pourvu qu'elles dépassent 10 à J5 mètres ; ils peuvent donc s'adapter à la plupart des distributions d'eau; convenablement modifiés, ils fonctionnent aussi avec l'eau d'un réseau à haute pression alimenté par accumulateurs.

On peut les construire à changement de marche ; il suffit pour cela d'un tiroir équilibré et d'un robinet à trois voies permettant de faire arriver l'eau à volonté par la tubulure K ou par la tubulure L.

Le moteur Mégy est réversible ; actionné par une machine à vapeur, il devient pompe aspirante et foulante et a rendu des services en cette qualité, se prêtant mieux qu'une pompe rotative à toutes les variations de vitesse ; l'absence de soupapes lui rend les eaux troubles non redoutables.

Les figures 4 et 5, planche LU représentent l'installation d'un monte-charges avec moteur hydraulique système Mégy : b est la benne, qui reçoit les marchandises et qui est guidée par la charpente en fer;; t treuil à frein automatique avec poulie pour courroie ; p contrepoids d'équilibre de la benne ; m moteur hydraulique oscillant qui actionne le treuil au moyen d'une courroie; / levier de manœuvre du robinet r. Ce robinet permet de faire monter ou d'arrêter instantanément la henné; la descente se fait au frein avec régulateur automatique de vitesse, en agissant à la main sur le volant de desserrage du treuil ; quand on abandonne le volant, l'arrêt a lieu sans choc.

Aux Magasins généraux de Bercy, MM. Sautter et Lemonnier ont installé sept monte- sacs avec moteur Mégy. La manœuvre se commande d'un étage quelconque au moyen d'une pesée sur une corde ; il y a deux pinces ou crochets de levage, l'une monte pendant que

l'autre descend et le sens de la marche dépend du sens de la traction exercée sur la corde de manœuvre.

Il n'y a consommation d'eau que pendant la montée ; à la descente des fardeaux, le moteur ne tourne pas.

Les appareils montent un sac de farine de 160 kilogrammes à la vitesse de m ,50 à la seconde, et leur rendement est égal à la fraction 0,60 du travail emmagasiné par l'eau comprimée.

Celle-ci est montée par des pompes dans des réservoirs placés au sommet de l'édifice ; elle agit sur les moteurs qui sont placés à 19™ ,45 plus bas. Avec le rendement 0,60 un mètre cube d'eau élève donc une tonne de marchandises à ii m ,67 et ce mètre cube d'eau revient à fr. 02.

Il est vrai que dans les distributions publiques l'eau est vendue beaucoup plus cher et que le prix s'en élève souvent à fr. 20 ou fr. 25 ; le prix de l'opération monte en conséquence et le moteur hydraulique peut cesser de devenir avantageux.

4° Moteur et cabestan hydraulique Brotherood. —

Le moteur Brotherood (fig. 7, PI. LU), est un appareil formé de trois cylindres conjugués à simple effet, remarquable par la simplicité robuste de ses organes qui sont condensés et ramassés de manière à n'occuper dans leur ensemble qu'un très faible volume. Les pistons ressemblent à des mortiers creux ; dans le creux est logée la tête sphérique de la bielle ; les trois bielles, calées théoriquement à 120 degrés l'une de l'autre, agissent sur la même manivelle et se commandent alternativement ; la distribution se fait par la rotation même de l'appareil, comme on le voit sur la coupe.

C'est surtout la simplicité et la robustesse des organes qui, nous le répétons, distingue cet appareil, qui convient bien à l'eau sous haute pression. Il est dépourvu de boites à étoupes et, comme les cylindres ne sont pas oscillants, l'usure est moindre et le réglage plus facile.

Tout le mécanisme étant absolument clos, l'appareil peut travailler sous l'eau.

Il est d'un emploi assez général dans les gares anglaises pour le halage des wagons, la manœuvre des plaques tournantes et des chariots transbordeurs ; une borne de cabestan est alors montée sur l'arbre du moteur ; cet arbre est vertical, le moteur est placé horizontalement sous une plaque de fonte et n'est pas apparent; la manœuvre est commandée, suivant le sens de la marche, par deux boutons ou pédales faisant saillie sur la plaque de fonte et actionnant les leviers de distribution.

Ce cabestan, de la force d'une tonne {fig. 6, PI. LU), a été installé à la gare de la Chapelle, à Paris. On peut lui reprocher les pertes d'eau parfois considérables qu'entraîne la forme cylindrique du tiroir.

Des cabestans que nous venons de décrire, il faut rapprocher ceux que construit la maison Armstrong; ils sont seulement à deux cylindres oscillants avec piston plongeur; le mécanisme moteur est logé et fixé sous une plaque de fonte qui est portée par deux tourillons

et qui peut tourner autour de. Taxe horizontal de ces tourillons ; il est donc facile de faire basculer tout l'appareil, d'en visiter tous les organes et de le réparer en un instant. Il va sans dire que les tuyaux d'amenée et de décharge de l'eau passent à emboîtement dans les tourillons de la plaque.

* Q Cabestans de la nouvelle gare Saint-Lazare. — Ces

cabestans hydrauliques, pouvant exercer une traction de 400 kilogrammes, sont représentés par les figures 5 à 7, planche L.

Ils sont à trois cylindres indépendants agissant sur le môme arbre vertical et munis chacun de son tiroir.

L'eau comprimée arrive par la conduite A et B est la conduite de retour ; la circulation de l'eau se fait dans la couronne F qui relie les tiroirs de distribution E. Les cylindres sont désignés par les chiffres 1, 2, 3. La disposition d'un tiroir E apparaît nettement sur la coupe verticale; c'est un tiroir ordinaire à piston compensateur qui fonctionne d'une manière très satisfaisante ; les trois tiroirs sont calés sur le même excentrique.

11 va sans dire que les trois pistons moteurs agissent en plan à 120 degrés l'un de l'autre.

La botte en fonte de l'appareil est boulonnée sur les poutres du plancher de la gare ou enfoncée dans le sol. L'appareil entier est monté sur une plaque de fonte et cette plaque peut basculer autour de deux tourillons, de sorte que l'on peut facilement visiter et réparer le mécanisme. Pendant la traction, la plaque bute contre le cadre en fonte de la botte et est maintenue par deux verrous V qui se manœuvrent par un carré à clef.

Tous les joints sont simples et étanches ; le graissage s'effectue par des ouvertures ménagées dans la plaque et fermées en temps ordinaire avec des tampons.

La mise en marche, c'est-à-dire l'admission de l'eau, est obtenue par une pédale P agissant sur un levier inférieur.

Le cabestan, monté sur l'arbre moteur vertical D, est à deux vitesses ; la poupée a un diamètre de m .40 en haut, m ,60 en bas, ce qui porte le diamètre d'enroulement du câble à 0"\42 ou à m , 62 ; la vitesse de traction est de 1 mètre et l'effort de 400 kilogrammes pour le petit diamètre, la vitesse est de i m ,50 et l'effort de 266 kilogrammes pour le grand diamètre.

Si l'on se sert du petit diamètre, le travail utile à produire est de 400 kilogrammètres par seconde, et le rendement de l'appareil étant de 50 p. 100, il faut produire sur les pistons un travail de 800 kilogrammètres.

Avec une pression de 50 kilogrammes par centimètre carré, il en résulte une consommation de l m ,60 par seconde et de m ,533 par cylindre.

La vitesse d'un mètre à la seconde, avec un diamètre d'enroulement de m ,42, exige 45,49 tours à la minute. «

Chaque cylindrée devra donc consommer ,u ,703 d'eau comprimée.

Le piston ayant 0°\095 de diamètre, il faudra, pour obtenir cette consommation, lui donner O m ,10 de course.

A certaines heures de la journée, on pourra avoir à manœuvrer 40 wagons isolés à l'heure, parcourant chacun 300 mètres, soit en tout 12,000 mètres ; les cabestans devront donc faire 9,099 tours et dépenser 19 œ8 ,300 d'eau comprimée.

Dans la journée de 24 heures, on manœuvre au plus 200 wagons, et la consommation moyenne correspondante est de 4 m ',035 à l'heure.

La traction de 400 kilogrammes est celle qui est nécessaire, en temps ordinaire, pour la mise en marche, sur palier, de 4 wagons moyennement chargés .

6° Cabestans hydrauliques de la gare de la Chapelle, à. Paris. — M. Sartiaux, chef de l'exploitation des chemins de fer du Nord, a étudié avec grand soin la question de la manutention mécanique des wagons dans les gares ; il a montré que le système à adopter devait être, au point de vue économique, en rapport avec l'intensité du trafic à desservir.

Suivant que le trafic s'élève à 50, 50 à 450, 150 à 300, 300 à 500, où à plus de 500 wagons par jour, il convient de recourir à des hommes, à des chevaux, à un cabestan à vapeur, à un chariot transbordeur à vapeur, ou à des cabestans hydrauliques.

A la gare de La Chapelle, on a substitué à l'ancienne traction par chevaux un système de 8 cabestans hydrauliques et 30 poupées folles desservant 37 voies reliées par deux voies transversales.

Cette installation a permis une grande rapidité dans les manœuvres.

« Avec un cabestan hydraulique, dit M. l'ingénieur Peltier, on peut toujours démarrer un wagon chargé, même quand ce wagon est placé dans une position désavantageuse, comme, par exemple, lorsque les roues se trouvent arrêtées sur des joints. Avec un cheval on ne pourra pas démarrer, il faudra en appeler un second, se servir de pinces, de leviers, etc., d'où perte de temps.

« Les chevaux ne marchent qu'au pas de charrue, c'est-à-dire très lentement, tandis qu'on travaille facilement à la vitesse du pas accéléré avec les cabestans.

«La manœuvre avec un cheval dure deux fois et demie plus de temps que la manœuvre au cabestan hydraulique. La manœuvre d'un wagon pris à 50 mètres, amené sur une plaque tournante, tourné et conduit à 50 mètres, a duré cinquante secondes avec un cabestan, tandis qu'elle exigeait cent vingt-huit secondes avec un cheval. »

Avec les chevaux, pour un mouvement moyen de 1,013 wagons par jour, la dépense était de 405 fr. 20 par jour, soit fr. 40 par wagon ; avec les cabestans, elle est tombée à 316 fr. 40, c'est-à-dire à fr. 31 par wagon, en comptant à 12 p. i 00 l'intérêt et l'amortissement du capital de 164,500 fr. dépensé pour l'installation hydraulique.

Les cabestans pourraient arriver à manœuvrer 2,580 wagons par journée de vingt heures, et la dépense par wagon tomberait alors à

fr. 12, car la dépense totale pour les cabestans est, dans une certaine mesure, indépendante du nombre des wagons tournés.

L'installation d'un cabestan hydraulique doit être comptée à environ 12,000 francs, pourvu que le même réseau desserve simultanément huit ou dix cabestans.

7° Petits moteurs hydrauliques pour treuils de portes d'écluse. — Ce sont généralement les appareils funiculaires que Ton emploie pour ouvrir et fermer les portes d'écluse. Cependant, pour la manœuvre des portes de l'écluse du bassin de Freycinet, à Boulogne, on a eu recours à un moteur comprenant deux cylindres oscillants à double effet actionnant deux manivelles à angle droit calées sur un même arbre.

Cet arbre est relié à celui du treuil de manœuvre par un engrenage conique.

On conçoit sans peine que l'on peut demander à ces petits moteurs hydrauliques, si commodes par leur simplicité et par leur faible volume, la puissance nécessaire à une opération quelconque de levage ou de traction. L'usage de ces appareils ne peut donc que se propager de plus en plus, et cette propagation est éminemment désirable.