SOUPAPES ET CYLINDRE A VAPEUR

Une des particularités importantes des machines du Cornouailles, est l'emploi de soupapes pour opérer la réglementation de la vapeur; elles doivent fonctionner avec une très-grande régularité et indépendamment l'une de l'autre, aussi les différents taquets, manettes et leviers qui les mettent en mouvement présentent-ils un aspect assez compliqué.

Construction ors soupapes. — L'invention des soupapes particulières employées aux machines d'épuisement remonte à une cinquantaine d'années, elle est due au célèbre ingénieur Hornblower, qui vers 1800 en fit la première application. Son principe ne tarda pas à être décrit et développé dans l'ouvrage de Tredgold, mais des défauts de construction et une mise en marche erronée nuisirent à son prompt développement.

Quelque temps après, Arthur Woolf ayant reconnu la grande importance de son principe en perfectionna la forme et le mouvement, et avec le génie mécanique dont il était doué, parvint à surmonter toutes les difficultés et à établir un appareil parfait qui fut généralement adopté dans les machines du Cornouailles. Néanmoins, cette soupape serait restée inconnue dans les autres pays, si de récentes applications faites par M. Fairbairn à sa machine rotative et par quelques ingénieurs écossais, ne l'eussent fait connaître plus généralement.

A ujourd'hui toutes les bonnes et nouvelles machines en sont pourvues, et son emploi se répand dans une foule de constructions en remplacement des soupapes ordinaires.

Dans la machine que nous décrivons , les soupapes sont au nombre de quatre, savoir :

La soupape régulatrice A {çovernor valve).

La soupape à vapeur ou d'admission B {steam valve).

La soupape d'équilibre C (equilibrium valve).

Ces trois soupapes servent pour la distribution de la vapeur.

La soupape d'exhaustion ou d'absorption D [exhawtion valve), qui sert pour la condensation.

Ces soupapes étant identiques dans leur construction, sauf les dimensions, nous ne décrirons que la dernière, en nous réservant, néanmoins, de donner sur les autres toutes les explications nécessaires à leur mouvement et leurs propriétés.

La soupape I), choisie comme spécimen, est représentée en coupe verticale par l'axe fig. 8, et en plan vu en dessus fig. 9 (pl. 40) ; elle est entièrement en bronze, sauf la tige a, qui est en fer forgé, et se compose de deux

PUBLICATION INDUSTRIELLE. h&J

parties, Tune fixe 6, l'antre c, mobile et liée à la tige a. La partie b repose par son contour sur un évidement dressé et exactement rodé d (fig. 10), où elle est fixée au moyen d'une traverse ou platine inférieure e, prenant son point d'appui sur la partie opposée de l'évidement , et d'un boulon à écrou /, dont on n'aperçoit que le trou, fig. 9. Elle présente à sa partie supérieure la forme d'une cuvelte et à celle inférieure l'aspect d'un anneau; ces deux bases non interrompues, sont reliées par cinq nervures ou côtes g, qui viennent converger à l'axe et qui permettent 5 la vapeur, lorsque la partie mobile est soulevée, de passer de la boîte E (fig. 10 et 10°) par les ouvertures de la partie fixe.

La partie mobile e est un solide creux de forme annulaire : elle est ouverte en haut et en bas. Elle tient à la tige a par les traverses /<, qui ayant beaucoup de hauteur et peu de largeur, laissent un grand passage à la vapeur. Lorsqu'elle n'est pas soulevée, elle repose sur la pièce fixe par deux portions de surfaces coniques i t', qui viennent couvrir des surfaces égales, exactement polies sur les contours supérieur et inférieur de la partie fixe. Entre ces portions de surfaces coniques, dont l'étendue en largeur est très-petile, la partie mobile c. est renflée, ainsi qu'on le voit clairement par la fig. 8, de sorte que son contour intérieur ne touche le contour extérieur de la partie fixe, que par les deux portions de surfaces coniques » /'. Cela posé, quand la pièce mobile tombe sur la pièce fixe et que les surfaces servant de siège sont en contact, il est évident que la vapeur qui est en E, ne peut traverser la soupape-, par conséquent, il n'y a pas de communication entre le bas du cylindre et le condenseur. Mais si l'on soulève la pièce mobile de manière que les surfaces i i' se séparent, la vapeur pénètre aussitôt par le haut de la pièce mobile dans les renflements de cette pièce, d'où, suivant la direction des flèches, elle s'écoule à travers la surface à claire-voie de la partie fixe , tandis qu'elle pénètre directement dans l'intérieur de cette même partie, par les espaces vides que le bas de la pièce mobile c, a laissés à découvert en le soulevant.

Outre l'avantage d'une plus large et d'une plus prompte distribution de vapeur, ce genre de soupape offre encore celui de n'exiger, pour sa manœuvre, qu'une dépense de force excessivement minime si on la compare à celle qui est nécessaire pour soulever des soupapes ordinaires dans les mêmes conditions (1).

Jeu des soupapes. — Examinons maintenant quelles sont les fonctions respectives des soupapes, relativement à la réglementation de la vapeur, et disons quelques mots de la botte qui les renferme. Cette boite F, représentée en coupe verticale suivant la ligne 3-i, en coupe transversale suivant 5-6, et en coupe horizontale suivant 7-8, forme le couronnement d'un large tuyaucolonne G, par lequel la vapeur se rend à la condensation , et communique directement avec lui par le second tuyau H. Elle est fondue avec une tubu-

(1) Voir Publication industrielle, n* toi., I» llvr.

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lure I qui communique avec le tuyau d'arrivée de vapeur et sur laquelle se place la soupape régulatrice A ; la soupape d'admission B, est placée dans une capacité analogue I', et peut communiquer avec la soupape d'équilibre C, placée dans le milieu. Des couvercles./,/, j*, fondus avec de longues boîtes à étoupes b', b\ b*t servent à la fois de guides aux tiges a', a1, a1 des soupapes, et de bouchons par lesquels on peut les visiter, les nettoyer ou les retirer; celui du milieu /, a une forme particulière pour remplir le vide de la boite F qui, en cet endroit, est munie d'un canal annulaire k, par lequel la vapeur circule de la soupape d'admission à celle régulatrice, sans jamais se rendre directement à celle d'équilibre. La tubulure latérale rectangulaire /', qu'on voit représentée sur les fig. 12 et 13, pl. 10, communique directement avec l'oriGce supérieur du cylindre à vapeur. Elle traverse à cet effet la chemise K qui enveloppe la boite de distribution, et l'intervalle qui existe entre ces deux parties est garni de matières non conductrices de la chaleur. Ceci étant entendu, il devient facile de comprendre le mouvement de la vapeur dans la boite de distribution et de suivre le jeu des diverses soupapes.

Comme nous venons de le dire, la vapeur arrive de la chaudière par la tubulure I , passe d'abord par la soupape régulatrice qui sert pour ainsi dire de valve ou de papillon et dont l'ouverture constante se règle à la main par la manivelle J. Arrivée dans la boite de distribution, elle passe par les deux conduits k, qui se trouvent au-dessus de la soupape d'équilibre, pour se rendre à celle d'admission B , d'où elle s'introduit dans le cylindre par la tubulure/' et fait descendre le piston. Lorsque celui-ci remonte, la vapeur qui agit sur sa paroi supérieure, passe sous celle inférieure par la soupape d'équilibre qui se trouve alors ouverte de manière que la vapeur qui agit sur le piston établit . en passant en dessous, un équilibre entre les pressions, jusqu'à ce que la soupape d'épuisement ouvrant la communication du condenseur livre passage à la vapeur, qui s'y précipite et prépare le cylindre à une course suivante.

Nous dirons comment tous ces mouvements s'effectuent en temps utile et quel est leur rapport avec les autres organes de la machine, il est maintenant nécessaire d'étudier ces organes pour ne revenir au mouvement général que quand nous les connaîtrons tous.

De cylindre a vapecr et DE son piston. — Le cylindre à vapeur de la machine d'épuisement que nous décrivons n'a de particulier que les précautions dont il est entouré, pour éviter le refroidissement. Ainsi, la vapeur engendrée dans les chaudières y est amenée par un tuyau en fonte O' (fig. 2), enveloppé de caisses quarrées contenant de la sciure de bois, et y pénètre directement par l'oriGce p; néanmoins, un tuyau à double tubulure qt d'environ 10 centimètres de diamètre, introduit constamment de la vapeur entre la double enveloppe, ainsi que dans le socle ou double fond inférieur r. Comme ce tuyau suit une pente assez prononcée du cylindre à

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la chaudière , il sert également à ramener à cette dernière toute l'eau de condensation des surfaces enveloppantes.

Le cylindre proprement dit Q est fondu avec deux brides * tf servant à recevoir par des boulons, la première, extérieurement, la chemise en fonte R, et la seconde, intérieurement, le premier couvercle supérieur S, garni de fortes nervures et fondu avec la boîte à étoupes r\ ainsi qu'avec un réservoir ou gouttière «, servant à recueillir la graisse soulevée par la tige du piston. Une seconde enveloppe en bois v remplie de sciure, entoure et ferme tout cet assemblage, et un chapeau de bronze x, en complète la fermeture hermétique On conçoit qu'avec toutes ces précautions la vapeur ne puisse subir de refroidissement notable (1). Toutefois, dans certaines localités elles ont été jugées insuffisantes et sont augmentées de deux enveloppes supplémentaires, l'une à air, placée immédiatement après les chemises de fonte, et l'autre en briques maçonnées comme un mur, et formant l'intermédiaire entre cette colonne d'air et le lit de sciure. Il est difficile de pousser les précautions à de plus extrêmes limites.

Au milieu de l'étoupe du $tu]finybox% se trouve une douille évidée et percée z (fig. 2), en communication avec l'enveloppe à vapeur par le petit tuyau recourbé g (fig. 1"), lequel est muni d'un robinet à poignée iJ. Cette douille qui, par ce moyen, est toujours remplie de vapeur, a pour but d'empêcher l'air extérieur, nuisible, comme on sait, à la condensation, de pénétrer dans le cylindre, s'il arrivait que, les étoupes étant usées, il y eût du jour entre elles et la tige du piston. La vapeur qui séjourne dans l'anneau en bronze indiquerait, en s'échappant, le besoin de renouveler l'étoupe, et d'ailleurs, sans que l'étoupe soit usée, il peut arriver des fuites accidentelles qui sont neutralisées par cette vapeur, dont la tension est toujours au-dessus d'une atmosphère.

Comme tous les pistons des machines à basse pression , celui N , qu'on a représenté sur les fig. 2 et 3, et en détail fig. 19, pl. 40, se compose d'un corps principal en fonte d' recouvert d'un anneau ou couvercle e', avec lequel il est boulonné ; c'est entre les saillies de ces deux pièces que se loge l'étoupe destinée à intercepter les fuites de vapeur. On a encastré sur tout le contour de la pièce t' un cercle d'acier f , constamment pressé par des ressorts intérieurs de façon à obtenir une garniture mixte beaucoup plus durable que les étoupes seules. A notre avis, une seule garniture métallique de toute la hauteur du piston eût été suffisante, mais la garniture

[%) Voici comment «'exprime M. Combes, au sujet de l'enveloppe • circulation de vapeur, dan* ton rapport de l' ZxploHatlon de* mines du Cornwall et du Devon : • Il est certain qoe la vapeur qui environne le cylindre travaillant prévient la liquéfaction d'une partie de la vapeur motrice, qui sans cela aurait lieu tors de la détente. Or, on conçoit que cette condensation de la vapeur aurait, entre autres inconvénients, celui de rouvrir le piston d'une couche liquide, dont la température serait un peu inférieure à celle de la vaprur fournie par la chaudière. Une partie de celle-ci serait dooe condensée en pénétrant dans le cylindre L'enveloppe épaisse de sciure de bois, mise autour de la chemise en fonte, prévient d'ailleurs le refroidissement de la couche de vapeur, destinée i maintenir l'uniformité de la température. »

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végétale est un préjugé dont on subit encore l'influence dans la plupart des mines anglaises.

Du balancier bt du PARALi.ÉLOGRAMMB. - Le balancier des machines d'épuisement se compose de deux flasques parallèles en fonte L, ornées de moulures et de nervures qui lui donnent la rigidité et la force nécessaires. Ces deux parties sont reliées ou traversées par les axes des diverses tiges ou pompes, de manière à servira la fois, indépendamment des boulons ç* rivés ad hoc, de tirants d'écartement et de rentre de suspension ; on sait que dans les balanciers d'un seul morceau les diverses tiges sont assemblées à fourchettes ou assujéties en porte-à-faux d'un coté ou de l'autre de ces balanciers.

A l'extrémité du grand bras est rapporté le parallélogramme composé, comme habituellement, des quatre tirants g' et h' ', et des deux traverses t', placées en dehors de ceux-ci. Des guides fixes k', ayant leur centre de mouvement sur la console m', dépendante de la traverse T et soli laires avec les tourillons n', maintiennent la verticalité de la tige du piston. Cette tige s'ajuste avec le parallélogramme au moyen d'une pièce particulière o' (ftg. 25, pl. 38), formant un assemblage très-ingénieux dû au célèbre ingénieur Woolf.

Pour fixer la tige du piston avec cette pièce </, on perce dans celle-ci un trou du diamètre de la tige et ayant pour hauteur, environ la moitié de la hauteur de la douille : il est pratiqué de bas en haut ; on perce de même à l'extrémité opposée et de haut en bas un second trou semblable au précédent, mais plus large, de manière à laisser une saillie de 15 m/m. A partir de cette saillie, la tige est diminuée en q', comme si Ton voulait y faire un collet ; lorsqu'on l'introduit dans la pioce o' et alors qu'elle dépasse par dessus, on ajuste dans ce collet une bague en deux parties r*, qui a pour diamètre intérieur le diamètre du collet, et pour diamètre extérieur celui du plus grand trou pratiqué dans la pièce. On redescend alors la tige /, qui s'arrête lorsque la bague vient toucher la saillie produite par la différence des deux percements.

Il est facile de comprendre maintenant l'utilité d'un semblable ajustement pour les machines à simple effet et à tiges foulantes, car lorsque le piston descend, la vapeur en appuyant sur la surface, force la bague d'acier à s'appliquer sur la saillie, et lorsqu'il remonte, entraîné par le poids de la maltresse-tigc, son poids et la résistance qu'il éprouve forcent encore la bague d'acier à s'appliquer sur la saillie. Cette disposition présente en outre l'avantage qu'au cas où la traverse m, qui empêche le piston de frapper le fond du cylindre, viendrait à manquer par une cause quelconque, le piston viendrait frapper le fond du cylindre avec une force due à son inertie et non avec une force due à la somm" de son inertie et à celle du balancier, ce qui arriverait inévitablement si la tige l était invariablement fixée au parallélogramme.

PUBLICATION I-MH STRlfcLLE. 471