PUBLICATION INDUSTRIELLE. 11 DESCRIPTION DE LA MACHINE DE M. KRAFFT

BBPBESKNTBE SUB LBS FIG. 10 A 12, PL. 1.

Cette machine est établie aux forges de Mouterhausen (Moselle) qui appartiennent à MM. de Dietrich ; elle a été exécutée à l'atelier de construction de la même maison, à Reichshofen , en 1843, d'après les plans de M. Krafft, alors ingénieur des forges du Bas-Rhin , aujourd'hui ingénieur civil à Itesançon ; nous devons à l'obligeance de ce digne ingénieur, la communication des dessins de cet appareil , et des documents qui nous ont servi à en donner la description suivante.

D'une force nominale de 80 chevaux , cette machine peut aisément marcher à 100 chevaux et au delà; elle est à détente variable, sans condensation comme la précédente ; les chaudières destinées à son alimentation , sont timbrées à 5 atmosphères. Elle fait mouvoir un train de laminoirs à tôles , et un train de laminoirs à rails et leurs dépendances.

A la vitesse normale , le nombre de révolutions de l'arbre moteur de la machine est de 24, celui du train de tôlerie, de 30, et celui du train de rails, de 60 à la minute. Cette vitesse de 24 tours par minute peut paraître considérable au premier abord pour des machines de 80 à 100 chevaux , comparativement à celles des machines de Watt, qui, dans ces fortes dimensions, sont construites généralement pour marcher à des vitesses de 15 à 16 révolutions tout au plus ; mais nous verrons plus loin qu'on arrive maintenant à obtenir sans inconvénient jusqu'à des vitesses de 45 tours pour des machines de grande puissance. La disposition du cylindre horizontal, sans balancier, a permis d'augmenter notablement la marche des pistons et par suite le nombre de révolutions de l'arbre moteur; c'est à tel point qu'aujourd'hui on ne craint pas de communiquer directement le mouvement aux laminoirs sans aucun intermédiaire d'engrenage ; on fait marcher le piston à vapeur à des vitesses de 2" à 3* 50 par seconde , et sa course est déterminée de telle sorte que l'arbre moteur fasse le même nombre de tours que les cylindres des trains. Ce système proposé et mis à exécution, en premier lieu, par MM. Thomas et Laurens, dans différentes usines à fer importantes, a été suivi par plusieurs autres constructeurs, qui en ont reconnu les avantages.

On a bien objecté , avec quelque raison , que cette grande vitesse imprimée aux divers organes de l'appareil moteur était un inconvénient, en ce que l'usure est évidemment plus grande ; mais d'un autre côté on évite toute cette transmission de mouvement lourde et compliquée qu'il fallait nécessairement employer avec des machines à balancier à petite vitesse ; on n'a plus d'engrenages, d'arbres intermédiaires, de volants énormes qui effraient autant par leur masse que par leur rapidité, par conséquent ce sont des frottements , des pertes de force que l'on n'a plus , et d'ailleurs de ce que le moteur est attaché directement à l'appareil à mouvoir, lorsque celui ci ne fonctionne pas, ou ne dépense pas de vapeur inutilement. Sans

12 PUBLICATION 1NDCSTRIBLLB.

doute, on ne peut contester cet avantage, mais il faut dire aussi, cependant, que d'un autre côté, cette disposition exige autant de machines, autant de moteurs, qu'il y a d'appareils ou de trains de laminoirs à faire marcher ; par conséquent il ne peut y avoir d'économie dans les frais d'établissement.

Sous ce rapport, M. Krafft a préféré la disposition de la machine que nous allons décrire, en mettant un engrenage sur l'arbre moteur, afin qu'elle puisse faire marcher simultanément ou successivement les trains de laminoirs placés de chaque côté. Les principales conditions qu'il a cherché à réaliser sont : l'économie de construction , une grande solidité , et une variabilité de puissance instantanée.

Les deux premières conditions se trouvent parfaitement satisfaites par le système à cylindre horizontal choisi par l'auteur, et tel qu'il est représenté en coupes longitudinale et transversale sur les fig. 10 et 11. En effet, comme nous le disions en commençant, les machines horizontales, comparées à celles construites différemment, sont plus économiques, quant au prix de revient. Elles sont, en outre, plus faciles à consolider, attendu qu'elles sont établies sur une grande étendue de fondations, et que tous les organes mobiles exercent leur action à peu de hauteur au-dessus de ces mêmes fondations.

La troisième condition, celle de la variabilité instantanée de la puissance, est remplie de la manière la plus complète, par l'application de la détente variable, au moyen de la soupape d'équilibre, marchant directement par le régulateur à boules , comme dans la machine précédente. On sait que ce système a été adopté avec beaucoup de succès par plusieurs constructeurs et notamment par la maison J. J. Meyer de Mulhouse, aujourd'hui la société l'Expansion.

Le chauffage des chaudières destinées à la production de la vapeur, devait être opéré par la chaleur perdue des fours à puddler et à réchauffer (1). Cette circonstance, jointe à la dépense très-intermittente de la vapeur, provenant d'une marche très-irrégulièrement périodique du travail des laminoirs, imposa à l'auteur l'adoption de chaudières à grande surface et à grande capacité; à grande surface, parce qu'avec la chaleur perdue des fours, un mètre carré de surface de chauffe vaporise beaucoup moins d'eau qu'il n'en vaporiserait en moyenne dans le cas d'un chauffage direct; à grande capacité, d'abord, parce que les variations de pression se font moins sentir depuis le commencement jusqu'à la fin du passage d'une fournée aux laminoirs, ensuite, parce que pendant la stagnation de la machine, les chaudières emmagasinent une grande quantité de calorique, avant d'arriver au point où la pression devient assez forte pour soulever les soupapes, car après ce moment tout le calorique transmis à la chaudière est employé en pure perte à la vaporisation.

(I) Nom avons publié, dans le lome II, des dispositions de chaudières a Tapeur ainsi chauffera par la chaleur perdue dos foura et hauts fourneaux.

Nous sommes convaincu que bien des erreurs seraient évitées dans les usines, si on avait toujours soin de s'attacher à ces deux principes : dans presque tous les chauffages à chaleur perdue , alimentant des machines à marche intermittente, les chaudières pèchent, soit par défaut de surface, soit par défaut de capacité. Ces fautes arrivent encore , malheureusement , aux chaudières à feu direct. On ne saurait donc trop engager les constructeurs à les éviter.

Admission db la vapeur. — La vapeur arrive de différents points de l'usine et se réunit dans une boite en fonte A, Gg. 10, qui est placée au-dessus du tuyau adducteur principal B. Ce tuyau, qui est également en fonte, porte à sa partie inférieure une poche a , munie d'un robinet destiné a l'évacuation d'une grande partie de l'eau qui s'est condensée dans la boîte et dans une partie des conduites. De là elle passe dans la boite cylindrique et verticale C, qui renferme la soupape de détente D qui est représentée en détail (fig. 12). Après avoir traversé cette soupape, elle pénètre dans la chambre du tiroir de distribution £.

Sur le tuyau d'admission est rapportée une soupape à gorge b , appelée aussi papillon, mobile à la main, et qui sert à donner ou à couper la vapeur lorsqu'il s'agit de faire marcher ou d'arrêter la machine.

Distribution db la vapeuh. — Le tiroir de distribution £ est en bronze, exécuté avec recouvrement et avance. Cette dernière est réglée de manière que l'admission commence à avoir lieu dès que la manivelle de la machine ne se trouve plus qu'à 15 degrés sexagésimaux du point mort, ce qui correspond à peu près à 1/10 de seconde avant le changement de direction du piston. Le recouvrement, vu l'existence d'une soupape de détente, est de peu d'importance et ne constitue qu'un moyen de sûreté, en cas de fuite par cette soupape.

Le mouvement du tiroir est opéré par un excentrique circulaire F, placé sur l'arbre du volant ; cet excentrique est embrassé par une bague en deux pièces, à laquelle est attaché le tirant en Ter G , construit comme dans la machine a vapeur, à balancier, de 40 chevaux , que nous avons donnée avec détails dans le tome 1" de ce recueil. Terminé par une poignée, ce tirant s'agrafe au bouton du levier c dont l'axe porte à son milieu un autre levier d auquel est assemblée, par l'articulation r, la tige t , du tiroir E.

La longueur totale de la course de ce tiroir est de 0m 176. Les conduits de distribution ou ports ont 68/260™ ou une surface de 0œ-M)177, ce qui revient, comme nous le verrons plus tard, à 1 /30 de la surface du piston (1). Le départ de la vapeur a lieu par deux tuyaux H de 0- 14 de diamètre, placés des deux côtés du cylindre et se réunissant en un seul I, d'un diamètre de 0m20.

Cylindre a vapeur. — Le cylindre à vapeur J de cette machine a un diamètre de 0m862; sa longueur totale est de 2*34. La distance entre les dcui fonds est de 2,198. La course du piston est de 2U00, son épaisseur de

(«) Voy. les notes que nous irons données au mjcl dci dimensions de* conduites et des orifice* de y» peur dans les descriptions des machines publiées tomes L II et 111.

0,173. L'espace qui reste à la On de la course entre les piston et chacun des deux fonds est de 0"0112.

Le piston à vapeur K a une double garniture en fonte ; chaque garniture est formée par un seul anneau en fonte tourné à un diamètre de 0m 868 et auquel, pour pouvoir le faire entrer dans le cylindre, on pratique préalablement une échancrure. L'anneau , ainsi ouvert , se serre de force jusqu'à ce qu'il ait acquis le diamètre nécessaire pour entrer dans le cylindre, sur toute la circonférence duquel il fait ressort.

La tige L de ce piston est en fer corroyé. Son diamètre est de 0,120, soit 1/7 du diamètre du cylindre (1).

Communication du mouvement. — La communication du mouvement entre le piston et la manivelle de l'arbre du volant a lieu au moyen d'une bielle en fer forgé M , ayant de centre en centre 4" 00 de longueur; son diamètre varie depuis 0" 13 jusqu'à 0*16. Les deux lumières de la bielle, garnies en coussinets de bronze, sont alésées chacune à 0M5. Elles embrassent, l'une le bouton de la manivelle N, l'autre la cheville en fer forgé 0, vers les extrémités de laquelle sont les grands galets P qui roulent dans les coulisses en fonte Q destinées à diriger le mouvement rectiligne et horizontal de la tige du piston.

Le diamètre de la cheville mentionnée décroît du centre aux fusées de 0°* 15 à 0m 11 ; les fusées, qui reçoivent les lumières des galets, sont tournées à 0*095. Les galets en fonte sont garnis de bottes en bronze. Ils ont 0-50 de diamètre. La tige du piston et la cheville des galets sont réunis au moyen d'une chape en fer forgé, flxée à clavette sur la téte de la tige.

Consolidation de la macuinb. — Le cylindre à vapeur est placé entre deux châssis de fonte latéraux, et qui sont eux-mêmes boulonnés avec les deux autres châssis Q formant les coulisses directrices des galets. Un cinquième châssis 0/ se trouve du coté de la manivelle ; il porte le support de l'arbre moteur H et sert à établir une distance invariable entre le cylindre et la manivelle. Ces châssis sont assis et fortement boulonnés sur un grand massif en maçonnerie qui compose toute la fondation de l'appareil.

Détente variable. — La détente variable est opérée par un manchon excentrique p portant une seule came héliçoïdc, ayant un mouvement dans le sens vertical par l'effet de l'ouverture et de la fermeture du régulateur à boules S. La came est placée de manière à toujours opérer la levée de la soupape, un instant avant l'ouverture du tiroir de distribution E, quelle que soit l'ouverture du régulateur. La fermeture , au contraire , a lieu à des iustants variables entre 1/8 et les 7/8 de la course, selon que le régulateur se trouve dans la position de plus grande ouverture, de plus grande fermeture, ou daus toute autre position intermédiaire. On comprend que, avec une si grande variation dans la détente et avec la grande sensibilité dont jouissent , en général , les régulateurs à boules , il soit possible d'ob-

(1) Yoy. la table et le» règle* relative* aux dimension* de* lige* et autres pièce* de la machine à Tapeur, tome I de ce recueil.

tenir, en moins de deux secondes, une puissance variable entre 40 chevaui et 100 chevaux.

Or, c'est cette extrême variabilité de puissance, combinée avec la variabilité peu sensible de vitesse, qui fait le mérite du choix que M. Krafll a su faire du système de détente employé. Aussi la machine de Monterhausen développe-t-elle, dans un instant, l'énorme puissance nécessaire pour laminer des feuilles de tôle de plus d'un mètre de largeur sur plusieurs mètres de longueur, tandis que dans l'instant après elle marche à vide , sans accélération bien sensible de vitesse. La détente variable, par le régulateur, a encore un autre avantage, c'est celui de s'opposer à des changements trop sensibles de vitesse lorsque , par suite du passage de tout une une fournée de blocs, la pression dans les chaudières descend notablement.

La soupape de détente (fig. 12), appliquée par l'auteur, est semblable à celle décrite plus haut; c'est aussi une soupape de Cornouailles {Cornish valve), dont l'invention est due à Hornblower(l). Elle a, comme nous l'avons dit, deux avantages très-signalés : 1° celui de n'offrir qu'une trèsfaible résistance au soulèvement, attendu que la pression de la vapeur ne s'effectue que sur une surface annulaire ; 2° celui d'offrir avec une course très-petite une aire de passage assez notable à la vapeur, attendu que ce passage s'effectue à la fois par la partie supérieure et par la partie inférieure de la cloche mobile I), qui repose sur le double siège fixe ni percé à jours.

La tige qui porte cette cloche passe dans une boite à étoupe ; elle est munie a sa partie supérieure d'un petit piston , ajusté dans un petit corps cylindrique n qui renferme un ressort à boudin (ce dernier a pour objet die tendre constamment à appliquer la soupape sur son siège) , et reçoit sou mouvement par l'équerre x, et la tringle y communiquant avec l'arbre ù came.

L'axe du régulateur à boules est mis en mouvement par une transmission à engrenages de manière à faire exactement deux fois autant de révo* lutions que l'arbre du volant, c'est-à-dire 48 par minute pour la marche normale. Le mouvement de l'arbre moteur est transmis à la première roue dentée r; il est obtenu par une manivelle en fer forgé s, placée en face de la manivelle principale N, au bouton de laquelle elle est assemblée par une chape ; Taxe de cette roue , prolongé eu avant et porté par un palier à colonnes t, communique par le pignon de la roue r, à l'axe latéral u, lequel est à son tour mis également en communication par une seconde paire de roues d'angle avec un arbre vertical v , parallèle à celui du modérateur, et auquel il transmet son mouvement par des roues droites x.

Les mouvements de la soupape de détente et du tiroir de distribution sont arrangés de manière à pouvoir être instantanément rendus indépen-

(I) Voy. Traité de» machine» à vapeur, par Th. Tredgold , traduit de l'anglais par Mollet. Paria, 1838, page 364. En publiant les macblnea du Cornouailles, nous reviendront avec détail sur la construction de cette soupape, et noua parlerons de U valve pump de MM. Harvey et West appliquée

dants de la machine pour pouvoir être opérés par la main du machiniste. Cette disposition est Tort utile dans les grandes machines, surtout lorsque le mouvement est souvent interrompu ; car, quand la machine s'arrête près du point mort, il faut quelquefois la faire marcher en sens inverse de son mouvement habituel pour la faire partir.

Les pompes alimentaires de cette machine, au nombre de deux, sont placées latéralement et de chaque côté du cylindre à vapeur en T (flg. 11); leurs pistons plongeurs ont 58 millimètres de diamètre et la même course que le piston de la machine ; ils sont en fer forgé, et capables de fournir chacun par minute 127 litres d'eau. L'auteur n'a reconnu aucun inconvénient à placer ainsi ces pompes horizontalement, comme dans les machines du Creuzot, et à les faire marcher à la même vitesse que les pistons à vapeur. L'eau d'alimentation, expulsée par les pistons, se rend dans un récipient d'air placé sur la partie postérieure U du cylindre, d'où elle est dirigée dans un autre récipient auquel aboutissent les différents tuyaui d'alimentation allant aux chaudières. Le récipient d'air a pour but de régulariser le mouvement de l'eau dans les conduites, dont quelques-unes sont trèslongues.

Volant bt engrenage moteur. — Le volant V de cette machine a un poids total de 25,000 kilog.; son diamètre extérieur est de 7" 244. Il a par conséquent une vitesse normale à la jante de 9m 10 par seconde. Les bras du volant, qui sont ajustés au burin et à la lime, tant avec la jante qu'avec la rosette formant moyeu, portent, en môme temps, la première roue d'engrenage X. L'arbre du volant porte aux tourillons 0m32 de diamètre , et en son milieu, où il a une section octogonale, il porte 0B38. La rosette du volant est calée sur l'arbre par quatre grandes cales en fer forgé de 0œ 04/0" 10 chassées à grands coups de masse dans leurs logements , soigneusement ajustés. Des trous de 0"41/0*40 , alternant sur deux rangs, sont placés sur toute la surface extérieure du volant pour rendre ce dernier maniable au moyeu de leviers en fer. On voit en V la forme de la section donnée à la jante du volant. La grande roue dentée X , placée sur les bras du volant , engrène avec deux autres qui commandent chacun un train de laminoirs, suivant les vitesses indiquées plus haut. Cette roue n'a pas moins de 5-40 de diamètre primitif, et 0"" 315 de largeur de denture ; elle est fondue par segments assemblés à tenons avec les bras, comme l'indique la fig. 10.