MOTEURS A EAU COMPRIMÉE

§ I. — Accumulateurs.

Pour vaincre une résistance sensiblement constante, ou peut employer avec avantage des appareils à vapeur; mais il n'en est plus de même lorsqu'on a à produire des efforts considérables à des intervalles de temps éloignés; le moteur doit alors être assez puissant pour surmonter ces efforts, et, quelles que soient les précautions prises, on ne peut annuler sa dépense dans les instants où il ne fonctionne pas. Dans des cas semblables, il y aurait évidemment grand avantage à employer un moteur capable de développer, par un fonctionnement continu et dans une période de temps suffisamment longue, un travail équivalent à la somme des travaux qui doivent être effectués dans le même temps par intermittence; à emmagasiner ce travail sous forme, par exemple, d'eau comprimée à haute pression dans un réservoir ou accumulateur, puis à dépenser ce travail au fur et à mesure des besoins. La force minimum que peut avoir le moteur est alors fixée par cette condition, que le maximum de travail à

t. ix. 5

lift GROUPE VI. — CLASSE roÙ. — SKCT10N IV.

effectuer dans une période quelconque ne soit jamais supérieur à la quantité du travail, qui peut être emmagasinée, augmentée de celle que le moteur peut produire pendant cette période. Par là sont déterminées à la fois la puissance du moteur et les dimensions de l'accumulateur; c'est ce principe qui a servi de point de départ à M. Armstrong pour établir ses appareils de manutention. Son système, déjà adopté en Angleterre dans un grand nombre d'établissements, n'a encore été appliqué en France qu'à la gare de Bercy, du chemin de fer de Paris à Lyon, à Marseille, dans les docks, et à Rouen. Aussi croyons-nous devoir entrer dans quelques détails sur ces appareils, qui représentent le progrès le plus remarquable qui ait été fait depuis longtemps dans une des branches importantes de l'industrie.

Deux machines à vapeur horizontales, conjugées, agissent directement sur deux pompes foulantes à simple effet et à piston plongeur. L'eau est refoulée dans un cylindre en fonte vertical fermé par un piston plongeur creux à l'intérieur. Sur la tète du piston vient s'attacher une armature puissante qui soutient un caisson en tôle, formant une sorte de gaine autour du cylindre. Cette caisse, chargée de ferraille, exerce sur le piston, et, par conséquent, sur l'eau du cylindre une pressiou de 40 à 50 atmosphères. Il est de la plus grande importance que le piston ne soit pas soulevé au-dessus d'un certain point, car, s'il venait à se déverser, il pourrait, à cause de son énorme masse, causer les accidents les plus graves. Une chaîne reliée au piston est attachée à une valve spéciale établie sur le eonduit de vapeur. A partir d une certaine position du piston, la chaîne fait tourner la valve et intercepte graduellement le passage de la vapeur. Dans le cas où ce mécanisme ne fonctionnerait pas, une soupape en communication avec l'accumulateur est soulev ée par le piston, lorsqu'il approche du point le plus élevé de sa course, et donne issue à l'eau injectée par les pompes.

La machine à vapeur fonctionne doue d une manière auto-

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matiquc ut n'exige presque aucune surveillance de la part du mécanicien. Elle peut, d'ailleurs, être indifféremment placée près ou loin des ateliers où on utilise la force motrice; des tuyaux souterrains amènent l'eau comprimée auprès des grues, cabestans, monte-charges, qu'elle fait mouvoir. Tous ces mécanismes sont placés sous le sol, et les leviers ou pédales qui servent à régler la marche des appareils font seuls saillie sur Le plancher.

Pour des mouvements d'une amplitude limitée comme ceux des grues et des monte-charges, M. Armstrong se sert d'un piston mobile dans un cylindre de longueur suffisante. La tige du piston, sur lequel agit l'eau comprimée, est reliée directement à la chaîne qui supporte le fardeau. Il est facile, par remploi d'un système de moufles, de donner à cette chaîne la levée nécessaire. Nous nous contenterons, au sujet de ces appareils, de faire remarquer que les manœuvres s'accomplissent sans le moindre choc et avec une rapidité que l'on peut faire varier à tout instant dans les plus larges limites.

Le même système n'est plus applicable pour obtenir un mouvement de rotation continu comme celui du cabestan. M. Armstrong emploie alors une machine à colonntî d'eau, composée de deux cylindres oscillants reliés à un même arbre, et dont le mouvement de rotation est transmis au cabestan par une série d'engrenages.

Cet appareil doit marcher très-rapidement, et, par conséquent, présenter une grande simplicité dans les organes de distribution. Cette simplicité semblait exclure les machines à colonne d'eau, dans lesquelles, à cause de l'incompressibilité du liquide, on est obligé de faire fonctionner le mécanisme de distribution au moyen d'un moteur spécial ; M. Armstrong, par une disposition des plus ingénieuses, est parvenu à rendre impossible la compression de l'eau dans les cylindres. Aussi a-t-il pu adopter un des systèmes de distribution par tiroir employés pour les machines à vapeur. L'artifice imaginé par M. Armstrong consiste à placer, sur le conduit qui mène l'eau

du tiroir au cylindre, une soupape en communication avec le tuyau d'amenée de l'eau comprimée; dès que la pression dans le cylindre dépasse celle qui existe dans l'accumulateur, la soupape s'ouvre et l'eau pénètre dans le tuyau d'amenée. Des soupapes semblables ont été appliquées aux autres appareils bydrauliques de M. Armstrong; elles ont alors pour but d'empêcher la production des coups de bélier.

M. Gouin a exposé les dessins d'un appareil basé sur le même principe et appliqué par lui à l'enlèvement des déblais dans le percement des tunnels. On sait que, dans ces travaux, on perce ordinairement un certain nombre de puits peu distants pour attaquer le tunnel par plusieurs points à la fois ; le cube de déblai fourni par chaque puits est assez faible, et la nécessité d'avoir à chacun d'eux une machine a vapeur, un mécanicien, un chauffeur, pour un travail discontinu, augmente beaucoup les dépenses. M. Gouin n'établit qu'une seule machine à vapeur, qui fonctionne d'une manière continue, pour alimenter un réservoir d'eau comprimée à 40 atmosphères faisant fonction d'accumulateur. Sur chaque puits est placée une grue hydraulique à cylindre horizontal et à piston fixe. Le cylindre est mobile, et, au moyen d'une double crémaillère solidaire avec lui, il met en mouvement le treuil qui élève les bennes. Une série d'engrenages interposés rend le déplacement de la benne égal à vingt-six fois celui du cylindre. L'appareil est disposé de manière à ce que les efforts soient en quelque sorte intérieurs au système, de sorte qu'il ne nécessite l'exécution d'aucune fondation; en outre, il est formé par l'assemblage de parties de poids assez faibles pour que leur transport ne présente pas de difficultés, même dans un pays où les voies de communication sont mauvaises. Parmi les détails du mécanisme, nous citerons le tiroir de distribution et la soupape de sûreté de l'accumulateur, qui sont très-heureusement combinés. Nous avons vu qu'il est indispensable que l'eau ne puisse pas dépasser dans l'accumulateur un certain niveau ; il faut donc qu'une soupape donne

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issue à l'eau injectée, dès que ce niveau maximum est atteint.

M. Gouin a trouvé que, si la sortie de l'eau se fait brusquement, la pression descend trop rapidement, et la chute du piston donne lieu à des coups de bélier très-violents. Cet inconvénient grave est évité par l'emploi d'une soupape tout à fait semblable à une pompe à piston plongeur. Le piston, qui est creux, porte sur toute sa hauteur une rainure de \ millimètre 1/2 de largeur; lorsqu'il est soulevé, toute la partie de cette rainure, qui est en dehors du cylindre, donne issue à l'eau, dont le débit se trouve ainsi réglé de manière à maintenir la pression constante.

L'appareil de MM. Gouin et C,e est employé pour le percement de deux tunnels dans les Apennins. On a constaté que l'effet utile était à peu près de 50 pour 100 du travail des pompes.

§ 2. — Machines à colonne d'eau.

Les appareils dont nous venons de nous occuper ne conviennent guère, les uns que pour des , usines importantes, les autres que pour des travaux d'une nature spéciale, comme l'élévation de l'eau dans les campagnes.

La création d'un moteur économique, d'une installation facile, partout où l'on dispose d'un écoulement d'eau, sous une pression modérée, serait d'une grande utilité pour la petite industrie, aujourd'hui que la plupart des grandes villes peuvent distribuer à domicile l'eau sous pression. Deux appareils de ce genre ont été exposés.

Le moteur de M. Perret se compose d'un cylindre tixe dans lequel est placé un second cylindre, appelé régulateur, animé d'un mouvement oscillatoire longitudinal de peu d'amplitude, et entièrement ouvert à ses deux extrémités. Un piston, mobile dans le régulateur, reçoit alternativement sur chaque face la pression de l'eau motrice ; une bielle transforme ce mouvement de va-et-vient en un mouvement circulaire continu d'un arbre muni de deux volants. Un excentrique calé sur l'arbre

conduit le régulateur, qui ouvre et ferme alternativement les lumières de forme annulaire pratiquées aux extrémités du cylindre. Le moteur de M. Perret a été appliqué au perforateur de M. de la Roche-Tolay. Son rendement est assez élevé dans le cas d'une vitesse faible du piston et d'une pression considérable de l'eau motrice ; mais sa construction doit présenter des difficultés, à cause du soin avec lequel le régulateur et le cylindre doivent être ajustés.

La machine à colonne d'eau de M. Coque se compose d'un cylindre horizontal de forme ordinaire, où l'eau est amenée alternativement sur chaque face du piston par l'action d'un tiroir. La sortie du liquide se fait par deux ouvertures, placées à la partie inférieure du cylindre, à ses extrémités, et munies de soupapes mises en jeu par un mécanisme spécial et très-simple. Supposons le piston arrivé à l'extrémité de sa course et prêt à revenir en sens inverse ; à ce moment, la soupape du compartiment plein d'eau (ces soupapes s'ouvrent de dehors en dedans) est soulevée, l'eau s'échappe. La soupape opposée est abandonnée à elle-même, mais le mouvement du piston fait le vide dans le compartiment avec lequel elle communique, et l'air, en la soulevant, pénètre dans le cylindre, jusqu'à ce que commence l'admission de l'eau, ce qui n'a lieu qu'après le parcours par le piston du dixième de sa course. L'introduction de cette quantité d'air a pour but d'empêcher les coups de bélier. Un petit moteur de ce système fonctionne à l'Exposition, et il résulte d'expériences faites au Conservatoire des arts et métiers qu'une machine de ce genre a rendu de 26 à 63 pour 100, suivant la pression de l'eau.

Nous citerons encore, parmi les moteurs hydrauliques, divers appareils de M. Samain, de Blois. La machine élévatoirc exposée par ce constructeur est une balance d'eau automatique ingénieusement combinée, mais le Jury a surtout remarqué sa machine hydrostatique. Dans une cuve en fonte ou en ciment, dont le niveau supérieur est celui du bief d'amont, et dont la profondeur est double de la hauteur de la chute dont on «lis—

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pose, est placée, avec un jeu de quelques centimètres, une seconde cuve fixe en tôle, de profondeur moitié moindre et dont le bord supérieur est également au niveau du bief d'amont. Une troisième cuve mobile en tôle sépare les deux premières, et sa course est limitée à chacune de ses extrémités par le fond de Tune des cuves fixes, contre lequel le sien vient s'appliquer. Elle glisse entre les parois de ces cuves avec un très-faible jeu, mais sans les toucher.

Une disposition facile à imaginer, permet, par la manœuvre d'une double soupape, de faire communiquer les espaces coinpris entre la cuve mobile et chacune des cuves fixes, tantôt avec le bief d'amont, tantôt avec le bief d'aval. Lorsque le bief d'aval communique avec l'intérieur de la cuve mobile, et le bief d'amont avec l'extérieur, cette cuve s'élève. Si on renverse la distribution, le mouvement change de sens; à chiique oscillation, si on ne tient pas compte des espaces nuisibles qui peuvent être réduits à peu de chose, on ne perd que le volume d'eau qui a pour hauteur celle de la chute, et qui est logé dans l'intervalle qui sépare la cuve mobile de l'une des cuves fixes.

SECTION V

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