CHAPITRE PREMIER

Principales Recherches faites sur les Frottements

dans les Machines Motrices

| L'étude du rendement organique constitue, dans la théorie des machines motrices thermiques. l’une des parties les moins connues, vraisemblablement en raison des difficultés introduites dans sa détermination expérimentale par la multiplicité des causes de variation des pertes par frottements qui en fixent la valeur: la détermination de ces pertes présente, cependant. un intérêt tout particulier. car elles constituent un critère précieux de la qualité mécanique de la machine.

On doit même y voir un des plus importants facteurs délerminant les limites imposées par les ressources actuelles de la construction mécanique à l'accroissement du rendement d'ensemble des cycles moteurs. Tout gain réalisé sur ces pertes se traduit immédiatement par de nouvelles possibilités d’amélioration thermodynamique des cycles utilisés: nous reviendrons, d’ailleurs, sur cette question à la fin du présent travail. |

Les recherches faites sur ce sujet, cependant assez mal connu, ont été très nombreuses, surtout en ce qui concerne la machine à vapeur. ;

Bien qu’il existe entre les deux genres de moteurs, à vapeur et à explosions, des différences fondamentales au point de vue du fonctionnement mécanique, il n’est pas sans utilité de rappeler les résultats acquis par divers auteurs sur l’une et lautre de ces machines.

Il apparaîtra. de la comparaison de ces résultats. que même en ce qui concerne la machine à vapeur, l'unanimité est loin d’être faite.

TITRE PREMIER. — La MACHINE à VAPEUR

$ A. — Travaux de Thurstor.

Thurston (1) a réuni un grand nombre de documents expérimentaux, souvent personnels. qui forment le plus important travail sur la question et dont nous allons résumer succinctement les principaux résultats.

Le procédé des anciens ingénieurs consistant à admettre l’invariance des pertes en fonction de la charge est mis en parallèle avec les, résultats de la formule de Pambour.

où R représente la résistance totale, R; la résistance du travail net accompli par la machine, R;, le travail absorbé par les frottements de la machine elle-même.

Il ressort du texte de l’auteur que la quantité représentée par Ro est, en réalité, le travail résistant de la machine en marche à vide, déduit de la mesure du diagramme pris dans ces conditions; R,; le travail résistant utile, et R le travail moteur indiqué.

(1) THursron, Traité de la Machine à Vapeur, T, I, p. 550.

A HAT eee

Tout en acceptant la forme théorique de cette relation, Thurston conteste son adaptation aux résultats pratiques, car les articulations soumises aux efforts moteurs ne causent, d’après lui, qu'une faible partie des pertes, en raison des coefficients de frottement très faibles et décroissants aux charges croissantes observés par lui dans les paliers de machines (1). L'auteur n’a pas tenu compte, dans ce qui précède, des forces d'inertie, invariables à vitesse constante.

Le total des pertes par frottement, lotal provenant des parties suivantes: paliers moteurs, bouton de manivelle, crosse, articulations de distribution, presse-étoupe des tiges de piston et de tiroir, piston dans le cylindre, tiroir sur sa glace et pompes à air, correspond à un travail résistant équivalent à une pression effective de :

0 kg./cm°? 07 pour machines puissantes et en bon état.

0 kg.cm° 35 pour petites machines de 25 à 50 chevaux.

Un essai d’Aldrich et Mitchell sur une machine monocylindrique de 293 mm. d’alésage el 356 mm. de course fait à la vitesse de 230 t./m.avec une puissance de 4 à 50 CV et des pressions d'introduction de 3 à 6 kg./cm? a donné lieu à des pertes organiques variant de 2 CV 06 à 4CV 02 de facon irrégulière et semblant indépendantes de la puissance.

D'autre part, un essai de Day et Riley sur sur une machine monocylindrique de 175 mm. d’alésage et 305 mm. de course a montré que les pertes croissaient avec la pression à l’admission.

Soient :

pmf la pression moyenne nécessaire pour vaincre les frottements, et pa la pression à l'admission dans la boîte à tiroir, on observe que :

Pa passant par les valeurs successives....... Val 6 1 kg./cm? 5 Pmf prend les valeurs correspondantes....... 0,14 0,35 0 kg./cm?° 21

Thurston cite encore différents résultats d’essais que nous reproduisons avec les précédents dans la figure 1.

Le mode de représentation adopté pour ce graphique, comme pour les suivants, a été choisi de façon àexprimer les résultats du’une façon aussi générale et indépendante des caractéristiques de la machine étudiée que possible, tout en mettant en évidence les valeurs des pertes par frottement qui forment le sujet de cette étude.

Shertes par frottement

Pour cela, nous avons, pour chaque essai,

porté en abscisse la fraction p—--quotient de la im

puissance indiquée réalisée dans l’essai considéré Pi par la puissance indiquée maxima de la ma-

chine étudiée Pim, et en ordonnée la fraction FL de cette même puissance absorbée par les frotte- ‘ ments qui causent une perte de puissance Pf. Les conclusions de Thurston, au sujet de ces pertes, sont les suivantes :

1o Dans les bonnes machines sans condensalion, le frottement est indépendant de la puissance,

4 Pfection de chorge à vitesse constante comme à vitesse variable.

20 Le frottement est variable avec la vitesse et augmente avec elle dans un rapport encore mal connu et différent suivant les machines. On peut proposer la relation

R=R, +jR, CN)

ou. R représente la résistance totale R, la résistance due à la charge extérieure R, la résistance à vide et V la vitesse.

30 Le frottement augmente avec la pression de la vapeur dans une proportion analogue à celle qui accompagne l’augmentation de vitesse.

Aucun de ces modes de variation n’est susceptible d’une représentation algébrique convenable.

4) Taurstow, Friclion and lost Work, chap. VIL

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