SS

= r.oo

Ainsi, en formant la vapeur à 200° sons la pression de 15 atmosphères, l’effet maximum dû à l’emploi d’une quantité déterminée de chaleur surpasse seulement de j environ l’effet maximum correspondant au cas où la vapeur est forméeà 100” sous la pression d’une atmosphère. Pour obtenir le double de ce dernier effet, il faudrait former la vapeur à une température plus élevée que 500°, sous une pression plus grande que 85 atmosphères. On conclut de ces résultats qu’il doit y avoir très-peu d’avantage à produire la vapeur sous de très-fortes pressions, quant à l’économie de combustible.

174. Il est essentiel de remarquer d’ailleurs que la valeur de l’expression précédente croissant indéfiniment avec V, on en conclurait que le maximum théorique de la quantité d'action qui peut résulter de l’emploi d’une quantité déterminée de chaleur n'a pas de limite. On ne doit point compter sur l’exactitude de cette conséquence, parce qu’elle est fondée sur des expressions analytiques qui ne peuvent être regardées que comme des formules empiriques, et qui, selon toute apparence, n’expriment pas le? véritables lois des phénomènes. Mais lors même que la proposition dont il s’agit serait admise, il ne s’ensuivrait pas qu’en produisant la vapeur sous une pression de plus en plus forte, on obtiendrait une quantité d’action de plus en plus grande par la consommation d’une quantité donnée de combustible. En effet, outre qu’en élevant la température des appareils on augmente les pertes de chaleur que nous ne considérons pas ici ; comme la quantité de chaleur, qui dans un temps donné, passe du foyer dans le vase où la vapeur se forme, dépend de l’excès de la température du corps en combustion sur la température de ce vase, on diminue nécessairement, en élevant cette température, la proportion de la chaleur produite qui peut être utilisée. Ainsi le rapport de la quantité d'action obtenue à la quantité de combustible consommé doit nécessairement présenter un maximum correspondant à une valeur déterminée de V, au delà de laquelle il n'y aurait que du désavantage à élever la température de la formation de la vapeur.

isDictTioa scrciscTE des piixcipalis maints » umi qui ort été employées JLSQl’» PIIËSEKT.

175. Première « machines de Sarery, (Fig. 61). Ces machines, exécutées dans les dernières années du dix-septième siècle, ne servaient qu’à élever de l’eau. La vapeur, produite en B, élevait l’eau dans le tuyau A, par suite de la pression exercée en S. Le robinet C étant ensuite fermé , la vapeur était condensée en S par l’effet d’un jet d’eau froide provenant du réservoir E. La pression atmosphérique élevait alors l’eau du réservoir inférieur en S par le tuyau D. On ne pouvait élever l’eau par le moyen de cet appareil qu’à 12“ de hauteur environ. Les robinets se manœuvraient à la main.

176. Machines atmosphériques , ou secondes machines de Savcry, mais

don( d’invention est attribuée à Newtonien. Elles ont été exécutées en 1705. Le piston P (Fig. 62), se meut dans le cylindre C, qui est ouvert par le haut. La vapeur est formée en fi. Le robinet O étant fermé, et le robinet à vapeur p ouvert, la vapeur afflue sous le cylindre et détruit l'effet de la pression atmosphérique qui s’exerce sur sa face supérieure. Le contre-poids I fait alors monter ce piston. Le piston P étant parvenu au haut de sa course, on ferme le robinet à vapeur p. et l’on ouvre le robinet O, ce qui permet à un jet d’eau froide de jaillir dans le cylindre C, et condense la vapeur. La pression atmosphérique fait alors descendre le piston P en soulevant le contre-poids I. L'air et la vapeur contenus dans le cylindre C sortent pendant la descente du pistou par le tuyau r, dont l’extrémité est garnie d’une soupape. L'eau de condensation s'échappe par le tuyau q , dont l'extrémité est également garnie d’un clapet. La tige H porte le piston des pompes d’épuisement que la machine fait travailler. La tige R fait mouvoir une petite pompe foulante qui élève dans la bêche L l'eau qui doit servir à la condensation de la vapeur.

On faisait d'abord mouvoir les robinets à la main : mais on a ensuite adapté à l’appareil un régulateur. Celte machine ne peut que soulever un poids, et le laisser retomber alternativement, et par conséquent, n'était employée qu’à faire mouvoir des pompes. La condensation opérée dans le cylindre même, y causait un refroidissement considérable.

Pour le calcul approché de ces machiues, on remarque qu’aucun effet n’est produit pendant que le piston monte, le contre-poids I étant réglé de manière à ce que les frottements soient simplement détruits pendant ce mouvement. Quand le piston descend, sa face supérieure supporte la pression d’une atmosphère, mais cette force est en jiartie détruite par plusieurs résistances, qui sont évaluées de la manière suivante ( Traité des machines à vapeur, par Th. Tredgold) :

1° Force élastique de la \apeur non condensée, dont la température est ordinairement de 70°. . . . ü.ôôü atmosphère.

2° Effort nécessaire pour chasser cette vapeur et l’air

dégagé de l’eau de condensation 0,007

5“ Frottement du piston 0,050

4° Jeu des soupapes, frottement des axes, élévation de l’eau de condensation 0,095

Il ne reste donc pour la force transmise à la tige du piston que 0,52 atmosphère', ou 0k" 536 par centimètre quarré du piston. La vitesse du piston est de 1'" à lm,5 par seconde. La longueur de la course est le double du diamètre.

La consommation du charbon est de 6 à 7kl1- par heure pour la force d’un cheval, évaluée à 75kX“* par seconde.

177. Premières machines de IValt, dites à simple effet (Fit;. 63). La patente est de 1769. La disposition générale est la même que la précédente, mais l'action de l’atmosphère est supprimée. Quand le piston P descend, la tige auxiliaire a étant soulevée, la vapeur, qui arrive de la chaudière par le tuyau B, agit sur la face supérieure de ce piston- dont la face inférieure est mise en communication avec l’espace D où s’opère la condensation. Quand le piston P s’élève, la lige a étant abaissée, la communication avec la chaudière et avec l’espace D n'a plus lieu, mais la vapeur peut passer librement du dessus au dessous du piston P dont les deux faces sont également pressées. L’eau qui opère en D la condensation , est donnée par un robinet mù par la poignée r. La tige £ fait marcher une pompe qui évacue l’eau de condensation et l’air qui s’en dégage.

Dans ces machines, comme dans les précédentes, aucun effet n’est produit quand le piston monte, le contre poids surmontant les frottements, et produisant l'effort nécessaire pour faire passer la vapeur du dessous au dessus du piston P. Quand le piston descend, la force transmise à la tige A est estimée comme il suit. Désignant par 1 la force qui serait calculée d'après la tension

de la vapeur dans la chaudière, il faut en retrancher

Pour le mouvement de la vapeur dans les conduits 0.007

refroidissement dans les conduits et le cylindre 0.038

frottement du piston et fuites 0.050

expulsion de la vapeur hors du cylindre 0,007

jeu des soupapes, frottement des axes, élévation de l’eau d'injection, jeu de la pompe à air 0,200

perte d'effet due à ce que la vapeur est interceptée avant la fin de la course 0,098

Il reste les 0,6 de la force dont il s'agit, dont il faut retrancher encore la force élastique de la vapeur condensée. La vapeur est ordinairement produite dans la chaudière sous la pression de 0“, 9 correspondante à la température de 105°, et condensée à 50° sous la pression de 0m, 1. La force dont on dispose est donc 0,6 x 0,9 — 0, 1 =0“, 44, ce qui répond à un effort de0kll 60 par centimètre quarré du piston. La vitesse du piston est comprise dans les limites indiquées ci-dessus.

La consommation de charbon est d’environ 5kl1- par heure pour la force d'un cheval, ce qui revient à 54000kXm par kilogramme de charbon brûlé.

Pour faire produire un mouvement de rotation aux machines dont on vient de parler, on a d’abord élevé de l'eau que l’on faisait tomber sur une roue

à augets. On a ensuite articulé à l’extrémité du balancier une tige ou bielle agissant sur un volant, soit par une simple manivelle (Fig. 64), soit par la roue planétaire ou mouette ( Fig. 65 ). Mais comme la vapeur n’agissait sur le piston que pendant sa descente, il fallait alors, pour régulariser l’action exercée sur le volant, placer à l’extrémité du balancier un contre-poids égal à la moitié de la force avec laquelle le piston était poussé.

178. Secondes machines de tf^alt, dites à double effet. Le principal objet de cette nouvelle disposition était la suppression du contre-poids : il était nécessaire pour cela : 1° que la vapeur fut condensée alternativement en dessus et en dessous du piston ; 2° qu'en montant le piston pût pousser l’extrémité du balancier au moyen d’une verge rigide , qui se maintint toujours exactement verticale.

Pour remplir le premier objet, pendant la descente de la tige A et du piston P (Fig. 66), la tige auxiliaire a étant soulevée, la vapeur, qui afflue de la chaudière par l’orifice B , agit sur la face supérieure de ce piston . tandis que la face inférieure est mise en communication par le tuyau D avec la capacité où s’opère la condensation. Pendant la montée du piston P au contraire (Fig. 67) , la tige a étant abaissée, la face inférieure de ce piston est mise en communication avec la chaudière, et la face supérieure avec la capacité où s'opère la condensation. On remarquera d’ailleurs qu’en agissant ou en élevant en partie la tige a avant la fin de la course du piston, on peut interrompre l’afflux de la vapeur sur une de ses faces sans que la condensation cesse sur l’autre face : alors la vapeur agit avec détente.

Après avoir essayé divers procédés, le second objet a été rempli parVVatl au moyen du parallélogramme , combinaison de verges unies par des articulations, et telle que l’extrémité supérieure de la tige du piston, en conduisant le balancier, décrit une courbe très-peu différente d'une ligne droite (Fig. 68).

Dans cette machine, la vapeur agit également quand le piston monte et quand il descend. La force élastique de la vapeur dans la chaudière étant représentée par l’unité, l'effet des résistances est évalué comme il suit:

Pour le mouvement de la vapeur dans les conduits 0,007

refroidissement dans les conduits et le cylindre 0,016

frottement du piston et fuites 0,125

expulsion de la vapeur hors du cylindre 0.007

jeu des soupapes, frottement des axes, élévation de l'eau d'injection, jeu delà pompe à air 0,1 15

la perte d’effet due il ce que la vapeur est interceptée avant la fin de la course 0.100

II reste les 0.632 de la force de la vapeur produite, dont il faut retrancher, comme ci-dessus, celle qui reste à la vapeur condensée. La vapeur étant ordinairement produite et condensée aux températures indiquées dans le numéro précédent, la force dont on dispose est 0",9 x 0,632 — 0",1 = 0"47, ce qui répond à un effort de 0kl1 63 par centimètre quarré du piston. La vitesse du piston est telle qu’on l'a indiquée ci-dessus.

La consommation de charbon est évaluée de 4 à 5kl1- par heure pour la force d’un cheval, ce qui revient de 54000 à fiS000k x ,D par kilogramme de charbon brûlé. On suppose que la vapeur agisse sans détente. La consommation de combustible est d’autant plus grande que les machines sont plus faibles.

179. Les machines dont on vient de parler sont généralement employées et désignées sous le nom de machines à basse pression. La principale modification qui ait été apportée au mécanisme, depuis Watt, consiste dans la suppression du balancier, disposition qui n'est applicable qu’à des machines -d’une force médiocre. On profite, aussi quelquefois de la détente de la vapeur, en interceptant la communication avec la chaudière avant que le piston n'ait achevé sa course. Pour calculer alors la force de la machine, on remarque que la vapeur doit toujours conserver une force suffisante pour surmonter les résistances, et la tension de la vapeur condensée. Par conséquent, dans la formule du n° 165, H désignant la tension de la vapeur formée dans la chaudière, et la tension conservée par la vapeur après la condensation étant de 0m, 1, on devra supposer H' = 0, 368. H -+- 0'", 1. Désignant d’ailleurs paf

— la fraction de la course du piston pendant laquelle on fait affluer la vais »

peur, d’où H =n H„ cette formule deviendra ,

r A H I log. n + 1 . «J.

dans laquelle A représente le volume de la vapeur produite, c’est-à-dire la

portion — du volume total du cylindre. La quantité d’action obtenue est

donc la même qui aurait lieu si le piston était poussé pendant toute la durée de sa course avec une force duc à la hauteur de mercure

log. « -t- I . «J,

formule qui représente par conséquent la pression moyenne avec laquelle le

piston est poussé. Le cas le plus avantageux a lieu quand n= ;

pt alors la pression moyenne est duc à la hauteur [1] n H log. n.

En multipliant cette hauteur par 1,3568, on aura la pression moyenne en kilogrammes sur chaque centimètre du piston.

Lorsque l'on emploie ainsi la détente de la vapeur, on obtient une économie de combustible à peu près proportionnelle à la portion de vapeur qui est épargnée. En supposant comme ci-dessus que la tension H de la vapeur dans la chaudière est 0“,9, on trouve que cette économie peut être de moitié.

180. Machines à haute pression. Il y en a deux espèces principales. Les unes présentent une disposition semblable à celles des machines décrites n* 178, et n’en diffèrent que par la pression sous laquelle la vapeur est produite. pression que l’on a portée jusqu’à 7 et même jusqu'à 10 atmosphères : on utilise ordinairement la détente de la vapeur. La pression moyenne sur le piston peut être calculée de la manière indiquée dans le uuméro précédent. Dans quelques-unes de ces machines, et particulièrement dans celles qui font mouvoir les chariots sur les chemins de fer. on ne condense pas la vapeur qui se perd dans l’atmosphère. Les résultats précédents peuvent encore être appliqués, en substituant la pression atmosphérique à la tension de 0°*, 1 supposée conservée par la vapeur après la condensation. La perte d’effet qui en résulte est en partie compensée par la suppression de la pompe qui élève l'eau d’injection, et de la pompe à air.

181 . Dans les autres machines à haute pression, dites machines de Woolf, la vapeur agit dans deux cylindres et sur deux pistons de diamètres differents. La tige auxiliaire a porte, comme dans le cas du n” 178, une soupape à tiroir, et de plus deux pistons pp (Fig. 69). Pendant la descente des deux pistons P, P’, qui conduisent ensemble le balancier, la tige a étant soulevée, la vapeur affluant de la chaudière en B agit sur la face supérieure du petit piston P. En même temps, la vapeur qui avait rempli le petit cylindre C, passe dans le grand cylindre C', où elle agit sur la face supérieure du grand piston P', tandis que la vapeur qui est au-dessous de ce même piston, va à la condensation par l’orifice D. Au contraire, pendant la montée des deux pistons P, P', la tige a étant abaissée, la vapeur afflue de B contre la face inférieure du petit piston P, tandis que celle qui avait rempli le petit cylindre passe dans la partie inférieure du grand cylindre, et que la vapeur qui était au-dessus du piston P’ va à la condensation par l’orifice E. On voit donc que la vapeur agit constamment avec toute sa force contre une des faces du petit piston, tandis qu'une des faces du grand communique constamment avec l’espace où s'opère la condensation. Les faces

[i] En prenant le logarithme dans les tables ordinaires, on doit écrire: n H ( 2,305) log. n

opposées de ees pistons supportent des pressions variables à mesure que l'expansion de la vapeur s’opère.

L'effet des résistances est estimé dans ces machines les 0,52 de la tension de la vapeur dans la chaudière. Supposant toujours que la tension de la vapeur après la condensation soit de O",!, on aura

pour le rapport convenable entre la capacité du Grand et du petit cylindre. La force de la machine se calculera en faisant abstraction du grand piston, et supposant la pression moyenne exercée sur le petit piston due à la hauteur

Il log. n.

Les machines dont il s’agit ne sont pas considérées comme étant plus avantageuses que les précédentes. On admet que dans les machines à haute pression la consommation est environ 2kl,-,5 à 3kn- par heure et par force de cheval; ce qui revient de 90000 a 1 1 5000* * ” par kilogramme de charbon brûlé. L'économie que ces machines présentent sur les machines à basse pression parait provenir en grande partie d’une meilleure disposition des chaudières et surtout de ce que l’on fait détendre la vapeur. Le résultat précédent ne convient d'ailleurs qu’aux machines fixes. La consommation pour les machines des bateaux et surtout pour celles des chariots est plus que double, à quantité d'action égale.

TITRE XVIII

I)K8 MACHINES A ÉLEVER 0E l'eAU, OOXT I.E MOTEUR EST l'NE CHUTE n’EAU.

182. Considérons une chute d'eau, et supposons qu’on veut employer la quantité d'action qu’elle produit à élever une partie de ce fluide; on peut distinguer deux cas, 1° celui où le volume d’eau fourni par lachuteétant peu considérable , on en voudrait élever la plus grande portion qu’il serait possible ; 2° celui ou le volume d’eau fourni par la chute est beaucoup plus grand que celui qu’on veut élever.

En admettant que l’on se trouve dans le premier cas, on peut demander s’il est plus avantageux de prendre l’eau élevée dans le bief supérieur, ce qui diminue la hauteur à laquelle il faudra l'élever; ou dans le bief inférieur, ce qui augmente le volume d’eau qui peut agir sur la machine. Pour répondre à cette question, nommant

LEÇONS SUR 1/ APPLICATION H la hauteur de la chute;

H' la hauteur à laquelle on veut élever l’eau, comptée du niveau du bief supérieur ;

£ le volume de l’eau fournie par la chute dans une unité de temps;

E' le volume de l’eau que l’on veut élever dans l’unité de temps ;

9 le rapport entre l'effet utile produit par la machine qu’on emploie, et la quantité d'action fournie par l’eau servant de moteur.

On aura, si l’on prend l’eau dans le bief supérieur,

E’H'=?(E — E')H,ci'où E' = <? ;

et si on la prend dans le bief inférieur,

E il

E'(II + H') = ç . e n, d’où E' = 9 .

Il -+■ U'

ç étant toujours <1, la dernière valeur est plus petite que la première, et par conséquent il vaut mieux prendre l’eau dans un bief supérieur.

Lorsque la quantité d’eau est surabondante, il est évident que la même disposition doit être adoptée.