RÈGLES PRATIQUSS POUR LE CALCUL DES MACHINES A VAPEUR

lo Vitesse du piston non uniforme, passant de o à la vitesse maxima, qui est à la vitesse moyenne u dans le rapport de

2« La contraction de la veine fluide ;

30 Les espaces nuisibles et les condensations à l'admission ;

4^ Enfin, les lumières plus ou moins fermées pendant une partie de la course.

Les pertes de charge sont donc de beaucoup supérieures aux résultats de la formule

110. Ban de condensation.— Si t est la température de la vapeur à réchappement,

ti la température du condenseur,

to la température de l'eau de condensation,

X = 606.5 + 0,305 t, la chaleur totale de la vapeur à t^ la quantité d'eau à injecter au condenseur pour condenser 1 k. de vapeur sera (en prenant la chaleur spécifique de Teau = 1) :

606,5 + 0.305 t — tj ti-to pour l = 80<>, t^ = 50**, to = 15^, la formule ci-dessus prend la valeur 16 k. 6.

Suivant la quantité d'eau froide dont on disposera, on condensera plus ou moins froid et on obtiendra un vide plus ou moins parfait.

Dans les machines ordinaires, on compte sur 25 à 30 fois le poids de vapeur dépensé, soit 3 à 400 litres par heure et par force de cheval pour de bonnes machines.

130. Pompe À air et condenseur.— La contrepression due à Tair en dissolution dans Teau froide est d'autant plus faible que le condenseur ainsi que la pompe à air ont un plus grand volume.

Dans les machines de Watt, la course de la pompe à air (à simple efiFet)

était égale à la moitié et le diamètre au tiers des dimensions analogues du

piston à vapeur. D'où rapport entre les volumes débités par les pistons de

la pompe à air et du moteur : — X \^j = -5- •

Le condenseur était de même volume que la pompe à air.

On prend actuellement le rapport 4/4 {pompe à simple effet), ou à peu près ; le volume des pompes à double effet est moitié moindre. Dans les machines Woolf et Compound, le rapport s'établit avec le ou les cylindres détendeurs seulement. La pompe à air a souvent une vitesse égale à celle du piston à vapeur.

72 CHAPITRE yi

Les condenseurs par surface sont calculés par des règles spéciales. Quand la hauteur d'aspiration dépasse â à 3 mètres, on élève Teau au moyen d'une pompe spéciale, dite pompe de puits.

Si h est la hauteur d'aspiration, q le poids d'eau de condensation par cheval, le travail théorique de la pompe de puits sera q h.

Celui de la pompe à air sera 10 q.

10 représentant à peu près la pression en eau de l'atmosphère moins la pression au condenseur :

Prenant q = 350 litres à Theure, et comptant que le rendement des pompes est environ de 1/3, on aura, pour le travail par heure : 3 X 350 q (h + 10) - 3 X 350 q (h + 10) ^ /u ^ ian

soit en chevaux : ^qÔOX^ ' ^^ '^^''^^ lÔÔT^^ + ^^^'

Pour h z= 30 mètres, le travail ainsi absorbé représente 16 0/0 de celui de la machine.

On n'emploie plus la condensation quand la hauteur d'aspiration dépasse 30 à 40 mètres.

19i. PcMiipealliiieiitalpe. ~ On calcule les dimensions de la pompe d'alimentation de telle sorte qu'elle débite un volume théorique égal à 3 à 5 fois le volume strictement nécessaire. Cette pompe ne marcho pas constamment à plein débit.

DES 0B6ANËS DE DISTRIBUTION

idd. OénérallAè». — Dans les premières machines k vapeur (Ne wcommen) la distribution était faite au moyen de robinets manoeuvres k la main ; disposition usitée encore aujourd'hui dans quelques cas (pilons, grues Chrétien, etc.). On imagine facilement quatre orifices au cylindre, deux h l'admission, deux à Téchappement, fermés par des robinets manœuvres en temps opportun; cette distribution k quatre orifices a été reproduite dans les machines les plus modernes (Gorliss, Sulzer, Ingliss, etc.).

On simplifie la manœuvre en réunissant toutes les communications dans un seul robinet à quatre voies (distribution inventée par Denis Papin et renouvelée par Maudslay) (fig. 15).

Le robinet étant tourné comme Tindique A, le dessus du piston communique avec Téchappement et le dessous avec la chaudière ; en tournant le robinet de 90* (B), les communications sont interverties.

La distribution avec un pareil robinet peut se faire en imprimant à la clef un mouvement de rotation continue.

Applications aux foyers à gaz et à régénérateurs de Siemens.

Les systèmes de distribution sont extrêmement nombreux. Nous n'étu-> dierons que les plus usuels.

±93. DIstrlbutlfMi par excentrlcnie elrealalre et tiroir en coquille. — Le plus simple est le système de distribution par tiroir en coquille et excentrique circulaire, déjà sommairement décrit. . L'excentrique n'est autre chose qu'un vilebrequin, dans lequel le diamètre de la fusée est assez grand pour embrasser Tarbre, de manière h éviter de couder cet arbre ; il est quelquefois en une pièce, le plus souvent en deux pièces (fonte, fer ou bronze) serrées sur Tarbre (fig. i6) par deux goujons et fixées en place par une clavette.

L'excentrique est embrassé à frottement doux par le collier d: excentrique en deux pièces (bronze, fer ou fonte, souvent garnis d'an/i/rtdton), réunies par des boulons, avec écrou, contre-écrou, ergot, goupille, rosettes, cales ajustées pour le rattrapage du jeu, godet graisseur, pattes d'araignées pour la répartition de Thuile ; des rainures correspondantes pratiquées sur le collier et l'excentrique empêchent les déplacements latéraux.

Le collier d'excentrique est assemblé à la bielle d* excentrique par des boulons, ou bien au moyen d'un goujon avec clavette.

La barre d'excentrique est réunie à la tige du tiroir, par un assemblage à fourche. Cette dernière est guidée, s'il y a lieu, et pénètre dans la boîte à vapeur par un presse-étoupe ; l'assemblage de cette tige avec le tiroir est tel que celui-ci puisse céder à la pression de la vapeur en s'appliquant sur la glace, sans que la tige soit faussée : cadre du tiroir a a dans les loco-

Fig. 17.

motives (ûg. 17) soudé à la tige b ; souvent on met une contretige c, passant à travers un guidage ou un presse-étoupe.

La glace est percée de trois lumières : deux d'admission /*/*, une d'échappement e, en forme de rectangles très allongés, de manière à diminuer la course du tiroir ; le tiroir est en bronze, ou en fonte, quelquefois garnie de bronze ou d^antifriction ; c'est une pièce exposée à gripper.

11 y a toujours entre l'excentrique et le tiroir, des moyens de rattraper le jeu : dans la figure 16, ce sont des cales interposées entre les brides d'assemblage de la bielle et du collier d'excentrique.

12^.Kéirleiueiittttloii normale — Si la distribution est réglée de telle sorte que l'admission sur une face du piston et l'échappement sur Tautre face durent pendant toute la course, on dit que la réglementation est normale ; la réglementation normale est seule possible dans les ma- ** * chines à colonne d'eau. Pour la réaliser, il faut évi-

demment (fig. 18):

l^ Que les barrettes du tiroir aient exactement la largeur des lumières

DES ORGANES DE DISTRIBUTION 75

d'admissioD et qu'elles recouvrent simultanément ces deux lumières ;

2« Que cette dernière circonstance ail lieu quand le piston est à bout de course, c'est-à-dire, que le tiroir soit au milieu de sa course lorsque le piston est h rextrémité de la sienne. On y arrive en donnant à Texcentrique un calage convenable ; si la glace du tiroir est parallèle au cylindre, et que le piston et le tiroir soient attelés directement sur l'arbre, l'angle de calage devra être droit.

C'est ainsi qu'étaient réglées les anciennes machines (sauf une légère garde que l'on ménageait aux barrettes pour éviter le passage direct entre la chaudière et l'échappement).

Les avantages d'une réglementation avec avances et détente ont été mis hors de doute par les travaux de Reech et de Clapeyron (1).

19S. Avance an^nlalre et i-eeoavrement. — Dans le système de distribution que nous étudions, on réalise ces avantages au moyen de Yavance angulaire de l'excentrique et des recouvrements.

Les barrettes sont plus larges que les lumières ; le tiroir étant dans sa position moyenne (fig. 19), la quantité ab dont la barrette déborde la lèvre extérieure de la lumière d'admission est le recouvrement exté- ^*^' ^^' rieur ; la quantité c d dont elle déborde la lèvre intérieure est le recouvrement intérieur.

Une machine étant supposée réglée normalement, si l'on fait tourner l'excentrique d'un certain angle par rapport à la manivelle, cet angle est Yavance angulaire. Dans les machines à connexion directe du piston et du tiroir, si les mouvements de ces deux organes sont parallèles, l'avance angulaire est égale à l'angle de calage de l'excentrique diminué de 90*'.

En général, Yavancelangulaire est Vangle que la manivelle a encore à dé^ cnre pour arriver au point mort, à l'instant où le tiroir est dans sa position moyenne. Ex. : (fig. 20).

(1) Ainsi que Clapeyron Ta prouvé. Watt avait reconnu, dès 1805, la possibiUté d'améliorer le rendement des machines à vapeur en modiiiant légèrement la réglementation normale, jusqu'alors exclusivement pratiquée ; il se contentait de donner à l'excentrique une légère avance angulaire. Ce perfectionnement fut tenu secret. Il^fut révélé à Reech, à la suite d'une étude approfondie sur la machine du Sphinx ^ livrée par Muner, élève de Watt. Premier mémoire de Reech au ministre de la marine (1836). — 2« Mémoire à r Académie des sciences (1838), retiré en 1839 pour être remis au ministère de la marine .

En 1840, Clapeyron^ appliquant ses idées théoriques h la machine Le Creuzot^ du chemin de fer de St-Germain, obtint des résultats plus remarquables encore.

Ses recherches sont consignées dans un Mémoire sur le règlement des tiroirs dans les machines locomotives et sur la détente (mai 1842). Il ne s'agit plus ici seulement de Vaoance angulaire de i'excsntrique, dont les propriétés avaient été précédemment cons* tatées, mais aussi des recouvrements et de la détente pratiquée dans une large mesure.

O H. Manivelle.

0 E. Rayon d'excentricité.

|S = M 0 E. Angle de calage.

Eq. Position du centre de l'excentrique quand le tiroir est à mi-course ; la position correspondante de la manivelle est 0 M|. Mq. Position du bouton de manivelle au point mort, a =z M4 0 Mq, avance angulaire.

Fig. 20.

La position 0 Eq du rayon d'excentricité correspondant au tiroir à micourse s'obtient en abaissant du point 0 une perpendiculaire sur le plan de la glace (l'obliquité de la bielle d'excentrique étant négligée).

Les mouvements des organes sont plus faciles à étudier dans une machine à connexions directes dont la glace est parallèle au cylindre; on ramènerait la machine (fig. 20) à cette disposition, en supposant qu'on fasse tourner l'ensemble de la distribution (excentrique, bielle d'excentrique, tige du tiroir et glace) autour de l'arbre de couche 0, de l'angle 7 que ^ fait la glace avec le cylindre.

Une transformation analogue peut se faire facilement, quelles que soient , les dispositions cinémaliques de la machine (machines à balancier, commande du tiroir par mouvements de sonnettes, etc.).

Nous supposerons dans ce qui va suivre, que cette transformation préalable a été opérée.

Remarque. — Dans une machine ramenée à ce type uniforme, le sens de la rotalion de l'arbre de couche est tel que le rayon d'excentricité précède ^, ■ ^ la manivelle (voir la flèche, fig. 20). Il est aisé de s'en rendre compte en suivant, pendant une révolution, le mouvement des divers organes. i<M. Epupe circulaire de Reccli. — Projetons (fig. 21) sur un plan perpendiculaire à l'arbre de couche les mouvements des diverses pièces qui sont attachées.

Le bouton de manivelle M et le centre d'excentricité E décriront des cercles autour de

Fig. 21.

DES ORGàKBS Dfi DISTRIBUTION

Taxe 0 de l'arbre de couche, l'angle M 0 E de calage restant constant. Si les bielles qui servent à atteler ces deux points au piston et au tiroir sont assez longues pour qu'on en puisse négliger l'obliquité, les déplacements du piston d'une part, du tiroir de l'autre, seront respectivement égaux à ceux des projections M'. E' de M et de E sur Taxe G de la machine (plan de la glace ou axe du cylindre).

Pour avoir le mouvement d'un point quelconque du tiroir, par exemple de la lèvre extérieure (fig.

22) il suffira de faire coïncider cette lèvre avec la projection A sur le plan GG de la glace (que nous supposerons horizontale) du centre d'excentricité A|; celui-ci se déplaçant sur le cercle qu'il décrit, la lèvre du tiroir coïncidera toujours avec la projection de ce point. Gomme position initiale, on choisit la position moyenne du tiroir, qui a lieu lorsque le rayon d'excentricité A^ 0 est perpendiculaire au plan de la glace. La situation correspondante de la lumière se dessine en prenant A B = au recouvrement extérieur, et B D = la largeur de la lumière.

L'admission commence évidemment quand la lèvre du tiroir dépasse B, c'est-à-dire quand le centre de l'excentrique est en B^ sur la verticale de B ; l'admission se termine quand il est en B'^, également sur la verticale deB.

Les mouvements de la lèvre intérieure du tiroir G par rapport à la lèvre intérieure de la lumière D se déterminent de même (voir le bas de la figure) en portant de G en D le recouvrement intérieur ; les deux points D^ et D'^ du cercle placés sur la verticale de D déterminent, l'un (D^) le commencement de l'échappement, l'autre (D'^), la fin de l'échappement.

Pour figurer les mouvements du piston, on peut tracer la position 0 m de la manivelle correspondant à la position 0 A^ du rayon d'excentricité, au moyen de l'angle A^ 0 m = l'angle de calage, puis amener le bouton de manivelle m dans les situations successives qu'il occupe, autour du centre 0, el projeter ces points sur l'horizontale 0 m\

On rend plus rapide cette construction au moyen des deux artifices sui^* vanl5 :

i® On réduit l'échelle de la course du piston, de telle sorte que m vienne en M et que le bouton de manivelle décrive le même cercle que le centre d'excentricité.

2° On suppose que la manivelle- ainsi que le plan de projection 0 m* tournent autour du point 0 d'un angle égal à l'angle décalage, dételle sorte que M vienne coïncider avec A^. Le plan de projection viendra alors en 0 X faisant avec 0 A^ un angle a égal à l'avance angulaire, et les projections successives sur 0 X du centre d'excentricité représenteront les poisitions correspondantes du piston.

Ainsi :

A^ position du piston quand le tiroir est à mi-course ; Bj . » » au commencement de l'admission ;

Bs X avance à l'admission 6*2 position du piston à la fin de l'admission

XB'j admission ; Da position du piston au commencement de l'échappement; B\ Dj détente ;

Dg \^1 avance à l'échSppement ; D'2 position du piston è, la fin de l'échappement; X' D'j échappement ; D'2 B^ compression.

idT. lËUc^iM de l'avanee ot des pceoavreinents. — DeTexamen de cette épure, on déduit les conséquences suivantes :

i** En augmentant le recouvrement exténeur^ on réduit l'avance à l'admission, et surtout Tadmission, ce qui tend à accroître la détente ;

2* L'augmentation du recouvrement intérieur a pour effet de réduire l'avance à l'échappement et d'augmenter la compression ;

3« En augmentant Vavance angulaire^ on augmente l'avance à l'admission, la détente, l'avance à l'échappement et la compression.

Remarques. — Le recouvrement intérieur est toujours beaucoup plus petit que le recouvrement extérieur: il peut même y avoir découvremeni intérieur (c'est-à-dire recouvrement négatif).

L'avance angulaire doit être réglée sur le recouvrement extérieur, de telle sorte qu'il n'y ait pas retard à l'admission. A une grande valeur du recouvrement extérieur correspond donc une grande valeur de l'avance angulaire.

L'économie d'une distribution dépend de quatre éléments : ouverture et fermeture à l'admission, ouverture et fermeture à l'échappement. Or on ne dispose que de trois variables : avance angulaire, recouvrement extérieur, recouvrement intérieur; le problème d'établir une distribution déterminée, par avances et recouvremenls, est donc généralement impossible.

DES ORGANES DE DISTRIBUTION 7d

Pour avoir une g^rande détente, il faut donner beaucoup d'avance angulaire et de recouvrement extérieur, ce qui conduit à exagérer Tavance à Téchappement ou la compression.

Ces inconvénients sont franchement acceptés dans la distribution des locomotives.

Dans les machines fixes, avec la distribution dont il s'agit, on n'étend guère la détente à plus des 2/3 de la course.

i99. Ck^rreetlon relative à robllciulté des bielles. — En supposant la bielle très longue, nous avons commis une erreur facile à corriger ; cela revient, en effet, à supposer ^fig. 23) que la longueur iM' B de la projection de la bielle est constante ; Terreur sur la position exacte du piston

Fig. 83.

est égale h, la flèche horizontale B' b de Tare B b décrit du bouton M de manivelle comme centre avec la bielle M B pour rayon. Pour la corriger, il sufût de prendre (fig. 22) pour lignes projetantes sur 0 X, non pas des droites, mais des arcs de cercle ayant leur centre sur 0 X et un rayon égal à la longueur de la bielle mesurée à l'échelle de la figure.

L'obliquité de la bielle a pour résultat de rapprocher le piston de l'arbre découche ; l'admission sera donc plus courte sur la face du piston qui regarde l'arbre que sur la face opposée ; cet inconvénient se corrige en retouchant les recouvrements extérieurs. Une correction analogue peut s'appliquer aux recouvrements intérieurs.

On pourrait aussi tenir compte de l'obliquité de la bielle d'excentrique, mais elle est généralement négligeable.

t9B, i&piire en œuf. — Un grand nombre de procédés graphiques sont en usage pour représenter les circonstances de la distribution.

Pour tracer l'épure en fl?ii/*(fîg. 24) ou ellipsoïdale, on prend pour abscisses les déplacements du piston et pour ordonnées ceux du tiroir. La courbe qui en résulte est une ellipse, si Ton néglige l'obliquité des bielles, et une courbe fermée ovale si on en tient compte.

On trace l'horizontale AA à égale distance entre les tangentes horizontales extrêmes BB, CC ; on mène au-dessus de AA l'horizontale Di D'i à une distance égale au recouvrement extérieur, et au dessous de AA l'horizontale El E'i à une distance égale au recouvrement intérieur : les quatre

CHAPITRB VII

points D|, D'j Ej, E\, d'intersection avec la courbe ellipsoïdale correspondent au commencement et à la fin de Tadmission et de Téchappement. L'épure en œuf est facile à lire, mais n'est pas très commode comme moyen de recherche.

vièrima-

Fig. 84.

130. Épare «Iniisoidale. — Si l'on prend comme abscisses les angles décrits par Tarbre de couche et comme ordonnées les déplacements du tiroir, on a l'épure sinusoïdale (fig. 25).

Fig. 25.

Souvent on porte en abscisses, non seulement les déplacements du tiroir, mais aussi ceux du piston.

Cette épure est commode pour les appareils à plusieurs cylind,res, en ce qu'elle permet de se rendre compte à simple vue des mouvements relatifs des divers organes.

i3i. Épure de Zcunor. — Zeuner trace une épure polaire, en prenant comme pôle l'arbre de couche, comme direction du rayon vecteur celle du rayon d'excentricité, et comme longueur de ce rayon le déplacement du tiroir par rapport à sa position moyenne.

Soit 0 l'arbre de couche, 0 E le rayon d'excentricité, B B' le plan de la glace, la distance 0 E^ de la projection de E sur B B' représentera le déplacement du tiroir à partir de sa position moyenne 0 ; prenons 0 E^ = 0 E|

DES ORGANES DE DISTRIBUTION

sur le rayon 0 E, Ej sera un point de la courbe de Zeuner. Si nous joignons Ë«B, les deux triangles OEEi, 06 Es sont évidemment égaux ; donc l'angle £4 est droit, et E2 se trouve sur un cercle tracé sur 0 B comme diamètre. Dans une révolution complète, le point figuratif décrira deux cercles tracés sur OB et OB* comme diamètres.

Cette épure est assez complexe et ne présente pas d'avantage sur l'épure circulaire.

139. Formes dl-verses Aem tlrolra. — Le frottement du tiroir, pressé sur la glace par la vapeur, occasionne dans les grandes machines une perle de travail importante et rend les changements d*allure pénibles. On y remédie de diverses manières.

fo Réduction de la surface pressée par la vapeur. Compensateur Mazeline (fig. 27).

— Le dos du tiroir A B est dressé et percé d'une ouverture par laquelle se fait l'échappement ; un cadre dressé C C s'appuie sur ce dos ; le joint avec la boite à vapeur est tenu par un large presse étoupe DD.

La surface active des compensateurs doit être telle qu'il reste un excès de pression suffisant pour bien appliquer le tiroir sur la glace.

Tiroir de Watt (1) (fig. 28). — La seclion transversale du tiroir de Watt a la forme d'un D. Le plus souvent, l'arrivée de vapeur se fait par le milieu et l'échappement par l'extérieur des lèvres ; la vapeur d'échappement traverse le tiroir dans toute sa longueur.

DD, presse-étoupes manœuvres du dehors par les vis H H.

Dans ce système les espaces nuisibles sont peu considérables, mais les 'g- - • parois du tiroir, très développées, donnent lieu à des condensations.

(1) Celle forme de tiroir a été imagioéc, non pas par Watt, mais par Williams Murdock, qui, en 1800, à l'époque où Watt quitta l'établissement de Soho, prit la direction de la partie mécanique de cette ubinc.

Fig. 27.

CHAPITBt' VU

Tiroirs en D Dupuy de Lame (fig. 29). — L'arrivée de vapeur se fait par le milieu et Téchappement par les deux extrémités.

Fig. ic9.

A, cage pour agir sur les presse-étoupes 66 sans interrompre la communication avec Téchappemenl.

Il existe encore un grand nombre d'autres systèmes de compensateurs de la pression.

2o Réduction de la coursé du tiroir au moyen de tiroirs à plusieurs orifices (fig. 30). -^ Système employé surtout dans les machines à grande vitesse, c'est-à-dire à larges lumières. Dans la figure on voit représenté un compensateur appliqué sur le dos du tiroir.

^^^' ^' Dans les machines à îlong cylindre,

on emploie quelquefois le système suivant :

La glace (fig. 31) et le tiroir sont coupés en deux parties et chaque moitié est reportée vers l'extrémité du cylindre, les lumières deviennent ainsi très courtes, ce qui réduit les espaces nuisibles.

Les deux tiroirs se meuvent dans

Fig. 31.

des boîtes à vapeur séparées et sont réunis par une tige, qui traverse au moyen de presse-étoupes les parois de ces boîtes.

Souvent aussi la boîte à vapeur est unique et s'étend sur toute la longueur du cylindre, enveloppant les deux tiroirs.

i33. De la détcnto variable. — Le système do distribution par excentrique circulaire commandant un tiroir en coquille, présente ce grave inconvénient de ne pouvoir se prêter à une détente prolongée. Cet inconvé-

DES ORGANES DE DISTRIBUTION 83

nient résulte des propriétés cinématiques du Système et les modifications apportées à la forme du distributeur ne sauraient en rien Tatténuer. Le système dont il s'agit doit donc être modifié toutes les fois que la question de réconomie de vapeur devient importante ; aussi est-il assez rarement employé dans les machines à condensation à un seul cylindre.

Les moyens usités pour améliorer cette distribution défectueuse se prêtent généralement à l'emploi de la détente variable ; nous allons en expliquer l'objet et le principe.

Les résistances qu'une machine doit surmonter varient d'un instant à Vautre ; exemples : machine d'atelier, suivant le nombre d'outils en activité ; locomotive suivant les pentes et la charge du train ; machine marine, suivant la vitesse, etc. Le travail moteur doit suivre les variations du travail résistant. Faire varier le travail moteur, c'est faire varier la pression moyenne.

On obtient ce résultat par deux moyens principaux : i^ Modifier la pression à l'admission, ce que Ton réalise, le plus souvent, en créant sur la conduite d'amenée, des étranglements qui déterminent une chute de pression. Nous reviendrons sur ce sujet.

2» Modifier la détente ; à une admission plus longue correspond une pression moyenne plus élevée.

Les appareils destinés à remplir cette dernière fonction sont les organes de détente variable.

Les variations dans la distribution peuvent être commandées soit par des manœuvres exécutées par le mécanicien, soit au moyen des mouvements mêmes des modérateurs à force centrifuge. Lorsque les résistances varient très rapidement, le second mode doit être préféré ; mais il est d'une réalisation plus difficile, le modérateur ne pouvant exercer que des efforts très limités.

Les systèmes de détente variable sont extrêmement nombreux. Ceux qui dérivent directement de la distribution par tiroir et excentrique circulaire se rapportent à trois types principaux :

!• Type Farcot {ou détente par entraînement) : tiroir percé de lumières, portant sur la face supérieure des tuiles qui ferment ces lumières lors qu'elles viennent en contact avec un arrêt fixe ;

2^ Type Meyer : deux tiroirs superposés, mus par des excentriques circulaires ; 3* Détente par obturation de l'arrivée de vapeur.

134. DUiCrlbiition Fareot. — La distribution si largement et si heureusement appliquée par la maison Farcot, dérive d'une distribution plus ancienne imaginée par Edwards. En voici le principe :

Le tiroir est un bloc de fonte (fîg. 32) dressé sur ses deux faces inférieure et supérieure ; la face inférieure A B glisse sur la glace, la face su-

périeure CD porte une tuilê^F ou obturateur, qu'elle entraîne, mais qui

^,,^ peut glisser sur elle en sur-

./l... f^irrn^;:u-^ montant le frottement produit par la pression d'un petit ressort ; cette tuile, en se déplaçant, vient fermer une lumière E H G percée à travers le tiroir. L'appareil est figuré dans sa position moyenne : IK est la lumière d'admission, G I le recouvrement extérieur.

Supposons le tiroir marchant vers la droite ; Tadmission commencera quand la lèvre G du tiroir dépassera la lèvre I de la lumière d'admission ; un instant après, la tuile EF rencontre un arrêt fixe L; le tiroir continuant à s'avancer glisse sous la tuile devenue fixe ; Tarôte H atteint la lèvre E de la tuile ; dès lors l'ouverture E H se trouve fermée et l'admission cesse. Ces diverses phases se suivent facilement sur l'épure circulaire. En I, commence l'admission. La situation du point Ei où la tuile ferme la lumière se détermine facilement, la distance Ei e du point Ei à la verticale 0 Gi, étant égaie à H E + F L.

Continuons à suivre le mouvement.

L'admission cessant en Ei, la détente commence. Elle se continue jusqu'à l'ouverture de l'échappement, qui se produit comme pour un tiroir en coquille.

A partir de M, situé sur le diamètre horizontal du cercle, le tiroir recule vers la gauche, par conséquent, la tuile est emportée dans ce mouvement rétrograde et cesse d'être en contact avec L, elle continue ainsi jusqu'en Nji, où elle rencontre un 2« obstacle fixe N qui l'arrête et la force à découvrir la lumière H E pour préparer une nouvelle admission.

Faisons l'angle Gi 0 X =: l'angle d'avance a, X X' représentera la course du piston, l'admission aura lieu de X en Es, elle sera d'autant plus grande que e Ei sera plus grand et l'angle d'avance « plus petit. Si e E| = le rayon d'excentricité OM et a zn o, l'admission sera de la moitié de la course. Si e El > 0 M, la lumière E H ne serait jamais fermée et le tiroir se comporterait comme un tiroir simple, sauf l'étranglement de la vapeur entre H et la lèvre do la tuile.

Ainsi, le système en question ne permet pas une admission dépassant en théorie la moitié, et en pratique le tiers de la course. L'admission sera

DES ORGANES DE DISTRIBUTION

iig. 33.

fort petite, pour peu que l'angle d*avanee ait une valeur notable ; la distribution Farcot ne comporte donc ni avance angulaire, ni recouvrements considérables.

Les proportions du tiroir et de la tuile doivent être calculées de manière à éviter les inconvénients suivants :

Si vers la fin de la course du tiroir, Taréte A du tiroir dépasse la lèvre extérieure I de la lumière d'admission, ou si Tarête F de la tuile dépasse la lèvre intérieure E de la lumière du tiroir, il se produit vers le milieu de la course du piston une nouvelle admission ; c'est de la vapeur mal employée.

Lorsque la lumière H E est en partie fermée, la vapeur est fortement étranglée ; on évite cet inconvénient par une disposition t jalousies (fig. 33) qui réduit beaucoup le temps nécessair e à l'obturation ; les bords des ouvertur es de la tuile doivent être évasés, et Tarrét N, ajusté de telle sorte que les fentes de la tuile viennent, à chaque révolution, se placer exactement vis-àvis celles du tiroir.

Pour faire varier la détente, il suffira évidemment de déplacer l'arrêt L; on y arrive par divers moyens faciles à imaginer.

La figure 34 est le dessin d'une distribution Farcot.

11 y a deux tuiles A et A', une pour chaque bout du tiroir, serrées contre le dos du tiroir par les ressorts a et a'.

L'arrêt est constitué par une came c contre laquelle viennent heurter deux ergots N, N' venus de fonte avec les tuiles; en tournant plus ou moins la came au moyen de l'arbre CD qui la porte, on fait varier la détente ; cette manœuvre peut être faîte sans arrêter la machine ; elle peut être commandée par le modérateur, qui n'a ici à surmonter que le frottement du presse-étoupe. Les arrêts extérieurs sont constitués par les têtes c, c' de deux boulons de réglage, contre lesquelles viennent buter deux petites tiges n, n' fixées aux tuiles.

Dans la distribution Edwards, il n'y avait qu'une seule tuile, butant alternativement à droite et à gauche contre les bouts de deux crochets plus

OU moins déplacés parle modérateur. Cette disposition s'accommode malaisément avec remploi de tuiles à jalousies.

En résumé, la distribution Farcot permet des détentes prolongées, variant des 2/3 à la totalité de la course du piston ; la détente variable peut être commandée par le modérateur; les oriRces sont rapidement fermés à la fin de l'admission.

D'autre part, l'avance angulaire et les recouvrements sont toujours petits ; donc peu d'avance à Tadmission et à l'échappement et peu de compression ; ce qui ne convient pas aux machines à grande vitesse. Les chocs alternatifs des tuiles contre les arrêts rendraient également dangereuse une marche rapide. On se tient d'habitude au dessous de 50 tours pour les machines fixes et de 80 tours pour les locomobiles. La faiblesse des avances occasionne quelquefois des chocs assez forts aux fins de course, à l'instant où la pression est brusquement renversée.

La distribution Farcot bien construite est excellente pour les grandes machines de manufacture à vitesse modérée, longue détente et condensation.

135. Dlstrlbiiiion Meyer. — Dans la distribution Meyer, le tiroir a la même disposition que dans le type Farcot sans tuiles à jalousies (fig. 32) ; seulement, la tuile butant successivement contre deux arrêts est remplacée par un obturateur glissant sur le dos du tiroir, ou glissière, mue par un

Fig. 35.

excentrique circulaire spécial accolé à celui du tîroît.

Soit (fig. 35), 0 M la grande manivelle, T le centre de Texcentrique conduisant le tiroir A, G le centre de l'excentrique conduisant la glissière B ou excentrique de détente. Négligeons l'obliquité des bielles d'excentrique. Les déplacements du tiroir et de la glissière sont les mêmes que ceux des projections T' et G' de T et de G sur une horizontale Y Y.

Pour nous rendre compte des effets de la glissière, nous allons étudier le mouvement relatif du tiroir par rapport à la glissière, c'est-à-dire de T* par rapport à G'. Reportons la droite T G parallèlement à elle-même en

DES ORGANES DE DISTRIBUTION

0 6 ; le mouvement relatif cherché sera celui de la projection 9" de 6 par rapport à la projection 0' de 0, laquelle est fixe ; ce sera donc le mouvement absolu de 0'.

Par un artifice déjà employé, nous ferons tourner autour du point 0 tout le système de la glissière, d'un angle à 0 0 T = ^, de telle sorte que B Tienne en 6 sur le prolongement de 0 T ; la droite de projection viendra en Z Z faisant avec Y Y un angle égal à /S.

Si 0 H est une situation quelconque du rayon d'excentricité, le déplacement du tiroir sur la glace à partir de sa position moyenne, s'obtiendra en projetant H sur Y Y en H* ; 0' H' sera la longueur cherchée.

Quant au déplacement du tiroir parVapport à la glissière, ces deux organes se trouveront dans leur position relative moyenne quand les rayons d'excentricité superposés des deux excentriques seront sur la droite 00' perpendiculaire à Z Z.Pour une position OH K quelconque de ces rayons, l'écart du tiroir par rapport à cette position moyenne sera K' 0", K' étant la projection de K sur Z Z.

Ces constructions sont réalisées dans l'épure (fig. 36).

Pour la tracer, on commence par dresser l'épure circulaire du tiroir, en

Tiraù- Ctaa.

Fig. 36.

menant la droite OX qui fait avec la verticale 0 T, un angle a égal à l'avance angulaire, puis on mène la verticale C^ C^' à une dislance de OT égale au recouvrement extérieur ; les projections Cj, Cj' de Q etXi' représentent les points où commence et finit l'admission, abstraction faite de la glissière, ou admission naturelle.

Traçons le rayon d'excentricité 0 G de la glissière correspondant à la situation O T de l'excentrique du tiroir ; puis complétons le parallélogramme

OeTG, et décrivons du centre 0, un cercle passant par 0, enfin traçons Z Z faisant avec l'horizontale un angle ,6 zn 0 0 T.

Pour étudier la fermeture de la lumière qui traverse le tiroir, figurons eu 0'*E cette lumière, en portant en 0"D le découvrement de la glissière : D représentera l'arête de la glissière dans sa position moyenne par rapport au tiroir.

La fermeture de l'admission aura lieu quand la lèvre extérieure de la lumière, actuellement en 0", viendra rencontrer D, ce qui correspond à la siuation 0 D^ et Orfj des rayons d'excentricité et à la position Di du piston.

On voit sur cette figure que plus la distance 0" D est grande, plus l'admissioa est prolongée. Elle ne saurait toutefois dépasser C'^, c'est-à-dire l'admission naturelle résultant du recouvrement extérieur du tiroir.

Ainsi donc, pour faire varier la détente, il suffît de faire varier le découyrement de la glissière, et on peut ainsi porter l'admission de 0 à l'admission naturelle.

11 y a encore deux autres moyens de faire varier la détente : . Modifier l'excentricité 0 G de l'excentrique de la glissière ;

Modifier l'angle T 0 G des deux excentriques.

Dans la distribution Meyer, la variation de la détente est produite par celle du découvrement de la glissière.

La figure 37 représente cette distribution :

Fig. 37.

A. Tiroir.

BB'. Glissières ou blocs de détente, généralement en bronze, entraînés par deux écrous C, C en fer.

D D'. Double vis à filets contrariés, qui éloigne ou rapproche les deux blocs lorsqu'on la manœuvre au moyen du petit volant F ; cette vis s'assemble par son autre extrémité G, avec la bielle de l'excentrique de détente. La manœuvre de la vis D D' a pour effet d'augmenter ou de diminuer le découvrement des blocs, c'est-à-dire l'admission.

l. Index.

DES ORGANES DE DISTRIBUTION 89

Si les proportions de la distribution ne sont pas convenablement établies ; les inconvénients suivants peuvent se présenter :

1» Le tiroir étant à fin de course, Taréte a du tiroir peut découvrir la lèvre / de la lumière, il y a alors remplissage du cylindre par une vapeur fort mal employée.

2« Le même inconvénient peut se produire entre l'arête b et la lèvre g dans les grandes détentes.

S"" Enfin dans les grandes admissions (fig. 36), la glissière se reculant jus* qu'en F, il peut y avoir réadmission en F'|, par Tarête h (fig. 37) avant la fin de la course.

On voit que, pour établir une distribution Meyer, on dispose de six éléments, savoir :

Pour le tiroir : avance angulaire, recouvrement extérieur, recouvrement intérieur ;

Pour la glissière : angle de calage, rayon d*excentricité, découvrement.

Les trois premiers éléments servent à déterminer d'une manière fixe les avances à Tadmission, à Tôchappement et à la fermeture de Téchappement.

Les trois derniers éléments donnant la fermeture de l'admission, on a ainsi une marge plus que suffisante pour éviter les inconvénients que nous venons de signaler.

Souvent l'excentrique de détente est calé à l'opposé de la grande manivelle, ce qui permet de renverser la marche sans troubler la distribution.

En résumé, la distribution Meyer permet une détente variable dans les plus larges mesures ; la vapeur est coupée rapidement ; cette distribution laisse toute liberté pour les diverses avances ; elle peut s'appliquer avec avantage pour les marches rapides.

Son inconvénient capital est de mal se prêter h la manœuvre de la détente variable par le modérateur.

Les machines dont le travail comporte des intermittences fréquentes (machines d'extraction, de levage), pourront être armées de cette distribution, qui permet le départ à peu près dans toutes les positions de la manivelle ; le démarrage se fait presque à pleine pression, puis la machine une fois lancée, la détente se règle sur les résistances à surmonter.

i3e. Distributions dérivées dn typo Mcycr. — Au lieu de la double vis, on peut employer tout autre mécanisme. Ainsi les orifices des lumières sur le dos du tiroir / /-n/ \^^ \

étant taillés obliquement {Vig. 38), la glissière a la / // \\ \

forme d'un trapèze; en la poussant vers le haut, [ A^ \^ \

on réduit le découvrement. |

On peut aussi agir soit sur le rayon d'excentri- Fig. 38.

dté, soit sur l'angle de calage, de l'excentrique de la glissière.

Distribution Duvergier (fig. 39). — La bielle d'excentrique E G commande

une coulisse BA. oscillant autour d'un point fixe^A]; la tige D F de la glissière est commandée par une bielle CD fixée en un point C de la coulisse B Â.

La coulisse est taillée suivant un arc de cercle ayant C D pour rayon.

Si Ton fait varier la position du point C sur la coulisse, cela revient évidemment à faire varier le rayon d'excentricité.

Ce système peut facilement être commandé par le modérateur, qui soulève ou abaisse la bielle C D.

Si Ton renverse ce dispositif, on obtient celui de la figure 40 : 0 E excentrique, EB bielle d'excentrique, terminée par un coulisseau B qui peut se déplacer dans une coulisse B C taillée suivant un arc de cercle ayant B E pour rayon. La coulisse B C oscille autour du point fixe D ; la bielle de la glissière F T est attachée en un point quelconque de la coulisse.

Modifier la position du coulisseau B revient à faire varier à la fois l'angle de calage et le rayon d'excentricité. Ce système se prête moins bien que le précédent à la commande par le modérateur, à cause du frottement notable de Texcentrique sur son collier.

Dans certaines distributions [fig, 41), l'obturation des lumières du tiroir est produite par 3 une glissière portant 2 ouvertures, et c'est la lèvre extérieure c, c' de ces lumières qui, venant rencontrer la lèvre iw-

Fig. 41.

térieure rf, d* des lumières du liroir, détermine la fin de l'admission.

L'élude de cette distribution, qui présente à peu près les mêmes propriétés et les mêmes variétés que le type primitif, se fait par les mêmes procédés.

13*7. Détente par Tobturation de l'arrivée de vapear. —Si l'orifice par lequel la vapeur arrive dans la boîte de distribution est fermé

DES ORGANES DE DISTRIBUTION

qnand le piston a parcouru une partie de sa course, il y a détente dans la boîte et dans le cylindre à partir de cet instant.

L'inconvénient évident de cette disposition, c'est que les espaces nuisibles sont augmentés de tout le volume de la boîte de distribution, que Ton réduit d'ailleurs le plus possible.

La forme et la commande de l'obturateur peuvent être très variées.

Obturateur en glissière conduit par un exeesitrlfiue elrenlalre (fîg. 42). — L'épure circulaire se trace facilement.

Soient OT, Oj l'excentrique du tiroir et celui de la glissière, faisant un angle p.

On trace d'abord l'épure circulaire du tiroir en prenant T' A =: le recouvrement extérieur, T 0 X = « avance angulaire, et projetant sur OX en Aï et A'j les points A| et A'^ d'intersection du cercle avec la verticale de A.

Puis ensuite, on fait tourner autour de 0 d'un angle p le système de la glissière, de telle sorte que g tienne en G sur le prolongement de 0 T ; la ligne de projection viendra en Z Z, faisant avec Y Y un angle p. On porte alors, à partir de la projection 0* de 0, O'C = le recouvrement de la glissière ; relevant alors G en

C'i etC| sur le cercle Gg^, C'| sera le point d'ouverture, C^ celui de fermeture de la lumière. Ramenant C| en ci et projetant C| sur G X, on trouve en Gj le point où cesse l'admission.

Il faut faire attention que la vapeur, coupée du côté G, ne soit pas ouverte du côté B' vers la fin de la course, ce qui se présentera forcément, avec une admission un peu étendue.

Les variations de la détente sont donc fort limitées.

Malgré son infériorité, ce système est quelquefois préféré, dans les machines rapides, à la distribution Meyer, èi cause des dimensions considérables que prendrait le tiroir avec celle dernière distribution. Dans ce cas, la glissière et la glace sur laquelle elle se meut prennent souvent la disposition .de jalousies et le rayon de Texcentrique est fort réduit.

Ex : machine pour l'alimentation des eaux de Lyon, construite par le Creusot en 1865 (fig. 43).

138. Formefl Myrermcm de rexeentrlque.— L'excentrique circulaire est seul admissible dans les machines à mouvements rapides.

Dans les machines à vitesse modérée, la même nécessité n'existe pas, le problème de la distribution devient alors très facile.

On rencontre fréquemment (fig. 44) Vexcentrique triangulaire se niou-

Fig. 44.

vaut dans un cadre ; le plus souvent, Taxe de rotation passe par un des sommets ; dans ce cas, Texcenlrique faisant une révolution, le cadre reste immobile pendant tout le temps que Tun ou l'autre de ses côlés est en contact avec la pointe qui forme l'axe de rotation, c'est-à-dire pendant un temps correspondant au parcours de 2/6 de la circonférence ; ses mouvements pendant le reste de la révolution sont plus rapides que dans le cas de l'excentrique circulaire, ce qui permet de couper plus promptement la vapeur.

On emploie souvent Vexcentrique à ondes agissant sur un galet pressé contre lui par un ressort ou un poids Les ondes peuvent être tracées de manière à produire dans le galet un mouvement donné à Tavance et accommodé, comme on le désire, aux conditions de la distribution ; exemples : machines soufflantes de l'aciérie au Greusol (fîg. 45).

En accolant les uns aux autres plusieurs excentriques à ondes, ou forme un manchon continu dit manchon à bosses, qui peut se déplacer le long de son axe tout en tournant avec lui ; suivant la zone du manchon qui est en prise sur le galet, les conditions de la distribution changent, ce qui permet d'obtenir la détente variable soit à la main, soit par le modérateur.

DES OROANES DE DISTRIBUTION

Voici un exemple de ce dernier cas (flgJ 46) appliqué à une distribution par obturation de l'arrivée de vapeur.

A A, cadre guidé par les deux tiges BetC; la tige C commande la soupape D d'arrivée de vapeur, la tige B est constamment repoussée vers la droite par un ressort en spirale contenu dans la boite E.

F, manchon à bosses enfilé sur Taxe G G du modérateur à force centrifuge, et tournant avec lui ; il est soulevé plus ou moins par la double tringle H suspendue au collier du modérateur ; les bosses mordent sur le butoir I.

Fig. 46.

K, excentrique à ondes fixe, qui agit sur le buloir L si 1 action du ressort E devient insuffisante.

La soupape D s'ouvre et se ferme deux fois dans une révolution de la machine.

Disons cependant qu'il serait plus simple et plus rationnel d'agir directement sur le tiroir au moyen du manchon à bosses.

Les excentriques à ondes et manchons à bosses sont le plus souvent placés, non pas sur l'arbre de couche, mais sur un arbre de plus faible diamètre, actionné par un engrenage.

139. Soupapes équilibrée». — Aux excentriques à ondes, on voit souvent associées des soupapes équilibrées (fig. 45 et 47).

Cet organe donne de larges ouvertures pour un faible déplacement et n'oppose au mouvement qu'une résistance très petite, qu*on peut d'ailleurs amoindrir autant qu'on veut en donnant aux deux sièges des diamètres presque égaux ; il exige une construction soignée et solide.

Il faut éviter que l'excentrique tende à appuyer la soupape sur son siège, car le moindre défaut d'ajustage déterminerait soit des ^'^^- ^''- fuites importantes, soit des arcboutemenls

dangereux ; l'excentrique doit agir seulement pour la soulever, puis la laisser retomber doucement d'une faible hauteur, sous l'action d'un ressort ou d'un poids.

La figure 47 représente un type de soupape équilibrée.

140. Détentes par déeicnehement. — Les détentes par déclenchement sont fort usitées depuis quelques années.

Ces sortes de distribution comportent généralement quatre distributeurs : deux pour l'admission, deux pour l'échappement.

Les distributeurs d'échappement sont commandés comme à Tordinaire.

Les distributeurs d'admission sont actionnés par des ressorts qui tendent toujours à les placer dans la position de fermeture. Chacun d'eux est commandé par une tige brisée, dont les deux parties peuvent être rendues solidaires par une clenche ; Tenclenchement se produit avant l'arrivée du piston à fond de course, et le distributeur s'ouvre avec l'avance voulue ; en un point donné de la course, la clenche touche un arrêt, le déclenchement a lieu, et le distributeur, pousse par son ressort, ferme brusquement l'admission ; ce mouvement est modéré par un frein à air solidaire du distributeur.

L'arrêt qui produit le déclenchement peut être déplacé, pour faire varier la détente ; ce déplacement est commandé par le modérateur.

Les avantages de ce système sont :

Fermeture très rapide de l'admission ;

Détente variable commandée par le modérateur ;

Faibles espaces nuisibles, même avec de larges lumières, ce qui permet une marche assez rapide ;

Indépendance des quatre distributeurs au point de vue du réglage ;

L'inconvénient capilal est la complication de tout le système.

Bien construites, bien réglées, et bien entretenues, les machines de ce système font un fort bon service, malgré la délicatesse de leurs organes

DES ORGANES DE DISTRIBUTION

lig. 48.

Maelilue Corli««. — La machine américaine Corliss peut être considérée comme le prototype de ce mode de distribution. Les distributeurs (fig. 48)

sont cylindriques et enfilés SUT un arbre méplat qui se manœuvre au moyen d'une manivelle.

La figure 49 représente la commande des distributeurs d'admission. T, tige d'un distributeur d'admission, constamment tirée vers la gauche par le ressort Rr agissant sur la menotte RD. En F est le petit piston à air formant frein ; Tair enfermé entre ce piston et son cylindre peut s'échapper plus ou moins lentement par le petit orifice f qu'on règle à volonté.

K M , pièce d'enclenchement basculant autour du point H, et qui vient mordre en K sur la tête D de la tige du tiroir sous la pression du

Fi-. VJ.

petit ressort h ; elle est portée par la potence G r H oscillant autour du point G sous l'action de l'excentrique E.

L, touche manœuvrée par le modérateur et produisant le déclenchement lorsque la queue M de la pièce M K vient au contact.

La distribution /n^/îïs comporte également quatre distributeurs cylindriques ; les distributeurs d'admission sont manœuvres par des ressorts à boudin et un système de déclenchement un peu diflférent, comme forme, de celui de Corliss.

La machine Suher (fig. 50), dont un exemplaire, construit en Suisse, a figuré avec honneur k l'Exposition de Vienne, en 1873, comporte une distribution par soupapes équilibrées, savoir : deux soupapes b b pour l'admission, deux soupapes a, a pour l'échappement.

A, arbre de couche commandant par engrenages Tarbre de distribution B et le modérateur G. La soupape d échappement, appuyée sur son siège par le ressort à boudin e, est manœuvrée par la transmission D E, commandée par l'excentrique à ondes T, calé sur Tarbre B. La soupape d*admission, appuyée par le ressort avec frein à air /", est commandée par Texcentrique

Fig. 5U.

Dislnbulion SuUiT r plan, coupe transversale et (li'tiâi du déclic.

circulaire G au moyen du système à déclenchement GHOF, composé d'une bielle dexccntrique K H à deux flasques, courant en K sur la tige KN manœuvrée en P par le modérateur ; l'enclenchement se produit quand la pièce R, fixée à la bielle d'excentrique, vient mordre sur le talon N ; lorsque cette pièce échappe au talon, la soupape 6, devenue libre, tombe sur son siège par l'action du ressort.

DES ORGANES OE DISTRIBUTION 97