DES MODÉRATEURS
^5'7. Objet et description urénértUc. — L'étude des modérateurs est assez délicate et exige quelque attention.
Le modérateur a pour objet de régler Tallure de la machine, de telle sorte qu'elle ne s'écarte pas beaucoup d'une vitesse moyenne dé ter minée. Cet écart ne tarderait pas à se produire en dépit du volant, même avec une machine bien réglée, par suite des variations inévitables des résistances et de la puissance.
Dans les appareils industriels, c'est presque toujours sur le travail moteur qu'agit le modérateur, en l'augmentant ou en le diminuant, pour le mettre en harmonie avec la résistance. Cette opération s'exécute quelquefois à la main (locomotives, machines marines, etc.), lorsque le service exige la présence assidue du mécanicien. Le plus souvent, elle est confiée à un appareil self-acling. Le modérateur le plus employé est celui de Watt. Le modérateur de Wait se compose de deux boules pesantes A A (fig. 73), suspendues à deux bras, articulés en 0 à l'arbre vertical 0 X, commandé, au moyen d'engrenages ou de courroies, par l'arbre de couche qui lui imprime un mouvement de rotation ; sous l'action de la force centrifuge, ces boules s'écartent plus ou moins, et leur mouvement radial est renvoyé à la valve ou aux organes de distribution variable par une transmission composée de bielles B C, de la douille (ou manchon) C, qui coulisse sur l'arbre, et d'une série de leviers tels que M N ; l'arc S S sert à transmettre aux bras le mouvement de rotation. Si la machine s'accélère, les boules s'écartent et déplacent la valve ou les organes analogues, de manière à réduire le travail moteur ; l'inverse a lieu si le mouvement se ralentit. On voit, d'après cette description, que l'ensemble des organes régu-
Fjg. 73.
VOLANTS ET MODÉRATEURS DE VITESSE 115
lateurs de la vitesse, que nous appellerous la chaîne régulatrice, comprend :
i^ La transmission de mouvement de l'arbre de couche au modérateur ;
2^ Le modérateur proprement dit ;
3* Le distributeur variable^ valve ou organes de délente ;
4* Ad commande de ces organes par le modérateur.
11 faut tenir compte aussi du rôle important du volant, ainsi que noua allons le voir.
169. Equation ffénéralo des modérateur». — Si Ton rapproche les deux anneaux extrêmes de cette chaîne un peu complexe, on voit que : le travail moteur par demi-révolution est fonction de la vitesse actuelle de ta machine.
Pour préciser davantage cet énoncé, il y aurait à faire une distinction, suivant que le distributeur variable est une valve ou un organe de détente variable.
Avec la détente variable, le travail moteur dépend de la vitesse de la machine à Vinstanl où commence la détente.
Avec la valve, le travail par demi-tour dépend des rifesses successives de la machine pendant toute l'admission.
Pratiquement, une pareille précision serait superflue ; on peut se contenuter de prendre le^poinls morts comme origine de chaque demi-révolution ; nous dirons donc:
Le travail moteur pendant une denii-révolution est fonction de la vitesse de lamachine au commencement de cette demi-révolution ;
Ce que Ton peut facilement traduire par l'analyse :
Appelons wq et U| les vitesses angulaires de Tarbre de couche au commencement et à la fin d'une demi-révolution (les vitesses du modérateur sont proportionnelles à celles de l'arbre de couche) ;
û la vitesse moyenne ;
^ et Ro le travail moteur et le travail résistant pendant la demi-révolution ;
zmr* le moment d'inertie du volant.
On aura, d'après ce qui précède,
So = ? {»>o)
La fonction f, résultant des relations des anneaux de la chaine régula* trice entre eux et avec la distribution, est telle que Çq doit décroître quand wq augmente et réciproquement.
En vertu du principe des forces vives, on a :
Ty'l-y
2 m r» = y («o) - Ro
Remarqttond que — (0*4* — «q*) peut être remplacé approximalive-
ment par {w^ — «o) û*, on a donc, pour raccroissement relatif de vilesse, dans le demi- tour considéré :
«1 — ft>o __ y M — Rq Û "" Û^Smr»
Cette opération met bien en évidence Tinfluence de la force vive du volant ; elle permet de calculer, de demi-tour en demi-tour, la vitesse de la machine.
jl50. Des fbnetlons du modérateur. — Nous allons l'appliquer à Tétude du fonctionnement des modérateurs.
Les circonstances diverses qui peuvent se rencontrer dans la ma "* che d'une machine se ramènent à trois cas simples.
On peut supposer que le travail résistant par demi-tour est constant ; ou bien qu'il est variable ; ou bien qu*il est nul (ou très faible) ;
i« Résistance constante. Le modérateur doit agir à chaque demi-tour, sur e travail moteur, de manière à atténuer les écarts accidentels de régime et à ramener toujours la machine à son allure moyenne.
2^ Résistance variable. Si la résistance vient à varier, le modérateur doit produire une nouvelle allure de régime, plus ou moins différente de la première, et ensuite la maintenir, jusqu'à ce qu'il s'introduise une nouvelle variation de la résistance.
3^ Résistance nulle. Si une courroie vient à tomber, la machine tend à s'emporter ; le modérateur intervient alors comme appareil de sûreté, en fermant presque complètement l'arrivée de vapeur.
j|60. Ré«l9(anee o«Huitfluito. — Supposons d'abord le travail résistant par demi-tour R constant. A l'allure normale, la vitesse k chaque point mort serafr) et Ton aura pour le travail moteur
Si, par une cause accidentelle, l'allure vient à s'accélérer, de telle sorte qu'au point mort, la vitesse devienne «jq >> u, la vitesse &>, au bout d'un demi-tour, sera donnée par l'équation
ft>i — mq y M -" R û û» S m r»
Or on a, en négligeant les puissances supérieures, des quantités suffisamment petites :
Q A do
Puisque le travail par demi-tour^ f, décroît quand la vitesse augmente,
dy d6
—r^ est négatif d»
Mettons les signes en évidence, en posant L'équation ci -dessus devient
^ VOLANTS ET MODERATEURS DE VITESSE H 7
"~û~ - "dir^û^Smr» ^"o ~ "^ Ou bien, remplaçant (approximativement) û par u «0 - «, <• S
6)0 — 6> wdoiSinr'
Le dénominateur du 2« membre w d w S mr* est la demi-variation de force
vive du volant pour un accroissement de vitesse d w.
Le numérateur d T est la diminution du travail moteur correspondant
Posons le rapport de ces deux quantités = K
u d fi> z m r* et discutons Téqualion ci-dessus.
1» K z= i ; il vient «4 = w ; ainsi donc :
Si la chaîne régulatrice est proportionnée de telle sorte que, pour un accroissement de vitesse d», le travail par demi-tour soit diminué d'une quantité équivalente à la moitié de la force vive gagnée par le volant, la machine, écartée accidentellement de sa vitesse de régime, y revient en moins d'un tovr.
L'équation ci-dessus peut s'écrire
ôjQ — «I = K (wq — »), ou bien : »| — w = (1 — K) (ùiq — w)
Après le 2* demi-tour on aura de même : oij — w = (1 — K) (w| — w)
Après le 3« — «3 — w = (1 — K) («^ — «)
Après le n« — »» — « = (1 — K) (ft>n-i — w)
Multipliant membre à membre et supprimant les facteurs communs, on trouve : «n — w = (1 — Kj» (wq — «)
Le 2" membre tend vers 0 quand n augmente. Ainsi Tallure de la machine se rapprochera indéfmiment de Tallure moyenne, et d*autant plus vile que K sera plus voisin de l'unité.
3^ K compris entre i et 2.
On aura comme ci-dessus :
Mn « =r (1 K)° (oiQ — «)
1 — K étant négatif et < 1 en valeur absolue, les puissances croissantes de ce facteur sont alternativement positives et négatives, et décroissent en valeur absolue.
Ainsi, la vitesse de la machine, de demi-tour en demi-tour, sera alternativement plus grande et plus petite qu'à l'allure de régime, dont elle se rapprochera indéfiniment.
4"» K > 2 ; d'où K~l>letl~K négatif.
Ici les puissances croissantes de 1 — K, alternativement positives et négatives, vont en croissant indéfiniment en valeur absolue ; de demi-tour en
demi-tour, la machine prendra alternativement des vitesses inférieures el supérieures h Tallure de régime, et ces écarts iront en croissant indéfiniment ; elle sera affolée.
Ainsi donc, la manière dont les organes régulateurs font leur service dépend du rapport entre la diminution du travail moteur et la demi-variation de force vive du volant pour un accroissement de vitesse donné. L*allure de régime esl d'autant pluspromptement rétablie que ces deux quantités sont plus près d'être égales ; si la première surpasse le double de la deuxième, la marche régulière devient impossible.
Remarque. — Cette conclusion n'est toutefois rigoureuse que si les frottements sont négligeables, de telle sorte, qu'à une valeur donnée de &> corresponde une valeur déterminée de T. S'il n'en est pas ainsi, les conséquences ci-dessus doivent être modifiéiis», et l'on verra plus loin (| 168) quel parti ingénieux l'on a su tirer de cette remarque. v
Pour le moment, continuons à appliquer les équations précédentes, en négligeant les frottements.
jl6l. Réslstottce variable. — Le cas de la résistance variable se ra* mène au précédent.
Soit une machine marchant à l'allure caractérisée par la vitesse », correspondant au travail résistant R, de telle sorte que l'on ait :
La résistance vient à s'accroître et devient R' >- R. La nouvelle allure, caractérisée par u'<!oi>) qui tend à s'établir, est donnée par l'équation :
Les choses se passeront comme si, la machine étant au régime »*, une cause accidentelle l'avait dérangée de cette allure et avait produit momentanément la vitesse» ; elle y reviendra, soit en un tour, soit progressivement, soit par une série d'oscillations, suivant qu'on aura:
K' = = 1, ou < 1, ou > 1
w'dw'Smr»
Nous écartons le cas o(i K' est >• 2, car alors la machine est affolée.
On a approximativement :
dv La fonction f étant décroissante -^r-— est négatif; mettons les signes en
df dÇ'
évidence en posant = — ; il vient :
(V - Ç) ou » - »' = -T^ (ir - il)
dG' V" ">' dS'
VOLANTS ET MOD^RATSURS DE VITESSE 119
L'écart entre la vitesse initiale et la vitesse finale de régime sera donc d- autant plus grand, pour un même écart delà résistance, que le rapport
— - sera plus faible, c est-à-dire que le travail moteur diminuera moins
pour un accroissement donné de vitesse.
dÇ' Mais ce rapport -— ^ ne peut être petit qu'autant que le volant est puis-
dC
sant ; en eflfet, on a : K* = . , , ^ < 2, sans quoi la machine est
w d « S mr^
déréglée; prenons la valeur limite
dS'
d'où
dS'
Il vient alors
Or, si la résistance R' — R agissait seule sur le volant,elle produirait un ralentissement donné par l'équation des forces vives
qu'on peut écrire approximativement :
«' A w S m r« = R' — R ou
Comparant cette équation à la précédente, nous en tirons cette consé* quence :
Lorsque la résistance passe d'une valeur à une autre, l'écart des vitesses de régime, entre les deux allures correspondantes, est au moins égal à la moitié de la variation de vitesse qu'imprimerait à la machine un travail égal à la différence des deux valeurs de la résistance, agissant seule sur le volant pendant une demi-révolution.
C'est là une limite inférieure à laquelle l'écart des vitesses ne saurait s'abaisser.
Ainsi donc, en résumé, si l'on veut qu'une machine ait une allure très stable, il faut faire K = 1 ou à peu près ; mais alors, lors des variations de résistance, les variations de vitesse sont assez prononcées.
•Si l'on veut réduire ces variations de vitesse, il faut prendre K presque égal à 2 ; mais alors la machine sera exposée à des oscillations incessantes.
On atténue ces deux inconvénients en augmentant la puissance du volant.
CHAPITRB VIII
Remarque, — Nous ferons ici la même réserve qu*à la fin du paragraphe précédent, au sujet des frottements, normaux ou artificiels.
Nous étudierons ultérieurement le modérateur considéré comme organe de sécurité.
i09. Distributeurs variables. — Les organes de délente variable ont été étudiés précédemment ; nous n'y reviendrons pas.
Le papillon ou valve (fig. 74) a pour objet de modifier le travail en créant un étranglement sur l'arrivée de vapeur. Le principe est le même que celui des clefs de poôle. La valve est enfilée sur un carré porté par un axe C D,
Fig. 7i.
qui est manœuvré par la douille du modérateur, au moyen d'une manette D E et d'une série de tringles et de leviers coudés E F. L'étanchéité est assurée, non par un presse-é loupe, dont le frottement est variable, mais par un cône G poussé par le ressort K.
La valve doit élre bien équilibrée et réglée de telle sorte que, lorsque la douille du modérateur est au bas de sa course, Tétranglement soit encore très notable ; sans celte précaution, les mouvements de la douille ne produiraient que des modifications insuffisantes du travail moteur.
Elle doit se fermer entiè
Fig. 75.
remenl lorsque la machine tend à s'emporter.
On remplace quelquefois la valve par une soupape équilibrée (fig. 75).
Les distributeurs variables par étranglement ne se prêtent pas à une régulation aussi précise de Tallure que les organes de détente variable Farcot, torliss, etc., dans lesquels on peut découper les cames
suivant des profils exactement calculés. Mais ils sont plus simples de construction.
VOLANTS KT MODERATEURS DE VITESSE
Quanta la question d'économie de vapeur, elle n'est guère à considérer que si les variations de la résistance sont considérables.
Ces organes doivent, les uns et les autres, ne présenter qu'un très faible obstacle au mouvement de la douille qui les entraîne.
De la proportion convenable entre les déplacements de celte douille et
ceux du distributeur variable, dépend le rapport
(1 161), c'est-à-dire
la régularité de Tallure ; et celte proportion résulte des rapports des bras des différents leviers qui servent à, la commande du distributeur.
ie3. Calcnl da modérateur de Watt. — Si Ton néglige les frottements, le calcul du modérateur proprement dit est fort simple.
Chaque boule (flg. 76) est en équilibre sous l'action de son poids P et de la force centrifuge résultant de la vitesse» (1) de rotation.
Moment du poids P autour de 0 : Pr
» de la force centrifuge — «a' rh,
donc
ou
Pr =
»■ rh
d'où
ce qu*on écrit souvent comme il suit : Appelant T la durée d'une révolution, on a :
ce qui est la durée de l'oscillation du pendule simple de longueur h (â).
Pour les calculs pratiques, il faut prendre le nombre n de tours par minute :
2irn „ 60 ./g" Ai> = ^— ^ , n = — \/ -2- 60 ' 27r V /i
On, faisant les calculs :
Fig. 76.
Pour un déplacement vertical dh des boules, le déplacement du manchon se calcule comme suit:
(1) Nous employons la même lettre » pour désigner la vitesse de rotation de Tarbre de couche et celle du modérateur, ces deux vitesses étant toujours dans un rapport constant. Nous supposons la masse des boules concentrée à leur centre de gravité, il serait facile de faire le calcul précis en tenant compte des masses des diverses pièces articulées.
(2) CTest pour cela qu'on donne souvent h l'appareil le nom de pendule conique.
122 CHAPITRB VIII
OG b
0 B C B' étant un losange (1), onaCO= c= 20G; puis
d où OG = — A, c = A, de = ah ou = — -—
^ ,.^ ^. «'A . ,. 2 d » d A 2 d w de
De 1 équation = i on tire = p-, =
La valeur de d c ainsi obtenue permettra de calcaier le d^aoeneni da
distributeur, et par suite, la variation d ^ du travail moteur, et le rapport
Exemple (fig. 77) : On a dans un modérateur c = 0«82, A = 0"65. Le
nombre de tours par minute est donc de
Pour diminuer de 5 0/0 le travail de la machine par demi-tour, il faut que le manchon s'élève de 0"*03 ; quelle sera laugmentation de vitesse
correspondante?
d « 1 0.03 . . , Onaura-— = --^^3^=1,8 0/0.
On voit, d'après ce qui précède, que, pour un même déplacement de la
douille, est d'autant plus grand que c est plus petit. Les dimensions
du modérateur devront donc être en harmonie avec celles de toutes les parties de la machine.
Remarque. — 11 existe toujours, sur la commande du distributeur variable, des moyens de réglage ; par exemple, une vis à double filet, permettant de modifier la longueur de la tringle E F (fig. 74). Si, la machine étant réglée pour un certain travail, on retouche la commande de telle sorte que, par exemple, la valve soit plus ouverte pour une même position du pendule, le travail par tour, à la môme vitesse, se trouvera augmenté.
lOl. Perturbations dnes au flrottement. — Les appareils dont il s'agit n'ont qu'une puissance assez petite, et les frottements peuvent en troubler notablement le jeu.
Si la vitesse vient à s'accroître, les boules ne commenceront à se mouvoir que lorsque la force centrifuge sera devenue assez grande pour surmonter le frottement; cette résistance supplémentaire peut être représentée par une force /verticale, appliquée à chacune des boules.
Soit w •\- d^u la vitesse à l'instant où les boules commencent à s'élever, écrivons l'équation des moments autour de 0 (fig. 76) :
(1) H n'est pas plus difficile de traiter le cas d'un quadrilatère quelconque; les conclusions générales sont les mêmes.
VOLANTS ET MODERATEURS DE VITESSE iSS
|.(*, + d,.»)«rA = (P4-/)r ou
— (w + dj »)» A = P + /■
mais noas avions déjà :
S d'où, en négligeant le carré de d|U :
Qaanl à la valeur de f, elle se déduira des conditions de la commande du distributeur variable :
Soit 2 F (1) l'effort pour déplacer le distributeur, e le déplacement de ce distributeur pour une élévation dh des boules.; on aura, par le théorème du travail virtuel :
p. = rdA f=.l^ Aîl = 1jl£
' ' dh « 2 p p
Exemple (flg. 77). Dans le modérateur cité plus haut, le poids des boules
est de 5S k., un déplacement de 2 centimètres du distributeur correspond
à un déplacement de 1 centimètre de la douille ; de plus, Teffort nécessaire
pour vaincre le frottement du distributeur est de 2 kilogrammes (P = 1 k.).
On a ici pour e = 2, de = 1 ; d'autre part
de dh ^^ h ^ 0.65 ^ i 0.65
dA = — dc = -r-;r^dc =
f=lk — * = 2k50
di M 1 k 25 -i— = —^ = 2.25 o/o 6» 55 '
6 X 2 25 correspondant àunaccroissementde j-^ — =6, 2 0/0 de la résistance.
i .o les. MtNlératear avec sureliajrffe. — On donne plus de puissance au modérateur, sans augmenter ses dimensions, en chargeant le manchon d un poids assez fort, 2 M. Cela revient à appliquer à chacune des boules une force verticale Q déterminée par Téquation des vitesses virtuelles :
Mdc = Q d A
Et réquation d'équilibre s'établit facilement :
(I) Nous mettons 2 F, et non pas F, parce que chaque moitié du modérateur agit de la mémie manière*
— «« rA = (P + 0) r, g
ou — »)• A P + Q g
-s/¥sl
Si nous supposons, comme ci-dessus, le frottement représenté par une force verticale f appliquée aux boules, nous obtenons facilement :
La valeur du frottement et la puissance du modérateur ne peuvent guère se calculer que par comparaison, en prenant comme modèles les proportions d'appareils déjà construits et fonctionnant bien.
Exemple : Voici les dimensions d'un modérateur pour une machine d*en viron 80 chevaux, détente Farcot (fig. 77), figuré dans sa position moyenne ; Tangle des bras avec la verticale est d'environ 30®.
On aura pour un pareil modérateur :
= 61 tours.
Pour une valeur du frottement correspondant, comme plus haut, à une force verticale de 1 k. 25 appliquée à chaque boule, Taccroissement relatif de vitesse nécessaire pour enlever le modérateur ne sera plus que de :
gM-m»
= 0.82 o/o, au lieu de 2.25 o/o.
Fig. 77.
Quant aux conditions des modifications da travail, elles seront les mêmes qu'avec le modérateur sans surcharge, et Ton aura, comme plus haut :
2dw —de
Il est commode de faire agir le contrepoids à Textrémité d'un grand levier (fig. 77) ; on peut ainsi, en le déplaçant le long de ce levier, modifier la valeur de la surcharge sur la machine en marche, c'est-à-dire changer la vitesse correspondant à une résistance donnée.
166. Modérateurs A errande vitesse. —Le principe de la surcharge sur le manchon a été poussé très loin ; on a construit des modérateurs de petites dimensions, avec une forte surcharge, tournant très vite et, par cela méme^ très puissants.
Le modérateur Porter (voir § 140, fig. 50, le modérateur de la machine Sutzer) tourne à des vitesses de 300 à 500 tours.
Voici, sous d'autres formes, diverses applications du même principe.
VOLANTS BT MODÉRATEURS DE VITESSE 125
Modérateur Buss (fig. 78). — La boule A et le contrepoids B sont solidaires
Fig. 78.
par riniermédiaire du système E F G qui forme un tout rigide ; le T a qua* tre branches H C C\ solidaire de l'arbre H K, tourne avec lui et porte les articulations CC\ en G se trouve la cheville par laquelle le levier F G agit sur le manchon H.
On a dessiné à part le système d'une boule et de son contrepoids, débarrassé de renchevêlrement des pièces.
Modérateur Prodll (fig.79). — La construction de ce modérateur se comprend à première vue.
Le calcul de détail de ces modérateurs s'établit facilement.
Ces modérateurs, comme toutes les machines à grande vitesse, présentent des avantages de légèreté et de faible volume qui les rendent précieux dans bien des cas.
46*7. De l^iiH>chroiiUiiiie.— Maintenir à une machine une vitesse très peu variable, quelles que soient les variations de la résistance, c'est là un problème qui présente un intérêt considérable pour certaines industries, notamment les filatures.
La solution la plus immédiate a été donnée, paragraphe 161 ; elle consiste à donner à la machine un volant très puissant et à mettre toute la chaîne régulatrice en harmonie avec ce volant.
La question dont nous nous occupons n'a pas toujours été envisagée dans son ensemble ; on s'est souvent attaché à perfectionner le modérateur, considéré isolément, et même à le douer de qualités qui sont, en réalité, incompatibles avec son rô.le de régulateur de vitesse.
Dans le modérateur de Watt, plus la valve est fermée, plus les boules sont hautes ; par conséquent, une fois le régime établi, la vitesse est d'autant plus grande que la résistance est plus petite.
Fîg. 80.
126 CHAPITRE Vin
On peut imaginer des modérateurs qui, à une vitesse donnée m^ sont en équilibre quelle que soit la position des boules. En voici un exemple : Modérateur à bras croisés de Farcot (fig. 80). — Le bras, au lieu d*étre articulé sur Taxe , Test en un point K porté par un té L K, i\\é à Taxe.
Dans la position A de la boule, on a
g — Dans la position A*, on aura de même :
Si A =z k\ on aurau zr w', c'est-à-dire que la vitesse de rotation correspondant à l'équilibre du pendule sera constante.
Cette condition géométrique, h = h\ est facile à réaliser, pour des déplacements très petits, par un choix convenable du point K ; on peut même rétendre k une amplitude quelconque du mouvement des boules : remarquons que A 0 est la normale à la courbe décrite par A ; donc h est la sousnormale de cette courbe sur Taxe LX du pendule ; il suffît donc, pour que A soit constant, que les boules soient assujetties à parcourir une parabole à axe vertical, ce qui pourrait être réalisé de bien des manières. En pratique, il suffit de placer TarticulatiOn K au centre de courbure de la partie moyenne de Tare de parabole décrit par la boule entre ses excursions extrêmes.
Un pendule ainsi construit n'est en équilibre que pour une vitesse déterminée, quelle que soit du reste la position des boules.
On a cru trouver réunies, dans un pareil modérateur, toutes les condi* tions pour assurer à une machine une allure constante, quelle que soit la résistance ; de là les noms, tout à fait impropres, de pendule isochronCi d'isochronisme.
dS Il est facile de voir qu'avec un pendule isochrone, le rapport
(§ 160) est infini ; par suite utie machine qui en serait munie serait complètement affolée.
Ainsi, un pendule isochrone ne saurait, en aucun cas, servir à gouverner une machine, et c'est ce que la pratique a bien vite démontré.
Considéré en lui-même, un pendule peut être isochrone, ou se rapprocher plus ou moins de Tisochronisme ; il sera comme une balance, indifférent (isochrone), fou, sensible ou paresseux, suivant que le point K sera plus ou moins rapproché de l'axe.
Un pendule sensible peut servir à gouverner une machine, si la commande est organisée de telle sorte, qu'à un grand déplacement d A de la
VOLANTS ET MODERATEURS DE VITESSE
douille ne corresponde qu'un faible déplacement e du distributeur variable ;
le rapport reste alors compris dans des limites convenables (§ 160) ;
t mais alors, le rapport étant petit (§ 164) Tinfluence perturbatrice du
dÀ
frottement sera réduite, propriété commune avec les modérateurs à grande
vitesse.
tes. Freliun à halle. — Un modérateur, dit sensible, appliqué sans cette précaution, produit une marche désordonnée, qui se traduit par des soubresauts continuels dans la douille et dans les bras ; on a cru pouvoir attribuer ces soubresauts à ce que les boules, lors d'un changement d'al* lure, dépassent leur position d'équilibre, en vertu de la vitesse acquise. Il est facile de voir que cette vitesse est trop faible pour exercer une influence sensible sur les phénomènes.
Toutefois, cette idée erronée a conduit à un perfectionnement remarquable.
Attachons à la douille(6g.81)un petit piston p qui se meut dans un cyiin* dre plein d'huile ; ce liquide ne peut passer d'un côté à l'autre du piston qu'en traversant des orifices très étroits, qui lui opposent une grande résistance, de telle sorte que la douille ne se déplace que lentement ; on peut du reste régler à la main Touverture de ces orifices.
Un pareil pendule n'aura qu'une position d'équilibre pour une vitesse déterminée ; mais, lors d'un changement d'alluce, les déplacements de la douille seront beaucoup moins rapides qu'avec un pendule libre.
Soit donc un pendule très sensible, c'est-à-dire presque isochrone ; établissons la commande du distributeur de telle sorte que, dans l'équation tî=:f (m) (§ 160), aune très petite variation de la vitesse » corresponde une grande variation du travail moteur Ç. Un pareil système, pris en lui-môme, ne donnerait qu'une marche désordonnée.
Mais ajoutons un frein à huile, en réglant convenablement les orifices
d^ traversés par l'huile ; dans le passage d'une vitesse à l'autre, la valeur
Fig. 8t.
fl ta
sera plus petite, en valeur absolue, que . ^ à cause de la résistance de
l'huile ; nous réglerons, par tâtonnement, ces orifices, de manière que
K = — . soit voisin de l'unité*
128 GHAPITRB VIII
En se reportant aux résultats des §§ 160 et 16i, on voit tout de suite que le système jouira des propriétés suivantes : *
1* Pour une résistance constante, les oscillations autour de Tallure moyenne seront très réduites ;
2® Si la résistance vient à varier, la vitesse de régime qui tendra à s'établir s'écartera très peu de la vitesse primitive.
Ainsi, ce dispositif remarquable, résultat d'idées inexactes sur le jeu des modérateurs, conduit à la solution complète du problème si délicat dont nous nous occupons.
Observons que le réglage des orifices se fait sur la machine en marche, et non par des calculs plus ou moins hypothétiques ; cet avantage est considérable dans la pratique.
469. Modérateur* Poueaalt. — On a imaginé un grand nombre de modérateurs dits isochrones.
Voici quelques-uns de ceux inventés par L.Faucault; nous les étudierons comme modérateurs isochrones, mais il va de soi qu*on peut modifier cet isochronisme parfait, et faire de ces pendules des modérateurs plus ou moins sensibles.
Reprenons Téqualion du modérateur avec surcharge (§ 165).
— ««* P + Q avecQ = M —
dans laquelle M est la surcharge du manchon. Supposons M et par suite Q variables.
Le pendule étant supposé isochrone, w est constant ; différentions l'équation ci-dessus, il vient :
dA dQ A "■ P + Q c'est-à-dire que les variations de la surcharge seront proportionnelles à celles de la hauteur du pendule.
On obtient ce résultat en chargeant la douille au moyen d'un levier coudé D E F S. (flg. 82) : il est évident que, pour de petits
%} déplacements, le moment du poids F, et
/ ^r\ par suite la surcharge du manchon, va- /qA^*^^ rient proportionnellement à ces déplace-
^''Îmi ments.
^•V Une disposition très commode en pra-
^ — /mTN — {j--jblg tique consiste à employer deux contre-
^^ T poids, pouvant se déplacer & volonté le
^**- ®^' long des leviers qui les portent : l'un H,
porté par un levier horizontal, sert à régler la vitesse de la machine pouf
une résistance donnée ; l'autre G,'porté par un levier vertical, sert à produire
VOLANTS ET MODÉRATEURS DE VITESSE
Fig. 88.
l'isochronisme plus ou moins complet ; en y joignant un frein à huile, on a tous les moyens de régler comme on Tenlend Tallure, en agissant sur la machine en marche.
Voici un autre modérateur inventé par Foucault, et dans lequel Taxe du modérateur peut n'être pas vertical (fig. 83) : XX est Taxe du modérateur; les leviers A A et BB, terminés à. leurs extrémités par des boules égales, sont équilibrés autour de leur centre d'articulation C ; les boules sont donc soustraites à l'action de la pesanteur, et ne sont plus soumises qu'à l'effet de la force centrifuge, qui est contrebalancée par un ressort D E. Le système peut facilement être rendu isochrone par un réglage convenable du ressort.
ITO. Commande du dlstribiiteiii* |Mireiiibi<«àya9e. — La distribution Meyer ne se prête pas à la commande directe par le modérateur. On a essayé de tourner la difficulté par le dispositif (fig. 84), emprunté aux moulins hydrauliques.
Le manchon porte deux roues d'angles C, D assez écartées pour n'être pas simultanément en prise avec la roue A qui commande la vis de détente variable. Suivant la position des boules, l'une ou l'autre de ces roues sera embrayée avec la roue A, et les blocs de détente s'approcheront ou s'éloigneront.
On voit qu'avec un pareil système, la réduction de travail par demi-tour est complètement indépendante de la vitesse.
Si la résistance varie peu, si aucune cause accidentelle ne vient troubler la marche de la machine, ce modérateur pourra gouverner convenablement. Mais si la résistance vient à diminuer (par exemple) notablement, les choses se passeront tout autrement : la roue D venant en prise, le travail moteur diminue lentement; avant qu'il ne fasse équilibre à la résistance, la machine a fait plusieurs tours et acquis une grande vitesse ; la roue D continue donc à être en prise jusqu'à ce que cet excès de vitesse soit amorti ; mais ators le travail moteur par demi-tour est devenu très inférieurau
Fig. 84.
travail résistant et ainsi de suite, et la machine
Fig. ST..
ISO
continuera indéfiniment à exécuter des oscillations lentes et fort étendues autour de sa vitesse moyenne.
Les mômes inconvénients se présentent avec le système (fig. 85), dans lequel Tembrayage est obtenu par deux cônes de friction opposés.
tit. Mtodératour Denis. — Dans le système Denis (fig. 86), la commande du distributeur est mixte; le modérateur A commande directement
Fig. 86.
le distributeur variable par les leviers B et G ; mais le déplacement du levier B détermine Tembrayage de la vis V avec Tun ou Tautre des deux manchons C et D qui tournent en sens contraires.
Ainsi, lors d'une variation de la résistance, le modérateur agit comme d'ordinaire, c'est-à-dire qu'il tend à établir une nouvelle allure de régime ; mais ensuite la vis V agit à son tour, en modifiant peu à peu la distance E F, et règle ainsi le travail moteur (voir la remarque à la fin du § 163), jusqu'à ce que le modérateur ait repris sa position moyenne et, par conséquent, que la machine soit revenue à son allure normale.
*T«. Des modéraieiirs comiiie appareils de sûreté. — Les modérateurs doivent fermer presque complètement l'arrivée de vapeur dès que la vitesse dépasse certaines limites. Le dispositif fig. 84 est impropre à remplir cet office; si, par exemple, la courroie de la commande vient à tomber, l'action de ce dispositif est trop lente pour empêcher la machine de s'emporter.
Quelquefois, les modérateurs n'ont pas d'autre objet que de rendre impossible une vitesse exagérée ; exemple (fig. 87) ; modérateur de machine
VOLANTS ET MODERATEURS DE VITESSE
pour laminoir, construit par le Creusol ; si par suite de circonstances
quelconques, le laminoir tourne quelque temps à
vide, la machine ne rencontrant pas de résistance
s'accélère ; alors le manchon M s'élève, la came C
qu'il porte touche le doigt D et ferme complète
ment la valve ; dès lors, la machine ne marche plus
que sur les fuites. Dès qu'on met une barre en prise
au laminoir, la résistance devient considérable, la
vitesse diminue, le manchon M s'abaisse et la came
C, rencontrant le doigt E, ouvre complètement la
valve.
Cette commande, simple et brutale, convient très
bien au genre de travail dont il s'agit. Si Ton songeait à appliquer des modérateurs
aux machines marines, il serait bon de les installer
dans cet esprit. ^
Au point de vue de la sécurité surtout, il est
utile que l'axe du modérateur soit commandé par
engrenages, plutôt que par courroie.
4*73. lllo<léi<«àteiir« Liarivlére et Allcii. —
Dans le modérateur Larivière (fig. 88), un piston A, chargé d'un poids P, est soulevé par le vide partiel produit dans le cylindre par une pompe aspirante mue par la machine ; la rentrée d'air se fait par une petite ouverture que l'on règle au moyen d'une vis à tète graduée V; la menotte M, qui commande ^*^' ^'
le distributeur variable, est plus ou moins soulevée suivant le vide qui règne dans le cylindre, lequel dépend de la vitesse de la machine et de l'ouverture de rentrée d'air.
Ce modérateur, simple et sensible, peut rendre de bons services.
Dans le modérateur A //^n (fig. 89) le cylindre
cannelé A est rempli d'eau; à. l'intérieur se meut une roue à palettes B
mise en mouvement par l'arbre de couche au moyen d'une courroie passant
sur la poulie C. Le cylindre A peut tourner sur son axe ; le liquide, battu
par la roue B, tend à entraîner le cylindre A ; cette tendance est équilibrée
ir^"^--
Fîg. 88.
par Taction du contre-poids P qu'on règle à volonté ; le pignon et Tare denté D transmettent les mouvements du cylindre au distributeur variable, qui est ici une soupape équilibrée F.
Fig. 89.
1*74. Observations diverses. — En résumé :
Le bon fonctionnemenf d'un système régulateur de vitesse dépend, avant tout, de rharmonie entre la force vive du volant et les proportions de la chaîne régulatrice. Les écarts de vitesse augmentent quand la puissance du volant décroît, et le choix du système de modérateur ne saurait, en aucune façon, les réduire ; il faut excepter cependant le frein à huile et le système Denis, qui, employés judicieusement, permettent d'arriver à une grande régularité de marche.
Un modérateur est un organe de sécurité, et assez souvent, il n'a pas d'autre rôle.
Enfin, on n'oubliera pas que l'action du modérateur n'empêche nullement la dépense de vapeur de croître en même temps que le travail développé ; en définitive, en dehors des organes self-acting qui disposent des réserves de force motrice accumulées dans la chaudière, il est indispensable que le chauffeur ne se laisse pas surprendre, et sache maintenir sa pression, malgré les variations dans la consommation de vapeur.
DÉTAILS DE CONSTRUCTION DES MACHINES A VAPEUR
4*95. ln«lIoatioiMi ffcnérale». — Pour la construction des parties essentielles des machines, on emploie la fonte, le fer, Tacier et le bronze.
Fonte. — La fonte sert principalement à construire les pièces ayant surtout à résister à la flexion et à la compression ; on remploie pour les organes d*un grand poids ou de formes compliquées.
Les pièces en fonte s'obtiennent par moulage.
Les fontes sont, suivant les besoins, douces (faciles à trayailler aux outils), dures (s'usant peu) ou résistantes.
Fer. — Employé pour les pièces soumises à des efibrts énergiques de compression, de traction et de torsion ; les pièces en fer s'obtiennent à la forge et sont de formes plus simples que celles en fonte.
Acier. — Remplace le fer pour les organes ayant à résister à des eflForts exceptionnels ; presque toujours l'acier est forgé, même celui obtenu d'abord par fusion ; on augmente sa résistance, mais aussi sa fragilité, par la trempe suivie de recuit.
Le fer et l'acier, combinés à la forge, forment un métal intermédiaire appelé étoffe ; la trempe au paquet sert à couvrir les pièces de fer d'une légère couche aciéreuse.
Bronze. — S*emploie dans deux cas principaux :
1*» Parties frottantes : dans le glissement de fer ou fonte sur bronze, l'usure est reportée sur le bronze ; la pièce en bronze, de petites dimensions, se remplace à peu de frais.
2* Organes exposés à l'oxydation, robinets, pompes, clapets, etc.
Le bronze se moule par fusion ; les vieux bronzes se refondent sans perte bien notable.
Le bronze est remplacé quelquefois par divers alliages.
Ajustage. — Les pièces préparées à la forge ou à la fonderie, sont ensuite ajustées au moyen d'outils coupants, dans les parties qui réclament de la précision; on a soin de ménager à l'avance, dans le travail de forge ou le moulage, des portées d'ajustage et le gras nécessaire.
Montage. -— Les pièces ajustées sont ensuite assemblées ; dans le mon* tatje dressai à l'atelier, l'on complète les petites retouches d'ajustage, et les
pièces sont exactement repérées ; puis on procède au montage définitif sur place.
Les clefs ou clavettes, cales, boulons, goujons, prisonniers sont des éléments d'assemblage très employés.
Entretien. — L'entretien d*une machine se divise en petit entretien et gros entretien. Le petit entretien est fait par le mécanicien qui conduit la machine ; celui-ci graisse les articulations, refait les joints, donne aux organes le jeu nécessaire, etc.
Le gros entretien comporte le renouvellement des pièces usées ou dété* riorées.
Dans Tétude des dispositions d'une machine, on doit tenir compte de toutes ces conditions ; on calcule d'abord les dimensions de chaque organe et on en détermine les formes principales, de telle sorte qu*il soit en état de répondre au service qu'H a à faire, et de résister aux diverses actions : efforts de traction, de compression, de torsion, de cisaillement, de flexion, usure et oxydation pendant une durée convenable ; puis on étudie de plus près les formes de détail, de manière à rendre faciles la construction et l'entretien.
Voici à cet égard quelques précautions à prendre : Les pièces coulées ne doivent pas présenter de variations brusques d'épaisseur, qui en occasionneraient la rupture ; dans rétablissement des modèles de fonderie, il faut tenir compte du retrait, et organiser le modèle pour que ce retrait puisse se faire sans obstacle, prévoir les dépouilles pour le démoulage, et les tenons destinés à tenir les noyaux, réserver le gras pour l'ajustage, etc.
Les pièces forgées doivent se prêter à un travail de forge facile ; on évitera les angles rentrants, qui préparent les ruptures, et on les remplacera par des congés ; cette précaution est surtout importante pour Tacier.
La qualité et le mode de travail des matériaux devront être choisis avec discernement, suivant le service à faire ; on réservera les fontes douces pour les pièces exposées aux chocs et ayant à recevoir un travail d'ajustage mportant ; on coulera en fonte dure celles qui ont à subir des frottements ; on prendra, suivant les cas, des fers forts, tendres ou aciéreux ; on aura soin que les fibres des fers nerveux soient comprimées, à la forge, dans le sens transversal, et non debout, et qu'elles travaillent suivant leur longueur. Certaines précautions, bien élémentaires, sont pourtant quelquefois négligées, ce qui cause de graves mécomptes : il faut ménager la place pour que les outils d'ajustage puissent arriver jusqu'au point à travailler et que les copeaux se dégagent sans obstacle ; disposer les portées pour que le montage soit facile ; veiller à ce que chaque pièce puisse être, sans difficulté, démontée, retirée ou remise en place, et Toubli de cette dernière précaution oblige assez souvent à mettre au rebut des pièces d'ajustage
DETAILS D£ CONSTRUCTION DES MACHINES A VAPEUR
entièrement finies et même à remanier des parties importantes d'une machine.
Les assemblages se font le plus souvent en serrant entre elles les pièces
au moyen déboulons : il faut que les pièces ainsi réunies puissent céder à rappel de ces boulons, soit par élasticité, soit par un agencement spécial.
Exemple : une file rectiligne de tuyaux, assemblée à ses extrémités à des pièces fixes, ne peut être composée uniquement de tuyaux à brides. On veillera à ce que la dilatation des parties exposées à la chaleur puisse se faire librement.
On ménagera entre toutes les parties frottantes des moyens de rattraper le jeu inévitable résultant de l'usure.
Toutes les parties de la machine devront être facilement accessibles ; il faut ménager des moyens de graisser, même pendant la marche ; dans les points où la main du mécanicien ne pourrait pénétrer sans danger quand la machine est en mouvement, on disposera des réservoirs contenant une provision d'huile suffisante ; on évitera que cette huile ne tombe avant d'avoir fait son office, et Ton organisera des bassins pour recevoir celle qui est en excès.
Enfin, Ton n'oubliera pas la sécurité des ouvriers qui circulent autour des organes en mouvement : on placera des garde corps convenables, des ponts et escaliers solides et munis de tôles striées ; on supprimera les saillies qui* peuvent saisir les vêtements ; on rendra, le plus possible, la besogne des mécaniciens sûre, facile et même attrayante ; l'importance de cette dernière recommandation est bien connue des chefs d'industrie.
Nous allons étudier la construction des principales pièces des machines.
La figure 90, ci-dessus, représentant une machine locomobile de Calla montée sur chaudière, servira àjsuivre les explications.
fie. Cylindre. — Le cylindre {^g. 91) est en fonte et parfaitement alésé. La partie cylindrique porte généralement la glace et les lumières. La lumière d'échappement se retourne perpendiculairement pour déboucher
~"^ '^ Fig. 91.
sur le côté du cylindre,'[où^ elle se raccorde avec le tuyau d'échappement (^f^, 90, coupe 1). Les deux fonds sont souvent rapportés; quelquefois le
DÉTAILS DB CONSTRUCTION DES HAGHINES A VAPEUR 137
fond antérieur, celui qui porte le presse-étoupe, est venu de fonte avec le cylindre.
Le cylindre porte des pattes ou oreilles pour le fixer au bâti ; cet assemblage se fait entre surfaces rabotées, avec clavettes ou autre moyen de fixation» indépendamment des boulons, qui ne doivent servir qu'à serrer les pièces, mais non pas travailler au cisaillement.
On donne au cylindre une épaisseur de 18 millimètres au moins après alésage ; cette épaisseur est nécessaire pour obtenir une fonte saine et permettre un réalésage après usure. Pour les grands cylindres de machines marines, il faut faire entrer en compte la résistance du métal à la pression intérieure, à raison d'environ 1 k. par millimètre carré.
On prend souvent pour l'épaisseur
e =z 20 "• »• + (Diam. du piston) .... (ïleuleaux)
Des nervures raidissent le contour du cylindre.
Le cylindre est une pièce de fonte importante et délicate. La fonte doit être dure et résistante ; elle est obtenue en seconde fusion ; le lit de fusion comporte souvent un mélange de fonte grise et de vieilles fontes ou bocards ; les fontes légèrement arsenicales conviennent bien ; elles ont du corps et de la dureté. Le moule doit être étudié avec soin pour faciliter le démoulage et éviter les surépaisseurs dangereuses ; il doit comporter le gras (3 à 6 millim.) nécessaire pour Talésage. La pièce est coulée en sable d'étuve et chargée d'une lourde masselotte.
L'alésage se fait en plusieurs passes, pour éviter la cônicité résultant de l'usure des outils ; il est souvent suivi d'un polissage à l'émeri. Les grands cylindres s'alèsent dans la position qu'ils doivent occuper dans les machines, horizontalement ou verticalement, pour éviter Vocalisation.
Les fonds rapportés sont assujettis par des boulons ou, plus souvent, des goujons, qui demandent moins de place ; le joint se fait entre surfaces dressées, portant des stries concentriques ; on enduit ces surfaces decéruse et on y étend un boudin de mastic de minium, qui s'écrase sous la pression des boulons; l'épaulement /* (fig. 91) empêche le mastic de foirer à l'intérieur; le cône g g facilite l'entrée du piston et donne aux parois le gras nécessaire pour réaléser après usure.
L'enveloppe sèche se fait en chifTons imbibés d'alun ou en feutre ; on la recouvre d'une mince feuille de tôle ou de douves en acajou assemblées à. rainure et languettes, et fixées sur les nervures par des vis que l'on dissimule ensuite sous des bandelettes de laiton. Souvent on se contente "d'une simple enveloppe séparée du cylindre par une couche d'air isolante.
L'enveloppe de vapeur est quelquefois venue de fonte avec le cylindre ; mais la pièce est alors difficile à obtenir saine, et on s'enlève la facilité de remplacer le cylindre usé. Il vaut mieux faire l'enveloppe avec les lumières,
pattes et accessoires, en fonte grise et y rapporter intérieurement le cylindre, coulé en fonte dure. Celui-ci se réduit alors à un bout de tuyau qu'on coule trop long, et dont on coupe les extrémités pour ne conserver que la partie médiane, toujours la plus saine.
Le joint (fig. 92) a a se fait au moyen de portées cylindriques correspondantes, avec serrage convenable ; le cylindre intérieur est entré de force, puis le joint est complété avec du mastic de fonte ou des cercles en cuivre
rouge fortement matés; quelquefois aussi, on se contente d'un simple joint sec obtenu par l'ajustage soigné des parties et par un serrage suffisant. On doit avoir soin que le cylindre ne puisse se déplacer par rapport à l'enveloppe.
Dans les machines soignées, le courant de vapeur circule aussi dans les fonds.
L'enveloppe doit être purgée avec soin ; le courant de vapeur qui la parcourt forme quelquefois une circulation spéciale ; quelquefois il passe à la boîte de distribution ; cette dernière disposition, moins à recommander, doit êlre rejetée quand on emploie la vapeur surchauffée.
Par dessus l'enveloppe de Watt, il convient toujours d'appliquer une enveloppe sèche.
frr. Piston. — Le corps du piston (fîg. 93) est d'ordinaire en fonte ; il porte au centre la tige et sur le bord les rainures destinées à recevoir les segments. Dans les petites machines, il a la forme d'un plateau à deux
Fig. 92.
Fig. 93.
fonds plats ; les trois ou quatre trous destinés à maintenir le noyau pendant le moulage sont fermés par des bouchons en fer vissés et rivés. Quelquefois, l'un des fonds est rapporté au moyen de boulons (fig. 94).
Fig. 9&.
DETAILS DB CONSTRUCTION DES MACHINES A VAPEUR
Les pistons de locomotives se font toujours en fer ; ils ont souvent la forme (fig. 95) obtenue à Tétampage sous le marteau.
Celte forme conduit à donner aux fonds du cylindre une disposition compliquée.
Le piston en fer à deux fonds plats (fig. 93) est aujourd'hui d'un usage général ; les deux moitiés séparées par le plan A A sont ob« tenues à part à Tétampage ; puis on les superpose, on les chauiïe au blanc, et on les soude sous le pilon.
L'assemblage du piston avec sa tige doit être très solide. On en voit divers exemples dans les figures ci-jointes. On l'obtient souvent par un pas de vis avec goupille ou clavette (fig. 95). Le meilleur assemblage consiste en UD emboîtement conique à faible inclinaison (fig. 97) avec rappel éner-
Fig. 95.
rcn
Fig. 96. Fig. 97.
gique, par un fort boulon (6, c) ou par une clavette (a); on obtient un meilleur serrage (fig. 96) en introduisant le tenon conique froid dans sa mortaise légèrement chauffée et rivant ensuite à. froid l'extrémité du tenon; ce dernier moyen est applicable aussi bien aux pistons à une toile (fig. 97) qu'à ceux à deux toiles (fig. 93).
Dans les machines exposées à des chocs (pilons), le piston est souvent forgé d'une seule pièce avec sa tige.
Le joint étanche entre le piston et le cylindre s'obtenait, dans les anciennes machines, au moyen de cordes de chanvre suiffées et serrées par une couronne, comme dans les pressc-étoupe (fig. 98). Fig. 98.
La substitution au cordon de chanvre de cercles métalliques a été un progrès considérable, mais qui n'a pu être réalisé que grâce k un alésage très parfait.
Ces cercles ont élé rois en œuvre de bien des manières. La fig. 99 représente une disposition qui a été longtemps usitée.
Aujourd'hui, on n'emploie plus guère, dans les machines ordinaires, que la garniture liamsbotton ou la garniture dite suédoise.
Dans le piston Ramsbotton (fîg. iOO) la garniture est formée par trois à six cercles en acier doux, cintrés à la demande du cylindre ; chacun d'eux est coupé de telle sorte que, le piston une fois entré dans le cylindre, les deux abouts du cercle Fig. 100 ^*^ arrivent presque au contact ; les joints sont
croisés d'un cercle à Tautre.
Dans le piston suédois (Og. 90, 91, 92, 95, 96) les cercles sont en fonte douce ; il y a quelquefois un seul, souvent deux cercles ; lorsqu'il y a deux cercles, parfois on les superpose simplement, mais d'habitude chacun d'eux joue dans une rainure ou gorge spéciale.
Les cercles s'obtiennent de fonte sous forme de tuyaux d'un diamètre plus grand que le diamètre défmitif ; on les alèse intérieurement, on les découpe à la hauteur voulue, puis on les fend suivant une arête ; les lèvres de la fente sont taillées en forme de baïonnette (fig. 95) ; on serre le cercle et on le tourne extérieurement au diamètre du cylindre ; lorsqu'il est mis en place, l'élasticité de la fonte donne un joint suffisant contre les parois du cylindre. Cependant la courbure du cercle est moins forte aux environs de la fente ; on doit donc, avant de mettre les cercles en place, les rebattre à l'intérieur jusqu' à une certaine distance de la fente ; on peut aussi excentrer légèrement la paroi intérieure du cercle (fig. 101) de manière à avoir moins d'épaisseur près de la fente que dans la partie opposée.
Celte méthode n'est applicable que si le cercle est assez mince ; on peut ainsi l'ouvrir suffisamment pour le faire passer par dessus £les talons qui limitent les gorges.
Il faut néanmoins qu'il soit assez raide, afin de Fig. 101. bien s'appliquer contre les parois ; une pression de
1 kil. à 1 kil. 1/2 par centimètre carré, due au serrage, suffit dans tous les cas. Quelques constructeurs emploient des cercles de fonte, minces, dont l'élasticité propre serait insuffisante, et les doublent intérieurement par un contre-cercle en acier, qui forme seul ressort.
DÉTAILS DE CONSTRUCTION DES MACHINES A VAPEUR
Dans les grands cylindres de la marine, la mise en place des cercles par les moyens indiqués serait malcommode ; les cercles sont maintenus par un chapeau en fonte A A rapporté au moyen de boulons {Hg. 102) ; quelques ressorts servent à assurer le contact avec les parois du cylindre.
Pour obtenir une étanchéité plus parfaite, le joint porte en arrière un petit couvre-joint en acier rapporté avec des vis (fig. 103).
Fig. 103.
Dans les machines horizontales, le piston est supporté, en porte-à-faux, par sa tige, dont la direction est assurée par les glissières et le grain en bronze du presse-étoupe. Ce guidage n'est pas très efficace ; il suffit d'un ^'&- ^^' .
peu d'usure pour en détruire Teffet. Souvent on excentre l'intérieur des gorges, de telle sorte que le bas du piston porte surTarète inférieure du cylindre par Tintermédiaire des cercles ; cette disposition augmente l'usure du cylindre. Dans les grandes machines, on prolonge la tige par une con-r tre-tige, qui traverse le 2« fond du cylindre au moyen d'un presse-étoupe.
11 est facile de s'assurer de Tétanchéité du piston : on cale la machine, puis on ouvre l'un des purgeurs et on introduit la vapeur sur la face opposée du piston ; si le joint est étanche, le purgeur ne doit pas laisser passer de vapeur. L'étanchéilé est rarement parfaite.
4*78. Tiffe du plsto/i et presse-étoupe. — La tige du piston est un cylindre en fer, souvent en acier, parfaitement tourné ; elle transmet à la crosse la pression que la vapeur exerce sur le piston. Elle traverse le fond du cylindre au moyen du presse-étoupe ou stuffing-box B (fig. 91) :
a corde de chanvre lâche suiffée, serrée entre le chapeau b du presseétoupe et le grain c ;
d petit réservoir. dans lequel on introduit de l'huile par la lumière c.
Le grain c en bronze, ajusté exactement, est ensuite rivé contre la fonte ; il sert de guidage à la tige du piston ; quand le piston est lourd, on donne au grain une grande longueur.
La garniture se fait d'habitude en chanvre suiffé ou enduit d'un mélange de suif et de blanc de Meudon.EUe s'use promptement ; on la remplace quelquefois par un alliage dit antifriction, (au chemin de fer de la Méditer-
14S CBAPITAX IX
ranée, TalHage employé comporte : plomb 76,étain 14,antlmoine 10) qui se ramollit par racUon de la chaleur, et se moule alors exactement sur la tige, sous la pression du chapeau du presse-étoupe ; pour que cette garniture métallique tienne le joint, il faut que la tige du piston soit très exactement guidée. Dans les machines verticales, le godel d'huile a une forme un peu diflfé-
rente (flg. 104).
Les boulons qui agissent sur le chapeau doivent porter bien également ; dans les grandes machines, ils sont rendus solidaires par un engrenage.
Dans les petits presse-étoupe, le chapeau à oreille est remplacé par un écrou borgne a (fig. 105).
I^ig. 105.
Fig. 104. Les joints de vapeur sont assez faciles à te-
nir ; il n'en est pas de même des joints d*air ; aussi, dans les machines à condensation, faut-il des soins particuliers pour empêcher les rentrées d'air si nuisibles dans le condenseur.
Si la machine est verticale, la disposition (flg. 104) suffit, le petit godet plein d'huile formant joint hydraulique.
Dans les machines horizontales, à condensation, on met un double presseétoupe (fig. 106) ; rhuile est introduite par un petit canal a dans l'espace annulaire ménagé entre les deux presse-étoupe.
Fig. 106.
Flg. 107.
La disposition suivante (fig. 107) peut être employée dans le même cas : un anneau percé de trous, a, est interposé entre deux épaisseurs d'étoupes, et reçoit l'huile par le graisseur vissé en b.
DÉTAILS DE CONSTRUCTION DES MACHINES A VAPEUR 143
tyB. Crommem et gUmmiérem.— La crosse s'assemble à rextrémité de la tige du piston et porte le tourillon de la bielle et les patins frottant sur les glissières. Elle prend diverses formes.
La figure 108 représente la crosse de la machine figure 90 ; elle est en fonte.
Fig. 108.
L'assemblage avec la tige du piston est fait ici par une clavette ; la portée a lieu, non sur Tépaulement a b, qui n'a pour but que d'assurer la précision de l'assemblage, mais sur le fond c de la mortaise sur lequel on place une ou deux rondelles minces de cuivre ou d*acier. CSet assemblage se fait aussi - par l'un des moyens employés pour réunir le piston à sa tige (fig. 93, 95, 96, 97), lorsque les dispositions de la crosse le permettent ; c'est de toute la machine l'assemblage qui fatigue le plus, à cause de Taffaiblissement de la tige du piston, résultant du passage de la clavette ; si, d'autre part, on renforce cette tige pour Tassemblage, il devient impossible de retirer le piston du cylindre, le renfort ne pouvant plus passer à travers le chapeau et le grain du presse-étoupe. La clavette, qui porte toute la charge de la machine, est exposée à être déformée par cisaillement ou mâchée sur ses bords, que Ton arrondit d'ailleurs, pour éviter cet effet ; enfin, la fonte de la crosse du manchon et le fer de la tige peuvent être aussi mâchés ou arrachés.
On prend quelquefois le parti de renforcer la tige du piston au droit de Tasseniblage ; mais alors le grain du presse-étoupe, ainsi que le chapeau, sont coupés diamétralement en deux pièces.
Dans la figure 108, l'articulation de la crosse avec la bielle est obtenue par un grand boulon A ; un prisonnier B Tempêche de tourner ; la bielle fourchue, d d, embrasse le coulisseau, et vient saisir par deux bagues de bronze, ee, rivées sur la bielle, les extrémités du boulon A ; le déplacement latéral est prévenu par une clef f. Les coulisseaux g g, en bronze ou en fonte douce, sont simplement posés sur les portées de la crosse, et maintenus par des saillies carrées.
Les glissières ont une section en double T, et la glissière inférieure porte une petite cuvette pour recueillir Thuile en excédent.
Le boulon A se prolonge par un bras qui conduit la tige D du piston de la pompe alimentaire.
Les glissières ont à résister à la composante normale à leur longueur de la réaction oblique de la bielle, composante qui est maxima lorsque le piston est à mi-course ; elles doivent être très rigides pour bien guider la crosse.
On les fait d'ordinaire en fonte.
La partie dressée sur laquelle glisse le patin est raidie par une nervure surhaussée vers le milieu de la longueur {^g, 90). Quelquefois on leur donne une section en double T (fig. 108). Elles s'assemblent à un bout sur le presse étoupe (fig. 109) et à l'autre sur un appui fixé au bâti (fig. 90) ; l'assemblage se fait à boulons, avec interposition de cales minces, en cuivre a a (flg. 109) qu'on lime pour rattraper le jeu.
Fig. 109.
Quelquefois, pour éviter de fourcher la bielle, on dispose quatre glissières a a (fig. 110) entre lesquelles passe la bielle ; la crosse porte alors un
Fig. 110.
double anneau b, la bielle se termine par un anneau simple, garni de bronze, et l'articulation se fait par un gros boulon.
DETAILS DE CONSTRUCTION DES MACHINES A VAPEUR
Dans les locomotiTes (flg. lii) on ne met que deux glissières, en fer ou en acier ; mais elles sont assez écartées Tune de Tautre pour ne
Fgi. 111.
pas gêner les oscillations de la bielle. L'une des extrémités se fixe au presse-étoupe, l'autre à une pièce de fer A A, convenablement découpée, fixée sur le châssis G.
Souvent dans les machines fixes, la crosse prend la forme d'une traverse (fig. 112) terminée à ses extrémités par deux tourillons sur lesquels s'enfilent les patins pp ; il y a ^=^
ex
lAJ
alors, pour chaque patin, deux glissières, fixées directement au bâti ; la bielle à fourche vient saisir la traverse sur les parties rondes A A, qui souvent aussi servent de points ^'^' ^^^• d'attache à de petites bielles pour la commande de la condensation.
Nous avons vu que, dans les machines sans renversement de marche, c'est toujours la même glissière qui travaille. Convient-il que ce soit la glissière inférieure ou la glissière supérieure ?
Quelquefois le sens de la marche est commandé par les circonstances locales et alors il n'y a pas à choisir.
Si la glissière inférieure travaille seule, elle est chargée non seulement parla composante normale de la réaction oblique de la bielle, mais aussi par le poids de la crosse et d'une partie de la tige. D'autre part, le graissage se fait dans de meilleures conditions et l'on n'est pas exposé à perdre l'huile inutilement. Aussi, c'est souvent le parti que Ton adopte.
Le dessin de glissière (fig. 113) est alors très convenable ; la partie plane sur laquelle glisse le patin forme le fond d'un bassin contenant de l'huile et les frottements sont très doux. Cette forme convient bien, lorsque la tige du piston traverse les deux fonds du cylindre, pour soutenir l'extrémité de la contre-tige.
11 est toujours plus prudent de s'opposer au soulèvement possible du patin : on emploie alors la disposition (fig. 114).
Fig. 114.
Voici (fig. 115) le joug employé pour les machines à bielle en retour de la marine.
Les ouvertures A A reçoivent les têtes des deux tiges du piston, la tête de bielle roule sur la partie tournée B B, les patins C C, en fonte, sont rappor-
tés ; le patin inférieur, qui travaille seul en marche ordinaire, est garni de bronze.
180. Bielle. — La forme générale de la bielle est en harmonie avec celle de la crosse et des glissières.
Avec des glissières doubles et peu écartées (fig. 90, 108, 109) on ne peut employer que la bielle à grande fourche (fig. 90, 116) embrassant le sup-
Fig. 116.
port des coulisseaux.
Avec la disposition de traverse (fig. 112), on prendra la bielle à petite
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fourche (fig. 117) ; il en sera de même avec la glissière simple (fig. 113 et
Fig. 117.
114], si la crosse est suffisamment élevée.
Enfin, la bielle droite s'emploiera avec la glissière quadruple (fig. 110) ou avec les glissières doubles suffisamment écartées (fig. 111-115); elle pourrait aussi être appliquée avec la traverse (fig. 112) et la glissière simple (fig. 113, 114), en disposant convenablement l'articulation avec la petite tête de bielle.
Le corps de la bielle se fait généralement en fer, quelquefois en acier.
On lui donne d'ordinaire une section circulaire ; on ménage du galbe (fig. 117) c'est-à-dire que le diamètre au milieu est plus fort qu'aux extrémités, forme convenable pour résister à la compression et combattre la tendance au fouettement.
Dans les anciennes machines, la bielle était en fonte ; on la fait encore quelquefois ainsi, on donne alors au corps une section en forme de croix, qui, à égalité de poids, possède un plus grand moment d'inertie que le cercle.
Dans les machines à grande vitesse, il faut tenir compte de la force centrifuge qui tend à courber la bielle (1). On donne alors à la section la forme d'un rectangle allongé (fig. 90, 111, 116) dont la hauteur va en croissant depuis la petite tète jusqu'à la grosse.
La grosse tête de bielle est l'articulation de la bielle avec Tarbre découche ; la petite tête est Tarticulation avec la crosse. Ces deux articulations doivent satisfaire aux conditions suivantes : donher lieu à peu de frottement, être faciles à démonter et à remonter, permettre le rattrapage du jeu.
(1) Soit une bielle d'accouplement d'une locomotive à grande vitesse : course du piston 0 m. 65, diamètre des roues accouplées 2 m. 10 ; vitesse maxima ilO kilomètres À rheure ; la force centrifuge serait égale à 15 fois le poids de la bielle ; celle-ci doit donc, h ce point de vue, être regardée comme une barre suspendue par ses extrémités et supportant une charge qui va jusqu'à 16 'fois sou propre poids, répartie sur sa longueur proportionnellement à chaque section transversale.
CHAPITBK IX
La tête de bielle représentée fig. 118 est composée comme il suit : A, corps de la bielle en fer ; sur Textrémité B, renflée, viennent s'assembler les pièces de Tarticulation, savoir : deux demi-coussinets c c en bronze embrassent à frottement doux le bouton de manivelle ou le vilebrequin ; ils sont entourés par une bride en fer DD, tenue en place par la clavette E et la contre-clavette F ; la contreclavette porte deux talons pour empêcher la bride de s'ouvrir. La clavette E, taillée avec un fruit, serre à la demande au moyen de Técrou 6 ; on tourne cet écrou jusqu'à ce que les deux coussinets portent légèrement sur le bouton de manivelle, sans ballot- ^"8- *^^- tement, et au fur et à mesure de
l'usure des coussinets, on serre davantage l'écrou.
Les mécaniciens soigneux intercalent dans les fentes a a qui séparent les deux demi-coussinets de petites cales en cuivre rouge, limées à l'épaisseur voulue, pour que la clef E puisse être serrée à bloc, sans que le bouton de manivelle soit trop fortement pressé; par ce moyen, on rend solidaires toutes les pièces de la tête de bielle, et l'on évite le ferraillement. On peut aussi prolonger les bords des coussinets jusqu'au contact, de manière à supprimer les intervalles a a ; on lime ces bords jusqu'à ce que les coussinets, amenés à toucher, embrassent à frottement doux le bouton de manivelle, et l'on serre à bloc la clef E.
L'appel déterminé par la clef E, au fur et à mesure de l'usure, a pour effet de rapprocher l'articulation du corps de la bielle, ce qui tend à diminuer la distance entre les centres des deux têtes de bielle. Quand l'usure devient un peu forte, on place en 6 6 , entre le coussinet et le corps de la bielle, de petites plaques' de tôle limées (1).
Nous verrons des moyens analogues de rattrapage du jeu employés dans toutes les articulations.
Le godet de graissage H communique, par une mèche de coton, avec les pattes d'oie c c, qui répartissent l'huile sur toute la surface du coussinet.
(1) Dans les bielles d'accouplement de locomotives, il importe que la distance des centres d'articulation reste rigoureusement constante ; le rattrapage du jeu se fait alors de telle sorte que l'une des articulations se rapproche du corps de la bielle quand l'autre s'en éloigne ; l'usure étant sensiblement la môme aux deux têtes, la distance des deux boutons de manivelle ne change pas*
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Les ûg. 116, 117 représentent deux autres formes de tètes de bielle. La disposition très simple, fig. 117, est très employée dans la marine.
Voici (fig. 119) une tête de bielle, légère et solide, fort en usage pour les locomotives ; l'extrémité de la bielle a la forme d'un cadre, aaa, dans lequel se placent les deux demi-coussinets b 6, appuyés par une pièce de fer c, contre laquelle vient buter la clef ff.
Celle-ci est maintenue en place comme il suit : une pièce de fer g g vient se loger latéralement à la clef dans l'entaille du cadre ; elle porte une rainure dans laquelle peut circuler le boulon à ^^' **^écrou h ; la clef mise en place, on serre le boulon et toutes les pièces deviennent solidaires.
Pour débieller, on enlève l'écrou A, la pièce g, et la clef /*, on écarte les deux coussinets et Ton retire le bouton de manivelle ; afin qu'on puisse retirer les coussinets du cadre, il est nécessaire que les rebords tels que k k soient supprimés dans leur partie horizontale sur la face des coussinets qui regarde la manivelle (voir la coupe transversale).
Cette disposition ne peut évidemment pas s'appliquer pour un vilebrequin, le montage serait impossible.
Les dispositions des petites têtes de bielle ressemblent beaucoup à celles que nous venons d'examiner ; comme l'amplitude des glissements est ici beaucoup plus faible, l'usure est bien moindre et Ton se contente souvent comme garniture, de simples anneaux de bronze (fig. 108, 111) sans rattrapage de jeu.
Pour les bielles de faible longueur (pour parallélogrammes, commande de pompe à air, etc.), on emploie souvent la disposition fig. 120 : la colonne centrale a ne travaille qu'à la compression et la bride b qu'à la traction.
