fr. + 90 V
Y; volume en litres du cylindre (produit de l'aire du piston par sa course) (1).
(i) A Tatde du tableau ci-dessous, on peut rapidement calculer la puissance au moyen
du Tolume du cylindre.
Ilachioes Machines
saos condensatioQ aTec oondensation
Pression effective à la chaudière 6 k 5 k
Nombre de tours par seconde 1 1
Piiis8aac6 en chevaax par litre du cylindre
Indice de détente : 2 1 chev. 0ci>98
On suppose que la détente a lieu suivant la loi de Marlotte.
On admet, pour la pression au condenseur, 0 k. 20,— et pour le coefficient de rendement : 0.15.
Exemple : Avec un cylindre de 100 litres, une machine à condensation détendant au 1/3 en faisant 40 tours par minute, développera : 100 X 2/3 X 0,68 = 45 chevaux. Elle coûterait : 5000 + 90 X iOO = 14.000 fr.
Pour développer la même puissance sans condensation, ni détente, il suffirait d'un cylindre de 30 litres h 90 tours.
30 X 3/2 X 1 = *5 chevaux.
Et la machine ne coûterait que :
5000 + 90 X 30 = 7.100 fr.
A défalquer : la condensation 1.200 »
Prix de la machine 6.500 »
au Heu de 14.000 fr.
Cette formule cesse de s'appliquer pour V <1 30 litres.
La condensation entre dans ce prix pour 16 à 18 0/0.
Le prix diminue sensiblement quand le diamètre du cylindre est grand, par rapport à la course. Les machines à balancier coûtent notablement plus cher.
Gomme on le voit dans la note ci-dessus, on peut développer la même puissance avec des machines de prix fort différents. On réduit beaucoup le prix d'achat en augmentant l'admission et la vitesse ; c'est ainsi que certains constructeurs peuvent livrer à très bas prix des machines puissantes.
Mais il ne faut pas oublier :
Que les grandes admissions exigent de grandes chaudières et une grande dépense de combustible ;
Que les grandes vitesses exagèrent les frais d'entretien et les chôoiages pour réparations.
300. Dé|»eii«Gii |»our meeemmoîrem et Imtiincnto. — Les prix des fondations, des accessoires divers, comprenant la tuyauterie et les premières transmissions, et des bâtiments qui enveloppent et couvrent la machine et les chaudières, dépendent d'un grand nombre d'éléments très variables. Dans les cas courants et moyens et pour des appareils fixes, on peut évaluer cette dépense à 50 à 70 0/0 du prix des machines et chaudières mises en place.
SOT. Prix des locoiuoblles et doiiiUflxe«. — Pour les petites forces, il convient d'ordinaire de réunir la machine à la chaudière, ce qui diminue très notablement les frais d'installation et ceux de personnel.
Dans les moteurs de ce genre, le prix de la chaudière et de ses accessoires entre pour plus de moitié.
Le prix d'une bonne machine demi-fixe, horizontale, peut s'évaluer par
la formule
n, puissance en chevaux, mesurée au frein à une bonne allure moyenne et soutenue.
Ce prix ne comprend pas le train pour les locomobiles proprement dites.
La formule peut s'appliquer entre 4 et 30 chevaux.
On doit se défier des indications fournies dans les prospectus. Les bonnes maisons se distinguent des autres en ce que la puissance qu'elles promettent est toujours inférieure à celle réalisée. Lorsqu'il s'agit d'acheter une locomobile, on aura soin, en comparant les offres des divers constructeurs, de tenir compte, non seulement de la puissance annoncée, mais surtout des dimensions du cylindre, de la vitesse d'allure, de la détente, etc. et de s'assurer que les surfaces de chauffe et de grille sont convenablement proportionnées.
308. Alareliéa pour moteur» à vapeur. — Nous donnons en annexe,
à la fin du présent chapitre, le programme du concours pour l'installation de la prise d'eau de Vacon (canal de la Marne au Rhin).
Dans la rédaction d'un programme de cette nature, il est bon de laisser au constructeur une large part de responsabilité et, par conséquent, une part de liberté et d'initiative correspondantes.
La meilleure garantie d'une bonne exécution consiste dans la valeur industrielle et morale de la maison avec laquelle on traite.
Néanmoins, les dessins de détails devront être approuvés avant mise en œuvre.
La confection à Tusine des pièces du moteur devra faire l'objet d'une surveillance attentive.
La réception devra être précédée d'une vérification détaillée de tous les organes ; puis on procédera aux essais du générateur et de la machine.
Les épreuves à faire subir aux chaudières sont de deux natures : Epreuves de résistance; épreuves de vaporisation.
309. Kmmal aem chaudièreii A la pression. — Décret du 21 janvier 1865:
« Art. 2. — Aucune chaudière neuve ou ayant déjà servi ne peut être livrée par celui qui Ta construite, réparée ou vendue, qu'après avoir subi l'épreuve ci-après.
« Cette épreuve est faite chez le constructeur ou chez le vendeur, sur sa demande, sous la direction des Ingénieurs des mines ou, à leur défaut, des Ingénieurs des Ponts-et-Chaussées ou des Agents sous leurs ordres.
« Les épreuves des chaudières venant de l'Etranger sont faites avant la mise en service, au lieu désigné par le destinataire dans sa demande.
« Art. 3. — L'épreuve consiste à soumettre la chaudière aune pression effective double de celle qui ne doit pas être dépassée dans le service, toutes les fois que celle-ci est comprise entre un demi-kilogramme et six kilogrammes par centimètre carré inclusivement. La surcharge d'épreuve est constante et égale à un demi-kilogramme par centimètre carré pour les pressions inférieures, et à six kilogrammes par centimètre carré pour les pressions supérieures aux limites ci-dessus.
« L'épreuve est faite par pression hydraulique.
« La pression est maintenue pendant le temps nécessaire à l'examen de toutes les parties delà chaudière.
« Art. 4. — Après qu'une chaudière ou partie de chaudière a été éprouvée avec succès, il y est apposé un timbre indiquant, en kilogrammes par centimètre carré, la pression effective que la vapeur ne doit pas dépasser. Les timbres sont placés de manière à être toujours apparents après la mise en place de la chaudière. Ils sont poinçonnés par l'Agent chargé d'assister à l'épreuve. »
z88 CHAPITRE xy
Pour procéder à Tépreuve ci-dessus, il convient de prendre quelques précautions.
La chaudière doit être exactement remplie d'eau, et il ne doit point y rester d'air, dont la présence rendrait une rupture dangereuse pour Topérateur.
La pression se donne avec une petite pompe à bras. Si la chaudière est é tanche et bien purgée d'air, il suffit d'un ou deux coups de piston pour faire monter la pression de plusieurs atmosphères.
La pompe foulante est munie d'une soupape de sûreté, que l'on charge à la pression d'essai, et d'un manomètre très précis. D'ordinaire, pendant l'épreuve, les soupapes de sûreté du générateur sont calées. Quand on est arrivé à la pression voulue, on la maintient en pompant doucement.
Quelques suintements dans les coutures ne suffisent pas pour faire rejeter une chaudière : ils disparaissent après quelques jours de service.
Pendant que le générateur est en pression, on en sonde les diverses parties à l'aide de légers coups de marteau ; il faut porter l'attention sur les coutures et les fonds plats, prolonger l'épreuve, si Ton constate des déformations notables et rejeter le générateur, si ces déformations augmentent ou s'il se produit des fissures.
Il est prudent de renouveler l'épreuve à la pression hydraulique de temps à autre, par exemple, d'année en année.
34 O. Epreuve À la vaporisation. — L'épreuve de vaporisation se fait par les moyens indiqués plus haut pour l'essai industriel des combustibles (§ 216) ; mais, ici, la qualité et la provenance du combustible doivent Hve déterminées à l'avance dans les marchés.
Lorsqu'on le peut, on détermine l'eau entraînée, par la méthode calorimétrique de M. Hirn (1).
Pour pouvoir comparer entre eux les divers générateurs, on ramène assez ordinairement, par le calcul, les résultats bruts de Texpérience aux conditions suivantes :
Eau d'alimentation à 0^ ;
Vapeur saturée et sèche ;
Houille à 10 0/0 de cendre et d'humidité.
Il convient, en outre, d'indiquer les pressions de la vapeur, quoique, dans les limites usuelles, les différences de pression influent assez peu sur la chaleur de vaporisation.
Toutefois, ces règles ne sont pas toujours observées, ce qui peut conduire à des comparaisons tout à fait erronées entre divers générateurs.
Exemple : Une chaudière qui produit, dans les conditions de la règle ci-
(1) Nous ne pouvons, pour le détail de ces essais, que renvoyer aux publications de la Société industrielle de Mulhouse ; on consultera aussi avec fruit les bulletins des associations de propriétaires d'appareils à vapeur.
dessus, 8 kilog. de vapeur par kilogramme de bonne houille, peut être considérée comme excellente. Au contraire, une chaudière vaporisant, à la pression de 5 kilog. effectifs, 8 kilog. d'eau à SS'', par kilogramme de bonne houille à 5 0/0 de cendre serait assez médiocre ; car ramenée aux conditions ci-dessus, la vaporisation ne serait plus que de
ft V .^iH V 495 + 159,7 - 83,2 ^ ^ 0.95 ^ 495 + 159,7 - "^ "^^ 344. Bmmvkim de» iuiMslilne«. — L'essai d'une machine consiste à mesurer la puissance qu'elle développe à la dépense, soit de vapeur, soit de combustible.
Le travail développé se mesure sur Tarbre au frein de Prony (§ 3^3), ce qui donne le travail sur Varbré ; ou bien sur les pistons, au moyen de Vindicaieur de Waii (§§ 91 et 315) ce qui donne le travail indiqué. Quelquefois, le travail se mesure d'après le résultat utile des opérateurs conduits par le moteur.
Quand il s'agit de locomobiles ou de machines demi-fixes, la machine et la chaudière étant livrées ensemble par le même constructeur, on peut rapporter le travail développé à la consommation d'un combustible déterminé.
Mais, pour les machines fixes, il convient d'ordinaire de faire le départ entre les qualités du moteur et celles du générateur, et, par conséquent, de rapporter le travail à la consommation de vapeur et non pas à celle de combustible.
Ces épreuves doivent être faites à une allure spécifiée; soutenue pendant plusieurs heures, la résistance étant établie, la détente sera réglée de telle sorte que la machine conserve une vitesse donnée pour la pression voulue» S'il y a un modérateur, c'est la résistance qui devra être réglée de telle sorte que le degré de détente ou de fermeture de valve spécifié s'établisse. Souvent les essais se font successivement à diverses allures.
Depuis quelques années, les épreuves des moteurs à. Vapeur ont pris, entre les mains d'expérimentateurs habiles, le caractère de précision des véritable» recherches scientifiques.
34:^ Mefliupe de la dié|»en0o die vapeur. — Pour mesurer la dépense de vapeur, on mesure ou on pèse l'eau introduite dans le générateur pendant un temps donné, le niveau de l'eau étant maintenu bien constant.
On défalque l'eau condensée dans les conduites et recueillie par des purgeurs disposés aux points bas.
Pour des expériences plus précises, on dose l'eau entraînée, par la méthode calorimétrique, et l'on tient compte de la chaleur perdue par rayon^ nement et conduction, et même de celle dégagée par le frottement du piston.
On arrive ainsi à mesurer la quantité de chaleur fournie à la chaudière ;
en la comparant au travail développé, on obtient un rapport qui caractérise la valeur du moteur, au point de vue de l'utilisation de la chaleur. Le mesurage calorimétrique de la quantité de chaleur envoyée au condenseur peut se faire assez facilement ; en y ajoutant la chaleur équivalente au travail indiqué, on en déduit, plus commodément que par la méthode précédente, la chaleur fournie par la chaudière.
Il est bon, dans les machines à enveloppe de vapeur, de doser directement la vapeur condensée dans Tenveloppe.
313. Froln ayaamométrkiiie die Proay. — Le travail sur Tarbre se mesure par le frein de Prony (1) (fig. 235).
A. Poulie montée sur l'arbre
-jfli : ^A , de couche ;
B C. Mâchoires en bois, serrées
X ^S par les boulons a a ;
DE. Levier chargé par les poids placés sur le plateau D ; pjg 235. " ^ ^' A^rréts pour limiter les
oscillations.
Pour faire un essai, on met la machine en mouvement, et Ton serre les boulons a a jusqu'à ce que Tallure d'essai soit obtenue ; on charge alors, en D, des poids jusqu'à ce que le levier reste horizontal ou ne fasse que de faibles oscillations, sans toucher à ses arrêts.
Représentons par P L le moment, autour du centre de rotation Â, de la charge D et du poids propre de Tappareil ; lorsqu'il y a équilibre, le moment du frottement exercé par les mâchoires sur la poulie est évidemment égal à P L. Donc le travail en un tour, travail absorbé par le frottement,
sera :
â^rPL
et la force en chevaux aura pour valeur :,
P 2ff PLn * "• 60.75
n, nombre de tours par minute.
Le tarage de l'appareil se fait en le plaçant sur une poulie de diamètre égal â À, bien équilibrée et portant, par son centre, sur des couteaux de balance.
Pendant Texpérience, on serre plus ou moins les deux boulons aa^ de manière à maintenir le levier bien horizontal,
On a soin de graisser les mâchoires et, au besoin, de les arroser avec un filet d'eau, pour empêcher réchauffement.
(1) Voir Rretz, Mémoire sur l'emploi du frein dynamométrique, Gauthier- ViUars,
ACHx\T, ESSAI ET EMPLOI DES APPAREILS A VAPEUR 291
Cet appareil constitue une véritable balance ; il doit donc en remplir les conditions, savoir :
Le crochet H, par lequel sont suspendus les poids, doit être sur l'horizontale de A ;
Le centre de gravité de Tensemble du levier et des pièces qui en sont solidaires : mâchoires, boulons, crochet de suspension, doit être un peu audessous de la môme horizontale.
Lorsque, sur l'arbre de la machine, se trouve calé un volant tourné ou bien une poulie, on peut donner au frein dynamométrique la disposition fig. 236.
a a. Blocs de bois serrés par une bande de fer feuillard A A, au moyen de la double vis B ;
C. Suspension des poids par une corde s'enroulant sur un arc concentrique au volant ;
dd. Petites pièces de tôle empêchant le frein de sortir de la poulie.
M. Tresca conseille de limiter le frottement,pardécimètre carré de surface frottante, à 5 ou 40 kilog. pour les freins ^'^" ^^^*
en feuillard (fîg. 236) et à 40 ou 60 kilog. pour les freins à mâchoires sur poulies de petit diamètre (ûg. 235) (1).
Le frein de Prony ne peut être appliqué pendant la marche industrielle du moteur ; il faut, au préalable, débrayer la commande de l'atelier, et des essais de cette nature ne sauraient être fréquemment renouvelés, malgré l'immense intérêt qu'ils présentent.
Pour éviter cet inconvénient, on a proposé divers systèmes de dynamomètres.
344. Dynani€Mnètrc« dliverii. — Les dynamomètres de rotation ordinaires (celui du général Morin par exemple), qui mesurent Teffort transmis par la flexion d*un ressort interposé entre le moteur et la résistance, ne sont guère utilisables que s'il s'agit de petites forces.
Néanmoins, on construit aujourd'hui des appareils d'une grande puissance, fondés sur le même principe ; ce sont les dynamomètres Taurines ; ils s'appliquent spécialement aux grandes machines de navigation ; ils enregistrent d'une manière permanente l'effort de poussée de l'hélice et le moment de iiotation de la machine (2).
(1) Tresca, Cours de mécanique appliquée (Ecole Centrale).
(2) Voir Ledieu, Traité des appareils à vapeur de navigation ^ pi. XXVII, Dunod, 186o.
M. HIrn a proposé, sous le nom de pandi/namornètres, des appareils permettant de mesurer les efforts transmis, au moyen des déformations élastiques des organes mômes de transmission.
Le pandynamomèlre de torsion (1) sert à mesurer et à enregistrer l'angle de torsion des arbres de transmission.
Le pandynamomèlre de flexion mesure et enregistre la flexion du balancier dans les machines verticales. Les indications de cet appareil sont d'une grande exactitude, et M. Hirn et ses collaborateurs en ont tiré un parti remarquable, dans des expériences d'une grande précision (2).
345. Indilotttenr de ^Vatt. — Nous avons déjà résumé (§ 91) le principe de l'indicateur de Watt.
Le diagramme relevé à l'indicateur donne, à chaque instant de la course, la pression de la vapeur dans le cylindre; de l'étude d'un diagramme, on peut donc déduire des conséquences de deux natures :
lo Travail total par révolution, — Ce travail est représenté par Taire du diagramme ; comparé au travail relevé au frein, il sert à calculer le rendement organique.
L'indicateur peut fonctionner sans interrompre la marche de l'usine commandée par le moteur ; cet avantage précieux en a rendu l'emploi fréquent, surtout pour les machines delà marine. Mais l'indicateur ne donne pas directement, comme le frein dynamomélrique, le travail moyen pour une période plus ou moins longue.
2" Circonstances détaillées du travail, — Une ordonnée quelconque d'un diagramme représente la pression pour la position correspondante du piston ; ce qui permet d'étudier dans le plus grand détail les circonstances de la distribution et les irrégularités qu'elle peut présenter. M. Hirn a tiré de cet instrument un parti remarquable, dans ses recherches scientifiques sur les moteurs à vapeur, et de nombreux expérimentateurs l'ont suivi dans cette voie féconde (3).
Depuis que l'usage de l'indicateur est devenu vulgaire, de nombreux perfectionnements ont été apportés à l'instrument primitif de Watt ; ils ont eu pour objet d'en rendre le fonctionnement plus certain, le tarage plus sûr, le maniement plus facile ; on est parvenu à atténuer les erreurs provenant de l'inertie des pièces de l'appareil, dans le cas des machines à grande vitesse, à rendre les indications continues, à abréger beaucoup l'intégration des aires des diagrammes, etc.
(1) G. A. Hirn, Les pandt/namomètres^ Gauthier -Vlllaps, 1876.
(2) Bulletin de la Société industrielle de Mulhouse, mai 1817.
(3) Voir, en outre des ouvrages précédemment cités :
MaUet, Elude sur les nouvelles machines marines^ Arthus Bertrand, 1873. Utilisation de la vapeur dans les loromotivcs, et fonctionnement Gompound, Mémoires de la Société des Ingénieurs civils, novembre et décembre 1877.
Pour les détails de construction et de maniement des indicateurs, nous ne pouvons que renvoyer aux ouvrages spéciaux. Du reste, les indicateurs livrés par les constructeurs doivent être accompagnés d'une brochure qui en explique le maniement (i).
316. Conduite et entretien Hem npi>arell«i à vapeur. — Les détails dans lesquels nous sommes entrés, au sujet des dispositions et de la construction des appareils à vapeur, suffisent pour donner une idée des règles à suivre dans la conduite et l'entretien de ces appareils.
Nous croyons devoir reproduire, à la suite du présent chapitre, les instructions données, pour la conduite des générateurs, par le Directeur de TAssociation parisienne des propriétaires d'appareils à vapeur.
Voici, en outre, quelques renseignements sur deux des machines élevatoires employées au service des eaux de Paris (2).
Système de constroclion
Nom du conslructeur*
Dimensions principales.
Diamètre du piston
Course
Nombre de coups de pislon par minute. . .
Pression aux générateurs
Puissance en eau montée
Consommation par heure et par cheval en eau montée
Dépense en iS69 par cheval en eau montée.
Personnel. /
Combustible ,
Graisse, huile
Entretien et réparations
Totaux..
MACHINE du quai d'Auslerlits
Système Wolf Farcot
15 coups simples
137 chevaux
MACHINE de CbaiUot
Système Cornouaillesj Le Creusot
7 coups doubles
200 chevaux
SkOO
(1) Voir par exemple :
Gh. Porter, Richardes sleam engine indicalor. London.
(2) Gérardin, Moteurs hydrauliques. Gauthier-Villars, i812.
