L. Arrivée de vapeur

M. Echappement.

Pour les grands appareils, le tiroir, qui serait trop dur à manœuvrer à la main, est équilibré au moyen

Fig. 272.

d'un compensateur (132), ou remplacé par des soupapes équilibrées (139). L'action est à simple effet : la vapeur étant introduite sous le piston, le mouton est soulevé ; puis on abaisse le tiroir, la vapeur s'échappe, et le mouton retombe par son propre poids.

La partie supérieure du cylindre porte un fond N, et le volume d'air 0 ainsi confiné, constitue un ressort ou rabat d'air; quand le piston descend» cet espace se remplit d'air par la soupape P ; au moment de l'ascension du piston, cet air se comprime, et sa pression est limitée par la soupape Q, chargée d'un ressort dont on peut régler la tension.

L'air, ainsi comprimé, réagit pour accélérer la descente.

La soupape Q joue encore un autre rôle : si, par la maladresse du conducteur, le piston s'élève trop haut, il pourrait heurter et briser le fond supérieur du cylindre ; mais, dès qu'il a dépassé l'ouverture R, la vapeur enfermée au-dessous séchappe en partie par la soupape Q, en même temps que l'air confiné au-dessus du piston forme matelas et arrête l'ascension.

Pour que le fer à forger n'ait pas le temps de se refroidir, il faut que les mouvements du marteau soient rapides ; on donne donc au piston un diamètre notablement plus fort que celui rigoureusement nécessaire pour soulever le mouton ; la vapeur agit par détente, Texcès de travail pendant l'admission s'emmagasinant dans la masse du marteau.

Le marteau-pilon, exposé à des chocs violents, doit être construit très solidement ; la tige du piston, assez mince pour vibrer isolément sans

446 CHAPITRE XVll!

transmettre les chocs au mécanisme, est d'ordinaire forgée d'une pièce avec le piston. Certains marteaux-pilons sont à double effet, la vapeur agissant alternativement au-dessous et au dessus du piston ; la tige est alors très massive et la distribution automatique : ces marteaux, dont les coups sont multipliés, sont réservés pour le martelage des pièces de petites dimensions.

On construit des pilons pour tous les usages, de toutes les dimensioDS et de tous les poids : depuis quelques kilogs jusqu'à 50 tonnes et au delà. Le Creusot vient de construire un marteau-pilon dont la partie agissante (mouton, frappe, piston et tige) pèse 75 tonnes ; la levée est de 5 mètres; le diamètre du cylindre, de 1 m. 90 ; poids de la chabotle 750 tonnes ; hauteur totale, à partir du sol : 17 m. 50. C'est le plus grand pilon qui existe aujourd'hui.

Le marteau-pilon a été inventé presque en même temps par M. Bourdon, au Creusot, et par M. Nasmyth, en Angleterre; on peut dire que cette invention a complètement transformé l'art du forgeron.

Le marteau & vapeur est employé avec grand avantage pour le fonçage des pieux ; dans ce cas, le cylindre est mobile ; il est guidé par les montants d'une charpente, et descend au fur et à mesure de renfoncement des pieux.

444. Grue Chrétien. — Dans la grue imaginée par M. Chrétien, la volée est constituée par un cylindre à vapeur A prolongé par une poutre en fer portant la poulie B.

La course du piston est multipliée au moyen d'une chaîne mouflée C C de manière à obtenir la hauteur de levage nécessaire.

La distribution est faite à la main par le levier D ; la chaudière E, verticale et à foyer intérieur, fait contrepoids à la volée et l'ensemble tourne autour d'un pivot F fixé sur un chariot roulant Fig. 273. sur des rails.

Le mouvement de rotation horizontal est donné à la main, par engrenages, au moyen du volant G.

Cet appareil est commode pour lever, en peu de temps et à une hauteur à peu près constante, un grand nombre de charges d'un poids modéré.

445. Afachlnefli sanfli iut*bre de ooaehe A distribution aiitomatlqae. — Dans une double excursion, le piston passe deux fois parlaméme position : une fois à l'aller, une fois au retour ; pour que la distribution puisse se faire, il est nécessaire que la position du distributeur ne soit pas la même dans le premier cas que dans le second, c'est-à-dire qu'à une position donnée du piston correspondent deux positions différentes du distributeur. Si donc les mouvements des pistons sont liés à ceux des distri-

MACHINES A VAPXDR DIVERSES

buteurs, suivant uae loi géométrique et continue, Téquation exprimant cette relation ne saurait être linéaire ; elle doit êlre au moins du second degré ; ce dernier cas est, en négligeant les obliquités des bielles, celui de la commande par excentrique circulaire.

Si toutes les pièces d'une machine ne sont animées que de mouvements alternatifs rectilignes (ou se rapprochant de la ligne droite, comme dans le cas de leviers décrivant des arcs d'une faible amplitude) il est clair que cette condition ne saurait être remplie. Il devient donc nécessaire que, pendant au moins une partie de la course, le mouvement du distributeur soit indépendant de celui du piston.

La solution a été obtenue de bien des manières ; très souvent les mouvements du distributeur sont déterminés par le contact momentané de pièces se mouvant avec le piston. Voici le diagramme d'un de ces dispositifs (fig. 274).

îk:^^3^^!^

La tige du piston porte un doigt À qui, vers le bout de course, rencontre un toc B, solidaire d'un levier B D E oscillant autour du point D et dont l'autre E, commande le tiroir F ; quand le toc est repoussé, la distribution se trouve renversée .

On voit que le tiroir est indépendant du piston pendant la presque totalité de la course de ce dernier.

Ce système oiïre des inconvénients : si les masses en mouvement sont petites et les vitesses faibles, le mouvement cesse aussitôt que le levier a basculé assez pour que les deux lumières soient simultanément couvertes par les barrettes du tiroir, c*est-à-dire avant que le piston soit tout à fait ù fond de course : c'est un point mort auquel la machine s'arrête fréquemment.

On tourne la difficulté en se servant d'un piston auxiliaire A' (figuré en pointillé) qui commande le tiroir F et dont le tiroir F* est commandé par le levier E* D B; le tiroir principal F ne commence son mouvement rétrograde que lorsque la distribution en F' est régulièrement renversée, et, sous Taction du piston A', son déplacement s'achève complètement.

Voici un exemple de ce mode de distribution (fig. 275).

Les deux petits pistons auxiliaires A et A', limitant la boîte à vapeur, en-

traînent dans leurs mouvements le tiroir principal B, étant d'égale surface ils se font équilibre et leur mouvement, dans un sens ou dans Tautre, dépend des pressions qui régnent derrière eux, en C etC. C'est le piston principal E qui, en poussant successivement les deux obturateurs D et D\ déter-

Fig. 275.

mine ce mouvement. Ces deux obturateurs sont constamment appuyés sur leur siège par la vapeur pénétrant par les petits trous f f. Le piston arrivé à bout de course pousse, par exemple D' ; Tespace C se trouve mis en communication avec la face droite du piston, c'est-à-dire avec l'échappement ; par conséquent, le tiroir B est déplacé et le mouvement renversé.

Les pompes à vapeur de Merry weather (439) ont une distribution de ce genre, à part quelques différences de détail.

Nous allons actuellement décrire une application très ancienne et d'une grande importance, des principes de la distribution eans arbre de couche. 440. Machincfli de Cornouaillos. — Les machines usitées dans le Comté de Cornouailles pour l'épuisement des eaux des mines dérivent directement de celles construites par Watt pour le même objet ; ce modèle est resté presque sans changement et a toujours fourni d'excellents résultats.

Ces machines sontàsimpZe e/fet^ c'est-à-dire que la pression de la vapeur n'agit que sur une des faces du piston.

La tige du piston A (fig. 276) attaque, par un parallélogramme, le solide balancier B C tournant autour d'un axe D ; à l'autre extrémité C du balancier est attachée une longue et lourde poutre verticale appelée mattretse tige K, laquelle va, sur plusieurs centaines de mètres de profondeur, actionner les divers étages de pompes foulantes échelonnés sur toute la bau-

leur du puits de mines ; le poids de la maîtresse-tige est tel qu'il dépasse un peu la résultante des pressions exercées par la colonne d^eau ascendante sous les pistons des pompes.

E F. Poutrelle verticale manœuvrant la distribution ; G. Condenseur; H. Pompe à air ; I. Pompe alimentaire ; 0. Cataracte ;

M. Buttoirs appuyant sur les arrêts N.

pudimt.

'^ndetLiêur ^

Fig. 276.

Fig. 277.

Le diagramme ci-contre {îx^, 277) nous servira à expliquer le jeu de la distribution.

Elle a lieu au moyen de soupapes de Cornouailles (139, îi^. 47) manœuvrées par la poutrelle E F de la figure précédente.

Ces soupapes sont au nombre de trois :

La soupape d'admission a, la soupape d'équilibre *, la soupape d'exhaustion c.

Soit le piston en haut de sa course, c ouvert et b fermé ; si on ouvre o, la vapeur venant de la chaudière vient presser sur la face supérieure du piston.

La surface du piston est calculée de telle sorte que la résultante des pressions à l'admission l'emporte notablement sur le poids de la maîtresse-lige suspendue à Vautre bout du balancier. Le piston va donc descendre avec un mouvement accéléré, en soulevant celte poutre; au bout d'un inslantla soupape a se referme ; alors la délente commence ; la pression baisse; elle

ne tarde pas k devenir insuffisante pour équilibrer le poids de la maîtressetige ; le mouvement descendant du piston se continue néanmoins, en vertu ilo la vitesse acquise par les masses énormes mises en mouvement, mais on se ralentissant de plus en plus.

Lorsque le piston arrive près du bas de sa course, la soupape d'exhaustion c se ferme, et immédiatement la soupape d'équilibre b s'ouvre à son tour ; les deux faces du piston communiquant ainsi par le tuyau b c, le poids de la maîtresse-tige l'emporte, et le piston remonte ; mais le mouvement ascensionnel se fait lentement et régulièrement, parce que c'est dans cptte période que la colonne liquide est soulevée par les pompes.

Quand le piston arrive vers le haut de sa course,la soupape d'équilibre b se ferme, et, immédiatement après, les soupapes d'exhaustion c et d'admission a s'ouvrent, et la période d'admission recommence.

Nous résumons ci-dessous les mouvements des soupapes :

Admission a

Equilibre h

Exhaustion c

ouverte fermée fermée

fermée fermée ouverte

ouverte ouverte fermée

Période d'admission ....

» de détente

» d'ascension du piston.

L'étude de cette machine donne lieu à quelques remarques intéressantes.

Vers la fin de la période descendante, le mouvement n'est entretenu que par la vitesse acquise; sitôt que cette vitesse est amortie, il faut que le piston remonte ; la période ascendante doit donc suivre sans intervalle.

Il n'en est pas de même à la fin de la période ascendante ; les forces eo ji3u sont le poids de la maîtresse-tige et celui de la colonne d'eau, qui se fout presque équilibre ; les mouvements sont lents et à peu près uniformes ; la soupape d'équilibre étant fermée un peu avant la fin de la course, le matelas de vapeur confiné au-dessus du piston a bien vite amorti la vitesse. La machine peut rester indéfiniment en équilibre dans cette position.

On a tiré parti de cette propriété de la manière suivante :

Les soupapes d'exhaustion c et d'admission a sont ouvertes, non pas par la machine elle-même, mais par un organe spécial, une espèce de clepsydre appelée cataracte (447) que la machine ne fait que remonter, et dont la vitesse, complètement indépendante, est réglée à volonté. La machine reste immobile, le piston étant en haut de sa course, jusqu'à ce que le mouvement de la cataracte déclenche des contrepoids, qui soulèvent brusquement la soupape d'exhaustion et, presque tout de suite après, celle d'admission ; le piston part immédiatement ; il fait une double excursion, puis s'arrête en haut de sa course, attendant le nouveau signal donné par la cataracte.

MACHINES A VAPEtTR DIVERSES

Suivant donc que le mouvemenl de la cataracte sera plus ou moins rapide, les oscillations du piston seront plus ou moins fréquentes, ce qui permet d'accommoder l'activité des épuisements à l'intensité très variable des infiltrations.

Le dessus du piston n'est jamais en communication avec le condenseur; ainsi se trouve réalisée la condition essentielle de la détente Woolf (108). De plus, ces machines sont à enveloppe de vapeur (fig. 276) ; le tuyau L sert à faire communiquer Tenveloppe cylindrique avec l'enveloppe du fond inférieur. Pendant la longue période d'arrêt en haut de la course, les parois du cylindre se réchauffent et se sèchent. De ces circonstances résulte une marche très économique.

447. Détallfli de la diflitribation. — La figure 278 représente la cataracte, dont il a été question dans le paragraphe précédent.

C'est une pompe à piston plongeur A, qui aspire Teau de la bâche B par la soupape C, et la refoule parTorifice D ; la montée du piston se fait sous

Fig. 278.

l'action de la poutrelle F de la machine, laquelle, dans son mouvement descendant, appuie sur la queue du levier G H que le contrepoids J tend constamment à relever, en enfonçant le piston A. Le mouvement de ce piston est modéré par l'ouverture plus ou moins grande de l'orifice D réglée par un cône obturateur que l'on manœuvre au moyen du levier et de la tringle K ; enfin, la tringle verticale L, conduite par le levier G H, actionne la distribution ; cette tringle se relèvera donc d'autant plus lentement que l'orifice D aura été plus serré.

Cette tringle L' {iig, 279), lorsqu'elle s'est suffisamment relevée, soulève une clenche A B, qui tenait fermée l'une des soupapes de distribution (c'est la soupape d'admission qui est ici représentée) ; le déclenchement effectué, le levier C D E qui commande cette soupape prend, sous l'action du poids F, la position (figurée en pointillé) C D' E' et ouvre la soupape. Celle-ci est, au moment voulu, refermée par la poutrelle F dans son mouvement de

descente» au moyen d'un taquet tel que G qui vient s'appuyer sur la queue du levier E'.

Fig. 219.

Les mouvements des soupapes d'admission et d'exhaustion sont gouvernés par la cataracte ; ceux de la soupape d'équilibre sont produits directement par la poutrelle agissant comme dans les procédés exposés au paragraphe 445 ci-dessus.

448. Observation» mur lem machines de Cornoaaille». — Les machines de Cornouailles, quoique fonctionnant à des pressions très modérées (2 à 4 kgs absolus) ont, depuis longtemps, réalisé, dans la consommation du combustible, des économies qui n'ont pas été dépassées depuis cette époque (i). En outre, elles sont peu coûteuses d'entretien, leur

(1) Voir: Combes, Traité de V exploitation des mineu, Garilian-Goeury et Dalmontf 1844-1846. — Th. Wicksleed, Mémoire sur les machines élévatoit*es d'Oldfort^ près Londres, iSil, traduction par Lefort, insérée dans les Annales des ponts et chattssées^ 1852| !«' semestre, p. 257. Dans ce mémoire remarquable à plus d'un litre, on trouve mentionné, comme résultant de constatations de longue durée : le chiffre de 264.365 kilo* grammètres développés par kilog. de houUle consommée, soit 1 k. de houille par heure et par force de cheval, dans les conditions suivantes : le travail est mesuré non pas à rindicateur mais en eau montée, c'est-à-dire défalcation faite de toutes les pertes afférentes, non seulement à la machine, mais encore aux pompes. La houiUe est do menu de NewcasUe.

vitesse est facile à régler au moyen de la cataracte : toutes ces qualités sont précieuses pour la sécurité des vastes exploitations souterraines.

La conduite de ces machines demande une certaine habileté ; le poids de la maîtresse-tige doit être calculé pour donner au mouvement ascensionnel du piston une vitesse modérée, et les emplacements des taquets, déterminés de manière à arrêter le piston avant la Gu de sa course. Si la pression à l'admission augmente, la vitesse descendante augmente aussi, et le piston vient toucher le fond du cylindre. C'est pour éviter cet accident que la tète du balancier est garnie de deux buttoirs M (fig. 276) qui viennent toucher deux arrêts élastiques N en bois ; le mécanicien, averti par le bruit, étrangle un peu plus l'arrivée de vapeur au moyen d'une soupape spéciale appelée goveiTior (régulateur).

C'est en partie pour échapper à cet inconvénient que Ton arme quelquefois le balancier d'une bielle actionnant un arbre de couche avec volant ; les machines d'épuisement pour mines construites par l'usine de Seraing sont disposées de cette façon ; la distribution se prend alors sur l'arbre de couche.

D'autres constructeurs, pour régler les variations de l'effort moteur, ont disposé un fort contrepoids porté sur un bras perpendiculaire au balancier ; le moment de ce contrepoids, autour de l'axe du balancier, alternativement positif, nul et négatif, vient se composer avec celui résultant de l'action de la vapeur.

On a récemment construit en Angleterre des machines analogues, comme principe, à celles de Cornouailles, mais dans lesquelles le balancier est supprimé et le piston placé verticalement au-dessus de la maîtresse-tige, qui lui est directement reliée.

4Mia. Maehloos rotative*. — On désigne sous le nom de machines rotatives des machines dans lesquelles le piston, faisant corps avec , .

l'arbre de couche, est animé d'un mouvement / ^ ,4/ \ de rotation autour de cet arbre.

C'est un des sujets sur lesquels les inventeurs, depuis et y compris Watt, se sont le plus exercés (1), et bien rarement avec succès. Voici seulement deux exemples de machines rotatives :

Le cylindre A (fig. 280) est terminé par deux fonds plats et traversé parallèlement àson axe par l'arbre de couche 0, qui est excentré par rapport Fig. 280.

(1) Voir dans Reulemix, Cm^ma/tçue, traduction Debize, Savy, 1817, une étude très intéressante sur ce sujet. Si grands que soient le nombre et la variété des machines rotatives décrites par Reuleaux, il en a été proposé beaucoup d'autres, non mentionnées par cet auteur.

au cylindre ; sur cet arbre est fixée la pièce B portant deux palettes C et D, qui se développent sous les actions combinées de la pression de la vapeur et de la force centrifuge ; le mode d'action se comprend facilement sur la figure, où la vapeur sous pression est figurée par des hachures horizontales légères.

La figure 281 représente la machine rotative de Behrens.

Fig. 281.

C D, Demi-cylindres fixes ;

E F, Cames mobiles.

Ces deux cames, en dehors du tambour formé par les deux demi-cylindres fixes, ont leurs axes reliés par deux roues dentées égales, de sorte que leurs vitesses angulaires sont égales et de sens opposés ;

G H, Obturateurs fixes;

A, Arrivée de vapeur ;

B, Echappement.

La figure représente la machine dans quatre positions successives, la vapeur sous pression occupant l'espace haché légèrement.

En a, la résultante des pressions de la vapeur sur la surface cylindrique e f passant par le centre du cylindre, c'est-à-dire par Taxe de rotation, son moment moteur est nul ; l'action de la vapeur ne produit un moment que par sa pression sur la face g h de la came inférieure. On verrait de même que le moment moteur s'exerce seulement :

En 6, sur la came E,

En c, sur la came E,

En rf, sur la came F.

La machine Behrens a reçu un certain nombre d'applications comme petit cheval alimentaire : sur le prolongement de son axe est montée une pompe rotative ayant des dispositions tout à fait semblables a celle de la machine elle-même.

Il est facile de voir, en effet, que cet appareil est réversible ; c'est-à dire qu'il peut servir k volonté de moteur ou de machine à élever ou à comprimer, suivant le sens de la rotation.

Mais les pertes de travail, sous forme de frottements et surtout de fuites sont ici considérables, et c'est là une difficulté qui s est toujours présentée dans les applications des machines rotatives, et en a fait restreindre Tap* plication à des cas très rares ; la machine de Behrens, plus encore que celle de la figure 2B0, est exposée à ce reproche.

L'inconvénient, très grave, des fuites, s'atténue beaucoup aux grandes vitesses que les organes à mouvements continus comportent beaucoup mieux que ceux à mouvements alternatifs ; on arrive ainsi à développer beaucoup de puissance sous un faible volume.

Du reste, si la force à développer n'est pas grande, la question d'économie de consommation, à laquelle il n'y a pas à songer avec les machines rotatives, devient accessoire.

Telles sont les raisons qui ont fait adopter fréquemment la rotative Behrens pour mouvoir les pompes alimentaires ou de circulation dans la marine.

450. Eie pulfliamètre. — Le pulsomètre, pompe à vapeur sans piston, inventée par l'Américain H. Hall, n'est que la reproduction, fort ingénieuse, d'une des premières machines à vapeur, une machine rudimentaire, celle de Th. Savery, construite à la fin de XVIP siècle.

Le vase A (figure 282) communique, par son sommet c, avec un générateur de vapeur ; par le clapet f, avec la conduite d'aspiration D ; par le clapet A, avec la conduite de refoulement k.

Le récipient A étant supposé plein d'eau, si l'on ouvre c, la pression de la vapeur va fermer f et pousser l'eau, par le clapet de refoulement A, dans la conduite ascensionnelle.

Si ensuite on ferme c, la vapeur contenue dans A se condensant, le vide produit aspirera l'eau par le clapet f.

Pour que le mouvement d'ascension soit

continu, on dispose deux vases symétriques A et A', dont l'un se remplit

quand Tautre se vide, et sur la conduite de refoulement est placé un réservoir d'air B.

Ce qui constitue la nouveauté du système, c'est le moyen employé pour ouvrir et fermer successivement l'arrivée de vapeur. C'est une soupape à boule J, à deux sièges, en équilibre instable, et qui peut alternativemeut fermer c ou c*.

Dès que le niveau de Teau, en A, a baissé au-dessous de m n, la vapeur s'échappe en masse par la soupape de refoulement ; Teau vivement agitée, condense ce qui reste de vapeur en A ; il s'y produit un vide partiel ; la boule J est sucée ; elle vient s'appliquer sur le siège c et ouvre c' ; le même eflFet se produit sur l'autre face.

Deux très petites soupapes dont on peut régler la levée, introduisent, à chaque pulsation, un peu d'air dans les réservoirs A et A', afin de diminuer les chocs et la dépense de vapeur, et d'entretenir le réservoir d'air.

Le pulsomètre est un outil très simple, mais comme, du reste, la plupart des pompes, il dépense beaucoup de vapeur. Comme il n'exige pas de fondations, qu'il fonctionne bien suspendu à une simple chaîne, il peut rendre des services sérieux, surtout dans les installations provisoires.

Quoique cette machine ne comporte qu'un petit nombre de pièces mobiles, son jeu ne laisse pas que d'être un peu délicat et quelquefois capricieux.

45i. L«e acrvo-moteur. — Lorsqu'il s'agit de manœuvrer avec précision des appareils présentant beaucoup de résistance, comme le gouvernail d'un grand navire, le changement de marche d'une machine marine ou la tourelle d'un bâtiment de guerre, il devient très utile de substituer aux efforts d'un grand nombre d'hommes, un moteur puissant et très docile. Tel est l'objet du servo-molettr. Supposons qu'il s'agisse de manœuvrer le gouvernail d'un navire.

A, Mèche du gouvernail ;

B, Manivelle montée sur cette mèche et actionnée par le cylindre à vapeur C ;

D, Tiroir du cylindre C ; les barrettes des tiroirs ont la largeur des lumières et les recouvrent simultanément lorsqu'il est dans sa position moyenne; le tiroir est manœuvré à la main par le levier F G tournant autour du point F fixé sur le prolongement de la manivelle ; le tiroir est dans sa position moyenne quand l'articulation E de sa tige D E se

trouve sur l'axe de l'arbre A, c'est-à-dire quand le levier F G est dans le

plan vertical de la manivelle A B.

Si Ton porte G vers G', le tiroir D sera déplacé vers D' ; par conséquent le piston sera poussé vers G et la manivelle B vers B' ; dans ce mouvement, F se déplacera vers F\ ce qui tendra à ramener le tiroir vers D. Le tiroir reprendra sa position moyenne et les lumières seront fermées quand Tarticulation E sera revenue sur le prolongement de A, c'est-à-dire quand la manivelle aura rejoint le levier F G.

On voit que la manivelle suivra exactement tous les mouvements du levier F G en avant ou en arrière ; qu'elle ne pourra rester en équilibre que lorsqu'elle se projettera exactement sous ce levier ; on pourra donc, avec un très petit effort, conduire à la main le gouvernail, au moyen de la manette G, absolument comme si l'on disposait de toute la force résultant de l'aire du piston C et de la pression de la vapeur.

Tel est le principe du servo-moteur, appliqué à la manœuvre du gouver^ nail. En pratique, les conditions auxquelles est assujettie cette manœuvre entraînent l'adjonction de divers organes et des détails dont la description sortirait de notre sujet (1).

Ce principe peut être modifié de bien des manières ; il peut s'appliquer aussi bien aux machines à rotation continue qu'à celles à mouvement rectiligne.

Sous toutes ses formes, le servo-moteur se compose essentiellement des organes suivants :

1° Un moteur à renversement de marche, l'appareil de renversement comportant un point mort, c'est-à-dire une position de la distribution dans laquelle la puissance motrice est suspendue, tandis qu'elle tend à produire le mouvement direct ou rétrograde quand la distribution s'écarte de part ou d'autre du point mort (le cylindre C dans le cas précédent) ;

2^ Des rênes ou organes permettant de modifier à la main la distribution, en l'écartant du point mort (la manette G) ;

30 Un organe modificateur de la distribution, conduit par le moteur luimême et agissant en sens inverse des rênes (la petite contre-manivelle A F).

Le moteur marche toujours dans le sens qui lui est indiqué par les rênes, et l'équilibre n'est possible que quand la distribution a été ramenée au point mort, c'est-à-dire, pour une position déterminée du moteur correspondant à une position donnée des rênes.

(1) Voir :

Farcot (Joseph), Le aervo-moteurf Baudry, 1873.

La priorité d*inveation du servo-moteur est discutée ; mais la maison Farcot a fait, de ce principe, nouveau ou non, des applications si nombreuses, si variées et si bien entendues, qu'on ne saurait loi contester la plus large part dans cette œuvre de vulgarisation.

Ce n*estfMà4ire que Tappareil une fois lancé, s'arrêtera net à la position indiquée psr fcs ténes ; mais il ne pourra qu'osciller autour de cette position, à laquelle ilfiMmpar se fixer.

Nous n'insisterons pas sur les appficilkws «amfarcases et remarquables qui ont été faites récemment de ces principes ingé&îeox.

MACHINES THERMIQUES DIVERSES

459. Des maeblnes thermiques, en général. — Dan S les machines motrices que nous avons considérées jusqu'ici, c'est l'eau en vapeur qui sert de véhicule à la chaleur pour la transformer en travail.

Théoriquement, un corps quelconque peut remplacer la vapeur d*eau pour cet objet ; pratiquement, il est nécessaire que les variations de volume soient grandes afifi que le travail recueilli ne soit pas insignifiant, comparé aux quantités du véhicule entrant en action. Tel est, au premier chef, rimmense avantage des vapeurs ; les gaz permanents ne le possèdent pas de beaucoup au même degré ; les corps restant solides ou liquides aux températures employées ne remplissent nullement cette condition essentielle.

L'eau, au contraire, y répond au plus haut degré : à des températures faciles k réaliser elle passe, du petit volume qu'elle occupe à Tétat liquide, au volume énorme de sa vapeur ; elle peut donc, même à des pressions modérées, développer beaucoup de travail, et se prête ainsi à un usage éminemment commode pour la production de la puissance motrice.

Mais, de nos jours, une autre question s'est posée : dans quelle mesure la machine h vapeur d'eau utilise-t-elle la chaleur dégagée par le combustible?

463. De te machine à vapeur eomme maehlne thermique. — La réponse est donnée par la théorie mécanique de la chaleur.

Une machine à vapeur d'eau, si excellente qu'elle soit, ne transforme, au plus, en travail (86) que le i/12 de la chaleur contenue dans le combustible qu'elle consomme.

Le surplus se disperse de la manière suivante :

io La machine à vapeur proprement dite, comme toutes les machines, n'a qu'un rendement limité ;

â"* Une partie importante de la chaleur est perdue par le rayonnement, par les gaz chauds de la fumée, par combustion incomplète, etc. ;

3^ Enfin et surtout l'écart des températures entre la chaudière et le condenseur est trop petit ; donc le coefficient économique maximum (64-65) est faible ; donc une partie importante de la chaleur prise à la chaudière est forcément envoyée, sans produire de travail, au condenseur.

Étudions séparément ces trois causes de déperdition en nous rendant compte des améliorations que Ton peut espérer voir réaliser.

454. Rendement de la mnehlne À vapeur. -^ 1^ Imperfection de la machine proprement dite.

L'effet utile maximum que puisse théoriquement donner une machine à vapeur serait obtenu si elle fonctionnait suivant le cycle de Carifet (65). Dans ces conditions, elle transformerait en travail une fraction de la chaleur qui lui est commimiquée, représentée par le coefficient économique de ce cycle.

Comparons à ce coefficient la fraction de chaleur pratiquement utilisée.

!•' Exemple : Machine marine :

Pression à la chaudière 4 k. effectifs ; température du condenseur 35» ; consommation par heure et par force de cheval, 1 k. de bonne houille, soit 8 k. de vapeur.

De ces données on déduit, par cheval et par heure :

Chaleur fournie par la chaudière : 8 X 500 (^) = 4.000 calories ;

Chaleur correspondant au travail d'un cheval en une heure : 75 X 3.600

Rapport au rendement thermique :

635 calories

Coefficient économique du cycle de Carnot :

273 + 151 ~ "'^' Rapport :

S"* Exemple : Locomotive,

Pression : 8 k. effectifs ; consommation (338) 13 k. de vapeur par heure et par force de cheval.

Chaleur fournie par la chaudière : 13 X ^3 (1) = 6279 calories ; Chaleur correspondant au travail d'un cheval en une heure : 635 calories. Rendement thermique :

Coefficient économique du cycle de Carnot : 174, 4(1) — 100

Rapport :

(1) Voir le tableau V.

MACHINES THERMIQUES DIVERSES 461

Transformer utilement 59 et 62 0/0 de la chaleur disponible, ce sont là des résultats industriels Fort satisfaisants, et l'on peut dire que la machine à vapeur, en tant que machine et eu égard aux conditions pratiques dans lesquelles elle fonctionne, est actuellement très perfectionnée, et n'est plus guère susceptible de progrès importants.

455. Pertes à la ebaudlère. — 2<» Perles à la chaudière. Une bonne chaudière (233) utilise 55 à 60 0/0 de la chaleur contenue dans le com-* bustible ; ce sont encore là des coefficients pratiquement satisfaisants, et qui ne laissent qu'une marge assez restreinte pour les progrès ultérieurs. 45a. Coefflelent éeonomlqne. — S^ Ecart des températures (l), — Avec les pressions en usage, le coefficient économique du cycle de Carnot ne dépasse guère 0,25 à 0,30 pour les machines à condensation, et 0,15 à 0,18 pour les machines sans condensation.

Voilà des chiffres sur lesquels il y a beaucoup à gagner. Raisonnons sur les machines à condensation.

On peut augmenter Técart soit en abaissant la température du condenseur, soit en élevant celle de la chaudière.

L'abaissement de température du condenseur ne saurait être bien considérable, car il est limité par la température même de Teau dont on dispose pour opérer la condensation.

Pour ce qui concerne l'élévation de température de la chaudière, il y a deux cas à distinguer :

Si l'on se sert de vapeur saturée^ les pressions s'élèvent avec une grande rapidité ; sous une pression de 15 kilog., le coefficient économique ne dépasserait pas 30 0/0. De ce côté, la marge n'est pas très étendue.

On peut employer la vapeur surchauffée et arriver ainsi, sans dépasser les limites de pression acceptables, à augmenter dans une large mesure le coefficient économique. Une forte surchaufife serait très avantageuse ; mais, avec les méthodes actuelles de construction, d'entretien et de graissage,rusage de la vapeur surchauffée s'est heurté à des difficultés pratiques qui en ont jusqu'ici paralysé le développement. Cependant la question semble loin d'être tranchée définitivement.

Toutefois, du moment que l'on renonce à la vapeur saturée les commodités d'emploi que présente ce fluide ne semblent pas, à beaucoup près, être offertes au même degré par la vapeur surchauffée, et Ton ne voit pas bien, a priori^ pour quelles raisons elle serait préférée, par exemple, aux

(1) Nous admettons, dans tout ceci, que le 2« principe de la thermodynamique est bien démontré ; mais les conséofuences de nos raisonnements sur la machine à vapeur seraient encore exactes, même si ce principe n'était pas général, attendu que les lois physiques qui régissent l'eau et sa vapeur sont en concordance, au moins approximative, avec les résultats déduits du principe dont il s'agit.

Il en est, à plus forte raison, de même de tout ce qui concerne les machines à air chaud.

463 GHAPITRI XIX

gaz perma»e»ts, puisqu'elle présente au moins les mêmes difficultés pratiques.

45*7. RMunié #4 fil vision «la eliApItre. — Résumons en quelques mots ces considératioask Le rendement calorifique des moteurs thermiques à vapeur est faible : Parce que la chaleur n'est ifaosmise du foyer à l'arbre de couche qu'en passant par la chaudière et la machine, et que les déperditions s'accumulent dans cette longue transmission, eoBiposée d'organismes multiples;

Parce que la chute de température disponible entre le foyer et le condenseur n'est utilisée qu'en très faible partie.

Dans les conditions actuelles de l'emploi de la Tapeur d*eau, les améliorations à espérer sont assez étroitement limitées dans Iqus les sens, en réservant peut-être l'usage de la vapeur surchauffée.

Ce qui précède justifie les tentatives faites pour substituer à la vapeur d*eau d'autres fluides élastiques.

Nous allons passer en revue quelques-uns de ces essais, en les classaat dans l'ordre suivant :

Moteurs employant d'autres vapeurs que la vapeur d'eau ; Moteur à air chaud.

468. Macliliic* À va|>car <l*étber ou d'autres lIcfuMea. — M. du Tremblay inventa et fit construire, vers 1852, plusieurs machines à vapeur d'éther.

Ces machines dites à vapeurs combinées, sont constituées par un moteur à vapeur ordinaire avec condenseur par surface (419). Au lieu d'eau froide les tubes de ce condenseur sont remplis d'éther, qui se volatilise eu empruntant la chaleur à la vapeur d'eau, laquelle se condense à l'extérieur des tubes. Cette vapeur d'éther agit à son tour sur un piston moteur, puis s'échappe dans un second condenseur par surface rafraîchi par un courant d'eau froide ; Téther qui résulte de la condensation est renvoyé au premier condenseur qui fait ainsi office de chaudière.

Au point de vue théorique, ce système ne saurait procurer aucune économie sur la machine à vapeur d'eau : entre deux températures données, celle de la chaudière, et celle du second condenseur, le coefficient économique maximum est indépendant du corps ou des corps intermédiaires. Au point de vue pratique, il peut en être tout autrement. Supposons que les machines fonctionnent suivant le cycle de Carnot : Soit (fig. 284) A B C D le cycle d'une machine à vapeur d'eau fonctionnant entre les températures T4 et To ; arrêtons la détente en E à la température T et servons-nous de la chaleur restant dans la vapeur d'échappement pour vaporiser de Téther ; le cycle de la machine à vapeur d'eau sera réduit à A B E F ; celui de la machine à vapeur d'éther sera GB KL, entre les températures TetTo; la surface de ce cycle sera, en vertu du prin-

MACHINES TUXRifIQUBS DIVBRSBS

ojpe de Carnot, équivalente à celle du cycle FECD. Le travail produit avec la même dépense de chaleur sera le même ; mais, les écarts de pression étant plus considérables, le volume final Og + g k avec les vapeurs combinées sera notablement plus petit que le volume 0 c avec la vapeur d'eau seule. On aura donc une machine moins volumineuse et plus légère.

Fig. 284.

En fait, il faut remarquer qu'on introduit, entre le foyer et Tarbre de couche, de nouveaux organes, c'est-à-dire de nouvelles causes de déperdition.

Plusieurs machines de grande puissance furent construites dans ce système.

L'une d'elles servit à armer le Du Tremblay et fit le service entre Marseille et Alger.

Puissance 70 chevaux

Nombre de tours par minute 32

Coefficient de détente 2

Pression à la chaudière d'eau I ** 3/4 absolue

Pression à la chaudière d'éther 1«* 7/8 —

^ ,. , ^ ,, (Diamètre. ... Om65

Cylindre à vapeur d eau < ^ ^ ««

^ ^ \ Course .... 0 «» 75

rv A ^ ,,.., l Diamètre. ... 0«»80

Cylmdre a vapeur d'éther { , • r^ „„

^ ^ (Course 0«75

Vide au condenseur d'eau 0™ 55

Vide au condenseur d'éther 0 « 10

Consommation de houille par heure et par

cheval i^^il

Ce dernier résultat, constaté dans une traversée, était d'autant plus merveilleux, que la môme machine, alimentée à la vapeur d'eau, consommait 4 ï« 1/2 au lieu delï'll.

Le système fut appliqué à plusieurs navires : mais, en service courant, la consommation s'élçva à l '^ 75 ; la machine était coûteuse d'achat, il y eut des fuites d'éther, des réparations importantes, l'usage de ce liquide inflammable n'était pas sans danger. Après avoir essayé de remplacer Téther par le chloroforme, l'alcool mélhylîque et le chlorure de carbone, on finit par abandonner les machines à vapeurs combinées.

Cette tentative n'était pas sans mérite et n'a peut-être échoué que par des détails de construction : rappelons qu'à cette époque, on ne savait pas encore se servir des condenseurs par surface. Aujourd'hui, l'essai n'aurait plus le même intérêt.

M. Frot, ingénieur delà Marine, exposa, en 1867, une machine fonctionnant au gaz ammoniac : dans une chaudière se trouve une dissolution de ce gaz qui, par l'élévation de température, laisse échapper une partie de son gaz ; celui-ci, après avoir agi sur un piston moteur, vient se refroidir au contact d'un faisceau de tubes rafraîchis par un courant d'eau, puis se dissout dans une solution faible et refroidie empruntée à la chaudière ; la solution presque saturée ainsi obtenue est renvoyée au générateur.

Cette tentative fut arrêtée par un accident, indépendant d'ailleurs du système.

On ne voit pas que la substitution de l'ammoniac à la vapeur d'eau puisse procurer de grands avantages.

459. Maclilnes à air eliAiid. — Si Ton veut remplacer la vapeur d'eau par un gaz permanent, c'est Fair atmosphérique qui est tout indiqué, et de nombreux essais ont été faits dans cette direction.

'La première idée qui se présente, c'est de constituer le moteur à air chaud comme la machine à vapeur, savoir :

Un récipient, chauffé par le foyer, remplaçant la chaudière ;

Une machine à piston moteur ;

Un réfrigérant, remplaçant le condenseur ;

Une pompe pour refouler dans la chaudière l'air pris dans le réfrigérant-, et remplaçant la pompe alimentaire.

Un appareil fonctionnant dans ces conditions ne donnerait évidemment que des résultats fort médiocres.

Il ne faut pas songer à le faire marcher aux températures usitées pour la vapeur ; car, avec le faible coefficient de dilatation de Tair, la pompe à air absorberait une fraction beaucoup trop considérable du travail développé par le piston moteur, de sorte que l'effet dynamique serait en grande partie consommé par les résistances passives.

Il faut donc que la température de l'air chaud soit élevée.

Le coefficient économique maximum se trouvera ainsi plus fort que dans les machines à vapeur ; par contre, cette élévation de température, entraîne les inconvénients suivants :

MACHINES THERMIQUES DIVERSES

V Entre surfaces fortement chauffées, les frottements ne peuvent plus se faire convenablement, tout au moins dans les conditions habituelles de la construction mécanique, et, par suite, les résistances passives sont considérables ;

2^11 est pratiquement impossible défaire fonctionner l'appareil dans des conditions se rapprochant de celles du cycle de Garnot, qui ne pourrait être réalisé qu'avec des pressions ou des volumes énormes (Voir 461), et, si Ton s'en écarte notablement, le travail réalisé, déduction faite de tout le travail négatif de la pompe à air, est en grande partie absorbé par les résistances passives ;

3*" Enfin, la paroi de la chaudière étant en contact, non plus avec un liquide, mais avec un gaz, la transmission de la chaleur se fait mal ; donc, destruction rapide du métal et pertes de chaleur par la cheminée.

Les efforts des inventeurs ont eu pour objet de combattre Tun ou l'autre de ces inconvénients. De là, trois espèces de machines à air chaud :

A. Celles dans lesquelles on s*est efforcé d'atténuer les inconvénients des frottements entre surfaces fortement chauffées ;

B. Celles dans lesquelles on a cherché à améliorer le cycle ;

Enfin, celles dans lesquelles on a eu pour objet d'atténuer les déperditions de chaleur, que nous diviserons en deux catégories :