CLASSIFICATION DES MACHINES A VAPEUH

manivelle, pour changer le mouvement alternatif du piston en un mouvement de rotation, il y a nécessairement une perte de force, à laquelle ils espèrent remédier. Mais l’on reconnaîtra, dans le calcul que nous présenterons bientôt, qu’à cela près des frottements, la totalité du travail produit par la vapeur se transmet au mécanisme, et que la manivelle ne cause par elle-même aucune perte de force particulière. C'est donc un mal imaginaire, que celui auquel on cherche ainsi à remédier; et les machines à rotation immédiate ne peuvent offrir d’avantages que par une plus grande simplicité de construction, qui réduirait leur prix d’achat et leur frottement. Mais comme il n'y a encore aucune forme de ces macliines qui soit consacrée par la pratique, et que nous voulons nous borner aux machines d’un usage habituel, nous ne nommons ici les machines à rotation immédiate que pour faire connaître la distinction des termes, et non dans le dessein d’en traiter plus au long dans le reste de cet ouvrage.

Les trois genres de machines que nous venons d’expliquer different, comme on le voit, par le mode d'application ou de transmission de la force motrice développée par la vapeur. Mais, en outre, il est clair que dans chacun de ces genres, cette force motrice elle-même peut être produite de diverses manières, selon qu'on utilisera l’une ou l’autre des diverses propriétés qui résident dans la vapeur, savoir : sa force élastique, sa détente et sa condensation. Chacun des genres désignés plus haut peut donc donner lieu à une nouvelle classe de machines, suivant la combinaison qui y sera employée pour produire la force motrice. Ainsi les machines peuvent être à haute ou basse pression, à détente ou sans détente, à condensation ou sans condensation.

On dit en général qu'une machine est à luiute pression lorsqu on y forme la vapeur sous une pression considérable dans la chaudière; et l’on dit au contraire qu'elle est à basse pression quand la pression dans la chaudière n’excède la pression atmosphérique que de 3 ou 4 livres anglaises par pouce carré, ou de o.a5 ou o.3o kilogramme par centimètre carré. Néanmoins on donne le nom spécial de machine à haute pression à une classe particulière de machines, dans lesquelles

tout l’effet produit résulte de la haute pression de la vapeur qu’on y emploie, sans qu’on cherche à utiliser sa détente ni sa condensation .

On dit qu'une machine est à détente ou expansive, lorsqu’on y emploie la détente ou expansion de la vapeur, c'est-à-dire lorsque l'on intercepte l’arrivée de la vapeur de la chaudière avant la fin de la course du piston. Dans ce cas, la pression dans la chaudière doit toujours être plus considérable qu’il n’est nécessaire pour surmonter la résistance due au travail de la machine. La vapeur de la chaudière pénètre donc dans le cylindre avec un excès de pression, et elle tend d’abord à communiquer au piston un mouvement accéléré; puis, dès qu’on intercepte la communication entre les deux vases, la vapeur reçue jusqu alors dans le cylindre commence à s’y détendre graduellement. Ainsi elle presse de moins en moins le piston, et tend à laisser son mouvement se ralentir. Mais il résulte de cette pression trop forte d’abord et trop faible ensuite, une pression moyenne durant la course, qui suffit pourexécuter le travail de la machine. D’unautrecôté, comme on voit que la vapeur sort de la machine à une pression moindre que la résistance du piston, c’est-à-dire à une pression et, par conséquent, à une température moindre que si cette vapeur avait agi pendant toute la course avec une intensité égale à la résistance, il est clair que la vapeur emporte avec elle, après avoir produit son effet, une moindre quantité de calorique que si elle avait été admise dans le cylindre pendant toute la course du piston. On comprend donc immédiatement qu'il doit résulter de cette cause une économie en faveur des machines à détente.

On appelle machines sans détente ou non expansives, celles où l’on ne fait point usage de la détente de la vapeur, c’est-à-dire dans lesquelles la vapeur de la chaudière pénètre librement dans le cylindre pendant toute la durée de la course du piston.

Enfin les machines à condensation sont celles dans lesquelles la vapeur est condensée, avant de sortir de la machine; et les machines sans condensation celles dam lesquelles la vapeur s’échappe

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librement dans l’air, et sans être condensée, après avoir produit son eflèt dans le cylindre.

Ces distinctions étant établies, nous diviserons les machines à vapeur en trois genres, et chaque genre en plusieurs classes, selon les différences qui existent entre les divers systèmes en usage, les seuls dont nous nous occuperons dans cet ouvrage.

Le premier genre se composera des machines à double action, sans détente, comprenant comine subdivisions, celles qui sont sans condensation et stationnaires, ou les machines à haute pression, proprement dites; celles qui sont sans condensation et se transportent elles-mêmes avec leur charge, ou les locomotives; et enfin celles qui sont à condensation, ou les machines de Watt à double effet. Toutes cés machines sont rotatives.

Dans le deuxième genre, nous placerons les machines à double action, à détente, qui formeront de même trois classes : celles à condensation et à détente dans un seul cylindre, ou les machines de Comwall à double action; celles à condensation et à détente dans deux cylindres, ou les machines de Woolf; et enfin celles à détente sans condensation, ou les machines d’Évans. Toutes ces machines sont encore rotatives.

Dans le troisième genre, enfin, nous placerons les machines à simple action, qui formeront encore trois classes : celles à basse pression, ou les machines de Watt à simple action; celles il haute pression, ou les machines de Cornwall à simple action; et celles où la vapeur n’agit que comme force accessoire, ou les machines atmosphériques. Ces trois espèces de machines ne sont pas rotatives, ou du moins 11e le sont que très-rarement.

C’est en suivant cette classification que nous traiterons des diverses espèces de machines à vapeur, dans le cours de cet ouvrage. Nous donnerons d’abord une théorie générale de la machine à vapeur, qui s'applique iuunédiatement à toutes les machines à vapeur rotatives, ou aux deux premiers genres de machines, et qui, si elle n’inclut pas d’une manière absolue le troisième genre, ou les machines à simple action,

ao4 CHAPITRE QUATRIÈME.

sert du moins de fondation à leur théorie. Ensuite, nous passerons successivement aux développements relatifs à chaque espèce de machines mentionnée plus haut.

§ TI. Des divers problèmes qui se présentent dans le calcul des machines

à vapeur.

Quand une machine à vapeur est construite, et qu’il est par conséquent déterminé, d’une manière invariable, si elle est à double ou à simple action, à haute ou basse pression, à condensation ou sans condensation, et qu'en outre la vaporisation de sa chaudière est maintenue constante par les soins du machiniste, on peut encore néanmoins modilier les effets qu’elle produit, en changeant, soit le degré de détente auquel on fait agir la vapeur dans le cylindre (si la machine est à détente), soit la vitesse que l’on fixe pour le mouvement, soit la charge que l’on impose à la machine; et en outre tous ces effets changeront eux-inèmes chaque fois qu’on fera varier, dans les limites possibles, la vaporisation effectuée dans la chaudière.

Il suit de là que, dans une machine construite, les données invariables sont le système et les dimensions de tout genre de la machine, et que les variables ou indéterminées sont la détente de la vapeur, la vitesse de la machine, sa charge, et enfin la vaporisation actuellement opérée dans sa chaudière. Mais parmi ces indéterminées, il en est une cependant qui est sujette à être fixée à priori; c’est la détente de la vapeur, puisque nous avons vu qu’il y a des machines où cette détente est nulle. Il faut donc, pour comprendre tous les cas, considérer successivement celui où la détente est fixée à l’avance, et celui où l’on peut la faire varier à volonté; et alors il ne reste plus de variables totalement indépendantes que la vitesse, la charge et la vaporisation.

D’après ces considérations, on voit que l’on doit distinguer trois cas dans le travail d’une machine : celui où elle travaille à une détente donnée de la vapeur, et avec une vitesse, une charge ou une vaporirisation quelconques; celui où elle travaille à une détente donnée, et avec la vitesse, la charge ou la vaporisation qui conviennent à la pro-

CLASSIFICATION DES MACHINES A VAPEUR. ao5

duction de son maximum d'effet utile, avec cette détente; et enfin celui où la détente ayant d’abord été réglée pour le travail le plus favorable de la vapeur dans la machine, on lui donne, en outre, la vitesse, la charge ou la vaporisation le plus avantageuses pour cette détente; ce qui produit, par conséquent, le maximum absolu, d’effet utile pour cette machine.

Dans chacun de ces trois cas, on peut avoir à déterminer l’une quelconque des trois indéterminées, savoir, la vitesse, la charge ou la vaporisation. En outre, après la solution de ces trois problèmes, il s’en présente encore un quatrième, qui est un corollaire des premiers et qui consiste à déterminer l’effet utile de la machine; et cet effet utile lui-même peut s’exprimer sous plusieurs formes différentes, comme nous le verrons dans un instant. 11 suit donc de là que les divers problèmes que l’on peut avoir à résoudre, pour chacun des trois cas indiqués ci-dessiLs, et pour les différentes espèces de machines, sont les suivants :

i°. Étant données la vaporisation et la charge d’une machine entièrement connue du reste, déterminer la vitesse que prendra la machine avec cette charge.

a°. Connaissant, au contraire, la vaporisation et la vitesse auxquelles on veut faire travailler lamacliine, déterminer lacliarge qu’elle pourra mettre en mouvement à la vitesse doruiée.

3°. Connaissant la charge que doit mouvoir la machine, et la vitesse qu’elle doit imprimer à cette charge, déterminer la vaporisation dont doit être capable cette machine, et par conséquent, les dimensions qu’il faut donner à sa chaudière, pour que les effets voulus soient produits.

4". Connaissant toutes les données indiquées plus haut, déterminer l’effet utile que la machine produira, à une vitesse fixée ou avec une charge déterminée, sous les différentes formes qui suivent, savoir :

L’effet utile que produira la machine, exprimé en livres élevées à un pied, ou en kilogrammes élevés à un mètre, par minute;

Le même effet utile, exprimé en chevaux;

3o6 chapitre quatrième.

L'effet iitüeque la machine produira par unitédepoidsdecombustible;

L 'effet utile que la machine produira par pied cube ou mètre cube d’eau vaporisé;

Le poids de combustible qui produira l’effet d’un cheval;

Le volume d’eau vaporisé qui produira l’effet d'un cheval;

L’effet, en chevaux, que produira la consommation d’une unité de poids de combustible;

I /effet, en chevaux, que produira chaque unité de volume, d'eau vaporisée.

Dans la théorie que nous allons développer, ces divers problèmes seront résolus dans les trois cas mentionnés plus haut. Dans les deux derniers cas, par conséquent, ils feront connaître la vitesse, la charge, la vaporisation et Ira effets qui correspondent au maximum d’effet utile, relatif ou absolu, de la machine.

Dans la théorie ordinaire des machines à vapeur, on n’avait jamais entrepris que de résoudre trois questions, savoir: déterminer la charge, la vaporisation et l’effet utile (sous diverses formes); et nous avons vu que la solution en était fautive. Quant à la détermination de la vitesse pour une charge donnée, on n’en avait proposé aucune solution; et la nature même de la théorie qu'on employait, ne permettait pas de distinguer dans les machines l’existence des trois cas qui s’y rencontrent réellement. Il est donc possible que les énoncés que nous venons de présenter paraissent d’abord un peu obscurs, exprimés ainsi en termes généraux, et comportant des rapports sous lesquels on n’a [>as coutume de considérer les machines; mais ils s’expliqueront à mesure que nous entrerons dans la question, et l’on en verra à la fois la solutiou et l’indispensable nécessité, pour calculer d'une manière exacte, soit les proportions, soit les eflèts des machines à vapeur de tout genre et de tout système.

$ III. De. l' uniformité du mouvement dans les machines à vapeur.

Nous avons, dans le chap. III, fait connaître Ira appareils au moyen desquels on régularise le mouvement des machines, soit à double, soit