DANS LEUR APPLICATION AUX TRAVAUX INDUSTRIELS

§ I". Classification des machines à vapeur en usage.

D'après ce que nous avons dit sur les propriétés de la vapeur dans le chapitre II , on conçoit que la force motrice qu'elle est capable de produire peut être appliquée et utilisée de plusieurs manières : d'abord, en introduisant la vapeur dans un cylindre, soit pour produire les mouvemens alternatifs d'un piston , par son action successive sur ses deux faces, ou sur Tune de ses faces seulement , soit pour produire immédiatement la rotation du cylindre lui-même ; ensuite , en utilisant simplement la force élastique de la vapeur, ou la pression qu'elle exerce contre tous les corps soumis à son action ; puis en utilisant également sa détente, ou la pression décroissante qu'elle continue d'exercer encore pendant sa dilatation graduelle dans la machine, et , enfin, en la condensant après qu'elle a effectué son action utile , afin de produire , autant que possible , le vide dans la partie du cylindre opposée à la nouvelle vapeur amenée de la chaudière. Ces divers modes d'application ou d'action de la vapeur ont donné lieu à plusieurs sortes de machines, que nous allons expliquer succinctement.

La manière d'appliquer la force motrice de la vapeur produit d'abord trois genres de machines, qu'il convient de distinguer , savoir : les machines à double action , les machines à simple action , et les machines à rotation immédiate.

On nomme machines à double action, ou machines à double effet , celles dans lesquelles la vapeur étant introduite dans un cylindre contre un piston mobile, agit successivement , comme force motrice , sur chacune de ses deux faces , et lui communique , par conséquent, un mouvement de va-et-vient. Dans ces machines, chacune des deux courses du piston est exécutée par l'action de la vapeur , et c'est ce qui leur a fait donner le nom de machines a double action.

146 CHAPITRE QCATBlèMB.

Les machines à simple action, ou à simple effet , au contraire , sont celles où il n'y a qu'une seule course du piston qui soit exécutée par l'action de la vapeur; tandis que la course rétrograde est opérée par la chute d'un contre-poids , qui a été soulevé lui-même par l'action de la vapeur , pendant la course où celle-ci a servi de force motrice. Gomme les machines à simple action ont en général un mouvement peu régulier, qui ne convient guère aux travaux industriels ordinaires, on ne les emploie presque jamais que pour l'épuisement de l'eau des mines , l'enlèvement des minerais ou l'approvisionnement d'eau des villes. C'est pourquoi le nom de machines à simple action et celui de machines d'épuisement sont à peu près synonymes; mais le premier est le seul qui exprime le système propre de la machine ; le second n'indique que l'usage de la machine , et peut s'appliquer également à tout autre système.

Les deux espèces de machines que nous venons d'expliquer peuvent être rotatives, c'est-à-dire employées à produire un mouvement de rotation; et cet effet s'obtient en transformant, au moyen d'une manivelle, le mouvement alternatif du piston en un mouvement de rotation appliqué à un arbre à volant, qui met ensuite en jeu tous les outils nécessaires au travail de la machine. Ainsi , ce nom n'exprime qu'un emploi de la machine, et non un mode particulier d'utiliser la force motrice de la vapeur. Les machines à double ou à simple action peuvent , comme nous l'avons dit , être faites rotatives ou non rotatives ; mais comme , dans la construction habituelle , les machines à double action ont un mouvement plus régulier que les machines à simple action t il arrive presque toujours que lorsqu'on recherche la régularité du travail , on emploie une machine à double action , et on la construit rotative ; et que , dans le cas où le mouvement peut être irrégulier sans inconvénient, on préfère une machine à simple action, et on la fait non rotative. C'est pourquoi , dans la pratique , on se sert presque indifféremment des noms de machine à double action ou machine rotative , et de ceux de machine à simple action ou machine non rotative. Mais , comme on voit des machines à simple action qui sont rotatives, il n'est pas exact d'employer ces expressions l'une pour l'autre.

Nous venons de dire que le nom de machines rotatives n'indique pas un mode spécial d'utiliser l'action de la vapeur. Il n'en est pas de même de celui de machines à rotation immédiate. On appelle ainsi les machines dans lesquelles le premier et immédiat effet de la vapeur est de produire un mouvement de rotation , au lieu d'un mouvement de va-et-vient du piston. On a vu que dans les machines rotatives, la vapeur agit d'abord sur le piston , pour lui communiquer un mouvement alternatif, et que celui-ci se transforme ensuite, au moyen d'une manivelle, en un mouvement de rotation appliqué à l'arbre du volant. Mais, dans les machines à rotation immédiate , il n'y a point de piston se mouvant en ligne droite , et alternativement d'une extrémité à l'autre du cylindre. La vapeur agit, soit sur un cylindre qui prend un mouvement de révolution sur lui-même , à la manière d'une vis

d'Archimède , soit sur une cloison mobile autour d'un axe , dans l'intérieur d'un tambour; et, par ce moyen ou par tout autre semblable, elle communique immédiatement & l'axe un mouvement de rotation , qui est ensuite appliqué à mouvoir les outils de travail, comme dans toutes les autres machines. Ainsi, la différence entre les machines rotatives et les machines à rotation immédiate est que, dans les premières, il existe avant tout un mouvement rectiligne alternatif qu'il faut , pour rendre la machine rotative , transformer , au moyen d'une manivelle , en un mouvement de rotation , tandis que dans les secondes , ce mouvement de rotation est immédiatement produit sans transformation et sans l'intermédiaire d une manivelle. L'idée de ces machines est venue à beaucoup d'inventeurs, parce qu'ils croient que, dans l'emploi de la 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 frottemens, 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 machines 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 diffèrent , 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 à basse pression, à détente ou sans détente, à condensation ou sans condensation.

On dit en général qu'une machine est à haute 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 0.25 ou de 0.50 kilogramme par centimètre carré. Néanmoins , on donne le nom spécial de machine à haute pression h 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 pour exécuter le travail de la machine. D'un autre côté, 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 dans lesquelles la vapeur s'échappe librement dans l'air et sans être condensée , après avoir produit son effet 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 , comme 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 ces 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 Cornwall 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 à haute pression , ou les machines de Cornwall à simple action ; et celles où la vapeur n'agit que comme force aceessoire , ou les machines atmosphériques. Ces trois espèces de machines ne sont pas rotatives , ou du moins ne 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 immédiatement 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 , sert du moins de fondation à leur théorie. Ensuite , nous passerons successivement aux développemens relatifs à chaque espèce de machines mentionnée plus haut.

$ II. 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 r d'une manière invariable , si elle est à double ou à simple action , à haute ou à basse pression , & 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, modifier 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 j et, en outre, tous ces effets changeront eux-mêmes 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 j 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 vaporisation quelconques ; celui où elle travaille à une détente donnée , et avec la vitesse , la charge ou la vaporisation qui conviennent à la production de son maximum £ 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 Tune 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. Il suit donc de là que les divers problèmes que l'on peut avoir à résoudre, pour chacun des trois cas indiqués cidessus, et pour les différentes espèces de machines, sont les suivans :

1°. Étant données la vaporisation et la charge d'une machine entièrement connue du reste , déterminer la vitesse que prendra la machine avec cette charge.

2°. Connaissant, au contraire, la vaporisation et la vitesse auxquelles on veut faire travailler la machine , déterminer la charge qu'elle pourra mettre en mouvement à la vitesse donnée.

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;

L'effet utile que la machine produira par unité de poids de combustible;

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 ;

L'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 les 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

CLASSIFICATION DES MACHINES A VAPEUR. i Kl

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 pas coutume de considérer les machines ; mais ils s'expliqueront à mesure que nous entrerons dans la question , et Ton en verra a la fois la solution et l'indispensable nécessité , pour calculer d'une manière exacte , soit les proportions , soit les effets des machines à vapeur de tout genre et de tout système.

§ III. De F uniformité du mouvement dans les machines à vapeur.

Nous avons , dans le chap. III , fait connaître les appareils au moyen desquels on régularise le mouvement des machines , soit à double , soit à simple action. Pour nous en tenir en ce moment aux machines rotatives à double action, que nous traiterons d'abord , ces appareils consistent dans le volant , la soupape à gorge, le gouverneur et le registre de la cheminée , et nous ajouterons de plus le manomètre à mercure , dont l'emploi n'est pas moins important pour cet usage , ainsi qu'on le verra bientôt. Ces instrumens ont été décrits ; mais, comme la théorie que nous allons présenter repose particulièrement sur l'établissement du mouvement uniforme des machines , et que l'effet réel de quelques-uns des appareils mentionnés plus haut a été mal compris , ce qui a contribué à introduire des erreurs dans la théorie ordinaire des machines à vapeur , nous expliquerons d'abord , avec plus de détails, par quels moyens, en réalité, ces appareils produisent l'uniformité du mouvement dans les machines.

Le volant est , comme nous l'avons dit , une roue très- pesante montée sur l'arbre de la machine. A l'origine du mouvement , le poids considérable de cette pièce, et, par conséquent, la difficulté qu'il y a de la faire passer du repos à la vitesse de rotation qu'elle doit avoir pendant le travail , présentent nécessairement un surplus de résistance à l'action de la vapeur. Ainsi, la machine ne prend d'abord qu'une vitesse très-faible ; mais , comme le machiniste a soin d'aider le premier effet de la vapeur , en poussant aux rais du volant , et que la vapeur continue de communiquer au piston de nouvelles impulsions , la machine finit par arriver à une certaine vitesse de régime qui dépend, d'une part, de la production de vapeur dans la chaudière, et d'autre part, de la résistance totale opposée au mouvement. Alors l'inertie du volant, ne présente plus aucune résistance propre ; elle ne fait que maintenir l'uniformité du mouvement , par la quantité de travail qu'elle absorbe chaque fois que sa vitesse est augmentée , et par celle qu'elle développe chaque fois que sa vitesse est diminuée. En effet, si un surplus accidentel de vaporisation survient dans la chaudière, l'excès

de travail ainsi appliqué par la vapeur , tendra k augmenter la vitesse de la machine ; mais la portion considérable de ce travail qui sera absorbée par le volant , dès l'instant que sa vitesse commencera à s'accélérer, empêchera cette vitesse de s'accroître d'une quantité sensible. Et si, au contraire, c'est l'ouvrage exécuté par la machine qui offre momentanément un surplus de résistance , la vitesse tendra nécessairement à diminuer. Mais, comme alors le volant continuera toujours son mouvement en vertu de sa force d'inertie, il entraînera le mécanisme dans l'instant que la force motrice deviendra insuffisante, c'est-à-dire qu'il 'développera une certaine quantité de travail, laquelle, ajoutée à celle que continue de fournir la vapeur , maintiendra le mouvement presque aussi rapide qu'auparavant.

Le volant sert donc à régulariser le mouvement de la machine , en s'opposant à l'effet des causes perturbatrices dont l'intensité n'excède pas certaines limites; mais, s'il se produit , par exemple , dans la chaudière un excès de vaporisation continué pendant un temps suffisant , ou dans les ateliers un excès de résistance d'une intensité assez considérable, il est clair que la vitesse du volant, lente, il est vrai, à se modifier , finirait cependant par prendre le régime convenable à la nouvelle vaporisation ou à la nouvelle intensité de la résistance. Alors le volant ne suffira plus pour maintenir l'uniformité du mouvement de la machine , et la vitesse commencera peu à peu à augmenter ou à diminuer. Mais nous avons vu que sitôt que la vitesse du volant, et, par conséquent, celle du gouverneur, augmente ou diminue, la soupape à gorge commence à fermer ou à ouvrir de plus en plus le passage de la vapeur , et que cet effet se continue jusqu'à ce que la machine soit revenue à sa vitesse régulière. Dans ce cas donc , le gouverneur et la soupape à gorge commenceront à exercer leur action , et c'est leur influence qui rétablira l'uniformité du mouvement.

En effet, si l'on suppose qu'on ait , pour un instant, poussé le feu trop violemment, ou suspendu l'alimentation de la chaudière , ce qui , en supprimant une cause permanente de refroidissement, produit un effet semblable, il arrivera que la quantité d'eau vaporisée par minute dans la chaudière , augmentera. Cependant , comme dans le premier instant l'inertie du volant s'opposera ù ce que la vitesse du piston s'accroisse d'une quantité sensible, la dépense de vapeur par le cylindre continuera d'être la même. Le premier effet de ce surplus de vaporisation sera donc que la vapeur non dépensée s'accumulera dans la chaudière. Mais, comme l'espace qui lui est réservé pour son accumulation est d'une étendue limitée, la densité de cette vapeur, et, par conséquent, aussi sa force élastique , croîtront en même temps; et cet accroissement de densité continuera tant que la vapeur de la chaudière ne pourra pas s'écouler en totalité, à mesure de sa formation. Si l'ouverture de la soupape à gorge restait invariable , ou si , rélrécie d'abord , elle était ensuite laissée au même point , il arriverait bientôt que toute la vapeur de la chaudière parviendrait à s'écouler dans le cylindre par cette ouverture, puisque, outre une plus grande vitesse de sortie due

& la pression , la densité croissante de la vapeur permet qu'il s'en écoule une quantité de plus en plus grande par le même orifice , et dans un temps donné. Ainsi» après le premier instant, la masse de vapeur admise dans le cylindre, et, par conséquent aussi, la vitesse du piston, deviendraient plus considérables. Mais comme, à mesure que la vitesse du mouvement tend à augmenter, l'orifice continue à se rétrécir de plus en plus, il est clair que malgré l'accroissement de densité de la vapeur dans la chaudière , et de sa vitesse d'écoulement , le mouvement de la machine se maintiendra néanmoins uniforme. Si la vaporisation, au lieu d'éprouver une augmentation , éprouve au contraire une réduction , ou , ce qui revient au même , si le travail exécuté par la machine présente momentanément un surplus de résistance, les effets opposés auront lieu. Dans ce cas, la réserve de vapeur dans la chaudière diminuera, et, par conséquent aussi, la densité de cette vapeur. Mais, comme le gouverneur ouvrira de plus en plus la soupape à gorge, le passage de celle-ci permettra l'entrée dans le cylindre d'un plus grand volume de cette vapeur, et ainsi la vitesse pourra être conservée sans altération.

La soupape à gorge, mise en jeu par le gouverneur, doit donc maintenir l'uniformité du mouvement, malgré l'excès ou l'insuffisance momentanés de la vaporisation dans la chaudière. Mais on voit que si cet effet se produit, ce n'est pas, comme le veut l'ancienne théorie, parce que la vapeur, en traversant un passage plus ou moins étroit, changerait de force élastique, ce qui est inadmissible, et arriverait dans le cylindre avec une pression plus ou moins grande, ce qui est également impossible , puisqu'il faut toujours que la pression dans le cylindre soit égale à la résistance du piston ; mais que c'est réellement parce que la réserve de vapeur de la chaudière supplée alors à ce qui peut manquer à la force motrice, ou recueille au contraire ce que celle-ci produit de trop. Et , comme nous l'avons déjà dit ailleurs, le rétrécissement du passage n'est pas accompagné d'une diminution de pression dans le cylindre, mais bien d'une augmentation de pression dans la chaudière.

D'après ce que nous venons de dire, la soupape à gorge corrige les irrégularités du mouvement, en empêchant tout excès, ou au contraire toute insuffisance de vaporisation dans la chaudière, relativement à l'ouvrage à exécuter, d'agir sur la vitesse de la machine elle-même , et en les réduisant uniquement à accroître ou diminuer la réserve de vapeur renfermée dans la chaudière. Mais il est évident que si ces effets se prolongeaient pendant un temps suffisant , l'excès de vapeur amassée dans la chaudière et arrêtée par le rétrécissement continuel de la soupape à gorge ferait souffler la soupape de sûreté et se perdrait dans l'amosphère, et que dans le cas d'une insuffisance de production, la réserve de vapeur serait bientôt épuisée, de sorte que l'ouverture, même totale, de la soupape à gorge, serait sans effet, et que la vitesse du mouvement diminuerait. Pour empêcher la déperdition de vapeur dans le premier cas , et la diminution de vitesse dans le second , il fau-

iSl CHAPITRE QUATRIÈME

dra donc que le chauffeur , en s'aidant pour cela du registre de la cheminée , diminue ou excite davantage son feu , selon le besoin ; et c'est là , en définitive , la condition essentielle de la régularité du mouvement.

Mais , pour aider le machiniste à atteindre ce but, il y a encore un autre instrument non moins utile que les précédens : c'est le manomètre à mercure. Cet instrument, dont nous avons donné une description dans le chap. II de cet ouvrage, indique à chaque instant la pression de la vapeur dans la chaudière , ou dans le tube qui conduit de la chaudière au cylindre à vapeur. Lorsque la machine est en mouvement , c'est le devoir du machiniste d'examiner continuellement le manomètre , et de le maintenir , sans variation , au degré qu'il avait au départ de la machine. En observant les indications de cet instrument , on trouve , sans exception , que chaque fois que la pression baisse , si Ton ne laisse pas agir le gouverneur, la vitesse de la machine commence à diminuer, et qu'on ne ramène cette vitesse au degré convenable , qu'en fesant remonter la pression du manomètre au point fixé. C'est cette observation qui a contribué , sans doute , à confirmer l'opinion que la pression du manomètre , ou la pression dans la chaudière , doit représenter, à très-peu près, la pression de la vapeur dans le cylindre , c'est-à-dire la pression nécessaire pour surmonter la résfc» tance du piston , puisque chaque fois que cette pression diminue , la force motrice parait devenir insuffisante pour maintenir le mouvement. Et de cette opinion sont provenus les calculs erronés dont nous avons parlé dans le premier chapitre T et dans lesquels on regarde la pression dans la chaudière ou dans le tube à vapeur , comme représentant , à très-peu près , la pression motrice dans le cylindre. Mais ia vérité est que ce n'est là qu'une interprétation fautive des faits. Si la vitesse de la machine diminue quand la pression baisse dans la chaudière , ce n'est pas , du moins sauf les cas particuliers , parce que la pression de la vapeur devient insuffisante pour surmonter la résistance j c'est parce que la diminution de pression dans la chaudière est un signe certain d'une diminution de vaporisation , et que cette diminution de vaporisation entraine nécessairement une réduction de vitesse de la machine. En d'autres termes; si le manque d'attention du machiniste à entretenir le feu produit une diminution dans la vaporisation de la chaudière , il en résultera à l'instant deux effets simultanés : le premier, que la pression baissera dans la chaudière, parce que la vaporisation produite ne suffisant plus à ia dépense , la réserve de vapeur diminuera dans la chaudière , et , par conséquent , sa pression baissera ; et le second , que la vitesse de la machine se réduira en proportion de la vaporisation. Lorsqu'on attribue la diminution de vitesse à la diminution de pression , on fait donc l'erreur de prendre l'effet pour la cause ; car la diminution de pression n'est ici qu'un effet de la diminution de vaporisation , et c'est celle-ci qui est la véritable cause. Et la preuve que la diminution de pression dans la chaudière n'est pour rien dans l'effet observé , c'est que la même machine qui travaille régulièrement à 40 livres , par exemple , de pression effective , par pouce carré dans la chaudière , et qui , lorsqu'on n'y fait pas usage du gouverneur,

diminue de vitesse sitôt que la pression baisse seulement à 39 livres , peut cependant , presque toujours , travailler tout aussi bien à une pression effective régulière de 20 livres par pouce carré , et même au-dessous , pourvu seulement que cette pression ait été la pression de départ de la machine. C'est ce que nous avons montré dans nos expériences sur les machines locomotives , et ce que Ton reconnaît plus facilement encore dans les expériences que nous avons rapportées § V, chap. I, sur une machine à haute pression et sur une machine d'Evans.

Pour se rendre compte de la manière dont ce dernier effet peut se produire , supposons que , dans une machine à haute pression , la résistance totale du piston , et tous frottemens compris , soit de 30 livres par pouce carré ; ce qui , en retranchant la pression de l'atmosphère, qui , dans ces machines , exerce son action contre le piston, laisse une résistance effective de 15 livres environ par pouce carré. Dans ce cas, il est clair qu'une pression effective de 20 livres par pouce carré dans la chaudière sera plus que suffisante pour surmonter la résistance. Si donc , ayant fait monter la pression effective à 20 livres par pouce carré dans la chaudière, on met la machine en mouvement , il est évident qu'elle exécutera son ouvrage. Seulement , comme la pression dans la chaudière n'excédera que très-peu la pression dans le cylindre, la machine aura plus de peine à se mettre en mouvement à l'origine du travail, et elle sera plus sujette à se ralentir chaque fois qu'on négligera le feu , parce que la réserve de vapeur dans la chaudière sera peu considérable. Mais, à cela près, la machine travaillera très-bien à la pression effective de 20 livres par pouce carré; et, pourvu que la vaporisation dans la chaudière soit soutenue convenablement et sans varia* tion, ce qu'on reconnaîtra au manomètre, la machine prendra et conservera la vitesse voulue pour le travail; car on sait que la chaudière peut vaporiser autant d'eau par minute , sous la pression de 20 livres par pouce carré , que sous toute autre pression.

Mais actuellement, supposons qu'on arrête la machine, et qu'après avoir laissé la pression effective dans la chaudière monter à 40 livres par pouce carré, on remette la machine en mouvement , elle exécutera son ouvrage comme auparavant. Seulement, dans le moment où Ton réglera le gouverneur pour avoir la vitesse convenable au travail régulier, il faudra, d'après ce que nous avons expliqué plus haut , fixer la soupape à. gorge à une moindre ouverture que dans le cas précédent ; parce que , outre une vitesse d'écoulement plus considérable , la vapeur à la pression effective de 40 livres par pouce carré ayant une densité beaucoup plus grande qu'à la pression de 20 livres par pouce carré , il n'en faudra qu'un moindre volume pour subvenir à la dépense du cylindre, à la vitesse fixée. Ainsi, la machine travaillera dans ce second cas, comme dans le premier, en ayant l'avantage, toutefois, de se mettre plus facilement en mouvement et de maintenir pins facilement sa vitesse. Mais l'on verra, dans le premier cas, la pression de la vapeur dans la chaudière être à-peu-près la même que dans le cylindre ; et dans le second , la pression dans la chaudière être le double de la pression dans le cylindre.

Nous venons de dire que si , dans les deux eas considérés , la vitesse de la machine doit être maintenue la même , il faudra nécessairement que la soupape à gorge soit fixée à une moindre ouverture, dans le cas de la plus forte pression. Mais, si le travail de la machine n'exige pas impérieusement cette condition , comme cela arrive très-fréquemment dans des machines stationnaires que Ton fait quelquefois travailler à raison de 150 pieds, et d'autres fois à raison de 500 pieds par minute, pour le piston, et comme cela a toujours lieu dans les machines locomotives et dans les bateaux à vapeur , alors on pourra laisser la soupape à gorge ouverte , dans le second cas, au même point que dans le premier. Il en résultera que, pour maintenir la pression effective à 40 livres par pouce carré dans la chaudière , malgré la grandeur du passage de la soupape à gorge , il faudra augmenter considérablement la vaporisation ; mais , si les dimensions du foyer et de la chaudière se prêtent à cette augmentation, ce qui est à croire d'après l'excès de puissance qu'on est, avec raison, dans Fhabitude de leur donner, ou plutôt, si dans le premier cas considéré on s'était contenté de produire dans la chaudière une vaporisation très-modérée, il sera possible de remplir la condition voulue. Alors, dans les deux cas, la charge de la machine sera exactement la même , ainsi que l'ouverture de la soupape à gorge , et cependant, dans un cas, la pression effective dans la chaudière sera de 20 livres par pouce carré, tandis qu'elle sera de 40 livres par pouce carré dans le second. Ce sont précisément les résultats obtenus dans les expériences que nous avons rapportées dans le chap. I.

Il résulte donc de ce qui précède , que tout calcul fondé sur la pression dans la chaudière , pour en déduire la pression dans le cylindre ou les effets de la machine, est nécessairement appuyé sur une base fausse, ce que nous avons déjà établi par d'autres considérations dans le chap. I; que le manomètre à mercure n'est pas, comme on le croit, un instrument propre à faire connaître, ni par égalité, ni par proportion, la pression de la vapeur dans le cylindre, et que ce n'est pas pour conserver l'intensité nécessaire de la pression motrice , que le machiniste doit le maintenir constamment au même point; mais que c'est simplement un appareil indiquant toutes les variations de la vaporisation dans la chaudière , et que c'est pour connaître et corriger ces variations que le machiniste doit observer sans relâche ses indications.

Pour résumer ce que nous avons dit dans ce paragraphe , on voit que le volant suffit pour régulariser le mouvement , et rendre insensibles les inégalités de la vaporisation dans la chaudière, ou de la résistance du travail, toutes les fois que ces inégalités sont faibles ou de peu de durée; que si elles sont plus considérables ou plus longtemps continuées , la soupape à gorge en corrige alors les effets ; qu'au delà d'une certaine limite cependant , ce mode devient encore insuffisant, de sorte qu'en définitive , le vrai moyen de régularisation de la vitesse consiste dans le soin du machiniste à entretenir le feu au degré d'intensité convenable; et qu'enfin ce résultat

est facilité par l'usage du registre de la cheminée , qui permet de régler le tirage du foyer, et par l'usage du manomètre à mercure, qui indique à chaque instant les variations que subit la production de vapeur dans la chaudière.

Ces développemens nous ont paru indispensables pour bien faire comprendre comment le mouvement uniforme s'établit dans les machines , et pour baser leur théorie sur les véritables causes qui déterminent leurs effets.

ARTICLE IL

DES EFFETS DES MACHINES , DANS LE CAS D'UNE COURSE D'ADMISSION DONNÉE , AVEC UNB