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Cousommalion moyenne avec surchauffe :
^ Différence 0*"445.
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Bénéfice sur la marche sans surchauffe, .' .„ = 0,221.
Soit 22,1 p. c.
2'' En comparant les expériences (1 el 2), on reconnaît que le bénéfice de vapeur dû à la surchauffe jusqu'à 230'', dans les conditions de ces expériences sur la machine à un cylindre, s'élève à :
Soit 32,15 p. c.
et le bénéfice de combustible à
Soil 36,8 p. c.
3'' Dans les deux expériences (3 et 4) sur la même machine, pour une détente de 1 à 3,4 et une surchauffe jusqu'à 240% le bénéfice de vapeur s'est élevé à :
Quant aux expériences (11 et 12), nous verrons également, un peu plus lard, les conséquences que Ton peut en lirer.
Les principaux effets directs de la surchauffe doivent être évidemment :
!<" La vaporisation de Teau que la vapeur emporte avec elle en sortant de la chaudière ;
S"" La dilatation de la vapeur ou Taccroissementde son volume sous la même tension ;
S*" Une modification dans la loi qui lie les pressions aux volumes pendant la détente.
Nous allons analyser successivement ces trois faces de la question.
Vaporisation de l'eau mêlée à la vapeur.
Dans une machine sans détente, avec ou sans condensation d'ailleurs, toute Peau emportée par la vapeur est dépensée en pure perte; la chaleur qu'elle a reçue depuis son introduction dans la chaudière ne produit aucun résultat utile. Dans une machine à détente, avec ou sans condensation, la chaleur ainsi emportée n'est utilisée qu'en faible partie ; elle est perdue pour toute la portion de course à pression pleine et le peu de vapeur à laquelle elle donne naissance pendant la détente, ne produit encore de travail que par l'expansion qu'elle subit à partir de l'instant où elle est formée jusqu'à la fin de la course. Il y a donc, dans toute machine, une perte de chaleur plus ou moins considérable, inhérente à la dépense d'eau liquide qui accompagne la dépense de vapeur.
La chemise de vapeur présente d'abord l'avantage de retenir cette eau en chemin et de la restituer à la chaudière avec sa température.
A ce point de vue, il est évident que la surchauffe aura des résultats moins économiques dans une machine munie de cette appendice que dans une machine dont le cylindre est exposé à l'action de l'air ou simplement revêtu d'une enveloppe peu conductrice; mais ces résultats seront néanmoins bien loin d'être nuls pour le premier genre de machine.
Si l'eau qui passe dans l'appareil de surchauffe recevait le complé-
ment de chaleur nécessaire pour la réduire en vapeur, d'un foyer particulier, le bénéfice se réduirait à la quantité de chaleur qui eût été perdue avec cette eau, dans Thypothèse où il faudrait autant de combustible pour la vaporiser dans la chaudière que pour la réduire en vapeur dans l'appareil qui fonctionnerait comme une chaudière supplémentaire. Mais, dans la disposition indiquée par la figure, Tappareil de surchauiïe produit le même effet qu'un accroissement de surface de la chaudière, et on sait que, toutes choses égales d'ailleurs, les chaudières produisent généralement d'autant plus de vapeur par kilogramme de combustible, qu'elles présentent une plus grande surface de chauffe. Le bénéfice doit donc être ici plus considérable que celui qui correspondrait seulement à la quantité de chaleur que l'eau emporterait avec elle et qu'elle conserverait sans utilité au sortir du cylindre. Sous ce point de vue, la disposition présente les mêmes avantages dans les machines avec chemise de vapeur que dans celles qui n'en possèdent point.
Dans les bonnes chaudières, la quantité d'eau que la vapeur emporte avec elle étant très-faible, comme nous l'avons vu précédemment, l'avanlage de la surchauffe serait très-faible s'il se réduisait à la vaporisation de cette eau et à l'amélioration générale du rendement de vapeur par kilogramme de combustible. Mais, dans les chaudières où celte quantité d'eau est considérable, l'avantage augmente en proportion du poids d'eau enlevée; l'appareil fonctionne alors comme une véritable chaudière supplémentaire recevant la chaleur du foyer de la chaudière principale. Cependant il pourrait arriver que la sur-
chaudière et d'une conduite de surchauffe, par suite d'une augmentation de la surface de chauffe, doit être soumis à certaines restrictions. Toute chaudière, une fois établie, avec une grille, descarneaux et une cheminée dont les dimensions sont invariables, consomme, le plus utilement possible, un certain poids de combustible. Si on force le feu ou si on le ralentit en dehors de cette consommation normale, on n'obtient plus le même poids de vapeur par kilogramme de combustible ;mais aussi, si cette consommation normale n'est pas atteinte, il y aura bénéfice à activer la combustion^ et si elle est dépassée, on trouvera avantage à ralentir le feu.
Or, comme la surchauffe a pour résultat principal de diminuer la dépense de vapeur et par suite la quantité de combustible à brûler sur la grille, il est évident que si elle s'applique à une chaudière forcée, l'avantage croîtra plus vile que l'économie de vapeur, et que si elle s'applique à un générateur que l'on ne chauffe pas assez y l'avantage de la surchauffe sera plus ou moins diminué par l'aggravation des mauvaises conditions dans lesquelles on produit la vapeur. Il peut se présenter des cas où l'avantage et l'inconvénient se balanceraient réciproquement et où il ne resterait d'autre bénéfice que celui qui lient directement à la surélévation de température de la vapeur. Il ne faut donc pas s'attendre à tirer toujours de la surchauffe le même bénéfice, dans tous les cas de machines de système identique.
La chaudière de la machine de Woolf sur laquelle ont été faites les expériences (7, 8, 9, 10) évaporait moyennement sans la surchauffe,
r/^kiiQg 1 ^^ii{\) ^ 6 "^"104 deau par kilogramme de houille,
plus la petite quantité d'eau qui résultait de la condensation dans la chemise de vapeur et que les expériences, dont nous avons rendu compte lorsqu'il a été question des enveloppes, permettent d'évaluer à 0,094du poids total de vapeur dépensée. Cette quantité serait donc, par kil. de combustible, de 6 ''"104 X 0,094 = 0''"573 qui rendent néanmoins à la chaudière la chaleur qu'ils possèdent en y rentrant.
Si on veut tenir compte de cette quantité de chaleur restituée à la chaudière par la vapeur condensée dans la chemise de vapeur, on pourra l'évaluer par la méthode suivante :
L'eau d'alimentation de la chaudière était à une température d'en-
vîron 11"* moyennement; la quantité de chaleur qu'elle avait empruntée et qu'elle restituait en y rentrant à 142^ était donc de 142 — U = 131 calories par kil.
D'autre part, les 0^"573 de vapeur condensée dans l'enveloppe, avaient emporté 649,8 calories par kil. ; la perte réelle de chaleur était donc de 649,8 — 131 = 518,8 calories par kil. ; soit 287 calories pour les 0^" 573.
Ces 287 calories, employées à former de la vapeur à 3'""75 avec de
l'eau à 11% en auraient fourni .., . 77- = 0^"050.La production
de vapeur par kil. de houille sera donc, dans la marche de cette machine sans surchauffe, égale à :
Avec la surchauffe, toute l'eau est vaporisée dans l'appareil, il ne s'en forme point dans l'enveloppe et la production moyenne, par kil. de houille, s'élève à :
L'appareil de surchauffe a donc sensiblement diminué la puissance générale de vaporisation, ce qui a détruit une partie des bons effets dus à son action directe.
L'accroissement de produclion de vapeur, par kil. de houille, est ici de :
Soit 17,8 p. c.
La combustion se produisait donc dans de bien meilleures conditions pendant la surchauffe, et la chaudière était forcée quand la machine fonctionnait sans surchauffe.
Le bénéfice total, que nous avons trouvé précédemment pour ces deux expériences, provenait donc à la fois des effets directs de la surchauffe et d'une amélioration dans les conditions essentielles de la combustion.
On peut évaluer de la manière suivante la part qui revient à chacune de ces causes, dans le bénéfice total que nous avons trouvé de 49,55 p. c. sur le combustible.
La consommation, sans surchauffe, est de 15^"'64 de vapeur par cheval.
La consommation, avec surchauffe, n'est que de O*"" 60.
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Différence : 6'^"-04; bénéfice : jrr^ = 0,386, ou 38,6 p. c.
Cette économie de vapeur, due à Taction directe de la surchauffe, n'eût amené qu'une économie de 38,6 p. c. sur le combustible, si les conditions de production de la vapeur n'avaient pas changé ; la consommation, dans ce cas, eût été de :
3kii.jji jkiijj, 0,386 = 2^" 16.
De plus, comme nous Pavons vu ci-dessus, le bénéfice de combustible relatif à Tamélioration des circonstances de production, s'est élevé à 0,178, ou 17,8 p. c. ; la consommation par cheval a donc dû diminuer, par cette cause, des 0,178 de 2'^'i6, ou de 0*"" 384, et se trouver, par conséquent, réduite à 2^" 16 — 0^" 384 = 1'^" 776; c'est le chiffre fourni par l'expérience.
Le bénéfice total que nous avons trouvé de 49,55 p. c. se subdivise donc ainsi :
