CHAPITRE PREMIER

DES POJIIPES.

Furtics 35 1. Une pompe consiste en un cylindre ou is pompes. QQj*p^ de pompe, dans lequel se meut, d'un mouvement de va-et-vient, une sorte de bouchon ou piston , et auquel s'adaptent un ou deux

POMPES. 4lS

tuyaux cylindriques; Fun, en dessoift, est le tuyau à^ aspiration ; l'autre, en dessus où par côté, est le tuyau d'ascension. L'ouverture supérieure du premier est recouverte d'une plaque ou soupape qui se lève et se baisse alternativement suivant les circonstances du mouvement : on en a encore une seconde, ou sur le piston, ou à l'ouverture, inférieure du tuyau d'ascension. Je n'entrerai point dans les détails relatifs à la confection et au placement de ces diverses parties des pompes ; on les trouvera dans VAr^ chitecture hydraulique de Bélidor , et dans quelques ouvrages spéciaux ; je me bornerai à rappeler ce que chacune d'elles présente de plus important.

352. Le corps de pompe est un cylindre que Corpt l'on faisait autrefois en forant et évidant une "*J?**"P pièce de bois, que l'oû coule presque toujours maintenant en fonte de fer ou mieux encore en bronze , et dont la surface intérieure doit être par£siitement lisse et alésée. Son diamètre déter^ mine la force de la pompe : s'il est au-dessous

de o" 1 2 , elle est petite ; elle est forte , s'il est au-dessus de o"33; rarement dépasse-t-il o°'4o, et très-rarement o"5o. La longueur du corps n'excède que de peu celle de la course ou lestée du piston.

353. Le piston est la pièce la plus délicate Piston d'une pompe, celle qui exige le plus de soins,

et d'où dépend principalement le bon effet de la machine. Sa forme a été variée d'un grand

nombre* de manières ; je ne m'arrête que. sur celles qui me paraissent mériter la préférence dans la pratique ordinaire.

Le plus simple des pistons est un morceau de bois de charme, de la forme indiquée par la

fig» 73* f Jg. 7 5 , et dont la surface latérale est convexe : sa partie supérieure A, disposée en forme d'anse, est traversée par la tige qui sert à le lever et à le baisser; et le corps en est percé d'une ouverture cylindrique dont le diamètre sera à peu près moitié de celui du corps de pompe. Plus souvent on donne aux pistons la forme de celui qui est

^i* 74- représenté à la fig. 74 : c'est encore un morceau de bois de charme évidé et que Ton a £siit bouillir dans de l'huile : il est traversé par deux boulons qui font partie de l'étrier en fer auquel s'adapte la tige. Dans quelques espèces de pompe (fig. 76), le piston est plein.

La surface extérieure de tous porte une garniture destinée à interrompre toute communication entre Feau ou lair qui est au-dessus, et l'eau ou lair qui est au-dessous. Il faut qu'elle soit assez serrée contre les parois du corps de pompe, pour que Tinterruption soit complète: mais il ne faut pas qu'elle le soit beaucoup plus; elle donnerait alors lieu a un frottement, qui consommerait, sans effet utile, une partie de l'action motrice. Dans les pompes les plus communes, elle ne consiste qu'en une bande de gros cuir qui entoure et dépasse un peu la partie supérieure du corps du piston (fig. 73), en s'éva-

sant vers le haut : c'est le bord supérieur de cette espèce de collet qui , étant pressé par le poids de Teau ou de l'atmosphère, s'applique contre les parois du corps de pompe et interrompt la communication entre le dessus et le dessous. Dans d'autres pistons (fîg. 74)9 le collet en cuir est maintenu par un anneau de cuivre, dont une face taillée en biseau assure l'évasement convenable : au bas du piston est un second anneau de même matière; et l'enfoncement qui demeure entre eux est garni de mèches' de chanvre trempées dans du suif fondu ; elles entourent le milieu, sont un peu en saillie, et frottent en conséquence contre le corps de pompe. Souvent encore le piston est en fonte, et il n'a d'autre garniture que le revêtement latéral formé par des étoupes suivées , ou par des anneaux de cuir gras placés les uns sur les autres : au-dessus est un anneau métallique, qui peut être baissé à l'aide d'un écrou convenablement adapté à la tige; par son moyen, les étoupes ou les cuirs peuvent toujours être tenus pressés contre le corps de pompe autant qu'il est nécessaire.

Dans les établissemens bien soignés, au lieu des pistons dont il vient d'être question^ oa emploie, depuis quelques années, de longs cylindres en cuivre jaune, tournés et bien polis, lesquels montent et descendent dans une botte à étoupes (stuffing'booc) y placée sur le haut du corps de pompe , et disposée de la manière suivante (voyez ïig. 80): Sur le fond de la boite,

4l6 IK)MPES.

qui est la bride ou collet du corps , on pose ùu anneau de bronze dont la partie supérieure est en coin : dessus, et les uns sur les autres, on enroule plusieurs tords de mèches de chanvre trempées dans du suif fondu , auquel on a ajouté un peu d'huile : on les recouvre ensuite d'un second anneau de bronze, dont la fsice inférieure est inclinée vers l'extérieur : enfin , on place le couvercle de la boîte ; il est traversé par des boulons à vis , qui traversent aussi le fond; lorsqu'on les serre, le couvercle et l'anneau supérieur baissent; ils pressent les étoupes, et les portent contre le cylindre -piston. Souvent le fond et le cou-, vercle de la boîte sont £siits de manière à remplir l'office des anneaux dont nous avons parlé, et dont l'emploi devient alors superflu.

Je ne dirai rien des garnitures de pistons en liteaux : elles me paraissent peu convenir aux pompes proprement dites.

Soupipet. 354* Les soupapes généralement usitées sont de deux sortes.

Les unes , troncs de cône d'une très-petite hauteur, sont de simples plaques circulaires en laiton, dont la surface supérieure est un peu plus glande que l'inférieure : elles entrent et s'emboîtent parfaitement dans Vouverture qu'elles sont destinées à fermer. Dessous est une queue ou tige qui traverse une bride , et qui est terminée par un bouton d'arrêt : elle les maintient dans leur position. Ce sont les soupapes à coquille (voyez fig. 76 en b).

Les autres, soupapes à clapets y ou simple^ ment clapets ^ consistent d'ordinaire en une rondelle de gros cuir gras, retenue sur la plaque ou le tuyau dont elle doit fermer l'ouverture, par une petite bande de peau qui sert de charnière. Dans les pompes les plus communes, on se contente de clouer sur la rondelle de cuir une plaque de plomb , qui maintient sa forme plane et la charge d un poids suffisant. Mais ordinairement le cuir est compris entre deux platines de fer ou de cuivre ; celle de dessus est lui peu plus grande que Fouvertiu'e à fermer, et celle de dessous un peu plus petite, ainsi qu'on le voit en M (fig. 75). Assez souvent, dans lés grandes pompes, les clapets sont de simples plaques de laiton d'environ un centimètre d'épaisseur, et qui se meuvent autour d'une charnière ordinaire; mais quelques grains de sable, ou autres petits corps, peuvent gêner le mouvement ou nuire à une exacte fermeture. Lorsque les ouvertures sont grandes, on les divise en deux ou trois compartimens , dont chacun est recouvert par une plaque particulière : la figure 80 présente de tels doubles et triples clapets.

Les clapets sont en général préférés aux coquilles.

Dans l'établissement des uns et des autres, il faut, tout en conservant la solidité nécessaire, condition de première importance, faire que leur surface supérieure, celle qui doit être pressée de haut en bas par le fluide, excède aussi peu que

possible en grandeur la portion de la surCaice inférieure susceptible d'être pressée de bas en haut, portion qui est Fouyerture même à recouvrir.

Les soupapes étant assez souvent dans le cas d'être réparées ou regarnies , il est des circonstances où il devient essentiel de faire [Hromptement ces opérations ; par exemple , dans les machines destinées à l'épuisement des eaux d'une mine dont les travaux inférieurs sont en exploitation. Pour se ménager une telle £icilité, on renfle, sur ime hauteur d'environ o"5o, les parties de la pompe qui sont immédiatement audessus des soupapes (voyez fig. 79) : ces renflemens, appelés chapelles, sont fermés par une porte ou plaque de fonte, que l'on ouvre lorsqu'on veut réparer ou changer une soupape. Toyâîix. 355. Le tuyau d'aspiration ne peut avoir guère plus de 8"* de hauteur verticale , ainsi que nous le verrons bientôt ; et sa longueur doit différer le moins possible de cette hauteur. Son diamètre est presque toujours plus petit que celui du corps de pompe; il en est les deux tiers ou la moitié; mais, il ne convient pas de le réduire davantage, à moins dy être contraint par quelque considération particulière.

Il en est de même du diamètre du tuyau d'ascension. Quant à sa longueur, elle n'a d'autre limite que celle de la force motrice dont on peut disposer: elle est de 255" aux pompes de la mine de Huelgoat en Brçlagne.

356. Après ces généralités sur les pompes, Espèces venons aux caractères qui les distinguent les unes ^ ^""^ des autres.

Leur piston élève l'eau : soit en aspirant Tair qui se trouvait d abord au-dessous de lui; soit . en foulant l'eau dans le tuyau d'ascension; soit des deux manières réunies : de là Tancienne division des pompes, en pompes aspirantes , pompes JbiUantes^ et pompes aspirantes et foulantes.

Art. 1 /' Des pompes aspirantes.

3^7. Les parties essentielles d'une pompe aspirante sont un corps de pompe A ; un tuyau d'aspi- Fij. 75 ration B, dont l'extrémité plonge dans le puisard contenant l'eau à élever; un piston C percé dans le milieu; et deux soupapes, Tune a couvrant l'ouverture du piston , et l'autre b placée sur le haut du tuyau d'aspiration : cette dernière porte le nom de soupape dormante.

Ordinairement on évase l'extrémité inférieure du tuyau; et on l'entoure d'un grillage destiné à retenir les corps que l'eau pourrait y amener: d'autres fois on renfle cette extrémité, et on la perce de petits trous (fîg. 76).

Sans m'arréter à déc-^iire le jeu de la pompe aspirante, qui est universellement connu, et dont ce qui suit fera connaître les circonstances qui se réfèrent principalement à notre objet, je passe aux considérations d'où l'on déduit les règles pour le bon établissement de cette machine.

Hintcar^ 358. Qu'on prenne un tuyau de 12"" de long, iMUcrctapQ|. exemple; qu'on le place yerticalement de l^* manière que son extrémité inférieure, à laquelle on aura adapté un piston , plonge dans un puisard. Si on lève le piston , Teau le suivra ; et elle montera dans le tuyau jusqu'à une hauteur telle que le poids de sa colonne soit égal à celui d'une colonne de l'atmosphère reposant sur le puisard et ayant même base. Là , elle s'arrêtera ; et si le piston continue de monter, il se fera un vide parfait entre lui et la surface de l'eau élevée. Désignons par b la hauteur d'un baromètre placé dans ce lieu ; en supposant que le mercure de cet instrument soit réduit à zéro de température thermométrique 9 i3,6 sera sa pesanteur spécifique, et i5fib exprimera la longueur de la colonne dans le tuyau : ce sera la plus grande hauteur à laquelle Teau puisse être élevée par aspiration. Au niveau de la mer, où le baromètre se tient moyennement à 0^762, cette hauteur sera, terme moyen, de io™36; elle variera d'ailleurs, dans nos latitudes, entre 10" et lo^yo.

559. Surmontons nnaintcnant le même tuyau d'un corps de pompe muni de sa soupape dormante, et dans lequel on aura place le ])islon. Dclerniinons la liauteur à laquelle il pourra élever Teau, par son jeu alternatif et en aspirant.

Désignons par k la hauteur ( i3,G^) de la colonne d'eau représentant la pression atmosphérique, par E l'espace compris entre la soupape dormante et le piston lorsqu'il est au haut de sa course , et par e l'espace cntie cette même soupape et le bas de la course. Admettons qu'après quelques coups de piston, l'eau soit parvenue, dans le tuyau, à la hauteur ^y et que 0 soit la fgrce élastique de Tair compris cntie la surface

POMPES ASPIRANTES. ^2 l

de cette eau et la soupape y c'est-à-dire que p soit la hauteur d'une colonne d'eau dont le poids mesurerait cette force (419-4^1) ' on aura ^ = k — >|,, puisque cette force, plus le poids de la colonne '>|^, fait équilibre à la pression atmosphérique. Le piston étant supposé au bas de sa course, la masse d'air qui se trouve entre lui et la même soupape, dans l'espace e, aura une force plastique égale à celle de l'atmosphère et par conséquent à k. Lorsqu'on lèyera de nouyeau le piston jusqu'au haut de la course , cette masse se dilatera et finira par remplir l'espace £ : sa densité aura diminué dans le rapport de « à £ ^ et la force élastique , qui suit la même loi ^

ne sera plus que k-- . Si la force ^ de l'air qui est au-dessous

de la soupape se trouve plus grande, elle l'ouvrira (on fait abstraction du poids du clapet ou de la coquille ) ; une partie de cet air passera dessus ; ^ diminuera et deviendra ^', et l'eau s'élèvera d'une nouvelle quantité dans le tujau d'aspiration. Lorsque le piston descendra, cette même partie de l'air,, ou une partie égale, s'échappera en levant la soupape a; et il ne restera plus entre lui et la soupape b, ou dans l'espace e, qu'une masse aériforme pareille à la première, ajant toujours

k de force. Quand le piston remontera , si Ton a ^'>^ — , l'eau

s'élèvera encore dans le tujau. £nfin ^ lorsqu'après un nombre n d'oscillations du piston y. à partir de celle où la hauteur de la colonne élevée était •>!/, l'égalité entre les deux forces, au« dessus et au-dessous de la soupape dormante, sera établie^

qifon aura ^° = A: — , cette soupape ne s'ouvrira phis , et l'eau

ne montera pas davantage , quoique le piston continue de^uer.

Alors la relation ^^ = ^ — 4* deviendra k -r: = ^ — 4" '

d'où Ton déduit 4" = ^(* — ^p expression dans laquelle

4" indique la plus grande hauteur que Teau puisse atteindre dans un long tujau d'aspiration.

n serait en conséquence superflu de cbnner à ce tujau unehauteur plus considérable } il faudra même qu'elle soit sensiblement plus petite } et parce qu'il est nécessaire que Teau^

4^2 POMPES ASPIRAISTES.

en le dépassant ^ panlenne dans le corps de pompe» et & cause du poids des soupapes; on le fera d'enTÎron deux de* cimétres moindre.

Lorsque e sera nul, on aura ^" = ^= 13^6^^ Teau s'éleTera ainsi à tout& la hauteur à laquelle l'aspiration peut la porter. Mais y dans tout autre cas, •>|/° sera moindre^ il ne sera que les 3 de i3,G^, si ^ = 3 £. On voit par là combien Tespace qui demeure entre le bas de la course 6t la soupape dormante est préjudiciable à l'effet de l'aspiration ; aussi les Allemands le nomment-ils espace nuisible {^schasdlicher Raum). Il faut le rendre aussi petit que possible , et disposer la machine de manière que le piston , dans sa descente y arrive presque jusqu'à la soupape dormante : il convient cependant de laisser un petit intervalle 9 afin que^ par suite du jeu que prennent toujours les pièces du mécanisme qui meut le piston ^ il n'aille pas frap|)cr sur cette soupape.

56o. Lorsque par l'effet de la moindre hauteur donnée au tujau d'aspiration^ à la n'^"' levée du piston, un certain vo* lume d'eau aura pénétré dans le corps de pompe, il se présentera un autre ordre de choses. Le volume, qui j restera durant la descente du piston, diminuera d'autant l'espacer: à la levée suivante , Tair se raréfiera encore plus, ^" diminuera de valeur, l'eau montera encore dans le corps de pompe; et, au bout d'un très -petit nombre de levées, elle remplira entièrement l'espace nuisible. Dès-lors, quand le piston, qui est en contact avec elle, remontera, il tendra à se faire un vide parfait sous lui; elle le suivra, pourvu qu'il ne s'élève pas à plus de i5,6^; elle ne Tabandonnera plus, et le jeu de la pompe sera définitivement établi. Toutefois on démontre, d'une manière analogue à celle qui a été emploj^ée au numéro précédent, qu'il peut y avoir deux points d'arrêt, si la lon-

gueur de la course est plus petite que -— , H étant la hauteur

du point le plus élevé de la course au-dessus du réservoir: mais on n'a point à craindre ces arrêts , lorsque la hauteur de l'espace nuisible est petite comparativement à la course.

56 1. En résumé, et en observant que la hauteur du baromètre, ou la pression de Tatmo-

POnPIB ASPIRANTES. 4^5

sphère varie, d'un jour à lautre, dans le même lieu ; et qu'en conséquence , pour qu'une pompé puisse fonctionner en tout tems , on doit admettre ïa plus faible de ces pressions , nous dirons que , dans l'établissement des pompes aspirantes, il &ut 1 .'' que la limite , que le piston ne saurait dépasser dans son ascension , ne soit pas à plus de 12 2^' au-dessus du puisard, b^ étant la bail* teur moyenne du baromètre dans le lieu où est la pompe j ce sera de 9" à 8" selon que l'élévation du lieu au-dessus de la mer sera de cent à mille mètres : ^i."* que rinterralle entre le bas de la cotu'se et la soupape dormante ne soit que dû quelques centimètres 3 de cinq, lorsque la longueur de la course excède o"*5o.

A défaut d'bbflervatioDs directes donaant la râleur de b% si l'on connaissait par approximation l*éiéyation au-dessus de la mer du lieu où est le baromètre, on aurait cette yaleiir par l'équation log^'= — |o,ii8i<

1 8370(0,928 -4* 0,1 84C6S/ — 0,00001 sSi)) f étant cette éleyafion; et / la latitude : pour la France et pour des éléyations au-dessous de Soo*", avec toute l'exactitude que comporte une telle matière , on aurait simplement B' = o™y6a — 0,000089 e.

Si an lieu de^uppo^r, ainsi que nous l'ayons fait, que le mtt^vne est à 0% on le prend à la température moyenne de 1 a% la hauteur mojenne du baromètre sera o"7636 — 0,000091. Je remarquerai, en passant, qu'une telle hauteur donne le terttjé db vdriahie dans le baromètre regardé comme pronostiquant les changemens de tems.

562. La limite supérieure que nous venons Popp d'assigner à la cotirse du piston, concerne tes pompes aspirantes propi^ement dites, où l'eau eiBi ^^ti$ëe pai^ tin dégorgeoir filé sur k coi^

élévatoii

de pompe au niveau du point le plus élevé de la course. Mais habituellement ce point n'est établi, au-dessus du puisard, qu'à 5, 6 ou 7"", suivant les circonstances locales; et, pour ne rien perdre de la hauteur à laquelle l'eau doit être versée, on prolonge le corps de pompe par un tuyau montant à l'extrémité duquel se place le dégorgeoir. Le piston , dans son ascension , porte sur lui et élève toute la colonne fluide contenue dans ce tuyau. Lorsque la hauteur de ces machines n'excède 1 0°" que de quelques mètres , ce sont des pompes aspirantes surhaussées (les hohe Sœtze des Allemands). Mais si elle dépasse ao*^, elles prennent le nom de pompes élévatoires: leur hauteur est illimitée; on en cite une, établie dans les salines de la Bavière, qui porte son eau, d'un jet continu, à Syo™ d'élévation.

De telles machines sont aujoui'd'hui fi^quemment employées à l'épuisement des eaux qui se rassemblent au fond des puits de mine : une seule y fait le service qui était autrefois effectué par dix et quinze pompes simplement aspirantes placées, en répétition, les unes sur les autres. Celles , où le tuyau d'ascension n'a pas été dévié de la verticale passant par le corps de pompe, et où par conséquent la longue tige du piston est renfermée dans ce tuyau , occupant peu d'espace en largeur, conviennent surtout aux puits très -étroits : elles servent exclusivement pour extraire les eaux des puits forés avec la sonde; «t c'est à l'aide de tels puits et de telles pompes

n'ayant que o"o8 de diamètre qu'on exploite aujourd'hui les sources salées de certains pays. Le ' diamètre du corps de pompe y est un peu plus petit que celui du tuyau d'ascension ; de manière que lorsque le piston en a été enlevé, pour les fréquentes réparations dont il a besoin, il puisse y être facilement introduit par le haut.

363. Quelle que soit la hauteur à laquelle^^n^^ une pompe verse son eau y quels que soient Ze*""^ *^" diamètre et Finclinaison des tuyaux d'aspira-^ tion et d'ascension , le piston porte toujours une charge d'éau égale au poids d'une colonne de ce Jluide qui aurait pour base celle du piston même, et pour hauteur la différence de niveau entre la surface du puisard et le point de versement. Soient, en effet, H cette différence de niveau et D le diamètre du piston : observons ce piston en un point quelconque de son mouvement, et désignons par h la distance verticale entre ce point et celui du versement, et par h! l'élévation de ce même point au-dessus du puisard; on a toujours A + A' = H. Le piston sera pressé de haut en bas par le poids de fatmosphère et par celui de la colonne d'eau qui est au-dessus de lui; c'est iooo7r'D2(A-i-^): il sera en outre pressé de bas en haut par le poids de la colonne atmosphérique diminué du poids de la cofonne d'eau qui est au-dessous de sa base, c'est - à - dire par i oooo tt' D^ ( /: — hl). Ces deux pressions étant opposées, leur résultante ou la charge effective du piston sera i ooo tt' D^ (A + A)

— iooo7r'D«(A: — A')= iooo7r'D»(AH-A') = 1 ooo ^ D' H , conformément à renoncé du théorème.

Les diamètres des tnjanx d'aspiration et d'ascension n'entrent point dans cette expression ^ et la charge en est indépendante y par suite de ce principe d'hjrdrostatiqne : lorsqu'un vase renferme un liquide , la pression qui a lien sur le fond ne dépend que de la grandeur de ce fond et de la hauteur verticale du liquide au-dessus de lui, soit que le vase ait une forme prismatique , soit que sa partie supérieure se réduise en un tuj^au long et étroit , soit qu'elle présente un laige évasement

|u«.ftaii<>i>y 364* Indépendamment de la cliarffe dont il

f*""^*^ vient d'être question , et qui correspond à l'effet

utile de la machine, la force destinée à élever

le piston aura encore à vaincre les résistances

passives provenant,

1 .*^ Du frottement du piston contre, les parois du corps de pompe;

2.° Du frottement de l'eau contre ces mêmes parois et contre celles des tuyaux;

3.*^ De l'étranglement de la veine fluide à son entrée dans le tuyau d'aspiration et à son passage par Fouverture de la soupape dormante ;