DES MACHINES A COLONNE D'EAU
33. Au Heu de se servir d'une roue à axe horizontal ou vertical pour transmeure la puissance motrice d'une chute d'eau, on peut faire agir l'eau sur un piston animé automatiquement d'un mouvement de va-et vient. Les moteurs de cette catégorie, qui sont spécialement appliqués aux épuisements, ont reçu le nom de machines à colonne d'eau. Nous nous bornerons à indiquer les trois types suivants de ces machines.
34-. Machine à colonne d'eau à simple effet de Huelgoat. — Cette machine est représentée par les Jig. 58 et 5g.
À est un piston mobile dans toute la longueur du cylindre B, ouvert par le haut, fermé par le bas.
G un tuyau qui amène l'eau sous le piston A, en passant par l'ouverture H pratiquée dans le cylindre, pour le faire monter. Celle même ouverture permet de faire écouler l'eau du cylindre dans l'atmosphère, par suite, de faire descendre le piston, quand on supprime sa communication avec G. Il faut donc que l'ouverture H soit alternativement mise en communication avec G et avec le tuyau C qui rejette l'eau au dehors.
L'appareil employé pour cet objet se compose de deux pistons E, F, montés sur la même tige et pouvant se mouvoir ensemble dans le cylindre qui les contient. Ces deux pistons se trouvent respectivement représentés dans \esjfig. 58 et 5g, dans la partie la plus basse et la plus haute qu'ils peuvent occuper. Dans la Jig. 58, G est en communication avec le cylindre, tandis que, dans \zfig. 5g, le cylindre se trouve en communication avecC, pendant que l'arrivée de l'eau motrice sous le piston A est interceptée. Dans le premier cas, le piston
monte, dans le second il redescend. II resle à voir comment s'effectue le mouvement alternatif deEelF. La pression surE
Fîb- 58. Fig. 5g-
est plus grande que sur F, qui est d'un diamètre un peu moindre, de sorte que leur système tend continuellement à monter, et c'est ainsi qu'il passe de la position de la fig. 58 à celle de la/îg-. 5g.
Pour produire le mouvement contraire, on a adapté au cylindre des pistons E, F un petit tuyau D qui se relève et communique avec le dessus du piston E par la petite ouverture L, où elle vient exercer une pression bien Lot suffisante pour faire redescendre le système (E, F); pour que cette pression ne soit pas trop forte, on a surmonté le piston E d'un manchon cylindrique, d'un diamètre un peu moindre, qui détermine sur la surface du piston une surface annulaire où la pression de l'eau vient s'exercer. Un mécanisme particulier, dont nous allons parler, met alternativement L en communication avec D et le tuyau N qui aboutit à C : dans le premier cas, l'eau agit sur la
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partie annulaire de E pour le faire descendre ; dans le second, le système (EF) est au bas de sa course ; il s'établit alors une communication entre L et N;pour permettre à l'eau qui est au-dessus de E de s'échapper et à (EF) de remonter.
A cet effet deux pistons K, I, montés sur la mêmeïige, se meuvent dans un corps de pompe situé entre l'ouverture L et le tuyau D. Un mouvement de va-et-vient de ces deux pistons amène le piston K tantôt au-dessus de L, et c'est ce qui met en communication le dessus de E avec l'eau motrice par le tuyau D, tantôt au-dessous, ce qui établit la communication avec le tuyau de décharge par le tuyau N.
Ce mouvement de va-et-vient du système (K, I) est produit par la tige M fixée au grand piston A et mobile avec lui. Deux taquets X et Y, qui font corps avec elle, soulèvent ou abaissent l'arc RS et le levier QR mobile autour de Taxe Q. Ce mouvement se transmet à (T, K) au moyen du système d'articulation SPTO.
Les deux soupapes à gorge V et U, placées dans G et C, servent à modérer le mouvement de la machine ; les positions données aux taquets X et Y règlent d'ailleurs l'étendue de la course du piston. Pour arrêter la machine, il suffit de fermer l'un ou l'autre de deux robinets adaptés respectivement à N et D.
Les cannelures pratiquées dans le piston F sont destinées à empêcher que la communication de H avec G ne soit trop brusque, ce qui occasionnerait des chocs.
Quand le piston F passe devant l'ouverture H, il éprouve une très-forte pression latérale; pour qu'il n'en résulte pas de frottement considérable du piston contre la paroi, on a évidé le cylindre vis-à-vis de l'ouverture H ; par ce moyen, l'eau se répand également partout autour de F, qui se meut sans éprouver de frottement.
Deux machines semblables ont été établies l'une à côté de l'autre dans la mine de plomb argentifère de Huelgoal ('); les tiges des pistons A prolongés font mouvoir deux pompes d'épuisement élevant l'eau à 23o mètres de hauteur ; c'est lorsque
(*) Elles sont détruites depuis un certain nombre d'années.
Io4 CINQUIÈME PARTIE. — CHAPITRE Y.
le piston remonte que l'eau à épurer est refoulée dans le tuyau d'ascension. Quand le piston descend, il n'y a aucune résistance à vaincre : c'est pourquoi on a dû chercher un moyen d'équilibrer en partie le poids des tiges, etc. A cet effet, on a placé les machines à 14 mètres au-dessous de la galerie par où s'écoulent les eaux des pompes ; la hauteur de la chute est alors de 74 mètres, et l'eau, après avoir soulevé le piston A, ne peut être expulsée de dessous lui, pendant qu'il descend, qu'autant qu'il l'a fait remonter à une hauteur de 14 mètres par le tuyau de décharge C.
Le coefficient d'effet utile de la machine est de 0,66 à 0,70.
Soient
II la hauteur de la chute;
£2 la section de l'ouverture II où la vitesse est V ;
//, q la hauteur et le volume d'eau que la pompe doit élever
par minute ; II le poids du mètre cube d'eau.
Le travail qu'il s'agit de produire est II^A, auquel il faut
ajouter — — , qui correspond à peu près au travail absorbé par jà
le frottement.
Le travail moteur est II VÛH x 60 par minute; mais il ne
transmet que 0,70 x II Vu H x 60 = o,42lIVQH, de sorte
que Ton a
(1) VaHo,42 = 5r/A.
Soient
a la surface du piston de la pompe ;
/ sa course;
n le nombre des coups de piston par minute.
On aura
(2) aln = q.
L'équation du travail (1) peut prendre une autre forme; car, m A est la surface du piston moteur, dont la course est égale à celle du piston de la pompe, la pression qui s'exerce sur la face inférieure est II AH, dont le travail, pour la course totale,
m; s HÀcniNts a colonnï d'eau. io5
esl HAIT/, et par minute ÏI AII/h ; i! vient donc
HAH/zi = -\nq/i = \Ualnh, d'où
(3) Ail =|«zA.
Telles sont les trois relations qui lient entre elles les s ix quantités V, Q, n, A, a, l.
On fait en sorte que la vitesse V soit inférieure à 2 mètres.
35. Machine à colonne d'eau à double effet. — La Jtg. 60 représente un type de machine à colonne d'eau à double effet
V est le piston moteur ; CC son cylindre, qui esl fermé à ses deux extrémités; D', D deux ouvertures par lesquelles l'eau entre sur et sous le piston, sort ensuite du cylindre ; F esl le
tuyau d'arrivée de l'eau, et ses embranchements G', G correspondent respectivement aux faces supérieure et inférieure du piston; K', K sont deux pistons montés sur la même tige et qui mettent respectivement G' et G en communication avec F et le tuyau d'évacuation I, et inversement selon que V est en haut ou en bas de sa course.
H est un piston ayant la même tige que (K, K'), mais qui se meut dans un corps de pompe au-dessous et au-dessus duquel l'eau motrice peut arriver par l'intermédiaire des embranchements et R du tuyau P qui part de G'. Un robinet Q metalternativement R et en communication avec P et avec l'atmosphère par le tuyau L, et cela pour deux positions à angle droit du robinet. Ce robinet est mû par la tige J, articulée à la tige de V, et terminée d'autre part par une coulisse dans laquelle passe le bouton d'une manivelle fixée au robinet; tant que le boulon se trouve entre les extrémités de la coulisse, la manivelle ne se déplace pas, par suite le robinet conserve sa position; mais, quand ce bouton atteint l'une de ses extrémités le robinet tourne brusquement de 90 degrés, ce qui explique le jeu de la machine.
36. Moteur-pompe. — Ce nom a été donné par l'inventeur, M. L.-P. Girard, à une machine à colonne d'eau, à simple effet, dont nous allons donner la description et la théorie.
A A A' A' (fig. 61 ) est une cuve en bois s'élevant du niveau du bief d'aval au niveau du bief d'amont;
B une ouverture annulaire pratiquée dans une pièce reliée à la partie inférieure de la cuve ;
D un cylindre vertical fixé à la pièce ci-dessus et de même axe que B ;
C une soupape faisant corps avec un manchon qui peut glisser librement le long de D ; cette soupape peut fermer l'ouverture B; un ressorte boudin s'appuyant sur son siège, entourant D, tend à maintenir ouverte la soupape C, tant qu'une cause déterminée ne tend pas à produire l'effet contraire.
HH un piston guidé également par D, séparé par un intervalle annulaire de la cuve à laquelle il est relié par une bande de cuir ; la soupape F, semblable à C, ferme une
