La /iç. 161 représente une machine à détente variable à
balancier, du système Farcot; la distribution est celle que
DES PHIKCIPAGÏ TYPES. DE MACHINES A VAPKUll. 3tv;
nous avons étudiée au n" 96, dont la came est commandée par le régulateur.
Fi 8 . .fi».
Nous rappellerons que celle distribution ouvre et ferme brusquement les lumières d'admission, ce qui supprime l'éli -
rage de la vapeur. Les espaces nuisibles sont plus faibles que dans les distributions à un seul tiroir.
Les Jig. 162 et i63 représentent une des machines des souffleries des hauts-fourneaux de Kans (Jura).
Fig. ,63.
.La distribution appartient au système Farcol, seulement la came est remplacée par un coin (98) que l'on déplace à la main, selon le degré de détente que l'on veut obtenir.
Le condenseur, qui n'est pas indiqué sur la ligure, n'est autre chose que le condenseur à injection et à surface décrit au n" 74.
§ V. — Des machines à détente variable à admissions et échappements indépendants.
120. Ces machines sont à connexion directe et à cylindre horizontal. Deux lumières d'admission sont placées au-dessus du cylindre à ses deux extrémités, deux lumières d'échappement sont respectivement placées au-dessous des précédentes, à la partie inférieure du cylindre; les sections de ces lumières sont retativementgrandes, de manière à réduire les pertes de travail dues aux étranglements, et atteignent^ de celle du cylindre.
Le système de distribution caractérise celui de la machine; dans tous les cas, il remplit les conditions suivantes : il ouvre et ferme très-rapidement les lumières d'admission et d'échappement en vue de supprimer l'étirage delà vapeur; ses organes éprouvent à se déplacer une très-faible résistance.
L'éloignement des orifices d'échappement de ceux d'ad-
mission élimine la cause de refroidissement due à la condensation, et par suite les coups d'eau.
L'indépendance des admissions et des échappements permet de réduire à très-peu de chose les espaces nuisibles, de supprimer la période de compression des machines à tiroir, et de réduire au striot nécessaire les avances à l'admission et à l'échappement.
Les diagrammes relevés sur les machines dont nous nous occupons, lorsque les cylindres sont munis de chemises de vapeur, diffèrent très-peu des diagrammes résultant de l'application de la loi de Mariotte [voiries Jig. 126 et 127). Le rapport du travail mesuré du frein sur l'arbre moteur au travail indiqué par les diagrammes est en moyenne de 90 pour ioo et a atteint parfois 93 pour 100. Il nous semble que l'on ne peut exiger plus, et que les machines à vapeur ont atteint leur dernier degré de perfection.
Nous allons étudier les deux principaux types de ces machines, qui ont été conçus et exécutés presque en même temps, l'un en Amérique, l'autre en Suisse.
Fig. 1G4.
121. Machine Corliss.— Dans cette machine (Jig. 164 et i65), la vapeur arrive, par un tuyau vertical T, au milieu d'an réservoir rectangulaire circonscrit à la partie supérieuredu cylindre avec lequel il fait corps; de chaque côté de ce réservoir, la vapeur se répand dans l'enveloppe du cylindre par deux orifices, et l'eau résultant de la condensation dans cette enveloppe est renvoyée dans la chaudière en ouvrant un robinet inférieur.
370 KlXltlE PARTIE. — CIUPITHK VII.
Fi„. i(
■B1NC1PAVS TTFES DE MACHINES A
L'admission de la vapeur dans le cylindre est réglée parles distributeurs D, D,; chacun d'eux [fig. 166) est formé d'une
Fi c - ififi.
monture en Ter dont la section est rectangulaire, qui peut lournerautour d'un axe horizontal de direction perpendiculaire à celle du mouvement du piston. Un piston circulaire, formé d'un segment de cylindre, s'engage à frottement doux dans cette monture, correspond à une glace cylindrique présentant une surface un peu plus large, et dont l'orifice d'admission occupe la région moyenne. La section de chaque orifice est le ii de la section du cylindre. Deux ressorts méplats interposés entre la monture et le piston font appuyer ce dernier sur la glace, en vue de compenser les effets de l'usure. Le distributeur ne supporte que la pression qui s'exerce sur ia surface, relativement petite, de la partie cylindrique du piston; l'axe de la monture traverse, par des stuffing-box, les parois latérales de la boite. 11 résulte de cette disposition que l'on n'a à vaincre qu'un faible frottement pour déplacer le distributeur. L'espace nuisible se trouve réduit à un faible intervalle compris entre la glace et le cylindre et au volume très-petit compris entre le fond du cylindre et le piston arrivé à l'extrémité de sa course.
Les deux distributeurs d'échappement E, E, ont le même diamètre que les précédents, mais leur surface cylindrique est plus étendue [fig- 167). La section de leurs lumières est de ; de celle du cylindre; la période d'ouverture de ces lumières correspond aux -J-J de la course. Les deux pieds, qui supportent
DES PRINCIPAUX TYPES DE MACHINES A VAPEUR. 3j3
le cylindre, servent de conduits à l'échappement et sont reliés par un tuyau qui aboutit à un condenseur à injection.
Il nous reste maintenant à faire connaître le mécanisme qui produit le jeu des distributeurs.
Fi B - "67.
Pour plus de clarté, nous désignerons par de simples lettres les organes de la distribution la plus rapprochée de l'arbre moteur, et par les mêmes lettres affectées de l'indice t les organes semblables de l'autre distribution.
Un excentrique OB [fig. 164 et i65) est monté sur l'arbre moteur et fait, avec la manivelle OA, un angle qui ne diffère de 90 degrés que d'un angle de la grandeur des angles ordinaires de calage.
Vers son extrémité, la barre BB' de l'excentrique, dirigée horizontalement vers le cylindre, présente une encoche dans laquelle s'engage le bouton B' d'une manivelle dont l'axe 0' est parallèle à celui de l'arbre moteur, ce qui permet, lors de la mise en marche, de faire fonctionner à la main la double distribution, en agissant sur un levier adapté à l'arbre O'.
La manivelle O'B' est calée sur un plateau qui porte quatre manchons a, a„ c,'c„ dont les deux derniers commandent, par des bielles, les manivelles Ec,E,C|, qui terminent d'un même côté les axes distributeurs d'échappement. Les deux autres sont reliés, par des bielles articulées en b et h„ à deux pièces [porte-ressorts], mobiles autour d'un axe Ûxe 0", parallèle à l'axe 0'.
Occupons-nous spécialement, pour fixer les idées, du sys-
tème du distributeur d'admission le plus rapproché de l'arbre moteur. Deux lames élastiques, l'une en contact avec l'autre, sont encastrées dans la région du porte-ressort voisine de l'axe 0". Les extrémités libres de ces lames sont munies d'un appendice permettant, à l'aide d'une double bielle, de les relier à une tige formant le prolongement de la bielle horizontale qui commande la manivelle Dd du distributeur; sur cette tige est monté un piston en bronze/?, fonctionnant dans un cylindre fermé du côté du porte- ressort, et dont nous indiquerons plus loin la fonction.
À l'extrémité du porte-ressort est articulée une pièce [palette de déclic) qui est formée, du côté du cylindre, d'une partie rectiligne gh et de l'autre côté d'une partie légèrement courbe dont la convexité est tournée vers le bas.
L'extrémité de la partie droite est entaillée par-dessous, de manière à pouvoir, sous l'action d'un petit ressort disposé en conséquence, venir buter contre l'angle dièdre supérieur de la tige du piston guide, extrémité qui affecte la forme d'un parallélépipède rectangle dont deux faces sont horizontales.
On voit, par cette disposition, que, dans la période d'oscillation correspondant à la marche vers le porte-ressort, ou dans ce que l'on peut appeler le mouvement direct, la palette de déclic pousse la bielle et fait tourner le distributeur qui, au moment voulu, démasque rapidement la lumière d'admission; dans le mouvement inverse, la bielle reviendrait en arrière sous l'action du ressort, en suivant la loi du mouvement du porte-ressort; mais cette circonstance ne se présente pas généralement, comme nous le verrons bientôt.
Le régulateur, qui est placé en arrière des porte-ressorts par rapport au cylindre, est porté sur une colonne creuse contenant son mouvement de commande et ne peut que soulever ou abaisser son manchon qui est engagé dans une rainure ménagée dans la colonne. Au manchon est articulée une bielle ij, commandant, à son extrémité, le levier de détente jl placé sur une pièce en forme de Y. Celte pièce est assemblée avec le bâti et porte tout le mouvement de la distribution.
L'extrémité /du levier de détente, opposée au régulateur, porte deux touches en acier venant se placer au-dessus des par-
ties courbes des palettes de déclic. Les touches ont pour effet de faire basculer les palettes autour de leur axe, lorsqu'elles viennent à les rencontrer dans leur mouvement oscillatoire. A ce moment, la tige et la bielle, qui étaient conduites dans un sens, obéissant à l'action des ressorts, prennent un mouvement rétrograde très-rapide ; la lumière d'admission se trouve ainsi fermée presque instantanément, et la détente commence.
Une touche rencontre plus tôt ou plus tard la palette de déclic correspondante, selon que le manchon du régulateur est plus ou moins élevé; par suite, l'admission diminue ou augmente; on a ainsi une détente variable très-rapide et d'une grande précision. La palette n'arrive à commander de nouveau les bielles d'admission qu'au commencement de l'oscillation directe suivante du porte-ressort.
Le manchon du régulateur, du côté de la colonne opposé au levier de détente, porte l'a tige d'un piston percé de trousfonctionnant dans un cylindre fixé après cette colonne et contenant de l'huile. Si le mouvement de la machine vient à s'accélérer, le passage de l'huile à travers les trous détermine une résistance qui a pour effet de supprimer, à très-peu près, les oscillations des boules, lorsque la vitesse vient à éprouver une variation; les boules prennent ainsi presque immédiatement la position qui convient à la nouvelle vitesse de régime. Pareille chose a évidemment lieu si la vitesse de la machine vient à diminuer. '
Les pistons placés sur les tiges qui forment les prolongements des bielles d'admission ont pour effet d'éviter les chocs dans la période de fermeture qui s'opère sous l'action des ressorts. Vers le fond de leurs cylindres, on a pratiqué une petite ouverture, variable à volonté au moyen d'un robinet. Dan? le mouvement direct, l'air est aspiré sous le piston par cet?' ouverture; mais, au moment de la fermeture, le mouvement du piston est trop rapide pour que l'air introduit puisse être complètement expulsé pendant la durée du mouvement. Il se forme ainsi un matelas élastique qui neutralise en partie l'action du ressort et évite un choc.
Un système d'écrous adapté aux bielles des distributeurs
permet de rectifier, quand H y a lieu, le jeu des organes de la distribution.
Avant d'aller plus loin, étudions un instant le mode d'action des palettes de déclic sur le régulateur.
Soient
P le poids de chacune des boules;
a la longueur des tiges qui les relie à l'arbre, mesurée à partir de leurs centres;
b le côté du losange qui entre dans la composition du régulateur;
w la vitesse angulaire de régime de l'arbre;
a l'angle que forment les tiges a avec la verticale.
En nous reportant au n° 75 de la IV e Partie, on a
aP
— fl'w'cosa — aPa = o.
Lorsque les touches viennent en contact avec les palettes du déclic, il s'exerce sur le manchon un petit effort /> qui tend à abaisser les boules, effort que Ton peut considérer comme constant, pendant la faible durée de son action, et comme étant connu; l'angle a diminue de l'angle Sa, que nous supposerons suffisamment petit pour qu'il soit permis d'en négliger les puissances supérieures à la première; pendant le temps 0, par l'effet du modérateur, la vitesse w n'éprouve pas de variation appréciable, et l'on a
aP
— flw a cos(a — £a) — aP<? —pb = o,
d'où
Sx =
pb
aP
— tw'sina
Pour que l'angle Sa reste petit et que par suite w ne varie pas sensiblement, comme nous l'avons supposé, il faut que l'angle a ait une certaine valeur : c'est pourquoi l'angle moyen formé par les deux branches du régulateur de la machine Corliss est à peu près égal à 80 degrés.
Pour terminer, nous allons chercher à établir la relation. qui
existe entre la loi du mouvement des porte-ressorts et celle du mouvement du piston.
Soient
« la vitesse angulaire de l'arbre moteur, qui est censée avoir lieu de la gauche vers la droite ;
l'angle que forme la manivelle avec son point mort extérieur;
90 -f- a l'angle compris sous la manivelle et l'excentrique, ol étant une constante positive ou négative.
Nous supposerons, comme cela a effectivement lieu, que la barre d'excentrique BB' est assez longue pour que l'on puisse en négliger l'obliquité, et que l'on a
0'û = OV,, 0'c=0'r n ab = ab n
quoique, dans la réalité, le rayon O'c soit un peu plus petit que O'c,.
Enfin, pour éviter toute confusion, nous affecterons respectivement du signe -f- et du signe — les vitesses circulaires selon qu'elles auront lieu de la gauche vers la droite ou en sens inverse.
La vitesse angulaire instantanée autour du point 0' [Jig. 168) étant
(a) -. w ' = __ W g-g. C os(0-i-a),
la vitesse correspondante du point a est
— WjjrjpO'tfCOS(0-4-a).
La vitesse angulaire autour du centre instantané S (point de rencontre des directions de C a, 0"b) de ab a donc pour valeur
et la vitesse du point b
(b) eo^ S£cos(Ô-^a);
Si l'on mène par le point 0' la parallèle O'k à ab jusqu'à sa rencontre k avec la direction de 0"6, il est facile de voir, par
une similitude de triangles, que l'expression (6) peut se mettre sous la forme simple
On voit enfin que la vitesse de l'articulation g du porte-ressort avec la bielle du distributeur D est
OB 0" «■ (0 ""OB' çyr ô bAcos ( B -*-*)•
On reconnaît de la même manière que la vitesse semblable relative au tiroir D, a pour valeur
(1') +»g^? Q^M,cos(0-t-a).
Les longueurs bk, b x k x varient avec suivant une loi compliquée que nous ne chercherons pas à établir; mais, comme les déplacements angulaires autour des axes 0, 0' sont trèslimités, ces longueurs varient peu, et Ton peut, sans erreur sensible, leur substituer leurs valeurs correspondant à la position moyenne du système articulé.
Nous prendrons, pour cette position moyenne, celle pour laquelle l'excentrique est perpendiculaire à la direction de la tige du piston; les points b et b x devront coïncider pour cette position; nous ferons d'ailleurs en sorte que la bissectrice de l'angle aO r a x soit perpendiculaire kO"b. Dans ces conditions, les valeurs moyennes de bk, b x k x auront une même valeur que nous désignerons par p, et, à l'obliquité près de la bielle motrice, les choses se passeront de la même manière dans les deux oscillations du piston. Nous aurons ainsi, au lieu des formules (i) et (i'), la formule unique
(a) ^cvb' cr!' ttC0S t )#
Occupons-nous maintenant des distributeurs d'échappement.
Soient U le centre instantané de la bielle ce, point d'intersection des directions de 0' e et Ee; h le point de rencontre de la parallèle en 0' à ce avec la direction de Ee. D'après la formule [a), la vitesse de c est égale à
OB
— &>' x O'c = — w r-pfr O'c COS (0 -h a) ;
38o SIXlfcMB PARTIE. — CHAPITRE VII.
la vitesse angulaire autour de U est, par suite,
OB Ce , fi .
"cFÏÏ'ÛF 008 ^"''
et la vitesse du point e
, OB O'cxUff " . OB , ttk .
On trouverait de même, pour la vitesse de e,,
OB (3') w g./ i| ^ CO s(9-+-a).
Si Ton fait en sorte que les valeurs moyennes de he, h { e % aient la même valeur v, et c'est ce qui a effectivement lieu, les formules précédentes se réduiront à la suivante :
(4) ±*>QTg>vCOS(0-ha).
Enfin, si Ton s'arrange de manière que Ton ait
V = -^rrfX
et si Ton pose, pour abréger,
OB
OB' ' les formules (2) et (4) seront comprises dans celle-ci
(5) =f wrCOS (9 -h a),
le signe supérieur se rapportant aux distributeurs D et E,, et le signe inférieur aux deux autres.
Mais on voit alors que la distribution, en dehors de la période de détente, a lieu, comme dans la distribution, par un tiroir ordinaire dont la course serait ar et l'angle de calage a. On retombe ainsi sur un problème connu.
11 nous reste maintenant à dire quelques mots sur la détente.
Nous supposerons, comme cela a lieu d'ailleurs, que le système articulé du régulateur est un losange.
Lorsque la machine passe de l'état de repos à un état de mouvement permanent, le levier de détente, dont la ligne médiane fait toujours un petit angle avec l'horizon, s'abaisse d'une quantité sensiblement proportionnelle à la réduction subie par la diagonale verticale du losange; or cette réduction est égale à une constante diminuée d'un terme proportionnel à l'inverse du carré de la vitesse angulaire du régulateur, par suite de la vitesse angulaire de la machine.
La hauteur y de la touche au-dessus de la tige à conduire est donc de la forme
met» étant deux constantes qu'il est facile de calculer pour un système donné.
Soit R le rayon de l'arc de la palette de déclic.
Le chemin parcouru par le tiroir fictif dont nous avons parlé plus haut, à partir du point mort» est
(d). x = r[sin(ô -+-a) — sina].
'Lorsque la palette de déclic vient buter contre la touche correspondante, il est facile de voir que Ton a
(x + a) 2 = y (iR — y),
a étant la distance de la projection horizontale de la louche * à la position qu'occupe l'articulation du porte-ressort avec le déclic pour = o.
Si Ton remarque que le rapport -~ est toujours une petite
fraction, on peut écrire tout simplement
x = — a-^yj'i i\f
ou encore, en ayant égard aux valeurs (c) et (d),
sin(0-f- «)==sin.a -4--H-- \/*R ( ' ll -+-"-■ )
Cette formule fera connattre la détente
v// i — cosô . ,0
correspondant à une vitesse angulaire donnée.
Si Ton s'impose la condition que Ton ait A = A, pour 6) = a> 0f les équations (6) et (7) établiront une relation entre m, 71, R, à laquelle on devra satisfaire.
Nous croyons devoir ne pas poursuivre plus loin ces considérations théoriques, quoique le sujet comporte un certain nombre de questions intéressantes dont la solution présente plus ou moins de difficultés : telle est, par exemple, celle qui se rapporte au fonctionnement du modérateur à huile.
122. Machine Sulzer. — Celte machine est représentée, en élévation et en plan, par la fig. 169; la^ig*. 170 est une section faite par un plan perpendiculaire à Taxe du cylindre passant par Taxe des tiges de deux soupapes correspondantes d'admission et d'échappement; \zfig. 171 indique la position du mécanisme de l'une des deux soupapes d'admission lorsque l'excentrique est à fond de course et que les deux taquets d'acier dont il sera parlé ci-après sont le plus éloignés l'un cfe l'autre. Enfin la^. 172 représente le mécanisme de l'admission considéré uniquement au point de vue géométrique.
Le cylindre est muni d'une chemise de vapeur entourée de matières feutrées maintenues elles-mêmes par une enveloppe
en bois.
La distribution se fait par des soupapes qui, pour la plus légère élévation au-dessus de leurs sièges, donnent une grande issue à la vapeur.
La tige du piston est guidée par une glissière cylindrique qui offre l'avantage sur la double glissière plane, généralement en usage, de parer aux effets résultant d'un jeu latéral de l'arbre moteur entre ses épaulements.
Les soupapes sont maintenues sur leurs sièges par des ressorts à boudin; elles sont en fonte au bois, grise et à petits grains. On a été conduit par l'expérience à employer cette
DBS PRINCIPAUX TÎPES DE MACHINES I
matière pour éviter les effets de mallage('); d'ailleurs, on a dis- Fi B . .70.
pose sur chacune des liges des soupapes d'admission un petit
(*) Les objections souleTées contra l'emploi des loupapes paraissent avoir été trèt-exagérées. Nous en citerons un eiemple : les machines des bateaui de la Compagnie générale de navij>aliun de Lyon, dont la puissance Tarie entre 300
piston à compression d'air, semblable à ceux des machines Corliss, pour amortir les chocs lorsque les soupapes d'admission, après avoir été soulevées, sont renvoyées brusquement sur leurs sièges comme nous le verrons plus loin.
Fig. 172.
Une roue d'angle, montée sur Parbre moteur, engrène avec une roue identique adaptée à Tune des extrémités d'un arbre Oi parallèle à l'axe du cylindre ; cet arbre, par une transmission secondaire qu'il nous paraît inutile de décrire, communique le mouvement au régulateur qui appartient au système dit américain que nous étudierons en temps voulu, Le manchon de ce régulateur ne peut se déplacer que dans le sens vertical; le levier qu'il commande est terminé, d'une part, par la tige articulée chargée de produire la variation de la détente, et, de l'autre, par un modérateur analogue à celui de la machine Corliss, mais auquel il n'est pas nécessaire de donner
et 1000 chevaux, sont toutes à soupapes; les anciennes machines à tiroir ont été transformées. Le nombre de tours par minute de l'arbre moteur de chaque machine est de 20 à 5o tours suivant sa puissance, et la vitesse du piston est de 3 mètres. Néanmoins on ne retouche les soupapes que tous les quatre ou cinq ans au minimum. Ce délai a été souvent porté à neuf et dix ans et quelquefois quinze ans.
autani d'importance, en raison même de la nature du régulateur.
La tige de chacune des quatre soupapes est articulée à un levier coudé, et, au delà de son axe, à une pièce qui est en rapport avec l'arbre 0,.
Pour les soupapes d'échappement, celte pièce est une barre d'excentrique articulée à une manivelle mobile autour d'un axe parallèle et terminée au delà par un galet. Ce galet reçoit l'action d'une came formée de deux parties cylindriques de rayons différents; quand celle de ces parties dont le rayon est le plus grand agit sur le galet, la soupape est soulevée brusquement et retombe rapidement sur son siège dès que l'action de la partie ci-dessus sur le galet vient à cesser.
Occupons-nous maintenant du mécanisme de Tune ou de l'autre des soupapes d'admission.
La barre eq d'un excentrique 0,e monté sur l'arbre Oi forme, un peu au delà du collier, une fourchette dont le plan de symétrie est vertical. La pièce qui réunit les deux extrémités de la fourchette porte, en son milieu, une sorte d'olive percée d'un trou diamétral et mobile autour de l'axe de cette pièce.
Dans ce trou s'engage une tige cylindrique articulée en a au levier coudé de la soupape et mobile autour de l'axe 3 ; celte tige se termine par un châssis du côté de l'arbre Oi. La tête du châssis est reliée par une bielle bV à une manivelle 0,6, montée sur un arbre O a parallèle à l'arbre 0,. Cet arbre est commandé par la tige verticale, définie ci-dessus, du régulateur, par l'intermédiaire d'une manivelle.
La tête du châssis est munie, à l'intérieur, d'un taquet en acier; un autre taquet, relié aux deux flasques de la barre d'excentrique entre lesquelles il est placé, correspond au précédent. Tant que les deux taquets ne sont pas en contact, le bras de levier 2 a reste fixe sous l'action du ressort de la soupape; mais, à partir du moment où les deux taquets sont en contact, la soupape se soulève, et l'admission de la vapeur a lieu pendant toute la durée du contact.
Il résulte de. cette disposition, rendue très-claire par les fig* 1 1° el ! 7 2 > que, si le manchon du régulateur vient à s'élever, il en est de même de la manivelle de la fourchette : le
taquet de cette fourchette s'éloignanl davantage de celui de la
bielle, la durée de leur contact est réduite; la soupape reste
ouverte moins longtemps, et la vapeur se détend davantage.
Le régulateur américain [fig. 173) est un régulateur à boules
Fi 8 . , 7 3.
d'un faible poids, dont les bielles forment un losange. Les bielles sont deux à deux articulées aux extrémités d'un diamètre horizontal à chacune des sphères. La douille est surmontée d'une masse pesante, de révolution, traversée par l'arbre.
Reportons-nous au n° 75 de la IV* Partie, dont nous conserverons les notations, en supposant a = b = c; désignons par 2Q le poids de la masse qui repose sur la douille; au lieu des formules (2) et (3) du numéro précité, nous aurons les suivantes :
(a') -atv 1 cosz — (P-i- Q) ;p/> = o,
13') ' i-^f.-fl.
et, au lieu des équations (4),
Comme le rapport p est une très-petite fraction, on peut prendre très-approximalivement
et Ton a, pour le degré de sensibilité,
w # Ph-Q
On voit ainsi que le régulateur dont nous nous occupons peut être doué d'une sensibilité aussi grande que Ton voudra, entonnant au poids Q une valeur convenable.
En faisant en sorte que l'admission de la vapeur soit supprimée et atteigne son maximum pour des valeurs de a trèsvoisines de a#, la vitesse angulaire de l'arbre moteur ne pourra varier relativement, ou du moins à très-peu près, qu'entre les
limites très-faibles - n ^ ~ i tt-—^ ; de sorte que Ton ob-
tient très-sensiblement le même résultat qu'avec un régulateur isochrone.
Le régulateur dont il s'agit offre de plus cet avantage, que, par l'effet de la grande masse Q, les oscillations des boules lors d'un changement de vitesse sont très-faibles; elles sont, de plus, détruites presque immédiatement par le modérateur à huile.
Nous allons maintenant étudier, avec quelques détails, le mécanisme au moyen duquel la détente se produit.
Dans la réalité, la bielle bb 1 est un peu plus longue que 3 a; mais, en vue de simplifier nos formules, nous négligerons la différence, et nous poserons bb' = 2 a = r.
Comme, d'après la disposition adoptée, le point 6, sous l'ac-
lion du régulateur, ne peut se déplacer que très-peu de part et d'autre de la droite 2 3 , la longueur 60 2 n'éprouve pas de variations sensibles; nous la supposerons constante et égale a a = ab f .
La figure 0*abb' restera ainsi constamment, pour nous, un parallélogramme qui différera très-peu d'un rectangle tant que la soupape restera fermée.
Soient
l'angle dont a tourné la manivelle motrice à partir de l'un de ses points morts;
-i-y l'angle que forme l'excentrique (Xeavec la droite 0,0,;
P l'angle déterminé par cette droite avec ab' , angle qui restera constant tant que les boules du régulateur resteront à la même hauteur;
d la distance Oi0 3 ;
e l'excentricité Oie;
e = 0,I l'a distance du point 0, à la droite ab';
1 la longueur eq de la barre de l'excentrique;
w l'angle formé par 2 a avec le prolongement de OiO*;
i l'angle eql.
g Nous supposerons que le rapport variable j reste de l'ordre
du rapport très-petit j> dont la seconde puissance est négligeable.
Nous avons
/ s = rsin(w — p) — dsinp,
/an • • • esin(0-i-7 — P) — e (A) \ siru = * ' — ^ ?
la — dco$$ -H rcos(w — (3).
Considérons d'abord la période dans laquelle les deux taquets ne sont pas en contact, et soient m, n les points où ils sont fixés s^r eq et ab'\ m r la projection de m sur ab\ l = me, ^ = a/i.
On a, au degré d'approximation convenu,
\m' = À -h e cos (0 -+- 7 — P) , (T\\ I I* = Itf — i*. = dcosp -4-rcos(w — P) — p,
mm* = (/ — a) sin i = — j— [e sin (0 -+■ 7 — j3) ■+- dsin p — rsin (w — p)].
3gO SIXIÈME PARTIE. — CHAPITRE VII.
Pour que les taquets puissent se rencontrer, il faut que les longueurs In et \m! soient égales ou que la valeur correspondante 0' de satisfasse à l'équation
[c) *cos(0'-h7 — P) = t/cosp-*-rcos(» — p) — X — p,
formule que nous ne nous arrêterons pas à discuter.
Soient h, k les distances respectives des bords supérieurs des taquets m, n à eq et aV ; h', k' les distances semblables relatives aux bords inférieurs.
Pour que les deux taquets se rencontrent, il faut que, pour =s 0% on ait mm! < h 1 -h k f ou que
i^ [e cos(0' -+- 7 — p) -+- rfsinp - r sin (» — P)] < /*' -+- k.
Les deux taquets se quitteront lorsque l'on aura
— mm' = h -h k'
en même temps que Im" = In.
Soient 9" et g>" les valeurs correspondantes de et w; on aura, pour les déterminer, les deux équations
( ^sin(9 w -h7-P)-f-r/8inp-rsin(w ff — P) = — y^ (A -*-*'), ( c cos ( 6" -4- 7 — P) — rfcosp — rcos (&>"■— P)-h>H-/x = o,
équations qui donnent la solution de la question.
§ VI. — Locomobiles ; machines mi-fixes. «
123. Lorsqu'un travail, sur un lieu déterminé, est temporaire, et que d'autres travaux également temporaires peuvent être entrepris successivement en d'autres lieux, l'emploi d'une machine fixe ne serait pas pratique, en raison des frais que nécessiteraient le déplacement et la nouvelle installation de la machine et de son générateur.
C'est en vue de parer à cet inconvénient que l'on construit des machines à échappement libre dont le mécanisme est supporté par la chaudière qui n'est pas emprisonnée dans un
PE9 PRINCIPAUX TYPES DE MACHINES A VAPEUR. 3f)l
massif en maçonnerie; loul le système peut alors se transporter facilement d'un point à un autre.
Fig. .74.
Généralement on cherche à réduire à très-peu de chose les pertes de chaleur dues au rayonnement, en entourant la chaudière de matières peu perméables à la chaleur, telles que le bois, le feutre, etc., ou d'une enveloppe en tôle de fer ou de cuivre, maintenue par de petites cornières et déterminant entre elle et la chaudière une couche d'air annulaire, et. l'on sait que l'air confiné est peu conducteur de la chaleur.
Pour éviter les causes de dislocation dues aux vibrations et aux efforts développés par la vapeur, il faut, autant que possible, que tout le mécanisme repose sur un même bâti en fonte, boulonné sur le générateur.
Les machines dontnous nous occupons forment deux catégories : les locomobiles et les machines mi-fixes.
Une locomobile est montée sur roues, et peut ainsi être traînée par des chevaux ou des bœufs d'un point à un autre- Lajig. 173 représente une machine de cette catégorie; sa chaudière, qui est horizontale, appartient au système tubulaire; à l'exception de la pompe d'alimentation, tout ce mé-
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canisme est monté sur un même bâti. Les locomobiles sont principalement employées dans les travaux agricoles pour
mettre en mouvement des battoirs à blé, et même des charrues, des herses, etc.; dans les travaux publics, pour les épuisements, le cassage des pierres destinées à l'entretien des routes, etc.
Si l'on supprime ses roues, la locomobile devient une machine mi-fixe.
hzjîg. 174 représente une machine mi-fixe verticale; les machines de cette catégorie sont souvent employées dans des ateliers dont le travail exige une faible puissance motrice, et
DES PRINCIPAUX IÏPES DE MACHINES A VAPEUI. 3g3
qui souvent sont trop exigus pour recevoir une machine fixe.
§ VII. — Locomotives.
124. Une locomotive est une machine à deux cylindres conjugués dont la chaudière est parallèle à la voie et appartient au système tubulaire. La chaudière repose sur un châssis également parallèle à la voie, auquel se trouve fixé le mécanisme. Les deux machines partielles sont symétriquement situées par rapport au plan vertical [plan méridien), passant par l'axe de la chaudière.
Les roues sont calées sur les essieux avec lesquels elles font corps; elles sont munies de rebords extérieurs ou boudins; leur jante appartient à une surface conique dont le sommet se trouve vers l'intérieur et dont l'ouverture est très-faible. Les coussinets sont en bronze el sont renfermés dans une pièce (botte à graisse) qui porte à sa partie supérieure une cavité qui reçoit l'huile employée au graissage des essieux. Les fig- 176 représentent deux coupes d'un type de boite à graisse, la première perpendiculaire à l'axe de l'essieu, et l'autre passant par cet axe.
Fig. .76,
Chaque boite à graisse est maintenue, avec un faible jeu, entre les deux branches d'une sorte de fourchette fixée au longeron du châssis el à laquelle on a donné le nom de plaque de garde.
Le châssis repose sur les boites à graisse, non directement,
- CHAflTRI TH.
TYPES DE MACHINES A VAPEUR. 3gS
3g6 BIXIBU F1RTU. — CHAPITRE tu.
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SIXIÈME FAITIE.
DES PRINCIPAUX TYPES DE IIACtlIKES A VAPEUR.
4oO SIXIÈME PARTIE. — CHAPITRE VII.
mais sur chacune d'elles par l'intermédiaire d'une tige terminée, à sa partie supérieure, par une chappe; cette chappe embrasse un ressort à lames étagées droites ou dont la convexité est tournée vers le bas; les extrémités de ce ressort, qui est situé au-dessus du châssis, sont traversées par deux tiges fixées au longeron ; l'extrémité supérieure de chaque tige est filetée pour recevoir un écrou. Les ressorts ont pour effet de ne faire supporter les chocs, résultant des inégalités de la voie, que par les roues et les essieux; de plus ils permettent, en les tendant plus ou moins au moyen des écrous lorsque la machine a plus de deux essieux, de faire varier à volonté, entre des limites qu'il est facile d'établir, la portion de la charge totale que doit supporter chaque essieu.
Les bielles des pistons sont articulées à deux manivelles à angle droit, montées sur l'essieu des roues motrices ou, dans certains cas, à deux parties de cet essieu coudées à angle droit.
Pour augmenter l'adhérence, on accouple souvent les roues motrices avec une paire ou deux paires de roues portantes, qui doivent alors avoir les mêmes diamètres que les premières, pour qu'il n'y ait pas de glissement. L'accouplement des deux roues situées du même côté que la machine s'établit au moyen d'une tige [bielle d'accouplement), qui s'articule à deux manivelles identiques faisant corps avec les roues; la longueur de la bielle d'accouplement, mesurée d'un axe à l'autre des œils d'articulation, étant prise égale à la distance des axes des essieux, la bielle reste constamment parallèle à la voie.
La chaudière est munie d'une enveloppe semblable à celle que nous avons indiquée pour les locomobiles; elle est surmontée d'un dôme correspondant au trou d'homme, vers le sommet duquel part le tuyau de prise de vapeur; le dôme a pour effet de réduire notablement la quantité d'eau qui serait entraînée parla vapeur. Au moyen d'une manivelle et d'une transmission, on peut déplacer un tiroir ou registre [régulaleur), qui permet de réduire plus ou moins la section, en un point déterminé, du tuyau de prise de vapeur et, par conséquent, de faire varier le débit de la vapeur.
Les chaudières des locomotives sont munies d'un manomètre, d'un tube indicateur de niveau, de robinets étages et
de soupapes de sûreté maintenues par des ressorts (balances); de plus, on fixe dans le ciel du foyer un écrou en fer vissé dans l'épaisseur de la tôle, et dans lequel on coule du plomb. Ce bouchon fond lorsque le niveau de l'eau s'abaisse jusqu'à découvrir le foyer, et la vapeur, en s'échappant, éteint le feu. Le sifflet à vapeur, placé sur la partie postérieure de la chaudière, sert à donner des avertissements; il est en tout semblable aux sifflets d'alarme des chaudières fixes, à cette exception près, qu'au lieu d'un flotteur, c'est un robinet à main qui le fait fonctionner.
Les distributions des locomotives sont toutes déterminées par des coulisses, afin de pouvoir à volonté changer la direction du mouvement de la locomotive; la partie supérieure du levier de changement de marche, qui commande la bielle de relevage, est articulée à l'écrou d'une vis horizontale munie d'un volant sur lequel agit le mécanicien. L'écrou se termine, à sa partie supérieure, par un double index glissant sur une règle graduée, de manière à pouvoir régler à volonté le degré de détente dans l'une et l'autre marche.
Les deux tuyaux d'échappement se réunissent en un seul, dont l'axe coïncide avec celui de la cheminée; ce tuyau central se termine par la tuyère, ajutage rectangulaire formé de deux faces planes parallèles entre lesquelles, au moyen d'un système de tiges et de leviers, on fait mouvoir deux valves qui, en s'écartant ou en se rapprochant, font varier la section de l'orifice (échappement variable); on peut ainsi activera volonté la combustion.
Lorsque la machine est en stationnement, on produit le tirage, lorsqu'il y a lieu de le faire, en ouvrant le robinet d'un petit tuyau (souffleur), prenant de la vapeur dans la chaudière pour l'injecter verticalement dans la cheminée.
Lesflg. 177, 178, 179, 180, 181, 182 représentent un type de machines express de la Compagnie des chemins de fer de Paris-Lyon-Méditerranée, et les fig. i83 et 184 un type des machines à marchandises de la même Compagnie.
Comme nous ne nous proposons de considérer ici une locomotive que comme machine à vapeur, nous nous en tiendrons à ces généralités, en renvoyant, pour plus de détails, à l'ouvrage
