Distribution de la vapeur dans le eyllndre. Tiroir

Les communications du cylindre avec la chaudière doivent être étabhes, comme on Ta vu, de façon que. Tune des extrémités du cyhndre communiquant avec la chaudière, l'autre communique avec le condenseur ou l'atmosphère, et ces communications doivent être alternativement interverties, à chaque course du piston dans un sens ou dans l'autre. — Ces

HAGIIINES A VAPEUR. Sig

conditions ont été simultanément réalisées h l'aide d'un dispositif extrêmement ingénieuï, qui porte le nom de tiroir.

La Tapeur arrive de la chaudière, par le tube F, dans une capacité FG (fig. ^72), lixée sur la partie latérale du cylindre : c'est la boîte à vapeur. Dans l'épaisseur de la paroi du cylindre sur laquelle cette boite est appliquée, sont creusés deux conduits aA, bd, qui viennent aboutir chncun â l'une des extrémités du cylindre. Endn, dans cette même paroi est creusé un autre conduit.

dont la figure ne représente que l'entrée K, et qui va aboutirdans le condenseur. Les centres des orifices a, K, b de ces trois canaux sont situés sur une même géniralrice du cylindre. Dans la boite ^'S- *^-

itvapeur est placé le firoi'r mn, mis en mouvement par tine lige E qui passe dans une boite à étoupes et qui est mue elle-même par la machine : celle |)ièce, dont les figures ci-dessus n'indiquent que la section, a exactement la forme de nos liroirs ordinaires, c'est-à-dire qu'elle peut être comparée à une boite recl angulaire, qui manquerait de l'une de ses faces, de celle précisément qui s'appliquerait sur la surface extérieure du cylindre. — le mouvement de la tige G est réglé de façon que, quand le piston e.-t au haut de sa course, le tiroir se place dans la position indiquée par la première figure : la vapeur qui vient de la chaudière peut passer de la boite dans la partie supérieure du cylindre, par |e conduit aA dont l'oriflce a est libre : au contraire, la vapeur qui se trouvait au-dessous du piston peut passer par le conduit Bfr dans l'inlérieur du tiroir, et de là, par le conduit K, dans le cnndenseur. Le piston se met alors en mouvement de haut en bas. — Quand le piston est arrivé au bas de sa course, la lige E amène te tiroir dans ta position indiquée par la setpnde figure : la vapeur passe alors de la boite â vapeur dans le conduit frD et dans la partie inférieure du cylindre, et la vapeur qui se trouvait au-dessus du piston peut s'échapper par le conduit Aa dans le tiroir, et de Iri, par le conduit K, dans le condenseur: le piston se met alors en mouvement de bas en haut.

Lorsque la machine doit marcher avec délente, on règle la marche ou les dimensions du tiroir de manière que l'arrivée de la ^^apeur dans le evlindre soit interceptée, pendant la course du piston, avant que la communication de l'autre parUe du cylindre avec le condenseur soit interrmnpue.

JOl. HaeblnM * basse prcBal«i>. A MM^cmae prcasloa, el * hante prcMdeB. — Au point de vue de la valeur de la tension sous laquelle la vapeur arrive de la chaudière, on distingue les machines en Irois groupes :

1* Les machines à basée pregnon, dans lesquelles la tension de la vapeur ne dépasse pas une atmosphère et demie. — L'emploi du condenseur est particulièrement nécessaire dans ces machines, aûn que la vapeur conserve une action suffisante sur le piston.

2* Les machines à tnoyenne pre$»ion, dans lesquelles b tension est de 3 à 5 atmosphères.

3* Les machines à hauie preuion^ où la tension de la vapeur dépasse 5 atmosphères. — Dans ces machines, il y a en général avantage à supprimer le condenseur, parce que, en perdant une atmosphère comme force motrice, on évite la dépense de. travail nécessaire pour renouveler incessamment Teau du condenseur et pour en eitraire Tair dégagé par Teau qui y est injectée, dépense qui serait ici considérable.

402. Cheval -vapear. — On exprime, en général, la puissance des machines en indiquant ce qu on nomme leur foru en chevaux. C'est là une expression. toute conventionnelle, dont il faut connaître la signification.

On dit qu'une machine vaut un cheval, lorsqu'elle est capable d'effectuer un travail de 75 kilogrammètres par seconde, c'est-à-dire d'élever, par seconde, 75 kilogrammes à 1 mètre de hauteur. Une machine vaut 2, 3 chevaux, lorsqu'elle est capable d'effectuer, par seconde, un travail de 2, 3 fois 75 kilogrammètres.

Cette unité, qu'on nomme le cheval^apeur, diffère en réalité beaucoup de la puissance d'un cheval ordinaire. En d'autres termes, la puissance d'une machine en chevaux-vapeur ne représente nullement le nombre de chevaux qu'il faudrait employer effectivement pour remplacer la machine elle-même. Ainsi, un cheval attelé à un manège, de manière que sa force de traction soit employée à imprimer un mouvement de rqtation à un arbre, effectue, pendant les heures où il est attelé, un travail qui ne dépasse pas 42 kilogrammètres par seconde ; en sorte que, pendant ce temps, sa

puissance est à celle du cheval-vapeur dans un rapport qui est un peu

supérieur à ^. Mais, si Ton tient compte, en outre, du repos qu'il est

indispensable de lui laisser prendre, et qu'on calcule son travail moyen en divisant son travail journalier par le nombre de secondes du jour tout

entier, on trouve que sa puissance est à celle du cheval-vapeur dans le

rapport g-r , c'est-à-dire que, pour faire fonctionner d'une manière continue une machine ayant une puissance de 10 chevaux-vapeur, il faudrait employer, 55 chevaux ordinaires, fonctionnant d'une manière alternative. 405. IH-^anes résalatears dv monveiiieiit. — Volant et régmlatew * boules. — Le plus ordinairement, les résistances que doit vaincre une machine varient d'un- instant à l'autre, et parfois d'une manière brusque : c'est ainsi, par exemple, qu'une machine à vapeur employée à faire fonctionner les diverses machines-outils d'un atelier éprouve

■AOIIHES A VAPEUR. 9M

des résistances variables, selon qu'on met en communicition avec l'trbre

Fig. n. - Machine de Walt.

de couche un nombre plus ou moins grand de ces ouliU, ou que chacun d'eux esl appliqué i des matériaux plus ou moins résistants. Or le eolant

334 CRALECR.

L {^. 370 et 375), qui est monté sur l'arbre de couche, a une nuise lré»-c(msidérable Ji sa circonférence, ma$»e qui participe au mouvenient de la machin'^. On conçoit donc que, si l'on vient à introduire brusquement dans le système une résblance nouTclle, la vitesse acquise par le volant ne peut cependant se ralentir que d'une manière successive et sans choc appréciable. Au contraire, si l'on supprime brusquement l'une des résistances qui existaient dans ce système, l'excès de travail moteur qui devient disponible est employé à accélérer te mouvement, mais cette accélération est toujours pelile, a cause de ta grandeur même de h masse à ' faire mouvoir. — On peul donc considérer te volant comme ayant pour eflet d'emmagasiner, en quelque sorte, toute dilTérence positive ou négative intervenant brusquement entre le travail moteur et le travail résistant ; il doit rendre toujours lrè«rpetites les variations de vitesse qui peuvent se produire dans un petit intervalle de temps.

Hais si le travail moteur l'emporte, d'une manière continue et pendant longtemps, sur le travail résistant, les accélérations successives que reçoit le système tout entier s'ajoutant les unes aux autres, la vitesse finit par devenir très-grande, et la machine i'emporU, malgré la présence du volant. — C'e:it pour parer k cet autre inconvénient qu'on emploie des appareils régulateurs, parmi lesquels nous décrirons seulement le régulateur à boules.

Le régulateur à boule* (ySg. 27i), imaginé par Watt, se compose d'un système de deuï sphères pesantes P, P, fixées à l'eitrénjilé de deuï liges mélalliques arliculées en A à l'extrémité de la lige verticale B. Le mouvement de rolalion de TaAre de la machine est transmis, par l'intermédiaire d'une courroie sans fin tt (fig. 375) et des roues d'angle T, à la lige B, en sorte que les boules tendent à s'écarter de cette tige, d'autant plus que la vitesse de rotation est plus grande : elles soulèvent alors, par l'intermédiaire des tiges arliculée.s AD, rCf^^. 374), unebague ce qui glisse librement le long de B ; l'extrémité G du levier coudé EFG tire alors horiiontalement la tige CH, laquelle- agit à son tour comme le montre la figure 373 et tend à fermer une valve a, placée sur le tuyau d'arrivée de la vapeur au cy- * ' lindre. Au contraire, quand le mouvement

de la machine se ralentit, le poids des boules P tend à les rapprocher de la tige B et la bague CG descend ; la valve a s'ouvrant davantage, l'arrivée de vapeur augmente, et la quantité de travail moteur augmente également.

MAGllDIBS A VAPEUR. 3S3

404. PompMi a4|olat— * la nacMae. — Dans les machines à condenseur, on trouve un système de trois pompes destinées à entretenir une sorte de circulation de Teau, indispensable à la marche régulière et économique de la machine. Ce système de pompes devra : 1" ^^lener continuellement une pluie d*eau froide dans la chambre à condensation : c*est le rôle de la pompe à eau froide; 2* enlever de cette chambre Teau qui s^y est échaufiée par la condensation de la vapeur, et Tair que la diminution de pression a dégagé de l'eau : c'est le rôle de la pompe à air; 3* prendre une partie de cette eau déjà tiède, pour alimenter la chaudière à vapeur : c*est le rôle de la pompe d'alimentation. — Ces trois pompes sont mises en mouvement par la machine elle-même : la figure 275 montre comment leurs tiges sont liées au balancier, et la figure 273 indique la coupe des diverses capacités dans lesquelles elles mettent Teau en mouvement.

La pompe à eau froide q va puiser Teau dans un puils ou dans un cours d'eau, et la verse en r dans un vaste réservoir RRR, où plongent toutes les autres parties, et qui doit être toujours plein d'eau. Cette eau, environnant le condenseur e, contribue à le refroidir : la vapeur qui arrive du cylindre par le conduit d se condense en partie et sa force élastique descend à une valeur qui est, comme nous l'avons vu, généralement d'un dixième d'atmosphère environ (398). La différence entre la pression atmosphérique et cette pression intérieure est donc plus que suffisante pour déterminer l'arrivée continue de l'eau du réservoir R dans le condenseur, par le conduit g dont on règle le débit au moyen d'un robinet.

La pompe à air h aspire l'eau chaude du condenseur : cette eau franchit les soupapes t, t du piston, et est déversée dans un petit réservoir /.

La pompe d'alimentation m aspire une partie de cette eau chaude par le conduit nn et la soupape o, et la refoule ensuite, par la soupape o' et le conduit p, jusque dans la chaudière, où elle sert à remplacer leau qui s'y est convertie en vapeur.

405. Honvemcnt dn tiroir. — Bxcentriqne circulaire. — La concordance qui doit exister entre les mouvements du tiroir et ceux du piston est obtenue d'une manière rigoureuse en faisant exécuter les mouvements du tiroir par l'arbre lui-même. Vexcentrique circulaire est l'une des dispositions les plus fréquemment employées pour cet objet.

L'arbre K {fig. 273) porte un disque circulaire P, monté excentriquement, c'est-à-dire dont le centre n'est pas situé sur l'axe de l'arbre : le contour de ce disque est embrassé par un collier Q dans lequel il peut glisser : enfin, l'anneau lui-même est relié aux tiges «, «, qui Wennent s'articuler en t avec l'une des branches du levier coudé tuv. Pendant le mouvement de l'arbre K, les points de l'excentrique qui sont le plus éloignés de l'axe sont reportés, tantôt vers la droite de l'axe K, comme l'indique la figure 273, tantôt vers la gauche, quand Taxe a tourné d'un demi-tour : par suite, le collier Q entraîne les tiges $ et le point t succès-sivement vers la droite et vers la gauche. Le levier coudé tuv est articulé

su CHALEUR.

en V avec la tige verticale x qui dirige le tiroir et l'on voit que le mouvement de droite à gauche du point ( produit un mouvement de bas en haut du tiroir, tandis que le mouvement de gauche à droite du point t produit un mouvement de haut en bas du tiroir. Comme d'ailleurs, a chaque tour de l'arbre K, correspond une allée et venue du piston, on voit que les rapports de position du piston et du tiroir, une fuis établis convenablement, doivent se conserver indéfmiment.

406. DIverm t7|>M de maehlnca ae dlatlncaaat entre enx pnr bt dlaposltioa des orfan» de tr«Baail*«lon. — Les descriptions qui précédent ont été données en prenant comme exemple te type de la machine de Watt, dans lequel ta transmission du mouvement des pistous à l'arbre se fail par l'intermédiaire d'un balancier, d'une biellt et d'une manivelle {fig. 373 et tlb). Ce type particulier, dont les divers modèles

- Machine de Watt.

ont en général l'avantage de présenter une grande régularilé dans la marche, se prête h une solidité d'inslallalion qui permet de n'avoir que rarement i-ecours à des réparations, toujours fâcheuses pour le service de la machine ("). En revanche, la complicaiiou de la

(') On pirripnl A une ri'eularilê beiuconp plui gnndp encore p«r l'emploi de deux cjlindrçs d'inégale* diiaeniioni, iccoupliï l'un t l'autre et agissant sur 1d mtnie eilriniité du balancier : l'emploi de ce syslême de cylindre» a pour bul de faire que la vapeur, apr«i avoir Dgi lur le petit piston de manière 1 produire, p»r eiemple.le

HACBINBS A nPEUR. SS5

grandeur de l'espauj dont il Taut pouvoir disposer coDStituent sourent des dilTicultés qui ont conduit à des dispusitions plus simples.

On désigne sous le nom géném! de machine* à action direde celles dans lesipiellea, en supprimant le balancier, on arlicule directement la lige du piston avec la bielle, et quelquefois même avec la manivelle de l'arbre. Ces machines à action directe présentent

trois variétés principales ; I

la machine verticale, la machine horixonlale et la machine ùteillante.

407. Machine Tertlcala * aetliMi 4lr«et«' — La ngure 270 représente les détails principaux d'une machine verticale à action directe : la partie supérieure de la lige du piston s' arlicule direclemenl, comme on voit, à la lûelle D, qui s'articule ellemême avec In manivelle E de l'arbre sur lequel est monté le volant. Il Taul remarquer ici que, la lige du piston devant subir des elTorls latéraux de la part de la bielle, on a dû assujettir son eilrémilé supérieure dans une traverse

solide B, qui se meut enire **«■ *™ " ''"'^""'* """^'l" » """" '"■^'«■ les deux glissières C, C; ces deux glissières, solidement fixées, s'opj)Osent A loule flexion qui tendrait à se produire sur la tige.

deum dn piilon de ce cylindre, 1 m»ure que le niDaveineiil te produit en tens contraire. C'eil 11. comme on voit, une véritable dileate de la tapeur, qui produit un Mrail a'ajoulant au travail efreclué pat la vapeur quand elle agit sur le petit piston. — Dini et* machine), dites machina de Wolf, les in«ealitét dans la production du Irsvail lont be>uco:ip moini marqu^caque dans les machines aimples : cejoatle* plus campliquéei et celles qui eiJttent la plus de pri^cision dans l'ajustement. Ellea ■ont beaucoup plus coili™ses que luules les autres machines, mais en i-evanche e!le« oITrent une régularil* de marche qui se prête aui opérations industrielle* les plui

Le principal incaiiTénieDi de ces machines est d'exiger une hauteur issez grande, et de présenter, en général. Une stabilité moindre que celle des machines horiionlales.

40H. Matthlac horUantalc. — La machine horiiontale n'est, pour ainsi dire, que la machine précédente, supposée coudiée. Ce If^ie de machines, aujourd'hui très-fréquemment employé, a été amené à une grande perfection par H. Farcot.

Comme exemple de machines horizontales, nous citerons les loeomobiUt, qui sont simplement des machines à <rapeur ordinaires, offrant

Fig. S"". — Locomobile (nuchine huritoiilale).

ravanlai;e de pouvoir être transportées sur le lieu même où elles doivent effectuer un travail de quelques heures.

Deux paires de roues portent à la lois ta chaudière, avec son foyer el sa cheminée, et la machine avec son volant {/ig. S77}.

La cliaudiére est une chaudière tubulaire, comme celle des locomotives (ô!*ti). avec cette différence que les tubes sont plus gros, plus courts, et moins nombreux : le foyer A est placé à l'arriére, la cheminée D ii l'avant, en sorle que l'ensemble offre une re$senil)lance grossière avec une loco-

lUCHIKES i VAPEUR. 397

La nuchine. dQDt or voit le cylindre ea H, est ane nucliine horiiontale, qui roscliooae sans condenseur, afin de pouvoir éHe employée dans un tieu quelconque. Ce sonl donc des macbines à haute preuion (401), dont la puissance est assez raible:on est d'aillrars toujours reslreinl.quant aux dimensions k leur donner, par la nécessité de ne les rendre ni trop lourdes ni trop encombrantes (*).

40S. ikcblBC* oBcUlAMto». ~ On a cherclié enrm à simpliller encore la transmission du mouTenient, en supprimant même la biellei et faisant agir directement la tige des pistons sur la manivelle de l'aride 1 alors, l'eitrémité de catte tige devant suivre le bouton de la manivelle dans son mouvement de rotation, il devient nécessaire de rendre le cjlindre mobile, dans le plan du cercle décrit par la manivelle elleHPaéme ; en d'aulres termes le cylindre doit élre oêciliaat.

La flgnre 978 représente l'une de ces machines, dont l'invention est due à M. Gavé. Le piston est monté sur deux tourillons qui constituent un axe de rotation passant par son milieu, < ',.

ces tourillons étant alors la seule partie du cylindre qui ne se déplace pas, c'e^t par des cavités pratiquées dans leur intérieur qu'ont lieu l'arrivée et la sortie

de la vapeur : la ligure 278 mon- . ''■«■ '™- - ""'"'"« ««ilUnie. Ire en D la boite à vapeur qui environne l'un d'eux. La lige du piston ; articulée avec la manivelle G, est assujettie à sa partie supérieure entre des glissières fixées au cylindre lui-même.

Ces machines ont l'avantage d'occuper très-peu de place et d'élrê Iréslégèrea : elles sont employées surtout pour les bateaux à vapeur.

4t0. BMcaMK A vapoir et locomotlvea. — Les divers systèmes dont nous venons de donner une idée succincte ont fourni, outre les madiines fixes employées par l'industrie, des machines servant à la nariga* tion et aux transports sur les chemins de fer.

Dans lei bateaux à tapeur, l'organe dont l'action sur l'eau doit produire le mouvement du navire, est, tantôt un couple de roue* h avbei

(■) Lu locomobilei de la force de 4 i S clieraui ont un poidi qui alleinl déjà KWO

placées sur les flancs du navire, et dont les palettes fonctionnent, en définitive, comme des espèces de rames; tantôt une hélice plongée dans Teau, à Tarriére du navire , et dont le mouvement dans le liquide est com(larable à celui d*une vis dans son écrou. ^ Le mouvement de rotation de l'un ou de Tautre de ces propulseurs est produit par une ou plusieurs machines, installées à bord, et absolument semblables aux machines ûxes. On fait usage presque exclusivement aujourd'hui, pour la navigation, de machines à action directe (406), et on emploie particulièrement des machines oscillantes (409) , lorsqu'on veut à la fois ménager Tespace et ne pas trop charger le navire.

Dans les locomotive», Taction de la vapeur est employée à faire tourner une ou plusieurs paires de roues, qui contribuent à porter le châssis sur lequel est installée la machine. C'est le frottement de ces roues sur les rails de fer qui détermine le mouvement de tout le système; on leur donne le nom de rouet motrice» pour les distinguer des autres, qui sont les roues porteuse».

Dans le système représenté par la figure 279, Faction motrice s'exerce sur une seule des trois paires de roues, la paire du milieu E. Le mouvement est produit par un système de deux machines placées, l'une à droite, l'autre à gauche de la chaudière : les actions de ces deux machines concordent pour faire tourner l'essieu auquel sont invariablement fixées les deux roues. Ce sont des machines à action directe, fonctionnant à haute pression et sans condenseur : la figure 279 montre, en À, le cylindre de l'une d'elles; en B, la tige du piston, guidée entre des glissières; en C, la bielle qui vient ici s'articuler directement sur l'une des roues motrices. — La chaudière est, comme il a été dit (396), une chaudière tubulaire; nous avons indiqué également comment le dégagement de la vapeur dans la cheminée active le tirage au travers de tout le système traversé par la fumée.

411. Haehlaes * gam — nachiae de M. licnolr et nmchlae de H. Ha0«Mi. — On désigne sous le nom de machines à gaz des machines dont remploi commence à devenir industriel, et où le mouvement du piston est produit par la combustion d'un mélange gazeux, combustion s'effectuant dans le cylindre lui-même. — Le seul mélange gazeux qui ait été vraiment utilisé jusqu'ici est le mélange de gaz d'éclairage et d'air : c'est le seul qui soit économique. On fait d'ailleurs en sorte que l'air soit toujours en excès, le gaz d'éclairage n entrant dans le mélange que pour 7 centièmes environ : on obtient alors, non pas une violente explosion se produisant à la fois dans toute la masse, mais une combustion qui s'effectue, pour ainsi dire, par couches successives, et une pression qui n'est guère que de 5 à 6 atmosphères

Dans ces machines, le piston lui-même aspire derrière lui dans le cylindre, une fois la machine lancée, le gaz combustible et l'air extérieur ; quand le piston arrive en un point déterminé de sa course, le tiroir, qui

NACItnES A VAPEUR. 3»

arait d'abord permis Tadmission du mélange gazeux, ferme complètement I3 lumière : c'est alors qu'on produit l'inflammation du mélan);e. dont la

Fig. ïl». — LocomoUia.

combustion donne lieu à une ëlévalion de température considérable et i une pression de 5 à 6 atmosphères s'e:ierçant sur )e piston. — Ces ma-

390 CHALEUIt

chines sont à double efTet, et présentent la plupart des pièœs accessoires des machines à Tapeur.

Il nous reste à indiquer comment on obtient Tinflammation du mélange gazeux, au moment précis où elle doit avoir lieu. — Dans la machine Lenoir, une étincelle électrique, produite par une petite bobme de Ruhmkorff (livre III), montée avec deux ou trois éléments de Bunsen (ibid,)y jaillit dans rintérieur du cylindre. — Dans la machine Hugon^ rintervention de l'électricité est supprimée : Tinflammation se produit par des becs de gaz, installés dans deux petites cavités ménagées dans le tiroir. Chacun de ces becs, en pénétrant dans l'intérieur de la boite, allume le mélange et s'éteint lui-même par l'explosion ; il sort alors de la boite, et vient se rallumer à un bec fixe placé à l'extérieur ; il rentre ensuite dans la boite, au moment où il doit allumer de nouveau le mélangé, et ainsi de suite.

Dans les machines à gaz, en général, la combustion se produisant dans le cylindre lui-même donne lieu à un dégagement de chaleur considérable : aussi est-il nécessaire, pour éviter une élévation de température trop grande, qui rendrait le graissage défectueux et détruirait les joints, de faire circuler constamment un courant d'eau froide autour du cylindre, dans une double enveloppe.

Jusqu'ici, les machines à gaz sont inférieures aux machines à vapeur, comme économie, lorsqu'il s'agit d'un travail régulier, devant se continuer longtemps et à poste fixe. Elles sont précieuses surtout pour les travaux intermittents, puisqu'il suffit de quelques minutes pour les mettre en mouvement ou pour les arrêter, sans qu'on ait à supporter de dépense de combustible dans les intervalles de repos de la machine : pour ce genre d'usage, en particulier, on conçoit que, tout compte fait, elles puissent offrir un avantage considérable, au point de vue économique, sur celles où le foyer doit être allumé longtemps avant que la machine elle-même pu^se être mise en action d'une manière efllcace.

La Propagation de la chaleur (chaleur rayonnante et conductibilité) est reportée à la fln de l'Optique (livre V).