QUATRIÈME ÉPOQUE

DEPUIS L’APPLICATION DU CYLINDRE JUSQU* A LA DBCOUVERTB DU MODE DF. CONDENSATION PAR INJECTION, LA .MISE EN JEU DES SOUPAPES PAR LA MACflINE ELLB-mAmK, ET JUSQU'AUX PERFEC- TIONNEMENTS APPORTES PAR SM EATON.

La machine de Nevvcomen, telle qu'elle fut d’abord construite par lui, était pourvue d’un étui enveloppant le cylindre, pour contenir de l’eau froide, à l’effet d’accélérer In condensation de la vapeur, et la surface du piston était recouverte d'eau pour empêcher le passage de l'air. La vapeur sortait de In chaudière par l'ouverture d'une soupape ou régulateur, comme dans la machine de Snvery ; ce régulateur était mû à la main. Lorsque le cyliudre était rempli de vapeur, on introduisait l'eau dans l'étui ou enveloppe de ce cylindre ; la vapeur se condensait, et le piston descendait sous le poids de l'atmosphère. Tout ceci, comme on voit , présentait un travail fort ennuyeux et exigeait une surveillance continuelle. La machine de iNevvcomen ne fut réellement applicable que lorsqu’on conçut l’idée de condenser la vapeur par injection d’eau froide, et qu'on fit jouer la soupape par la machine elle-même. Voici comment furent découverts ces perfectionnements , d’une haute importance dans l'histoire de la machine à vapeur.

Vers la lin de l'année 1711, Newoomen et Cawlcy proposèrent d’épuiser l’eau d’une mine de charbon de terre de Griff, dans le comté de Warwick, en se servant des nouvelles machines. Les propriétaires de cette mine employaient 500 chevaux aux travaux d’épuisement, ce qui faisait une dépense de 900 livres sterling par on (22,500 francs environ). Leurs propositions n’ayant point reçu l’accueil qu’ils espéraient, ils s'engagèrent, peu de temps après, avec M. Rack, de Wolverhampton , pour faire un épuisement analogue. Après un grand nombre d'essai» laborieux, ils Unirent par faire travailler leur machine, mais ce ne fut qu’au hasard qu'ils durent la découverte des moyens d’action qu’ils cherchaient.

Un jour que la machine fonctionnait, on fut fort surpris de voir le piston donner plusieurs coups de suite, et cela avec une grande vitesse. Après bien des recherches , on trouva que le piston était percé d’un trou. C’était en tombant par ce trou, de la partie supérieure du piston, que l’eau froide avnit condensé rapidement la vapeur dans l'intérieur même du cylindre. Tel fut le germe de la découverte de la condensation de la vapeur par injection. La machine de \ewcomen put dès lors donner six, huit ou dix coups à la minute, à l’aide d’une soupape que l’on ouvrait lorapie le piston était au haut de sa course et qui laissait tomber l'eau froide de condensation. Bientôt après cette première application , en 17 1 3 , un jeune ouvrier, Humphrey Botter, qui était chargé de suiv re la marche de lu machine, pour ouvrir et fermer les soupapes, couçut l’idée de faire faire ce service par le balancier même de la machine, et il obtint ce résultat par des liaisons qu’il sut établir avec le balancier au moyen d’un crampon et d’une ficelle. La première application de cette ingénieuse idée fit obtenir 15 ou 16 coups de piston à la minute. On ne tarda point à améliorer le système de crampons et de ficelles du jeune Potter; et , en 1718, Henry Beighton établit une machine , a Nevveastle-sur-Tyne , avec les perfectionnements qu’exigeait la mise en jeu des soupapes par le balancier de la machine.

En 1720, Leupold construisit une machine très élégante, à haute pression; et il en fit la description dans son theatrum machinarum . On comprendra immédiatement la disposition de cette machine à l’inspection de la figure ci-jointe (fig. 4). A est la chaudière; Eet C sont les cylindres; en F se trouve l’issue de la vapeur qui, après avoir servi, s’échappe par un robinet à quatre ouvertures. Dans cette machine, apparaît, pour la première fois, le robinet à quatre ouvertures, et la découverte est assez ingénieuse pour n’étre point indigne de Watt et de scs successeurs. Le jeu simultané des deux cylindres juxtaposés donne identiquement le même résultat qu’une machine à double effet; et la disposition est, sans contredit, la plus simple et la plus ingénieuse de toutes celles qui avaient paru jusqu’à ce jour. Cependant, l’emploi de

APPLICATION DU CYLINDRE

la vapeur à une haute pression ne pouvait manquer d’ètre considéré comme une grave objection , à une époque ou la fabrication des chaudières était si grossière et si incertaine. C'est pour ce motif, sans nul doute, que les systèmes à haute pression n’ont été adoptés que tout récemment. La voûte des chaudières, employées par Newcomen, était généralement en plomb ; les parties inférieures étaient en cuivre. Ce ne fut que plusieurs années après l'application des machines à vapeur à des usages pratiques que l'ou vit paraître des chaudières composées entièrement de plaques de fer ou tôles , rivées les unes sur les autres , et que l'on parvint à une assez grande perfection dans l’art de la construction des chaudières , pour pouvoir les soumettre sans danger à une haute pression.

Depuis les perfectionnements apportés dans le jeu de la soupape par Beighton, en 1718, la machine atmosphérique ne parait avoir subi que des changements de peu d’importance jusqu'au temps de Smeaton. Brindley introduisit bien, à la vérité, le flotteur des chaudières, pour régulariser l'admission de l'eau d'alimentation ; il proposa même de faire les chaudières en bols ou en pierre ; en disposant Intérieurement le fourneau et les tuyaux ou earneaux conduisant A la cheminée ; mais son attention se porta bientôt des machines à vapeur vers d'autres sujets, et il ne résulta de ses idées ingénieuses que de bien faibles améliorations. En 1 7fi7, Smeaton fut chargé par la compagnie de New-RIvcr de la construction d'une machine dans laquelle il résolut d’introduire plusieurs changements. Supposant qu’une grande partie de lu force était perdue dans le double et rapide mouvement de va-et- vient , qu’effectuait le balancier, ainsi que dans les chocs qui se communiquaient à l'eau des pompes. Il se décida à faire travailler la machine A une vitesse moindre, à employer des pompes plus grandes et A charger le piston de 7 j hectogrammes environ, par centimètre carré, au lieu de S hectogrammes, comme c'était l’usage. Pour en venir A ce but, Il écArta le centre de rotation du balancier de son milieu pour le rapprocher du point extrême de suspension des tiges de pompes , et donna plus de hauteur aux cylindres , en diminuant leur diamètre , ce qui devait , d'après lui , rendre plus rapide la condensation de la vapeur et nécessiter une Injection d’eau beaucoup moindre.

« J'avais une entière confiance, dit Smeaton, dans l'efficacité de ces perfectionnements; mais quel ne fut pas mon désappointement, lorsqu'au lieu d'obtenir une économie, je vis que la pompe d’injection, toute disposée qu’elle était pour fournir autant d'eau qu'auparavant , eu égard à la section du

- cylindre, et même avec un excédant pour être utilisé au besoin, que cette pompe, dis-je, était incapable d’entretenir la machine, et qu'il fallut avoir recours A deux personnes pour activer A la main l’injection de l’eau, afin de conserter A la machine son mouvement. Le cylindre restait ainsi tellement froid que

• je pouvais y appliquer la main , en quelque endroit que ce fût, et que je pouvais même la tenir plongée

• un instant dans l'eau qui avait servi A condenser la vapeur. Heureusement, la machine accomplit le

- travail auquel elle était destinée, celui d'élever l’eau, mais la quantité de combustible qui lût nécessaire " trompa tous mes calculs. En augmentant les dimensions de la pompe A injection, je rendis la machine

plus A même d'accomplir sa tAche ; mais toutes les expériences que je Ûs De me conduisirent A aucun

- résultat utile, jusqu'à ce que je me fusse décidé A déplacer le point d’appui du balancier, assez pour

• réduire le poids sur le piston de 7 [ hectogrammes, par centimètre carré, A i $. bous cette charge, et

• malgré la diminution de parcours de la tige de la pompe, la machine alla beaucoup mieux ; et non seule-

• ment elle éleva une quantité d'eau plus grande, mais elle consomma moins de charbon et nécessita moins

• d’eau d'injection. Le cylindre s'échauffa alors, et la température de l’eau d'injection, après sa sortie du

• cylindre, fut de ss degrés centigrades. Enfin, le jeu de la machine, sous tous les rapports, devint bien supérieur, non seulement pour le travail, mais encore pour l’élégance. J'en conclus Immédiatement

HISTOIRE DE LA MACHINE A VAPEUR

qu'une quantité considérable de vapeur se condensait en entrant dans le cylindre, et qu’ninsi j'avais « plus perdu par le refroidissement du cylindre, que je n'avais gagné par l'accroissement du poids. En un • mot, cette simple modification paraissait avoir délié la machine. Mais comment avait lieu cette con- « densatlou? dans quelle proportion? sous quelles circonstances de température? en quel point devait être « fixé le centre de rotation pour arriver au meilleur résultat? Toutes ces questions n'étaient point encore - résolue». Je pris alors la resolution de me rendre complètement maître du sujet, et je me mis immédia- •• tentent à établir chez moi une petite machine à feu , à laquelle je pus faire subir toutes les transfor- « mations nécessaires à mes expériences , et qui se trouva en mesure de fonctionner dans l’hiver de « l'année 1769. »

Cette machine fut établie À Austhorpc , ee fut sur elle que Smeaton étudia la marche delà machine à vapeur, en adoptant, dans son examen, la même méthode expérimentale qu'il avait déjà suivie dans ses études sur les roues hydrauliques et les moulins à vent. Le diamètre du cylindre était de 25 centimètres environ ; la longueur de course du piston, de M décimètres; le nombre de coups, 1 7 £ par minute ; eniln la charge sur le piston était de 654 grammes par centimètre carre. En calculant la force de la machine d’apres ces données, on n'ohticnt pas tout à fait la force d’un cheml-vapeut *.

La consommation de charbon par heure était de 26 kilogrammes. Ainsi, un hectolitre de charbon, correspondant a euviron 105 kilogrammes*, devait suffire à l'entretien de la machine pendant 4 heures 12 minutes, en produisant un travail de I million 70,508 kilogrammes élevés à 1 mètre de hauteur *. La quantité d'eau d’injection nécessaire fut évaluée à 1'% 554 par coup de piston, et la quantité d’eau vaporisée à o1 * , 1 45 ; de sorte que la quantité d'eau nécessaire a l'injection était environ dix fois plus considérable que celle necessaire à l’alimentation de la chaudière, bieu que cette proportion dût naturellement varier un peu avec la température de l’almosphère.

Cette machine devait perdre à peu près la moitié de son efficacité par la condensation dans le cylindre, car 0m-,l 45 d’eau produisent environ 250 litres de vapeur* consommés à chaque coup de piston, ce qui correspond a peu près au double de la capneité du cylindre, y compris les espaces laissés libres par le jeu du piston. Cependant, une grande partie de la chaleur ainsi perdue devait être attribuée au rayonnemeut qui avait lieu a la surface du cylindre, car on ne constata guère que les deux tiers de la chaleur totale dans

1 En effet, si, pour avqir l’effet dynamique de lu machine, on multiplie la charge sur le piston par l'espace parcouru <lun» une seconde de tempe, et qn’on divise le résultat par l'expression numérique d’un cheval-vapeur, 75 kilogramme re* (ou 75 kilogramme» élevé» à I mètre dan» une seconde), on obtient pour oet effet, K, exprimé en chevaux- vapeur }

- V y xvwx

Nou» donnerons plu» loin, lorsque noua en serons aux principes mécanique», le» développements que comportent le» définition» de In paUsancu, de l'effet dynamique, et , en général , du travail d’une machine, ainsi qne le» méthodes de calcul qui s'y rapportent.

* Cette évaluation du poids de l'hectolitre de charbon est déduite des mesures anglaises. Ainsi, l'auteur anglais fait correspondre un t nuhel, ou 36 litres environ, à 81 lbs. ou 38 kil., ce qui donne pour lo poids de l'hectolitre 105 kil. Cette évaluation c*t loin (l'être conforme à l'cvaluntion ordinaire, puisque le poids du mètre cube de charbon de terre en fragment» n'est en moyenne que de 850 kil., ce qui met le poids de l'hectolitre h 85 kil. Il cet probable que c’est en prenant la mesure romile qu'on arrive à l'évaluation précédente. Il y a, en effet, une différence d'environ 1 entra la mesnra <o et la mesure mur, différence qui so trouve être à peu près égale * celle des deux nombre» 85 et 105.

* En effet, la charge sur le piston étant do s (^f )3 X 0‘,554 = 273 kil. et l'espace parconru par le piston, pendant une minute, do 17,5 X 0*,9 = 13*,75. nous aurons pour le travail, T, de la machine pendant 4 heurts 1 2 minutes, ou 253'

T = H2*X 15" ,73 X 252= 1,079,568 kilogrommètrcs.

* Cette évaluation résulte du rapport de la densité de l'eau à celle de La vapeur, qui est égal, à peu de chose près , à 1700.

APPLICATION DU CYLINDRE. 13

le réservoir de l’eau qui avait servi a la condensation, et qui n’avait que 55 J degrés centigrades, lorsque l'eau d’injection était à 20 ou 21 degrés. On changeait, dans les expériences, la charge sur le piston, au moyen de poids additionnels que l’on ajoutait ou retranchait a volonté, et on reconnut que la charge de 517 grammes par centimètre carré, sur le piston, était la plus avantageuse sous les deux rapports de la quantité de travail effectué et de la consommation de combustible. Quand la charge était réduite à 464 grammes, l'efficacité, ou, en d'autres termes, l’effet utile de la machine, estimé d’abord à 100, descendait à 94 ; et lorsque cette charge n’était plus que de 387 grammes, l’effet produit était représenté par 80. Si, au contraire, on portait le poids de 547 grammes à 618, le travail accompli était seulement élevé de loo à 107, quoique la consommation du charbon s’accrut dans une proportion bien plus rapide; enfin, avec un nouvel accroissement de G40 grammes, l'efficacité diminuait de too ü 96, malgré une augmentation nouvelle dans la dépense du combustible.

On éprouva également, dans ces expériences, l’efficacité relative des différentes espèces de charbons. Le charbon en fragments fut reconnu supérieur au charbon en poussière, dit w/e/iu, dans le rapport de 1 oo à ho. Le coke avait i\ peu près la même efficacité que le charbon en poussière. Le charbon de Newcastle, nommé Team Top , Ait reconnu supérieur au charbon de Halton, ou charbon ordinaire du comté d’York, dons la proportion de 130 à 100 , et le charbon connu sous le nom de Canne/, dans la proportion de 133 à 100.

Smeaton continua ses expériences avec cette machine, durant quatre années, et il en consigna les résultats dans un livre de tables qui lui servit de guide dans ses travaux ultérieurs. En 1772, Il fut chargé de In coustructiou d’une machine pour une mine de charbon de Long-Benton, près de Newcastle, et il Introduisit les différents perfectionnements que scs expériences lui avaient suggérés. Cette machine fut presque en tous points semblable aux machines précédemment construites par Beighton; mais elle se distingua de tout ce qui avait été fait jusqu’alors par une plus grande justesse de proportions et une plus parfaite exactitude de détails. Ces dernières Innovations devinrent d’un immense avantage dans la pratique. Smeaton considéra la machine de Long-Benlou comme son plus bel ouvrage; mais il réalisa bientôt de plus grands perfectionnements dans la machine de Chase -NN atcr, qu’il construisit en 1775, dans l’une des mines du Cornouailles. Nous allons essayer de donner une description abrégée de ces machines.

Le diamètre du cylindre de In machine de Long-Benton était de tm,32; la longueur de course, de 2",13; la charge sur le piston, de 527 grammes par centimètre carré; le nombre de coups, de 12 par minute ; ce qui donnait une puissance d’environ 41 chevaux

La consommation de combustible, par heure, était de 3,t hectolitres de charbon de Newcastle, ce qui, à raison de 105 kilogrammes l'hectolitre*, donnait 326 kilogrammes par heure, ou 8^ environ pour un cheval-vapeur. 1 hectolitre, ou mieux, 105 kilogrammes produisaient donc un travail de 3 ^millions de kilo grammes élevés à 1 mètre de hauteur5. La quantité d’eau vaporisée par les chaudières était, par heure, de 2544 litres, qui étaient ainsi obtenus par 326 kilogrammes de charbon. Chaque kilogramme produisait donc la vaporisation de 7,8 litres d’eau. Si l’on suppose In vapeur, contenue dans In chaudière, 1700 fois moins dense que l’eau, ce qui est à peu près exact , il en résulte une production de 72 mètres cubes , environ , de vapeur, par minute; mais c’est tout au plus si la moitié de cette vapeur est utilisée;

* Eu effet, ©n n pour l'expression de lu puissance, N, de U machine en chevaux- vapeur *.

- Même remarque qu’à la note 2 de la page 12.

3 C'est, eu effet, le chiffre que l'en obtient par un calcul semblable à celui qui a été développé à la note 3 de lu page i2. La charge «or le piston étant de u (tiî) X 0l, 527 s» 7208 kil., et l’espace parcouru par le piston , pendant I heure, de 2", 13 X 42 X 60 = 1534 métrr». on a un travail total de 7208 k X 1534“ :r 1 1 ,054,160 kilogratnmétres pour 3.1 hectolitres de charbon, ce qui donne 3 ‘ millions pour 1 hectolitre.

IIISTOIBE DE LA MACHINE A VAPEUR

car, l’espace intérieur du cylindre, dons lequel se meut le piston, est seulement de 1,92 métrés cubes, qui, multipliés par le nombre de coups de piston par minute, donnent seulement 35,04 mètres cubes, ce qui ne représente pas la moitié du volume de la vapeur engendrée. Le reste a donc été perdu par les (biles, par In condensation, et par l'espace laissé libre entre le piston et le fond du cylindre. Cet espace est la cause d'une perte d'environ 10,2 métrés cubes par minute; il reste ainsi une perte de près de 37 mètres cubes qui doit être attribuée aux fuites et A la condensation, ou, plutAt, à la condensation seule, car les fuites sont inappréciables.

La construction et h disposition de la machine de Cbase-Water étaient entièrement semblables a celles de la machine de Loug-Benton. Cependant la machine de Chase- AV ater avait une bien plus grande puissance. Le diamètre du cylindre était de I ",S3 ; la longueur de course, de 1”, 74 ; le nombre de coups, de 9 par minute, ce qui donnnit un espace de 24", 66 parcouru dans une minute ; la charge sur le piston était de 53R erammes par centimètre carré. Il résultait de ces données une puissance de 77 J chevaux environ'.

La disposition de cette machine sc concevra aisément à l'inspection de la ligure 5. A, B est le cylindre. Le

Fio. 5. — Machine de Chnae-Wiitcr.

piston est en fer, et il est recouvert en dessous d’une planche d’orme, assujettie au piston par des vis taraudées. Un morceau de flanelle goudronnée est interposé entre le bois et le fer du piston, pour retarder la transmission de la chaleur et diminuer ainsi la condensation intérieurement au cylindre. 0 est le balancier,

• En effet, »i l'on déiifrio par N In puianance de la machine en chevaux-vapeur, on a

APPLICATION DU CYLINDRE

long de 8", sa et formé de 20 pièces de sapin, dont 4, celles qui sont le plus près du centre, présentent un ecarrissage de 30 centimètres sur JO, et les 1 6 autres, de 30 sur 15. Ces pièces de bols sont préservées du frottement l’une sur l'autre, au moyen de chevilles en chêne chassées dans des mortaises, préparées pour les recevoir ; elles sont de plus maintenues par 31 boulons en fer de J ; centimètres de diamètre qui traversent le levier dans toute son épaisseur. L’axe du balancier, au point ou il traverse le bois, a 76 centimètres de largeur sur la d’épaisseur. Les supports ou tourillons ont 21 1 centimètres de diamètre, et reposent sur des coussinets en cuivre fixés dans des mnssifs en bois , qui sont établis dans l’intérieur du mur. La longueur de l’axe entre les tourillons est de i”,07; l'épaisseur du balancier de 0",C1 ; sa hauteur au centre, de I ",88, et aux extrémités de 1 *,52 ; E est le mur qui porte le levier ; F, F sont les poutrelles qui supportent le cylindre, ou plutôt qui le maintiennent, et qui sont elles-mêmes scellées dans les murs du bâtiment ; G est la chaudière; H, le fourneau ; L, le tuyau A vapeur; I, le tuyau d’injection terminé par un bec en bois resserré entre le tuyau A vapeur et le bord du cy llndre. Le bois est employ é comme substance non conductrice dans le but de diminuer la condensation ; K est la bâche ou le réservoir de l'eau d’injection ; ce réservoir est à une certaine hauteur pour mieux faire jaillir l'eau à l’état de pluie, par suite de la grande force avec laquelle elle se précipite dans le cylindre; I est une pompe pour élever l’eau d’injection dans le réservoir ; M est le tuyau de décharge , qui vient se jeter dans la cuve de l'eau chaude de condensation ; ce tuyau est muni à son extrémité d’une soupape pour empêcher l'eau de remonter; N est la tige de la pompe d’épuisement ; O, une bande ou courroie portant sur la cataracte ; PP, la tige a taquets qui fait jouer l’appareil de la soupape. Le tuyau à vapeur a 30,5 centimètres de diamètre; le tuyau de décliarge, 20, s centimètres ; les deux petits tuyaux du robinet d'injection et de la soupape reniflante ont 1 5,2 ceutimètres de diamètre. Ils sont tous coulés en une seule pièce s'adaptant u lu partie inférieure du cylindre et prenant en ce point une forme hémisphérique. La soupape reniflante sc compose d'un tampou de buis enchâssé avec force dans le tuyau et pourvu à sou extrémité d’un clapet circulaire ; au-dessus de cette soupape se trouve fixé un petit tuyau conique, avec un robinet à un bout, afin de régler à volonté l'effet de la soupape.

• Le tuyau vertical d'alimentation Q,dit Smeutou, doit remplir l'office d'un tube de sûreté et d’un robinet « d’épreuve. Il est percé vers le bas de deux ou trois petits trous qui se trouvent ainsi au niveau le moins

• élevé de l'eau qu'il est convenable d’avoir dans la chaudière; 7 {Centimètres environ, au-dessous, le tuyau ■ est encore percé d'un trou de 1 ,3 centimètres de diamètre ; et, enfin, A 7 J centimètres plus bas, le tuyau « s'arrête. Par suite de ces dispositions, si le niveau de l'eau devient trop bas dans la chaudière, les trois

• petits trous du tuyau d'nlimcntation laissent échapper la vapeur, ce dont on est averti par un sifflement

- aigu; si, cependant, on laisse ce niveau s'abaisser encore, la vapeur s'échappera en plus grande quantité

• par le trou de i ,3 centimètres, et le brait , cette fois, sera plus considérable ; enfin, si le niveau kuisse

• de manière A se trouver au-dessous de l’extrémité du tuyau, i'eau et la vapeur sortiront en produisant

- un tel bruit que le machiniste sera rappelé A son devoir, lors même qu'il se serait endormi. ■

Tels sont les principaux détails de cette célèbre machine atmosphérique ; il nous reste maintenant A expliquer, en quelques mots, la manière dont elle fonctionne. Quand ht machine est A l'étal de repos, l'extrémité du balancier, (pii porte la tige de la pompe, est toujours inclinée vers le bas. On a donné a cette extrémité un excès de poids afin de faire prendre spontanément nu balancier cette position sans le secours de ta vapeur et malgré le frottement et l’inertie de la matière. La première chose a faire, pour mettre en marche la machine, est d'ouvrir le régulateur ou la soupape qui ferme la communication entre la chaudière et le cy lindre. Le cylindre se charge immédiatement de vapeur, qui se condense d’abord très rapidement au contact du métal froid ; la vapeur continue ninsi A se condenser jusqu'à ce que le cylindre soit devenu aussi chaud qu'elle-mémc. Dès que cet effet est produit, la vapeur, par sa pression, ouvre lu soupape reniflante et chasse l'air qui remplissait le cylindre : on reconnaît que l'air est complètement expulse a la couleur transparente que prend dans ce cas la vapeur, en s’échappant par la soupape. On ouv re alors, au moyen d’une corde, une soupape qui tient fermé le tuyau d'injection dans le réservoir même placé tout au haut

ir,

HISTOIRE DE LA MACHINE A VAPEUR

du bâtiment , on relève, en même temps , la manette qui avait été abaissée pour ouvrir le régulateur. La communication entre la chaudière et le cylindre est ainsi supprimée , et le robinet d'injection se trouve ouvert; le vide se produit alors instantanément par le Jet d’eau froide, et la machine donne un coup de piston. Ut tige à taquets, dans sa descente, frappe, par une saillie ou un taquet, contre le levier de la mauette qui vient d’être relevé; le robinet d’injection se ferme, et le régulateur s’ouvre. Comme la pression exercée par la vapeur est à peu près égale a celle de l’atmosphere, le piston monte , entraîné qu’il est par le poids plus considérable de l’autre extrémité du levier. La tige, en remontant, et vers la lin du coup, frappe de bas en haut contre le même levier, nu moyen d'un autre taquet. Le passage de la vapeur se trouve donc de nouveau fermé, et celui de l’eau d'injection ouvert. Le piston donne ainsi un nouveau coup, et le même effet se continue tant que la machine est entretenue avec de la vapeur et de l’eau froide.

L’eau chaude, provenant de la condensation de la vapeur, sort du cylindre par le tuyau d’échappement pour descendre dans la bâche, d’où une partie se rend dans la chaudière, pour remplacer Veau qui s’est vaporisée. Un petit tube, partant du tuyau d’injection, déverse de l'eau sur la surface supérieure du piston pour empêcher le passage de Pair. Si, néanmoins, une certaine quantité d’air vient à s’introduire, soit avec la vapeur, soit de toute autre maniéré, ce qui Unirait par arrêter le mouvement de la machine, cet air est expulsé à chaque coup de piston par la soupape reniflante. Cependant, l'introduction d'une petite quantité d'aJr est avantageuse, en ce qu’elle diminue de beaucoup la condensation de la vapeur. En effet, l’air, se répandant également dans la vapeur, forme une espèce de nuage contre les parois du cylindre, ce qui garantit la vapeur du contact immédiat du fer nu, et la préserve d’un refroidissement subit. Après les perfectionnements introduits par Smeaton dans le travail des machines, on s'aperçut que les machines construites antérieurement étaient trop hermétiquement fermées, et l'on eut alors recours à un robinet à air pour régulariser l’admission de l'air dans la proportion qui avait été trouvée la plus avantageuse.

Smeaton, avant d’avoir apporté ses perfectionnements dans la machine à vaj»eur, étudia avec beaucoup de soin le travail d’un certain nombre des machines existant alors. Sur 15 machines de Newcastle, il trouva que la meilleure élevait environ 2 millions s.»o mille kilogrammes à une hauteur de 1 mètre par hectolitre de charbon, et que la plus mauvaise n’en élevait que t million 107 mille. La machine qu'il construisit depuis à Long - Benlon , et dans laquelle il apporta tous ses perfectionnement* , élevait, comme nous croyons l’avoir déjà dit, 3 £ millions environ de kilogrammes. Il y avait ainsi moins de différence entre le travail de la meilleure des machines ordinaires et celui des machines perfectionnées de Smeaton, qu’entre le travail des machines ordinaires elles-mêmes.

I,es perfectionnements introduits par Smeaton consistent principalement dans le grand soin apporte à la construction des machines, et dans les meilleures proportions et dispositions qu’il sut donner à la chaudière. Ces améliorations ne découlent point d’un principe nouveau , ni d’un bien grand effort de génie. Avant le temps de Smeaton, la fabrication des machines se trouvait entre les mains de mécaniciens fort ignorants, qui confondaient l’effet dynamique d’une force avec la force elle-même. On cherchait, avant tout, à faire agir le piston avec une grande force, sans se préoccuper de la vitesse de mouvement nécessaire pour obtenir l’effet le plus avantageux. Il était très rare de voir une machine suffisamment entretenue de vapeur; et, quand la machine se trouvait iueapable de remplir son office, par suite de cette insuffisance de vapeur, on y pourvoyait généralement par un cylindre plus grand, ce qui ne faisait qu'augmenter le mal. Les cylindres étaient alors mal alésés, et la condensation produite par l’cnu qui se trouvait au-dessus du piston, aussi bien que par relie (pii s’échappait entre les parois du cylindre et les bords du piston, était très considérable. En même temps, le piston ne parcourait que fort rarement une distance suffisante dans le cylindre, et il se perdait à chaque coup une grande quantité de vapeur qui remplissait l’espace laissé libre par le jeu du piston. Enfin , les chaudières, outre qu elles étaient trop petites, s'établissaient généralement fort mal, et le foyer était placé beaucoup trop en dessous du fond

APPLICATION DU CYLINDRE

de lu chaudière. L'appareil de la soupape était aussi disposé de telle manière, que le régulateur ne pouvait l'ouvrir entièrement, étranglant ainsi le passage de ta vapeur.

Smeaton sut remédier a tous res inconvénients. En doublant avec une planche en bols te dessous du piston, il arrêta d'une maniéré notable ta condensation produite par l'cnn placée au dessus. Vers cette même époque, l'emploi des cylindres mieux alésés, sortis de l'établissement métallurgique de Carron, empêcha ta condensation provenant de l'eau qui se glissult entre les parois du piston et celles du cylindre. Les chaudières de Smeaton furent aussi d’un effet très satisfaisant. La ligure ci-Jointc représente un de ses modes favoris

de construction pour les chaudières en fonte. Trois de ees chaudières, ay ant environ 3 mètres de diamètre, et a mètres de haut, furent établies pour une machine dont le cylindre avait l*,68 de diamètre, ta longueur de course étant de 3*, 59. Cette machine avait été construite par Smeaton, pour l'épuisement des docks de Cronstadt, en Russie. A est le foyer; B, le fourneau ; C,C, ta voûte hémisphérique de la chaudière; c,c, un cylindre relié à ta voûte au moyen de pattes à vis. L'adjonction de cette portion de cylindre a pour but d'augmenter la capacité de la chambre a vapeur ; b, b et d,d sont des pièces coniques reliées aussi entre elles ainsi qu’au cylindre supérieur par des pattes a vis. Ces différentes pièces comptaient , avec le fond, l'ensemble de ta chaudière; D,D sont les tuyaux ou carneaux que la fumée traverse avant de sortir par ta cheminée.

Lorsque l'eau employée à l’injection pouvait, par sa qualité, attaquer la chaudière, ce qui avait souv ent lieu quand on se servait de l'eau des mines, Smeaton avait soiu de n’employer que de l'eau de pluie, ou toute autre n’ayant point d'effet nuisible sur les chaudières. Cette eau se trouvait chauffée, avant d'arriver dans la chaudière, en passant par un serpentin placé dans la cuve à eau chaude.

Quand il fallait faire varier In quantité de travail à effectuer par la machine, on y parvenait an moyen d’un appareil appelé cataracte. Cet appareil consiste simplement en un petit robinet Z, par le moyen duquel l'eau d'une gouttière peut se déverser dans un vase Y, placé dans la boite j,s, et disposé de manière a tourner autour d'un centre , en même temps que le levier IJ, avec lequel il est solidaire. Le levier U fera remonter le vase Y', lorsque ce vase sera vide, et sera, au contraire , entraîné dans la position qu’indiquent les lignes ponctuées, lorsque ce vuse sera plein. Dans ce second cas, le levier soulève le loquet 18 au moyen de la chaîne 27 ; le vase Y’ se vide alors, et reprend ensuite sa première position sous l'action du

frtmiirt Section.

HISTOIRE DE LA MACHINE A VAPEUR

levier U. L'eau s'écoule de la boite zz, qui eut garnie de plomb, après qu’elle a servi a soulever le loquet ; eclul-ci, quand il est soulevé, laisse tomber un poids qui ouvre la soupape d'injection et la machine donne un coup de piston, le nombre des révolutions de la cataracte détermine donc le uombre des coups de pistou accomplis par la machine, de sorte que la v liesse est ainsi réglée par le degré d'ouverture dooné au robinet Z, lequel varie suivant la quantité d'eau à élever. La découverte de la cataracte n'est pas due à Smeaton; on l'employait avant lui dans les machines du Cornouailles. La cataracte dont on se sert actuellement est de beaucoup supérieure n celle que nous venons de décrire. Nous verrons plus tard les modillcatlons qu'elle a reçues.

La grande dépense de charbon qu'exigeait l'entretien des machines du Cornouailles fut l'origine d’une foule d’essais , que l'on fit dans ce pays, pour perfectionner les chaudières. Ces essais remontent n une

époque déjA ancienne de l'histoire des progrès de

i vapeur. Entre autres variétés de chaudières, on en construisit en granit, qui étalent traversées par des tuyaux ou rameaux intérieure ; mais ces chaudières ne paraissent pas avoir eu un grand sucres, leur principal Inconvénient provenant, sans doute, de l’insufllsance de la surface totale de chauffe. La meilleure chaudière de cette époque, que nous connaissions, est celle qui fut établie a York-Butldiogs, à Ixiudres, vers le milieu du siecle dernier, et dont nous donnons ici un destin. A est le cendrier; B, le fourneau ; C,C, le corps de la chaudière ; e, le tuyau à vapeur ; u, 6, d, r sont les carneaux, contournés en spirale , et entrant dam la cheminée en/.

Nous nous sommes, peut-être, un peu longuement étendus sur ces anciennes découvertes, et particulièrement sur cdles de Smeaton. Nous avouons qu'elles ne sont plus, aujourd’hui , que d’un bien faible Intérêt pour la plupart des lecteurs. Cependant, on nuus pardonnera l'extension que nous avons donnée a cette première partie de notre travail, en considérant que la machine atmosphérique est encore employée dans les localités où le charbon est a hou marché. Nous voulions, d'ailleurs, donner une juste idée des conditions de la machine à vapeur avant l’arrivée de \V att, afin qu’on pût apprécier les immenses progrès réalisés par cet Illustre mécanicien.