PRINCIPE DE L’EXPANSION DE LA VAPEUR

en 1781, pour faire remplir u la vapeur un double emploi dans les machines. La vapeur poussait d’abord un petit piston, en fonctionnant ù haute pression, suivant la méthode proposée par Leupold ; puis, on utilisait cette vapeur, en ta faisant passer dans un cylindre plus grand, ou elle venait agir avec une tension évidemment moindre sur un piston d’un plus grand diamètre. Ce projet est identique, en principe, a celui de faire travailler la vapeur par expansion ; car, il est (distant qu’on obtiendra le même effet avec un cylindre long et étroit qu’avec un cylindre court et large, pourvu qu’ils aient la même capacité ; et si nous supposons qu'on diminue la longueur du cylindre à haute pression de llorublowcr, eu même temps qu’on augmente son diamètre, et qu’on le place au bout de sou grand cylindre, nous auront un cylindre unique opérant par la méthode d’expansion. Or, il est bien évident que cette transformation n’influe en rien sur l’effet obtenu.

Le principe de l’expansion des gaz est un sujet à la fois si important et si peu connu des personnes qui n’ont <pie de vagues notions sur les propriétés physiques des gaz et des vapeurs, qu’il serait Impardonnable daller plus loin sans donner quelques explications, aussi claires que possible, pour faire bien comprendre ce principe. Ces explications viendront ici beaucoup plus naturellement que dans une partie plus avancée de l’ouvrage. •

On sait , d’après la loi de Mariotte, que la pression exercée par les fluides élastiques varie en raison inverse des espaces occupés par ces fluides. Par exemple, si I mètre cube d'air, à la densité de l’atmosphère, est comprimé dans un espace de J mètre cube, sa tension, ou force élastique, sera augmentée de l à 2 kilogrammes par centimètre carré ; de même , si le volume occupé par l'air est porté à 2 mètres cubes, sa force élastique descendra a î kilogramme, c'est-à-dire a la moitié de ce qu’elle était auparavant. La même toi se maintient quand ees proportions changent ; elle a lieu pour tous les autres gaz et vapeurs ’, pourvu que leur température ne soit pas altérée , de sorte que si la soupape à vapeur d’une machine vient à être fermée quand le piston est descendu du quart de son parcours, la vapeur contenue dans le cylindre exercera , ù la fin du coup, une pression égale nu quart de sa pression initiale.

Ainsi, soit E un cylindre ; J, le piston ; a, le tuyau u vapeur; £», la soupoge à vapeur; e, l’entrée ou lumière du haut du cylindre ; /, celle du bas ; </, le tuyau à vapeur se prolongeant jusqu’à la soupape d’équilibre e; <7, la soup.ipe de décharge; M, l’enveloppe de vapeur ou chemise du cylindre; N, le dessus dn cylindre ; O, la boite u ctoupes; w, la tige du pistou ; P, le fond du cylindre. Supposons le cylindre divisé, dans le sens de sa longueur, en un certain nombre de parties égalés, en 20 parties, par exemple ; et convenons de représenter par le diamètre du cylindre lu pression exercée par la vapeur, que nous supposerons, pour plus de simplicité, de 10 kilogrammes, de sorte que le diamètre puisse être partagé en 10 parties égales. Si, maintenant, on suppose que le piston, en descendant , parcoure 5 des 20 divisions, et que la soupape à vapeur soit alors fermée, la pression exercée à chacune des positions suivantes du piston sera représentée par une série de nombres conformes aux lois de la pneumatique ; ainsi, si l’on représente par 1 la pression initiale, la pression au milieu du coup sera représentée par 0,50, et celle ù la fin du coup par 0,25, comme on le voit lig. 12. Si l’on porte sur les lignes horizontales, menées par chaque point de division , des distances proportionnelles à ces uombres, on obtient une hyperbole ; et l’aire de la surface extérieure à cette courbe représente 1’efllcacité totale du coup de piston, tandis que celle de la surface intérieure représente la diminution dans l’efficacité du coup, quand la vapeur est arrêtée au quart de la course du piston. Les petits espaces carrés de la figure, situés au-dessus du point où la vapeur est arrêtée, et qui sont au nombre de 50, représentent avec ceux qui sont au-dessous de ce point, au nombre de 57 environ, la pression totale exercée par la vapeur. Ainsi, tandis qu’une quantité de puissance, représentée par 50, est produite au moyen d’une dépense de vapeur occupant un volume égal au quart du cylindre, on obtient

1 Lorsque wh vapeur» ne «ont pa« en contact avec le» liquide» qui le» ont formées.

Prtmièrt Section. J

HISTOIRE DE LA MACHES E A VAPEUR

un autre effet, représenté par *7, sans la moindre dépense de vapeur, en permettant seulement a la vapeur, déjà utilisée, d’occuper un espace quatre fois aussi considérable que son volume primitif.

Fie li.

L’elflcacité d’une quantité donnée de vapeur est donc plus que doublée par une augmentation de I à 4 dans le volume qu'elle occupe, tandis que l'effet de chaque coup de piston, pris Isolement, est diminué à peu près de moitié, comme il est aisé de le voir sur la figure. Par conséquent, pour faire entrer dans la pratique le principe de In détente de la vapeur, il faut augmenter la capacité ordinaire des cylindres proportionnellement au degré de l’expansioo. Il est facile de calculer la pression finale de la vnpeur dans un cylindre , lorsqu'on connaît la pression initiale et le point ou la vapeur a été arrêtée ; on peut , tout aussi aisément , trouver chacune des pressions Intermédiaires. En prenant la moyenne entre un certain nombre de pressions ainsi déterminées, on arrive à obtenir, a un degré d’exactitude suffisant, la mesure de l’effet de la détente. Cependant, nous donnerons plus loin les régies pratiques a l’aide desquelles on détermine cet effet a tel point que l’on veut de la détente. Quant a présent nous ne voulons que donner une idée générale du sujet a ceux pour lesquels de semblables recherches ne sont point familières, et nous nous bornerons a reproduire les quelques exemples suivants des effets les plus remarquables obtenus avec une quantité donnée de vapenr, lorsqu’on applique le principe de l’expansion.

En supposant que l’entrée de la vapeur dans le cylindre soit fermée quand le piston est an milieu de sa course, l’effet utile de cette vapeur est augmenté dans le rapport de l à l ,7 ; si le piston est au tiers de sa course, l’effet utile croit dans le rapport de 1 a 3,1 ; enfin, sf le piston est à J, J, J, {, ou ; de sa course, les effets de la vapeur seront respectivement augmentés dans les rapports: de f a 2,4 ; de I à 3,6 ; de 1 à 3,8; de l a 3 ; de I à 8,2.

Une machine de la force de 40 chevaux , construite par Watt, a peu près à l’époque de l’introduction du principe d'expansion , consommait environ 8,85 kilogrammes de charbon, par heure et par force de