MACHINE A SIMPLE EFFET DE WATT

parties de la machine. Cependant, nous pensons que le même effet peut être obtenu tout aussi avantageusement et avec beaucoup plus de simplicité, en augmentant la longueur de course du piston ; et d'ailleurs, la parfaite régularité du mouvement est de peu d'importance dans une machine d'épuisement.

La fig. 14 représente les dispositions générales réalisées par Watt, dans une machine à simple effet, à l’époque ou nous sommes arrivés de ce précis historique. A est le cylindre ; B, le piston ; C, la tige du piston ; E, la chemise du cylindre; F, le tuyau à vapeur ; G, la soupape ouvraut ou fermant la communication de la vapeur avec l'intérieur du cylindre; H, la chaudière; I, prolongement du tuyau A vapeur jusqu’à la soupape d'équilibre K ;L, soupape de décharge; M, condenseur; J, tuyau de décharge; N, robinet d'injection ; 0, soupape du bas du condenseur ; P, pompe à air ; Q, piston de la pompe u air; S, soupape de décharge de l’eau de condensation dans la cuve à eau chaude ; T, tuyau d'asphution de la pompe alimentaire; V, pompe à eau froide pour entretenir le réservoir d'eau d'injection; Y, petits leviers des soupapes, dont la mise enjeu se produit au moyen des taquets de la tige Z, qui , s'élevant et s'abaissant avec le balancier, sert eu même temps de tige au piston de la pompe à air. Enfin , h et j sont des contrepoids ajoutés à la tige de la pompe pour surcharger l’extrémité correspondante du balancier ; k es» la soupape d'aspiration de la pompe. La chaudière est entourée Ultérieurement par des carneaux o, o , et audessous se trouve le fourneau p.

Il est facile de voir comment cette machine opère. Iri, comme dans la machine atmosphérique, lorsque la marche est arrêtée, le piston se tient nécessairement au haut du cylindre, par suite de l’excédant de poids de l’extrémité du balancier qui porte la tige de In pompe. La première chose à faire, pour mettre en marche la machine, est donc de chasser l’air qui remplit l’espace au-dessous du piston. On arrive à ce résultat en dégageant de leurs taquets les petits leviers des soupapes de vapeur , d’équilibre et de décharge. Ces soupapes s’ouvrent alors sous l’action de poids qui font vivement pirouetter les leviers, et la vapeur pénètre dans toutes les parties intérieures de la machine. D’abord, elle est rapidement condensée au contact du métal froid; mais bientôt le fer s’échauffe, et la vapeur, chassant l’air devant elle, remplit tout l'espace qui lui est ouvert, et sort par la soupape reniflante, située a la partie inférieure de la pompe à air ou du condenseur. On ferme alors les soupapes, et le vide se produit par la condensation de la vapeur dans l’intérieur de la maelitnc. On répète cette opération deux ou trois fois nfln de chasser tout l’air; et l'on reconnaît que l’expulsion est complète au sifflement aigu que produit alors la vapeur en s’élançant par la soupape reniflante. L'air étant ainsi chassé, on ouvre les soupapes de vapeur et de décharge, la soupape d’équilibre restant fermée. La vapeur ne peut alors arriver qu’au-dessus du piston, et si l’on ouvre le robinet d’injection, la condensation au-dessous est complète, et le vide est formé. Le pistou s'abaisse donc sous la pression de la vapeur. La tige à taquets, dans sa descente, ferme les soupapes de vapeur et de décharge, et ouvre la soupape d'équilibre. Il y a alors égalité de pression au-dessus et en dessous , et le pistou se relève sous Faction du balancier. Enfin , la tige à taquets ferme la soupape d'équilibre en remontant, et le mouvement de la machine doit ainsi se continuer. L’eau fournie par le robinet d'injection, et celle provenant de la condensation de la vapeur, sont déversées par la pompe P dans la cuve à cnn chaude S, où la petite pompe alimentaire vient puiser pour l’alimentation de la chaudière.

Depuis que la machine à simple effet, ou machine d’épuisement, tdle que nous venons de la décrire, est sortie des mains de Watt, on peut dire qu'elle n’a reçu, quant à son principe, aucune modification réelle. Il est vrai qu'aujourd’hui le balancier est en fonte au lieu d’être en bols ; Il est vrai que les parallélogrammes articulés remplacent les têtes circulaires de ces balanciers avec leurs chaînes, et que des perfectionnements ont eu lieu dans l’appareil des soupapes. Mais ces perfectionnements, tout en rendant l’instrument plus élégant, ne Font pas rendu beaucoup plus efficace ; et une machine, qui serait copiée exactement sur le type original de la machine à simple effet de Watt, produirait , a peu de chose prés, la même quantité de travail que la meilleure de nos machines modernes.

H n’était point dans lés habitudes de Boulton et de Watt de faire valoir les droits de leurs brevets pour

HISTOIRE DE LA MACHINE A VAPEUR

I execution même de leurs machines. Ils se réservaient seulement de participer aux prulits résultant de l'emploi de ces machiDes, et, comme nous l'avons déjà dit, ils n\ aient fixé cette participation nu tiers des économies réalisées dans la dépense de combustible. On peut juger de l'importance de ces économies, d'après ce fait que les propriétaires des mines de Chase - Mater offrirent de payer aux inventeurs 3,400 lis res sterl. (60,000 francs) par an, pour s'affranchir de tout partage. Mais, bientôt, les proprietaires de mines trouvèrent ces payements Intolérables, malgré les immenses profits que leur faisait réaliser l'emploi des nouvelles machines. Il se forma dans le Cornouailles une ligue puissante pour attaquer, par tous les moyens imaginables, la portée des Inventions et des brevets de J. Walt; et, chose triste à dire, ce ne fut qu’aprés de longs efforts que Watt parvint à faire valider, par les cours de justice, des droits incontestables. Cette lutte déloyale, loin de fatiguer le courage de Wutt, donna un nouvel essor a son genie; car, ce fut , selon toute probabilité, pour ôter tout prétexte aux attaques de l'envie et de la cupidité, que W att conçut l'idée de construire une machine pour la production d'un mouvement de rotation. .Nous allons dire quelques mots relativement a l'histoire de cette Invention.

Savery et Papin avalent essayé de produire un mouvement rotatif à l'aide de leurs machines, et, en 1736, Jonathan Hulls avait propose de faire marcher un bateau par le moyen de roues u aubes, mue»

par une machine de Ncvvcomen. En 1 749, Keon Fitzgerald voulut renouveler l'air des mines en se servant d'une espèce de vanne de moulin, mise enjeu par une machine de Newrcomen, pour propulser I air dans la mine. En 1 777, John Stewart décrivit, dans une séance de la Société Royale, un système pour convertir les mouvements rectilignes en mouvements circulaires; U alla même jusqu'à parler de l'action

MOUVEMENT DE ROTATION

d'une manivelle, mais en rejetant cette idée comme étant d’une application impossible. Enfin, Washbrough , en 1779, prit une patente pour la production d'un mouvement rotatif à l’aide d'un système de roues à mehets. Ce ne fut qu’en 1780 qu'une patente fut prise par Pickard, pour produire ce mouvement à l’aide d'une manivelle. La machine n’est point représentée dans la spécification de cette patente, mais la figure 18, ci-contre, fera concevoir la manière dont la manivelle fut appliquée par Pickard à la machine atmosphérique ordinaire.

A est le fourneau ; B, le cendrier ; C, la chaudière ; E , le cylindre ; L , le balancier ; G , le réservoir d’eau d’injection ; M, la tige de jonction ou bielle; N, la manivelle ; Q, le volant ; f , la tige d'encliquetage des soupapes. Il est évident que cette machine ne peut imprimer un mouvement d’impulsion au volant que pendant la descente du piston ; mais le volant continuera g se mouvoir, en vertu de l’inertie , lorsque le piston remontera ; et cela , avec d’autant plus d'uniformité que la masse de ce volant sera plus grande.

Pour ajouter à la régularité du mouvement, dans le ras de l’application d'une manivelle à la machine atmosphérique, Francis Thompson, du comté de Derby, fit l’épreuve, vers l’année I79S, d'un système de deux cylindres combinés, de manière a produire une double action. La figure ci-contre représente l'ensemble des dispositions qu'il adopta. E est le cylindre ordinaire, et F est un cylindre renversé place au-dessus du premier de manière à laisser un certain intervalle n entre les deux cylindres, pour per-

Fio. 16. — Michéle uunofphdnqoo à double «ffet de Thompson- — 1793.

mettre à la pression atmosphérique de s’exercer sur les deux pistons. LL est le balancier, et K , la tète circulaire de ce balancier, reliée g la tige du piston par un système de chaînes à double action, pour agir pendant la montée et pendant la descente du piston. Il y a en tout trois chaînes : deux pour faire descendre le balancier, et une pour le faire monter. G est le réservoir de l’eau froide d’injection. Ce réser-

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HISTOIRE DE LA MACHINE A VAPEUR

voir est alimenté par la pompe R qui chasse l’eau dans le tuyau de conduite S. V est le mur qui porte le balancier; U U, U U sont de grosses solives faisant l'office d’entraits ; Xest un fort massif en maçonnerle qui |)ortc le cylindre Inférieur. La tige de jonction ou bielle M fait tourner la roue N qui s’engrenc sur le pignon O, adapté à l’arbre du volant Q, lequel reçoit ainsi un mouvement beaucoup plus rapide ; a est le tuyau a vapeur ; b et r , les soupapes a vapeur ; /, un passage conduisant de la soupape a vapeur c au cylindre inférieur; g, g, tuyaux de décharge; h> i, robinets d'injection; j , tuyau d'injection; k, soupape reniflante adaptée au cylindre inférieur, il y a aussi une soupape semblable adaptée au cylindre supérieur, mais que l’on ne voit pas dans la ligure ; / est la tige d’encliquetage des diverses soupapes ; elle est munie de taquets qui font jouer les leviers des soupapes, pour régler l’entrée et la sortie de la v npeur.

Une grande machine fut établie, d’après ce système, par Tliompson à Arnold, près de Nottlngham, pour le service d’une filature. Cette machine remplit assez bien , pendant plusieurs aimées, le but auquel elle était destinée, mais avec une grande consommation de charbon. Les cylindres avaient l mètre de diamètre ; la longueur de la course était de I“,ko, et le nombre de coups était de 18 pur minute. Cependant, depuis cette époque, on a établi bien peu de machines semblables a celle que nous venons de décrire , attendu qu'elles étaient tout aussi difficiles à conduire et a régler que les machines les phis perfectionnées de Boulton et Watt et qu’elles nécessitaient une dépense de combustible beaucoup plus considérable.

Une autre machine atmosphérique à double effet, d’une construction différente, fut établie a Manchester, vers 1794, par MM. Sherrats. Cette machine fut également employée dans une filature de coton. L’idée du mécanisme à double effet de cette machine a été tirée, évidemment, de la pompe à air à double action , telle qu’elle était construite par les fabricants d’instruments de physique. Quant aux autres dispositions, elles ne sont, en grande partie, qu’un plagiat des mécanismes de Watt. E,E sont les cylindres ouverts par le haut; J, J, les pistons; K,k, les tiges de piston À crémaillères qui font tourner la roue dentée I.L. Cette roue remplace le balancier. /,/ sont les petites tiges des pompes à air; elles sont aussi ù crémaillères et sont mues par la petite roue 7, adaptée à l’arbre de la grande roue L. P est un levier fixé aussi sur le même axe />, et qui , par le moyen de la bielle M, communique le mouvement à la manivelle N, adaptée u l’arbre du volant Q; a est le tuyau à vapeur avec un conduit intermédiaire rf, descendant par une direction inclinée vers la boîte où se trouvent les soupapes à vapeur/, /. Au-dessous, il y a deux soupapes de décharge communiquant avec le tuyau de dégagement g. F est le condenseur; k, la soupape du fond; H, H, les pompes à air;

1 1 , la cuve a eau chaude ; GG , la bâche à eau froide. U, U sont de fortes solives qui supportent l’arbre de la roue L; X\ est un bâti en charpente portant les cylindres; Z, soupape a gorge adaptée au conduit intermédiaire </, du tuyau à vapeur, afin de régler l’entrée de la vapeur. Les cylindres de cette machine avaient 9 décimètres de diamètre, et la longueur de la course était de l",20. Elle fut employée pendant trente années , mais les propriétaires avaient à payer une certaine somme annuelle à Boulton et Watt , en raison des perfectionnements qu’ils leur avaient empruntés.

La seule machine dont nous ayons à nous occuper, avant d’arriver à la description de la machine a rotation de Watt, est la machine, brevetée en 1797, d’Edmond Cartwright. Les améliorations réalisées par cette machine sont décrites dans la spécification même de la patente :

« Premièrement. L’eau , ou tout antre liquide employé pour produire la vapeur, doit circuler intérieu- « rement à la machine, sans avoir aucune communication avec l’air extérieur, et sans pouvoir se mëtan- « ger avec aucun autre fluide.

- Deuxièmement, La partie inférieure du cylindre doit être constamment en communication avec le « condenseur, et la condensation doit s'accomplir a chaque coup du piston , la pression de la vapeur n’a- * gissant que d’un côté. Il n’y a que deux soupapes , l'une nu haut du cylindre, et l’autre dans le piston.

MOUVEMENT DE ROTATION

• Ces soupapes sout ouvertes cl fermées, a des Instants convenables, par le mouvement du piston loi-

• même.

l'iu. 47. — - M&cliinc #tnuMi<liêfïi|OP u doubla t'ICt — I7ÎI4

Tmisinnement. La condensation s’effectue dans un vaisseau séparé par le contact seul de l'eau

• froide sur la surface extérieure de ce vaisseau, et non par l'injection d’eau froide duns l'intérieur. Le » condenseur est composé de deux cylindres, d'un métal très mince, llxés l'un dans l'autre, de maniéré a

• ne laisser qu’un espace très étroit entre eux pour la vapeur. Ce condenseur est plonge dans l’eau froide

■ qui entoure complètement la surface extérieure du grand cylindre et la surface intérieure du petit , de

• maniéré à ce que la vapeur soit exposée à une grande surface de refroidissement. Le liquide condense

• qui s'accumule au fond du condenseur doit être enlevé par une pompe convenablement disposée , et

■ une partie de ce liquide, quand elle a été bien purgée de l’air qu'elle pouvait contenir, sert a l’alimen-

• tation de la chaudière.

• Quatrièmement. Le piston doit être fait entièrement de métal , sans aucune garniture de chanvre.

• Enfin, la chaudière doit être alimentée avec de l’eau distillée au lieu d'eau ordinaire, pour produire

■ la vapeur qui sert nu travail de la machine. »

rrmürt Stclton |

HISTOIRE DE LA MACHINE A VAPEUR

\x* dispositions de cette machine sont représentées dans la flmire I h. K K est le cylindre ; J J, le piston qui est représenté dans sa descente; r, soupape a vapeur adaptée nu couvercle du c\ lindre et renferme*

Fio. 18. — Machina de Cartwright. — <797.

dans In boite il; K, condenseur ; H , pompe à nlr ; G , bûche à eau froide ; O, pignon adapté 4 l'arbre du v olant y y . et mû par le système des roues dentées N, N. Aux axes de ees roues sont attachées les mani- ' elles p,p, reliérs a articulations avec la traverse '«par les bielles Met K. n est le tuyau h vapeur; r est un petit ressort fixé au haut de la tige du piston , pour fermer la soupape à vapeur, lorsque le piston a deseendu suflisamment ; n, tige dn piston ; fg, tuyau de décharge ; k, clapet du fond ; i n, soupape et m >«. tuyau, par lesquels la vapeur condensée, qui entre dans la pompe i air pendant la montée du piston, est chassée dans In cuvette à eau chaude I . Un flotteur est disposé dans cette cuvette avec une petite soupape qui est solidaire avec lui. Si quelques fuites d'air viennent il se manifester dans la machine, cet air, en s'accumulant dans la cuvette I, fera baisser le niveau de l'eau, et, par suite, le flotteur. La petite soupape s'ouvrira alors, et l'air s'rebnppera. T est le tuyau qui conduit h In chaudière l'eau chaude de la cuvette. La soupape du piston s'ouvre lorsqu'une petite tige c , qui le traverse, porte contre le fond du cylindre. Cette soupape et In soupape à vapeur sont d'ailleurs maintenues par des ressorts dans les positions qui leur conviennent.

MOUVEMENT DE ROTATION

Cette machine de Car t wright présente des dispositions fort ingénieuse* , mais plutôt sous le rapport de l'élégance que de l'utilité , et les machines qui ont été construites sur ce plan u’ont pas fonctionné avec succès. La surface de refroidissement du condenseur n’est pas assez grande; l’air s’accumule au dessous du piston de la pompe à air, et le vide ne peut ainsi se produire complètement. Un autre inconvénient, qui frappe a la première vue, c'est que la pression de la vapeur daus la chaudière se communique nu piston de la pompe à air, dès que la soupape de décharge vient à s'ouvrir, et produit ainsi une contre-pression d’autant plus considérable que la tension de la vapeur dans la chnudiere est plus grande. Les pistons métalliques ont été depuis généralement adoptés; mais l'idée première de cette modification parait être duc a Watt. En résumé, cette machine ne présente aucun perfectionnement bien réel, puisque tous les essais qui en ont été faits n’ont point donné de résultat satisfaisant. Mais, n’insistons point davantage sur toutes ces tentatives plus ou moins ingénieuses, et arrivons à la description des procédés employés par \\ att, procédés qui laissent bien loin derrière eux les recherches imparfaites que nous venons de rappeler. C’est, en effet , A son génie seul que nous devons la machine à vapeur à double effet telle que nous la voyons fonctionner aujourd'hui. Nous ne pouvons mieux foire que de laisser Watt lui-même décrire les diverses phases de sa découverte.

•• Depuis longtemps je m'étais préoccupé de l’idée d'obtenir un mouvement de rotation continu autour d'un axe. On peut voir, en se reportant a ma première spécification de 1 7fi9, que j’avais donné la des* « cription d’une roue, mue par la force élastique de la vapeur agissant dans un anneau creux ou canal • circulaire, d’un côté contre une soupape, et de l’autre coutre une colonne de mercure ou tout autre fluide « métallique *. Cette roue a vapeur fut exécutée sur une échelle d'environ 18 ; décimètres de diamètre, a « Soho; mais après avoir fonctionné à plusieurs reprises, die fut abandonnée, u cause des inconvénients quelle présentait duns la pratique. Les mêmes inconvénients se reproduisirent dans d’autres machines ■ rotatives établies soit par moi , soit par d’autres mécaniciens , absolument comme dans les machines « qni produisent des mouvements rotatoires, au moyen de roues a rochets. Après être parvenu a établir

- un mouv ement très régulier dans mes machines à mouvement alternatif , je cherchai le meilleur moyen « d’en déduire le mouvement rotatoire; et, parmi les différents procédés entre lesquels il me fût donne « de choisir, ou qui me vinrent à l’Idée , aucun ne me parut remplir aussi heureusement eet objet que la

manivelle telle qu'elle est appliquée au tour ordinaire (invention d’un grand mérite, et dont l'humble « auteur n'est pas même connu ). Dans la machine à tourner, le mouvement rotatoire est uniquement pro* « duit par l’impnlsion communiquée à la manivelle, lors de la descente du pied , au moyen de la pres-

- sk>n qu'il exerce, et ce mouvement sc continue par la force d’inertie delà roue, qui agit comme un

4 Par cette expression pou correcte de fluide méialliyut, Watt veut désigner probablement nn corps on alliage très jusant, niais h l'état liquide. Voici, d'ailleurs, le paragraphe de la spécification de 1769, dont U rat Ici question, et qui n'est point reproduit dans l'ouvrage anglais :

» Lorsqu on a bcroin d’un mouvement rotatif autour d’un axe, je donne aux rases ft vapeur la forme d'anneaux creux on « de canaux circulaires, pourvus d'entrées et de sorties pour la vapeur, et montra sur de* axes horizontaux. comme les roue» * hydrauliques: en dedans de ces anneaux , m trouve un certain nombre de soupapes, qui ne s'ouvrent que dans une dirre- •• tion. Dans l’intérieur de ces canaux , des poids sont disposés do manière à former points d'arrêt, tout en pouvant glisser " contre les parois intérieures. Quand la vapeur est introduite dans ces machines , entre les poids et le» soupape*, elle agit " également sur tous lea deux , de sorte que, d'un côté de la roue, elle fait élever les poids, et que, par la réaction succes-

■ sîve sur les soupapes , elle donne un mouvement circulaire à la roue, lc9 soupapes s'ouvrant dans la direction dans laquelle

■ les poids sont poussés,. maïs non pas dans le sens oppoaé. A mesure eue le vase h vapeur tourne, il reçoit de 1a vapeur «U* » la chaudière, et celle qui a fait son office peut êtro évacuée dans lq condenseur ou dans l'atmosphère- ••

Nous voyons que Watt, en 1782, parle do colonua do mercure ou de tout autre liquide très pesant ponr former point» n 'arrêt dan» sa roue à vapeur, et non pins des poids, dont le mode d’emploi est expliqué d'une manière assoit confuse dans »n spécification de 1769 , que nous venons de reproduire.

HISTOIRE DE I.A MACIII1NE A VAPEl'R.

" volanl. Mois , comme je voulais éviter de charger ma machine d’un volant asvez pesant pour lui faire " continuer su marche durant la montée du piston , Je résolus d'employer deux machines agissant sur

- deux manivelles , fixées sur le même axe , et faisant entre elles un anale de cent vingt degrés, et de pla-

• cer un poids sur la circonférence du volant , à la même distance angulaire des deux mnnivcllcs , c’est -a-

• dire, à HO degrés, de telle sorte que le mouvement pût devenir presque complètement uniforme , en « n’ayant recours qu’il un volant très léger. Os Idées m'etnient venues A l'esprit depuis longtemps ; mais

• ce ne Bit que vers l’année 1 7 7 U, lorsque M. Washbrough établit une de ses machines à roehets, a Bir- ■ minghnm , que je me déterminai A construire un petit modèle pour faire un essai de ma méthode. J'avais

• néglige de prendre une patente, et un ouvrier, employés la construction de ma machine, révéla l'inven-

- tion A M. Washbrough , qui prit, conjointement avec lui, une patente pour l’application de la manivelle

• aux mnehines à vapeur. L’ouvrier avoua la fraude ; mais l’ingénieur, qui dirigeait les travaux, tout en

• convenant du fait, prétendit que l'idée d’appliquer la manivelle aux machines à vapeur lui était déjà

• venue , avant qu'il n’eiit connaissance de mon procédé ; que même, antérieurement , ii av ait fait a ce ' sujet un petit modèle. Ottc allégation pouvait être vraie ; car l'idée de l'emploi d'une simple manivelle

• se présentait assez naturellement a l’esprit par elle-même. Dans ces circonstances, je pensai qu’il vulalt

- mieux chercher à arriver par d’autres moyens au même résultat , plutôt que d’en faire l’objet d’une

- contestation, et je me proposnl d'annuler l'effet de la patente de M. Washbrough, en rendant pu-

• bllque l’application de ma découverte. En conséquence, dans l'année 1781, je pris une patente pour , différents modes de production de mouvements rotatifs a l’aide des mouvements alternatifs du balan-

• lier. Parmi ces méthodes se trouve celle des deux roues dites planétaire et du soleil.

- Ce système fut appliqué dans un grand nombre de machines. Son grand avantage était de communi- « quer une vitesse double au volant , mais il y avait peut-être plus A craindre l'usure et la rupture des « pièces que dans l'emploi de la manivelle, dont l’usage est aujourd’hui beaucoup plus répandu . quni-

- qu'elle nécessite un volant quatre fois plus pesant. •

Fl o. 1 0 . — Machin: A rotio planétaire d« Watts

!.a figure 19 représente uue coupe verticale de l'une des machines, dites machines fie* moulins d'Albion. Cette machine est a double effet; c'est-à-dire que la vapeur entre dans le cylindre A au dessus et