MACHINES HYDBALLIQLES OU MACHINES D’EPUISEMENT

Nous avons déjà donné, pages 3 1 et suivantes, une description de la machine d’épuisement, telle qu’elle a été établie par Watt lors de ses premiers essais. La machine d’épuisement de nos jours ne diffère de ce type primitif que dans quelques détails sans importance, si l’on en excepte toutefois l’usage de la vapeur à une plus haute pression, et la mise en pratique, sur une plus large échelle, du principe de l'expansion, principe qui a été la source d’une si notable économie dans le service de ces moteurs.

Nous avons représenté (planche 12), sous le titre de machiM d’épuisement du Cornouailles , une machine sortie des fonderies de Hayle. Cette machina V*' itre 1 Kinstilcrce comme un très bon exemple de la machine d'épuisement, telle qu'on lu construit aujourd’hui'. Sa consommation en combustible est relativement très faible. L’appareil à soupapes de la même machine est représenté planche 5. Cet appareil fonctionne de la même manière que l'appareil & soupape* de la machine de Watt, dont nous avons donné une description détaillée et un dessin, page 12; seuleînfnf li*S soupapes, au lieu d'être de l'espèce ordinaire à tige ou & chapeau plat, sont des soupapes à chapeau cylindrique, dites soupapes d'équilibre, parce qu'elles peuvent être soulevées par la plus petite force. La soupape a chapeau cylindrique n'est autre chose qu’un cylindre ouvert aux deux bouts, et susceptible de se mouvoir sur un piston fixe qui lui sert de base. Le cylindre mobile est disposé de manière à fermer complètement au besoin l'orifice de la botte à vapeur au-dessus duquel 11 se trouve, le piston servant d'ailleurs d'obturateur; mais lorsque te rebord extrême du cylindre est soulevé au-dessus de l'orifice de la botte, la vapeur trouve une issue. On conçoit que le cylindre puisse être soulevé aisément, puisqu'il est pressé egalement dans les deux sens. Néanmoins, dans la pratique, on évite le frottement du piston contre le cylindre, en employant des surfaces annulaires légèrement coniques, et in partie mobile de cette soupape n'est point un cylindre parfait, oiusi qu'on le volt en examinant la figure à droite de la planche t.

La soupape & soulèvement, qui se trouve tout à fait à droite dans la ligure que nous venons de citer, est un simple obturateur fonctionnant comme une valve & gorge, et destiné à régler le courant de vapeur. Des deux autres soupapes que cette figure représente, l'une, la plus petite, est une soupape

VARIÉTÉS DES MACHINES A VAPEUR

i vapeur, l'autre une soupape d'équilibre : la première laisse arriver la vapeur au cylindre pour faire accomplir ou piston sa course descendante ; la seconde donne Issue à la vapeur qui se trouve au-dessus du piston, au moment on se termine la course descendante.

La soupape d'échappement est représentée en coupe, dans la partie à gauche de la planche ; son office est de permettre à la vapeur de sc rendre dans le condenseur, lorsque le piston va redescendre. La soupape d’échappement est généralement ouverte un peu avant la soupape à vapeur, afln que le temps réservé 4 la condensation de la vapeur puisse être plus long, et que la course descendante du pliton puisse s’effectuer immédiatement après l'admission de la vapeur au-dessus. Les soupapes sont mises en jeu au moyen de taquets disposés convcnablemeot sur une tige. L'appareil est analogue à celui adopté par Watt, et que nous avons décrit; mais les détails ne sont pas absolument les mêmes, et varient suivant les machines. I-a disposition de soupapes que nous avons choisie pour exemple est la meilleure de toutes celles que nous ayons eu l'occasion d'observer. Nous «Jouterons cependant que, dans le Cornouailles , les mécaniciens ont une tendance a donner une trop faible capacité à leurs condenseurs.

Toutes les machines du Cornouailles sont pourvues d’une ehemtse à vapeur qui enveloppe le cylindre; et même, dans certaines circonstances , ces chemises sont contournées par un tuyau en spirale , dans lequel circule un courant d'air chaud ou de fumée, pour maintenir à un degré suffisant la température de la vapeur. Quelquefois encore le cylindre est entouré d’une chemise où ne se trouve point de la vapeur, mais une substance très mauvaise conductrice de la chaleur, ou bien encore ce revêtement est simplement en bols.

Nous avons représenté , planches 23-24, sous le titre Machine puisement des établissements hydrauliques du Yaurhall, une très belle machine sortie des ateliers de R. Hoakiug. Le cylindre de cette machine est entouré d’un second cy lindre, à grandes dimensions relatives , qui lui sert de chemise et le protège d’une manière très efficace contre le refroidissement. Les tuyaux à vapeur ainsi que les chaudières sont également revêtus avec soin de substances non conductrices ; en sorte que les pertes de chaleur qui proviennent de cette source sont rendues aussi petites que possible. C’est en raison de l'excellence des dispositions prises contre toute perte de chaleur, et de l'application , sur une grande échelle, du principe de l'expausàfln, que consiste leooonmte de la machine du Cornouailles. Les chaudières n'offrent rien de rrtqatquaMé , < ; , .1, . sont , sous tous les rapports , Inférieures aux générateurs 4 carneaux ou tubulaires, ''injiliyrs sur t> *s navires.

Il résulte une économie -ncuntotahlv U l’emploi des chemises à vapeur, mais II serait difficile de dire la raison de cette miuoaafe. Èa'.fffet , la chemise présente nue surface de refroidissement plus étendue que celle du cylindre' lul^méme , et il serait rationnel d'en conclure que son emploi entraîne une plus grande perte, par suite de la condensation de la vapeur. Il n’en est pas moins vrai que, de deux machines, identiques sous tous les autres rapports, celle qui est pourvue d'une chemise 4 vapeur donne un résultat bien plus avantageux que celle qui n’en possède point.

Nous avons donné, pages 12? et 143, les destins de chaudières du CornoualHès de l’espèce la plus perfectionnée. Ces chaudières sont établies d'une manière convenable; mais les cendriers sont loin d’avoir l’ampleur nécessaire, et l'aire superficielle du niveau de l’eau est Insuffisante, ce qui expose ces chaudières 4 fournir une vapeur chargée d'eau. Le tuyau de vapeur, dans la machine du Cornouailles , a une section beaucoup plus étroite que dans la plupart des autres machines. U ne résulte aucun inconvénient de ce rétrécissement du tuyau, et les pertes de chaleur en sont moins considérables.

La plupart des machines du Cornouailles ont, comme nous l’avons dit, une chemise 4 vapeur qui, non seulement entoure complètement le cylindre, mais s’étend au dessas du couvercle et en dessous du fond, n y a même quelques machines dans lesquelles ou ménage on espace pour la vapeur au milieu de la balte 4 étoupes , de sorte que, si quelque fuite a Beu, ce n'est point une fuite d’air, mais seulement une

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faite de vapeur. Or, une faite de vapeur n’a pour effet que d'augmenter la dépense de combustible, tandis qu'une introduction d'air dans le cylindre diminue la puissance de la machine. Pour réaliser ce perfectionnement de détail on donne uue grande profondeur à la boite à étoupes. Au-dessus de la garniture intérieure on introduit une boite en laiton percée de deux trous , pour le passage de la tige , et on recouvre encore cette boite avec de la garniture. Le tou» est comprimé par le chapeau du styffing-box. C'est dans la boite Intermédiaire en laiton que l'on fait arriver de la vapeur par un petit tuyau qui communique avec le tuyau de vapeur.

Dans les machines d’epulsement , on donne généralement une plus grande longueur A la partie du balancier qui est reliée avec la tige du piston a vapeur. Cette disproportion dans les deux parties du balancier de chaque côté de l'axe d'oscillation, permet d'avoir une grande longueur de course sans être obligé pour cela de communiquer une trop grande s itesse aux pistons des pompes d épuisement , ce qui les mettrait bientôt hors d'usage.

L’un des avantages qui résulte d'une grande longueur de course est de pouvoir employer la vapeur A une haute pression sans augmenter au-delà de toute mesure la force des diverses parties d la machine. En effet , les principales parties d’une machine A vapeur doivent présenter la même force de résistance, quelle que soit la longueur de la course du pislun. On peut donc, sans inconvénient de ce côté, augmenter la longueur de la course. Si, au contraire, on augmente le diamètre du cylindre pour compenser la perte fie puissance qui résulterait d'une diminution dans la longueur de la course, on se met dans la nécessité de donner une plus grande force de résistance aux diverses parties de la machine, ce qui la rend naturellement plus coûteuse.

On se sert quelquefois de l'action combinée des deux cylindres de Hornblower ou de Woolf pour obvier a l'inconvénient que nous venons de signaler. On a même, dans quelques machines modernes, simplifié avantageusement le système de Woolf en plaçant le petit cylindre au-dessus du grand, et n'employant qu’une seule tige commune aux deux c\ lindres; mais, conformément a ce que nous avons dit pages 28 et 29, nous ferons observer que l'emploi combiné des deux cylindres n’augmente en rien la puissance de la machine, tout en lui dannant une ci implication inutile, et que le seul avantage qui en résulte est une plus grande régularité dans l’action île la force motrice. Comme de toutes les machines A vapeur, les machines d'épuisement sont celles qui réclament le moins Impérieusement la régularité d’action, nous pensons qu'il vaut beaucoup mieux, pour arriver au même but, donner une plus grande portée A la partie du balancier qui se relie A la tige du piston. Cette disposition si simple, en augmentant la longueur de la course du piston, permet nu constructeur d’attribuer aux diverses parties de la machine des dimensions moindres que celles qu'exigerait une machine de même puissance dynamique et munie d'un cylindre plus court.

Nous avons démontré dans la théorie de la manivelle, pages 368 et suivantes , qu’il n'y avait aucune perte de puissance provenant de l'emploi de la manivelle dans la transformation d’un mouvement alternatif en uu mouvement circulaire continu. Nous avons A faire voir maintenant qu'il n’y a pas plus de perte de puissance dans le mouvement oscillatoire Imprimé à la masse du balancier. Nous admettons cependant qu'il était plus purdonnable de se tromper ici que dans le cas de la manivelle. On pouvait, en effet, ne pas comprendre tout d'abord qu'il n'y avait point de perte , quand on voyait la puissance produire et détruire incessamment, en le renversant, un mouvement imprimé A une masse Inerte. La première erreur, celle relative A la manivelle, se trouvait en opposition directe avec le principe des vitesses virtuelles; elle était rendue manifeste, d'ailleurs, par cette considération qu'une augmentation de paissance ne pouvant être due A une combinaison quelconque de leviers, aucune perte théorique ne pouvait non plus en être la conséquence.

Pour ce qui concerne le balancier, nous observerons tout d'abord qu'il y a effectivement dépense tle force pour faire décrire A toute sa masse, autour d'un rentre quelconque, uue oscillation plus ou moins

eU

VARIÉTÉS DES MACHINES A VAPEUR

étendue. Considéré Isolément . snns liaison aucune avec les diverses autres parties mobiles de la machine, U est incontestable qu'un balancier exigerait à lui seul l'action d’une machine , d'une force proportionnelle à sa masse, pour céder a un mouvement oscillatoire, et être maintenu dans ce mouvement. Cette réticence qu'il faudrait considérer le bnlnncirr isolément, eomme une masse inerte, a l'exclusion des nutres parties du mécanisme, pour que le fait d'absorption de force fut vrai absolument , suffit pour faire comprendre qu'il n'en est plus ainsi du moment que le balancier est lié aux autres parties de la machine en travail. En effet, toute la quantité de mouvement qu’il absorbe, lorsqu’il reçoit son mouvement du moteur, est restituée intégralement aux autres parties du mécanisme au moment où le bidancier arrive à l’état de repos avant de se mouvoir en sens contraire. Dans une machine a double effet, comme dans une machine à simple effet, cette considération que le balancier est obligé d'épuiser A chaque coup, nu prollt de la puissance, la quantité d'action qu’il ubsorbe, suffit pour faire voir qu'il n'y a d'autres pertes de force, dans son application, que celles dues au frottement de l'axe de rotation sur ses coussinets, a la résistance de l'air et a une élasticité imparfaite de la matière.

D'autres machines que les machines à balancier offrent des exemples remarquables de fortes masses douées d'un mouvement de va-et-vient, et que l'on pourrait accuser tout aussi bien d’absorber de la puissance en pure perte. Les machines a planer, A tailler la pierre, A scies non circulaires , etc., sont dans ce cas; et l’on peut dire en général que les exemples de double mouvement de va-et-vient sont tout aussi fréquents que ceux des mouvements de rotation continue. Il est clair que les remarques que nous venons de faire pour les balanciers s'appliquent Identiquement A toutes les autres pièces d'une machine douée d’un mouvement alternatif.

S'il est une circonstance dans laquelle on doive excuser l'emploi des machines ordinaires A balancier, c'est sans aucun doute dans l'application des machines a l'épuisement des eaux. Les machines a action directe ne se prêteraient pas aussi avantageusement et avec les mêmes conditions de stabilité A la mise en jeu des tiges de pompe. Le balancier repose sur un mur en maçonnerie établi tout près de l'embouchure du puits, comme on |>eut le voir en se reportant u la planche 12, que nous avons déjà citée, et qui représente une muehine d'rpuisement A balancier du Cornouuilles. A l'une des extrémités du balancier se trouve le cylindre A vapeur, et, A l’autre extrémité, la tige maîtresse qui plonge dans le puits. C'est vers cette dernière partie du balancier que sont suspendues les tiges de la pompe A air et de la pompe alimentaire. La pompe A air est représentée A gauche et vers le bas de la ligure par des lignes ponctuées, et Ton voit a côté le condenseur situé dans le réservoir d’eau froide. I.’eau d'injection pénètre dans le condenseur pnr un tuyau recourbé, A l'extrémité duquel se trouve une valve dont le jeu est réglé pnr une cataracte. On aperçoit cette cataracte au-dessous de l’appareil des soupapes de la machine. Le centre d'oscillation de la tige-guide du parallélogramme est fixé sur une lige de fer qui traverse le mur du bAtiment. L’extrémité du balancier, du côté du cylindre, est munie de crochets d'arrêt ou oreilles qui viennent porter contre des poutrelles élastiques, lorsque les oscillations du balancier tendent A prendre trop d'amplitude, ce qui pourrait occasionner des ruptures par suite du choc du pislon contre le fond du cylindre. La pompe alimentaire est établie au-dessus du tuyau de décharge. Quant au mouvement des soupapes, nous en avons déjà fait la description , et ce mouvement est représenté dans une planche A part , planche i.

La machine d'épuisement des établissements hydrauliques du Vauxhall , que nous avons représentée planches 23-24 , est uuc des machines les meilleures et les plus complètes de ce genre. Elle peut, en toute sécurité , être indiquée comme un modèle A suivre pour les constructeurs de machines hydrauliques. La tige-maitresse des pompes est liée au balancier par un parallélogramme aussi bieu que la tige du cylindre, et chaque extrémité du balancier est munie d'oreilles qui, en portant contre des poutrelles élastiques , préviennent tout excès dans l'amplitude du mouvement oscillatoire. Des grues sont disposées au-dessus du cylindre a vapeur et des pompes, pour soulever aisément les pistons.

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