CHAPITRE HtJITtBlIK

pbériqneeldesel

de la Tapeiir dui8 le cylhidre siir la pressMm i

; rezcédaist de la pression ai

pbérique sur la tendoii de la rapeiu-^ pecirent être maaœuTrées méeamqiieiiiest comme les robinets A et B.

On peal anw snppniiier le leoifiard C, rexpêrienoe ayant appris que le tajaa de décharge N suffisait pour réTaciiatioii de Tair el de Teait prorenant de la condeaiatîon* an eonimeneenent de dtaiiiie ocrane raontanle.

Cette machine, coontie sons le nom de mû€àiMê êiwÊûspUrifmê de Niwcmium, a été înTentée rers Tannée 1710, par Thomas Xewoomen forgeron de Danconth, el John C^wley ritrier de la mëfce rille. Elle étai^ la première machine à piston que Ton ent fut jaaqn*alors et elle a été, pendant longtemps, exdii»remeat em^qyée à répniseraent des mines. Ea 1837, la preaqae totalité des machines d'épuisement dans 1^ honillèree de notre pays, étaiefit de ce système que Ton pent considérer comme le point de départ de hi machine à rapenr, an point de rne des applications indnstrielles. Depuis nu grand nombre d^années, eue est complètement abandonnée^ a canse de Ténorme quan^ tité de rapenr qn^elle consomme par condensation inntile pen* dant la montée dn piston, dans le cylindre refroidi par l'injeo tion d\aa froide pendant la coorse précédente, et à cause des dimensions considérables qu'il faut donner à ce cjUndre pCMf développer une puissance relatiTement peu considérable,

Hous ne nous occoperons pas de cette machine qui n*a ] aujourd'hui, quMne râleur purement historique.

Dans le système représenté par la fig. (15), la rapenr \

de la chaudière par le tuyau M pousse le pistou de haut en tel, en surmontant une résistance dont la grandeur dépend de la snrfiice de ce piston et de la tension de la vapeur qui n^est pins limitée comme dans la machine de Newcomen. La tige dn piston agit a reitrémité d'un balancier et la résistance, qui est ordinairement celle d'une maîtresse- tige de pompea d'épuiae<* ment, ert appliquée à Fautre extrémité de ce balancier. Pendant la course de haut en bas, la soupape C qui se nomme «wpdfe SéçuUibri, reste fermée, et la soupape E qni est Im

TYPES DE MACHINES A VAPEUR

ioupapé du condenseur, reste ouverte ; de sorte que le vide qu^une injection d'eau froide produit dans le condenseur où vient déboucher le tuyau F, se propa^r^e dans le cylindre et diminue, dans une forte proportion, la tension qui s'exerce sur 1a face du piston opposée à celle qui reçoit Faction de la Tapeur,

Le tuyau F peut aussi déboucher directement dans Tatmosphère, mais alors le vide ne se fait plus sous le piston qui reçoit moins de travail utilisable de la part de la vapeur. Quand le piston est au bas de sa course, la soupape i'aimimon

|B, 86 ferme et la soupape d'équilibre, C, s'ouvre ; quant à la soupape du condenseur, E, elle peut, suivant les circonstances,

[xeelcr ouverte ou fermée.

Dans ces conditions, la vapeur qui emplit le cylindre audessus du piston, peut passer librement sous ce piston par la colonne latérale D qui se nomme colonne d^équilibre, et toute

[puissance motrice de la vapeur, se trouvant neutralisée par les pressions égales exercées sur les deux faces du pistou, lui-ci remonte jusqu'à la partie supérieure de sa course sous

U'iofluence d'un excédant de poids que Ton a donné à la maîtresse-tige, sur toutes les résistances qu'elle doit surmonter en descendant; cet équilibre des tensions sur les deux faces du

I piston pendant sa course montante, peut se produire dans trois conditions différentes :

1** Lorsque le tuyau F débouche directement dans l'atmosphère et que la soupape E est ouverte, une partie de la vapeur

.s'échappe par ce tuyau F jusqu'à ce que la tension des deux

I côtés du piston, s'abaisse jusqu'à la pression atmosphérique extérieure; Téquilibre s'établit donc entre deux pressions égales à celle de Tatmosphore, au moins très approximativement.

2*" Lorsque la soupape E reste fermée pendant la course montante, il importe peu que le tuyau F débouche dans l'atmospbère ou dans un condenseur, l'équilibre s'établit sous deux tensions égales à celle que conserve encore la vapeur lorsque son volume , qui occupait d'abord la capacité du cylindre au-dessus du piston, s'est agrandi pour occuper toute la capacité de ce cylindre et celle de la colonne d'équilibre.

3^ Lorsque le tsjjui F débami» àam un < ! E est oaTertA pe

et qn

saaiispe J£ est oaTeite pendant cette course montante, Véqnilibre des tensions snr les deux faces du piston^ s'établit BOUS une tension qni est celle qui peut subsister encore dans tout l^apparell après que la (Hesqiie totalité de la rapetir appelée par le vide qu*un jet d^ean &c^ide crée dans le condenaeor, s'est condensée dans cette dernière capacité.

Lorsque le piston est anÎTé au somnet de sa course^ la soupape C se ferme» la soupape B se rouire, ainsi que la soupape £ si elle est restée fermée pendant la course montante, et tous les phénomènes que nous Tenons de décrire, se reproduisent.

Quoique Tappareil en soit plus compUqué^ le tuyau F, pour de raisons d'économie de combustible sur lesquelles nous rené drons plus tard, débouche ordinairement dans un condenseur.

Cette machine qui porte le nom de macAime iê Watt à simple efet, a été inyentée par cet homme de génie irers Tannée 1769 et elle a été, comme la machine de Newcomen, ejcclusivement appliquée à l'exploitation des mines.

Un peu plus tard, la détente y a été appliquée en fermant ! soopape d^admission B arant la fin de la course du piston et c^est dans cette dernière condition de fonctionnement qu*elle a reçu le nom de machine de Comouailles^ parce que c'est dans les mines de ce comté d'Angleterre quelle a été employée pour la première fois.

Depuis une trentaine d'années , on a souvent simplifil en Belgique et dans quelques pays Toisins, la disposition de Watt, en faisant passer la tige du piston par le fond du cylindre et en rattachant directement à la maîtresse- tige des pompes; on a ainsi supprimé le balancier et les constructions coûteuses qu'il entraînait, mais cette disposition si simple présente un inconvénient assez grave. Le cylindre étant placé directement sur le puits, la partie supérieure de celui-ci en es^ plus ou moins obstruée.

Sous cette dernière forme représentée par la fig, (16), liT machine a reçu le nom de machine à traction directe, A est la soupape d*admission, B la soupape d'équilibre

TYPES DE MACHINES A VAPEUR

Z la soupape de condenseur que Ton a sourent supprimée pour des raisons qui seront exposées plus tard*

On voit que, dans cette machine, le travail utile se produit pendant la course montante du piston, et que la descente de celui-ci, avec équilibre des tensions sur ses deux faces, doit s'effectuer sous TacUon d'un excédant de poids de la raaîtresseti^e sur les résistances qu'elle est destinée à surmonter pendant cette descente-

Le système représenté par la (fig. 17) qui reproduit une des dispositions pratiques adoptées, comprend un cylindre et un !>Î6ton qui est poussé par la vapeur, tantôt dans un sens, tan- ^tci dans Tautre, de façon à communiquer à la tige de ce piston un iDOUvement de va et vient que Ton transforme habituellement en mouvement de rotation à Faide d'une bielle et d'une rmanivelle ou de toute autre disposition mécanique. Pendant [que la vapeur venant de la chaudière pousse le piston dans le J Bens XY, la vapeur qui a fourni le coup de piston précédent et [qui se trouve du côté Y de ce piston, passe directement dans » l'atmosphère, ou dans un condenseur lorsque l'on veut faire le vide dans la partie du cylindre vers laquelle le piston se meut.

Pendant la course dans le sens YX, c'est le compartiment Y |ui est mis en communication avec la chaudière et le comjyar- ^tjmentXqui communique avec Tatmosphère extérieure ou avec le condenseur.

Voici comment cette distribution de la vapeur s'effectue dans la disposition représentée par la tîgure et qui est une des plus simples que Ton ait inventées.

Un côté du cyhndre porte latéralement une nervure extérieure assez large qui constitue une augmentation d'épaisseur de la paroi sur une partie plus ou moins considérable du pourtour de ce cylindre. La face externe mz^ de cette nervure a été dressée avec soin et oflre une surface bien unie et pM^faitement plane. Dans cette surface on a percé trois ouvertures rectanguilaires, ou lumières, n, x, -z, beaucoup plus larges dans le sens Ld'aoe tangente au cyhndre que dans le sens de sa hauteur ;

Touverture z communique, par un conduit ménagé à la font©" dans l'épaisseur de la nervure, avec le bas du cylindre ; Touverture n communique de la même manière, avec le haut de ce cylindre, etTouvertiire centrale x débouche dans nn conduit C qui n^a aucune communication directe avec le cylindre et qui, dirigé perpendiculairement au plan de la figure, traverse la partie saillante de la nervure et se prolonge par ua tuyau extérieur, jusque dans un condenseur, ou débouche tout simplement dans ratmoi^phère.

Sur la surface m z' nommée Mie des lumières , peut glisser une plaque K d'une longueur m^ et plus lar^e que les lumières qu'elle recouvre. Cette plaque porte en dessous une cavité dont le dessin représente un des côtés et dont Tautre côté est égal à lu largeur de la lumière ; de sorte que cette plaque, qui porte le nom de coquillt, de f^Hsêiére ou de tiroir, ne se trouve en contact avec la table des lumières que par son pourtour. Le tout est recouvert d'une chapelle qui communique avec la chaudière par la tubulure D. Un excentrique circulaire, placé généralement sur larbre du volant de la machine, communique à la glissière un mouvement de va et vient sur la table des lumières.

Dans la position de la glissière indiquée par la lettre K dans la figure, la vapeur qui remplit la chapelle et qui vient de la chaudière, peut entrer, par la lumière :^, dans le bas du cylindre et pousser le piston de bas en haut. Pendant ce temps, la vapeui* qui se trouve de Tautre côté du pistou, est chassée de la capacité Y par la lumière n. passe sous la glissière et, par la lumière a?, s'engage dans le tuyau de décharge C qui la conduit dans PatmoRphère ou dans un condenseur.

Dans la position K' de la glissière, la vapeur entre dans le haut du cylindre, pousse le piston de haut en bas et la vapeur du précédent coup de piston s'échappe par la lumière t.

Ce n'est pas ici le lieu d'examiner de plus près ce mode de distribution de la vapeur, mais on verra plus tard, qu'un simple mouvement do va et vient suffit pour placer la glissière en position convenable, à chaque instant, pour que les deux capacités Y et X soient en communication au moment nécessaire, avec '. chaudière et avec l'atmosphère ou avec le condenseur.

TYPES DE MACHINES A VAPEUR

Il y a beaucoup d'autres moyens de distribuer la vapeur, Euiis celui-ci suffit pour donner une idée des dispositions que i*an peut employer dans les applications ^ pour recueillir le tra- Tail que la chaleur est susceptible de produire dans ce genre d'appareil.

Cette machine porte le nom de machine de JVaft à double efèt, parce que c'est à ce grand mécanicien qu'elle est due. Il faisait ordinairement déboucher le tuyau de décharge C dans un condenseur et, pour empêcher la vapeur de se condenser dans le cylindre moteur par suite du refroidissement de ses parois^ il plaçait ce cylindre moteur dans un autre cylindre semblable, de façon qu'il restât entr'eux un intervalle de quelques centimètres, hermétiquement fermé en haut et en bas* La vapeur venant de la chaudière traversait cet espace annulaire avant d'arriver dans la chapelle de distribution K, s'y condensait en petite quantité pour réchauffer les parois du cylindre moteur et Teau provenant de cette condensation était ramenée à la chaudière par un tuyau de retour placé au bas de Tespace annulaire.

La vapeur à la tension de la chaudière et sans cesse renouvelée qui entoure le cylindre moteur sur toute sa hauteur, a reçu le nom de chemùe de vapeur* Enfin, pour diminuer la condensation inutile dans !a chemise de vapeur, on entourait M€ore parfois le cylindre enveloppe d'une couche plus ou moins épaisse de matières peu conductrices de la chaleur,

Oo peut dans la machine à double effet de Watt, comme dans tft machine à simple effet, fermer la soupape ou ^^lissière d'admhîiîoQ de la vapeur, avant que le piston ait terminé sa course ; on cesse alors de dépenser de la vapeur nouvelle et celle qui se trouve ainsi dans le cylindre, isolée do la chaudière, continue à pousser le piston et à produire du travail en augmentant de volume et en diminuant de tension, jusqu'à la fin de la course.

U faut, évidemment, que cette diminution de tension ne devienne jamais telle que la contre pression de la vapeur qui se trouve de Fautre côté du piston et qui s'échappe dans Tatmosphère ou dans un condenseur, remporte et tende à faire rebronsser chemin à ce piston, avant la fin de la course.

lies machines dans lesquelles ce principe d'économie de

vapeur, découvert pas Watt, a été appliqué, se nomment machines à détente ou à expannon. Tout le travail que produit la détente constitue un bénéfice, puisqu'il est obtenu sans dépense de vapeur et, par suite, sans dépense de combustible.

On peut, d'après ce qui précède, classer les machines à vapeur, en cinq catégories, d'après le mode spécial d'action de la force motrice sur le piston :

P Les machines atmosphériques dont le type est la machine de Newcomen ;

2» Les machines sans détente ni condensation ;

B" Les machines sans détente, à condensation ;

4** Les machines à détente, sans condensation ;

5** Les machines à détente et à condensation.

Il sera facile de reconnaître, à mesure que nous avancerons dans l'étude de ces appareils, que tous ceux qui existent, rentrent dans Tune ou l'autre de ces catégories.

Les quatre dernières ])euvent être, du reste, à nmplê ou à double effets suivant que la vapeur ne pousse jamais le piston que dans un sens, ou qu'elle le pousse tantôt dans un sens, tantôt rlans Pautre.

On applique aussi, parfois, d'autres dénominations complémentaires aux machines dn ces quatre dernières catégories ; on dit qu'elles sont à haut fftniùn^ quand la tension de la vapeur, dans la chaudière, ne dépasse pas deux atmosphères, à moyenne prenion, quand celte tension reste comprise entre deux et quatre atmosphères, et à haute pression, quand la tension dépasse quatre atmosphères. Ces dernières dénominations n'ont, au fond, aucune importance et il vaut mieux, pour donner une idée nette des conditions dans lesquelles une machine travaille, indiquer tout simplement et exactement la tension sous laquelle la vapeur agit sur le piston.

Au lieu d'opérer la détente dans le cylindre même qui a reçu la vapeur venant de la chaudière, on l'effectue quelquefois dans un deuxième cylindre plus grand qui contient également un piston dont la tige agit dans le même sens que celle du piston du premier cylindre et sur le même organe de transmissioi

TYP^S DE AlACHINES A VAPEUR.

de mouvement. Cette disposition porte le nom de machine de Woùîf^ parce que cet iogéojeur est le premier qui Tait adoptée. La fig. (18) en représente les lif^nes primitives, abstraction fSute des détails d^exécution adoptés dans les applications.

La Tapeur vient de la chaudière par le toyaii M et, dans les positions des soupapes ou glissières indiquées sur le dessin, agit sur la face supérieure du petit piston. Pendant qu'elle pousse ainsi ce piston sous tension constante tant que le passage A reste ouvert, la vapeur contenue dans la partie 0 du petit cylindre, passe par l'ouverture D et a^rit sur la face supérieure du grand piston qui, relié au même levier ou balancier que le petit, fournit sa course complète en même temps que lui^ La capacité 0' du grand cylindre, pendant cette course de haut enbaades deux pistons, reste continuellement en communication avec le condenseur par l'ouverture F et par le tuyau N qui débouche dans ce condenseur.

En fermant les glissières qui sont ouvertes sur le dessin et en ouvrant celles qui sont représentées fermées, on fournit, dans les mêmes conditions, la course de bas en haut des deux pistons.

Lorsque les points de la communication extérieure de mou- Tement, auxquels se rattachent les tiges des deux pistons, sont aaaujétis à parcourir le même chemin, les courses des deux pistons sont égales. Dans ce cas, on obtient un rapport déterminé entre les capacités des deux cylindres à Taide d'une différence des diamètres des deux pistons, tandis que dans le cas précédent, ce rapport est obtenu par la différence des diamètres et, en même temps, par la difierence des courses* C*est cette différence des volumes en;]^endrés par les deux pistons qui constitue la valeur de la détente* lorsque la vapeur entre dans le petit cylindre pendant toute la course, mais on peut obtenir une détente plus considérable en fermant Tadmission dans ce petit cylindre avant la fin de la course de son piston.

Les deux cylindres sont généralement revêtues d'une chemise de Tapeur commune traversée par la vapeur qui se rend de la chaudière au tuyau d'admission M et, de temps en temps , on ajoute à la chemise de vapeur, une couverture de matières pou

conductrices pour empêclier les déperditions de chaleur, moyens piéventii's du refroidissement de la vapeur dans cylindres sont ici plus nécessaires encore que dans les machic à un seul cylindre» parce que les causes de refroidissement . Bont plus considérables.

Cette disposition ne présente aucun avantage» au point i vue de la quantité théorique de travail extérieur produit pression constante et à dotente, sur la machine à un 8€ cylindre, mais, comme nous le verrons plus loin, la somu des efforts transmis simultanément par les tiges des deux pî| tons, est moins variable que Tefiort unique transmis dans ] machiDe à détente à un seul cylindre, et il est plus facile d'c tenir dans la marche de la machine, une vitesse très réguliè qui est indispensable dans certaines applications industrielle par exemple dans les filatures, pour lesquelles on a souvc adopté ce type à deux cylindres* Dans les machines à un se cylindre on n'obtiendrait le degré de régularité nécessaire i bon fonctionnement des métiers à filer, qu'à Taide d'un fort volant

On pourrait sur le principe de Woolf, faire des machineaj plus de deux cylindres et dans lesquelles la vapeur croîtra progressivement de volume, eo passant d'un cylindre dans suivant. i)n obtiendrait ainsi une somme d'eflforts transe par les pistons, de pius en plus régulière, mais les appareils »e compliquent de plus en plus avec le nombre de cylindres employés et Ton n*en a jamais enaployé plus de trois» Les construteurs modernes ne vont pas au delà de deux.

Dans ta marine, on a, depuis quelques années, adopté une légère modification à la machine de Woolf, et Ton a construit la mackine Cûmpounâ dont il sera question plus tard.

Depuis *|uelque temps on essaie aussi de remettre en lumière un ancien mode d'application de la vapeur à lelévation de Teau et de reproduire, sous le nom de puhmmirê, Faocienne machine du capitaine Savery qui fonctionnait vers 1832 dans rétablissement des bains Vigier à Paris, Ces bains établis sur un bateau

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imairéprès du Pont-Neuf, étaient alimentés d'eau puisée dans la Seine par cette machine qui était d'une simplicité toute élémentaire, mais qui, eu égard à Tefifet utile produit^ consommait une énorme quantité de vapeur.

Nous avons représenté dans la (fig. 19) le principe d'action de cet appareil.

A est un cylindre, ou une capacité de toute autre forme, plein

d'eau ; B un tuyau d'aspiration plongeant, par le bas, dans le réservoir d'où Teau à élever, doit être tirée, et commuuiquant par le haut avec la capacité A dont il peut être isolé par la soupape d'aspiration m ; C le tuyau d*arrivée de la vapeur venant de la chaudière ; f la soupape d'admission de la vapeur ; D la colonne de refoulement de l'eau ; • la soupape de retenue de Teau dan^ la colonne D.

Supposons l'appareil plein d'eau jusque dans le voisinage de la partie supérieure de la capacité A.

Si Ton ouvre la soupape d'admission p, la vapeur s'établira à la partie supérieure de cette capacité A et se condensera en plus ou moins grande quantité par suite de son contact avec la surface de Teau et avec les parois de la capacité ; la couche super* fieielle du liquide s'échauffera rapidement, mais comme la chaicur ne ae propage qu'avec une extrême lenteur de haut en baâ dans les liquides, la condensation se ralentira vite et la vapeur pourra agir avec toute sa tension sur la surface de l'eau contenue dans la capacité A. Cette eau sera alors refoulée dans la colonne D par la soupape n. Quand le niveau sera abaissé jusqu*en un certain point, par exemple jusqu'en itj^, la soupape C se fermera, le mouvement d'ascension de l'eau s'arrêtera et la soupape n retombera sur son siège.

Si Ton injecte alors de l'eau froide dans la capacité A qui est pleine de vapeur, ou tout simiilement si on laisse agir pendant quelque temps les causes naturelles de refroidissement de cette vapeur, celle-ci se condensera, le vide se formera dans la capacité et l'eau du réservoir inférieur, poussée par la pression atmosphérique, soulèvera la soupape m et remplira la capacité

caffi

A à mesure que 1a condensation effectaée le peruMttra. L toole Paelum du refroidissement se sera produite, Teftn i éterée jusque Ters la partie supérieare de la capacité A et tout moftfeme&t s'arrêtera dans rappareiL En ronTrant alors la iOitpdipe C, les mêmes phénomènes se reprodairont identiqoement.

On pourrait même introduire un pen de détente dans e appareil. En faisant fonctionner la Tapeur au début de l'admisaion^ sons une pression plus considérable qne celle qui est nécessaire au refoulement de Teau dans la colonne D, on împnmerait une grande ritesse au liquide que contient cette colonne et quand la tension de la rapeur ne serait pins qne suffisante pour lui faire équilibre statique, ce liquide animé d'une grande vitesse ascensionnelle, tendrait à continuer son mouyement eo luttant contre l'action de la pesanteur à l'aide de sa force vive emmaj^asinée. L'eflfort que la vapeur devrait exercer sur sa surfau^e dans la capacité A, serait alors amoindri ; de sorte qu'une certaine détente de la vapeur au delà de la tension qui fait équilibre statique à la colonne d'eau refoulée, serait possible

Dans la machine des bains Vigier, on avait placé sur la surface du liquide, un flotteur qui se mouvait librement dans le cylindre, afin de supprimer dans une très forte mesure, le contact de la vapeur avec l'eau et de diminuer la condensation pendant la période de refoulement.

Nonobstant cette précaution, la condensation était restée considérable, à cause du refroidissement par les parois du cylindre périodiquement mouillées d'eau froide pendant les périodes d'aspiration ; mais comme l'eau élevée devait être encore échaufiée pour le service des bains, la chaleur rendue disponible par cette condensation n'était pas perdue et l'eau élevée arrivait dans les chaudières où elle devait être échauffée|^ avec une température supérieure à celle des eaux de la Seind^| où elle était puisée. ^

C'est là une des circonstances rares dans lesquelles cette machine puisse être recommandée, car dans toutes celles oii Teau élevée n'a pas besoin d'un accroissement de température, les pertes de vapeur y sont trop considérables, comme dans la.

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înachioe de Newcomen dont elle présente tons les plus graves

inconvénients.

Son usage, dans ces derniers cas, ne pourrait être motivé que

par la simplicité de sa disposition, la presque impossibilité de

dérangement qu elle présente et par l'intérêt que Ton pourrait a?oirà posséder un appareil qui n'exige que peu d'entretien et qui se trouve toujours en état de fonctionner, même après un long repos. Dans les circonstances où ces avantages prennent une grande importance, on peut sacrifier Téconomie de combustible pendant la marche de Tappareil.

Toutes les machioes dont il vient d'être question, moins la idernière, sont à piston cylindrique se mouvant dans une capafCité également cylindrique, ce qui exige, quand on a besoin d'un mouvement de rotation continu, Temploi d'une bielle et d'une manivelle, ou de toute autre combinaison d'organes mécaniques, pour transformer le mouvement de va et vient du piston en mouvement de rotation.

On a aussi essayé un grand nombre d'autres dispositions qui ont reçu le nom de machines à rotation àireck^ Dans celles-ci» la fmpeur venant de la chaudière imprime directement un mouvement de rotation à l'organe qui fait office de piston et qui est fixé à un arbre quil entraîne avec lui. Nous citerons quelquesunes de ces dispositions qui ont été essayées à différentes époques.

Macho}£ rotative de Watt (fig; 20)* — E est un cylindre i fonds plats et de peu de hauteur ; A le piston tournant qui entraîne dans sa rotation rurbre D qui traverse les fonds plats du cylindre et transmet le mouvement au dehors ; B une espèce [de clapet ou valve courbe qui peut s'ouvrir et se fermer en tournant autour de la charnière z ; cette valve frotte contre les I fonds du cylindre et sur l'anneau de calage du piston, anneau qui a la même largeur que ce piston et qui frotte comme lui sur lea fonds du cyliadre ; II le tuyau d'arrivée de la vapeur et K le conduit de décharge qui peut déboucher dans Tatmosphère OQ dans un condenseur.

La Tapeur arrivant par le tuyau H pousse le piston A le SCD8 indiqué par la flèche^ et elle est arrêtée, de Tautre > par la ralve B qui s^appuie sur Tauneau de calage de oe pi et qui est assez longue pour qu'elle ne paisse dépasser la tiou iodiquée sur le dessin. Lorsque le piston, après avoir de la plus grande partie de sa révolution, vient rencontrer c«t valve, il la pousse dans une cavité ménagée pour cela dans ] paroi du cylindre et passe outre. Immédiatement après l6 sage du piston, la valve est repoussée par la vapeur dans sa position première et le mouvement se continue indéfioiment» Pendant que la vapeur venue de la chaudière pousse le piston, Tautre face de celui-ci rejette dans l'atmosphère, par le tuyau de décharge K, la vapeur de la précédente révolution, qui est restée dans le cylindre après que le piston a eu franchi Tentrc de ce tuyau.

Le brevet de Watt pour cette uiacbine, est de 1783.

MACim^E EOTATIVE DE MuRDOCK, BREVET DE 1799 (fig. 2\)

— EE est une capacité doublement cylindrique, à fonds plata plus ou moins distants. Cette capacité est traversée par den arbres portant denx roues d*engrenage en prise et construite avec un soin tel que la vapeur ne puisse passer entr'elles au point oîi elles en;îrènent, ou tout au moins n'y puisse passer qu'en volume égal au jeu qui doit rester entre la dent et Viïkz tervalle de deux autres dans lequel elle se loge à son passa sur la ligne des centres. De plus, les extrémités et les faces latc" raies de toutes les dents, doivent frotter doucement contre les parties cylindriques de la capacité et contre ses fonds plats. 11 est clair que si Ton fait arriver de la vapeur par le tuyau H, les deux engrenafres tourneront dans le sens indiqué par les flèches en entraînant les arbres qui les portent, dans leur mouvement de rotation, et que la vapeur emportée dans les intervalles des dents le long des surfaces cylindriques, s'échaf pera par le tuyau K qui peut dé!»oucher dans un condenser ou dans ratmosphère.

Cet appareil met immédiatement deux arbres tournants la disposition du mécanicien, mais s'il n'en utilise qu'un seu celui-ci recevra la totalité du travail transmis par Ja vapeur, ^

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:diD

I* condition que Tatitre n^ait à surmonter aucune résîstauee,

MACHINE JlOTATrVE DE JoSEPH Êv^E , BHEVET DE 1825

(fij. 22j. — K est un cylindre creux, bien alézé, à fonds plats,

portant en un point de son pourtour, une cavité demi-cylin-

Jriqae également alézée. Dans le cylindre creux on a placé uu

cylindre plein B solidement fixé sur Farbre A qui traverse les

fonds du premier et qui porte trois dents qui doivent faire

office de pistons. Le cylindre plein B a pour hauteur la distance

1 des fonds du cylindre creux et les faces planes latérales des

dents frottent également contre ces fonds.

Ud petit cylindre C ayant un tiers du diamètre du cylindre B, est placé dans la cavité demi-cylindrique et peut tourner taugentiellement à celui-ci, de façon à faire trois tours quand ce dernier en fait un. Ce petit cylindre C porte lui-même une cavité qui peut contenir les dents Y quand elles passent en ce point, tout en empêchant la vapeur de passer d'un coté àTautre delà dent qui franchit le passage.

Il est clair que si la vapeur arrive par le tuyau D, elle trouvera une résistance inébranlable en C, poussera les dents dans le sens indiqué par les flèches et s'échappera par le tuyau E [qui débouche dans ratmosphère ou dans un condenseur. Chajcuiie dos dents, à son passage en C, se loge dans la cavité du petit cylindre qui vient précisément s'offrir en cet instant, parce que celui-ci fait trois révolutions pendant que le noyau B n'en fait qu'une.

Dans une autre disposition analogue (lig. 23), le noyau B tangent à la circonférence intérieure du cylindre et dont Farbre K traverse excentriquenient les fonds plats de ce cylindre, porte quatre lentes munies de ressorts au fond. Sur ces ressorts l'appuient des plaques rectangulaires glissant à frottement doox contre les parois des fentes et faisant office de pistons. Pendant la rotation du noyau B, ces plaques poussées par les ressorts rentrent dans les fentes ou en sortent pour s'appliquer toujours contre la surface convexe du cylindre et contre ses fonds plats- Lorsque la vapeur arrive par le tuyau A, elle t%% arrêtée eu S par le contact des deux cylindres tangents et pousse le piston N qui emporte le noyau B avec lui et, par

suite, Tarbre moteur K, Lorsque ce piston arrive daas la] tion M, la vapeur qui lui a transmis son travail parla (t peut s'échapper par le tuyau C, Quand cet appareil ne contient qîu'un seul obturateur mobile, ou piston, l*onfice de décharge C est placé près de Torifico d'arrivée de la vapeur, A ; quand il en contient deux, roriiice àù déchar^ço se place en B, ou plutôt on petit supprimer la moitié inférieure du cylindre creux, en ne laissant de ce côté que deux coulisses circulaires pour empêcher les obturateurs de sortir tout à fait de leurs gaines et pour maintenir leurs extrémités tangentes à la circonférence du demi-cyliudre creux.

Nous croyons inutile d'insister davantage aur ces dispositions de machines à rotation directe, dont on a essayé proposé une énorme quantité et qui tiennent une si grande place dans tous les recueils de brevets dinvention ; parce que toutes, au moins jusqu'aujourd'hui, ont présenté des frottements, des fuites de vapeur et des chances de dérangement si considérables, qu'elles n'ont jamais pu entrer en comparaison avec les machines à mouvement de piston, recti ligne, au point de vue de l'éconoraie de combustible et de la sécurité du service, ce qui les a fait abandonner.

Les fuites de vapeur, principalement autour des obturateur mobiles, étaient énormes et entraînaient une dépense de combustible sans rapport avec Futilité des appareils. Il est impossible de dire aujourd'hui si Ton arrivera jamais à nue solution pratique satisfaisante, de ce problème dont la solution théorî^ que est d'une si grande simplicité.

Les efforts des inventeurs, dans cette voie, n^ont cependant pas été tout à fait perdus. Tous ces appareils, inapplicables économiquement, quand on y fait agir un fluide aussi subtil que la vapeur d'eau qui passe en très grande quantité par les fissures les plus étroites, ne présentent pas tout à fait le même inconvénient quand c'est de Teau qui les traverse ; celle-ci peut ne passer qu en petite quantité par les mêmes fissures. On a souvent utilisé cette observation, et en faisant tourner

TYPES VE MACHINES A VAPEUR

à rebonrs les obturateurs mobiles à Taide d'une puissance extérieure, pendant que le tuyau de dédiarge plonge dans un réservoir d'eau, et que le tuyau d'admission se prolonge verticalement pour former colonne d'ascension ^ la machine à vapear s'est trouvée transformée en pompe à rotation continue. A rbeure où nous écrivons cea lignes, les journaux contiennent un grand nombre d'snnonces de pompes rotatives, qui ne sont que d'anciennes macliines à vapeur dont l'invention remonte à un demi' siècle, ^ On en a même fait des ventilateurs de mines, en agrandis- ^aant beaucoup leurs dimensions et en ne faisant pas frotter les obturateurs mobiles contre les parois des conduits qu'ils par- ^ courent ; on laisse le plus petit jeu possible, sans arriver ^jusqu'au contact, entre ces parties qui doivent frotter les unes «ur les autres dans l'emploi de la vapeur. Ces ventilateurs ^ agissent comme pompes à air aspirantes et s'il y a quelques ^Tentrées d'air vers l'aspiration^ autour des obturateurs mobiles^ elles ne constituent qu'une assez faible fraction du volume ^ total d'air extrait par l'î^ppareiK

V 11 est aisé de reconnaître que, dans toutes cea machines à vapeur à rotation directe, on peut introduire la détente en supprimant l'entrée de la vapeur avant que roblurateur mobile qui reçoit son action, arrive au point où cette vapeur passe

Iilans le tuyau de décharge^ et qu'elles sont à condensation r»u sans condensation, suivant que ce tuyau de décharge débouche dans un condenseur ou dans ratmospbcre* On retrouve donc, dans les appareils de cette espèce, toutes les catégories de machines à vapeur que nous avons indiquées à propos des machines à mouvement rectiligne. On peut même y introduire le principe de Woolf, c'est-à-dire de détente dans nn deuxième cylindre ; il suffit, pour cela, de faire déboucher le tuyau de décharge d'une première machine, dans une seconde semblable, mais de dimensions plus M considérables, ou dans une seconde de mêmes dimensions, y mais tournant plus vite, La vapeur, en arrivant de la première ' dans la seconde, augmentera de volume en diminuant de tension, et la contrepression opposée à l'obturateur mobile de

Tune, sera égale, au moins approximativemeDt, à la pression motrice sur robturâteur mobile de Tautre ; eu uu mot, cette vapeur se comportera exactement comme celle qui est comprise entre le petit et le grand pistou de la machine de Woolf.

Eofio, elles peuvent être munies de chemises de vapeur et d'enveloppes peu conductrices de la chaleur comme les macbiues à mouvement rectiii^ne de Watt ou de Woolf.

Il résulte clairement, de tout ce qui précède sur les diverses dispositions de machines à vapeur employées aujourd'hui, que le principal iuventeur de ces machines, qui jouent un rôle si important dans Imdustrie, est James Watt, et que tous ses successeurs n'ont fait que glaner dans le champ qu'il avait moissonné ; on n'a rien inventé de bien neuf, depuis, et les principaux perfectionnements que 1 on a apportés à ces machines, sont des perfectionnements d'exécution matérielle et non de principes d'action.

Pression de la vapeur dans le cylindre et dans la chaudière d'une machine.

Pour qu*un gaz ou une vapeur passe d'une capacité dans ui autre, il faut que la tension, dans la seconde, soit plus faibl" que dans la première ; car si elle était la même dans les deux capacités, il u'y aurait aucune raison pour que le fluide placé entr'elles se dirigeât d'un côté plutôt que de l'autre, donc :

La itnnm de la vapeur, dam îe cylindre, est ntctuaireviint et en toutes circonstances, plus faible que sa tension dans la chaudière.

D'autre part, d'après les lois du mouvement des fluides élastiques dans les tuyaux de conduite, la portion de charge génératrice de la vitesse, absorbée par les résistances passives qui s'opposent à ce mouvement, est d'autant plus grande que la conduite est plus longue, plus étroite, et que les passages rétrécis que doit traverser le Uuide, sont plus multipliés et de plus petite section ; et comme cette charge génératrice n'est autre chose que la diSerenee des tensions dans les deux capacit

que la conduite met ee communication» on en tire la consé* quence suivante :

Pour une tension déterminée dajis la chaudière, la tension de la

tapeur dans le cylindre est d'autant plus faille que le tuyau de

induite qui met les deux capacités en communication, est plus

long, plus étroit, présente plus d'étrunylemerits, et que ces étran-

IfUments ont une plus petite section.

Malgré l'exactitude de ces principes, la pression de la Tapeur dans le cylindre, n*est pas uniquement dépendante de la pression dans la chaudière ; il existe encore d'autres causes de TariatioDs sur lesquelles nous allons appeler l'attention.

Dans toute machine, Taction de la vapeur sur le pistou, d'abord supérieure aux résistances utiles et passives qui s'op* posent fiu mouvement de ce piston, commence par imprimer à Tappareil une vitesse progressivement croissante. Tout le travail que la chaleur transmet au piston et qui n'est pas consommé par ces deux catégories de résistances, devient de la force Tive ou du travail emmagasiné par l'inertie de toutes les parties mobiles de la machine, et laccélération de vitesse de ces pièces ne cesse que lorsque le travail des mêmes résistances est deve- DU égal au travail de la puissance.

Le mouvement devient alors moyennement unifofme^ c'est-àdire que le nombre de tours ou d^oscillations de la machine est toujours le même dans le même temps, quoique la vitesse en chacun des instants dont la somme constitue la durée d'un tour, puisse n'être pas constante; parce que la nature du mouvement de Torgane moteur et celle du mouvement des organes qui surmontent les résistances, ne sont Jamais telles que cette égalité entre le travail moteur et le travail résistant, puisse exister pour chacun des mouvements très petits dont la somme constitue une révolution complète. Il suffit, pour arriver à cette uniformité moyenne, que pendant chacune des périodes après lesquelles les organes repassent par les mêmes positions, ou se tronTent dans les mêmes conditions relativement à l'action de la puissance et des résistances, le travail moteur total soit égal À la totalité du travail consommé parles résistances.

Si, pendant la durée de chacune de ces périodes qui se repro*

CHAPITHE Hl'lTlOIE.

daîsent identiques, il y a des iDSlants où le travail moteur l'emporte sur le travail résistant, la vitesse croîtra, puis elle décroîtra dans d'autres instants où le travail résistant sera plus considérable que le travail moteur ; mais ces accroissements et ces décroissements dus à des quantités égales de travail moteur et de travail résistant, se compenseront exactement et la vitesse à la fin de la période sera redevenue ce qu'elle était au commencement, pour que le même phénomène se reproduise indéfiniment. L'augmentation et la diminution de vitesse, pendant ces instants d'inégalité entre des travaux de nature contraire, seront d'autant plus grandes que cette inégalité sera plus considérable et que la masse des pièces mobiles de la machine, sera plus faible, et c^est pour les atténuer que Ton augmente artificiellement cette masse par l'adjonction d'un organe très lourd que Ton nomme tolant dont la fonction unique consiste dans la modération de ces écarts de vitesse.

L'intensité moyenne de toutes les résistances utiles et passives qui s'opposent à la marche d'un piston, dans une des périodes dont nous venons de parler, étant déterminée dans chaque machine qui fait un travail également déterminé, et cette intensité moyenne ne variant ordinairement qu'entre de& limites peu écartées suivant la vitesse avec laquelle ces résistances sont surmontées, il en résulte que le piston doit se mettre en mouvement aussitôt que la pression de la vapeur est devenue suffisante pour les vaiocre, et que le moindre excédant de cette pression doit produire un accroissement de vitesse qui se con* tinue tant que cet excédant subsiste. La vitesse moyenne, dans chaque période, ne devient uniforme que quand il a disparu.

On voit, d'après cela que : Za pression dé la tapeur sur le pis^ ton (Tune machine en marche régulière, dépend uniquement de la résistance moyenne que ce piston éproute à son mouternsnt ou^ comme on le dit soutent, de la charge de la machine, et la titesse de cette machine se règle d'après la quantité de vapeur que la chau» dUre peut fournir au cylindre^ à la tension nécesmire pour emporter^ cette charge. ^Ê

Il en sera de même lorsque la vapeur travaillera à détente*^ La résistance moyenne que le piston éprouve pendant une

PRESSION DE LA VAPEUR DANS LES ALiCHlNES. 281

course correspond à un certain travail resîstaBt pour la course entière. D'autre part, la vapeur arrivant librement de la chaudière au cylindre pendant une partie déterminée de cette course, puis se détendant jusqu'à la fin, produit à pression pleine et à détente, un travail qui varie avec la tension sous laquelle elle est entrée dans le cylindre, et le nombre de tours ne devient constant, dans chaque minute par exemple, que lorsque la tension initiale a été précisément celle qui fournit pour tout une course, un travail égal à celui des résistances pendant le même temps.

En augmentant la tension initiale au delà de cette limite, on augmente la vitesse générale ; quand on diminue cette tension, la vitesse générale diminue, la course ne s'achève qu'à l'aide de la restitution d'une partie du travail emmagasiné par les pièces mobiles de l'appareil, et si cette diminution de tension se continuait pendant un nombre de révolutions suiîisant, la machine s'arrêterait.

Dans les machines à détente, comme dans les machines sans

I détente, la tension de la vapeur dans le cylindre est donc

f réglée par la charge du piston ou par la résistance moyenne au

mouvement de celui-ci, et la vitesse moyenne de la machine

dépend de la quantité de vapeur que la chaudière peut fournir

sous la tension correspondante à la charge.

Il faut cependant faire une observation importante au sujet des principes que nous venons d'exposer. Parmi les cléments de la résistance qu'un piston éprouve à se mouvoir pendant une course, se trouve la cont repression de la vapeur qui a servi à lâ course précédente, et comme cette vapeur doit être chassée par un orifice déterminé, dans l'atmosphère ou dans un condenseur, il est évident que le piston devra exercer sur elle une pression d'autant plus grande qu'il se mouvra plus vite ou que le cylindre devra être évacué plus promptement. Les autres résistances croissent aussi parfois, à mesure qu'elles sont vaincues plus rapidi^ment, mais d'une quantité relativement assez faible. Il résulte de là que la charge du piston doit augmenter avec la vitesse, et que la tension de la vapeur sur le piston, toutes choses égales d'ailleurs, doit aussi augmenter avec la

iriime de Im maelûDe, mjiis cet accrotssemeiit est assez fkibl^ qvaad la fite&se oe dépasse pas les limites supérieures adoptées daaa kt applications* Aa delà de ces limites, la charge totale du piston pemt croître rapidement et la tension nécessaire à la «arefae r^;iiliiëf« de la machine augmenter assez rapidement aree la Titesse.

On ne peut donc, dans ancoDe machine, maÎDienir la Tapeur dans le cj^lindre, à une tension supérieure à celle qui correspond à la charge entière et actuelle du piston ; eeloi-d cou* stitue, pour la capacité qui le renferme, une espèce desonpape de sàreté d'un genre particulier, qui fuit sous Taction de U pression quand celle-ci dépasse la limite correspondante à^ c^tte charge entière et présente à la nouTelIe Tapeur qni arriTe, nn espace toujours proportionné au Tolume de cette vapeur ; â de sorte que lorsque Ton met le cylindre d'une machine quel- ~ conque en communication aTec une chaudière qui peut fournir une quantité de Tapeur quelconque, à nne tension quelconque, la Tapeur prend d^elle-mème dans le cylindre, la tension correspondante à la charge entière du piston ; pois la vitesse se règle de manière que ce cjUndre consomme toute la vapeur que la chaudière peut lui fournir à cette tension.

Quant à la tension qui, dans ces conditions, s^étabtit d^ellemême dans la chaudière, tension toujours supérieure à celle du cylindre, elle dépendra de la longueur du tuyau de communi* cation, de son diamètre, du plus ou moins d'étranglements qui existeront sur le passage de la vapeur, de la condensation plus ou moins considérable qui se produira entre les deux capacités et de quelques autres pertes de charge. Il en résulte que la tension dans le cylindre étant nécessairement limitée, la machine pourra fonctionner régulièrement avec de la vapeur qui sera produite dans la chaudière à une tension quelconque supérieure à celle du cylindre et que Ton pourra maintenir en créant des résistances convenables entre les deux capacités e&g communication. ^

Il est encore facile de comprendre, d'après cela, que si le piston d'une machine emporte sa charge avec une vitesse déterminée par la grandeur de cette charge et par la quantité de