CHAPITRE SlXIEOtB

L*air comprimé venant de la surface par une conduite en fonte, arrive directement dans un réservoir en tôle installé près de la machine, puis, de là, passe dans les cylindres moteurs. Nous avons démontré précédemment combien cette disposition est préférable à radmission directe de Tair dans ces cylindres sans capacité intermédiaire entr'eux et le tuyau d'amenée.

Les figures (1, 2,. 3) représentent les pièces essentielles de cette machine en coupes verticales longitudinale et transTersale, et en coiîpe horizontale.

Les deux cylindres sont horizontaux. L'air comprimé arrÎTe dans la chapelle de distribution de chaque cylindre par IW verture X (fig. 3), et la distribution tantôt d'nn côté du piston, tantôt de l'autre, est effectuée par des tiroirs superposes, syst^^me Meyer, La détente est variable à la main et peut être ré^h'e par le mécanicien selon les besoins du service. La cha* pelle est placée sur le côté du cylindre.

Au commencement d'une course, les tiroirs occupent les poBitioBs'iudiquées par la (fig. 3). Le grand tiroir conduit par un excentrique circulaire, se meut de droite à gauche, met Tou^ verture z en communication avec la lumière y, puis revenant sur ^m pas, reprend la position indiquée, à la fin de la course. Pendant cotto course, la lumière a? mise en communication avec le dessous s do la glissière, a permis Téchappement de Taîr par le tuyau de décharge K; cet échappement a pu se produira penthint toute la durée de la course. Pour effectuer la détente, deux plaques formant glissières et mises aussi en mouvemenj par un excentrique circulaire, se meuvent sur les premiers tiroirs, do gauche à droite, au commencement du mouvement que nous venons de décrire, et Tune, n, vient fermer le con-^ duît z pendant qu'il communique avec la lumière y, et supprime Padmission en un point de la course que Ton détermine en faisant varier l'écart emcnt des deux glissières supérieures sur la tige qui les manœuvre* La glissière n revient dans la posiH tion indiquée par lo dessin à la fin de la course de droite i gaucho du piston. La course du piston de gauche à droitej |*obtient par une manœuvre des tiroirs, inverse de celle quel lous venons de décrire, Il existe plusieurs dispositions méca-

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niques pour faire Tarier la distance des glissières supérieures et régler à volonté la détente, en agissant au -dehors sur une îia de communication de mouvement.

L'eau destinée à fournir de la chaleur à Tair au fur et à înestîre que celui-ci en perd sous Faction du travail à détente, arrÎTe d'un puits voisin, dans un filtre placé dans la chambre delà machine. Il est indispensable de filtrer Teau dinjectiou fMtfi qu'elle doit traverser les très petits orifices des pulvérisateursquî, sans cela, seraient bientôt obstrués. Le filtre se eomposc tout simplement d'une couche de mousse que le liquide traTerse pour se rendre dans la capacité oii il est repris par une pompe. Cette pompe le refoule dans un petit réservoir qui communique constamment avec le réservoir d'air comprimé et U tension de cet air produit Tinjection dans le cylindre moteur lorsque le jeu d'une glissière a découvert l'ouverture que le liquide doit traverser pour arriver aux pulvérisateurs qui ne wat jamais fermés directement et qui sont absolument sem- Mibles à celui que nous avons décrit à propos des compresleors chargés d'alimenter d*air comprimé, Tappareil moteur dont nous nous occupons* La pompe de refoulement de l'eau ïtçoit le mouvement d*un excentrique calé sur l'arbre de la nuwhine et peut fournir S h^tres d'eau par tour de cet arbre. Sona l'influence de la pression de Tair, l'eau est chassée par dea tnyauic en fer étiré, dans deux petites chambres de distribution dont Tune est représentée en coupe par la (fig, 4). CEaque cylindre a sa chambre de distribution de l'eau. Dana c«tte chambre, une glissière manœuvrée par un excentrique, «fcoavre au commencement d'une course du piston, un orifice •«pli permet à l'eau d'arriver à l'un des pulvérisateurs et, au commencement de la course suivante, découvre l'orifice n pi conduit à l'autre pulvérisateur. Il suffit pour cela que Tex- Wniité s de la glissière, passe en p puis revienne en a? pendant ïO» course ; puis, que la même opération s'effectue à l'autre •ïtrémité de cette glissièrcj pendant la course suivante ; Texceutrique simple produit ce genre de mouvement- Les deux pttltcrisateurs débouchent dans un même cylindre en K et L (fig. 1), et ils sont montés de façon à pouvoir être remplacés

rapidement en cas d^obstniction* Un robinet placé avant chaque cliambre de distribution permet au mécanicien de supprimer Finjection quand la machine s^arrête.

L'évacuatiûû de Teau qui est entrée dans le cylindre se fait par deux lumières placées au point le plus bas de ce cylindre» (fijL,^, 1}, et elle est réglée par deux petit<i tiroirs dont l'on 8 ouvre pendant la période d'échappement de Pair, et dont Tautre se ferme du côté opposé pendant la même course di^H pistoîi ; la simple inspection do la figure suffit pour montrer que Texceutrique ordinaire suffit encore pour effectuer cette manœuvre des deux tiroirs reliés à même tige. ■

Chaque extrémité d'un même cylindre porte donc deux * lumières, l'une d'admission de l'air comprimé, l'autre pour Tévacuatioû de Teau; mais il est évident que l'air, pendant sa période d'échappement, peut être rejeté à la fois par les deux lumières lorsque Teau a été expulsée entièremeût par Touverture inférieure avant la fin de la course.

Diaprés le mode d'injection do Peau que noua venons de décrire, on voit que la tension de l'air dans le cylindre étant toujours inférieure à la tension qui existe dans le petit réservoir placé à côté, l'injection doit se faire pendant toute la durée de chaque course ; mais, comme sa rapidité dépend do la différence des tensions dans les deux capacités, et que cette difiérence, assez faible pendant l'admission, va en croissant jusqu'à la fin de la détente, cette injection, d'abord peu abondante, commence à autjjmenter au début de la détente et devient la plus oonsidérable possible à la fin de la course.

L'injection très restreinte pendant la période de travail sous tension constante, n'a pas pour but de réchauffer l'air qui, ordinairement, possède à peu près la même température que l'eau et qui ne subit point de refroidissement avant sa détente, parce que le travail d'introduction s'elfectue dans le réservoir alimentaire, mais il lubrifie les parties frottantes, rend la garniture pius étanclie et peut aussi réchauffer le cylindre refroidi par la détente qui a précédé ; cette injection, d'ailleurs peu im|jortante, n'est donc pas inutile ; elle serait plus utile si la température de l'eau était beaucoup plus élevée que celle de

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Fair Qaant à la partie de rinjection qui s'efifectue pendant la détente, et qui derient de plus en plus aboodante à mesure ^ne le travail produit par la détente, diminue, elle n'est qu'incomplètement appropriée au rôle qui lui est assi^^né ; mais comme on peut remédier à cet inconvénient en injectant un peu plus d'eau qu*iln*en eût fallu si Tinjection avait été confitaminent proportionnée au refroidissement protluit par le tniTttil à détente, et comme elle n'exige qu'un mécanisme peu oompliqné, il est possible de continuer, sans grand dommage, à remployer. Il est probable cependant que l'on ne tardera pas & la modifier, pour accroître Tinjection dès le début de la détente.

MM Mativa et Bautier, auxquels nous devons les expériences lurles compresseurs du Levant du Flénu, citées précédemment, ont fait également sur cette machine, avec beaucoup de soin et

k de sagacité, des expériences dont ils ont publié les résultats dans la Mêtuê universelle des Mines^ et c'est à leur mémoire M nous emprunterons ces résultats, pour montrer jusqu'à quel Pbt le problème du réchauffement de l'air pendant la détente, iété résolu par Finjection d'eau pulvérisée de M. Cornet,

IDons cette machine :

Les cylindres moteurs ont un diamètre de .... 0"',46 Les pistons, une course de 0™,96 On Lire de là : section des pistons, , . . . 0'"*,1S0955 Volume engendré par ces pistons en une course . 0"*% 17372 L'aibre moteur portait un volant de 1200, ''*^- Pendant les expériences à charge pleine, c'est-à-dire en effectuant l'opération de traînage pour laquelle cette machine a été construite, l'arbre du volant faisait 25 révolutions par minute ; les pistons fournissaient par conséquent, chacun, 50 courses dans le même temps*

Le« observations faîtes sur les températures de l'air et de

Teaa avant et après la traversée des cylindres, et sur le volume

d^eau pulvérisée injectée pour chaqiie course, ont fourni les

zésultats floivants :

Température de Tair dans le réservoir, près de la ma-

Température de Tair à réchappemeat . ♦ • * • 5*,5 Température t!o l'eau avant Tinjection . . , * 20»,5

Température de Teau à Téchappement 14** ,5

Température dans la chambre de la machine . . 2Q'*,ô Volume d'eau injectée par cylindrée, eu litre . . 0,3- La tension de Tair, pendant la course des pistons, n^a été mesurée que sur un seul des cjîindres, à Taide d'un indicateur en très bon état et préalablement vérifié ; il a fourni succesai- Tement plusieurs diagrammes semblables et Fun d'eux est reproduit par la (ûg 5), D'après ce diagramme représenté par la ligne pleine, la détente commençait au tiers de la course et était poussée jusqu'à la pression do Tatraosphère extérieure ; la tension de Fair comprimé pendant la période d'admission était, d'après la tare du ressort de Tindicateur, do 3,42 atmosphères absolues ou de 35339 kilogrammes par mètre carré,

La ligne pointillée, sur la figure, indique la courbe théorique de détente isolherraique jusqu'à 3 fois le volume initial de Tair, dans riiypothèse oii ce volume initial eût été égal, seulement, au volume engendré parle piston pendant la période d'admi5< fiion.

Il peut paraître assez singulier que la courbe de détente effective se maintienne au dessus de la courbe isotherraique pendant la première partie de la détente, malgré le refroidissement continu de Pair, mais cela tient à Tinfluence de l'espace nuisible qui s'emplit d'air à la plus haute tension pendant la période d'admission* Cet air se détend avec celui qui correspond au volume euL^endro parle piston pendant cette période de sorte qu'en réalité le volume qui se détend est plus grand que celui auquel correspond la courbe pointillée. Il résulte d( cette observation que la courbe iso thermique correspondante au volume cflFectivement détendu, doit être située au dessus de celle qui est tracée dans la figure, de façon à se maintenir toa^ jours au dessus de la courbe tracée par Tindicateur, et que la détente réelle de Fair n'a pas eu lieu jusqu'à trois fois sou volume initial, espace nuisible compris.

Dans un appareil de cette espèce, dont les cylindres portent . chaque bout deux larges lumières et des conduits assez longt

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jusqu'aux glissières, il est légitime d'admettre que le volume des espaces nuisibles compris entre le piston aux limites de sa course et les glissières, est au moins équivalent au volume qui correspond à une longueur de cylindre égale à 2 centimètres. Dans cette hypothèse qui doit être t rès rapprochée de la vérité, le volume d'air effectivement admis devait être de

-^ + 0™,02 j = O'^\061525 ; tandis qu'en négligeant Tespace nuisible, il a été supposé de 0-n80955 ^ = 0"'\057906 ;

l'erreur commise s'est donc élevée à 0,003619 mètre cube.

Le volume total de Falr après la détente, était, d'après cela, de 0»*,180955 . 0,% + 0,003619 = 0'"*17734,

et le cbififre de la détente effective était de

OfiîiU2b ^ ^'^^^ :au lieu de 3 indiqué par le diagramme.

La surface de ce diagramme mesurée avec le planimètre et rapportée à la tare de findicateur, dcnue uu travail effectif transmis au piston, en une course, de 2380 Idlogrammètres.

Pour mesurer le travail effectif ihéorique dans Tliypothèse d'une détente isothermique, il suffit d'observer :

I** Que le travail absolu à détente daiia Thypothèse d'un espace nuisible de 0°',02, est de

klî.

log, 2,882 . 2,3026.

2* Que le travail absolu sous tension initiale constante, en •cousidérant comme utilisée la vapeur qui emplit Tespace nui-

«ible, est de 35339 ^^^^ ^^^^^^^ .

3* Que le travail absolu sous tension constante, qui correspond au volume de l'espace nuisible, n'a pas été produit et qui 1 «t de 0"% 180955 . 0"v,02 , 35339.

4« Que le travail résistant de la contrepression supposée de Ifttra.^ est de

Dans ces eonditions, le travail efifectif transmis au piston ex une course, serait de

2»88Li

35339ï^'i' [1 + 2,302G . log. 2,882] — O'^'lSOgSô [0,02 . 35339 + 0,06 . 10333].

Les opérations numériques donnent 2554 kilo;Tram mètres. Le tz*avail effectivemeut transmis au piston a donc été de

— , - = 0^932 du travail correspondant à une détente isother*.

inique, au moins approximativement- "

L'injection d'eau pulvérisée est, comme on le voit, bien près de réaliser la détente isoihermique tant recliercliée par d'autres procédés.

Il fiiut cependant observer que quoique les espaces nuisibles aient pour effet d'accroître le travail à détente, Tex cédant qu'ils procurent doit être dépensé à la fin de récliappement poui* produire la compression jusqu'à la tension de travail à pression pleine, lorsque Ton veut éviter la porte d'air dont ils peuvent être F origine ; de sorte qu*au fond, ils ne peuvent jamais présenter d'avantages détinitifs, Si l'on ne produit pas cette compression, on perd tout le travail qu'aurait pu produire à pression pleine, le volume d'air comprimé qu'il a fallu admettre dans ces espaces nuisibles pour y compléter la ten* sion du travail à pression pleine avant que le pistou commence^ sa course. 11 conviendrait, dans ce cas, de les neutraliser ei les conservant pleins d'eau à la tin de chaque course.

Cherchons maintenant à analyser le rôle que Tinjection d^eatl a joué pendant la course du piston de cette machine.

Le volume d'air coniprimu, à la tension de 3^^™-, 42 absolues^ qui a pénétré dans le cylindre pendant la période d'admission, est de0"'%061525, en tenant compte de l'espace nuisible que nous avons évalué approximativement en l'absence d'informations directes bien précises. Dans le réservoir situé près de la machine, la tension était un peu supérieure à 3*^"'-,42 et l'air sl

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dû subir une légère détente à radniissioii et un certain refroidissement ; mais comme il pénètre dans le cylindre avec une vitesse et une force vive assez considérables, et que cette force vite 86 reconvertit en chaleur, nous pourrons, sans grave erreur, admettre que, pendant la période d'admission, la tempémtîire conservée par l'air était égale à la température extérieure de 20**, 5»

Comme cette température ne baisse que pendant la détente, poisque pendant la période de travail à pression pleine c'est la chaleur de Tair contenu dans le réservoir qui subvient à la consommation correspondante à ce travail, et comme, à la fin delà détente, la température s'était abaissée à 5°,5, la diminution de température pendant toute la durée de la détentei était de 15" centigrades.

Où peat, avec ces renseignements, déterminer la quantité de chaleur perdue par Tair pendant la période de détente. À 3*^"^*^42 et à 20»,5, le poids du mètre cube d^aii", supposé

sec est de 1^"-,293187

LesO'*\061525 d'air contenu dans le cylindre, au commenceiaent de la détente, pesaient donc approximativement,

|0"f, 061525 . 4'^'Sn4 = 0»'"^,2531, et comme ils ont perdu 15^' pendant cette détente, la quantité ^ chaleur qu'ils ont abandonnée» était de pist dûl

O^ti ,2531 . 0*^'^-,1682 . \b^ =- 0,63SG calorie.

D'autre part, le travail effectif à pression pleine transmis au I piston pendant le tiers de la course de 0™,96, en tenant compte de la contrepression atmosphérique, a été de

1 2*uïu^42 . 10333^»^- . O'^%057906 ^ 1447 kilogrammètres.

Le travail effectif à pression pleine et détente, accusé par le diagramme, est de 23SO kilogrammètres ; donc le travail effectif à détente seulement a été de

2380 — 1447 =- 833 kilogramme très,

18 CHAPITRE SIXIÈ3Œ.

et comme le traTail de contrepression, pendant cette détente, était de

10333^"- . 0-«,lS0955 ^\' « 11% kilogrammètres,

le travail absolu à détente a dû être de

833 '\- 1196 = 2029 kilogrammètres, et neutraliser une quantité de chaleur égale à

^S' «= 4,774 calories.

D'un autre coté, les Oku<,34 d eau injectée, dont la température a baissé do 20».5 à 14»,5 soit de 6", ont abandonné pour réchauffer Tiiir,

0,^"-34 . 6« — 2,04 calories.

On trouve donc que, sur les 4,774 caloriesévanouîes, 0*^*^,6386 ont été abandonnées par lair, 2^^^-,04 abandonnées par Teau et que les 2,0954 calories formant le complément indispensable à la consommation du travail, ont dû être fournies par la chaleur provenant du frottement du piston, par la transfor* mation en chaleur, de la force vive que possédait Peau d'injection, surtout par la chaleur du milieu environnant transmise à travers les parois du cylindre, et par la condensation d'une partie de la vapeur qui saturait Fuir à sa température initiale. Ces demiores causes de réchauffement jouent donc encore un rôle considérable pendant la période de détente.

Sans rinjection d*eau pulvérisée et en admettant que le réchauffement par les autres sources de chaleur fût resté le même, les 0^*^,2531 d'air auraient perdu 2,04 calories de plus et la température se serait abaissée au dessous de 5^,5, d'une quantité n qui peut être déterminée par Téquation

0»^" ,2531 . 0,1682 . fi = 2cai-,04

d'où n = 62%63.

Cette température serait donc descendue jusqu'à 57<»,13 sous le 0^ centigrade.

La puissance de cette machine à deux cylindres, fonctionnant

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eu plus de chaleur, et elles en fourniraient moinâ pour des cylindres de plus grandes dimensions, parce que les volumes ■iuténears croissent et décroissent plus rapidement que les lurfaces métalJiques réchauffantes.

Dans la machine du Levanti ces causes naturelles de réchaufement de Tair, ont fourni :

|de la chaleur totale qui avait été neutralisée par le travail à iétente.

D'autre part, malgré les efforts faits pour multiplier les points de contact entre Tair et Teau d'injection, la température s^est abaissée de 15*, pendant que la température deTeau M s'abaissait que de 6<** La température de Tair s'abaissait

donc

^ =2,5 fois plus rapidement que celle de Teau. On

peut encore adopter provisoirement le même rapport entre les deux abaissements de température» Il est clair que si la divitîon de l'eau était poussée jusqu'à rinfiuiment petit, au point de maintenir l'équilibre de température entre les deux fluides, 3 faudrait 2,5 fois moins d'eau pour arriver au même résultat pratique. La pulvérisation de Feau est donc très importante et Tinjection en un gros jet ne produirait pas un grand réchauffement dans une masse d'air en travail de détente.

Nous allons faire une application numérique de toutes ces données provisoires, mais cependant les plus rationnelles que Ton puisse adopter dans l'état actuel de la science, pour montrer de quelle façon elles peuvent être utilisées,

Ai'PLicATiON KiiMÉfiiQCE. — Calculer les dimensions principales et les principales circonstances du mouvement d'une machine à air comprimé fonctionnant dans les conditions soivaiites :

Tension absolue do Tair à Tad mission. . * saim.

Détente de Pair, jusqu'à 4 fois le volume initial comprenant l'espace nuisible.

Température de l'air à radmission. . , • 18**

qui

pour base du calcul de ces machines, les résultats obtenus ci* dessus, en indiquant comment ils seraient probablement modifiés dans d'autres circonstances.

Dans cette machine du Levant du Flénu, le travail effectif transmis au piston, mesuré avec l'indicateur de Watt» et le travail effectif calculé d'après la formule de détente îsothermiquo, ne diffèrent que de quelques centièmes; le travail réellement obtenu s'élevant à 0,932 du travail calculé. On pourra donc admettre, jusqu^à plus amples informations, que le travail transmis au pistou dans une machine à construire, sera les 0,932 du travail calculé par la formule isothermique, ce qui correspond à une perte de 1 — 0,932 =^ 0,068 de ce trav calculé.

D'autre part, les résistances passives de ces machines, corn: celles des machines à vapeur qyi travaillent à peu près d les mêmes conditions, consomment environ 0,20 du travail absolu développé dans le cylindre. On pourra donc, dans la recherche du travail transmis à l'arbre moteur, admettre une perte de 0,20 + 0,068 = 0,268 ; soit en nombre rond, 0,27 du travail calculé par la formule isothermique. Il est bien entendu que pour obtenir ce résultat, la température de l'air pendant la détente, ne doit B^abaisser que de 10 à 15% ce dernier chiffre réprésentant rabaissement qui s'est produit dans la machine du Levant.

Dans cette dernière machine, la chaleur neutralisée par la détente, a été de 4,774 calories.

0*^*'-,6386 ont été perdues par l'air.

2*^»*-,04 ont été fournies par Feau froide, et 2^^^ ,0954 ont été fournies par les parois du cylindre, par frottement et par toutes les autres causes de réchauffement.

On pourra admettre, dans le calcul d'une autre machine fonctionnant à peu près dans les mêmes conditions de vitesse et de diamètre du piston, que les parois du cylindre fourniro; approximativement la même quantité proportionnelle de c leur. Pour des cylindres plus petits que celui du Levant pour la même tension initiale de Tair, à peu près, les causes réchauffement que nous venons d'indiquer, fourniraient un

MACHINES A AIR COMPRIME

Il course qui vient d'être déterminée, le travail que chacune doit produire et en assignant nue valeur à l'espace nuisible. Ce second calcul donne le diarnî-^tre définitif du piston.

Dans l'exemple adopté^ la vitesse du pistoo est de 0'",80 par fieconde, ou de 48"* par minute et le travail dans le même temps, doit être de 92466^^-

Si nous désignons par S la surface du piston, nous aurons pour travail par minute avec détente jusqu'à 4 fois le volume bitial :

g. 48* r^l^*lî!' (, ^ log^ ^ 2,3026) -^ IO333I - D2466^'«*.

Cette équation fournit S =^ 0^^,09404 et cette section correspond à un diamètre de 0"*,346.

Nous adopterons une course de 0'",70, à peu près égale au double du diamètre»

Le nombre de courses sera donc de — =-^ = 6vS,57 et la

ffiftchine fera 34,285 révolutions par minutes. Le travail que le piston devra recevoir par course, sera de

= 1348'^"'' en nombre rond.

m nous admettons maintenant que Tespace nuisible ait une [capacité équivalente à une longueur de cylindre de 0"',02, la Idét6nte que nous avons adoptée, jusqu'à 4 fois le volume liaitial, espace nuisible compris, aura lieu comme si la course liifait une longucui* de 0"',72, qu'il n'y eût point d'espace nui- [iible et que Tadmission fût fermée quand le pistou a parcouru

En réalité le piston ne parcourt à pression pleine que 0"',16, nais la détente est la même que s'il avait parcouru les 0™,18.

En appliquant une seconde fois la formule isottiermique à la détermination de la section du piston, dans ces conditions déâuitives, et en observant que le travail à pression pleine

correspondant à Tespace nuisible n^a pas été produit, il vient [51665

^ (l+log. 4.9: