CHAPITRE îiriïIKMIÎ

d'admission, pour la même tension Jans la chautlière et pool la même ouverture de la soupnpe d'admission. La vapeur surchautî'ee a une moindre densité que la vapeur saturée, sous la tneme tensioD, de sorte qu'il ne feut pas une dilTérence de tension entre la cliaudiL-re et le cylindre, pour produire la même vitesse dlntroduction dans ce dernier, aussi grande que si vapeur était saturée; puis, comme il y a moins de condensatic àFadmission, il n'est pas nécessaire de faire passer d'une capacité dans Tautre, un aussi grand volume de fluide^ dans le même temps, ce qui abaisse encore la charge génératrice i vitesse indispensable.

De toutes ces considérations il ressort évidemment qu€ bénéfice qui résulte de l'emploi de la surcliaufl'e se traduit prii cipalement par une économie de vapeur ou de combustible pour la môme quantité do travail produit, Quant à son action sur la loi suivant laquelle s'eflectue la détente, elle n'augmente pas le travail obtenu pendant cette période de la course ; la tension y baisse plutôt no peu plus rapidement que lorsque Ton fonctionne avec vapeur saturée, parce qu'il y a moins d'eau à vaporiser pendant cette détente, mais on obtient néanmoins plus de travail dans chaque course parce que, pour la même tension dans la chaudière, la tension dans le cylindre pondant la période d'admission, est plus élevée que quand la vapeur n^est pas surchauffée ; puis parce que, pour des raisons qui seront exposées dans le chapitre spécial de la condensation, la tension dans le condenseur y est plus basse pour la même quantité d'eau froide injectée. M. Hirn recommande encore, comme résultat de ses expériences sur certaines machines, de ne pas faire passer par les mêmes conduits la vapeur surchauffée qui se rend au cylindre et la vapeur de décharge redevenue saturée à la fin de la détente, et d'éviter, quand on fait passer ces 4eux catégories de vapeur par des conduits différents, de pratiquer ces deux conduits dans la même masse métallique et très voisins l'un de Tautre^ parce que, en vertu de l'échange de -chaleur, la coudensation se trouve accrue à l'admission et la vaporisation nuisible pendant la période d'écJiappement dans Je condenseur, considérablement augmentée ; il cite à l'appui

EFFETS DE LA SURCHAUFFE

llOi)

de ce(te opinion une raacliiiie dans laquelle cette dernière disposition avait complètement annulé les bénéfices de la surchauffe.

Lorsque les machines sont munies d'un appareil de surchauffe ^t d'une chemise de vapeur^ et que Ton fait passer la vapeur surchauffée dans Tenveloppe avant son admission, la température de la masse métal litjue devient ordinairement fort élevée et il est plus difficile de mninieuir en bon état les pièces frottantes intérieures, à cause de la vaporisation rapide des graisses employées pour 1 abri fit r ces pièces*

Oans ce cas, il convient d'envoyer directement au cylindre J^ vapeur surchauffée et de n'admettre dans Tenveloppe que la vapeur saturée venant de la chaudiùre; on maintient ainsi une condensation assez prononcée pendant la période d'admission et on empêche la température de la masse métallique de relouer jusqu'à un degré tout a fait incompatible avec T usage utile des substances lubrifiantes. Cependant malgré cette précaution, ^lorsque la température de la vapeur à 5 ou fi»*^^"- a été portée par la surchauffe à une centaine de degrés au-dessus de la température de saturation, on ne peut maintenir les pistons en hon état de fonctionnement qnVx Taide d'une surveillance très attentive, en employant des graisses de bonne qualité et en construisant avec une grande précision d'njusteraent, les pistons, paralléIo;^rararaes, afin que les surfaces frottantes intérieures soient toujotirs en contact parfait et ne manifestent en aucun point do leur course, de tendance à une légère sépara* tien. Quand ces précautions ne sont point observées et que les graisses durcies ne ferment plus hermétiquement tout passage à la vapeur surchauffée, celleci emporte avec elle toutes les substances grasï^es appliquées à la lubrification»

Il faut aussi employer plus de graisses que quand les mactuEes fonctionnent avec vapeur saturée. Enfin, M. llirn a pu constater que des pistons de machines à vapeur surchauffée, trop détériorés pour continuer à fonctionner avec cette vapeur, pouvaient encore fonctionner convenablement avec la vapeur saturée, parce que Teau contenue dans la vapeur suffisait pour compléter robluration hermétique sur le pourtour de ces pistons.

Les bénéfices de la surchauffe conTenablement appliquée^ «ont assez variables suivant les circonstances de son eniplorj et ils restent généralement compris entre 10 et 20 p. % de la quantité de vapeur employée pour le même travail, sans surchauffe. Du reste, cette surchauffe s'obtient assez ordinairement sans dépense spéciale de combustible ; le tuyau qui va de la chaudière au cylindre, et qui est très long, se replie en un point de sa longueur^ en forme de serpentin disposé pour occuper peu de volume, et se loge en ce point dans une chambre placée sur le trajet de Tun des carneaux et que traverse Tair brillé, soit avant d'avoir complété son trajet autour de la chaudière, soit avant de passer directement dans la cheminée.

Un registre* doit permettre de faire passer Tair brûlé paj celte chamlire ou de l'en empêcher en le maintenant dans le carneaux ordinaires; il doit même permettre de partager daoa la mesure que Ton veut, Tair brûlé entre les deux trajets, afîa de régler à volonté et par tâtonnement la température de surchauffe et même de la supprimer entièrement sans suspendre la marche de la machine.

Malgré les avantages bien constatés de la surchauffe, elle reste peu employée ailleurs que dans certaines régions telles que l'Alsace, à causo de Texccssive surveillance quVlle exige et de lîi détérioratioû rapide des garnitures de pistons, des tiroirs» des surfaces internes des cylindres, que la moindre négligence peut occasionner; plusieurs des machines dans lesquelles on a essayé d'introduire cette amélioration, n^ont fourni que des résultats négatifs a cause de défauts de précision dans lajust inent des pièces, de la négligence et de Tincapacité des méca-^ niciens-conducteurs; les fuites autour des pistons et par les appareils de distribution laissaient passer directement dans le condenseur et sans produire de travail utile, une fraction cou-* aîdérable de la vapeur débitée par les chaudières.

La surchaufîe h hante température est assez souvent remplacée aujourd'hui par nue simple dessication de la vapeur qui se rend au cylindre, lorsque cette vapeur emporte avec elle beaucoup d'eau liquide; quulqaefuis aussi, après avoir vaporisé 60US température constante égale à la température de saturait

EFFETS DE LA SURCHAUFFE

>ute Teau que contient la va|ieui% afin de ne pas perdre que cette eau emportait de la chaudière et poar diiDiuuer le refroidissement des parois du cylindre pendant la période de condensation, on élève la température de la vapeur de quelques degrés au-dessus de celle de saturation ; on diminue ainsi la condensation àradmissioni et comme cette vapeur ^ est promptement ramenée à Tétat de saturation dans le cylindi'e, ^ on évite les inconvénients spéciaux à la surciiauffe,

11 est probable cependant que Ton reviendra tôt ou tard, à l*cmploi de cette surchauffei parce qu'elle est, à peu près, le seul moyen pratique d'augmenter la cliute de température et, p4r suite, la fraction utilisable do la chaleur dépensée dans les niachines à vapeur. Jusqu'à présent, c'est Temploi simultané de la chemise pleine de vapeur saturée, de la snrcheuÔG jusqu^à 80" ou 100** au-dessus de la température de saturation, <i'une détente un peu prolongée, d'une tension de 5 à G'*^^*^pendant la période d'adnasaion, et de bonnes dispositions des appareils de distribution, qui a permis d'abaisser la consomniation pratique de vapeur jusqu'à H^'^^- par cheval et par heure; c'est là le maximum des effets réalisés en marche régulière et «uiyie*

Avec des générateurs bien établis, on arrive à produire ce pt^ids de vapeur avec 1^"* de bonne houille ne fournissant pas plus de 10 p. **/o de cendres. Comme d^iulre part, ce poids de tapeur exige environ 50OO calories et qu'un cheval^vapeur

^^uiraut à 75"*"^*. 60' . 60'' = 270000 kilogrammètres par beure, j' en résulte que le maximum de travail pratique que l'on ait ^ais pu tirer d'une calorie est do

__ -. = 54 kilogrammijtres.

Soit

0,128 du travail absolu qu'elle est théorique-

ment capable de produire.

Nous avons dit précédemment que les bons effets de la aise de vapeur et de la surcbauHe employées isolément ou

simultanément, pouTaient être au^^entés ou diminués par des circonstances particulières de production de la vapeur^ dans la chaudière ; voici les motifs de cette influence :

Tout© chaudière une fois établie , avec une grille , d€ cameaux et une cheminée, dont toutes les dimensions son invariables, consomme nécessairement un certain poids combustible, dans les conditions du maximum d'effet utile que* Ton puisse tirer de ce combustible ; si Ton en jette davantage sur la grille, la combustion sera iocomptète et Ton produira beaucoup de fumée qui représente du combustible perdu ; si Ton en jette moins, il passera trop d'air à travers la grille, une partie de c^t air ne sera pas brûlé, il sera échauffé aux dépens de la chaleur développée par la combustion et emportera cette chaleur dans la cheminée où il présentera encore Tincoovénient de diminuer le tirage.

Comme la chemise de vapeur et la surchauffe emplojéea isolément ou simultanément, ont pour résultat de diminuer la dépense de vapeur pour un travail déterminé , il est clair qu'eu les appliquant à une machine dont la chaudière est forcée, c'està-dire sous laquelle on brûle trop de combustible pour que ce combustible soit bien utilisé, l'avantage recueilli de la modification apportée à l'appareil, sera plus considérable que Téccnomie de vapeur due à cette modidcation, parce qu'eu brûlant moins de combustible, on produira plus de vapeur par kil* celui que Ton continue à biùler.

Si, au contraire, les nouvelles conditions de fonctionnemei s'appliquent à une machine dont la chaudière fonctionne déjà" dans les meilleures conditions d'utilisation du combustible, ou sous laquelle on ne consomme pas assez de combustible pour tirer le meilleur effet utile de celui que Ton consomme, il est clair que Ton empirera les conditions favorables ou déjà défavotablea de la combustion et qu^une partie plus ou moins considérable de Féconomie de vapeur due à la modification introduite, sera dissimulée par raggravation des conditions, nouvelles de vaporisation dans la chaudière.

II ne faut donc pas s'attendre à tirer toujours le même bénc fice de*rintroduction de la surchauffe et de Tapplication de

EFFETS DE LA SURCÏiAUFFE.

chemise de Tapeur, dans tous les cas de machines de système ideûlique.

Au point de vue théorique, on peut obtenir une appréciation assez nette du bt-néfice de chaleur que procurerait la surchauffe si Ton parvenait à la maintenir pendant l'admission dans les cylindres, à Faide d'une simple application numérique.

Cherchons, par exemple, la quantité de chaleur nécessaire pour fournir à une machine motrice, 1 mètre cube de vapeur à 5iitnj* j ]• dans le cas où cette Yaj)eur serait saturée et sèche; 2"» dans le cas où elle serait surchauffée de 80*', ce qui est un chiffre assez souvent adopté*

Nous admettrons que Teau d'alimentation de la chaudière est prise à 30" centigrades.

D'après la table fondamentale, 1 mètre cube de vapeur à

r5atn]. pèse 2*'*^J5; il possède à Tétat de saturation une température de 152*,22, et sa chaleur totale par kil., à partir de 0% €8t de 652*^»S927.

D'après les expériences de M* Regnault, sa capacité calorifique sous tension constante, est dVnviron O'^^'-iiH; et d'après M. Zeuner, le coefficient de dilatation sous tension constante de la vapeur prise à 5»^"*', serait d'environ 0,0046 (voir p. 101), Hf Cea bases de calcul admises , la comparaison demandée devient fort simple :

Les 2'^"-,75 de vapeur saturée qui constituent le mètre cube, exigeront, à partir de la température 0'\

2^"',75 (652'='*ï-,22 — Z(F''^) ^ 1711,10 calories.

Si le mètre cube de vapeur à 5'*^'^* doit être surchauffé sous tension constante, de 80'', c'est-à-dire porté à la température de 152^22 + 80 = 233'* en nombre rond, le volume V de vapeur saturée qui sera nécessaire pour fournir ce mètre cube, sera donné par Téquation :

d^oii

V ^ 0,8206 mètre cube.

Ce Tolume de vapeur saturée exigera une dépense de

1711«^-,10 . 0,8206 = 1404,13 calories,

et pèsera 2^»-,75 . 0,8206 = 2^\2b7.

A cette dépense de chaleur pour produire la vapeur saturée, il faut ajouter la chaleur de surchauffe qui est égale à

2»^'-,257 . 0"^-,48 . 80« = 86,67 calories.

La dépense totale serait donc de

1404,13 + 86,67 = 1491 calories en nombre rond,

tandis qu'elle était de 1711 calories quand le mètre cube de vapeur était saturé.

L'économie serait donc de

\j^^ = 0,128; soit 13 p. •/. environ.

Si la surchauffe était produite par la chaleur perdue de la chaudière, ce qui a presque toujours lieu, Téconomie serait de

^^^ini^^^ = 0,1794 ; soit 18 p. Vo environ.

De la substitution des corps chauds à la chemise de vapeur.

Puisque c'est à la haute température des parois du cylindre, maintenue par la vapeur que contient l'enveloppe, que Ton doit les bons effets que nous avons signalés, il est certain que tout autre moyen de maintenir cette température, nonobstant le refroidissement intérieur, doit conduire aux mêmes résultats ; mais ce problème est plus difficile à résoudre qu'il ne le semble au premier abord.

La première idée qui s'est présentée à l'esprit des mécaniciens dont l'attention avait été appelée sur les avantages de la chemise de vapeur, a été de profiter de la chaleur que contiennent les produits de la combustion quand ils abandonnent la