R. cos 39%'33' = 2R

Ainsi, pendant les 0,771 de la course entière, la consommation de la inachine dépasse sa consommation moyenne, et la vitesse d'introduction de Tair dans le cylindre, au milieu de la course, si cet air ne variait pas de tension, serait 1,571 fois la vitesse d'introduction moyenne. La vitesse n'est inférieure à la moyenne que pour les 0,1145 de la course au commencement de celle-ci et pour un parcours égal à la fin ; soit pour 1 — 0,771 =0,229 de la course totale. Pendant le parcours de ces deux dernières parties de la course, la perte de charge diminue et descend au-dessous de la perte qui correspond à la dépense moyenne, et si Tair prenait instantanément l'état de régime correspondant à la dépense à l'extrémité de la conduite, la perte de charge disparaîtrait et la vitesse dans cette conduite deviendrait nulle à l'instant oii la manivelle traverserait la ligne des points morts.

Admettons maintenant que dans un appareil de cette espèce, le réservoir alimentaire envoie moyennement à la machine

motrice que nous supposerons placée au même niveau, pour n'avoir pas à tenir compte de l'action de la pesanteur sur l'air en mouvement, un volume de 0,0785 mètre cube par seconde, d'air comprimé à 5 atmosphères absolues et à la température de 20° centigrades. La machine est placée à 1000 mètres du réservoir et la conduite qui les met en communication, a 0"',10 de diamètre. Nous supposerons encore, au moins provisoirement, que la dépense d'air est, à chaque instant, proportionnelle au volume engendré par le piston moteur et que la perte de charge correspondante à la vitesse dans la conduite, se règle instantanément d'après la vitesse qui correspond à la dépense d'air à l'extrémité de cette conduite.

On a successivement :

Vitesse V dans la conduite si la dépense était continue et uniforme, 0,7S5 (0°,10)' V = 0,0785 mètre cube ;

d'oii V = 10" par seconde ;

Densité d = 5«t«'- ^^^^^ ^^ = 4,6537 ;

Longueur de la conduite, L = 1000"" ;

Diamètre de la conduite D ^ O^jlO.

Après ces données, la perte de charge à l'extrémité de la conduite, si la dépense était continue et uniforme, serait d'après l'expression M :

h = 0,00000004144 ^ J^J'^q^'.^,^^'^ 100 = 0",315 de mercur*.

Cette perte de charge se produirait à l'extrémité de la conduite lorsque le piston moteur aurait parcouru les 0,1145 de sa course et à l'instant où il ne lui resterait plus que les 0,1145 de cette course à parcourir. Au milieu de la course, instant du maximum de dépense, celle-ci devient égale à 1,571 fois la dépense moj'enne, et la vitesse égale à 1,571 fois la vitesse moyenne, si l'on fait abstraction des variations de densité de l'air. Comme, dans la même conduite, les pertes de charge sont

soit plus d'une atmosphère.

Ce n'est encore là qu'une perte minima, parce que nous ayons supposé que l'étirage de l'air, pendant toute la période de «msommation supérieure à la consommation moyenne, se propageait instantanément jusqu'au réservoir dont la dépense pouvait ainsi s'accroître momentanément pour remplacer dans la conduite l'excédant de dépense qui s'est produit à son extrémité ; mais il n'en est point ainsi dans la plupart des applications, cet étirage ne se propage pas jusqu'au réservoir quand ces périodes d'excédant de la dépense sur la dépense moyenne, n'ont qu'une courte durée ; de sorte que le débit du réservoir n'augmente pas et que l'excédant de dépense a lieu aux dépens de la faible quantité d'air que renferme la conduite dans la partie où s'est propagé le phénomène d'étirage, et y produit un abaissement général de la tension qui accroît la perte de charge. Il est vrai qu'il se produit alors un phénomène qui neutralise, dans une certaine mesure, celui de raréfaction que nous venons d'indiquer. La tension à l'extrémité de la conduite, diminuant par suite de l'accroissement de vitesse du piston, l'air qui pénètre dans le cylindre n'est plus à une tension aussi élevée qu'aux époques de dépense moyenne^ de sorte que l'accroissement de volume engendré par le piston, ne produit pas un accroissement proportionnel de la dépense d'air puisé dans le réservoir à 5 atmosphères. Il en résulte évidemment un abaissement de tension à l'extrémité de la conduite, oin peu moindre que la considération précédente ne semble l'indiquer.

Quant aux pertes de charge dans les deux périodes de chaque course pendant lesquelles la dépense d'air est moindre que la dépense moyenne, il est clair qu'elles doivent être moindres que celle qui correspond à la dépense moyenne ; mais il faut observer que ces périodes ne comprennent pas ensemble le quart de la course du piston et que le bénéfice moyen qu'elles peuvent procurer sur la tension à re:^trémité de la conduite, ne peut être qu'une fraction de la perte de charge correspondante à la

dépense moyenne, puisque la tension ne peut Jamais y celle du réservoir.

Il en résulte que le léger bénéfice de tension aux deux extrémités de la course du piston ne peut compenser que dans uns faible mesure, la perte de tension réalisée pendant la période de consommation d'air supérieure à la consommation moyenne.

Ces fâcheux effets de l'étirage de Pair à l'extrémité des cobduites, deviennent bien plus prononcés encore quand les machines motrices fonctionnent à détente.

Supposons, par exemple, que pour tirer plus de travail des 0,0785 mètres cubes d'air comprimé à 5 atmosphères absolue! et à 20° centigrades, que le réservoir reçoit par seconde, on fasse travailler cet air à détente dans une machine motrice placée à l'extrémité de la même conduite que ci-dessus, et qoe Is période d'admission de l'air dans le cylindre moteur ne comprenne que le tiers de la durée totale do la course.

Comme précédemment, la perte de charge correspondante à la dépense continue et uniforme de l'air sera de 0",315 et la vitesse moyenne de circulation à l'entrée de la conduite, de 10 mètres.

Si l'admiasion n'a lieu que pendant ^ du temps, il firadra qit hi vitesse d'introduction de l'iiir dans la conduite, soit porte do lÙ"' ;l 30"' en raoyeniie, et comme les portes de charge sont proportionnelles aux carrés des vitesses, la perte de 0°,31ô sera portée à

0",315. (^) — 2'",835 de mercure,

si l'on admet que l'admission s'est produite sous la vitesse correspondante au volume engendré par le piston, et que l'état de régime dans la conduite se soit réglé instantanément sur la dépense moyenne pendant cette admission.

Or cette perte équivaut à 3,73 atmosphères, et comme la contrepression du piston, est de 1 atmosphère, il ne restera de pression utilisable sur ce piston, que :

5atm. __ 3^73 1 = 0,27 d'atmosphère.

Uea, non seulement pour ce motif, mais encore parce que la tendon initiale de 5**™- étant diminuée de 3*t™-,73 par la perte décharge, il ne resterait qu'une tension de 1^^""*,27 qui ne permettrait pas la détente que nous avons supposée, dans une macliine où la contrepression s'élève, au minimum, à 1 atmosphère. C'est surtout dans de semblables conditions^ que le deuxième réservoir près de la machine motrice devient indispensable.

L'emploi de ce réservoir, assez grand pour que les emprunts périodiques de la machine motrice n'y produisent que de faibles variations de tension, permettrait à l'air de passer d'une manière continue d'un réservoir dans l'autre, avec la perte de charge moyenne de (r,315 de mercure ou de 0,414 d'atmosphère, et le second réservoir près de la machine serait constamment plein d'air à 5 — 0,414 == 4,586 atmosphères, ce qui permettrait l'adoption d'une assez longue détente dans la machine motrice, si l'on employait les moyens connus d'empêcher le refroidissement de l'air pendant cette détente.

La conclusion pratique de toutes ces considérations sur rétirage de l'air dans les longues conduites, est celle-ci :

Toutes les fois que de Tair comprimé passe d^un réservoir dans un cylindre moteur par une très longue conduite et guHl y a intérêt à obtenir dans le cylindre la plus haute tension possible^ il faut que V écoulement soit continu et constant. Si le cylindre ne peut recevoir Voir éCune manière continue et unifoi^me, il faut placer pris de lui un second réservoir qui recevra Vair du premier d'une manière continue et uni/orme et qui pourra le restituer à la machine par intermittence et avec des pertes de charge qui pourraient se réduire à la hauteur génératrice de la vitesse, si le tuyau de communication était large et court. Ce second réservoir est d'autani plus nécessaire que les intervalles des admissions dans le cylindre, sont plus longs relativement à la durée de ces admissions.

Quoique cet essai de théorie de l'étirage de l'air ne présente pas un degré de précision bien grand, faute d'expériences sur les variations effectives des pertes de charge qui se produisent

à l'extrémité des condnîtes qui alimeatent des machines à con- 8om,Bation irrégulière d'air comprimé et sur la rapidité de propagation du phénomène d'étirage ou de compresaion, et quoique noua ayons négligé plusieurs phénomènes secondaires qui se manifestent pendant l'écoulement, comme les variations de température et de densité, qui ont toujoui-s une certaine inâuence sur le résultat final, il n'en est pas moins évident que k conclusion finale que nous venons de tirer de cet essai de théorie, conserve toute sa valeur et doit être appliquée dans les circonstances que nous avons indiquées.

Plus tard, probablement, des expériences directes sur tons les points obscurs de cette question, permettront d'apporter plus de précision dans la prévision des phénomènes qui s'accomplissent lorsque l'air comprimé doit être conduit à de graadeB distances pour y être utilisé.

RÉSISTANCES AU MOUVEMENT DE l'aIR COMPRIMÉ. 449

lieu, non seulement pour ce motif, mais encore parce que la tension initiale de 5**™- étant diminuée de 3*^™-,73 par la perte décharge, il ne resterait qu'une tension de l*^™-,27 qui ne permettrait pas la détente que nous avons supposée, dans une machine où la contrepression s'élève, au minimum, à 1 atmosphère. C'est surtout dans de semblables conditions^ que le deuxième réservoir près de la machine motrice devient indispensable.

L'emploi de ce réservoir, assez grand pour que les emprunts périodiques de la machine motrice n'y produisent que de faibles variations de tension, permettrait à l'air de passer d'une manière continue d'un réservoir dans l'autre, avec la perte de charge moyenne de (r,316 de mercure ou de 0,414 d'atmosphère, et le second réservoir près de la machine serait constamment plein d'air à 5 -- 0,414 = 4,586 atmosphères, ce qui permettrait l'adoption d'une assez longue détente dans la machine motrice, si l'on employait les moyens connus d'empêcher le refroidissement de l'air pendant cette détente.

La conclusion pratique de toutes ces considérations sur rétirage de l'air dans les longues conduites, est celle-ci :

Toutes les fois que de Vair comprimé passe d'un réservoir dans un cylindre moteur par une très longue conduite et quHl y a intérêt à obtenir dans le cylindre la plus haute tension possible^ il faut que Vécoulement soit continu et constant. Si le cylindre ne peut recevoir Vair dune manière continue et unifoi^me, il faut placer près de lui un second réservoir qui recevra Vair du premier d'une manière continue et uni/orme et qui pourra le restituer à la machine par intermittence et avec des pertes de charge qui pourraient se réduire à la hauteur génératrice de la vitesse, si le tuyau de communication était large et court. Ce second réservoir est d'autant plus nécessaire que les intervalles des admissions dans le cylindre, sont plus longs relativement à la durée de ces admissions.

Quoique cet essai de théorie de l'étirage de l'air ne présente pas un degré de précision bien grand, faute d'expériences sur les variations effectives des pertes de charge qui se produisent

M. Pernolet, sur les machines à air comprimé, une multitude de détails très intéressants . sur tous les appareils employés jusqu^aujourd'hui à la compression de Tair pour en faire un usage quelconque, et dont quelques-uns, comme les trompes et les injecteurs de vapeur, ne sont pas encore sortis du domaine de Tempirisme et n'ont point de tiliéorie nettement établie pour servir de guide à ceux qui voudraient construire de ces appareils sous d'autres dimensions et sous d'autres formes que celles sur lesquelles on possède quelques données fournies par Texpérience directe.

Dans des appareils d'autre nature, comme les ventilateurs, on met en jeu, pour comprimer l'air, la force centrifuge développée par cet air quand on lui imprime un mouvement de rotation très rapide. Dans d'autres, on l'emprisonne successivement dans une série de capacités qui l'isolent de l'atmosphère et le refoulent dans un autre milieu, comme peuvent le faire les ventilateurs connus sous le nom de ventilateurs à capacité variable.

Tous ces derniers appareils, dont le nombre est considérable et peut s'augmenter tous les jours, parce qu'il n*est nullement difficile d'en imaginer de nouveaux quand on ne considère Feffet utile que comme une question secondaire, n'accroissent la tension de l'air que d'une fraction d'atmosphère et, au moins jusqu'à présent, on a tout à fait négligé les phénomènes calorifiques qui s'y développent, à cause de leur peu d'influence sur le résultat final.

Les machines soufflantes à piston, elles-mêmes, ne font point exception à cette règle, et les variations de température sous l'action de la compression de l'air, y sont assez faibles et y sont suffisamment atténuées par le réchauffement ou le refroidissement dû aux parois des capacités, pour que l'on ait pu, sans inconvénients pratiques, négliger ces variations et considérer la température de l'air comme constante malgré les variations de tension qu'il éprouve dans sa traversée à travers ces appareils.

Cette hypothèse a beaucoup simplifié le calcul de ces machines et comme les variations effectives de la température de l'air, n'y jouent qu'un rôle très peu important, ce calcul s'est

trouvé suffisamment d'accord avec les résultats pratiques, pour qu'il ait pu être considéré comme satisfaisant aux besoins de l'industrie qui exigent rarement une précision mathématique, dans l'appréciation des eflFets que Ton veut obtenir. De plus, ces variations de température n'y ont point assez d'importance pour qu'il soit nécessaire d'en tenir compte dans le choix des garnitures de piston, dans le choix des matières qui constituent les soupapes ou clapets, et l'on a pu, sans inconvé*nients, y appliquer toutes les matières incapables de supporter sans altération, une haute température.

Les choses changent de face lorsque Ton passe de cette catégorie d'appareils si variés à celle des machines qui sont destinées à porter rapidement la tension de l'air jusqu'à un degré très élevé. Les phénomènes d'accroissement de température deviennent assez prononcés pour jouer un rôle important dans l'opération et l'on est obligé dVmployer des mesures spéciales pour les atténuer, afin de faire disparaître les graves inconnients pratiques qu'ils présentfmt et de diminuer le travail qu'exige la compression.

Dans ce traité, nous ne nous occuperons point des appareils dans lesquels la compression est le résultat de l'entraînement de l'air par un jetd'eau ou de vapeur ; la valeur des résultats théoriques obtenus jusqu'à présent sur ce genre d'appareils, est trop faible et ils sont encore trop imparfaits au point de vue de l'utilisation de la force motrice qu'ils consomment, pour qu'ils aient pu acquérir une véritable importance industrielle ; il faut attendre encore qu'ils aient reçu de notables perfectionnements. Nous ne nous occuperons pas davantage des ventilateurs de diverses espèces employés comme agents de compression de l'air, parce que nous les avons longuement examinés dans une autre publication, mais nous indiquerons rapidement la marche à suivre dans le calcul des machines soufflantes à piston, à cause du rôle important qu'elles jouent dans la production de la fonte de fer, et nous nous occuperons tout spécialement ensuite des appareils destinés à comprimer Pair jusqu'à une tension très élevée, pour alimenter des machines motrices placées dans des conditions où l'emploi de la vapeur est impossible

454 CHAPITRE ciNQurèaffi.

Madiifies soufflantes à piston.

Dans le calcul de ces appareils où Uair n'est jamais comprimé à plus de \ d'atmosphère au-dessus de la tension atmosphérique extérieure, on peut négliger entièrement les phénomènes calorifiques et considérer la température de cet air comme constante, depuis l'instant où il pénètre dans le cylindre soufflant jusqu'à rinstant où il s'échappe par la buse qui le dirige dans la partie inférieure des hauta-foumeaux. Le travail de compression calculé dans cette hypothèse, sera certainement moindre que celui qu'il faudra eflfectiyement dépenser, mais la différence sera faible à cause du peu d'élération de la température et elle pourra se trouver implicitement comprise dans un choix convenable du rapport qui existe habituellement, dans ces appareils, entre le travail utilisé et le travail qu'il faut effectivement It^ur transmettre.

La question à résoudre relativement à ces machines se présente ordinairement sous la forme suivante : Étant donné le volume d'air pris à la tension atmosphérique, qu'il faut lancer dans un haut-fourneau et la tension sous laquelle il doit pénétrer dans ce haat-foumeau, déterminer le diamètre des buses par lesquelles il doit s'échapper, le diamètre des tuyaux qui le conduisent du réservoir à ces tuyères, le diamètre du tuyau par lequel il arrive dans ce réservoir, la tension à laquelle il doit être porté dans ce même réservoir, puis la tension à laquelle il doit être amené dans le cylindre soufflant avant que commence la période d'expulsion, les dimensions de ce cylindre soufflant et finalement la puissance effective de la machine à TApeur motrice.

Ces diverses questions se résolvant toujours par la même sijk^brxle, celle-ci sera suffisamment exposée par une application xansaériqae dans laquelle elle sera rigoureusement suivie.

Apvocation numérique. — Il faut lancer dans un hautivian/ènku, par trois tuyères et par minute, 200 mètres cubes xTjttir jyrjs à la pression atmosphérique de 0°*,76 de mercure; i^icr^nt la température est de 15* centigrades doit être

débité par les buses qui terminent les conduites, à la tension effective de 0^,16 de mercure au-dessus de la tension atmosphérique, et il arrive à ces buses par trois conduites de 60°^ de longueur chacune, s'embranchant directement sur un réservoir assez grand pour que la pression y puisse être considérée comme constante malgré Firrégularité de l'alimentation inhérente à remploi des machines à piston. Entre le réservoir et le cylindre soufflant la longueur du tuyau de communication est de 15°*. On désire connaître le diamètre des buses, celui qu'il convient d'adopter pour les conduites, la tension qu'il conviendra de maintenir dans le réservoir, la tension à laquelle l'air devra être porté dans le cylindre, soufflant, les dimensions de celui-ci dans Thypothèse où la vitesse moyenne du piston serait de 1",20 par seconde, et enfin la puissance de la machine motrice qu'il faudra employer.

Les 200 mètres cubes d'air, portés à la tension de 0,764-0°*,15 = 0",91 de mercure , n'occuperont plus qu'un volume de

200 ^ = 167,033 mètres cubes.

Chaque buse devra débiter le tiers, ou 55,678 mètres cubes.

La vitesse d'écoulement de l'air sous la tension de 0"",15 de mercure au-dessus de la tension atmosphérique, sera déterminée par la formule connue de tous les mécaniciens :

D est le poids du mètre cube de mercure, égal à 13596^"-, d est le poids du mètre cube de l'air à la tension sous

laquelle se produit l'écoulement.

Si on néglige l'influence de la vapeur d'eau que l'air atmosphérique contient toujours en plus ou moins grande quantité,

on aura d = l-,293 llf^ g.\ ^^,^ = 1-467.

II vient alors :

= i/l9,62.0",15^^ = 165"" par seconde.

dia- Mtikt dans ces

d^assez TmTysamdnhBéÊt(JrS*yrjsaMBtoigsm et * ont pour

H = O.CCTjSB ^^g^ 0,»»j«0, r - 0,000475 . ^). La rhesse t dans les cocdiiî^es^ près des bases, sent

d'où ^ = 11^ par seomde.

A rentrée de ces conduites, ell* sera on peu plus faible puisque la tension de Tair y sera fh^ grande, mais on peut tans inconvénient pratique, admettre celle-ci comme vitesse uniforme dans tout le parcours.

Nous admettrons également que la densité d est, dans toute la longueur, la même que près des buses. Ck)mme elle est plus grande à l'entrée, l'erreur que nous commettrons ainsi compensera, en partie, l'erreur en sens contraire commise par l'adoption d'une vitesse moyenne trop grande.

11 viendra alors i - 1 1^,%^! ^ ,,,^ = 1.1345.

Ces valeurs numériques substituées dans l'équation ci-dessus donnent

et H = 0°*,173 de mercure.

Il faudrait donc, en employant des conduites de 0'",10 de diamètre, maintenir dans le réservoir une tension de

0",173 + 0",15 = 0'°,323 de mercure.

La perte de charge, 0",173, comme on le verra tout à l'heure, entraînerait un surcroît énorme de travail à transmettre au piston soufflant, sans aucun avantage sur l'introduction de Tair dans le haut-fourneau.

Essayons le diamètre, 0'",26.

Pour ce diamètre, a = 0,000240 ; J = 0,000359

et t? : 165 = 0,93 (0",0877) • : (0'»,25)« d'où V = 18°»,87 ; v* = 356,07.

et H =0,02587(0,000240.18,87+ 0,000359.356,07) = 0",00342.

Il suffirait donc, dans cette deuxième hypothèse, de maintenir dans le réservoir une tension de 0", 15342 de mercure, pour obtenir le même effet utile qu'avec la tension de 0'",323 dans l'hypothèse précédente.

Le bénéfice ainsi obtenu est considérable et l'on ne pourrait gagner que deux ou trois millimètres de mercure, en augmentant considérablement le diamètre des trois conduites. Il conviendrait donc d'adopter un diamètre de 0'",25 à 0"",30 pour ces conduites.

La capacité du réservoir ou régulateur de vent, est regardée comme suffisante pour produire la régularité du souffle nécessaire à l'alimentation des hauts-fourneaux, lorsqu'elle est de 10 à 12 fois la capacité du cylindre soufflant.

Quant à la tension à laquelle l'air devra être porté dans le cylindre soufflant pour maintenir, dans le réservoir, la tension de 0™,15342, elle pourra être déterminée par le même procédé ; mais il faut observer que l'écoulement de Tune de ces capacités

dans Tautre, est intermittent et que la totalité de Tair correspondant à une excursion du piston ne doit commencer à passer dans le réservoir qu'à l'instant où sa tension est devenue suffisante pour ouvrir les clapets d'expiration.

Nous pouvons admettre à priori que le maximum de tension dans le cylindre soufflant, ne dépassera pas 0°»,16 de mercure, c'est-à-dire que le volume de l'air pris à la tension de 0" J6 devra être amené par compression à la tension de 0'",92 et

* 0 7fi

réduit au volume de 200"' «^ = 165,217 mètres cubes.

La période d'introduction sera donc à la course entière dans le rapport de 165,217 à 200, soit comme 0,826 : 1. Si nous admettons encore que la vitesse de la machine motrice est suffisamment régularisée par un volant pour que la vitesse angulaire de la manivelle puisse être considérée comme constante, la durée de la période d'introduction comprenant les 0,826 de la longueur de la course et celle de la période de compression comprenant les 0,174 de cette course, seront déterminées de la manière suivante :

Les 0,174 de la course d'un piston, correspondent à un angle a, décrit depuis le point moft de la manivelle, qui peut être déterminé par l'expression :

R- Rcos a = 0,174. 2 R,

R représentant le rayon de la manivelle ou la moitié de la course :

ou tire de là cos a = 1 — 0,34S = 0,652 ; co qui correspond à un augle de 49'*,4r,

et cet angle est décrit pendant les ^^ = ^^, -= 0,276 de

la durée de la course entière.

Chaque période d'introduction ne correspondra donc qu'à 0,724 do la durée de la course .et les 200 mètres cubes pris à la tension atmosphérique, devront passer dans le réservoir pendant les 0,724 d'une minute ou en 43,44 secondes.

Ces 200 mètres cubes amenés à la tension qui règne dans le réservoir, O*, 15342, ny occuperont qu'un volume de

200 j^f|S54 = 165,316 mètres cubes,

idant la période d'introduction, il en entrera dans le oir, . ,,; ^ = 3,805 mètres cubes par seconde.

3 tuyau de communication entre le cylindre soufflant et irvoir, a 15™ de longueur et que nous adoptions 0",50 liamètre de ce tuyau unique, la vitesse moyenne que Tair idra aura pour valeur :

;e vitesse d'écoulement n'est pas uniforme pendant la

le d'écoulement, à cause des variations de vitesse du pis-

t elle n'est pas non plus la même d'un bout à l'autre du

à cause d'une légère diminution de densité de l'air à me-

u'il parcourt ce tuyau, mais on peut, sans grave erreur,

1er cette vitesse de 19*", 383 comme régnant constamment

nt la durée des périodes d'écoulement.

r une conduite de C,50, d'après le tableau de M. Ârson,

a = 0,000020 et S = 0,000246.

iensite d = 1 ^^-^^ x ^^^j-^ -= 1,139.

perte de charge entre le cylindre soufflant et le réservoir, )Our valeur dans ces conditions :

H = 0",001205 de mercure.

i porte le maximum de tension dans le cylindre soufflant 534 + 0,0012 = 0",1546 de mercure; à quoi il faudra 3 ajouter un léger excès pour vaincre la résistance des s au moment où ils se soulèvent.

is avons donc un peu exagéré la résistance de l'air dans au de 0",50 de diamètre, quand nous avons supposé, à que la tension maxima dans le cylindre soufflant, serait ,16, pour calculer la durée de la période d'introduction, l'erreur commise est assez légère pour qu'il ne soit pas iaire de la rectifier en faisant le calcul une seconde fois l'hypothèse d'une tension maxima un peu inférieure à

Nons liÎDntefijiiu* vhbb .69 JBDEceiaUuiiifr <^il 'wtnrii snfnf,.

suiiermnfr.

"^ !e nie jchq unns loiBiï inaoUBteneiC ioDB î&is/kbsaièth ianiieft

ce TOL sarrsfmtmd jltil fiwwptrff js ïï'.âfiEL

<3iL Tiijtu'.'Tuir jftiontEr xns .jm .i! Je ?". ok <piL omjicayiMJi lit

H (snLviiesLdiau: mâns. ^mir (ihiBnir sSoBtrvQmQit la 200

à3™«nft tiTg- ;ml .rnw^^^nr m^nwwiÉÛ». ^aClX<pf3[ SCdfelfpetOt-

jours :ia pea Tiir gnr jb^ ymramr «ftc gmatea peniairilla oomprçaaiim dciar^s mi Ji in je I& jourseL ï reste «itrelesdapeta iz le Tiâoia m ^snais nmaibifi iIqzl fjÊr k Itante tension et <ia'il ix3Z me :eE lir s snc iskz (iâ»uliK sm commencemena de la ^arae simnDE^ ^aar ({oe sm tgoaâoa s'abaisse au-desaiîas ie 1;^ •:wTffhin .inniiTiqTiïigmpig efe qpe FaspintioA commence à i'-aFarCner-

Ainsi, ptar *»T''TnT>iV, s rasniiiJg Titwfbfe awrail «■ Tolnmeégai aa prodBÎt de Lk «ctâaa. iTx ^^&cil ht (iX'.OS, Fair ^'il renferme à la £zi âe 1& CQaz% seah i Ia tasâon calculée d-dessos de 0", 1 55, oa à la taLHù-i aSsoiae ie iT-TS 4- O^JôS = (r,915, et pour que 3a tcoâioa i'aikûssâ: à *>"76, son Tolmne deyiait augmenter dans le r&pport de 0.7& à 0.915; ce qui signifie que les 0",05 de haateor de crlindre asxqaels correspond Tespace

nuisible, deviendraient 0,05 '\? = a",0602, ou que le pis-

ton devrait reculer de 0^,0102 avant que Taspiration pût

commencer.

APPAREILS A COMPRIMER L'aIR. 459

et, pendant la période d'introductioD, il en entrera dans le réservoir, -^r^ = 3,805 mètres cubes par seconde.

Si le tuyau de communication entre le cylindre aoufflant et le rôserroir, a 15" de longueur et que nous adoptions 0™,50 pour diamètre de ce tuyau unique, la vitesse moyenne que l'air y prendra aura pour valeur :

d'où V = ig-'.sss.

Cette vitesse d'écoulement n'est pas uniforme pendant la période d'écoulement, à cause des variations de vitesse du piston, et elle n'est pas non plus la même d'un bout à l'autre du tuyau à cause d'une légère diminution de densité de l'air à mesure qu'il parcourt ce tuyau, mais on peut, sans grave erreur, regarder cette vitesse de 19"',383 comme régnant constamment pendant la durée des périodes d'écoulement. P Pour une conduite de O-iSO, d'après le tableau de M. Arson, ■ a = 0,000020 et 6 = 0,000246.

La perte de charge entre le cylindre soufflant et le réservoir, aura pour valeur dans ces conditions :

■^'^''^ H = O'",001205 de mercure.

Ce ({ui porte le maximum de tension dans le cylindre soufflant à (P,1534 -f 0,0012 = 0"',154G de mercUre ; à quoi il faudra encore ajouter un léger excès pour vaincre la résistance des clapets au moment où ils se soulèvent.

Nous avons donc uu peu exagéré la résistance de l'air dans tuyau de 0'°,50 de diamètre, quand nous avons supposé, à que la teusion maxijji;t '^-'^"^ 1*^ cylindre soufflant, serait suJer h du 'e la période d'introduction,

j^ajl^^^^ère pour qu'il ne soit pas alcul une seconde fois ,a un peu inférieure à

-M6 «THAPITSK

iwré dft coiiiun!9Moii "«'^*™m" à ce- genre (Fa^iûaiioB, m iétermine alorv par ia tbmniie comme qiiia^a{ppiiqÏKàh cqbprcffiioii comme 4 Ia> détente isotfaermiqaes. Po«r waB eome, on a doms :

PV A — logL p 2,3026^ — PV.

P estlatens»nd.ra™-pri»é=I()333 ^ =13440^;

P' la teniioa de Voit ayant aaeomprmmwiqnenoiB poofons anppoaor é^aie à la. tennim atnnapiiâniae de 10333^°- ; V le Toimoe de Tair conpniBé qui est égal à :

V^ le volome de raîrayant sa u— faewion =s y ,778 . 3",01

En appliquant Gea Talenza mnMnqoes à Feiqpressioii cidessos, on tnmve :

Travail théoriqne d'âne crarae =» 16146 kflogranmiètres. Poor les 24 conzses, 3S7504 kilogranunètres ;

Soit, ^«r^ ^>y = 86,11 chevaux.

Dans les appiicationSf il faaxk ajonier i ce travail, celui des résistances passives, fiûre mie part évenindle i raccroissement de température qui se produit pendant la compression et dont on n'a pas tenu compte dans le calcnl, anx fuites, et aussi à une faible raré&ction de Tair du côté du piston où se produit Taspiration. La tension de ce côté ost^ pendant toute la course, un peu inférieure à la t^iaion atmosphérique, ce qui est nécessaire pour qu'il y ait aspiration ; ma» il £aut que cette raréfaction soit la plus faible possible, ce que Ton obtient en multipliant les soupapes , en leur donnant de très grandes dimensions et en rendant leur fonctionnement facile et rapide.

Les constructeurs placent généralement sur les fonds des

cylindres soufflants autant de soupapes d'aspiration quHls en peuvent recevoir sans encombrement, et ils donnent aux soupapes, ou clapets, d'expiration une section de passage de l'air égale à la section de la conduite par laquelle cet air passe dans le réservoir. Puis, pour parer à toutes éventualités, ils ajoutent 15 à 20 p. c. au travail théorique qui correspond à l'effet utile obtenu dans le cylindre soufflant.

La machine motrice qui agit sur le piston soufflant dans l'appareil«que nous venons de calculer, devrait donc avoir une puissance effective de

86,11 + 86,11 . 0,15 == 99 chevaux à 86,11 + 86,11 . 0,20 =

103,33 chevaux.

Le lecteur pourra trouver dans l'ouvrage déjà cité de M. Pemolet, les meilleures dispositions adoptées jusqu'aujourd'hui pour cette catégorie d'appareils qui n'exigent aucun moyen préventif opposé au développement de chaleur dû à la compression.

La vitesse des pistons y est généralement comprise entre 1™ et 2" par seconde et comme c'est à peu près entre les mêmes limites que varie la vitesse des pistons de machines à vapeur, on peut placer sur le même axe, le cylindre moteur et le cylindre soufflant. On assemble alors les deux tiges des pistons dans un même manchon qui fait partie d'une traverse guidée, aux extrémités de laquelle on articule deux bielles de transmission de mouvement à un arbre tournant, lequel porte un fort volant, ou même deux, chargés de régulariser la vitesse, et les excentriques distributeurs de la vapeur.

On adopte aussi, pour les machines soufflantes, un grand nombre d'autres dispositions qui n'offrent aucun avantage théorique les unes sur les autres; mais au point de vue pratique, celles qui exigent le moins de frais de premier établissement, qui exigent le moins souvent des réparations et qui satisfont, du reste, aux meilleures conditions théoriques de rendement que nous avons examinées ci-dessus, doivent être pr^rées.

Nous ne pouvons, dans un traité aussi limité que celui-ci, entrer complètement dans les considérations purement prati-

454 CHAPITRE CINQUIÈSfE.

Machines soufflantes à piston.

Dana le calcul de ces appareils où l'air n'est jamais comprimé à plu3 de 3 d'atmosphère au-dessus de la, tension atmosphérique extérieure, on peut négliger eutièrcment les phénomèDeB calorifiques et considérer la température de cet air comme constante, depuis l'itistant où il pénètre dans le cylindre soufflant jusqu'à l'iDsIant où il s'échappe par la busi; qui le dirige dans la partie inférieure des hauts-fourneaux. Le travail de compression calculé dans cette hypothèse, sera certainement moindre que celui qu'il faudra effectivement dépenser, raaia la différence sera faible à cause du peu d'élévation de la température et elle pourra se trouver implicitement comprise dans un choix convenable du rapport qui existe habituellement, dans ces appareils, entre le travail utilisé et le travail qu'il faut effectivement leur transmettre.

La question à résoudre relativement à ces machines se présente ordinairement sous la forme suivante : Étant donné le volume d'air pris à la tension atmosphérique, qu'il faut lancer dans un haut-fourneau et la tension sous laquelle il doit péjiétrer dans ce haut-fourneau, déterminer le diamètre des buses par lesquelles il doit s'échapper, le diamètre des tuyaux qui le conduisent du réservoir à ces tuyères, le diamHre du tuyau par lequel il arrive dans ce réservoir, la tension à laquelle il doit être porté dans ce même réservoir, puis la tension à laquelle il doit être amené dans le cylindre soufflant avant que commence la période d'expulsion, les dimensions de ce cylindre soufflant et tiualement la puissance effective de la machine à vapeur motrice.

Ces diverses questions se résolvant toujours par la même méthode, celle-ci sera suffisamment exposée par une application numérique dans laqnelle elle sera rij^oureu sèment suivie.

Application nttmkbique. — Il faut lancer dans un hautfourneau, par trois tuyères et par minute, 200 mètres cubes d'air pris à la pression atmosphérique de 0",7G de mercure; - cet air dont la température est de 15" centigrades doit être

débité par les buses qui terminent les conduites, à la tension effective de 0°*,15 de mercure au-dessus de la tension atmosphérique, et il arrive à ces buses par trois conduites de 60™ de longueur chacune, s'embranchant directement sur un réservoir assez grand pour que la pression y puisse être considérée comme constante malgré Firrégularité de l'alimentation inhérente à remploi des machines à piston. Entre le réservoir et le cylindre soufflant la longueur du tuyau de communication est de 15™. On désire connaître le diamètre des buses, celui qu'il convient d'adopter pour les conduites, la tension qu'il conviendra de maintenir dans le réservoir, la tension à laquelle Tair devra être porté dans le cylindre, soufflant, les dimensions de celui-ci dans Thypothèse où la vitesse moyenne du piston serait de 1™,20 par seconde, et enfin la puissance de la machine motrice qu'il faudra employer.

Les 200 mètres cubes d'air, portés à la tension de 0,76+0",15 = 0™,91 de mercure , n'occuperont plus qu'un volume de

200 ^ = 167,033 mètres cubes.

Chaque buse devra débiter le tiers, ou 55,678 mètres cubes.

La vitesse d'écoulement de l'air sous la tension de 0",15 de mercure au-dessus de la tension atmosphérique, sera déterminée par la formule connue de tous les mécaniciens :

D est le poids du mètre cube de mercure, égal à 13596^*^-, d est le poids du mètre cube de l'air à la tension sous

laquelle se produit l'écoulement.

Si on néglige l'influence de la vapeur d'eau que l'air atmosphérique contient toujours en plus ou moins grande quantité,

nn aura d = 1^1. 993 ^"^^^ (^'^^°) == iklL 467,

on aura a — i y^\fô ^^ .^^ ^2730 + 150) ^ 1^^ ' •

Il vient alors :

= \/l9,62.0»,15^^ = 165" par seconde.

D'après de nombreuses expériences, le volame d^air qui s'échappe par les bases coniques qui terminent les conduites de Tent des hauts-fourneaux, est environ les 0,93 du Yolume calculé d'après la vitesse théorique et d'après la section S de l'extrémité de ces buses.

n viendra en conséquence :

0,93. S . 165- . 60" = 55,»',678 par minute, d'où S = 0°»» ,006047.

Cette section correspond à un diamètre de 0™,0877.

Les trois bases auront le même diamètre.

Pour calculer la tension à laquelle l'air devra être maintenu dans le réservoir, ou régulateur, il faut adopter à priori un diamètre des conduites et Ton pourra appliquer les formules de M. Arson à la recherche de la différence des tensions près des buses et dans ce réservoir.

Nous montrerons, en adoptant successivement deux diamètres différents, 0*,10 et 0",25, combien il est utile dans ces puissants appareils, d'adopter pour les conduites, d'assez grands diamètres.

Pour les conduites deO",10, les constantes a et b ont pour valeur a = 0,000550 t = 0,000475.

La formule devient pour cette hypothèse :

La vitesse v dans les conduites, près des buses, sera V : 165"» = 0,93 (0^,0877)* : (0°»,10)* d'où V = 118"» par seconde.

A l'entrée de ces conduites, elle sera un peu plus faible puisque la tension de Tair y sera plus grande, mais on peut, sans inconvénient pratique, admettre celle-ci comme vitesse uniforme dans tout le parcours.

Nous admettrons également que la densité d est, dans toute la longueur, la même que près des buses. Comme elle est plus grande à l'entrée, l'erreur que nous commettrons ainsi compensera, en partie, l'erreur en sens contraire commise par l'adoption d'une vitesse moyenne trop grande.

APPAREILS A COMPRIMER l'AIR. 457

11 viendra alors d-l ^^l g^fj ^ ^^.^ = 1,1345.

Ces valeurs numériques substituées dans l'équation ci-dessus donnent

et H = 0",173 de mercure.

Il faudrait donc, en employant des conduites de 0"*,10 de diamètre, maintenir dans le réservoir une tension de

0",173 + 0",15 = 0",323 de mercure.

La perte de charge, 0"»,173, comme on le verra tout à l'heure, entraînerait un surcroît énorme de travail à transmettre au piston soufflant, sans aucun avantage sur l'introduction de Tair dans le haut-fourneau.

Essayons le diamètre, 0°*,25.

Pour ce diamètre, a = 0,000240 ; b = 0,000359

et t> : 165 « 0,93 (0»,0877) * : (0«»,25) « d'où t = 18™,87 ; v* = 356,07.

et H =0,02587(0,000240.18,87 +0,000359.356,07)=0°^,00342.

Il suffirait donc, dans cette deuxième hypothèse, de maintenir dans le réservoir une tension de 0^,15342 de mercure, pour obtenir le même effet utile qu'avec la tension de 0"',323 dans l'hypothèse précédente.

Quant à la tension à laquelle l'air devra être porté dans le cylindre soufflant pour maintenir, dans le réservoir, la tension de 0™, 15342, elle pourra être déterminée par le même procédé ; mais il faut observer que l'écoulement de Tune de ces capacités

dans l'autre, est intermittent Pt que la totalité de l'air correspondant à une excursion du piston ne doit commencer à passer dans le réserroir qu'à l'instant où sa tension est devenue suffisante pour ouvrir les clapets d'expiration.

Nous pouvons admettre à priori que le maximum de tension dans le cylindre soufflant, ne dépassera pas 0",16 de mercure, c'est-à-dire que le volume de l'air pris à la tension de O^JB devra^être amené par compression â la tension de 0",92 et réduit au volume de 200"" ~ = 165,217 mètres cubes.

La période d'introduction sera donc à la course entière dans le rapport de 165,217 à 200, aoit comme 0,826 : 1. Sinouî admettons encore que la vitesse de la machine motrice est suffisamment régularisée par un volant pour que la vitesse angulaire de la manivelle puisse être considérée comme constante, la durée de la période d'introduction comprenant les 0,336 de la ion^^eur de la course et celle de 1& période de compression comprenant les 0,174 de cette course, seront déterminéea iï j la manière suivante : I

Les 0,174 de la course d'un piston, correspondent à nn I angle a, décrit depuis le point mort de la maniTelle, qnipent \ être dvteriiilnô par Vexpresiiion ;

R - Ecos fl = 0,174. 2R, R représentant le rayon de la manivelle ou la moitié de la course :

on tire de là cos a = 1 — 0,34S = 0,652 ; ce qui correspond à un angle de 49", 41', et cet angle est décrit pendant les ^ttj~ — ■^jjïq' =^ 0,276 ii la durée de la course entière.

Chaque période d'introduction ne correspondra donc qu^ 0,724 de la dorée de la course .et les 200 mètres cubes prisai» tension atmosphérique, devront passer dans le réservoir peu' dant les 0,724 d'une minute ou en 43,44 secondes.

Cas 200 mètres cul>oa ïiineiiés à lu tension qui règne dunsl^

•et, pendant la période d'introduction, il en entrera dans le

réservoir, vrnju "^ 3i805 mètres cubes par seconde.

Si le tuyau de communication entre le cylindre soufflant et le réservoir, a 15" de longueur et que nous adoptions 0",50 pour diamètre de ce tuyau unique, la vitesse moyenne que Tair y prendra aura pour valeur :

0,785 (0»,50*) « = 3"%805; d'où V = 19'^,383.

Cette vitesse d'écoulement n'est pas uniforme pendant la période d'écoulement, à cause des variations de vitesse du piston, et elle n'est pas non plus la même d'un bout à l'autre du tuyau à cause d'une légère diminution de densité de l'air à mesure qu'il parcourt ce tuyau, mais on peut, sans grave erreur, regarder cette vitesse de 19"*,383 comme régnant constamment pendant la durée des périodes d'écoulement.

Pour une conduite deO°',50, d'après le tableau de M. Ârson, a = 0,000020 et S = 0,000246.

La densité d = 1 -i—^^ x 273^:33 = 1,139.

La perle de charge entre le cylindre soufflant et le réservoir, ^ura pour valeur dans ces conditions :

JH = 0,00038 J gQ (0,00002 . 19",383 +0,000246 . 375,7),

<l'oii H = 0",001205 de mercure.

Ce qui porte le maximum de tension dans le cylindre soufflant ;à 0",1534 + 0,0012 = 0'°,1546 de mercure; à quoi il faudra 'encore ajouter un léger excès pour vaincre la résistance des clapets au moment où ils se soulèvent.

Nous avons donc un peu exagéré la résistance de l'air dans ^e tuyau de 0™,50 de diamètre, quand nous avons supposé, à jsriori, que la tension maxima dans le cylindre soufflant, serait de 0",16, pour calculer la durée de la période d'introduction, mais l'erreur commise est assez légère pour qu'il ne soit pas nécessaire de la rectifier en faisant le calcul une seconde fois dans l'hypothèse d'une tension maxima un peu inférieure à

o^^jie.

Noua adopterons, dans les appréciations qui vont suivre, une tension maxima de 0'",155 au-dessus de la tension atmosphérique.

Pour déterminer les dimensions du cylindre soufflant, nons avons admis une vitesse moyenne du piston, de 1",^ par seconde ou de 72" par minute.

Si la machine est à double effet, ce qui est le cas ordinaire, et ce que nous avons admis implicitement dans le calcul delà durée des périodes d'introduction, la section S du pistou sera donnée par l'expression

S . 72" = 200 mètres cubes ; d'où S = 2,77S mètres carrés,

ce qui correspond à un diamètre de 1",881.

On pourrait adopter une course de 3"°, ce qui correspondrait . 72"" a -5^ = 24 excursions par minute.

Il conviendrait même, pour obtenir efiectivement les 200 mètres cubes par minute, que la course fût un peu supérieure à 3'" sans que sa durée fût augmentée, parcequ'il s'échappe toujours un peu d'air parle pourtour du piston pendant la compression etparce qu'à la fin de la course, il reste entre les clapets et le piston un espace nuisible plein d'air à haute tensiou et qu'il faut que cet air se soit assez détendu au commencement de la course suivante, pour que sa tension s'abaisse au-dessous de la tension atmosphérique et que l'aspiration commence à s'effectuer.

Ainsi, par exemple, si l'espace nuisible avait un yolume égal au produit de la section du piston par 0'",05, l'air qu'il renferme à la fin de la course serait à la tension calculée ci -dessus de 0'",155, ou à la tension absolue de 0"',76 + 0'",155 = 0'°,915, et pour que sa tension s'abaissât à 0'"76, son volume devrait augmenter dans le rapport de 0,76 à 0,915 ; ce qui signifie que les 0'°,05 de hauteur de cylindre auxquels correspond l'espace nuisible, deviendraient 0,05 ' „ = 0",0602, ou que le piston devrait reculer de O^iOlOa avant que l'aspiration pût commencer.

APPAREILS A COMPRIMER l'AIR. 461

Ce n'est pas que les espaces nuisibles constituent directement ae perte de travail, parce que le travail de compression de m qui reste dans ces espaces à la fin d'une course, est restilé par la détente de ce même volume d'air au commencement e la course suivante, mais toutes les résistances passives qui orrespondent à cette partie de la course du piston, inutilement Dumie, constituent une perte de travail d'autant plus considé- 'able que les espaces nuisibles sont plus grands.

Il faut donc chercher à les diminuer dans la mesure du poslible, par raison d'économie de travail et pour éviter de donner sans utilité de trop grandes dimensions à l'appareil soufflant.

Qaant aux fuites d'air par les clapets et autour de la garnimre du piston, elles occasionnent une perte réelle de travail §gale au travail de compression qu'ont reçu les parcelles d'air lui s'échappent ainsi dans l'atmosphère ou d'un compartiment à l'autre du cylindre, depuis l'instant où elles ont pénétré dans ce cylindre jusqu'au moment oii elles passent intempestivement d'un niilieu dans un autre. Il est donc aussi très important de faire des pistons et des clapets constituant des obturateurs mobiles qui tiennent parfaitement l'air comprimé.

Dans les appareils bien construits, ces pertes sont extrêmement faibles et un ou deux centimètres ajoutés à la course du piston, forment une compensation suffisante à la diminution qu'elles produisent dans le volume envoyé aux tuyères.

Dans le calcul de la puissance de la machine dont nous nous occapons, nous admettrons que 0",02 ajoutés à la course de 3"^ ài piston, suffiront pour que le cylindre soufflant fournisse ^activement les 200 mètres cubes d'air que nous avons adoptés ^rar ces deux centimètres, il y en a un pour parer aux inconlîénients de Tespace nuisible et qui peut être négligé dans le "Calcol du travail qui s'appliquera dès lors à une course de S*,01 et à une pression maxima de 0°',155 au-dessus de la tennôn atmosphérique.

Tbatail a tsansmetthe av piston soupelant. — Le trariil de compression de l'air et d'introduction dans le réservoir )igulateur du vent, dans l'hypothèse d'invariabilité de la temlératore, que nous avons admise à priori à cause du faible

degré de compre9sioii nécess:iire à ce genre d'application, se détermine alors par la formule connue qui s'applique à la compression comme à la détente isothermiques. Four une course, on a donc :

(ï + log. p 2,3026^ - P'V.

P est la tension de l'air comprimé ^n/^j^

V la tension de l'air avant sa compression que nous pouvons supposer égale à la tension atmosphérique de 10333''"- ;

V le Tolume de l'air comprimé qui est égal à :

V le volume de l'air avant i = 8"*,362;

a compression = S^'iTTS . 3",01

Eu appliquant ces valeurs numériques à l'expression ciiessus, on trouve :

Travail théorique d'une course = 16146 kilogrammètres. Pour les 24 courses, 3S7504 kilogrammètres ; 387504

Soit,

},11 cheraux.

Dans les applications, il faut ajouter à ce travail, celui des résistances passives, faire une part éventuelle à l'accroissement de température qui se produit pendant la compression et dont on n'a pas tenu compte dans le calcul, aux fuites, et aussi à uue faible raréfaction de l'air du côté du piston où se produit l'aspiration. La tension de ce côté est, pendant toute la course, un peu inférieure à la tension atmosphérique, ce qui est néceasaire pour qu'il y ait aspiration ; mais il faut que cette raréfaction soit la plus faible possible, ce que l'on obtient en multipliant les soupapes , en leur donnant de trèa grandes dimensions et eu rendant leur fonctionnement facile et rapide.

Les constructeurs placent généralement sur les fonds des

APPAREILS A (X)MPRIMER L'AIR. 463

cylindres soufflants autant de soupapes d'aspiration quMls en peuvent recevoir sans encombrement, et ils donnent aux soupapes, on clapets, d'expiration une section de passage de Tair égale à la section de la conduite par laquelle cet air passe dans le réservoir. Puis, pour parer à toutes éventualités, ils ajoutent 15 à 20 p. c. au travail théorique qui correspond à Teffet utile obtenu dans le cylindre soufflant.

La machine motrice qui agit sur le piston soufflant dans TappareiLque nous venons de calculer, devrait donc avoir une puissance effective de

86,11 + 86,11 . 0,15 =» 99 chevaux à 86,11 + 86,11 . 0,20 =

103,33 chevaux.

Le lecteur pourra trouver dans Touvrage déjà cité de X. Pemolet, les meilleures dispositions adoptées jusqu'aujoard'hni pour cette catégorie d'appareils qui n'exigent aucun moyen préventif opposé au développement de chaleur dû à la compression.

La vitesse des pistons y est généralement comprise entre 1» et 2"* par seconde et comme c'est à peu près entre les mêmes limites que varie la vitesse des pistons de machines à vapeur, on peut placer sur le même axe, le cylindre moteur et le cylindre soufflant. On assemble alors les deux tiges des pistons dans nn même manchon qui fait partie d'une traverse guidée, aux extrémités de laquelle on articule deux bielles de transmission de mouvement à un arbre tournant, lequel porte un fort volant, oa même deux, chargés de régulariser la vitesse, et les excentriques distributeurs de la vapeur.

Nous ne pouvons, dans un traité aussi limité que celui-ci, entrer complètement dans les considérations purement prati-

ques qui concernent ces appareils doat les dimensions &OQt souvent considérables, et nous renverrons le lecteur ans traités spéciaux. Nous ferons de même pour toute une oatégoria d'appareils qui ont une grande analogie avec lea machines sonfflantes, en ce sens que la pression n'y est pas élevée au-dessus de deux atmosphères absolues et qu'il n'est pas nécessaire d'y adopter des mesures particulières pour prévenir l'échaufiement de l'air pendant sa compression.

On peut citer parmi ces derniers appareils, ceux qui servent à insuffler l'air dans la fonte en fusion que l'on transforme en acier par le procédé de Bessemer; ceux qui servent à injecter de l'acide carbonique dans les chaudières de défécatiou des sucreries; les machines à comprimer l'air destiné à pousser nn piston porteur de dépêches dans des conduites de plusieurs kilomètres de longueur, constituant ce que l'on nomme un télégraphe pneumatique. Dans tous ces compresseurs qui se font généralement à pistou , la tension maxima de l'air, ou d'autres gaz, ne dépasse pas 2 atmosphères absolues et l'on pentse convaincre à l'aide de l'expression bien connue, T /P \o.»i

que la température du gaz admis dans l'appareil, étant pit exemple de 15" centigrades , l'accroissement que subirait cette température pendant la compression, ne dépasserait pasfiS'i même dans l'hypothèse où il ne se produirait aucun refroidis, sèment extérieur. Cependant il y a une observation importante à faire au sujet de la température qui se développe dans l'ai^ ainsi comprimé. Dès le début de l'opération et lorsque le cylindre est encore froid , la température à laquelle l'air teni à s'élever en vertu du travail de compression, est fort amoindrie par l'action refroidissante des parois ; mais, sous l'influence de ce contact de l'air chaud, ces parois s'échauffent progressivement, l'air frais qui pénètre dans le cylindre pendant U période d'aspiration, augmente de température par son contact : elles et par leur rayonnement, avant la période

APPAREILS A COMPRIMER l'AIR. 465

à porter la température iinale de Pair à un degré plus élevé que si cette compression n'avait agi qu'à partir de la température extérieure.

S'il n'y avait point de refroidissement extérieur, chaque compression augmenterait la température des parois, chaque augmentation de température de ces parois, porterait à un degré plus élevé la température de l'air aspiré avant sa compression et ces effets se superposant successivement , la température générale irait en croissant jusqu'à une limite de plus en plus élevée , même lorsque l'air ne serait pas porté à une très haute tension. La limite finale de température ne serait atteinte que lorsque Tair, avant sa compression, aurait emprunté aux parois du cylindre une quantité de chaleur égale à celle que celles-ci reçoivent de la compression.

Dans les applications, le refroidissement extérieur fait baisser considérablement cette limite supérieure de température et Fétat normal s'établit lorsque la chaleur empruntée par l'air frais avant sa compression, plus la chaleur qui se dissipe par le refroidissement extérieur des parois, équivalent à la quantité de chaleur que l'air transmet à ces parois pendant les périodes de compression et d'expulsion du cylindre ; de sorte que la température finale, toutes choses égales d'ailleurs, s'élève d'autant moins que la compression se fait plus lentement ou que l'on donne plus de temps à Ja chaleur pour se dissiper dans l'atmosphère environnante.

Sous les vitesses ordinaires des pistons de compresseurs, c'est-à-dire sous les vitesses del°'àl°*,50 par seconde, le refroidissement extérieur semble suffire pour empêcher la température générale de s'élever jusqu'à une limite incompatible avec la bonne conservation des organes essentiels et avec le maintien d'un bon graissage des parties frottantes internes, lorsque la tension n'est pas portée au-dessus de 2 atmosphères absolues ; mais si l'on porte cette tension jusqu'à 3**°^*, il faut notablement ralentir la vitesse de compression ou employer des moyens de refroidissement, pour éviter les inconvénients d'un trop grand développement de chaleur ; surtout quand les compresseors sont de grandes dimensions, parce que les volumes d'air

CH&PITRG CINQUIÈME.

soamÎB à la compression croissent plus rapidement avec dimensions de ces compresseurs, que les surfaces extérieure^ de refroidissement.

Au delà de 3»""-, dans les conditions de marche ordinaire» de ces appareils, il est indispensable d'accélérer le refroidissement par des dispositions spéciales dont il sera question plttl loin

Tant que Tair n'est comprimé qu'au-dessous de 2"™- absolnfl les questions de développement de chaleur n'ont qu'une imp» tance secondaire et la mécanicien n'a guère à s'occuper dw moyens de le prévenir ou d'eu atténuer les inconvénients; Il machine soufflante ordinaire avec son piston garni de embouti, avec ses clapets en cuir ou ses soupapes en cuiwe, bien équilibrés pour en faciliter le mouvement, offre un bo* type qui a fait ses preuves, mais dont il n'est nullement interdit de s'écarter. On a fait de ces machines également honoes, d'après des types très différents; il suffit que le cylindre «nt bien alézé, que la garniture du piston tienne bien l'air, qn'dia ne soit pas de nature à s'user trop vite, que les espaces Bibles soient réduits à leur minimum , que les clapets M soupapes ferment bien, fonctionnent sans dioc et se vrent facilement dans les doux sens, et enfin que l'ensemble i l'appareil présente de la stabilité, un mécanisme peu comp! que et ne comporte point de cliauces spéciales de dérangement pour tirer de cet appareil un bon cffût utile quel que soit ' type sur lequel il a été construit.

Il n'en est plus de même lorsqu'il faut comprimer l'air haute tension ; les phéaomnnes caiorifiques développés prenneiil alors une grande importance, et il faut des dispositions spéciales pour en prévenir les inconvénients aux points de vue de la conservation des appareils et de l'économie du travail s dépenser pour obtenir un effet utile déterininé.

Nous nous occuperons principalement des appareils de cette dernière catégorie, mais comme ils sont extrêmement nom- 0 la plupart d'entr'eux n'ont qu'une valeur médiocre,

types les plus modernes et qui semblent le mieux appropriés w genre de travail qu'ils accomplissent.

Les compresseurs à Taide desquels on a élevé la tension de Tair puisé directement dans Tatmosphère, jusqu'à 3 ou 4 atmosphères absolues et au-dessus, sont assez variés. Dans les ans, Tair est comprimé par le poids d'uue haute colonne d'eau dans nn tuyau vertical fermé par le haut et qui porte en ce point une soupape de refoulement par laquelle Tair comprimé se rend dans un réservoir. Dans d^autres appartenant à la même catégorie, la compression de Tair dans le tuyau vertical est obtenue parles actions simultanées du poids d'une haute colonne d'eau et de la force vive emmagasinée par cette colonne pendant la première période de sa descente et lorsque la tension de l'air n'est pas encore suf&sânte pour faire équilibre statique à son poids. Dans ce dernier cas, la tension finale de l'air peut être portée jusqu'à une^ limite bien supérieure à celle qui correspond à la hauteur verticale de la colonne d'eau qui joue le rôle de piston compresseur. Les premiers appareils établis à Bardomiàche pour les besoins des travaux de percement du Mont- Genis, appartenaient à cette dernière catégorie et, à l'aide dhme colonne d'eau inclinée, mais qui n'avait qu'une hauteur verticale de 26^, ils portaient la tension de l'air à 6^^°^ absolues. Oi constituaient évidemment de véritables béliers hydrauliques appliqués à la compression de l'air au lieu de l'être à l'élévation de l'eau. Dans tous les autres appareils, l'agent de compression est un piston qui reçoit le mouvement d'une machine à vapeur, d'une roue hydraulique ou de tout autre moteur.

On n'a pas fait de béliers hydrauliques appliqués à cet usage, plus perfectionnés que ceux de Bardonnèche, et comme ceux-ci ne rendaient que 50 à 60 p. <*/o d'effet utile en air comprimé recuçilli dans le réservoir, qu'ils étaient très coûteux d'établissement et ne pouvaient fonctionner qu'avec une extrême lenteur, on a renoncé à leur emploi et les appareils à piston ont pris leur place. Vu leur peu d'importance actuelle, nous ne nous en occuperons pas davantage et nous nous contenterons de renvoyer

leB perBonnes qui désireraient les connaître, à un mémoire que nous avons publié eu 1863 sur les travaux de percement du

Mont-Cenis,

ou au traité de M

Pernolet

l'emplo

'air

comprimé.

Quant aux tous les type

compresseurs à pistons, on imasiinables, mais nous laisse

ea ron

a construit sur encore de côté,

comme ne présentant plus d'importance, tous ceux dans lesquels on n'a appliqué aucun moyen de refroidissement de l'air pendant sa compression, et ceux dans lesquels les moyens de refroidissement employés sont insuffisants. Tous ceux-ci, quelque simple et pratique que soit leui' disposition générale, sont vicieux au point de ïue de Téconomie du travail appliqué à la compression et au point de vue de lai sûreté de fonctionnement et du bon entretien des parties mobiles intérieures qu'une trop haute température met rapidement hors de service.

Après avoir ainsi mis de côté tous les appareils destinée à tomber dans l'oubli, il ne nous restera à examiner que quelques types auxquels se rapportent tous les bons compresseurs établis aujourd'hui .

Ces types sont ; celui de M. Sommeiller appliqué à la compression de l'air qui a servi à faciliter et à accélérer les travaux de percement du tunnel qui porte le nom du Mont-Cenis, quoiqu'il traverse les Alpes sous le col-Fréjus ; celui de MM. François et Duboia ; celui de M. Colladou et nous indiquerons quelques variantes de ce dernier introduites dans ces derniers temps.

Compresseur de M. Sommeiller.

Cet appareil se compose : d'un corps de pompe A (fig. 54(, dans lequel se meut un piston qui reçoit le mouvement de U machine à vapeur motrice ou d'un moteur hydraulique, suivaot les circonstances, et de deux colonnes verticales B et C en libre communication avec le corps de pompe à leur partie inférieure. Ces colonnesverticalea portent enareta:' des clapets d'aspiration et, en m et m' des soupapes de refoulement de l'air comprimé.

L'appareil contient un volume d'eau assez considérable et

le piston, à toutes les époques de son mouvement, est complètement plongé dans ce liquide.

Lorsque ce piston se trouve à l'extrémité d'une course, en D par exemple, la colonne B est pleine d'eau, et la petite chapelle qui se trouve au-dessus de cette colonne en contient également jusqu'au niveau de la partie inférieure de l'entrée n du tuyau qui conduit l'air comprimé au réservoir. La soupape m se trouve donc aussi entièrement plongée dans le liquide, ce qui rend sa fermeture plus hermétique et empêche plus radicalement l'air comprimé du réservoir de rentrer dans la colonne B pendant la période d'aspiration.

A la même époque du mouvement, l'autre colonne C se trouve presque vide et contient un volume d'air à la pression atmosphérique extérieure , approximativement égal au volume qu'engendre le piston en une course.

La soupape m! qui se trouve au sommet de cette colonne est recouverte d'eau comme celle qui lui correspond à la partie supérieure de la colonne B.

Si, partant de la position D, le piston^se meut vers la colonne G, l'air compris dans cette colonne tiendra le clapet x^ fermé, se comprimera progressivement et lorsque sa tension sera devenue suffisante pour soulever la soupape m! et vaincre la résistance que l'air du réservoir oppose au soulèvement de cette soupape, celle-ci se détachera de son siège et l'air comprimé dans la colonne passera, sous pression constante, dans le réservoir; celui-ci est supposé assez grand pour que cette introduction n'y produise pas un accroissement de tension sensible, ou il est supposé en communication avec un appareil qui consomme autant d'air comprimé que ce réservoir en reçoit.

Pendant toute cette période, le niveau de l'eau baisse dans la colonne B, la soupape m est tenue fermée par la pression de l'air dans la conduite q qui s'embranche sur le réservoir, le clapet â? se soulève sous Tinfluence du vide partiel qui se fait dans cette colonne et l'air extérieur entre par l'ouverture que découvre ce clapet. Â la fin de cette course, la colonne G est pleine d'eau et la colonne B pleine d'air à la tension atmosphérique à peu près.

Extérieurement aux colonnes et en avant des clapets x et a', se trouvent deux petites bâches K et K' dans lesquelles tombe, l d'une manière continue, un petit jet d'eau que l'on règle pirl les robinets s et qui vient, par le tuyau î, d'un réservoir plaoéJ plus haut que les bâches, ou du réservoir d'air comprimé qui coutient de l'eau à sa partie inférieure. Ces bâches sont mnnieïjï en outre, d'nn tuyau de trop plein qui déverso au dehors, pKl la petite conduite pOp, l'excédant d'eau qu'elles ont pu recevoitB avant l'ouverture des clapets d'aspiration, lorsque les robinet». t ont été trop ouverts.

Le soulèvement des clapets m, x' est limité par un arrêt, qd les empêche de s'élever trop haut ; sans cela ils retomberaient tardivement sur leurs sièges et laisseraient ainsi s'échapper une certaine quantité d'air au début de la compression.

Les soupapes de refoulement m et m' ne se soulèvent éga- I lement que d'une quantité limitée pour qu'elles retombent rapidement sous l'inâuence de leur poids et de la tension de l'air dans le réservoir, dès le commencement de la période d'aspiration. Ces soupapes sont guidées par dessus et par dessous pour qu'il ne s'y manifeste aucune tendauce à retomber obliquement sur leurs sièges.

On voit, d'après cette disposition de l'appareil, qu'an commencement de la période d'aspiration dans la colonne B, qui coïncide avec la période de compression dans la colonne C, U soupape m se ferme, le clapet m s'ouvre et laisse entrer, dans la colonne B, l'air extérieur, en même temps que la quantité d'eau qui est tombée dans la bâche E pendant la période de refoulement dans cette colonne ; de sorte que, même théoriquement, il ne peut entrer dans celle-ci qu'un volume d'air pins petit que le volume engendré par le piston, puisqu'une petite partie de l'eau qui rentre dans le corps de pompe pendant cette période, est remplacée dans la colonne par l'eau qui est venue de la bâche K on même temps que l'air atmosphérique.

Pendant la même course du piston, le clapetic' s'est fermé dès le commencement de cette course, puis, plus tard, la soupape vt' s'est soulevée, et l'air comprimé a passé par cette soupape dans le réservoir. Pendant la période de passage de l'air com-

primé par roayerture de la soupape m\ il retombe peu d'eau dans la colonne C, parce que le courant d'air rapide qui s'établit autour de cette soupape s'oppose à la chute de l'eau qui la recouvrait. Du reste la rentrée d'un peu d'eau par cette soupape n'aurait aucim inconvénient ; cette eau repasserait par la même soupape à la fin de la période d'expulsion de l'air comprimé , sans produire la moindre diminution dans le Toinme d'air introduit dans le réservoir.

La quantité d'eau qui pénètre dans chaque colonne pendant la période d'aspiration, se règle à volonté en ouvrant plus ou moins les robinets 9 et en plaçant plus ou moins haut dans les bftches E et E', l'ouverture des tuyaux de trop plein. On n'en ▼erse dans ces bâches que la quantité nécessaire à la bonne marche de l'appareil, c'est-à-dire la quantité qui empêche la température de l'eau contenue dans les colonnes de s'élever au-dessus de 25® à 35<*.

Le piston de ce compresseur, en une course, engendre un certain volume et fait baisser le niveau de l'eau dans la colonne où se produit l'aspiration, d'une quantité telle que l'air aspiré trouverait au-dessus de la surface du liquide, le même volume à occuper, s'il 7 pénétrait seul ; mais comme il entre avec lui une certaine quantité d'eau, il en résulte que le volume occupé par cet air est moindre que le volume qu'a engendré ce piston et que celui-ci, dans sa course en retour, doit avoir expulsé tout l'air avant d'achever cette course qui ne peut se terminer qu'en expulsant par la soupape de refoulement une quantité d'eau é|^e à celle qui est entrée par le clapet d'aspiration. On trouve deux avantages à cette introduction périodique d'un petit volume d'eau froide dans chacune des colonnes : la possibilité d'empêcher la température de l'eau qu'elles contiennent, de s'élever au*dessu8 d'une limite que Ton peut assigner d'avance et qui sera d'autant plus basse que Ton introduira plus d'eau froide ; puis la neutralisation complète et assurée des espaces nuisibles, qui pourraient diminuer, dans une assez forte proportion, le rendement d'un appareil de ce genre, surtout lorsque Pair y est comprimé jusqu'à une tension très élevée. L'annulation de ces espaces nuisibles ne pourrait avoir lieu sans

alimentation d'eau nouTelle, parce que l'air qui se comprime et s'échauffe, emporte toujours plus d'eau à l'état de Tapeur en passant dans le réservoir, qu'il n'en a apporté eu passant de l'atmosphère extérieure dans la colonne, pendant raspiration. L'eau qui, ainsi expulsée |)arla soupape de refoulement àla£n de chaque période de corapression, passe avec l'air dans le réservoir oîi elle se refroidit, s'augmente de celle qui provient de l'air qui Be refroidit également et qui ahaudonne en bb refroidissant une partie de la vapeur qui le saturait plus on moins complètement. Ce dépôt liquide s'établit à la partie inférieure du réservoir et peut s'évacuer d'une manière continue par un tuyau placé au poiut le plus bas de ce réservoir; mais, ordinairement, ce tuyau est mis en communication avec le tuyau î de l'appareil compresseur qui le reverse dans les bâches K et K' pour continuer à alimenter les colonnes B etC pendant les périodes d'aspiration.

C'est donc toujours la môme eau qui circule indéfiniment dans tout l'appareil, se réchauffant dans le compresseur et s« refroidissant dans le réserToir ; Talimentation effective se réduisant à la petite quantité, de liquide qui peut se perdre çsx l'évaporation dans lesbàchea ouvertes X et K', par des joints mal faits ou des robinets en mauvais état qui permettent des fuites, ou par les tuyaux de trop plein y et / lorsque les robinets s ont été trop ouverts. Pendant cette circulation continue de la masse d'eau qui sert à transmettre à l'air qui se comprime, le travail que le piston reçoit de ia machine motrice, la température moyenne du liquide, s'élève au commencement de la mise en train, puis, comme le refroidissement est d'autant plus énergique que la température du liquide est plus haute, Jl arrive bientôt une époque à laquelle cette température moyenne ne change plus et où les conditions de fonctionnement i3e l'appareil deviennent invariables tant que la température extérieure ne change pas.

Ce compresseur qui est le premier dont on ait pu tirer iH* bon service pratique, présente cependant quelques inconv^'

nuisibles et dans la nature des parois de la capacité dans laquelle l'air est comprimé. Ces parois se composent de la surface du liquide par Tintermédiaire duquel la compression est effectuée, puis de surfaces métalliques mouillées pendant chaque période de compression et toujours ruisselantes d'eau ; de façon que cette compression s'effectue en réalité dans un milieu à parois liquides de toutes parts, et comme ces parois liquides sont renouvelées à chaque opération, la masse métallique est maintenue à une basse température. De plus, Tair en contact par sa périphérie avec le liquide, peut se saturer plus ou moins de vapeur, ce qui tend, comme nous l'avons vu, à empêcher une élévation trop rapide de sa température, une partie de la chaleur développée par le travail de compression s'appliquant à la vaporisation de la petite quantité d'eau qui se réduit en vapeur, pour accroître le degré de saturation de l'air pendant son échauffement. Enfin, le piston étant toujours plongé tout entier dans le liquide, les fuites autour de sa garniture ne peuvent porter que sur une petite quantité d'eau qui passerait sans inconvénient sensible, d'un côté à l'autre de ce piston, et elles sont ainsi bien moins fâcheuses que si celui-ci se trouvait en contact direct avec l'air comprimé et en laissait repasser une certaine quantité du compartiment dans lequel il se comprime, dans le compartiment oîi s'eSectue l'aspiration. Les inconvénients sont de deux natures : l'eau qui pénètre périodiquement dans les colonnes pour empêcher réchauffement excessif de la masse liquide qu'elles contiennent, n'y arrive, par les clapets d'aspiration, que pendant la période d'entrée de l'air extérieur dans ces colonnes ; elle ne peut donc agir comme moyen de refroidissement de cet air que lorsque sa température est notablement plus basse que celle de l'air extérieur et cet effet de refroidissement est très peu prononcé, parce que le liquide n'arrive qu'en gros jets et non dans un état d'extrême division. C'est pendant la période de compression que son action refroidissante serait le plus efficace et, dans cette période, cette action ne s'exerce en réalité que sur la périphérie de la masse comprimée, ce qui, vu le peu de conductibilité du fluide élastique, ne lui permet pas de se communi-

ques qui concernent ces appareils dont les dimensions sont souvent considérables, et nous renverrons le lecteur aux traités spéciaux. Nous ferons de même pour toute une catégorie d'appareils qui ont une grande analogie avec les machines soufflantes, en ce sens que la pression n'y est pas élevée au-dessM de deux atmosphères absolues et qu'il n'est pas nécessaire d'y adopter des mesures particnliùres pour prévenir réchaufiement de l'air pendant sa compression.

On peut citer parmi ces derniers appareils, ceux qui serveat à insuffler l'air dans la fonte en fusion que l'on transforme et acier par le procédé de Bessemer; ceux qui servent à injectât, de l'acide carbonique dans les chaudières de défécation it» sucreries; les machines à comprimer l'air destiné à pousser na pistou porteur de dépêches dans des conduites de plusieurs Idlih mètres de longueur, constituant ce que l'on nomme un télégraphe pneumatique. Dans tous ces compresseurs qui aefoni généralement à piston , la tension maxima de l'air, ou d'autrei ga^, ne dépasse pas 2 atmosphères absolues et l'on pentH convaincre à l'aide de l'expression bien connue,

que la température du gaz admis dans l'appareil , étant par exemple de 15° cemigrades , l'accroissement que subirait cetM température pendant la compression, ne dépasserait pas 65"i même dans l'hypothèse où il ne se produirait aucun refroidis, sèment extérieur. Cependant il y a une observation importante à faire au sujet de la température qui se développe dans l'air ainsi comprimé. Dès le début de l'opération et lorsque le cylindre est encore froid , la température à laquelle l'air tenà à s'élever en vertu du travail de compression, est fort amoindrifl par l'action refroidissante des parois ; mais, sous l'influence dfl ce contact de l'air chaud, ces parois s'échauffent progressiTB" ment, l'air frais qui pénètre dans le cylindre pendant Ik période d'aspiration, augmente de température par son contact avec elles et par leur rayonnement, avant la période de compression ; de sorte que cette compression partant d'une température plus élevée que la température extérieure, tend aussi

3 en résulte un accroissement de travail de compression et Antrodnction dans le réservoir, qui pourrait être évité par un 'Bbcudissement plus énergique de l'air pendant cette cornpre88H>n.

Uq second inconvénient que présentent ces compresseurs

^1 lesquels on met en mouvement de grandes masses d'eau,

<|oiinste dans Timpos^iibilité de les faire fouctionner à grande

^^dem, oe qui oblige à leur donner des dimensions relative-

Jitat considérables pour comprimer un volume d'air déterminé.

D'après un assez grand nombre d'expériences, lorsque les ^^^donnes ont le même diamètre que le piston, le mouvement de ^ masse liquide, dans ces colonnes, ne se fait plus avec régu- ^^té quand la vitesse du piston dépasse 55 à 65 centimètres I^ seconde. Lorsque Ton dépasse notablement cette limite de ^tesse, il se produit à la surface des colonnes liquides, des ^Hgnes qui nuisent considérablement à l'aspiration et l'on constate que le volume d'air aspiré diminue et, par suite, le volume ^air comprimé envoyé au réservoir.

Les diagrammes relevés pendant cette période d'aspiration, accusent des variations désordonnées dans la tension de l'air atpiré et cette tension, sous l'influence des vagues intérieures, Be relève à très courts intervalles au-dessus de la tension extérieure au point d'obliger à se refermer, le clapet d'aspiration qui produit une série de battements sur son siège. D'un autre côté, il peut encore arriver qu'au-delà d'une certaine vitesse, la colonne d'eau qui descend ne suive plus que difficilement le piston et ne lui transmette plus en s'abaissant, qu*une fraction du travail qu'elle lui eût transmis sous une vitesse plus faible, ce qui augmente le travail que la machine motrice doit transmettre à ce piston. La résistance plus grande au mouvement de Peau dans la colonne montante produit encore le même effet. S'il y avait séparation partielle entre l'eau qui suit le piston et ce piston, et que cette séparation se maintînt jusqu'à la fin d^une course trop rapide, il se produirait un choc plus ou moins violent au commencement de la course suivante, au moment où le contact se rétablirait.

Un ancien élève de l'école de Mous, M. Hanarte, propose

476 CHAPITKE CINQUIÈME.

d'évaser considérablement les colonnes , pour obvier à cet inconvénient, en diminuant la vitesse des surfaces liquides dans ces colonnes. L'uiée paraît assez rationnelle et mérite d'être essayée, mais nous ne pensons pas que cette disposition, qui peut-être améliorera dans une certaine mesure la marche de ces appareils, puisse supprimer radicalement ce vice inhérent à l'emploi d'une grande masse d'eau comme agent de compression fonctionnant à courts intervalles tantôt dans un sens tantôt dans l'autre, et il conviendra, dans tous les cas, de réduire cette masse d'eau à son miDimum en ne donnant aux colonnes verticales qu'un volume égal à celui qu'engendre le piston en une course, pour qu'à la fin de chaque aspiration la surface de l'eau s'abaisse de ce côté jusqu'au niveau de la partie supérieure de ce piston en le laissant néanmoins entièremeQt plongé dans le liquide.

Quoiqu'il en soit, le compresseur de M. Sommeiller a rendu jusqu'aujourd'hui d'incontestables services ; c'est lui qui a comprimé l'air qui a servi au percement du premier tunnel BOUS les Alpes, et il sert encore, en ce moment, à la compression de l'air appliqué à un grand nombre d'usages différents, sans que les industriels qui les emploient aient eu de graves motifs de s'en plaindre.

Dana la plus grande partie des applications que l'on en a faites, la tension maxima de l'air n'a guère dépassé 6 à 7 atmosphères absolues et, le plus souvent, la tension n'y est pas portée au-delà de 3 à 4 atmosphères au-dessus de la pression atmosphérique.

Observations pbatiques. — Dans les appareils de cette catégorie les plus soignés , on a revêtu d'une doublure en bronze toute la paroi interne du cylindre et l'on a donné à la tige du piston une enveloppe de même métal, afin d'empêcher l'oxydation rapide du fer et de la fonte au contact de l'eau chargée d'air à haute pression. Dans le même but, on a couvert de plusieurs couches de peinture au goudron les parois

APPAREILS A COMPRIMER l'AIR. 477

soufflantes ordinaires, avec la précaution de donner au corps du piston contre lequel s'appuient ces garnitures, un diamètre tel qu'il entrât dans le cylindre, à fr!»ttement doux et le touchât légèrement sur tout son pourtour ; sans cela, la haute pression à laquelle elles sont périodiquement soumises les eût ffût pénétrer eu partie entre ce corps du piston et la paroi du cylindre, ce qui aurait produit d'énormes résistances et une rapide détérioration. Malgré cette précaution et malgré l'enveloppe cylindrique en bronze qui adoucit encore le frottement, ces garnitures devaient être renouvelé(>s assez souvent. Dans ces derniers temps, on les afréquemmeat remplacées par des anneaux en bronze ou en acier, logés dans trois ou quatre rainures ménagées dans le corps cylindrique du piston. On est assez satisfait de ce mode de garniture qui est en tout point semblable à celle d'un grand nombre de pistons de machines à vapeur.

Gomme le changement de direction du mouvement du piston est une des causes principales des inconvénients que nous avons signalés et qui sont inhérents à l'emploi d'une grande masse d'eau comme agent de compression, il vaut mieux allonger les courses des pistons que les multiplier. On peut adopter comme règle bonne à observer, une course égale à 2,5 ou 3 fois le diamètre du piston. Il ne faut pas cependant exagérer la longueur de la course, parce qu'alors l'appareil tient trop de place et devient trop coûteux.

Les clapets, ou soupapes, doivent offrir un large passage à Pair, tant pour l'aspiration que pour le refoulement dans le réservoir. Lorsque Taspiration se fait par une ouverture trop petite, la tension de l'air dans la colonne reste pendant toute la course, notablement inférieure à la pression atmosphérique et il en résulte deux inconvénients : il n'entre dans les colonnes, i chaque aspiration, qu'une masse d'air moins considérable que si la tension s'y était élevée jusqu'à la tension atmosphérique extérieure; puis le travail moteur que cette tension transmet au piston qui effectue la compression par sa face opposé, s'en trouve diminué. Lorsque l'ouverture d'expulsion die l'air comprimé est trop faible, la tension de cet air doit être

portée dau8 le compresseur jusqu'à une limite notablement plus élevée que dans lerései-ïoîr, avantque la soupape de refoulement se soulève, et cet excédant se maintient pendant toale la durée de la période d'introduction dans le réservoir, ce qui augmente le travail de compression et celui d'introduction.

Un trop petit diamètre et une trop grande longueur des tuyaux de communication entra les compresseurs et le réservoir, agissent dans le même sens et produisent le même effet fâcheux d'accroître la dépenee de travail pour la production d'un même volume d'air comprimé jusqu'à la même tension dans le réservoir.

On peut regarder comme ouverture convenable à donner aux soupapes ou clapets de ces appareils, 0,18 à 0,20 de la section du piston .

Dans les premiers appareils de cette espèce, les soupapes d'aspiration et de refoulement étaient toutes deux en bronze et coniques ; leur siège était également en bronze et fixé à la partie supérieure des cliambres de compression. La soupape de refoulement était maintenue en place par son poids et par la tension de l'air dans le réservoir, comme dans la figure annexée à cet article, et la soupape d'aspiration qui s'ouvre de dehors en dedans était ramenée sur son Biè;^e au début de la période de compression, par un ressort élastique. Depuis, on a trouvé préférable d'effectuer l'aspiration par un clapet en bronze, revêtu en dessous d'une plaque de cuir, et battant sur un siège plan, aussi en bronze, placé sur le côté de la chambre d'air comme l'indique notre dessin ; ce clapet s'ouvre plus facilement que l'ancienne soupape dont le ressort était souvent trop raide, et se referme aussi rapidement.

La quantité d'eau à la température de 20° à 30° qui entre dans les chambres de compression, à chaque aspiration, est assen variable ; on peut la fixer moyennementà 3 litres par mètre cube d'air aspiré à la pression atmosphérique; cependant elle peut être un peu plus considérable sans inconvénient. C'est dans cette condition d'alimentation des chambres de comnreg

APPAREILS A COMPRIMER l'AIR. 479

Ta se refroidir d'une manière continue, dans le réservoir, soit suffisante pour que sa température moyenne ne dépasse pas notablement celle que nous venons d'indiquer.

Nous avons dit plus haut qu'en déterminant sur le réservoir et près du point par lequel Tair comprimé y arrive, la température de cet air, on la trouvait rarement supérieure à 35° ou 40*^, plus souvent inférieure à ces chiffres, et nous avons fait observer qu'il y avait des raisons très légitimes de penser que la température, dans les appareils qui servent à comprimer l'air jusqu'à 5 ou 6 atmosphères absolues, s'élevait notablement audelà de cette valeur dans la chambre de compression. En effet, quand on examine attentivement les diagrammes relevés sur la chambre de compression, on trouve qu'à l'instant oii la soupape de refoulement dans le réservoir se soulève, le volume que possède cet air l'emporte assez sur celui qu'il devrait présenter sous la même pression, si sa température ne s'était pas élevée, pour qu'il soit légitime de croire que sa température, à cette époque, est bien plus élevée que 35*" à 40^, quelle que soit la température extérieure.

Nous citerons comme exemple (ffg. 55), un diagramme obtenu par M. Graillot sur la chambre de compression d'un appareil Sommeiller établi aux mines de Blanzy et dont le piston avait une course de 1™,20, un diamètre de 0°*,45, et fonctionnait à la vitesse de 20 excursions simples par minute, c'est-à-dire avec une vitesse moyenne de

^'^^' ^ = 0»,40 par seconde.

Le volume pris à l&tm.^ comprimé dans chaque excursion jusqu'à la tension de 5^^°^- ,4 absolues, était de 0,1903 mètre

cube et aurait dû présenter à la fin de la compression, un

0 1903 . volume de '^ = 0,0352 mètre cube, si sa température

n'avait pas changé.

Or, au lieu de ce volume représenté dans la fig. 55 par la ligDe CD, il possédait le volume représentépar la ligne CE qui, mesurée avec soin, est àla ligne CD comme, 44,50 : 35,2; de sorte que le volume , au commencement de la période d'introduction , au lieu

d'être de 0"»%0352, avait été porté par réchauffement à 0,0352 = 0'»%0445.

En admettant une température initiale de 15®, cet accroissement de volume suppose une température finale T de :

0"^',0352 : 0°»',0445 = 273^ + 15« : T ; d'où T =- 3640, absolus ;

soit un accroissement de température de 76® et une température centigrade de 9P.

D'autres diagrammes qui nous ont été communiqués par M. François dont il sera question plus loin à propos d'un nouveau compresseur, et par d'autres ingénieurs, accusent des accroissements de température et, par suite, des accroissements de volume, plus considérables encore ; quelques-uns indiquent que ces accroissents peuvent porter la température finale jusqu'à 130 et même 140* centigrades pour des températures extérieures moyennes.

En présence do ces résultats pratiques si peu concordants, il devient assez difficile de faire un choix au sujet de la température finale que peut atteindre un volume d'air qui a pénétré dans le compresseur à une certaine température qui est cette do l'atmosphère extérieure, et cependant ce renseignement est nécessaire pour calculer le travail qu'exigera la compression d'un volume d'air déterminé, jusqu'à une tension assignée d'avance.

Il nous a semblé, après examen attentif de plusieurs diagrammes relevés sur dr^s compresseurs Sommeiller que, sans risquer d'aboutir à de graves mécomptes, oe travail pouvait tMre déterminé par la méthode suivante, pour une compression jusqu'à 5,5 à 6 atmosphères absolues, pression maxima usitée piMir nos mines :

l"^ Kn calculant le volume que prendrait une cylindrée du compresseur, si la compression était portée à 5,5 ou 6 atmosphères, sans changement de température ;

2^ En dét<^rminant le volume que prendrait, sous tension constante^ cette masse d*air comprimé^ si sa température 8*élevait d'environ 75* à SO» ;

APPAREILS A COMPRIMER l'AIR. 481

3® En évaluant le travail de compression et d^introduction dans le réservoir par la formale de détente isothermique, dans riiypothèse où cet air à la plus haute température serait détendu depuis le volume qu'il occupe sous cette température jusqu'au volume total engendré par le piston du compresseur, et il faut observer que ce dernier volume doit être de 1 5 à 20 p . **/• plus grand que le volume théorique, parce que, d'après un grand nombre d'observations, les pertes d'air peuvent s'élever à cechifi&e.

La fidble température de l'air comprimé, à son entrée dans

le réflervoir, comparativement à la température à laquelle il a

été élevé pendant la période de compression, tient à plusieurs

causes. Avant le soulèvement de la soupape de refoulement, cet

ftir a été porté à une tension supérieure à celle qui existe dans

le réservoir, puisqu'il doit vaincre la résistance propre de cette

soupape et passer rapidement d'une capacité dans l'autre ; il

Bubit donc une détente et un abaissement de température cor-

leaitondant, en traversant l'ouverture que recouvrait cette

fiotipape. Comme celle-ci était recouverte d'eau à une tempéra-

^i^n relativement basse et que cette eau maintenue par le

Murant d'air sortant, ne retombe pas dans le compresseur, ce

^Uiant traverse la couche de liquide, achève de se saturer de

^peor aux dépens de sa propre chaleur et échauffe le surplus

^^ Teau environnante, d'où résulte un autre abaissement

ue sa température. Enfin, à son entrée dans le réservoir, il

^t noyé dans une grande masse d'air très vite refroidi par le

^^onnement extérieur des parois de ce réservoir. Toutes ces

^^ses réunies lui font perdre très rapidement le grand accrois-

^^^Kâent de température qu'il a reçu pendant la compression

'"^^gré l'action refroidissante des parois de la chambre de

^^^pression maintenues à basse température par leur immer-

won. périodique.

'^^'•CB considérations qui précèdent s'appliquent à un appareil ^ l>on état, et dont la vitesse de fonctionnement ne dépasse P^^ la limite au-delà de laquelle, la phase d'aspiration dans *^ oolonnes de compression est troublée par l'agitation désordoii.xi.ee de la masse d'eau employée comme agent de compres-

nOD. Nous donoonB (fig. 56), comme spédmea des fâcbeax eSTetB d'une vitesse trop grande du piston compresseur, un diagramme relevé par M . Graillot sur le compresseur de Blanzj lorsqu'il fonctionne à la vitesse de 16 révolutions de l'arbre' moteur ou de 32 courses du pistou par minute, ce qui équivaut à une vitesse moyenne de ce piston, égale à Q'^fii par seconde,

La vitesse maxima que l'on a pu imprimer au piston iec6 compresseur, dana de bonnes conditions d'effet utile, a été de 14 révolutions par minute ou de 28 courses qui équivalent à une vitesse moyenne de O^jbb par seconde.

D'autres compresseurs du même type ont pu cependant fonctionner avec une vitesse un peu supérieure à cette derrà"rB| dans des conditions de fonctionnement régulières.

A l'aide de toutes ces données, il devient facile de calculer les dimensions principales ainsi que les principales circonstances du mouvement d'un compresseur de cette catégorie qui doit fournir, par minute, un volume d'air déterminé, à une tension assignée d'avance après son refroidissement dans le réservoir jusqu'à la température extérieure.

Application kumésique. — Déterminer les dimensions principales d'un compresseur Sommeiller qui doit fournir à un réservoir, pour les besoins d'une machine motrice placée au fiind d'une mine, 1,5 mètres cubes d'air comprimé jusqu'à 5,5 atinosplu'res absolues, par minute; la température dans le résorvoir étant supposée égale à celle de l'atmosphère extérieure qui est de 15°, et les pertes d'air par fuites, etc., étant présumées de 18 p. "!<,.

Ces 1,5 mètres cubes d'air comprimé occuperont dans 1* chambre de compression, à la fin de l'aspiration, un volume de 1,5 X 5,5 = S, 25 mètres cubes, à la tension de jatm.^ gj nous admottons que la pression barométrique soit de 0'^,'I& de

^i l'un admet à priori

■ perte de 0,1S, le volume

La différence 10,06 — 8,25 = 1"',81 représentera la totalité des pertes..

En adoptant une vitesse moyenne de 0",55 par seconde, le chemin parcoaru par minute sera de 0™,55 x 60 = 33™, et si d représente le diamètre du piston, il viendra

0,785. (P. 33" = 10,06 mètres cubes;

d'où i = 0",623.

Nous pourrons donner à la course 2,5 fois le diamètre, soit

1™,558, ce qui correspondra à un nombre de courses par mi-

nute, de t-Tkq == 21,18 ou 10,59 révolutions de la manivelle

motrice de ce piston, par minute.

Le volume théorique d'air aspiré par course, sera de

q,\q = 0,475 mètre cube,

qui, comprimés jusqu'à 5,5 atmosphères et ramenés à la température extérieure de 15®, n'occuperont plus qu'un volume de

^i^ — 0,0863 mètre cube.

Ce volume, après le retranchement de la perte de 18 p. <»/oi sera réduit à 0,0708 mètre cube dans le réservoir.

D'autre part, ce même volume de 0%0708 à la température de 15®, occupait dans la chambre de compression, au début de la période d'expulsion, un espace plus considérable, à cause de l'accroissement de température qu'il y avait reçu du travail de compression. Nous avons vu que cet accroissement de température pouvait être évalué moyennement à 75* ou 80® dans l'hypothèse où il serait constant pendant toute cette période de compression, afin de pouvoir calculer le travail de compression par la formule de détente isothermique; nous adopterons 75®.

En passant de 15® à 15 + 75 ou à 90® centigrades, le volume de O"'',0708 devient égal à