CHAPITRE cntÇ/CjiMB

lajui qui M raccorde aux tufaox d'injection, afin gae cette injection ait Uea non seulement pendant la période d'aspiration, mais encore pendant la 1" partie de la période de coœprosiiion, c'est-à-dire jasqa'à g« qae la tension de l'air qui se comprime, devienne égale à la tension de celui qui est ems»gttiirié danH le réservoir.

Ken petit! jets qui s'échappent par le tuyau d'injection bobI dirigés d« façon à arroser complètement les parois du cylindre et à travorfler la masse d'air qui se comprime.

Ce modo d'introduction de l'eau, très simple, très pratiqnp- |irii«oi]ti! cependant un inconvénient, c'est qne l'injection i'é Tectuo avec le maximum d'intensité pendant l'aspiratioa o" pondant la pt-riode de température à peu près constante iJ l'air, pour se ralentir pendant la compression, au tur etàlQi.' Kure que l'air se comprime, et se trouver tout à fait suspesJ uvaut In lîu de cette période de compression. Cette injectum imii donc on raison iuverse des besoins et elle est la moins bci |ku>util« il l'instant où elle est le plus nécessaire.

Il m( oltur qu^ino injection forcée et plus abondanto^^^— An d« U pinodo d« oompresston produirait un pins '^^H ie de trawail appUqi^^F ■ela, compliquer i-;, ..

( I 1 es et les inventeur^

1 ichet de grande si.-^

le l^rangement.

r ut encore un antt^ r \ . occupe moins ^^ ji er à plos grand^ (1 ^i

t n — «a A son (iiimètrft • - is <r -A * l''(ype,re^»i»a]|^^^?

-<lw jix •«|•^^« r«oiM« {MT M» tÎRe lâ^a% «^ ^Rl

APPAREILS A COMPRIMER l'AIR. 489

9 sa vitesse minima,

V sa vitesse moyenne,

R le rayon moyen du volant,

- le coefficient de régularité .

Ce dernier est la fraction de la vitesse moyenne qui représente le plus grand écart qui puisse se produire entre la vitesse mazima et la vitesse minima de la jante du volant.

On aura successivement :

Force vive maxima de la jante -^^

Force vive minima de cette îante -r- • Travail qu'elle emmagasine et restitue successivement :

Ce travail doit être égal à A, d'où ^ (t,'t-t?«) = A; (1)

d'autre part «'— t? «= - V

et ^ - V.

En multipliant ces deux dernières équations, membre à membre, il vient

n et l'équation (1) devient

^*=A; d'oùP=A^.

gn ' V»

Mais — ' a= V vitesse moyenne de la jante, par seconde ;

5(H rSE^TTTït^. nXSfÇfUJÈMK,

nnmms k TiEsaiK^ âc instan dims ee l** appareil soit dniLue m ii, Tm^ssiie ôl iisnxm obcuB le âenziàiiie, et que, sous Is nkème^ àimecsi\ii&. if icnnsr peut fournir, dans de bonnes snnàmoK TCKnDiEB&. œcL fos phs f aîr comprimé qne le lernnd

Lf. mardK i «au^Tf" mur sûnniBr les dimensioxis principales Ap :^e^ unu^^uTix rtmuirmîieng^ «et BbBQliimeiit semblable à KJit giiip nnisF E^m^ nrnbçnisp jm calcnl de Tappareil Sommeiller. E:^=e; ÎB mndiiuacriniff fisÎTKnïes asx diiSres qae nous BcnEUff aàiipifi» pnnr ïe aftiml is oàjci^i :

3^[n& cnnis anrrar jtmrvarst totale d^air, 18 p. */. dn vnhmif «mfcnâTf ikt js jôanniz ans le dernier appareil, la TisrB » r^ânmŒ & ^ x "^r IncsDar le j^Um. fonctionne à sa

lao^ riaw!^ SmmnBLQsr. 31111s avans admis nn accroissemnxs àf ismiisnar? m Tt' jUj*ûruL- pesïdant la période de :tnnt7r»Bam: m J sr iminrlb i iil f saainpbères absolues ; dans > àtrxonr. x uns ssmiik ctt^ -FEymTr âe q[iidqnes diagramme^ çBf : nr lunmcc aÔBHCr? nr éeuxSeaient de 40 à 45"* iiitxiifatimù fc jonibnnsr i Si^nùiassaiL rxifaiail de cœnpression, ji 5<>r3Mxk ii; irastof 3sqcmnmiiig> si reaplaçant le rolame i"i;.T ::iî'-cc:'«tm:!i* ;saî.r^. lar Jr* '^cdm rx^ prendrait sous la usèîm: ï^!5i^^a, a :nîî'.3« msisse fer igrfs -îciiaftement de 40° i v>' Tu irrr-'-in;.: iiris. i if*s r««ij:x3 îii ne seraient point r*^.Mr*as**\nïîac «actis Tiâj-:^ rn; r-«xfa:^ii*ie absolue est impos- $tîvitî iiiats. iK ^oiîrsojïi* w :« z»înrî* 3Liis qxxi seraient au «ci'icj ^aiib^iamiimc JOTc-nconts? icar érîîer tout mécompte

ï>.i ^\;a^:^c I»? i 15 7. \ ii "T-iTail tiêoriqac de compressa ^ i ^tcrïAiîi3CC«^iî i* ï ur iias le r«serroir, pour faire la ^iî:< vîk^ x>vtc«$ Itiî? ?TiïSC5C4aos^ 7assr»es* «m troorerait le travail ,^>Àvv>i ^ttv> u >»:i^Hîur ie^'rti;!: r-iasaKCîre an piston de la ma-

S^u.i:»!; i,i >^ilcai iii >.nii> ia -^lùmc Aarzé de régulariser la ittvUv^^ vi<^ /V»^'"^^^»^ ^^'^ :mcnîr. ;usqir^ Li limite imposée par Uvi *^.\«<tV*K\?«!^ v^i-ïiCi^tUïiKs :! 5*î iîruc :încope par la méthode que u^^^iJi .ivvvatjL i^^^uv^ jui ^^nnpc^tssseur Sommeiller; le travail A

qui doit être emmagasiné et restitué par le volant, s'évaluerait de la même façon, après avoir déterminé les positions d'équilibre entre la puissance et la résistance. La seule base de calcul qui serait modifiée, serait la valeur du coefficient de régularité ; comme ces derniers appareils fonctionnent beaucoup plus rapidement que ceux de M. Sommeiller, la vitesse moyenne V à la

jaute du volant y est plus considérable et la fraction - V qui

^présente l'écart des vitesses extrêmes y serait plus frrande si 1 on n'augmentait pas la valeur de ».

Après examen des poids de volants qui avaient produit une ^tesse suffisamment régulière dans quelques appareils de la ^^Uvelle catégorie fonctionnant à la vitesse de 25 à 30 tours i)ar

°^^ute, il nous a semblé que l'on pouvait adopter - pour

^^leor du coefficient de régularité - qui leur était applicalile.

t'a formule (2) qui fournit le poids du volant devient dans ce Cas:

Compresseur de M. Colladon.

C'est à M. Daniel Colladon qui, depuis plus d'un demi-si»l»c!c, ^ plaidé partout la cause de l'air comprimé comme agent de "transmission du travail pour certaines catégories d'entreprises industrielles, et qui a posé le premier les lois mécaniques de ^ette transmission, que l'on doit encore le compresseur le plus Judicieusement conçu au point de vue de l'économie de travail, Ou du refroidissement de l'air pendant sa compression, et au t^oint de vue de la durée et de la sûreté de fonctionnement des appareils.

Dans son compresseur, l'eau circule dans toutes les parties qui sont périodiquement en contact avec l'air qui se comprime ; ôlle circule dans le piston, dans sa tige, autour du cylindre,

de manière à enlever continuellement au métal la chaleur que l'air lui con;munique pendant chaque opération de compression et, pour compléter le refroidissement de l'air lui-même, qai serait incomplet sous l'action seule des parois refroidies de la capacité qui le renferme, il lance au sein de la masse soumise à la compresBÎon un jet d'eau dans un état de dÎTÎsion tel que les surfaces de contact du liquide et du j^az se multiplient à l'infini, afin d'accélérer l'échange de chaleur entre les deux fluides.

Il y avait dans la disposition de l'appareil imaginé par M. Colladon et appliqué pour la première fois aux travaux de percement du S'-Gothard, une sorte de surahondanee de mesures propres à diminuer la dépense de travail exigé pour la compression, et quelques-unes d'entr'elles ont pu être négligées dans certains compresseurs construits plus tard, sans qu'il en résultât d'inconvénient appréciable.

Les appareils construits sous la direction de M. CoUadon pour comprimer l'air qui devait servir à mettre en mouvement les perforateurs à l'aide desquels on a traversé le S' Gothard, et les locomotives qui ont remorqué les wagons de transport des matériaux dans l'intérieur du tunnel pendant le travail de percurnent, fonctionnaient sous l'action de turbines à axe vertical animées d'un mouvement de rotation très rapide.

A l'entrée nord du tunnel, à Gœschenen, la chute d'eau disponible n'avait que 80 à 85"" de hauteur, mais le volume d'eau était considérable ; du côté sud, à Airolo, la chute avait 165'" de hauteur utilisée et un petit volume d'eau. De ce dernier côté, les turbines d'un diamètre de l'°,20, placées dans une fosse au-dessous du niveau du sol dans l'atelier des compresseurs, faisaient de 300 à 400 révolutions par minute et produisaient chacune un effet utile d'environ 200 chevaux. L'axe vertical do ces turbines portait un pignon conique de O'°,70 de diamètre moyen, engrenant avec une grande roue à dents de bois de 3™, 04 de diamètre moyen et transmettait ainsi le mouvement à un arbre horizontal portant 3 coudes dont les projections sur un plan perpendiculaire à Taxe de l'arbre, partageaient une circonférence en trois parties égales. A chacun de ces coudes

était articulée une bielle transmettant le mouvement au piston d'un compresseur à double effet.

La fig. (63) représente en coupe verticale l'un de ces compresseurs ainsi réunis par groupe de trois sous l'action d'une même turbine.

M est l'arbre sur lequel se trouvait la grande roue de 3",04 de diamètre.

Il résultait de ce mode de communication de mouvement, que l'arbre M faisait de 70 à 90 révolutions par minute, suivant les besoins du service, et que le travail résistant se trouvant suffisamment régularisé par l'emploi des trois coudes manivelles, un volant régulateur de vitesse était devenu inutile.

L'ateUer d'Airolo contenait plusieurs groupes semblables ; chaque compresseur était composé d'un cylindre dont le piston avait 0",46 de diamètre, 0",45 de course et engendrait par conséquent un volume de 0™',075 par course, et de fonds portant chacun trois soupapes, dont deux à la partie supérieure de chaque fond et semblablement placées de part et d'autre de son diamètre vertical, étaient affectées à l'aspiration, et dont la troisième placée tout en bas était destinée au refoulement de l'air dans les réservoirs.

Les premières, désignées par la lettre S, consistaient en un disque d'acier de 0°',128 de diamètre, fixé sur une tige guidée recouvrant une ouverture de 0",108 de diamètre et appuyé sur son siège par un ressort à boudin en acier trempé. Les ouvertures recouvertes par ces deux soupapes avaient ensemble une section équivalente à 0,11 de la section du piston.

La soupape de refoulement S' ayant la même disposition, mais fonctionnant en sens inverse, présentait une section de 0,04 seulement, de la surface du piston, et conduisait l'air comprimé dans le tuyau T qui le versait dans le réservoir.

L'air était porté dans ces appareils à une tension variable de

6 à 7 atmosphères absolues, mais il faut observer qu'à la hau-

"tenr à laquelle se trouvait l'atelier, la tension atmosphérique

n^était en moyenne que de 0",66 de mercure et que, par suite,

il fallait réduire le volume de l'air aspiré à

= ^ de son volume initial.

. Jt04 GHAPITRB CINQmàMB.

pour ramener sons température constante, à la tension 4e 0 atmosphères absolues ; et le réduire à

pour ramener, à la tension de 7 atmosphères absolues. lOette condition particulière de fonctionnement des compresseurs, inhérente à la position élevée de Fatelier, ^itrainaii néjoessairement TobUgation d'une dépense plus granie detrayail moteur et le développement d'une plus grande quantité de dAileiir pendant la compression, pour amener Tair à la lÉême tension iftbsolue, que si le niveau de cet atélisir atmt étâ pto voisin du nivcAU moyen de la mer. ' . La course des pistons dans ces compresseurs, iO^itëU peAt 4B»mnbIer un peu faible relativement à leur dfaa^ré , ce qai Avait pour effet fâcheux de renouveler trop frâquemment kis jiioonvénients inhérents aux espaces nuisibles, mais on tenait ^ ne pas compliquer la communication de mouvement d^i tû^ Mnes aux compresseurs et à occuper peu de plaoe. I^fms 4'autres conditions, on allongerait la coim», tout w consor- ^autlamême vitesse au piston dont «le nombre d'excursiom par minute serait diminué. Dans les compresseurs constmits plus tard sur le type de M. Golladon, on a adopté une plus grande longueur de course relativement au diamètre du piston et l'on s'en est bien trouvé.

Le refroidissement de l'air et de tous les organes exposés à un accroissement de température, s'effectue à la fois par deux procédés.

Le premier consiste à faire circuler autour du cylindre garni d'une double enveloppe, dans le piston et dans sa tige, un courant d'eau froide, à l'aide d'une pompe foulante munie d'un petit réservoir d'air pour amortir les chocs. On peut aussi produire ce courant forcé, en injectant l'eau au bas du réservoir général d'air comprimé et en se servant de la tension de cet air pour déterminer la circulation de cette eau.

Le deuxième constitue ce que M. Colladon a nommé l'injecteur-pulvérisateur. Celui-ci consiste, tout simplement, en un bout de tuyau en cuivre ou en bronze fixé par un moyen

APPAREILS A COMPRIMER l'AIR. 505

quelconque sur les fonds de cylindre, de manière à pouvoir être remplacé rapidement et facilement par un autre tuyau semblable. L'extrémité intérieure de ce tuyau est percée de deux petits trous d'environ un millimètre de diamètre, situés dans un même plan et faisant entr'eux un angle droit. L'eau froide sort sous pression par ces petites ouvertures, en formant deux jets rapides qui se rencontrent à une très petite distance des orifices et qui se pulvérisent réciproquement. La position de ces injecteurs, sur les fonds du cylindre, doit être choisie de façon que la poussière liquide qu'ils produisent, se développe vers le centre de la partie de la capacité oii s'effectue la compression pendant la période où elle exige la plus grande dépense de travail moteur.

On place deux ou trois de ces injecteurs sur chaque fond et ils reçoivent l'eau sous l'action de l'air comprimé dans le réservoir général , ou directement d'une pompe d'injection. Ce dernier mode paraît préférable, parce qu'il assure la production de la poussière liquide refroidissante au moment du maximum de travail de compression, tandis que le premier n'effectue énergiquement l'injection qu'au début de cette compression, lorsque la tension intérieure est peu élevée et la production de chaleur, peu considérable. Avec ce dernier, l'injection devient ensuite très faible lors du maximum de production de chaleur, dans l'instant qui précède la période d'introduction dans le réservoir, et même peut être entièrement suspendue un peu avant le commencement de cette période, c'est-à-dire au moment du maximum de production de chaleur, parce que la tension de l'air doit nécessairement être plus grande dans le compresseur que dans le réservoir, pour que l'écoulement d'une capacité dans l'autre puisse s'effectuer malgré l'effort qui appuie les soupapes sur leurs sièges et malgré la résistance que présente le tuyau de communication, au mouvement du fluide.

L'espèce de nuage d'eau liquide extrêmement divisée, qui est ainsi créée au sein même de la masse d'air soumise à la compression, dépouille très rapidement celle-ci, d'une portion considérable de la chaleur que développe le travail de compression ou même la reçoit directement à mesure qu'elle se produit.

maintient dans cette masse, une basse température, et refroidît ensuite les parois de la capacité et le piston sur lesquels il retombe ou arrive directement en vertu de sa vitesse acqiise. Aucun autre des moyens employés jusqu'à présent, pourpiéyenir l'échaufFement de l'air soumis à la compression, n'a agi avec autant d'efficacité que celui-ci.

La circulation de l'eau froide dans la tige du piston et dani le piston lui-même, a été réalisée par la disposition suivante ; ]

La tige de ce piston est creuse et formée d'un tube d'acier qui traverse les deux fonds du cylindre (fig. 63). Dana cette tige, on a placé un tube en bronze, 2, d'un diamètre inférieur à celui du vide intérieur de la tige du piston, de façon qu'il reste un espace libre autour de ce tube. L'extrémité « du tube na va pas tout à fait jusqu'au fond du vide, et son extrémité y est mise en communication avec le tuyau fixe Q par lequel doit arriver l'eau froide. Ce tuyau Q passe à travers une boîts à étoupea, qui ferme l'extrémité j/ du tube î, puis il va plonger par l'autre bout dans un petit réservoir alimentaire qui contientl'eau chargéeda refroidir les parois du piston et de satigs.

En plaçant en un point quelconque du tuyau fixe Q une soupape d'aspiration et sur le tube z une soupape de retenue, ce tuyau Q peut être transforme on uue pompe aspirante et foulante qui puisera l'eau dans le réservoir quand le piston avec le tube ; se mouveront de gauche à droite, et qui la refoulera dans ce tube ; quand b piston se mouvera de droite à gauche.

L'eau refoulée dans le tube z pendant la course de gauche à droite, va d'abord jusqu'à l'extrémité ic de ce tube, passe ensuite dans l'espace annulaire qui l'environne, trouve en « mi^ bague qui ferme l'espace annulaire, pénètre dans le piston pai^ une série d'ouvertures ménagées dans la tige de celui-ci eïi amont de la bague, se répand dans tous les vides intérieurs d^ ce piston que l'on a multipliés autant que possible sans nuir^ à sa solidité, repasse dans l'espace annulaire par des ouveiT' turcs semblables à celles qu'il a traversées pour entrer, mat-

APPAREILS A COMPRIMER l'AIR. 507

yement Tappareil ; le bout Q' de ce tube se meut avec le piston tandis que son autre extrémité peut être libre ou se rattacher à une capacité fixe quelconque ; la flexibilité du caoutchouc permet ce mouvement continuel du tuyau de décharge, à une de ses extrémités.

Au lieu de transformer le tuyau fixe Q en pompe aspirante et foulante par Tadjonction de soupapes, on peut également produire la circulation d'eau froide en laissant ce tuyau ouvert à ses deux bouts et en faisant plonger le bout opposé à celui qui se rattache au tube ^, dans un réservoir fermé où Teau se trouve soumise à la pression de Tair dans le réservoir général d'air comprimé, ou enfin en injectant tout simplement de Teau dans le tuyau Q, à Taide d'une pompe spéciale.

Dans d'autres compresseurs de ce type, construits postérieurement par MM. Sautter et Lemonnier de Paris, le mode d'introduction de l'eau froide dans la tige du piston a été un peu modifié.

La tige creuse de ce piston ne traverse plus les deux fonds du cylindre compresseur, et le tube z fermé à un bout, du côté de la manivelle motrice, est ouvert à l'autre bout qui ne va pas jusqu'au fond du vide de la tige creuse. Le liquide entre, sous pression, dans ce tube 2?, près de l'extrémité fermée, le parcourt dans toute sa longueur, sort par l'extrémité ouverte, passe dans l'espace annulaire qui l'environne, remonte vers le piston où il rencontre une bague qui ferme cet espace annulaire et s'engage dans ce piston, comme ci-dessus, rentre dans l'espace annulaire qu'il parcourt jusqu'à son extrémité fermée où se trouve l'onyerture d'échappement.

L'entrée dans le tube 2; et la sortie de l'espace annulaire sont placées l'une à côté de l'autre sur la partie de la tige du piston située entre l'articulation de cette tige avec la bielle et le stuffenbox du compresseur quand le piston est à fond de course, ce qui fait que la tige est un peu plus longue que si cette obligation de la mettre en communication avec les tuyaux d'entrée et de sortie de l'eau froide, n'existait pas.

Pour maintenir la communication par ces deux tuyaux d'entrée et de sortie, entre les capacités ou bouts de tuyaux fixes

qui foumîsBent et reçoivent après circulation, l'eaa froideemployée comme réfrigèrent, et la tige du piston qui est eans cesse en mouvement, il a fallu disposer les tuyaux, qui sont m cuivre, de façon que l'une de leurs extrémités pût obéir à tous les mouvements du piston, pendant que l'autre extrémiti restait attachée au même point des capacités ou bouts de tuyam fixes, et voici comment ce problème a été résolu, aux meou! détails d'exécution et aux dimensions relatives près.

La fig. (64) représente en coupe transversale, la dispositioD de ces tuyaux d'entrée et de sortie de l'eau dans la partie de li tige du piston qui se trouve près de sou articulation avec li bielle m o tri ce -

L'orifice d'entrée dans le tube a est muni d'un bout de tupo horizontal mo qui traverse l'espace annulaire, et l'orifice de sortie de cet es|)ace annulaire porte également une tabnlnn borizontale cd. Les deux parties mn et di des tuyaux de communication se terminent par des courbes qui s'assemblent p« joints à emboîtement avec les tubulures mo et cd et avec iM tuyaux ou capacités fixes K et N, de façon à permettre la rolttion de ces parties mn et di autour de mo ât de cd et autour des parties fixes K et N. Les portions de tuyaux mn et di sont romposT'es , ch;\tune , d(s doux piùrina assembléûs piir des joints télescopiques qui leur permettent de s'allonger et de s'accourcir sous l'action d'un faible effort.

Pendant le mouvement du piston, ces parties mn et ds soiit toujours p;iralièles, tournent dans les joints m etd sur les tubulures de la tige de ce piston et, dans les joints n et s, autour des tubes fixes KetN, etcomme, dans ces mouvements de rotation, elles doivent prendre des longueurs qui varient avec la posilioi du piston, les joints télescopiques a: et y se prêtent avec la plus grande facilité à ces changements de longueur, sans que Is libre circulation de l'eau en soit entravée. Le tuyau ou la capacité fixe K envoie l'eau poussée par la tension de l'air dans le réservoir général, et cette eau s'échappe par le tuyau ou dan* lii oap;icité N oii n'existe aucune pression.

et moins susceptible de dérangement que le premier. Du reste, il est assez aisé d^imaginer encore d'autres moyens d'arriver au môme résultat ; le meilleur sera celui qui se dérange le moins.

La quantité d'eau froide que l'on injecte dans ces compresaenrs est, en moyenne, de 1 litre par mètre cube d'air aspiré à la pression atmosphérique, et il convient d'ajuster sur les fonds de cylindre, autant de ces petits injecteurs à deux trous, qu'il en faut pour débiter cette quantité d'eau.

D'après les renseignements publiés sur le degré de refroidissement que produit cette injection combinée avec la circulation d'eau froide, il paraît que l'air aspiré à la température de 14 à 15* centigrades et comprimé jusqu'à 6 ou 7**°^- absolues, marque une température de 35<* à 40® sur le tuyau de communication entre le compresseur et le réservoir d'air comprimé. Il est très probable qu'à la fin de la période de compression, dans le cylindre compresseur, sa température est un peu plus haute et B*élève aux environs de 50*, parce que cet air subit une petite détente au-delà de la soupape de refoulement et se refroidit sous Faction combinée de cette détente et de la chaleur perdue h travers les parois de la capacité parcourue, avant d'arriver au point où se trouve le thermomètre.

Ce résultat qui est dû principalement à Pinjection d'eau pulvérisée est très supérieur à tous ceux que l'on avait obtenus antérieurement des autres moyens de refroidissement ; l'accroissement léger de température que Ton a encore accepté dans ces appareils, n'est plus suffisant pour augmenter dans une forte mesure le travail de compression et d'introduction dans le réservoir, et cesse d'être un obstacle au bon fonctionnement et à la durée de toutes les parties essentielles de la machine.

D'après quelques observations faites sur la quantité d'air comprimé reçu dans le réservoir, relativement à la quantité d'air puisé dans l'atmosphère pendant l'aspiration, il paraît que la perte résultant des espaces nuisibles et des fuites autour des pistons, s'élève, dans ces machines, à environ 30 p. 7»* Elles ne fournissent donc moyennement au réservoir que 0,70 du poids d'air aspiré, calculé d'après le volume engendré par le piston.

L'efficacité de l'eau pulvérisée , comme réfrigérant, a été ËufSsamment constatée, pendant la longue période de serrice que ces appareils ont fournie aux travaux du S' Gothard, pour qu'à la iin du percement, on ait jugé inutile la circulation d'eau froide dans le piston et dans sa tige ; on l'a supprimée et l'on d'j. a trouvé aucun inconvénient.

MM. Sautter et Lemonnier ont remplacé, dans leurs nt ■veaux appareils, leurs soupapes en acier, difficiles à fabriquer, par des soupapes en bronze pboaphoré également appuyées sur leurs sièges par des ressorts à boudins, et ils ont reconnu la nécessité de guider ces soupapes aux deux extrémités de la tige qui tes porte ; elles fonctionnent ainsi avec plus de précision et sont beaucoup moins exposées à casser. Ils ont aussi coneUtt la convenance de rendre visible le jeu des soupapes de refoul»ment en faisant passer leur tige par un petit stuffenbox plaw sur la chapelle qui contient ces soupapes.

Dans les appareils compresseurs avec injection d'eau pulTÉrisée, que Ton a établis depuis pour le service des charbonnages du Hainaat, on n'a pas adopté la circulation d'eau diois le piston, mais ou a injecté plus d'eau froide relativemerà au volume d'air soumis à la compression, et l'on a obi un abaissement de température plus prononcé encore qnB celui qui a été constaté dans les appareils du S' Gotliard. Nous examinerons plus loin ces nouveaux compresseurs quip taus, l'onctionnent à simple effet et sont placés yerticalement, alin de pouvoir maintenir une couche d'eau sur le piston peu- (hint la période de compression et d'annuler, àlafois,lefâcheiiï etîet des espaces nuisibles que cette couche d'eau empht à Ifl tin de la. période d'introduction dans le réservoir, et de suppn- Hier les fuites par les soupapes et autour de la garniture ilu piston.

Compresseur Colladon à haute pression.

Ce compresseur qui est représenté par la (fig. 65) a été appHé d'abord à la compression du gaz d'éclairage jusqu'à 11 atmosphèreB environ. Il comporte, comme le précédent, une circulation d'eau froide autour du cylindre, dans le piston et dans sa tige, mais il n'y avait point, primitivement, d'injection d'eau pulvérisée afin d'économiser le gaz et de ne point l'appauvrir. En effet la quantité de gaz dissoute par l'eau est à peu près proportionnelle à la tension à laquelle ce gaz est porté, et il devient moins éclairant lorsqu'il se sature de vapeur d'eau. Il convenait donc de le comprimer à sec et l'on y était arrivé sans notable inconvénient pratique, par l'emploi de cette circulation dans toutes les parties de l'appareil susceptibles d'échauffsment. Le refroidissement qui en résultait était suffisant pour permettre l'emploi de garnitures comme le cuir et les tresses végétales, et les graisses employées pour les lubrifier ne s'altéraient pas.

La circulation de Teau froide était produite par le mouvement même du piston et sous l'action du tuyau fixe G transformé en pompe par l'adjonction d'une soupape d'aspiration à boulet placée à son extrémité extérieure qui plongeait dans une bâcho pleine d'eau. Ce tuyau fixe était entouré en m d'une garniture en cuir embouti, de façon que pendant le mouvement du piston, i! se mouvait dans le tuyau d invariablement fixé dans la tige creuse de ce piston. Le tiiyau d portait un prolongement y avec une soupape en z et ce prolongement s'arrêtait à une petite distance du fond de la tige creuse du piston, du côté de la bielle motrice. Dans le mouvement de droite à gauche du piston, le vide se faisait dans le tuyau d et l'eau soulevant la soupape à boulet placée à i'extrératté du tuyau iixe G, pénétrait dans ce tuyau d. Pendant le mouvement de gauche à droite, l'eau comprimée dans le tuyau d par le tube G, qui devenait un piston plongeur, soulevait la soupape s, parcourait le tuyau y, s'engageait à son extrémité dans l'espace annulaire, %'enait passer dans l'intérieur du piston en vertu de la disposi-

512 CHAPITRE CINQDIÈMB.

tion que nous avons déjà décrite, puis rentrait dans l'espace annulaire et, finalement, s'échappait par le tuyau de déchargeG.

Le piston avait une forme conique ainsi que les fonds de cylindre, atia de placer plus aisément et de donner de pins grandes dimensions aux soupapes d'aspiration et de refoulement qui étaient toutes les quatre dans le plan horizontal mené par l'axe du cylindre.

Les soupapes d'aspiration Nétaient seules muaies de rpssorts à boudin ; les autres se refermaient sous l'action du gaz comprimé dans le réservoir.

La vitesse moyenne du piston, dans ces machines, s'élevait à 1",35 par seconde environ.

Ce compresseur fonctionnait depuis quelques annéea ponr comprimer le gaz portatif qui servait àéciairer les wagons d'nn chemin de fer italien, lorsque l'on songea à l'appliquer à la compression de l'air employé comme force motrice dans lea locomotives qui effectuaient le transport des matériaux, dans le tunne! du S'-Gothard. Ces locomotives avaient fonctionné pendant quelque temps avec un approvisionnement d'air comprimé jusqu'à 6 ou 7*"°- absolues, mais la capacité des réservoirs qu'il fallait emporter avec les déblais, était trop considérable, et la longueur de courso possible sans renouïd- Icmeut de la provision, trop faible. On résolut en conséquence, de les approvisionner d'air à 12 ou 14 atmosphères et d'appliquer à la compression de cet air, l'appareil qui avait donné de bons résultats dans la compression du gaz d'éclairage.

Les nouveaux appareils reçurent quelques modifications; les soupapes d'aspiration furent placées au bas des fonds du cylindre, et les soupapes de refoulement, à la partie supérieure de ces fonds. On y appliqua l'injection d'eau pulvérisée dont l'efficacité avait été démontrée dans ses applications précédentes, et l'on remplaça la garniture du piston, par deux larges ressorts d'acier, placés concentriquement l'un dans l'autre et logés dans une rainure pratiquée sur le pourtour de ce piston.

On a trouvé, dans ces modifications, les avantages suivants

APPAREILS A COMPRIMER l'AIR. 513

périodiquement expulsée, emplissait en grande partie Pespace nuisible à la fin de chaque course, ce qui augmentait le volume d'air aspiré, relativement au volume engendré par le piston.

On diminuait la dépense de travail moteur en prévenant réchauffement de Tair, et l'on augmentait en même temps la probabilité d'un long fonctionnement de Tappareil, sans altération des organes essentiels.

Enfin, comme Pinjection d'eau était un obstacle à Temploi des graisses pour lubrifier la garniture du piston et que, dans ce cas, il faut se contenter de l'eau elle-même cpmme agent de lubrification, on a pensé qu'il y aurait avantage à remplacer le cuir comme moyen d'obturation, par des ressorts métalliques qui avaient, depuis longtemps, fait leurs preuves dans les machines à vapeur.

L'injection était effectuée, de chaque côté du piston, par deux busettes à deux trous, chacune ; les jets qui s'échappaient par ces trous se rencontraient à angle droit et se pulvérisaient réciproquement, comme dans les autres compresseurs de M* Golladon.

A Airolo, ce compresseur fonctionnait, tantôt en puisant directement l'air dans l'atmosphère et en le portant à 12 ou 14 atmosphères en une seule opération, et tantôt en puisant l'air à 6 ou 7 atmosphères dans la conduite générale d'air comprimé pour les perforateurs. Il suffisait, dans ce dernier cas, de couvrir les soupapes d'aspiration d'un chapeau muni d'une tubulure qui se prolongeait jusqu'à la conduite d'air comprimé. On pouvait alors, en aspirant de l'air à 6 ou 7 atmosphères, comprimer jusqu'à 12 ou 14 atmosphères et, avec le même appareil, 6 à 7 fois plus d'air, dans le même temps et avec moins d'édbauffement. Il serait probablement possible, dans ces conditions, et en évitant une marche trop rapide, de se dispenser de l'injection d'eau et de revenir aux graisses et à l'huile comme mioyen de lubrification de la garniture du piston.

On a fait, sur deux de ces compresseurs d'air à haute pression, quelques expériences pour déterminer leur effet utile.

Dans ces expériences, l'air puisé dans l'atmosphère n'était

516 CHAPITRE CINQDIÈalB.

Ce qui ressort de plus net de cette expérience, c'est que 1» position horizontale qui ne permet pas de maintenir une couche liquide sur les pistons, afin d'empêcher les fuites par leur pourtour, et qui rend difficile le maintien d'une couche d'esi sur les soupapes, ne convient pas aux compresseurs d'air » une tension très élevée. La position verticale seule peu*satisfaire simplement à cette condition excellente de fonctionnement ; mais malheureusement elle emporte l'obligation A& travaillera simple effet, eutraîne une plus s;rande complication* d'appareil, augmente les frais de premier établissement, et" exige la libre disposition d'un emplacement plus étendu. U^ compresseur de M. Sommeiller est le seul qui puisse satisfaii"^ à cette condition de bonne obturation dans la position horizontale et avec l'action à double effet, mais l'impossibilité de l^ faire fonctionner à grande vitesse reproduit tous les inconvénients que l'on a voulu éviter en renonçant aux grandes masses d'eau comme agents de compression.

Dans les applications de l'air comprimé au percement des galeries de mines ou des tunnels importants, les soupapes ds sûreté qu'il convient d'employer pour empêcher la tension do l'air d'atteindre une limite à laquelle la solidité des réservoirs pourrait être compromise, ne se placent pas sur les réservoirs eux-mêmes, elles se placent à l'extrémité des conduites, près du front de taille, afin d'utiliser au bénéfice de la ventilation du fond di!3 galeries d'avancement, l'air qui pourrait s'échapper par ces soupapes.

Compresseurs du charbonnage du Levant du Flénu, construits sur les plans de M. Cornet.

Les compresseurs du Levant du Flénu sont à deux cylindr^^ placés verticalement, fonctionnent à simple effet et sont toi**'

APPAREILS A COMPRIMER l'AIR. 517

Cette disposition présente plusieurs avantages et quelques inconvénients.

Il est plus facile de constater à chaque instant l'état de la garniture des pistons et, en cas de besoin, d'y faire des réparations, que dans les compresseurs à double eflfet. Les soupapes d'aspiration et de refoulement y sont maintenues couvertes d'une couche d'eau qui rend leur fermeture plus hermétique. La surface du piston toute entière y reste couverte d'une couche d'eau qui rend les fuites d'air impossibles autour de ce piston, pendant la période de compression et de refoulement, et qui, à la fin du refoulement, annule complètement les espaces nuisibles ; cet avantage est important dans les appareils qui compriment l'air à très haute pression. Les périodes de compression s'y succèdent moins rapidement que dans les machines à double effet, les parois tendent moins à s'échauffer et il est plus facile de les maintenir à basse température à l'aide d'une enveloppe d'eau froide.

Les inconvénients sont un prix d'établissement plus élevé, un attirail plus encombrant et une somme de résistances passives, plus considérable.

Dans cette machine, les deux cylindres compresseurs sont fixés à une grande hauteur, sur deux fortes poutres en fonte G et D qui traversent toute la chambre de la machine et vont s^encastrer dans deux murs parallèles. Les pistons des compresseurs et ceux des cylindres à vapeur sont fixés sur les mêmes tiges qui traversent les cylindres à vapeur de part en part, et les pistons de ceux-ci transmettent à la fois le mouvement, par dessus, aux pistons compresseurs et, par dessous, à un arbre tournant placé à la partie inférieure de deux bâtis en fonte qui portent chacun, un des cylindres moteurs. Cet arbre est muni à ses extrémités de deux manivelles calées à angle droit et, entre les paliers de ces manivelles, il porte un volant du poids d'environ 7000*^"- qui est commun aux deux machines motrices conjuguées et qui est chargé de régulariser le mouvement général de tout l'appareil.

Comme l'indiquent les figures (66 et 67), les cylindres compresseurs sont munis d'une enveloppe en tôle contenant de l'eau

froide et, à leur partie supérieure, de quatre injecteurs pulvérisateurs de l'eau chargée de refroidirrair pendant la compression ; ces iujecteurs sont placés deux à deux l'un eu face de Cautre.

Le piston porte quatre soupapes pour l'aspiration, et U chapelle qui surmonte le cylindre contient également quatre soupapes pour le refoulement. La garniture de ce piston est du système Suédois, c'est-à-dire formée de trois cercles ou ressorts en aciers, et les soupapes sont en bronze, sans ressoits, battant sur des sièges également eo bronne.

Les injecteurs pulvérisateurs représentés en coupe par h figure (68), consistent en un tuyau de bronze qui traverse la paroi du cylindre et qui se termine par une cloison percée de deux séries de petits trous dont le diamètre ne dépasse pas un millimètre et qui sont placés sur deux circonférences concentriques. Sur la plus grande de ces circonférences, il y a 50 de ces trous et 40 sur la plus petite. Ils sont percés obliquement et dirigés vers l'axe du l'injecteur, de façon que les jets Tiennent frapper la surface d'un bouton conique placé en saillis au centre des deux circonférences. Le choc de ces jets contre la surface du bouton, les pulvérise.

Eu thèse générale, la cloison qui termine l'injecteur doit être percée d'autant de ces petits trous qu'il en faut pour livrer IKissnge au volume d'eau qui doit pénétrer dans le compresseur, sans qu'il soit nécessaire de soumettre cette eau à une pression exagérée qui augmenterait outre mesure le travail exigé pw la pompe d'injection. Il convient de fixer d'avance le masimum de pression ii laquelle l'eau devra être soumise pour pénétrer dans le cylindre en quantité convenable et avec la vitesse qui sufîit à la puhérisatiou.

I a pompe foulante pour les quatre injecteurs d'un iiiême compresseur, est à simple effet, et n'effectue l'injection quo pendant la course du piston qui correspond à la période J^ compression et d'introduction dans le réservoir ; elle reçoit la

Dans les expériences faites par MM. Mativa et Bautier, le trayail dans les cylindres compresseurs et dans les cylindres à vapeur a été mesuré à l'aide de l'indicateur Bichard, après avoir vérifié sa tare par comparaison avec les indications d'un manomètre à mercure et à air libre soumis aux mêmes tensions. La température de l'air à sa sortie du compresseur, était mesurée par un bon thermomètre plongé dans un tube en cuivre qui faisait saillie dans l'intérieur de la conduite d'air comprimé, tout près de la chapelle des soupapes de refoulement. Le volume d'eau injectée dans le compresseur a été mesuré en puisant cette eau dans un vase d'une capacité connue et en déterminant la quantité extraite de ce vase pour un nombre d'injections connu.

La figure (69) présente un des nombreux diagrammes semblables qui ont été relevés sur un compresseur pendant une période de fonctionnement régulier, c'est-à-dire dans les mêmes conditions de vitesse et de tension d'air comprimé. Le diagramme correspondant a été relevé sur la machine motrice.

L'air extérieur et l'eau d'injection avaient, en ce moment, une température commune de 10*" cent.

La tension de Tair dans le réservoir était de 5,21 atmosphères absolues.

La tension de l'air pendant la période de refoulement, dans le compresseur, était d'après les indications du diagramme, de 5,32 atmosphères absolues.

La température de l'air à sa sortie de la chapelle des soupapes de refoulement, était de 17" cent.

Le travail utilisé correspondant à la compression et au refoulement de l'air, était pour chaque course, d'après le diagramme, de 4899 kilogrammètres.

Le travail correspondant dans le cylindre moteur, également d'après le diagramme relevé sur ce cylindre, était de 5723 kilogrammètres.

La quantité d'eau injectée dans le compresseur, par période de compression, était de 0"', 001842.

Le travail d'une injection, mesuré par un diagramme spécial, était approximativement, de 60 kilogrammètres.

Recherchons maintenant, comme Pont fait MM. Mativa et Bautier, les conséquences de ces résultats bruts d'expériences :

1® La tension de l'air, pendant la période de refoulement, était de 5**™-, 32 absolues dans le compresseur et, en même temps, de 5*^™-, 21 absolues dans le réservoir. La différence, 0*^™-,ll, représente évidemment la perte correspondante au poids des soupapes et aux résistances que l'air rencontrait à son mouvement dans le trajet du compresseur au réservoir qui était placé fort loin de ce compresseur. En calculant la tension d'air nécessaire pour soulever une soupape qui pèse 3^"- ,460, qui est recouverte d'une couche d'eau de 2,5 à 3 centimètres d'épaisseur, et qui a un diamètre de 0°*,14, on trouve qu'une tension de Oatm.^025 environ suffit pour cette opération. Les autres résistances au mouvement de l'air, dans tout le développement de conduits à parcourir, occasionnaient donc une perte de tension de Oa^»û-,ll — 0a^«»-,025 = Oat«ï-,085 environ.

2^ Pendant la descente du piston, il se manifeste aussi quelques phénomènes qui empêchent le compresseur de recevoir un volume d'air à la pression extérieure, égal au volume engendré par le piston.

Le compresseur porte, à sa partie supérieure (fig. 66), une petite cavité destinée à recevoir Técrou du piston à la fin de la course montante, et cette cavité s'emplit d'air à la tension maxima. Ce petit volume d'air se détend au commencement de la course descendante et supprime l'aspiration jusqu'à ce qu'il ait atteint la pression atmosphérique, et même une tension un peu inférieure à cause du poids des soupapes d'aspiration. Puis, Pair que l'eau a pu dissoudre pendant la période de compression, se dégage en partie lorsque la tension diminue sur la surface du liquide qui recouvre le piston, et joint son effet fâcheux à celui de Tair logé dans la petite cavité supérieure. De ces deux causes réunies, il résulte que le compresseur contient déjà de l'air à une tension un peu inférieure à la tension atmosphérique lorsque l'aspiration commence.

fSS2 c«APiTRB caNQmàMB** ...,".'■-■■■■

Le diagramme (fig. 69) indique crt effet ; K «Mçlie apite aroir marqué le maximum de tension i la fia île. la ewaii montante, ne redescend pas brusquement jusqu^à la pcetBioa atmosphérique dès le commencement de la oonrse dosoendante; le piston a déjà fourni une petite partie de cette eoWM toÉ8q[«f la tension intérieure est derenue égale à la tmisiiHi atmoej^érique et que Taspiration utile peut ccmmiencer.

D'du autre côté, le poids des soupapes d'aqpintion tend à les fermer, à la fin de la course descendante, ayant que la tensûm dans le compresseur soit derenue ^;ale à la ti^idon eoctériràre, et une petite fraction de cette omrse descendante ^eut être effectuée après la fermettiùre de ces soupapes, ce ^ui teoid eUcoi^ à diminuer la masse d*air aspiré.

Nous pensons qu'on ne s'écartera pas beaucoiq^ de la réslité, en admettant qu'il est entré effectiTetoent dans le oompr^^mar pendant l'aspiration, un Volume d'air épX au Tolume engmdri par le piston, mais dont la tension scarait inférieure à la tmi^oa atmosphérique extérieure, de la quantité nécessaire pour pei^ mettre à cette dernière d^ouvrir les M>upapes d'asj^iration en soulevant leur poids.

Ces soupapes d'aspiration pesait S^JSi ;

L'orifice qu'elles recouvrent a un diamètre de 0™,14, ou une section de O^SOlôSSô.

Si on représente par n la fraction d'atmosphère nécessaire pour soulever les soupapes, il viendra :

d'où ' tt = 0a*'»-,023.

La tension de l'air dans le compresseur, au commencement de la course montante, serait donc dé

latm. o»^'»-,023 == 0*^™-,977, et le volume occupé par cet air, qui était d'après les données primitives, de 0"',2827, ne sera plus que de 0,977. 0"',2827 = 0',2762 quand il sera ramené à la pression atmosphérique extérieure.

Ainsi chaque aspiration n'appelait dans le compresseur que 0"%2762 d'air à la pression atmosphérique, au lieu de (r',2827,

iT

et il devrait occuper dans le compresseur, au début de la période de refoulement, une hauteur x de

d'oii X = 0",183.

Or, d'après le diagramme, cette dernière partie de la course est de 0",197, ce qui indique qu'il y a eu échauflFement.

Si réchauffement n'avait été que de 7«, comme l'a indiqué le thermomètre dans les conditions que nous avons dites, la hauteur correspondante à la période d'introduction dans le réservoir, eût été de

La température, dans le compresseur, à la fin de la compression, a donc été supérieure à 17« centigrades ;

Si l'on calcule la température à laquelle l'air s'est élevé, d'après l'indication du diagramme, on trouve :

d'où T = 304«,65 absolus ou 3P,65 centigrades ;

ce qui implique un refroidissement d'environ 14^,5 entre le compresseur et le thermomètre, par suite de la détente brusque que cet air a subie en passant du compresseur dans la chambre des soupapes et en traversant la couche d'eau froide qui recouvrait ces soupapes. Il est possible aussi que le thermomètre qui marquait IV près de la chapelle des soupapes de refoulement, soit resté un peu en dessous de la température réelle de l'air, avec lequel il n'était pas directement en contact.

D'un autre côté, si l'on calcule par la formule isothermique, le travail effectif de compression de 1*^™* à 5*^™- ,32 absolues, -et d'introduction dans le réservoir, des 0"',2762 d'air qui sont appelés à chaque aspiration, on trouve :

4770 kilogrammètres.

Or, le travail réel mesuré sur le diagramme s'élève, pour

APPAREILS A COMPRIMER l'AIR. 525

chaque compression, à 4899^'"; il eu résulte que le rapport du travail effectif au travail calculé par la formule isothermique, îst égal à

36 qui signifie que, dans ces conditions ou dans d'autres très roisines de celles-ci, le travail réel de compression et d'introduction de Pair dans le réservoir ne dépasse que de 2 à 3 p. ^/o le travail calculé par la formule isothermique.

Il nous semble que ce résultat pourrait être adopté à priori Bt sans inconvénients, pour le calcul des machines nouvelles où l'on veut employer les mêmes moyens de refroidissement de L'air, et où la tension de celui-ci ne doit pas être portée audessus de 5 à 6^^™* absolues.

4:^ Le piston de chacune des deux pompes foulantes qui injectent Peau dans chaque compresseur, engendre, à chaque opération et d'après le diamètre et la course du piston, un volume de 0™',001858 ; mais, d'après Texpérience, il ne lance dans le compresseur qu'un volume d'eau de 0'"',001842.

Le travail correspondant à cette injection, d'après le diagramme relevé sur la pompe, s'élève à 60^"*-.

Si l'on cherche la résistance moyenne, exprimée en atmosphère, qui correspond à cette dépense de travail, on trouve

i'où » = 3,17 atmosphères effectives.

D'autre part, le travail d'une course du piston compresseur, également mesuré par un diagramme pendant l'injection de feau, a été de

4899 kilogrammètres effectifs,

pour un volume de 0'"',2827 engendré par le piston. Ce travail correspond à une tension effective de m atmosphères, qui sera donnée par l'expression

0"',2827. «I. 10333 = 4899 kilogrammètres ;

d'où M » 1,68 atmosphères.

L'eau a donc été soumise, pendant l'injection, à une près-

sion moyenne qui l'a emporté sur la tension moyenne dans U compresseur, d'une quantité é

3,17 — 1,68 = 1,49 atmosphèr

Comme cet excédant moyen de la pression de l'eau aat 1* pression moyenne de l'air, paraît avoir suffi pour produire nu* pulvérisation convenable du liquide , ou pourrait l'adopta* comme base du calcul des injecteure et du travail qu'ils consomment quand ils sont desservis par une pompe foulante.

Il suffirait de déterminer la pression effective moyenne qu:» existera dans le compresseur ; en admettant que la compressio» s'effectuera suivant la loi de Mariotte, et d'ajouter 1,50 atmosphères à cette pression ; le volume d'eau à injecter étant. déterminé à priori, on possédera les deux facteurs du travail i dépenser pour chaque injection, abstraction faite des résistaDCfB passives. Puis, pour déterminer le nombre de trous que portera, l'injecteur, il suffira de le soumettre à une pression de 1,W atmosphères au-dessus de la pression du milieu dans lequel illance l'eau, et d'y pratiquer autant de petits trous qu'il en faudra pour qu'il débite, dans ces conditions, le volnme d'eau.qni doit être lancé dans le compresseur, pendant la durée d'un coup de piston. On arriverait ainsi, probablement, à un résultat suffisamment exact pour les applications industrielles.

Du reste, ce travail consommé par la pompe d'injection n'est qu'une fraction assez faible du travail de compression et d'introduction dans le réservoir.

En effet, dans la machine dont nous nous occupons, e' abstraction faite des résistances passives, le travail effectif d'une compression est de

celui d'une injection d'eau correspondante, est de 60"™-.

Le rapport de ces travaux est donc de fiO

à travers les parois de la capacité rendues très propres à cette absorption par l'enTeloppe d'eau froide et le liquide injecté n'a absorbé que le surplus.

Quoique la température de l'eau, au sortir du compresseur, u'aitpas été mesurée, nous regardons comme très probable qae -cette température ne s'était élevée que de 3 ou4 degrés, tout an plus, dans ce compresseur, de façon que dans les proportions où se trouvaient l'air et l'eau dans une de ces opérations, l'élévation de température de l'air était au moins 5 ou 6 fois plus grande que celle de l'eau injectée ; ce résultat n'a, du reste, rien d'étonnant vu la rapidité de l'opération et l'impoBsibilité de mettre la totalité des particules d'air en contact direct aTec le liquide.

Ainsi, dans une de ces opérations, un volumed'air de O"*' ,2763 pris à la tension atmosphérique, et recevant un travail do compression de 4758''"'- donnant naissance à 11,195 calories,!* s'est échauffé que de 31", 65 — 10" ^ 21°, 65 environ soua l'action d'une injection d'eau de l''"-,842, cette eau étant prise à I la température initiale de l'air et n'augmentant de température, ■pendant l'opération, que de 3 ou 4 degrés.

Cela représente, par calorie développée pendant la période— de compression, une injection de ïi^

On pourrait adopter ce chiffre comme base de calcul daaS la détermination du poids d'eau à injecter dans un comptes" seur à construire.

On calculerait le travail absolu de compression que l'air aurait à subir pour être porté à la tension que l'on veut atteindre, en appliquant à ce calcul, la loi de Mariotte, et en augmentant de 2 ou 3 p. "/o le travail ainsi obtenu. En divisant ensuite ce travail par 425''"'-, ou trouverait le nombre de calories développées pendant une opération, et le poids d'eau à injecter serait fourni par le produit de ce nombre de calories par 0''''',1645.

dunes da Levant do Fléon, Pair ne s'échaufferait probablement que d^ane vingtaine de degrés et Teau de 3 ou 4 degrés.

Si Ton YOulait que l'air s'échauffât moins, il faudrait augmentar llnjection, ou y appliquer de Teau prise à une tempentnre inférieure à celle de Fair ; mais on s'écarte si peu de la loi de Uariotte dans les conditions que nous venons d'examiner, qjoîm semble inutile de porter plus loin le refroidissement de Tair et Tinjection d'eau.

Si l'eau était prise à une température supérieure à celle de l'air, il jEaudrait augmenter l'injection pour arriver au même léBoltat, parce que l'action du liquide ne commencerait qu'après que les températures des deux fluides seraient devenues égales, et que l'eau n'agirait sur l'air que pendant un temps moindre et démit encore, dans ce temps plus court, lui enlever la même quantité de calories que lui eût enlevé l'eau prise à la température initiale de cet air.

La rapidité des opérations doit aussi avoir une certaine influence sur le degré de refroidissement que subit l'air soumis & la compression. Il est évident que si la machine du Levant du Fléna exécutait plus rapidement chacune des compressions, tant en injectant la même quantité d'eau froide, celle-ci se trouât moins longtemps en contact avec l'air ne le dépouillerait que d'une moindre quantité de chaleur ; de sorte que l'air sortirait du compresseur à une température plus élevée et l'eau à une température plus basse que dans les conditions de marche actuelle de cette machine.

On n'a pas, jusqu^à présent, fait assez d'expériences sur ces appareils, pour être en mesure de faire entrer le temps comme va élément du calcul de la quantité à injecter pour obtenir un refroidissement déterminé, et il faut, au moins provisoirement, se eontenter des éléments d'appréciation approximative que ' noiA venons d'exposer.

' Les calculs que nous avons faits précédemment sur cette question, dans l'hypothèse oîi la température de l'eau s'élèverait aussi rapidement que celle de l'air, ne sont pas applicables dans la pratique, car les phénomènes qui s'accomplissent effec-

tivement pendant ces opérations, sont bien plus complexes que nous ne l'avions supposé.

6^* Lorsque l'injection d'eau froide s'effectue sous la pression de Tair dans le réservoir, elle doit être plus considérable que lorsqu'elle est produite par une pompe foulante, parce que l'eau injectée y est moins judicieusement répartie entre les diverses phases d'une opération. La vitesse d'introduction étant d'autant plus faible que la pression dans le compresseur est plus élevée, cette vitesse est alors très grande au début de la compression lorsque le travail exigé pour cette compression et le développement de chaleur qui en résulte, sont peu considérables, et elle est très faible vers la fin de la période de diminution de volume , lorsque le travail de compression et le développement de chaleur atteignent leur plus grande valeur. Elle devient même nulle avant la fin de la compression parce que la tension de l'air dans le compresseur avant la période d'introduction, doit dépasser la tension dans le réservoir de toute la quantité nécessaire pour surmonter la résistance des soupapes et la résistance du tuyau de communication entre les deux capacités. Il est clair que, dans de telles conditions, le refroidissement de l'air doit être très énergique dans le commencement de l'opération pour que, malgré son ralentissement à la fin de cette opération, la température finale ne soit pas plus élevée que lorsque le liquide est introduit d'une façon plus rationnelle.

V Dans ces expériences avec l'indicateur, l'appareil a donné pour travail transmis effectivement à l'air comprimé et introduit dans le réservoir en une seule opération, 4899 kilogrammètres, et le travail de la vapeur mesuré de la même façon, pour le coup de piston correspondaat, a été de 5728 kilogrammètres.

Ces chiffres correspondent à un effet utile de

ou à une perte de travail de 0,145 du travail moteur absolu, pour subvenir à la consommation de toutes les résistances pas-

siîes de Tappareil moteur et de l'appareil compresseur comprenant les pompes d'injection de Peau.

Ce résultat est si favorable et si peu en rapport avec ceux qui ont été si souvent constatés dans les machines à vapeur bien construites et présentant à peu près le même degré de complication du mécanisme, qu'il est difficile de l'admettre autrement qne soas bénéfice d'inventaire Les indicateurs ne sont point infaillibles et comme les expériences sur les compresseurs ont été bien plus souvent repétées et contrôlées les unes par les anfres, que celles qui ont été faites sur la machine motrice, il est probable que ce sont les diagrammes relevés sur celle-ci qni ne sont point rigoureusement exacts.

Dana nn appareil tel que celui dont nous nous occupons, les résistances passives, au moins d'après l'expérience acquise sur cemqet, doivent consommer au moins 20 à 25 p. 7o du travail absolu transmis par la vapeur au piston moteur, et nous pen- Kms que ron s'exposerait à quelques mécomptes en comptant Bnr un effet' utile supérieur à 0,75, dans les calculs relatifs à une machine semblable à établir.

MM. Mativa et Bautier ont fait aussi, sur le même appareil, dw expériences en supprimant Tinjection d'eau froide, pour comprimer Pair à sec.

La figure (70) représente un diagramme relevé sur le compresseur dans ces nouvelles conditions de marche.

Dmis ces expériences, la température extérieure était de 10®

centigrades, la température de Tair comprimé au point où nous

avons dit que le thermomètre était placé, a été trouvée de 109*

o^tigrades, la température dans le réservoir, d'environ 22<», et

la macldne a dû faire 683 révolutions pour porter l'air, dans

C6 réservoir, de la tension atmosphérique à la tension absolue de5«n.,i3.

^pout aussi présenter quelques observations importantes ^«résultats : Dfiprès le diagramme, le piston compresseur devait par-

532 CHAPrTRB CINQUlèME.

courir en coanuençant sa course descendante, environ 0,102 de cette course, avant que la tension de l'air comprimé qui occupait l'espace nuisible à la &n de la course montante, fût redevtnue par détente, égale à la tension atmosphériqne. Cette première partie de la course descendante était doac entièrement neutralisée pour l'aspiration qui ne pouvait plus appeler dans le compresseur que lea 0,898 du volume d'wr correspondant au volume total engendré par le piston. Ainsi, le volume eÔ'ectivement aspiré sa réduisait, pour chaque course, a

0"',2827. 0,898 = 0"%2533, et, à la fin de l'apiration, la tension intérieure devait encore être plus petite que la tension atmosphérique, à cause du poids des soupapes d'aspiration. En admettant, comme dans le calcul précédent, une différence de 0^'™-,023, ce volume ne correspondait qu'à un volume d'air ramené à la pression atmosphérique, de

latm. fVitm. fiOl On.',2523 î ïSrr^^ = 0-',2470 ;

soit, pour deux cylindrées qui correspondent à an tour de Tolant,

0'"',4940 d'air à 10° et à 1 atmosphère. D'autre part, le réservoir d'air, d'une capacité de GS^'jSlS contenait l'air comprimé, à la température de 22". En ramenant cet air à la température de 10', il n'occuperait qu'an volume de

sous la même tension ahsolue de 5*""-, 13.

Or, pour porter ce volume d'air de l"""- à 5»""-, 13, ilfau* refouler dans le réservoir, 66'"%187. 4aiin-,l3 = 27-2'"',94 d'air pris à la pression atmosphérique ; il faudrait donc pour effectuer cette opération, un nombre de révolutions de la macbîae.

Comme la machine en a dû faire 683 pour arriver à ce résultat, il faut admettre que les fuites par les soupapes et autour des pistons s^ élevaient à

du volume utile engendré par le piston, lequel était déjà réduit de 0,102 par Tinfluence fâcheuse des espaces nuisibles.

Ces résultats démontrent avec évidence combien il est utile, dans ces appareils, et indépendamment des questions de température et de dépense de travail moteur, de maintenir une Gonche d'eau sur les soupapes et sur le piston, afin d'annuler les espaces nuisibles et d'empêcher les fuites.

Le diagramme fait connaître encore d'autres particularités inhérentes à la marche à sec :

Pendant la compression, la courbe des tensions ne s'élève au-dessus de la courbe isothermique qu'à la fin de l'opération, d'une quantité qui n'est pas beaucoup plus grande que dans la marche avec iojection d'eau froide, et cela malgré une augmentation de température de 109<» — 10" = 99® au thermomètre. Cette augmentation devait être encore plus grande dans le compresseur puisque l'air, entre celui-ci et le thermomètre, avait àt baisser plus ou moins de température, par suite d'une l^ère détente qu'il avait subie et de la perte de chaleur par les PWois de la chambre des soupapes de refoulement. Nous PCûsons qu'en portant à 105<> ou 106° l'accroissement de température dans le compresseur, nous serions plutôt au-dessous îu'au-dessus de la vérité.

D'une autre côté, la tension qui était de 5*^°^-, 13 dans le ^^rvoir, a dû être plus élevée dans le compresseur au comjnencement de la période d'introduction. Dans la marche avec uijection d'eau, elle l'emportait, comme nous l'avons vu, de ^^' >11 sur celle du réservoir et l'on peut supposer que dans ^dernières expériences, l'excédant était un peu moindre parce que les soupapes de refoulement n'étaient pas recouvertes d'eau. Nous admettrons 0*^°^-,10 pour valeur de cet excédant, et cette hypothèse s'accorde assez bien avec l'indication du

diagramme, ce qui portera la tension de refoulement dans le compresseur à

Oatm.^10 + 5atm.^i3j= 5atm.^23 absolues.

Enfin, toujours d'après le diagramme, l'introduction dans le réservoir paraît avoir commencé à l'instant où il restait au piston 0",198 à parcourir, sur une course totale de 1"*.

En analysant ces résultats, nous trouvons successivement.

Le chemin de 0™,102 que le piston a dû parcourir au commencement de la course descendante, avant que la tension de l'air dans l'espace nuisible fût ramenée à 1^^™- et avant que l'aspiration pût commencer, comporterait un espace nuisible correspondant à une hauteur de cylindre, x, de

5atm i3 0"'a02+fl? ^,^^ ^ 0^0241,

si la détente avait été isothermique ; mais elle s'est eflFectuée à sec, la tension a dû baisser plus rapidement que suivant la loi de Mariette, ce qui comporte un espace nuisible plus considérable que 0",0241 , mais moins grand cependant que celui qui correspondrait à une détente adiabatique, parce que le haut du cylindre écbaufiFé par les compressions successives a dû exercer sur l'air une action réchauflfante pendant cette première partie de la course descendante. Nous pensons n'être pas fort éloigné de la vérité, en admettant un espace nuisible équivalent à une hauteur de cylindre de 0",03.

Quand le piston est au bas de sa course, il y a donc au-dessus de lui, dans le compresseur, une hauteur d'air de 1™,03; mais comme les soupapes d'aspiration se ferment prématurément à cause de leur poids, et qu'il faut une diflférence de 0^^™-,023, comme nous l'avons vu précédemment, entre la tension dans le compresseur et la tension atmosphérique extérieure, pour les tenir ouvertes, il en résulte que l'air intérieur, lorsqu'il sera ramené à la pression atmosphérique, n'occupera plus au-dessus du piston qu'une hauteur dç

latm. natm. AOQ

Si, partant de cette hauteur, il reste encore au piston un cliemin de 0",198 à parcourir, lorsque commence l'introduction dans le réservoir, soit une hauteur d'air au-dessus de ce piston, égale à

le rapport des volumes sous la pression atmosphérique et sous la pression d'introduction, sera

et si la compression s'était effectuée suivant la loi isothermique, la tension de l'air à cette époque, n'eût été que de 4,414 atmosphères absolues, tandis qu'elle était de 5*^"^-, 23 absolues.

L'excédant résulte de réchauffement du gaz pendant la compression qui a porté sa température de 10® à 115<» ou 116<* centigrades environ.

Cependant cet excédant de tension est moindre qu'il ne devrait être, pour un semblable accroissement de température. En effet, si nue compression isothermique sous la température initiale de 10®, ne doit porter la tension de l'air, au commencement de la période d'introduction, que jusqu'à 4^^™- ,414, une compression jusqu'au même volume, avec accroissement de température de 106®, aurait dû élever la tension, à

4»^- ,414 273o]j!.iQo = 6atm.^o32 absolues,

tandis qu'elle ne s'est élevée qu'à 5a^"^-,23.

Il 7 a donc eu des fuites d'air par les soupapes d'aspiration et autour du piston, et ces fuites ont dû être suffisantes pour abaisser de 6**™- ,032 à 5*^"^-, 23 la tension dans la capacité qu'occupait l'air au début de la période de refoulement dans le réservoir.

Pour produire cet abaissement de tension, il faut qu'il ne

"Oit resté dans cette capacité que ^ \^^ = 0,867 de l'air qui

M •*■ t),Ud2

ewit entré dans le compresseur pendant la période d'aspiration,

I^a perte qui avait été constatée par l'expérience faite sur le

[doDgiéB dans Peau comme les pistons de compresseurs. Dans tous les cas, Teau doit être filtrée avec beaucoup de soin pour la débarrasser dans la mesure du possible, de tous les corps solides étrangers. Deux appareils semblables à celui que nous Tenons de décrire ont été établis à la société du Levant du Flénn, I^in sort des ateliers de la société des Produits dirigés par M. Halbrecq, et Tantre des ateliers de Nimy, dirigés par M. Lebrun.

Compresseur du charbonnage de Crachet-Picquery.

On n'a fait, sur l'appareil compresseur de Crachet-Picquery, ancaoe expérience de précision qui permette d'en apprécier exactement Feffet utile et les yariations de température de l'air qoi pouvaient s'y produire pendant les périodes de compression et d'injection de l'eau froide. Nous ne dirons quelques mots de wt appareil construit pour un service temporaire de percement D>&anique d'une galerie à travers bancs et d'exploitation en ^lee, qu'à cause de sa disposition générale qui rappelle celle itt compresseur Randolph aux houillères de Govan décrit par *• Pemolet, avec adjonction d'injectcurs pulvérisateurs de M. Colladon un peu modifiés. D'après les renseignements fournis par M. Durant, directeur de Crachet-Picquery, et par quelqnee autres ingénieurs qui ont examiné cet appareil pendant •* période de fonctionnement, aucune autre disposition ne Paraît mieux appropriée à un bon service pratique dans les f^rconetances où il est important que le travail ne soit point interrompu par le manque d'air comprimé, et l'on a été parfai- *®nont satisfait des résultats qu'il a fournis pendant la durée

•■^ longue de la période de travail pendant laquelle il a été

1 utilisé.

Pour mettre ce compresseur en mouvement, on s'est servi ^ dime ancienne machine à vapeur horizontale, en ce moment ^^nîble, transmettant le mouvement à un arbre également tariïontal par l'intermédiaire d'une bielle et d'une manivelle ; ^ arbre porte le volant.

L'extrémité de ce même arbre opposée à celle qui porte la manivelle motrice, a reçu une seconde manivelle qui, par l'intermédiaire d'une bielle de 3*^,35 de longueur agit sur une extrémité d'un balancier horizontal placé au-dessus de l'arbre moteur , et dont l'autre extrémité porte un contrepoids qui équilibre la bielle. La manivelle a un rayon de 0™,73, les deux bras du balancier ont une longueur 2", 725, sont égaux et le tout est porté par une solide pyramide en fonte sur le sommet de laquelle s'appuyent les tourillons du balancier.

Le compresseur est à deux cylindres fonctionnant à simple eflfet, comme ceux du Levant du Flénu, placés verticalement de part et d'autre de Taxe du balancier, et les tiges des pistons compresseurs se rattachent à ce balancier par l'intermédiaire de deux parallélogrammes dont les chappes s'articulent à ce même balancier à une distance de son axe d'oscillation telle, que les courses de ces pistons soient de 0",75.

Le diamètre des pistons est de 0",70.

Deux petites pompes aspirantes et foulantes dont les pistons ont 0'»,08 de diamètre et 0"»,38 de course, sont aussi placées de part et d'autre de l'axe du balancier et prennent leur mouvement sur les mêmes parallélogrammes que les pistons des compresseurs. Celle de ces pompes qui se trouve d'un côté de l'axe du balancier, envoie son eau dans le compresseur placé de l'autre côté de cet axe, et réciproquement.

Cet appareil qui n'a que l'inconvénient d'exiger la libre disposition d'un assez grand espace, offre par compensation, plusieurs avantages. On peut lui appliquer toutes les machines motrices devenues disponibles; l'appareil compresseur forme une machine spéciale qui peut recevoir son mouvement d'une machine motrice quelconque ayant un arbre tournant. Sa stabilité est très grande, toutes les parties essentielles étant assises directement sur des fondations établies au niveau du sol. 11 fonctionne sans vibrations, ce qu'il doit sans doute en grande partie à la stabilité de ses fondations, mais encore au mode d'action des tiges des deux pistons compresseurs qui n'agissent que par traction. Ce mode d'action des tiges n'entraîne, dans le cas de résistances variables à surmonter, que

de légères yariations de longueur de ces tiges, sans flexion, tandis que les efiorts de compression engendrent à la fois des ' diminuticDS de longueur et des flexions qui donnent plus d'aniplitudû aux réactions élastiques quand les résistances disparaissent ; d'où résultent des vibrations plus prononcées que dans l'autre mode d'action.

De plus, la nature de la communication de mouvement du piston à vapeur aux pistons compresseurs dans cet appareil, se prête avec une grande simplicité à une bonne régularisation de la vitesse sans que le volant soit très lourd. Si le piston moteur transmettait directement le mouvement à l'extrémité du balancier et que le travail de la vapeur s'effectuât partie à pression constante, partie à détente plus ou moins prolongée, on aurait le maximum de travail moteur au commencement de la course des pistons compresseurs, c'est-à-dire au moment du minimum de travail résistant, ce qui entraînerait ou une grande accélération de vitesse ou la nécessité d'un fort volant. Dans la disposition que nous venons de décrire, on peut, en calant convenablement les deux manivelles sur l'arbre du volant, commencer la course du piston moteur lorsque les pistons compresseurs sont en un point quelconque de la leur, c'est-à-dire Aire coïncider dans une certaine mesure les périodes de maximum de travail moteur et de maximum de travail résistant. Il suffit évidemment, pour cela, de caler la manivelle du piston à vapeur en avance sur la manivelle des pistons compresseurs, de f&fon que la course du premier commence avant que la course des seconds soit terminée.

Nous indiquerons le mode de solution des questions de ce genre dans le deuxième volume de cet ouvrage, à l'occasion de ^ régularisation de la vitesse des machines à vapeur par les "tasses en mouvement.

Nous donnons, (fig. 71, 72, 73, 74), la disposition des cylindres compresseurs en coupes horizontale et verticale.

Ces cylindres se prolongent sous la partie consacrée à l'excursion du piston, jusqu'aux fondations sur lesquelles ils ■ont solidement fixés parce qu'ils tendent à être soulevés par * «Sort de compression exercé sur l'air, et ce prolongement est

percé lie deux arcades par lesquelles un bômme peut passer

Le piston porle quatre soupapes d'aspiration ; ia chapelle Kupérieuro renferme également quatre soupapes de refoulement, et les quatre injecteurs pulvérisateurs placés à la partie supérieure du cylindre sont opposés deux à deux.

Au nivean dn Bol, sons le {Mston, on place' an plateau anr Isqnel tombe la petite quantité A'ettu qni s'échappe par les soupapes d'aspiration pendant la course ddscmdaqtfl, et qui de ,li, passe dairâ nn p^ tafta d'éracoatioD. Cette quantité d'eaa est, dn reste, très petite, parce que le cooruit rentrant pendant l'aspiration, s'oppose à la chute de la minœ souche li(|uiâe qui recouvre le pist<Hi.

Les injecteurs différait un pea de cenz des machines du Levant du Flénn ; ils -portant comne oenz-ci an bonton « saillio vers l'intérieur du cylindre et les troas j sont nani rangés sur deux circonférences eoncentriqaes, mais il n^aqu les jets partant de la circonfârenoa intérieure qui aillent sa briser contre ce bouton, ceux qoi partent de la cireonËranos extérieure ne le rencontrent pas; il est probable cependant que oeax-ci n'eu sont pas moins pclTérisés par le rejaillissement des jets intérieurs.

Ces compresseurs fournissaient de l'air à une tension variable de 3 à 5 atmosphères absolues suivant les besoins du service, et ce sont là les tensions le pins généralement adoptées dans les charbonnages qui emploient ce moyen de transmission du travail ; on n'y dépassait que très rarement la tension de 5 atmosphères.

M. Durant, directeur de Crachet-Picquery, considère cette disposition comme une de celles dont on peut attendre le meilleur service et il pense que la seule modification qui pourrait l'améliorer encore, consisterait à abaisser les cylindres compresseurs jusqu'au niveau du sol, de façon à placer les soupapes et les injecteurs à hauteur d'homme pour faciliter le service d'injection et, au besoin, de réparation ou de remplacement de certaines pièces dont le fonctionnement est parfois suspeuda accidentellement.

Quant à ses conditions de marche ordinaires, elles doivent

ètreles mêmes que celles des appareils du Levant du Fléûu elles expériences faites sur ceux-ci et que nous avons rapportées, peuTent les faire présumer sans risquer beaucoup de se tromper. Ces appareils, au point de vue purement théorique et en faisant abstraction de leurs mécanismes, se ressemblent trop pour qu'il puisse y avoir de grandes différences entre les lois qoi président à la compression de Tair dans Tunet dans Tautre.

n existe encore bien d'autres dispositions de compresseurs que celles que nous avons décrites, mais elles ne présentent ancan intérêt spécial et toutes les considérations générales que nous avons exposées, leur sont applicables. Nous pouvons donc, sans inconvénient, nous arrêter là, dans l'analyse de ces intéressants appareils en renvoyant le lecteur à Touvrage de M. Pemolet, s'il désire connaître toutes les dispositions qui ont été employées avec plus ou moins de succès, mais dont la plupart sont inférieures à celles dont nous nous sommes occupés, et dont aucune ne leur est supérieure.

TABLE DES WATIÈRES.

De la chaleur I

Unité de chaleur 5

Mesure des lempératures 6

Mesure des pressions 12

Loi de Mariotte 21

Loi de Gay-Lussac 24

Du zéro absolu et des températures absolues .... 28

Travail des gaz sous tension conslante 31

Travail à détente sous tempéroture constante .... 37

Équivalent MÉCANicjnE de la cnALEUB 4^

De la capacité calorifique des corps S8

Dépense de chaleur pour faire passer 1*"- d'un gaz permanent, d'un état à un autre état quelconque . . ^* Quantité de chaleur nécessaire pour faire passer 1""- de gaK, de l'ctatPVT à un autre état quelconqueP'V'T', quelle que soit la marche suivie pour passer du

premier état au second C^'

Des coui-bcs de di'tenle des gaz ^ ^

Travail de la détente lorsque la loi qui régit le rapport de la pression au volume, est de la forme P : P' =

Ligne adiabatiqiie des gaz permanents 7-^

Des cycles 8 *^

Transformation de la chaleur en travail et réciproquement 3^

Des cycles non réversibles ^^