MACHINE UE WATT

371. Description générale de la machinu de Watt. — Les explications qui précèdent permettront au lecteur de comprendre la disposition générale de la machine de Watt, représentée dans la

Fig. 3'20. ~ Machine de Watt.

ABCD, parallélogramme articulé. ~ CC\ balancier mobile autour du point O. — C'M, bielle de tran»mis$iou. — O'M, manivullo fixée à Taxe du volant. — VV, vo> lant. — c, excentrique circulaire qui, par rintervention du triangle dd, met en mouvement le levier el qui mène le tiroir. — xx, corde sans fin qui passe sur une poulie fixée sur Taxe O' et sur une seconde t, dont le mouvement se transmet par une roue d’angle à Taxe y du modérateur à force centrifuge. — ani, tige menée par le manchon m et dont le mouvement se transmet à l'aide de leviers au registre d'admission. — II, condenseur. — HH, bâche contenant de l’eau froide qui entoure le condenseur. — t, tuyau par lequel l’eau de lu bâche H pressée par ratinosphère s’écoule 4ans le condenseur. — KE', cylindre de la pompe d’épuiscincni du condenseur. — P, piston. — S, soupape. — X, tige de la pompe U, qui alimente la bâche HR. — IV, bûche dans laquelle se déverse l’eau extraite du condeuseur. — S’, soupape. — Y, tige de la pompe alimentaire W, qui puise l'eau en H* et la refoule dans lu chaudière.

PHYS. DESCUANEL. 34

fifîure 320. Il nous suffira d’eii donner ici la légende, en faisant remarquer toutefois que le tiroir présente une disposition un peu dilTérente de celle que nous avons décrite, mais il n’y a aucun intérêt à en faire connaître la disposition détaillée.

372. Détente de la vapeur. — Parmi les modifications qui ont été introduites dans la machine de Watt, il faut signaler en première ligne la détente.

Lorsque le piston a parcouru une fraction de sa course, on supprime rintroduction de la vapeur dans le corps de pompe; alors le pistou est i)üussé par la vapeur primitivement introduite qui se détend, c'est-à-dire dont la force élastique va en diminuant. On économise évidemment, par ce moyen, une certaine quantité de vapeur; on a en outre l’avantage d’éviter les chocs qui se produisent à la fin de la coui-se du piston, et qui détériorent à la longue la machine, outre qu'ils épuisent toujours une partie de la force motrice.

On fait commencer la détente à une époque vai'iable, tantôt à la moitié, tantôt au quart ou au cimpiiêmc de la course du piston. Il est aisé de concevoir (jue plus tôt la détente s’opère, plus il y a éconoinie, puisque pendant toute la période de la détente le travail se fait sans consommalion de vapeur; mais, d’un autre côté, la force élastique de la vapeur diminuant à mesure qu’elle se détend, il faut qu’il reste toujours une force suffisante pour vaincre les résistances, et i>üur que la vitesse de diveis mécanismes que la machine met en jeu n’éprouve pas de trop grandes variations.

373. Excentriques à détente. — Pour que la détente de la vapeur puisse s’opérer, il faut nécessairement modifier le mouvement du tiroir, de façon que, la condensation s’opérant toujoms d’un côté du piston, la vapeur cesse d’arriver de l’autre; il doit donc y avoir des temps d’arrêt dans le mouvement. On ariàve à produire ces modifications en faisant conduire la tige qui dirige le tiroir par un excentrique à courbe discontinue. Pour que le tiroir reste en repos à un moment déterminé , il suffit que la portion de la courbe correspondante soit un arc de cercle concentrique à l’a.xe de rotation.

Comme l’e-vcenlrique circulaire est d’une installation plus

ÜÉTENTti DE LA VAI’EL’R.

Fig. 3*il. — Tiroir à détente.

facile, on se sert fréijueniincnt de lui pour produire la détente. A cet elTet, M. Clapeyron a imaginé de fixée sur les bords bc, b' c' du tiroir deux plaques ad, a'd', dont la largeur dépasse de beaucoup celle des ouvertures d’admission L, L' (fig. 321). Cet excédant de largeur s’appelle recouvremeiU.

De cette façon rune des ouvertures peut rester fermée pendant un temps plus ou moins long, la vapeur cesse alors d’êire admise et n'agit plus que par sa détente. La délente est d’autant plus grande ipie le recouvrement est plus considérable, sans pourtant lui être proportionnelle, à cause des variations de vitesse du piston et du tiroir. On peut d’ailleurs rendre la détente variable à l’aide de la coulisse de Stephenson, ([ui sera décrite plus loin à propos des locomotives.

374. Machine de Woolf. — La détente s'opère assez fréquemment dans un cylindre distinct de celui où arrive d’abord la vai)eur; on a ainsi ce que l’on appelle les machines à deux cylindres ou machines de Woolf. La vapeur, en sorlant du cylindre ABCD, passe dans le cylindre A'B'C’Ü' de section plus grande, et c’est dans ce cylindre (jiie s'elTectue la détenlc. Les deux pistons p et P liés au balancier montent et descendent ensemble, voici de quelle façon :

Supposons-les tous les deux en haut de leur coui-se; la vapeur arrive par A et abaisse le piston p en chassant la vapeur qui est audessous par l’ouverture ü; elle se répand donc dans le grand cylindre, s’y <létend et pousse le piston P dans le même sens que p; comme sa force élastique va naturellement eu décroissant, on donne pour favoriser l’elfet une plus grande section au piston P. Quant à la vapeur qui est au-dessous de ce dernier, elle s’échappe , soit dans le condenseur, soit dans l’air par ü'. Les deux pistous descendent donc ensemhle. Pendant cette période; l’ouverture D est restée fermée; on l’ouvre au moment où les deux

ri U B n'

Fig. 3‘2‘2. — Macliiuc de Woolf,

MACHINES THERMIQUES.

pistons atteignent le bas de leur coui’se, et on ferme C. La vapeur arrive alors au-dessous du piston, et celle qui est au-dessus se rend au-dessous de P, tandis que la partie supérieure de celui-ci est en communication par G' avec le condenseur ou Pair; les deux pistons remontent donc ensemble, et ainsi de suite. La distribution de la vapeur, que nous venons de décrire, se fait d'ailleurs à l’aide de deux tiroirs menés chacun par un excentrique convenable.

Pendant longtemps on a cru que la détente s’opérait avec plus de profit dans les machines de Woolf; mais depuis quelques années on obtient d’aussi bons résultats avec tes machines à un cylindre, qui occupent moins de place et dont l’installation est plus simple.

375. Différents systèmes de machines fixes. — Les explications précédentes permettent de comprendre les différents systèmes de machines à vapeur. Ces appareils peuvent être classés soit d’après la force élaslifjue de la vapeur, soit d’après son mode d’action, soit d’après la disposition du mécanisme et la manière dont se transmet le mouvement du piston. Au point de vue de la force élastique de la vapeur, les machines peuvent êhe divisées en trois catégories :

1“ Machines à basse pression, dans lesquelles la force élastique ne s’élève pas au-dessus d’une atmosphère et demie ;

2“ Machines à moyenne pression; force élastique de 1 1/2 à 6 atmosphères ;

3“ Machines à haute pression ; force élastique de k atmosphères et au-dessus.

Dans les machines à basse pression, la faible tension de la vapeur met à l’abri des chances d’explosion; d’autre part, les organes, éprouvant une fatigue moindre, sont moins sujets à l’usure et aux avaries. Mais ces avantages sont compensés par des inconvénients graves. La pression étant faible, on doit donner au piston une plus grande surface pour obtenir une force donnée. A cette plus grande dimension correspond une dimension plus grande de tous les organes, de sorte que la machine devient lourde et encombrante. Elle présente en outre une surface rayonnante considé-

DIVERS SYSTÈMES DE MACHINES FIXES. iSr,

rablp, par laquelle se perd une grande quantité de chaleur. D’autre part, la détente ne peut être employée dans ces machines que d’une façon très restreinte, et enfin la nécessité de la condensation e.xige l’emploi d’une grande masse d’eau.

Ces inconvénients ne se rencontrent pas dans les machines à haute et moyenne pression. Leur volume est plus restreint, elles permettent d’utiliser la détente et de supprimer la condensation en laissant échapper la vapeur dans l’air. Mais, d’autre part, l’usure des pièces est beaucoup plus rapide et les avaries sont plus fréquentes; aussi les hautes pressions ne sont pas admises pour les machines de navigation, dans lesquelles les chances d’avarie sont augmentées par l’action de l’humidité, de l’eau salée, des courants galvaniques, du roulis, etc.; c’est une des causes du volume vraiment formidable que présentent les puissantes machines de ce genre. Mais dans les machines fixes et les locomotives les hautes pressions sont à peu près exclusivement employées; toutefois on ne dépasse pas en général la limite de 6 atmosphères.

Au point de vue du mode d’action de la vapeur, la machine peut être à condensation ou sans condensation, avec ou sans détente. Théoriquement parlant, la condensation est essentiellement avantageuse, car elle augmente la chute de chaleur h laquelle, d'après la théorie mécanique (.363), est proportionnelle la quantité de travail produit. De plus, la chaleur dégagée dans la condensation se retrouve dans l’eau que l’on emploie généralement pour l’alimentation de la chaudière, ce qui est évidemment un avantage. Mais dans la pratique, la nécessité de se procurer l’eau destinée à alimenter le condenseur annule .'i peu près les avantages inhérents h ce mode d’action, et en fait, les machines à condensation sont peu répandues.

Quant à la détente, elle est évidemment avantageuse, et un simple raisonnement suffit pour le faire comprendre. Supposons que la détente s’opère à la moitié de la course, on ne dépen.se que la moitié de la vapeur qui serait nécessaire dans le cas de la pleine pression, et, par suite, que la moitié du combustible. Mais puisque le piston atteint néanmoins le bas de sa course, le travail produit est plus grand que celui que produirait la pleine pression seule. Le travail produit diminue donc dans un moindre rapport que la

M A r. H I N E S T II R R M 1 0 U RS.

iSfi

(It'pense, ot c'est en cela que consiste l'avanttige de la délenle. Cet avantage est d’ailleurs d’autant plus grand que la détente commence plus lût, comme le montre le tableau suivant. Le travail à pleine pression est pris ])our unité.

PrArtion de la courie

OÙ commence

Travail

la (li^lonle.

proiluit.

Fraclion de la cour^

où commence Travail

U détente. produit.

Une nouvelle classe de machines doit son origine à la théorie mécanique de la chaleur, ce sont les machines vapeur surchautTik*. Nous savons que le travail produit est proportionnel à la chute de chaleur; une très-grande chute est possible avec l’air, mais l’usure est énorme. Avec de la vapeur à saturation, la chute ne peut être que médiocre, A cause de la rapidité avec la(iuelle s’accroît la force élastique quand la température augmente. Mais si, après avoir ]>roduit de la vapeur dans cet état, on la fait passer dans un réservoir à liante température, on aura une sorte de gaz, mais beaucoup moins c.apable de détériorer les organes que l’air atmosphérique. Il semble donc que les machines de ce genre soient appelées à un véritable avenir; déjà des essais très-nombreux ont été faits et ont donné des résultats qui, sans être encore très-précis, peuvent être considérés certainement comme ne démentant pas les pré.visions de la théorie.

376. Nature et disposition des organes mécaniques. Au point de vue du mécanisme, les machines à vapeur présentent des dispositions assez variées. Dans les machines à basse pression on a conservé assez généralement le parallélogramme articulé et le balancier; mais dans les machines à haute et moyenne pression la disposition est ordinairement plus simple. La lige du piston, guidée par une glissière, est simplement articulée à une bielle, articulée elle-même à la manivelle du volant. Le cylindre |ieut être d’ailleurs ou vertical ou horizontal, quelquefois même incliné. La figure 323 représente une machine de ce genre à cylindre vertical