MACHINES A VAPEUR

d05. Cet Aacliinessoiitdèvbiiues, depiiu un peili hombre d^années,d^une application si générale dans les arts, que l'histoire doit en trouTer place même dans les outrages élémentaires.

Le jeu de ces machines est fondé sur le déreloppement de la force élastique de la vapeur d'eau par la chaleur.

La force motrice de la Tapeur remplace généralement, avec une supériorité incontestable, la force de Thomme^ des animaux, de l'eau et du vent. L'emploi de cette force a produit une révolution cbns toutes les parties de l'industrie.

Lea anciennes machines étaient li simple effet ; dans ces machines la vapeur n'agissait que sur une des deux faces du piston. Presque tontes les machinés employées aujourd'hui sont à double effet ; la vapeur agit alternativement sur les deux faces du piston ( Foy^jB le n» 308. ) On les distingue en machines i bcuse, k moyenne et à haute preseion. Dans les premières l'élasticité de la vapeur est comprise entre une et deux, dans les secondes entre deux et trois atmosphères} dans les dernières elle est supérieure à trois atmosphères. Les machines à basse ou à moyenne pression sont avec condensation , c^est-à-dire que la vapeur y est condensée par de l'eau froide li la sortie des cylindres, tandis que les machines i haute pression sont quelquefois employées sans condensation ; la vapeur passe alors immédiatement dans l'atmosphère après avoir produit son effet sur le piston.

Enfin on appelle machines h moyenne ou k haute preeeion avec déiente, celles dans lesquelles on met à profit la détente on le débandement de la Tapeur; res machines sont k un seul pu à deux cylindres. Dans les premières, la détente s'opère pendant une partie de la course du piston j dans les dernières , elle a'opère dans le plus grand cylindre , qui est destiné à cet effet et sans que (la communication avec la chaudière soit alors interrompue comme dans les premières.

Mous nous bornerons à parler avec quelques détails des trois principales machines , 1» de Watt, 2» de "Wolf, 9° de Trevithick. Néanmoins, afin de faire voir de quel point on est ]^urti et comment on est parvenu à construire les machines actuellement

employées, noné donnentns une desrription luccincte de la machine de Ifewconimon. Ce que nous dirons de ces machines suffira ponr faire compreodic toutes tes autres.

Machine de yeiPeommenetdeCawky{àtmfk efety

906. Pour donner d'abord une idée de remploi de la Tapeur comme force motrice, noos supposerons qu^on veuille faire jouer le piston d'tinu des pompes que nous venons de décrire, n« 289. Soit f ce piston qu'il s'agit de faire monter et descendre dana le corps de p«npe ÂB {fiy. 186}. A cet effet, on attache la tige du piston k une chaîne qni s'enroule sur une des extrémités d'un levier arqué Cd O ly, mobile autour du centre 0. Si une cbîne est semblabtement dis|Kisée à l'autre extrémité, il est visible qu^cn la tirant de haut en bas on fera monter le piston P, Supposons mainteniotqoele piston /" soit assex pesant ponr qu'abandonné à lui-même il parvienne au fond du corps de pompe; si l'on tire de nouveau la chaîne C /?* P* , on fen monter le piston, et ainsi de suite.

On fera monter et descendre le pistoo pir k moyen de la vapeur seule, en plaçant une chtndière sous le corps de pompe A' B'.Lsl tempénturedeU vapcnr sera plus ou moins supérieure à 100 degrés; elle peut être introduite k volonté dans le ctffpsde pompe par le moyen d'uu robinet H qni sert à éUbw la communication entre la chaudière et le corps de pompe. ÏIrt petit canal latéral t h, s'ouvranlde dedans en dehors est destiné & donner issue « r>irqa> se trouve sous le piston. Supposons celui-ci parrenB au plus bas point de sa course, il ne laissera audessous ;de lui qu'un petit espace rempli d'air; si l'on ouvre le robinet R , la vapeur se précipiu:" dans le corps de pompo sous la base du pisio» . chassera l'air par le tuyau i h, se dégagera «a»' ^ partie par la même soupape, et, par sa force de ressort, fera monter le piston f. Bientôt le contrepoids ïf'fcra descendre P et monter F'. Lorsque « dernier piston est arrivé au plus haut |ioinl de » course, l'ouvrier ferme le robinet /? , et en fflcffc

HACIUHES A VAPEUR.

leops introdaii par 1« tuyaa latéral « ti on oonniit d^eso froide qui condense la Tapeur ; Peau proTenant de cette eondensafioniâniai que Tean d'injection , l'éooole par le tuyau o mj et oomme l'air de la partie inférieure du ooipa de pompe a été eipuUé, il se prodnit un TÎde fc peu prés complet. La presntm aiwnjUàriquê agît sur la base supérieure du piston P', le lait descendre et en même temps fait monter le piston P,

Le tnyau par lequel s'écoule Teau du puits est maïqué par K; celui par lequel le réserToir A est eotretenn plein est désigné par J7.

La vapeur ne sert pour ainsi dire qu'à faire le vide umâ le piston f. Celui-ci descend pressé par le poids de Tatmosphère et entraîne le pistou principal P dans un mouvement contraire. C'est pour^ quoi 00 appelle cette maxAàjaib mach'm9 atmoêphé-

L'eaa a toajours au moins 100 degrés au moment où la Tapeur se précipite sons le piston j la tempéntarertrélastictté a'en augmentent pendant que le robinet A est fermé. Pour éviter que la chaudière ne aère, on adapte au haut de celle-ci une soupape ^quis*oo?re do dedans en dehors aTOc un effort conan et déterminé. Tant que la Tapeur n'a qu'une force élastique égale à la pression extérieure j on plot faible, la soupape reste fermée ; mais si elle devient égale à la pression de l'atmosphère, plus à la résistance de la aoupape, celle-ci s'ouTre , la vapeur se dégage , et il n*y a point d'explosion à cnindre. lais comme la soupape pourrait bien ne liu céder an moment opportun, il est bon de donner de la solidité aux cliaudiêres.

307. Cette machine présente plusieurs incouTéuiens graves ; elle occasione une perte considérable de vapeur, puisque le piston et le cylindre étant refroidis à chaque injection d'eau froide, la Tapeur, an moment de son entrée dans le cylindre, se con- <iease en partie. Un second défaut, c'est la nécessité d'oDonvrierpour fermer et ouTrir à propos le robinet dujectionet le robinet de la chaudière à Tapeur , cardans une bonne machine l'action du prunier moteur deit mettre toutes les parties en mouTcment MBS aucun secours étranger. Dans la machine de Sewoommea, qu'on trouTe dans quelques exploitations , las robinets sont oUTcrts et fermés par la Buehine même. On rapporte qu'un enfant, chargé du soind'ouTiir et de fermer les robinets, imagina an mécanbme qui le dispensa de ce traTail.

Cette nuu:hine quoique très imparfaite , est snpérienreàcequ'on aTait imaginé d'abord. C'est la nacbine de SaTcry perfectionnée par Newcommen et Cairley.

Machine de Watt {basse pression).

306. Watt, constructeur d'instrumens à Glascow , frappé de la destruction de la quantité énorme de vapeur qu^occasionait l'injection d'eau froide dans

le eylindro mène, eherolia les moyens d*opérer oette injection dmt un Tase séparé. Il appela ce Tase condimsifir. Nous savons que si le condenseur. est vide d'air et en communication avec le cylindre au moment de l'injection d'eau froide, la vapeur s'y précipitera complètement. Il ne s'agit plus que d'enlever l'eau et l'air du condenseur, afin d'entretenir celui-ci constamment vide. Une pompe aspirante, fixée à la machine, est chargée de ce soin. Ilans ces premières machines, U forme do condenseur ne permettant pas l'extraction complète de l'air, on était obligé, k la reprise du travail, de laisser échapper de la vapeur qui chassait l'air à travers un tube appelé retdfar. Dans la machine de Nevrcommen, la libre admission de l'air sur la sur£ace du piston était nécessaire, et même, afin d*empècher le passage de la vapeur entre le cylindre etle piston, on couvrait celui-ci d'une couche d'eau froide, qui dans le mouvement du piston mouillait et refroidbsait le cylindre. La machine de RevrccMnmen ainsi perfectionnée était à wimpU effet .* mais Watt conçut bientôt l'idée hardie de supprimer tout-&-fait la près* sion atmosphérique, et de ne faire dépendre le mouvement du piston que de la seule force de la vapeur , an mettant successivement oette vapeur en communication avec l'une et l'autre face du piston , et en faisant au même instantle vide sur la faoe opposée. Il employa une vapeur d'une élasticité égale ou un peu aupérieure à la pression atmosphérique , et , pour empêcher l'accès de l'air, il ferma le cylindre par un couvercle appliqué solidement. La tige du piston entre à frottement dans le milieu de ce couvercle. Ainsi, dans la macdiine de Watt, il y a économie de temps et de conibustible, puisque chaque course du piston est efficaoe et qu'il n'y a pas de vapeur employée inutilement li maintenir le cylindre et le piston à un degré de chaleur élevé. Il parait que l'économie va jusqu'aux trois quarts de vapeur exigée par la machine de Newcommen . Aussi Wutt fit une très grande fortune , et acquit à son pays des avantages immenses sur le» nations rivales. L'Angleterre reconnaissante vieut de lui élever une statue.

On voit dans la fy. 104 une coupe verticale de la machine de Watt, perfectionnée et telle qn^elle est employée aujourd'hui .

La vapeur passe de la chaudière flans rintervalle laissé entre le cylindre À A' et l'enveloppe CB, Par le mécanisme d'une soupape à tiroir (eoy. plus loin), elle vient alternativement au-dessus et au-dessous du piston P, La tige T du piston est maintenue verticale par le moyen d'un paralléiogramara L K. Le mouvement du piston se transmet au balancier / ZT; k ce balancier est fixée une bielle M IV, qui fait tourner un arbre de couche R, dont le mouvement est régularisé par le moyen d'un volant. Ce mon» vement rectiligne du piston s'est ainsi changé en un mouvement de rotation. L6 régulateur est en /. ( Koyejs plusJoin, Régulateur,)

Pour faire monter et descendre alternativement

■ACHIRES A HAVn PBE8SI01I.

le tiroir ^, oo • place un excentrique eurrcie du volant. Le coUier néteUigue dans leqnel •• ami cet excentrique wt fixé k m triangle # « •• Le aommet de ce triangle cet boulonné aTco nn lerier coudé sqr,q repréiento Taxe fixe autour duquel tourne le levier. L^excentrique fait avancer rt reculer Textrémité « du triangle s « c, et imprime au levier un mouvement de va et vient.

L'extrémité r de ce levier faitmonter et descendre la tige E. Le même levier fait fermer et ouvrir la aoupape du condenseur; de cette manière, i chaque précipitation de la vapeur dans le condenseur O, il s'y fait une injection d'eau froide. La pompe à air if p' enlève l'eau du condenseur, et la porte dans un réservoir aa', d'où, par le moyen de la pompe alimentaire Ij», une partie passe dans la chaudière, et l'autre partie s'écoule au dehors. En f est un clapet qui permet le dégagement de l'air de l'eau de condensation. K le réservoir d'eau froide , entretenu plein par la pompe t"p"^ communique avec oupuitaouaveo une aource quelconque d'eau froide.

Enfin des ouvertures placées à des hauteurs convenables empêchent que les réservoiw aa' tibb' ne soient jamais complètement remplis de liquide.

Machiné de Woo^ {à moyenne pression etâ détente).

309. Il existe des machines à deux cylindres dont Tinvention date de 1781. A. cette époque, Homlower prit un brevet d'invention pour une machine à deux cylindres, agissant à une atmosphère.

M. Woolf a employé depuis de semblables machines à la pression de deux à trois atmosphères (1).

Dans ces sortes de machines la vapeur de la chau* diére a une température supérieure à 100 degrés; les deux cylindres ont une même hauteur , et des bases proportionnelles à l'expansion qu'on veut donner à la vapeur. Par exemple, la force élastique de la vapeur dans la chaudière ou dans le petit cy> liudre , étant de trois atmosphères, le grand cylindre aura une base d'une dimension trois fois plus grande que celle du petit, si Ton veut détendre jusqu'à' nue atmosphère environ ; mais il y a avantage & porter la détente jusqu'à une demi-atmosphère. La température du condenseur étant de .40o, la perte en pression, malgré la détente, se trouve encore de 0,07 d'atmosphère. Jusqu'à quel point est-il possible d'affaiblir cette perte par une plus grande expansion de la vapeur ? C'est ce que la pratique peut seule apprendre.

Les deux pistons sont attachés à l'extrémité du même balancier , de sorte qu'ila s'élèvent et s'abaissent en même temps. La vapeur entre d'abord dans le petit cylindre, puis elle passe du haut de ce cylindre dans le bas du grand cylindre ,et, au con-

(i) MM. Steel et Aiikin ont modifié le système de "Wuolf en proposant trois cylindres au lieu de deux.

traire, du bus du petit au haut du gnad {fg, XU). La vapeur ne se précipite dana le oondeasenr qu'après avoir agi sur le petit et sur le grand ptitos. Pour maintenir la température des denx cyliadm toujours à peu près au même degré, I. Woolf lu enveloppe d'un troiaièrae cylindre en fonte ;deai tuyaux venant delà chaudière communiquent, Tio à k partie supérieure de l'enveloppe, l'svtre à h partie inférieure. Cest de cette enveloppe qot ii vapeur passe dans la petit cylindre. Oo a proposé d'échauffer cette enveloppe par un foyer ptitici»lier ; mais ce projet a été abandonné.

310. Les machines à deux cylindres cet zeço diverses modifications. Rous joindrons ici ladeicription de la machine que M. H. Edwards a ioqNrtée en France.

Elle est vue de face dana la figure 180.

À Â, plaque de fonte sur laquelle U mschtMest assise.

^ ^ est le niveau du sol. Aiin de mettreà no la diverses parties de la UMchine, on a soppoiéki enlevés tous les massifs de maçounerie éltàlii en AA eienB B, •

C C, balancier formé d'une seule pièce de foate, supporté par un appui a a qui varie de krm tdoo la force de la machine et les localités.

D D, volant eu fonte, composé de six fcgness assemblés par des boulons.

£ j tuyau qui conduit la vapeur de la duadiére à l'enveloppe des deux cylindres.

FF, bielle qui transmet le mouvemaot i Itmnivelle du volant.

ffH, parallélogramme de la tige du piston.

I, condenseur formé par le fond du cyHodrede la pompe à air.

K Lj tuyau qui conduit la vapeur du grand cylindre au oendenseur.

ilf , petite pompe alimentaire qui puise use portion de l'eau du condenseur pour la porter dass Ij chaudière. L'excès de l'eau de condenntion est versé au dehors par la pompe à air; cet excès peot ètr() utilisé pour dea bains, etc. Un robinet r est destiné à régler la quantité d'eau chaude qnidwt entrer dans la chaudière. Cette eau y est poitée par le tuyau r q,

P , modérateur à force centrifuge.

QB, levier qui communique du nodéntew»

la tige du robinet d'introduction de la vapeur.

Ud robinet règle la quantité d'eau fioide iolroduite de la bacho dans le condenseur.

On n'a pas figuré de pompe à eau froide. £Q<! °^ analogue à celle de la machine précédente.

Depuis plusieurs années M. Edwards a introduit différentes améliorations de détails qu'il est iop^' sible de faire connaître dans un ouvrage éleDeotaire.

JIÊachmee à haute pression.