Il existe aussi des machines à haute près
HODÊRATKtm, PISTONS.
sioD, dans lesquelles la Tapenr a une élasticité de huit et même de dix atmosphères. Ces machines Mt poar caractère d'agir sans condensation de la Tipeor. m. OlÎTier S^ans et Trerithick en «ont établi nu grand nombre en Amérique. Elles ont été employées a^ec succès dans les mines du Pérou. Elles sont surtout avantageuses pour les machines locomotÎTCs (chariots à TapeUr) : les chaudières de CM tortes de machines doivent être très solides ; h Tapenr passant dans l'atmosphère à une température élevée , la perte de force est considérable ; cette perte pourrait être diminuée par Pemploi de h détente.
On n^emploie guère que des pressions de quatre à cinq atmosphères, dans les machines à haute pression Bans condensation , attendu que des pressions plus élevées entraînent plus de réparations, causent Umjonrsmie perte considérable de vapeur, et enfin offrent plus de danger.
31S. Apvèe avoir fait connaître les machines k vapeur les plus importantes , il est utile de donner quelques détaib sur les principales parties de ces machines.
313. Modèraiêwr. U fig. 102 représente cette partie importante d'une machine à vapeur. Le modérateor sert, comme nous l'avons dit , i régler i'onvertnre. de la soupape d'introduction de la vapeur.
Le piston principal oommoniqne à la tige a ft un mouvement de rotation; une bride o d, fiiée sur la tige ah, percée en e et en 4» reçoit les leviers Ip fiq fc; la couronne m n porte un cylindre creui , glissant à frottement , et pouvant soulever le levier rv, anciud est fixé le robinet d'introduction. Si le mouvement de rotation de l'axe h s'accélère , la force centrifuge éloigne les masses A et j»^ la conronne « n s'abaisse , et par .suite le robinet tourne de manière à laisser entrer moins de vapenr. Doe diminution dana la vitesse du mouvement de Taxe a h produit un effet contraire.
314. PisUm, Le piston le pins communément employé se voit dans la fy, 187. Il consiste en deux plaques mnéLeq^ fixées Tune à l'autre i l'aide de vis ; rintervnUe 4 17 des plaques est rempli avec de la filasse imprégnée de suif; i mesure que la filasse est usée, on rapproche les plaques. Ce piston convient dans ka machines à basse pression; pour les machines à haute pression , dans lesquelles la filasse est rapidenwnt usée, on Ta remplacé avec avantage par un piston métallique.
La fy. 188 doMM uiio section d'un des pistons BcUUiqnes les plus avantageux. Ce piston est compote de six pièces de cuivre ; trois pièces A, B tiC <oDt des segmens; entre les segmens sont des coins a, è et c ; des ressorts serrent les coins et les ftcgmens contre le corps de pompe ; à mesure que
les segmens s'usent , les coins , poussés par les ressorts , entrent plus avant , et rendent toujours le piston parfaitement cylindrique. Des pistons de ce genre peuvent servir pendant plusieurs années sans réparations.
Une condition importante à remplir , et sans laquelle la destruction de la machine serait prompte, est de rendre le mouvement du piston rectiligue. On remplit cette condition approiimativement à Taide des moyens suivans :
Dans les anciennes machines , on adapte à la tige du piston une chaîne de Yaucanson qui s'enroule sur l'extrémité du balancier, comme on le voit dans la machine de Nevrcommen {fy, 186). Dans les macKines à double effet , où la tige du piston est poussée avec la même force dans son ascension et dans sa descente , un antre mode de conserver le mouvement rectiligne devenait néoessaîre ; on l'a obtenn par le parallélogramme. Les fy, 180 et 104 en présentent un modèle.
La fy, 802 représente un mode plus simple et employé avec succès dans les michines peu considérables. Une bielle attachée à l'extrémité du balancier porte deux galets , un de chaque cété, qui pressent sur les montans il it ^ et maintiennent lo piston dans une direction verticale.
916. Soupapes pour U passage de la vÈipetir, La fig, 106 fera concevoir le jeu des soupapes , à l'aide desquelles la vapeur passe de la chaudière dans le cylindre , et de celui-ci dans le condenseur.
On désigne par À le tuyau qui conduit la vapeur de la chaudière sous le piston, par B C le tayau aboutissant au condenseur D , par mneUpqj deux boites partagées chacune en trois compartimens , dans lesqueb sont les soupapes a,h,c, f, s'ouvrant par le haut*; chaque boîte communique avec le fond et le haut du cylindre. Dans le compartiment du milieu de chaque boîte , est une commnttication en A et en /^ qui réposid au haut et au bas du cylindre. La vapeur arrive par le tuyau À dans la chambre supérieure de la botte «m, et passe par le tuyau E dans la chambre supésieore de la boite d^en bas.
La soupape a étant ouverte, le dessous du piston sera en communication par l'ouverture / et le tuyau B C, avec le condenseur D , dans le même moment, la soupape h étant ouverte , la vapeur pHssrra du centre de la boîte d'en haut, au-dessus du piston , par l'ouverture h. Si les soupapes a et è sont fermées, et que les soupapes/* et c soient ouvertes, la vapeur de la chaudière arrivera au-dessous du piston par Tonverture /, en sorte que pendant que la vapeur de la partie supérieure du cylindre est en communication avec la chaudière , la partie inférieure communique avec le condenseur.
On a imaginé divencs autres soupapes. Nous citerons particulièrement les soupapes à oeiuUsse ou à tiroir; ces dernières présentent Tavantage important de se conserver beaucoup plus long-temps : 1 le frottement qu'elles éprouvent ne les rend que
■ACaniS A VAPEUE.
plos propre» à remplir leur objei ; «Uet sont généralement employées dane les nomrellti machinât. On en voit un dessin dsns la /S^. 107.
La Tapeur arrive par le tuyau T dans AB CD, caisse qui en renferme une seconda E F. Cette deruière glisse k frottement contre ^ 7/?^ par le moyen d^une tige ▼erticale ffKpqok traverse en K unelioite imperméable à la vapeur. Trois conduits PS, PS tARV, partent de U ïhMi^âBCD.
Le premier ooomiunique avec la partie supérieure du cylindre ; le second avec la partie inférieure | et le troisième avec le condenseur. La vapeur de la chaudière se rend ati-dessus du piston par P iS?^ et la vapeur du dessous du piston passe dans le condeueur par les tuyaux Fil et F &, Si la boite E F monte, la vapeur de la chaudière commumifuera pur P S avec le dessus du piston , etc.
316. ^oMpopsi fis «drsiés. Les soupapes de sûreté consistent en général en une plaque métallique, s*appliquant exactement surrouverture rodée d^nne tubulure de la chaudière {fy, t04) : Tinvention en est attribuée à Papin. Elles sont destinées à laisser échapper la vapeur aussitôt qu*elle aura une élasticité qu^on ne veut pas dépasser. Si le poids était appliqué immédiatement sur la plaque, il faudrait 1 kil. par centimètre carré ; mais comme il est fixé & T^tiémité d*un levier e d f, il peut être diminué. Qiaque chaudière a une épaisseur déterminée pour une pression donnée ; on augmente cette épaisseur à mesure qu^on veut opérer & uue pression plus éle^ ▼ée. Les ouvriers chargent souvent imprudemment le% soupapes; Tautorité, sur un rapport de T Académie , a arrêté que chaque chaudière aurait deux soupapes , dont une serait sous clef j enfin dans la crainte que ces soupapes, privées par un long usage d'une partie de leur mobilité , ne Jouassent pas au moment opportun , il a été ordonné que chaque chaudière présentersit encore deux rondelles d'alliage, de grandiprs inégales , fusibles , la plus petite à lOo et la plus grande à 20» au-dessus de la Jimite. On sait que Tétain , le bismuth et le plomb forment par leus combinaison un alliage fusible & 100 degrés, à 110 , etc., selon les proportions. Pour empêcher que cette espèce de soupape ne cède long-temps avant d'avoir acquis la température de la fusion , on la couvre d'un réseau nïétallique à mailles serrées.
L*inoonvénient réel que présentent les plaquas fusibles , est d'être détruites tontes les fois qu'elles laissent échapper la vapeur.
On a proposé aussi de faire usage de lames minces qui céderaient sous une pression déterminée.
L'expérience a prouvé que la soupape cède toujours avant que le manomètre ait atteint le degré de pression marqué par le poids supporté par la plar que de la soupape.
M. Gamier a proposé de diminuer le bord reposant sur l'ouverture delà chaudière.
La plus sûre des soupapes serait peut-être un tube plein de mercure, adapté k la chaudière , sem-
blable aux tubes à boules des apparaib èe cfainîe {fy. 108 }. K. Edvrards a lait des estais tor ce Mijd.
Enfin il nous semblerait encore pins facile de fùre plonger 4ans un bain de mercure un tube reooorbé de la forme /i^. 100 : ce tube présenterait on espace A B asset considérable pour recsToir tout le mercure dans le eu d'absorption. On trouTenit flottement un endroit pour le placer à coté de U chaudière. Ce moyen est applicable ani nachioo dont la pression ne dépasse pas trois à quatre atmosphères, c'est-à-dire à presque toutes kimchines & vapeur employées.
317. Soiipapêtimtifiiuru, Ces soupapes t'ooTRot du dehors en dedans et sont destinées à dooiier accès à l'air extérieur, dans le cas où il s'opérerait ni vide dans la chaudière, par suite de U oondeoittion subite d'une partie de la vapeur. L'emploi de ces soupapes est donc propre à empêcher récrasement des chaudières.
818. Chamdièfu. Les chaudières soot en coinc, en tèle ou en fonte. .
Dans les anciennes machines elles présentai oie forme presque sphérique au dehors, et on plan dam la partie en contact avec le foyer. Depoii plosiesn années elles ont été singulièrement modifiées et perfectionnées.
Bans les machines & moyenne et à hante pression, la chaudière consiste en deux toyaoi de fonte cylindriques appelés BomUêun^ placés horixonialementi côté l'un de Tautre, et au-dessous d'nn cylindre d'une capacité plus grande {f^. 186). Au centre du cylindre supérieur , on résertoir de npeur, est une ouverture m assex grande pour permettre à un ouvrier d'en examiner, au besoin, iwtérieur. Plusieurs antres ouvertures pins petites sont pratiquées pour les soupapes de snreté, ia rondelles IVuibles, et l'introduction de l'eanchaade.
Ces chaudières sont asset employées sujounThoi. Ajoutons que la flamme, après avoir chanIKIo bouilleurs, passe autour de la majeore partie da grand cylindre.
Dans d'autres systèmes, on a multiplié les bonilleurs. Les petits tubes sont surtout néoeasairesdans les machines à haute pression, parce que la rôistance de ces tubes est en raison inverse de leurs diamètres.
n y a des chaudières formées de deux eylindrei concentriques; la flamme du foyer passe dans Taie commun ; ces chaudières sont appelées d/bytri"' tériêmt.
La fy* 200 représente une chaudière d'nne mchine i basse pression avec tous les aoceooires.
310. MmnmÊHn, U manomètre des machinai vapeur est un tube de Mariette en commoniestion avec la chaudière, et scellé dans un mor voisin {fis* 201 ).CetubesesaUtet est horsdeaerticean bout de quelque temps; mais il présente nn antit inconvénient plus graod \ c'est qu'il ne donne qu'inexactement la pression de l'intérienr de » chnudière , parce que, le tube de vtnre étant in^
AVANTA6SS COlPAltATITS.
^IpmeDt pressé «a dehors et en dedans , cède et augmente de capacité. Il noos semble quMI serait utile de remplacer cette éproa^ette par an tube OQTert [fg, 807), pour les machines à moyenne et k basse pression : la hantenr du mercure dans le tobe ouTcrt, augmentée de la hauteur du baromètre à rextérienr, représenterait la pression de l'intàienr de la chaudière. Pour les machines locomolÎTes à haute pression , ne serait-il pas convenable de faire usage d*une éprouTette {fig. 208) dans laquelle le tube gradué, étant également pressé en dedans et au dehors , indiquerait exactement l'élastictté de Tair ?
320. Du Volamt. Fîtx-Cerard s*est servi le premier do Tolant pour régulariser le mouvement des macfaiaes & vapeur. Sans le volant , ces machines ne poarraient guère servir qu^à élever Teau d^un puits, les pierres d'une carrière , etc.
Le volant n^angmente pas la force effective de la machine , et même il la diminue d*une quantité dépendante du frottement de son axe , et de la résistance qu'éprouve son mouvement dans le milieu' environnant| mais il est propre à régulariser la vitesse de Tarbre de couche.
Le volant le plus généralement employé aujourd'hoi est celui qu'indique la fig, t04.
On trouve encore aussi quelques machines où il a la forme représentée dans la fig, 206.
Quelles sont les dimensions à donner au volant dans les différentes machines? C'est une question qui sort du plan que nous nous sommes tracé.
( Voges les Additions à l'ouvrage de Bélidor, où I. Ravier a traité cette question i fond. )
Avantages eomparatife d$ê diverses Machines.
32t. Quels sont les avantages des diverses machines à vapeur ? Ces machines , comme nous l'avons déjà dit, sont de trois espèces, c'est-à-dire à basse, à Doyeone et à haute pression.
La consommation en combustible et les frais d'entretien des machines, eu égard à leur travail utile, sont les deux élémeus dont on tient particu- Uérement compte pour accorder la préférence à une espèce de machine plutôt qu'à une autre. La consommation en combustibles est moindre avec la machine à hante pression et à condensation qu'avec la machine à basse pression, et les frais d'entretien plus considérablet. Le rapport de ces deux élémeus dépend des localités.
On emploie beauooup de machines à un seul cylindre et à détentes dans les mines profondes , manne celles de Comouailles. Ces macliînes sont à simple effet, puisqu'on n'introduit de l« vapeur •or le piston que loisqu'il descend et pendant une partie de la course. Lorsqu'il remonte, la partie sopërieuie et la partie inférieure eommmiiqnent enmais aneone d?eUes ne oommiinîqiie ni
avec la chandièTb ni avec le condenseur. Le piston ne remonte que par la réaction du poids des pompes qu'il a soulevées.
S22. Les machines à vapeur des différons systèmes exigent pour leur service des quantités d'eau plus ou moins grandes.
La quantité d'eau que les machines à vapeur exigent pour leur service est d^auiant phu grande qu'elles sont phu puiesaniee ; elle est dans tous les cas asses considérable pour qu'on ne puisse pas la iraneporter sur place, conune on le fait pour le combustible. En conséquence , il peut arriver qu'il y ait asset souvent impossibilité d'employer ces machines dans les lieux qui seraient cependant les plus convenables pour des exploitations, etc., surtout lorsque celles-ci exigent des machines d'une grande force.
H. Madelaine, capitaine d'artillerie, est parvenu à faire servir de nouveau Teau de condensation eu lu refroidissant; il a pu ainsi alimenter sans difficulté une machine delà force de six chevaux avec I/IO seu. lement de la quantité d'eau qui aurait été nécessaire . D'après M. Madelaine , un d^sfième représente mémo une limite qu'on n'atteindrait pas pour des machines de plus en plus puissantes. Nous sommes obligés de renvoyer pour la description du moyen em ployé , an mémoire inséré dans le Bulletin de la SecHié ePEneouragemeni , du mois de juin 1827.
323. Ou compare ordinairement la force d'une machine à vapeur à la force d'un cheval. La force attribuée à un cheval n'est pas la même dans tous les pays. ■. Navier, en combinant les résultats les plus dignes de confiance, a trouvé qu'on pourrait représenter la puissance mécanique d'un cheval attelé à un manège, marchant au pas, et travaillant huit heures sur vingt-quatre , par 40 Ifi kilogrammes élevés à un mètre de hauteur en une seccmde de temps. L'unité dynamique, ou la force du cheval de feu, est variable pour les différons constructeurs; Untôt elle est portée à 60, 70, 76 et à 80 kilogrammes. Une machine à vapeur de six chevaux sera une machine capable de faire six fois ce travail. Les besoins ordinaires n'exigent que des machines de six à dix chevaux , mais il y en a de cinquante , de cent, et davantage. On voit même, dans les mines de Comouailles , des machines qui ont la puissance de cinq cents chevaux.
L'unité dynamique , adoptée pour la mesure de U puissance des machines, n'ayant rien de précis ni de légal , pourrait souvent donner lieu à des cou. testations ; U était à désirer qu'on eût un moyen simple et rigoureux d'estimer cette puissance. Voici celui qu'a proposé M. Prony .
Ce savant géomètre fixe à l'essieu dn volant de la machine à vapeur dont il vent connaître la puissance, un appareil auquel il donne le nom de frein {fig. 20e). Les parUcs CFei CF' se fontéquUibre, c'est-à-dire que leur centra de gravité passe par le centre de l'axe; mais le poids additionnel P tend à faire toomer le frein en sens opposé du mouvement
HACHIRI8 A VAPBim.
du ▼oUni andiqud |iftr la llàchc. Pour reipérÎMce, on suppose le frein serré sur Tarbre du Tolint, de telle manière que , pendant le mouTemeot de ott essieu, la branche C F wt tienne horiiontale, condition qu^on remplit à Taide des boulons M, on.
La question se réduit à déterminer fêfêi dymamiquê produit quand le frein est rendu horiionta] pendant le mouTument de la machine ( 1 ).
3d4. On est conTenu de prendre pour unité dynamique un mètre cube d^eau élevé & un mètre de hauteur.
lo Pour les machines à condensation sans détente , le calcul de Tcffet se fait d'une manière fort simple.
Soit T la température de la rapeur de la chaudière; soit ^la force élastique de la vapeur à cette température; soit ila température du condenseur, et A la force élastique correspondante ; soit il la base du piston , L sa course, ce pbton sera poussé pari?£irnioinsi7£A, ou B L(n—h).„.{\)
SiB eiL sont exprimés en mètres , et ^et h en hauteurs d'eau, le résultat sera le nombre de mètres cubes d'eau élevés à un mètre de hauteur.
2»Le calcul pour les machines & détente peut se faire très approximativemeut, à l'aide des principes élémentaires. Soient b la base du petit piston; I sa course; ff, Télasticité de la vapeur dans la chaudière et dans le petit cylindre ; B,, l'élasticité dans le grand cylindre ; h l'élasticité dans le condenseur : après la détente totale , on aura , pour la pression
exercée sur le petit cylindre ^bl^ff,-^ ,
La pression exercée sur le grand cylindre sera
B L ( fc). On aura pour la force to-
( I ) Soienl P le poids attaché au point If;
R la distance entre le centre de gravité de ae poids , et l'axe de l'e«siea:r le rayon deressien ; « le rapiwrt de la drconféreneeau diamètre ;
QCumté dynamique, égale à un poids eonvenii, multipliée par une hauteur également convenue , à laquelle on suppose ce poids élevé pendant l'unité de temps;
iirie nombre d'unUèê de force mesurant lelFei dynamique, qn'il s'agit de déterminer.
M. Prony, à l'aide de quelque* eoBsidèraticas maihé-
natiques, parvient à la reUlionJf= ■ , ànk%
Q Uquelleir , P,R, Q, kiuI connus. N ee\ égalât, nombre de révolutions dans un temps donné, divisé par
K lenonbrcd'nnitésdeiampB; •■a— =jV.(yoyesiiiii.
T de$Âlm.,i, 12, p.9iî€M«i. rf«Cà,t. i0,p.ifl6.)
tala imprimée aux deux pistons par la vapeur,
n faut se rappeler que ce calcul n'est qu'une ipproximation. La vapeur dans le petit cylindre s a pas tout-è-fait la même élasticité que dans U chaudière; d'une autre port, les moyennes arithmétiques ncsoDt pas non plus très rigoureuses. Enfin , pour Caire le calcul, on devrait déterminer B ^ en admettaot que la vapeur suit la loi de Mariotte dans ion expansiM (ce qui n'est pas très éloigné de U vérité Ida pressions peu élevées), on écrira donc la proportioa
B^lB,^:lB Llbl, d'où B^, = oa
BL B ( t et f étant en général égaux ). Quoi qu'il en soit, ce calcul suffit pour donner une idée de raTioUfe de l'emploi de la détente de la vapeor.
ÂppUcaiùm. Soit ^ = 24; è = 10; 7' = 1#';
U Uble no 149 donne B^ = 2»,fi8 et i = 0«,040.
En multipliani B, eih par 13,fiB6, densité de mercure, on aura les hanteun en etn.
On trouvera )i Taide de ces données, «t parler formules ( l ) et ( 2 ), le rapport entre les effets dynamiques d^uoe machine de Watt sans détente, et ceux d'une machine de Woolf avec détente.
325. Détermination du maximmn defei js* p< produire la quantité de vapeur formé» par k cmbustion d^uu kilogramme de charbon, éantv^t machine ordinaire.
Bo la pression de la Tapeur] dans le cylindre, f
B^ la pression dans le oon- /en haoteon d'eau i denscur, I
P le poids d'un mètre cube d^eao , à h néne densité que celle qui doune les hauteurs iTo et^,;
To le volume de la vapeur ; Teffet de cette npenr est donné par la formule P Vo Bo^P Bi^Oi^^
(B, \ 1 ] j c'est-à-dire I* p"*' Bo^ sion exercée sur Tune des bases do piston par la vapeur de la chaudière , moins la pression exercée par la vapeur du condenseur.
B, 1 — ^ est connu en nombre; il oe reste k cii- Bo culerquei> JETo Ko; dans cette «pression, il n'y < que Fod'MConan. U ne s'agit done quedetrorrtf oetle quantité, oe qu'on peut aisémeot faire, pv ce qui a été dit sur Iti vapcun et les gsi. Sif» appelle iif k preseioB , et F le volnne de Is Tspov
