DENSITÉ DES VAPEURS

i\e à ébullition, et mis en communication avec un flacon n, entouré d'eau à température ambiante, et qui communique par le tube / avec un manomètre rométrique (879). On raréûe Tair du flacon, et quand Teau est en ébullition 08 Tétuve, on ouvre le robinet r. L*eau du ballon B distille alors et vient se idenser dans le flacon. Au bout d'une heure, on mesure la pression sur le tDomètre barométrique, et Ton ferme le robinetr. On sépare ensuite le tube du !loD, de celui du flacon ; on desséche le premier, et Ton pèse le ballon, en pre- Ht toutes les précautions indiquées pour la mesure de la densité des gaz (879). répète ensuite l'expérience en raréfiant beaucoup plus l'air du flacon. La 'érence P des poids du ballon dans les deux expériences, donne le poids de rapeur qui le remplit sous une pression égale à la diflérencë h des forces stiques obsei'vées, et à la température T de l'étuve. En représentant par p )oids de l'air sec qui remplirait le ballon à O'' et sous la pression de 760"*°*, ' a le coeflicient de dilatation de l'air, et par K celui du verre, la densité de

rapeur sera d = — . . .,^ . -— . Cette méthode a conduit sensiblement

a valeur trouvée par Gay-Lussac, tant que la pression de la vapeur a été ez éloignée de 760"™ ; mais pour des pressions voisines de celle-ci, les nbres obtenus ont été sensiblement plus forts.

W. Regnault a encore procédé par une méthode plus exacte, au moyen de ^pareil de la fig, 707. La capacité du ballon est mesurée avec soin, et l'eau ! contient l'ampoule de verre est pesée d'avance. On procède, d'ailleurs, une pour mesurer la tension de la vapeur, ainsi qu'il a été dit précédemit (971). — Tant que la température est inférieure à celle qui serait néces- •e pour que l'espace fût saturé au moyen du poids p d'eau renfermé dans ipoule, la force élastique n'est autre chose que la tension maximum qui respond à cette température ; mais si l'on chaufl*e davantage, la vapeur se iporte comme un gaz, et si f est sa force élastique, sa densité est donnée

la formule rf = — . — — — -— , dans laquelle ir est le poids de l'air

® et à 760"™ qui remplirait l'espace occupé par la vapeur dans le ballon lans le tube manométrique t ( fig. 707).

f . Regnault a trouvé, par ce moyen, que la densité de la vapeur d'eau à la ne température dans le vide et sous de faibles pressionSy peut se calculer prés la loi de Mariette, pourvu que le rapport entre sa force élastique et e qui aurait lieu à la même température si l'espace était saturé, ne dépasse 0,8. Mais quand on approche davantage du point de saturation, la densité notablement plus forte que celle que l'on calcule en partant de la loi de iotte. D'où il faut conclure que les vapeurs dans le voisinage du maximum tension se compriment plus que ne l'indique cette loi ; résultat d'accord \ celui que donnent les gaz faciles à liquéfler. M. Regnault remarque que Ssultat pourrait provenir de ce que le verre retient de l'eau condensée, et proportion d'autant plus grande que le point de saturation est plus

CHANGEMENTS D ETAT DES CORPS

rapproché ; mais comme d*autrcs substances ont montré un semblable accroissement rapide de la densité prés du point de saturation (986), on estaotorisé h admettre qu'une partie au moins de Taccroissement observé sarlaTapfor d*eau est réel.

98S. Densité de ia vapeur d*eaii dans Talr saf nré. — Les expérieoCfS qui précédent ont été faites dans le vide. Il est important surtout pour Tliygrométrie desavoir si la densité de la vapeur qui sature un espace plein d'air eà la même à toute température, c'est-à-dire si elle conserve toujours le mése rapport avec la densité de Tair pris à la môme température? Des expériences de M. Schmeddink pouvaient faire croire que ce rapport augmentait avec b température. M. Regnault est arrivé à un tout autre résultat.

Dans le cas des températures ordinaires de Tatmosphére, M. Regnault cmploir l'appareil (/îflf. 716). L'air attiré dans un vase aspirateur dont on ouvre le

Fig. 7ir.

robinet R s'humecte on traversant le ballon o rempli d'épongés mouillées, rt passe dans le manchon en fer-blanc ne posé sur une assiette pleine d'eau, ton» l'intérieur se trouve un second manchon en toile métallique T, enveloppé eitérieurement et intérieurement d'un linge mouillébaignantdans l'eau de l'assietle. I -n thermomètre disposé dans l'axe des manchons est observé de 5 minutes on 5 minutes; la moyenne de ses indications est prise pour la température de l'air. Cet air, complètement saturé, traverse ensuite deux tubes B et C rempte de fragments de pierre ponce imbibés d'acide sulfurique, où il dépose son liufflidite. Le tube A est destiné à arrêter l'humidité qui pourrait venir du vase aspirateur. Après rexpéricnce, l'augmentation de poids des tubes B et C repr^ sente le poids de vapeur contenu dans le volume d'air qui a traversé Tappard. Ce volume est égal à celui du vase as| irateur, qui a été jaugé avec soin parde? pesées, et dont on connaît la température au moyen du thermomètre b. Pour les températuies supérieures à celles de l'atmosphère, l'air aspiré,

DENSITE DES VAPRUKS.

avoir traversé un vase plein d*eau à une température voisine de celle à Ile on veut opérer, passe, par un tube de fer-blanc «c (fig. 717), dans le le manchon V, qui est plongé dans un bain continuellement agité et entreà une température constante au moyen d'une lampe h alcool. Au moment immence l'aspiration, le thermomètre intérieur baisse de quelques dixièmes îgré, il y a condensation d'un peu de vapeur, et l'on voit quelques goutte- ; se déposer à l'origine du premier tube desséchant, ce qui fait que son ; est un peu trop fort.

lur opérer à la température de 0*', M. Regnault fait entrer Tàir 'extrémité h d'un tube ah (fig. 718) entouré de glace fondante que cet si forcé de traverser. En c est adapté le premier tube à ponce sulfut. L'eau de fusion de la glace s'échappe par le tube r. lur calculer la densité de la vapeur contenue dans l'air, on calcule le poids de cette vapeur, en partant de son volume et de sa densité dans le vide à la môme température, et on l'égale au poids de l'eau retenue par les tubes en U. Soit V le volume de l'aspirateur à 0*', t' sa température à la fin de l'expérience, t la température moyenne de l'air introduit, f et /■' les forces élastiques de la vapeur d'eau h saturation aux températures t et /'. Le volume de l'air introduit dans l'aspirateur V(1 -4-A*^') ; en représentant par A* le coefficient de dilatation de la dont il est formé. La température de cet air est /', et sa pression H — f , ippelant H la pression atmosphérique. A la température t et sous ression H — f que possède l'air dans le manchon, son volume serait

-vn-4-Ar/-'' '-±^

i nous représentons par p le poids d'un centimètre cube d'air à 0° et sous ression de 760""°, et par $ la densité de la vapeur d'eau par rapport à l'air, )ids de la vapeur contenue dans le volume V h la température l et sous la sion f, sera

Fig. 718.

Oit

ou V(i+^r)

U^ • 4 + at'

n égalant la valeur ainsi calculée, au poids trouvé par l'expérience, on aura équation d'où l'on tirera la valeur de 5.

. Regnault a encore procédé autrement : il a calculé, au moyen de la formuhî édente, le poids de la vapeur, en prenant pour sa densité le nombre 0,622,

386 CHANGEMENTS D*ÉTAT DES CORPS

c'est-à-dire la densité théorique (986), et il a comparé ce poids à celui que donne Texpérience directe.

En opérant ainsi, le poids calculé s*est toujours trouvé un peu plus fort que Tautre, et toujours de la môme fraction du poids total, à fort peu prés, fraction du resle fort petite et ne s'élevant qu'à 0,01 environ. On conclut de là que la densité de la vapeur à saturation dans l'air aux basses températures, peut se calculer d'après la loi de Mariette, comme celle de l'air môme à laquelle on la compare, et que le rapport du poids de la vapeur à celui d'un égal volume d'air dans les mômes conditions de température et de pression est un peu plus faible que la densité théorique de la vapeur Cette dernière circonstance pourrait provenir, du reste, de ce que les valeurs Ae fei f ont été prises dans les tables qui donnent les tensions dans le vide. Or, nous savons qu'elles sont un peu plus fortes que les tensions dans l'air (947).

986 . Densités des vapeurs des diverses substances. — Les expériences qui précèdent sont relatives à la vapeur d'eau. Il était nécessaire, pour lés besoins de la chimie, d'opérer sur d'autres substances. En effet, la densité de la vapeur des corps composés peut se calculer au moyen de la loi de Gay-Lussac sur la romposilion des gaz (880). Par exemple, 2 volumes d'hydrogène, pesant 0,1382, et i volume d'oxygène, pesant 1,1055, produisent deux volumes de vapeur d'eau, dont la densité doit être, par conséquent, la demi-somme de ces poids, ou 0,6218, nombre qui diffère à peine de 0,6235 trouvé par Gay-Lussac. Dans certains cas, on hésite sur le nombre de volumes de la vapeur du composé formé; alors sa densité pourra décider la question; mais il faudra savoir à quelle distance du point de saturation cette densité doit être prise, ou à partir de quelle température elle devient constante. Il a donc fallu mesurer les densités à différentes distances du point de saturation.

M. Dineau a fait des expériences sur les vapeurs d'acide fonnique et d'actif acélique à diverses pressions, et il a reconnu le décroissement de la densité quand on s'éloigne du point de saturation. M. Cahours opérant par la méthode de M. Dumas, c'est-à-dire sous la pression atmosphérique, mais à différentes températures, a reconnu aussi que la densité diminue quand la température s'élève '. Pour Veau, Yéthcr, V alcool ci ^es congénères, la densité trouvée s'accorde avec la densité théorique quand on s'éloigne de 30 à 35° du point d'ébullition. Pour l'acide acétique elle est 3,20 à 125° et 2,08 à 250°, température à partir de laquelle elle reste constante ; sa densité théorique est 2,09. La densité du perchlorure de phosphore n'est sensiblement constante qu ^ partir de 300°, celle de Y acide butyrique à 261°, celle de V essence d'anii diminue encore un peu à 338°, elle est alors égale à 5,19; la densité théorique est 5,18.

MM. Sainte-Claire Deville et L. Troost ont expérimenté sur des substances ne bouillant qu'aux températures les plus élevées. Pour produire ces

> Coinples-rendus de l'Académie des icknces, l. XIX, p. 761 ; XX, b\ ; ei XXI, 6Î5.

DENSITE DES VAPEURS.

^ratures, ils ont eu recours à rébullition de différents liquides, le mercure, mfre, le chlorure de zinc, le cadmium qui bout à 860**, le zinc qui bout 40®. Au-dessus de 800° le ballon de verre de M. Dumas était remplacé m ballon en porcelaine de Bayeux, qui ne se ramollit pas à des tempères de plus de 1200°.

t ballon B (fig. 719) était placé dans un cylindre en fer contenant la tance en ébullition, et fermé par un couvercle en tôle que traverse le col allon. Un diaphragme en tôle DD, porté par des pointes en fer intérieures îrvent le ballon du rayonnement des parois. On chauffait soit avec la flamme ^az, soit avec le charbon. Les vapeurs du de en ébullition se condensaient dans le T, et coulaient au-dehors.

'expérience se fait comme dans la méthode I. Dumas. Quand on opère dans un ballon porcelaine, l'ouverture est fermée par un ihon conique qui laisse échapper la vapeur, [uand elle cesse de se dégager, on fond le :hon au chalumeau à oxygène et hydrogène, me la température est constante, il n'est nécessaire de la connaître pour obtenir la ité par rapport à Tair ; il suffit de peser le le ballon rempli successivement de vapeur air. Mais comme l'air n'a qu'un poids très e aux températures très élevées, on lui a

titué la vapeur d'iode, dont la densité 8,716 est beaucoup plus grande, et îst tellement éloignée de son point d'ébullition qu'on peut admettre que coefficient de dilatation est constant et égal à celui de l'air. Dici quelques-uns des résultats obtenus. Viode a donné pour densités dans rapeurs de soufre, de cadmium et de zinc, c'est-à-dire aux températures 440°, 860° et 1040°, les nombres sensiblement égaux: 8,70, 8,70 l. La vapeur de soufre qui a pour densité 6,6 vers 500° a donné 2,23 K)° et à 1040°. Le sélénium a donné 7,67 et 6,37 aux mômes températs. On voit, par ces deux dernières substances, combien il était important >érer à de hautes températures pour pouvoir comparer les résultats aux sites théoriques.

oici quelques autres résultats obtenus à 440°.

rwe d'aluminium Bromure d'aluminium Chlorure de zirronium Sesquiihlorure de fer, 9,347 ^8,62 8,1 14,39.

es nombres étant à peine supérieurs aux densités théoriques, on peut eltre qu'à 440° la dilatation de ces vapeurs est uniforme et égale à celle de

Fig. 719.

Awnalet de ch\mie ei de physique, 3« série, t. LYHI, p. 257.

CHANGEMENTS D ETAT DES CORPS

Tair. Citons encore 1^ vapeur de phosphore et celle du cadmium, dont les densités à 1040° sont 4.5 et 3,94.

•8*7. Rapport entre les volumes d*an même poids de liquide et de vapeur. — Quand on connaît la densité d^une vapeur, il est facile de calculer le volume de vapeur fourni par un volume donné de liquide. Considérons, par exemple, la vapeur d*eau : sa densité par rapport à Tair dans les mêmes conditions est |; en la multipliant parle poids spécifique 0,001 3 ^y^J-^ de l'air à 400°, on trouve à peu près j^ pour la densité de la vapeur d*eau à 100°, par rapport à l'eau à 4°. Les volumes d'une même masse étant en raison inverse des densités, le volume de vapeur à 100°, fourni par un litre d'eau à1° sera de 1680 litres. Le volume augmente donc énormément, dans le passage de l'état liquide à Tétat gazeux, quand la pression n'est pas très considérable.

Lorsque la pression est très grande, on peut, au moyen d'une température très élevée, obtenir de la vapeur dont la densité soit peu inférieure à celle du liquide, c'est-à-dire dont le volume ne dépasse pas de beaucoup celui dcre liquide. M. Cagnard-Latour a fait à cet égard des expériences curieuses : il introduisit dans un tube recourbé ar (fig. '^<>' une certaine quantité de mercure, et acheva de remplir le réservoir r avec de Véther. De l'air, logé en a, senait à évaluer la pression. Le réservoir ayant été fermé à li lampe, et l'appareil plongé dans un alliage en fiisioD, le liquide se réduisit totalement en vapeur, et cette vapeur n'occupait qu'un volume double environ de celui du liquide. L'a/cooi adonné le même résultat; mais avec Y eau, l'appareil a toujours éciaU* avant que tout le liquide ne fiH réduit en vapeur. Des expériences de M. Drion faites sur Vélher chlorhydrique lui ont montré que ce liquide se transforme totalement en vapeur vers 170° ; letube était plongé dans un bain d'huile transparente, de sorte qu'il put saisir le moment de la transformation ; il vit, dansli' voisinage de 170°, la surface du liquide remplacée par une couche nébuleux' indécise et privée de pouvoir réflecteur. Cette couche augmentait d'épaisseur dans les deux sens en devenant de moins en moins apparenter et bientôtie lub** parut entièrement vide.

Pig. 720.

S 4. - MACHINES A VAPEIR.

I Xaohines à vapeur fixes-

98H. De l'origine de la maehiiic A vapeur — Une des plus W^^ inventions, une de celles qui ont exercé le plis d'influence sur ledéveloppc'B^'''*

l'industrie et de la civilisation, est sans contredit la machine à vapeur. !ssi a-t-on été chercher jusque dans l'antiquité la plus reculée les indices les s légers, les indications les plus fugitives des connaissances que pouvaient ir les hommes sur la force de la vapeur d'eau, et sur la possibilité de l'emfer a produire des effets mécaniques. On a ensuite recherché avec ardeur, vent même avec passion, les noms des inventeurs des divers systèmes de îhines, et ceux des auteurs de leurs principaux perfectionnements. Pendant îtemps l'Angleterre a revendiqué exclusivement pour ses nationaux l'honr d'avoir découvert le principe et d'avoir inventé les parties les plus importes de ces merveilleux appareils. Mais le capitaine de frégate Montgéry a ntré, dans une série d'articles publiés en 1822 et 1823, combien il en faut )aUre de ces prétentions exclusives. Depuis, un auteur anglais, Robert aart, mettant de côté tout esprit national mal entendu, a rendu pleine justice X véritables inventeurs du principe de la machine à vapeur. Enfin, Arago, us une notice célèbre publiée, en 1830, dans l'Annuaire du bureau des

Fig. 721.

Fig. 722.

igiludes, a établi victorieusement les droits de Papin à la découverte du yen de faire mouvoir un piston par la force de la vapeur. Des écrivains ont fait remonter jusqu'à l'antiquité la plus reculée l'origine 5 machines à vapeur. Héron d'Alexandrie décrit en effet, dans ses Spintaîia, éolipyle tournant, dont Uxfig. 721 peut donner une idée : une sphère creuse, bile autour d'un diamètre oo\ reçoit de la vapeur par le support creux c et pivot foré 0. Cette sphère porte deux tubes ^ /, coudés dans un plan perpenulaire à oo' ; et elle tourne parun effet de réaction, quand la vapeur s'échappe ' les orifices de ces tubes. On répète souvent cette expérience; la fig. 722 •résente un appareil très commode pour cela : un vase cylindrique, contenant Teau en ébullition, tourne sur lui-même, pendant que la vapeur sort par ix tubes coudés dans un plan horizontal. Le vase est soutenu par une pointe ticale qui termine le support p, et il est maintenu en a par un anneau dans uel tourne la tige qui le surmonte.

L'expérience de Héron, à laquelle il ne prétendait attacher aucune importance point de vue des applications possibles, n'est qu'une simple expérience

390 CHANGEMENTS d'ÉTAT DES CORPS.

de curiosité. Cependant les anciens avaient une idée assez exacte de la force de ressort de la vapeur.

Sénéque explique les tremblements de terre par l'expansion de la vapeur engendrée parle feu souterrain. Au vi« siècle, Agathias raconte qu*Anlhémius, pour se venger d*un voisin nommé Zenon, ébranla le plafond de sa chambre an moyen de la vapeur amenée sous les poutres, et sortant de grandes chaudières. Ces notions, où Ton* ne peut aucunement trouver le germe de remploi delà vapeur comme force motrice, se transmirent sans modification importante jusqu*au x vu* siècle. En 1605, Flurance Rivault, précepteur de Louis XIII, dans ses Eléments d'arlUlcrie, dit que les éolipyles seraient brisés par l'eaD convertie en air au moyen du feu, s'il n'y avait pas d'issue.

Salomon de Caus, vers 1615, dans un ouvrage d'assez peu de valeur, intitulé les Raisons des forces mouvantes, cite l'expérience suivante : on prend une balle de cuivre ( fig. 723), dans laquelle s'enfonce un tube t, on y introduit de l'eau par l'ouverture a, dont on ferme ensuite le robinet, et on la met sur le feu. Au bout de quelques instants, toute l'eau, poussée par la vapeur, jaillit par le tube t. Il y a loin de cette simple expérience de physique, à l'idée d'employer la vapeur pour élever des colonnes d'eau, et Salomon de Caus ne dit rien qui puisse faire supposer qu'il ait eu une semblable idée. D'ailleurs, l'effet qu'il produit avec son appareil n'éUil pas nouveau: J.-B. Porta avait décrit une disposition au Fi,r. 723. moyen de laquelle on arrive au môme résultat, seulement

la vapeur était formée dans un vase à part. C'est donc à tort que l'on a regardé Salomon de Caus comme ayant eu le premier l'idée d'employer la vapeur à élever l'eau ; il n'avait eu en vue qu'une simple expérience de curiosité, qu il ne donne même pas comme étant de lui.

Depuis, on a fait servir le jet de vapeur de l'éolipyle à faire tourner de petites roues à palettes. Branca cite un appareil semblable, et ajoute qu'on peut, parce moyen, mettre en action des pilons pour broyer de la poudre; nous trouvons là l'idée d'employer la vapeur pour produire des effets mécaniques, mais par un moyen qui ne peut donner que des résultats insignifiants.

En 1663, le marquis de VVorcester décrit d'une manière confuse un appareil analogue à ceux de Salomon de Caus et de Porta, et au moyen duquel on pourrait élever l'eau. Il ne paraît pas qu'il ait jamais exécuté un semblable appareil, et ceux qui ont voulu, d'après la description incomplète qu'il donne, en tracer un dessin, sont tous arrivés à des résultats différents. L'idée d'employer la vapeur pour produire des effets mécaniques se trouve cependant dans celte description, mais nous avons vu qu'elle avait déjà été émise, et le marquis de Worccstor ne peut pas plus être regardé comme l'inventeur de l'emploi de la vapeur comme force motrice, que le P. Lana ne peut être considéré comme l'inventeur des aérostats, parce qu'il a indiqué la possibilité de

MACHINES A YAPEUK.

er dans l'air en remplissant des vases, d*air raréfié, sans indiquer de

Q praticable d'exécuter cette opération (1, 400).

us voyons qu'au xvii* siècle le principe des moteurs h vapeur était encore

jver, et rien ne pouvait faire pressentir qu'on réussirait un jour h appli-

la force de la vapeur à faire mouvoir des machines, lorsque Denis Papin,

Blois, publia, en 1690, la description d'une expérience fondamentale qui

3nt le principe môme de la machine à feu telle qu'on l'emploie encore

rd'hui.

\9. Expérience de Papin. — Toricelli venait de découvrir le baromètre ;

de Guericke, par des expériences ingénieuses, et au moyen de la machine

matique qu'il venait d'inventer, avait montré les effets extraordinaires do

îssion atmosphérique ; toutes les imaginations étaient

Lcitées par la nouveauté de ces découvertes; la

ance de la pression de l'air frappait surtout les

ts, et l'on songeait de tous côtés à en tirer parti.

de Guericke avait fait une expérience curieuse que

avons eu l'occasion de décrire (I, 337), par laquelle il

t mouvoir un piston dans un cylindre, après y avoir

5 vide. En reprenant c^tte expérience, Papin chercha

loyens de produire le vide avec économie; il imagina

rd de faire mouvoir, au moyen du vent ou d'une

! d'eau, des machines pneumatiques, qui auraient

mniqué par de longs tuyaux avec un corps de pompe,

faire le vide sous un piston renfermé dans son inté-

. Il pourrait ainsi , disait-il , « transporter au loin

ce des rivières. » Et nous avons vu que c'est là le

ipe du chemin de fer atmosphérique. Il essaya

tard de brûler de la poudre sous le piston , qui

t ensuite s'enfoncer sous l'effort de la pression atmosphérique, après

îs gaz refroidis se seraient contractés ; mais il restait une telle quantité

iz, que l'effet était toujours très faible. C'est alors que Papin eut l'idée de

lir le corps de pompe de vapeur, et de la condenser ensuite par le froid.

t un cylindre fermé par le bas contenant un peu d'eau, et y enfonçai un

iP (fig. 724). L'air s'échappa par un petit trou qu'il boucha ensuite au

n de la tige o? Ayant alors apporté du feu sous le cylindre, l'eau entra en

ition, et la vapeur souleva le piston jusqu'au haut du corps de pompe. Là,

arrêté par une clavette à ressort r, qui s'enfonça dans une encoche,

gée dans la tige /. Le feu, étant alors enlevé, la vapeur se condensa, et

vette r ayant été retirée, le piston descendit sous l'effort de la pression

sphérique. Le feu fut ensuite rapproché, et le piston remonta pour redes-

•e quand la vapeur se fut de nouveau condensée.

pin ne se contente pas de décrire cette expérience, il entre dans de nom-

c détails sur les applications que l'on peut faire du mouvement de va et

Fig. 724.

vient de son piston, soit pour faire mouvoir des pompes et épuiser Teau des mines, soit pour faire marcher des rames tournantes fixées à des bateaux.

Ou a cru pendant longtemps que Papin s*en était tenu à de simples essais faits sur une petite échelle; mais il résulte d'une correspondance de ce savant avec Leibnitz, retrouvée récemment par M. Kuhlmann, de TUniversité de Hanovre, que Papin a fait exécuter une machine à piston avec des dimensions assez grandes pour qu*elle put servir à faire marcher un bateau au moyen de roues à aubes *. Il paraît que ces essais avaient eu un certain retentissemeDl, car le comte de Sintzendoriï, qui possédait en Bohême plusieurs mines inondées, demanda à Papin de venir les dessécher au moyen de sa machine. Les droits de Papin à l'invention des machines dans lesquelles la vapeur fait mouvoir lu piston dans un corps de pompe, sont donc établis d'une manière irrécusable, tant au point de vue de l'idée théorique qu'à celui de la réalisation pratique. 990. Machine de Savery. — Les essais et les applications de Papin paraissaient oubliés, lorsque le capitaine Savery, en 1G98, cons^truisil lamachioe

\\ élever l'eau qui porte son nom, et dans laquelle il appliqua le principe de la condensation de la vapeur pour faire le vide. La vapeur se forme dansdeai chaudières (fig. 725), communiquant l'une avec l'autre par la partie supérieure. Cette vapeur peut passer, par des tuyaux T, T', dans des résenoirsV et V, dont la partie inférieure communique avec deux tubes r's\ rs munis cliacun de deux soupapes. Ces tubes aboutissent par le haut au tuyau «rasccnsion A , et par le bas, à un tuyau d'aspiration qui plonge dans l'eau que l'on veut élever. Un levier c sert à ouvrir ou à fermer alternativement les tubes T, T' au moyen d'une vanne o que l'on voit à part en c'oo.

Supposons que le tube T soit ouvert, s'introduit dans le réservoir V, s'y condense d'abord en l'échauffaut ; puis soulevant la soupape r, qui s'ouvre de bas (Uî haut, s'échappe en entraînant tout l'air qui remplit le réservoir. On ferme ensuite le tube T, et l'on projette de l'eau froide sur le réservoir V, au moyen d'un robinet c que l'on amène au-dessus; la vapeur est condensée, la soul)ape r se ferme , et la pression atmosphérique fait monter l'eau dans le

et le tube T' fermé ; la vapeur

• On peut Ure ceUc curieuse correspondance dans l'ouvrage intitulé: Ex}miiion et kisl»Tt (ks prinilpales dcrouverles acienlifiques modemeSy par M. L. Figuier, t. IH.

*voir V, par le tube d'ascension et par la soupapes, qui se soulève. Quand lo •voir V est rempli d'eau, on y Hiit arriver de nouveau la vapeur, qui pres8(; :ette eau et la fait monter dans le tube d'ascension A. Le réservoir V étant vide d'eau et rempli de vapeur, on ferme le lube T, la vapeur est conée par l'injection d'eau froide venue du robinet c', et le réservoir V se tlit de nouveau d'eau ; et ainsi de suite. Le réservoir V produit le même jeu, nativement avec le réservoir V. Le tube a et le robinet P servent à renoul'eau de la chaudière. On voit que l'ouvrier qui dirige la machine n'a qu*à mouvoir le levier c pour introduire la vapeur alternativement en V et en V, faire passer le robinet c' au-dessus de l'un ou de l'autre de ces réservoirs, la machine de Savery, il y a une grande perte de vapeur, provenant de ndensation, des premières portions qui s'introduisent. Papin a plus tard nué cet inconvénient, au moyen d'un flotteur en forme de caisse, dont la ce supérieure, séparée de l'eau, pouvait consen'er en grande partie la ur que la vapeur lui avait communiquée une première fois. 11. Machine atmosphérique. — La machine de Savery ne pouvait r l'eau à une grande hauteur, cette hauteur dépendant de la tension de peur, qui aurait dû être énorme pour les profondeurs des mines ; aussi •elle guère été employée que pour faire monter l'eau dans les jardins de mce, sur des terrasses. La question de l'épuisement des mines était donc j'étre résolue, et les mécaniciens cherchaient avec ardeur une solution plus ^aisante que celle de Savery. Un artisan de Dartmouth, Newcomen, eut ! de se servir de pompes ordinaires, et de les mettre en mouvement au n du système à piston de Papin (989). Associé avec un autre artisan, ey, puis avec Savery, qui était muni d'un privilège relatif à la production de par la condensation de la vapeur, il construisit la première machine it été employée avec succès à l'épuisement des mines. Cette machine, ae sous le nom de machine atmosphérique, est représentée dans la fig. 726. orps de pompe muni d'un piston P communique par le bas avec la chau- C. La tige du piston e t attachée par une chaîne, à un levier très fort BB, aé balancier, dont l'autre extrémité soutient la tige T de la pompe qu'il \ de faire mouvoir. Pour que cette tige et celle du piston P marchent élément, les chaînes s'enroulent sur des arcs B, B. Deux robinets, ou ipes, r, r', servent à faire communiquer le bas du corps de pompe, ssivement avec 1a chaudière et avec un réservoir R contenant de Feau que urnit la pompe p, mise en mouvement par la machine même. Sup))osons met r ouvert et r' fermé, la vapeur passe sous le piston, et pour peu que ision dépasse la pression atmosphérique, le piston s'élève, son poids étant bré par une charge Q placée de l'autre côté du balancier. Quand le piston rivé au haut de sa course, on ferme le robinet r et l'on ouvre le robinet r'; sortant par un grand nombre de petits orifices, jaillit à travers la vapeur, M)ndense rapidement par son contact direct; le vide se fait et la pression ipbérique fait descendre le piston, avec une force qui dépend de l'étendue

de sa suiTarf^. Par oiîeniple, si l'aîrp de ccUr* s^nrface est de i métré cmK fl si l'on nëjïltge la tension delà vapeur qui reste, le piston est pOiiss(^ pr m force de 10,000 kil. environ; puisque la pression atniospltéiique éqi]K'.wl à i kilograiimie fi peu \mH si»r rhaque centiniêtie carré (1, ^13).

Dans le principe, on condensait la vapeur en faisant passer un coiirAnt d'pau froide dans une enveloppe evtthieure qui entourait le corps de pompe. Lr refroidis!?en!ient se faisait alors difficilement a travers les parois, et la m^idjinp marchait très lentement. Un jour, les inventeurs virent le piston desceinln-

rapidenicnt et plusieurs fois de suite, m^ qu'on et\t ouvert le robinet r\ A)M cherché la cause de ce phénomi^nf , il^ reconnurent que l>au dont on avait wu* tu me de recouvrir le piston pour éviter k rentrée de Tair p;^r les joints» îïv;ùt fu passer paj' un trou qui se trouvait Mcnkntcljement dans le piston ; ils imugini^ffîit alors de condenser la vapeur par leconLui direct de Teau, en la lanc^int sousfomif de pluie dans le corps de pompe, rr fi refroidit beaucoup moins ce corps de \mm^. de sorte qu'il y a une grande toîuimi* de vapeur, et, par conséquent, de i^ buslible.

I/eau introduite dans le corps de pompf. ainsi que celle <|ui provient de h vspur condensée, est évacuée de temji^ '" temps par le rotùnetS'. Le robînd ^ sert à renouveler celle qui doit toujmiî> se trouver auniessus du piston, p^rre(|iif l'en ne ronuni^fis^iit pas, dani^ k jîriuripe, Tart de construire desr^irp^Jf pompe parfaitement cylindriques.

La niîinanivre des robinets r et r' était d'abord confiée à un ouvrier^ Us jour, un enliint» nonmu^ Humpbrey Potier, chargé de cette lAcbe, imagifl*. pour s'en débarrasser, d'attacher au levier des soupapes r, r\ deux (îfrlb qu'il fisa par l'autre bout au balaucicf, de manière que celui-ci, en monUnMl en descendant, faisait ouvrir et fermer les soupapes. Cette invention fut ens* perfectionnée ; riug;énieur Brijïhton Iîku au balancier BB une barre f» noinin^ phtfi-frnmt*, munie de chevilles qui» en moulant ou descendant, faisaient nu*voir les soupapes ou les robinets, par Tintermédiaire de leviers coudés ",' La machine marcha alors d'elle-même ; il n\v eut plus qu'a entretenu k fp"et a ajouler de temps en temps de Teau dans la chaudière,

mie. € «iKifii^piir iif* ^Vuit. - La machine atuiosphéilqiK» de New»»»»'' présente l'inconvénient majeur de faire perdre une quantité notable deiai^»^'

se eondense dans le corps de pompe refroidi par l'injection d'eau froide. 1763, l'écossais James Walt, ayant été chargé de réparer un modèle de ihine de Newcomen, qui faisait partie du cabinet de physique de TUniverde Glasgow dont il était conservateur, fut frappé des inconvénients dont agit, inconvénients rendus plus apparents par la petitesse du modèle. Pour irer, il songea d'abord à n'injecter que peu d'eau dans le corps de pompe ; s alors cette eau devenant très chaude, la tension de sa vapeur était assez ode pour résister notablement à la descente du piston. Il eut alors l'idée )érer la condensation en dehors du corps de pompe, dans un vase à part, imé condenseur, mis en communication avec ce corps de pompe au moment l'on veut y faire le vide. L'eau injectée, et l'air qui s'en dégage dans le 5, sont enlevés continuellement par une pompe, nommée pompe à air. te pompe est mise en jeu par la machine elle-même, ce qui occasionne bien ! dépense de force, et par suite une perle de vapeur; mais celle perte est Hcoup plus petite que celle que l'on évite par l'emploi du condenseur. -e corps de pompe restait donc toujours brûlant, et les premières portions ?apeur introduite pouvaient alors agir sans éprouver la condensation. Mais inconvénient nouveau se présentait : l'eau que l'on met au-dessus du piston, coulant par les joints, se réduisait en vapeur et retardait la formation du B. D'un autre côté, l'air qui descend dans le corps de pompe à la suite du ton, refroidit en dedans les parois, ce qui entraîne une perte de vapeur quand )iston remonte. Pour obvier à ces différents inconvénients, Watt imagina de mer le corps de pompe m sa partie supérieure, par un couvercle muni d'une rcrture centrale, garnie d'une botte à éloupe que traverse la tige du piston ; le remplacer la pression atmosphérique par celle de la vapeur, introduite •dessus du piston. Pour faire marcher la machine, on fait d'abord passer la leur en môme temps de chaque côté du piston, qui monte alors par l'effet n contre-poids placé à l'extrémité opposée du balancier; puis on fait comniquer le bas du corps de pompe îivec le condenseur. Enfin, pour empêcher refroidissement du corps de pompe en dehors. Watt fait circuler la vapeur 18 l'espace compris entre sa surface et une enveloppe extérieure ou chemise, Uil l'environne de toutes parts.

■«ehine & nlnple effet. — Le mouvement de l'appareil ainsi perfectionné entièrement dû à l'action de la vapeur ; la pression de l'air n'a plus aucune oence. On le nomme machine à simple effet, parce que la vapeur ne pousse )iston que d'un côté, pendant sa descente.

^e n'est qu'à partir de ces remarquables perfectionnements que la machine apeur put sortir des mines où le charbon est à vil prix, pour se répandre 18 les usines et les ateliers. L'adjonction du condenseur économise environ deux tiers du combustible. Malgré cet avantage immense, Watt eut à lutter dant longtemps pour faire adopter ses appareils. Sans fortune, et réduit à e ses essais en construisant lui-môme de petits modèles avec des fioles et tubes de verre, il semblait avoir renoncé à tirer parti de ses découvertes,

CHANGEMENTS D ETAT DES CORPS

lorsque sa profession d*arpenteur le mit en rapport avec le D' Rœbnck, capitaliste intelligent, avec lequel il s*associa ; mais Rœbuck perdit tout i coup toute sa fortune. Heureusement qu*un manufacturiei* de Birmingham, Roolton, homme actif et entreprenant, se trouva la pour remplacer Rœbuck. Malgré son influence et son activité, plus de 1,200,000 francs furent d*abord dépensés en pure perte; la machine atmosphérique avec tous ses inconvénients fut encore longtemps préférée, soit à cause du préjugé et de la routine, soit à cause des frais plus considérables de premier établissement qu'exigeait la machine à condenseur.

Pour donner une idée de Téconomie de combustible réalisée par le condenseur, nous citerons le fait suivant : Watt et Boulton exigeaient de ceux qui voulaient remplacer une machine de Newcomen par leur appareil perfectionné, la valeur du tiers de Téconomie de combustible donnée par ce dernier. Des expériences préliminaires, faites sur les deux machines, donnaient réconomie du combustible, pour un certain nombre de coups de piston ; et Ton pouvait connaître le nombre de coups de piston accomplis pendant chaque année, ao

moyen d'un compteur renfermé dans une caisse à deux serrures, que le balancier faisait marcher. Or, l'économie de combustible fut telle, dans trois machines établies à la mine de Chacewater, en Cornouailles, que les propriétaires rachetèrent pour 60,000 francs para» le tiers d'économie revenant aux invenleurs; ce qui suppose une économie totale de plus de 180,000 francs.

093. Machine & double effet. — Dans la machine à simple effet, les deux mouvements opposés du piston ont lieu avec des vitesses inégales, puisque ce n'est que dans le mouvement de descente que le piston reçoit l'impulsion de la vapeur. Cette circonstance, sans inconvénient quand il s'agit de faire mouvoir des pompes, en présente de graves quand il s'agit d'appliquer b machine à des appareils qui exigent un mouvement régulier, comme les métiers à filer ou à tisser. Watt proposa d'abord de placer un cylindre à piston à chaqœ extrémité du balancier; mais il remplaça bientôt celte disposition parcelle de la machine à double effet, dans laquelle un seul piston est poussé par la vapeur, alternativement en sens opposé.

Le jeu de la machine à double effet peut se comprendre facilement au morefl de la fig. 727 : la partie supérieure et la partie inférieure du corps de pomp^ peuvent être mises en communication, tantôt avec la chaudière C, tantôt avec le condenseur c, par les robinets r, s, r', s' . Supposons d'abord que les robinets r et s' soient ouverts et les deux autres fermés. La vapeur passe aw-dessos du piston et le fait descendre, pendant que l'air ou la vapeur qui se troure

Fig. 727.

dessous se rend dans le condenseur par le robinet s'. La pompe à air p àve Tair et Teau de ce dernier. Quand le piston est arrivé au bas de sa rse, on ouvre à leur tour les robinets r', s, et Ton ferme les deux autres, vapeur passe alors au-dessous du piston et le soulève, tandis que celle qui iplit la partie supérieure du corps de pompe, se précipite dans le condenseur ' le robinet r'.

1941. Parallélogramme de i^att. — Le balancier auquel est fixée la tige piston, devant être poussé de bas en baut quand le piston monte, on ne peut s, pour conserver le mouvement rectiligne de sa tige, employer des chaînes aroulant sur des arcs, comme dans la fig. 728. Watt pensa d'abord à garnir arcs, de dents, et à terminer la tige du piston par une crémaillère, comme is la machine pneumatique ; mais l'usure rapide des dents lui fit imaginer 3 autre disposition extrêmement ingénieuse, dont voici le principe. Supposons deux barres égales 05, vf[fig. 728) réunies par un levier artié 7^. Les extrémités 5 et 7 des barres décrivant des arcs de cercles 5^', 77', levier ^7 viendra de la position (Î7 en f', et l'on conçoit que son milieu c puisse mouvoir suivant une ligne droite. Cepennt nous devons dire que la ligne pararoe par ce point n'est pas rigoureunent rectiligne, mais qu'elle présente point d'inflexion prés duquel la courbure l assez peu prononcée pour qu'on puisse considérer comme une ligne droite, 'la posé, prolongeons la barre 05 d'une {■<"' antité 5a égale à elle-même, et supsons que Oa soit le demi-balancier d'une '^'^ ^^^'

ichine à vapeur. Construisons, avec des

ingles parallèles deux à deux, un parallélogramme aj375 dont les côtés soient liculés aux angles, de manière qu'il puisse prendre différentes formes 75, a'p'7'5'. Le point c parcourant une ligne droite, il est facile de voir ic le point p décrira aussi une ligne droite parallèle à ce' . En effet, les trois ints 0, c, p, sont en ligne droite, puisque «.p = 57 est le double de 5c, même que Oa est double de 05. On a donc Oc : Op = 05 : Oa ; on a de ^me Oc' : Oj3'= 05' : Oa' . On tire de ces deux proportions Oc: 0|3=0c' \0p'. droite ce' est donc parallèle à celle qui joint les points p et j3', et comme a a lieu, quelle que soit l'étendue du déplacement ce ou |S(3', on voit que Ce' est une ligne droite, le chemin parcouru par le point p est aussi une ne droite. C'est en ce point que se trouve articulée la tige du piston ; celle la pompe à air s'articule au point c.

Nous avons supposé que la longueur Oa était double de 05, et «7 égal à 05. fa d'autres proportions qui satisfont au problème proposé ; celles que nous 3D8 supposées sont les plus usitées.

CHANGEMENTS D ETAT DES CORPS

995. Distribution de la vapeur. — La machine elle-même est chargée de faire passer la vapeur d*un côté du piston ou de la conduire dans le condenseur. Les pièces destinées à cet usage, et qui remplacent les robinets f,r',<,i' (fig. 727), se nomment la distribution : il y en a de différentes sortes.

Soupapes de distribution. — Watt a d'abord adopté un système de soupapes h charnière, qu'il a plus tard disposées comme on le voit dans la fig. 720 : au haut et au bas du corps de pompe se trouvent annexées dm •boîlos à soupapes so, s'o' munies de deux ouvertures, et contenant deax «oopapes coniques. Les ouvertures inférieures o, o' communiquent avec le putdenseur, et les ouvertures supérieures, avec la chaudière. La tige delasMfipe supérieure, dans chaque boite, est formée pirv tube dans lequel glisse la tige de la soupape kftrieure. Ces deux tiges sortent au-dehors i tmcfs une boîte à étoupe, et sont fixées par des traverses horizontales, à deux tringles verticales /, /, de mamére que Tune des soupapes supérieures soit fixée i h mémo tringle que l'une des soupapes inférieures. Ces tringles sont poussées de bas en haut ou de haut en bas par un système de phiff-frame analogue à celui que nous avons décrit (99 1 ) . Quand les soupapes sont placées comme dans la figure, la vapeur pénèlrf dans la partie supérieure du corps de pompe, dont la partie inférieure communique avec le condenseur par l'ouverture o'. Si l'on vient à relever la tringle / elà abaisser la tringle /, les soupapes s et r', qui étaient ouvertes, se ferment, et les deux autres s'ouvrant, la vapeur passe sous le piston, et la partie supérieure du corps de pompe communique avec lecoDdenseur par l'ouverture o.

Tiroirs. — La fig. 780 représente une autre disposition, due aussiàNVatl, et fréquemment employée : la vapeur arrive en v et tend à s'introduire dans ou espace cylindrique, communiquant avec les extrémités du corps de pompe, et contenant deux pistons p, p, reliés entre eux par une tige qui sort au-delwr* à travers une boîte à étoupe. L'ouverture o communique avec le condenseur. Quand les pistons ;;, p sont dans la position de la figure, la vapeur qui arrive en V pénètre dans la partie supérieure du corps de pompe, dont le piston P s'abaisse, pendant que la partie inférieure communique avec le condcn>eur. Le contraire a lieu, et le piston P monte, quand les pistons p, p sont plac^ dans la position r, r.

Souvent on remplace les pistons p, p par une pièce creuse mn {fig. 731). nommée tiroir ou glissoir, et autour de laquelle circule la vapeur arrivant en r Les parties extrêmes de cette pièce sont parfaitement dressées, et leur section, que l'on voit en a, présente la forme d'un demi-cercle dont la partie plafl^» représentée en M, s'applique exactement sur une surface bien dressée, i^

Kip. 739.

MACHINES h VàPKtm,

Kii: l'M.

IIW6 lâl^ôminunication avf^c la partie supérieure c ou îa parlie hifé- I corps de porïipe, La partie courbe peut glisser tlans lîne garniture

Iti'éLonpes i, i, qui l*eiiloure, de manière h former une espèce de piston plongeur. Enfin, l'extrêiiiité n de l'espace denii-

rjljndrique qui contient le tiroir, coiiiniu-

nique avec le condenseur.

Dans la position de la figure, la vapcnr iHPflî A

passe dans !a partie inférieure du corps

de pompe, tandis que la partie supêjieure

comniuiûque avec le condenseur par

Fintérieur du tiroir, dont la coupe est Uc M

en a. Dans la position et» du tiroir,

le contraire a lieu, et le piston descend.

Cette disposition porte sotrvent le nom

de »ùuptip€ ou de miroir en D, à cause

de la forme de la seclioii transversale. Ce système de distribution présente un A inconvénient grave : le tiroir ne se diUle I pas régulièrement, à cause du défaut ■ dliomogéoéitê ; ilsegauclut, ce qui fait le des surûu:es planes coïncide exactement, et que l'autre laisse ipeur. On a évité cet inconvénient en coupant le tiroir en deux, de laisser les deux extrémités indépene de Vautre.

ï eûquiiie. — Ce tiroir, imaginé en Murray, de Leeds, est formé par rectangulaire en fonte T {fifi. 732), I côté» coranve on le volt dans la coupé e C< Cette pièce gliî^se dans l'intée caisse ou bolU à vupfur, dans vapeur entre par le tajau t^. L'une lu tiroir s*applique exstrlemenl sur B bien dressée, dans laquelle sont trois ouvertures , communiquant vec le condenseur, et les àcu% autres rtie supérieure et la partie inférieure ^'^S- '^^*-

de pompe. Daus ta position t du

^^apeur passe sous le pistou, et la partie supérieure du corps de iinunique avec le condenseur par la cavité pratiquée daus le tiroir, 1 lieu dans la posiiion T ; c'est alors la partie inférieure du corps jui communique par l'ouverture o' avec le condenseur. Le niouvempriniê au tiroir p:\r la tige i qui traverse une boîte à éloupes.

400 CHANGKMENTS l/ÊTAT DES CORPS.

Le tiroir à coquille fournit le meilleur distributeur, mais malheureusemeDt il ne peut s'employer dans les grandes macliines, car la vapeur Tappuie contre la surface sur laquelle il glisse, avec une force proportionnelle à son élenilue. et le frottement devient énorme quand ses dimensions sont grandes. C'est cei inconvénient qui a conduit à imaginer le tiroir en D.

Robinet & qaatre voies. — Enfin, OU emploie encore le robinet àqualrr voies de Papin (I, 1G5). Dans la position / (fig. 733), la vapeur qui arrive en V passe au-dessous du piston par le conduit f, tandis que la partie supérieure du corps de pompe communique par Touverture c avec le condenseur L'inverse a lieu dans la position /' du robinet. — Le robinet de ^*apin a le défaut de s'user assez rapidement, parce que la clef doit être fortement serrée dans son boisseau, pour éviter les fuites.

99tt. Excentrlqae. — Les liroirs et les robinets h quatre voies sont dirige? par la macbine elle-mémo. Voici le moyen le plus généralement employé pour

Fig. 733.

cela : dans Ips macliines à double olVot, le mouvement d'oscillation du babncier est transformé en un mouveint'iU de rotation imprimé à un arbre horizontil muni d'un volant. Cet arbre, Oi/ig. 733U j)orte un excentrique, qui n'e<t antre chose (ju'une roue dont le plan est perpendiculaire à l'axe de l'arbre, nnis dont le centre est en dehors de cet axe, de manière qu'elle ne tourno pis autour de son centre de fi|:î:uro; on voit en e et e' ses deux positions diamétnlement opposées. Vn anneau jjortant un système de tringles en enveloppe l'excentrique, qui peut tourner dans cet anneau, de manière que le point • prend un mouvement de va et vient, qui le rapproche et l'éloigné successivement de 0, à chaque tour que fait l'excentrique. L'extrémité a porte une cavité qui s'engage dans une saillie cylindrique placée à l'extrémité d'un levier coudé liont l'axe est en o. Ce levier agit, par la tige /, sur la clef / du robinet à iji^tre voies, ou sur la lige du tiroir qu'il s'agit de faire mouvoir, de manière h rê«;ler l'introduction de la vapeur.

»»7. ReuverNemcnt de la vapeur. - - Il y a des machines, comme celles qui font marcher les navires, dans lesquelles il faut pouvoir faire tonrnor l'arbre dans un sens ou dans le sens opposé, à volonté. L'opération par laquelle

thangr* l« svns du riK^uvpfneiîl ^■^[ipelle rcnver$fr !a vapeur. Pour <il*tenir lïSuUai, il fmi modifier hruMinement la position ilu rubinei ou du tiroir <|uc l'on obUrnt en agissant avec la main sur une manelte fjui lerruine te is nitj levief coudé ftoi (fiff. 733) ), et faire en sorle que rexcrntrîque « w mouvoir la ligi- i en sens opposé. Cmi a (juoi l'on arrive racilenuMiL en içiinl en r rextrémiléû de la tringle ea, de manière à la [faire agir sur le

MACnTKES A V.«»EITR.

ioi

de levier ro, et par conséquent à donner à la ti^e i un mouvement inverse c|i]'é»lle t^ftrouvcrait, ilans les nu^mes positions de ) excentrique, si la âgiss^iit sur le hrvis d*^ levier ao.

m* nescri pilon de la niA^fainc «le Walt. — I! est facile, au mojen détails qui |irèfè!ent, de se rendre coniple de l'ensenthle de la ma*-liine cle i a donïifp eû'cl ijifj, 73i) r le <-orp!s de pompe» qne l'on voit a i^^aache, it la vapeur par le toy;iii V, qui la rond ii il d*;ibord ûm^ la botte ite distrl- In bv. La ti^e du piston est articulée par rinterraédiaire du p.irallélfjmiie et;S7 avec rextrêmité rlu balancier »'x% levier très fort, ordinal renient ïnte, mobile snr deux tourillons quil porte en son niilieu. L'antre ûkUé- «' du kilaneier est articulée avec une bielle fS, articulée elle-nu^nie par utre extrémité â une manivelle m fixée à l'arbre qu'il s'agit de faire er: de manière que le nu>tivement d*osciliation que reçoit la bielle ^e Il S G

toi CHANGEMENTS d'ÉTAT DES CORPS.

transforme en un mouvement de rotation. Il est facile de voir que la maoidle doit avoir pour longueur la moitié de la course du piston, quand les deux bras du balancier sont égaux, ce qui a lieu ordinairement. Un volant FF, très pesant, sert à régulariser les mouvements, et en même temps k faire franchir, par sa vitesse acquise, les deux points morts ou instants critiques, qui correspondent aux positions où la bielle est sur le prolongement de la manivelle; alors TeRet exercé par la bielle ne fait que presser la manivelle contre Tarbre, sans lui imprimer de mouvement.

La tringle T, T, fixée à Tanneau qui entoure Texcentrique de Tarbre, fait mouvoir le tiroir, au moyen du levier vi et par l'intermédiaire de deux Ind/et pendantes b fixées aux extrémités d'une barre transversale que la tige du tiroir porte en f, C est le condenseur, dans lequel on régie l'arrivée de l'eau d'injection au moyen du robinet rr. Cette eau vient d'une bâche alimentée par la pompe P, mise en mouvement par le balancier, et qui prend l'eau dans on puits ou à toute autre source. A est la pompe à air ; l'eau chaude qu'elle extrait du condenseur C est conduite au-dehors par un tuyau e ; une partie est aspirée au moyen du tube /, par la pompe d'alimentation p qui la refoule dans la ehaudiére, pour remplacer l'eau qui disparait à l'état de v.^peur. Cette pompe est ordinairement une pompe à piston plongeur, analogue à celle que nous avons décrite (I, 35^) ; seulement les soupapes sont souvent de simples sphères méta)liques dont le déplacement est limité par des brides en métal.

modérateur & force eencrifiige. — Pour rendre régulière la xjtesse d'une machine, malgré les changements dans les résistances qu'elle peut avoir à vaincre. Watt a imaginé de faire varier la masse de vapeur qui arrive dans la boite de distribution, de manière à en fournir une moindre quantité quand la vitesse s'accélère. Il a employé pour cela le pendule conique déjà en usage pour régler la position des vannes dans les récepteurs hydrauliques. Cet appardi, figuré en R {fig. 734), consiste en deux boules très lourdes suspendues, par deux barres articulées, à un arbre vertical Ro. Deux autres barres sont articulées aux deux premières par une extrémité, et par l'autre, à un anneauaqoi peut glisser le long de Tarbre Ro. Les quatre barres forment ainsi un losange, qui se rapproche d'autant plus de la figure d'un carré que les boules sont plus écartées 1 une de l'autre, ou, ce qui revient au môme, que l'anneau a est plus élevé. Ce système reçoit de l'arbre du volant, un mouvement de rotation autour de l'axe Ro, par la corde sans fin ce et les roues dentées o. Quand la vitesse de la machine, et, par suite, celle de l'appareil R augmente, la force centrifuge fait écarter les boules, et l'anneau a monte; il descend, au contraire, quand la vitesse diminue. Cet anneau porte une gorge dans laquelle s'engage à frotieineot doux, une fourchette qui termine un levier // ; de manière que le bras // s'éléw et s'abaisse en môme temps que l'anneau a. L'autre bras agit, par l'intem^ diaire de tringles x, x. x, et de leviers coudés S, S, sur une clef que Ton ^^^ dans le tuyau d'arrivée V, de manière à gôner plus ou îioins le passage del* vapeur.

On emploie aussi, pour remplir le même objet, le régulateur Molinié, qui consiste en une espèce de soufHet cylindrique vertical, disposé comme celui de la soufflerie (I, 578). La tablette supérieure agit par une tige sur la clef du tuyau V; elle s*éléve plus ou moins suivant que le mouvement intermittent communiqué par la machine à la tablette inférieure du soufflet, est plus ou moins rapide.

••9, ifaehines là hante pression. — Watt, en 1769, s*était réservé le droit, pour le cas où l'eau serait rare, de construire des machines dans lesquelles la vapeur ne serait pas condensée après avoir produit son effet, et s'échapperait simplement dans Tatmosphére. Ce système avait déjà été indiqué par Papin, et le principe en avait été décrit par Leupold en 1724. Il est évident que, dans ce cas, le piston éprouve du côté vers lequel il marche, une résistance égale à la pression atmosphérique. La vapeur qui le presse du côté opposé doit donc posséder une tension égale au moins à deux atmosphères, si Ton veut qu'elle produise un elTet équivalent à celui d'une atmosphère quand il y a condensation. La machine porte alors le nom de machine à haute pression ; on réserve le nom de machine à basse pression h celle dans laquelle la tension de la vapeur de la chaudière est au-dessous de deux atmosphères ; alors il y a toujours un condenseur.

Les machines à haute pression sans condensation sont plus simples que les machines à basses pressions ; il y a de moins, le condenseur avec sa pompe d'alimentation et sa pompe à air, ainsi que toutes les pièces, tringles, robinets tuyaux... qui dépendent de ces parties. C'est ce qui fait préférer aujourd'hui généralement les machines à haute pression ; elles occupent moins de place, ^nt moins coûteuses, à égalité de force dépensent moins de combustible, et n'exigent pas la grande quantité d'eau nécessaire à la condensation. Cependant ces machines sont souvent accompagnées d'un condenseur; on épargne alors Qne atmosphère de pression.

Papin est le premier qui ait établi une machine sans condensation. Il ne

parait pas que Watt en ait construit. On donne aujourd'hui à la vapeur une

tension qui varie de 3 à 8 atmosphères; en Amérique, on va même jusqu'à 10.

iOOil. Différents systèmes de mnehlnes fixes. — La machine de Watt

à condensation est d'un poids énorme et occupe un grand espace. Le balancier

et le système qui sert à le soutenir sont surtout d'une installation difficile et

coûteuse. On a cherché, dès le principe, des dispositions plus simples, et il y a

un très grand nombre de modèles différents de machines à vapeur. Nous ne

pouvons donc songer à en donner ici une description mém« abrégée. Noui

remarquerons seulement que toutes les machines fixes, si différentes dans les

détaUs, peuvent se rapporter à trois types principaux : la machine de Watt déjà

décrite (998), la machine Maudslay et la machine à cylindre oscillant. Ces trois

sy&tèmes diffèrent principalement par la manière dont le mouvement du piston

se communique au volant.

loi

ma

rÉTAT DES CORPS.

Machine HfsiQd^lar. ^La ffff. '735 rppré&cnteime marliinp de ce systt^n sans condensa lion : C osl le i-orjis tic pompe ; la tige dn piï^ton est guider i deux galets fixés aux extrétnités d'une traverse i qui la termine, elnnili dans deux (f!mir,re% (ixes t% v' parallèles à la tige. Denx bielles pend:mit'S( e'tï, arlirulées avec la Iraverse l, attaquent en h, n les *lenx maiùvell

que porte T arbre 0 du vnlant.

vapeur arrive par le tuyau V, dauP (a boîte k vapeur. Le tiroir et^t mis m mouvement par l'excentrique lï, k levier toud6 0 et la traverse r rjue porte à son extrémité ta tige deei tiroir, i est la pompe d'alimentation de la diaudiérc; elle est mise en jet» par l'excentrique e, qui fait osrillBr, par Tintermédiaire d*une bielle fc, ut> levier dir troisième j^enre. qui ne se voit pas dans la lij^^ne. et dont IVUrémité opposée au point d'appui -igit ^ur les deux bîeiles pendantes t Le modérateur '( ïoixe cenli iruge fi reroit siui intmvfnnenl de rot;tli*>P. J* l'arbre du volant, au luo^^en d^uiii corde ïsans (iu qui passe sur *îeiiï poulies de renvoi p. L'anneau « stinléve plus ou moins la Irijinlr l fonrehette aw, qui glisse ihm wi anneau lixe at , et agit par ^ ^*- '■'"■ extrémité inférieure sur la tjefpbd

dans le conduit de vapeur V.

Ce >)stéme|iréseute une élégante stimplieité quand le corps de ponifie^ hori/ontiL et la bielle dans le prolon^^ement de la tifje. Test rette disiuwitmii qu'on ado|ile dans les loeomoîives des rbeniins de fer. On en voit aus»i <iw exemple diin- la (itj 1\3.

WÊm^hîn^H àfi-jUndre ospUlanl, - \L Manb) est parvenu U lier iliff*" tenieut la tige du piston a la manivelle de Tarbre dn volant, en donnaitU corps ïfe pompe 1;* liberté (rnsriller dans un plan perpendimhire à rel nrl>n Pour eela, ee eorjjsiie pompe est sonteiuï surde!> eoïonnes, par deux lounlf^^m*^ dont l'un se voit en 0 {fifj. 7.%), autour desquels il peut osniler. La ti;;c J"^ pistou a^il direetemenl sur la manivelle m ; elle est guidée par des gJilrlH roulent entre thm ii^cs r, r\ fixées aueouvercledueorps de pompe. U va|> arrive par Tun des tonrillons, qui est foré» et dan;; lequel s'en^M^^'e l'extrÉI d'un tuvau coumniniquant avec la cliaudiére à vapeur ; nue garniture dé

permet au tourillon de tourner sur lui-môme sans qu'il y ait perte de vapeur.

La distribution se fait de différentes manières. Dans les appareils de petites dimensions, on emploie souvent une espèce de robinet à quatre voies, dont le corps est formé par Textrémilé du tourillon, qui présente une forme conique et est reçu dans un boisseau Gxc, dans lequel il tourne alternativement , pendant les oscillations du corps de pompe.

Dans les appareils de grandes dimensions , on emploie des tiroirs mis en mouvement par différents moyens. Voici un des plus simples : l'excentrique e (fig. 736) fait monter et descendre une bielle 6 guidée en n et portant une glissière a, ayant la forme d'un arc dont le centre est en o. Le levier / qui agit sur la tige du tiroir, porte un bouton qui glisse dans la glissière pendant les oscillations du piston. Le tiroir ne changerait pas de position si la glissière a restait fixe ; mais comme elle monte et descend alternativement par l'effet de l'excentrique e , le tiroir reçoit un mouvement alternatif. La vapeur arrive dans la boite de distribution par un des tourillons et sort par l'autre. La pompe d'alimentation est mise en mouvement par un second excentrique adapté à l'arbre du volant.

Les machines oscillantes, imaginées en Angleterre par xM. Manby, et importées en France par M. Cave, n'ont pastenu ce qu'on semblait devoir en attendre. L'usure rapide des tourillons, sur lesquels porte le poids du cylindre et tout l'effort de la machine, les a fait assez généralement abandonner, surtout pour les appareils de grandes dimensions.

Haehin€^s rotatives. — Pour supprimer la perte de travail, due à la transformation du mouvement alternatif en mouvement de rotation, on a cherché à construire des machines à rotation directe, c'est-à-dire dans lesquelles la vapeur imprime directement un mouvement de rotation à un arbre. Les premiers essais ont été faits par Watt, et, depuis, divers inventeurs ont donné des solutions très ingénieuses de ce problème. M. Pecqueur est le premier qui ait exécuté des machines rotatives que l'industrie ait pu employer; mais elles n'ont pas été généralement adoptées. Le principal défaut qu'on leur trouve est de dépenser plus de vapeur, à égalité de puissance, que les machines à mouvement alternatif.

iooi. machines ft détente. — Watt ayant remarqué que, dans certains cas, la vitesse du piston allait- en s'éiccélérant, ce qui produisait une secousse au moment où il devait changer de sens dans son mouvement, imagina, pour obvier à cet inconvénient, de ne laisser entrer la vapeur dans le corps de

Fia. 736.

406 CHANGEMENTS D*ÉTAT MES C0RP8

pompe que pendant une partie seulement de la course du piston. La ^ introduite agit ensuite par sa force de ressort ou par détente^ avec une foreft décroissante, qui dépend de l'augmentation de volume qu'elle éprouve, etque rom peut calculer approximativement, pour chaque position du piston, en appliquant la loi de Mariette. Watt ne laissait entrer la vapeur que pendant le Uers environ de la course du piston. Indépendamment de la régularité de mouvement obtenue par ce moyen, il y a une économie des deux tiers de la vapeur, ou^du combustible. Cette économie est, en partie, au détriment du travail produit; maisU perte est loin d*étre proportionnelle à l'économie de vapeur. Par exemple, si la vapeur n'entre que pendant le tiers ou | de la course du piston, elle agira avec la pression P, qui régne dans la chaudière, pendant | de cette course, et pendant les sixièmes de course qui suivront elle agira avec des pressions égales successivement à P-J, Pf, Pf, Pf, si l'on applique la loi de Mariette, et si Ton néglige les variations de pression pendant chaque sixième. En prenant la moyenne entre ces différentes pressions et la pression P qui existe pendant les deux premiers sixièmes, on trouve P ^ =0,63P, quantité plus grande que {P = 0,333 P. En n'employant qu'un tiers de vapeur, on a donc une pression moyenne qui est bien supérieure au tiers de P ; on obtiendrait une valeur plus grande encore, si l'on multipliait les subdivisions de la course pendant lesquelles on suppose la pression constante. — On peut encore reconnaître l'avantage de la détente en observant que si la vapeur n'entre que pendant

— de la course du piston, elle produit d'abord — du travail qui serait

effectué si elle entrait pendant toute la course, et l'on dépense n fois moins de vapeur. On gagne ensuite tout le travail effectué par la détente.

Manière de produire u détente. — Watt arrêtait l'arrivée de la vapeur dans le corps de pompe en fermant, au moyen d'une cheville adaptée à la tige de la pompe à air, la soupape d'entrée de son système de distribution à botte i soupapes (995). Aujourd'hui, on emploie d'autres moyens: tantôt on se sert d'une soupape placée dans le tuyau d'arrivée de la vapeur et qui se ferme, par l'effet d'un excentrique, quand le piston a parcouru une certaine partie de sa course ; tantôt on se sert d'un second tiroir, nommé tiroir à recouvrement, glissant au-dessus de celui qui règle l'introduction de la vapeur, et placé soit dans la même boite, soit dans une boite séparée ; ce tiroir à recouvrement laisse passer ou intercepte la vapeur qui se rend au second. Enfin, on peut encore n'employer qu'un seul tiroir à coquille, mais il faut le faire mouvoir au moyen d'un excentrique dont la courbure soit calculée de manière h pousser le tiroir avec des vitesses variant suivant une loi convenable.

Détente Ciapeyron. — M. Clapcyron est parvenu h régler la détente ater un seul tiroir et au moyen d'un excentrique circulaire. Le tiroir (/f^. 737) porte deux plaques a, p qui peuvent tenir fermées les ouvertures par lesquelles arrive la vapeur, pendant un temps plus ou moins long; de manière que b

eoMDwnumoMon c, par exemple, soit fermée pendant que c' communique avec Fe condenseur par Touverture o. Cette ouverture est très large et peut ôtre HÈ partie recouverte sans inconvénient, comme on le voit dans la figure. Alors a détente se fait au-dessus du piston, pendant que le tiroir monte. Le aaxKient où le canal c est obstrué dépend de la dimension des plaques « 1 |B , et de la distance a|3 ; elle dépend aussi de Tamplitude le^ déplacements du tiroir.

^A^NM. DéCeate irarUbie. — 11 y a un grand avantage

L pouvoir faire varier Tétendue de la détente d*aprés les diffé-

*ei^t.es résistances que doit vaincre la machine. On emploie pour

:e\sL divers moyens : tantôt on dispose de Famplitude des mouve-

ments d*un tiroir à recouvrement, tantôt on modifie Texcen-

iriciiie qui fait jouer une soupape de détente. Le plus souvent

oa fait varier Tamplitude du mouvement alternatif d'un tiroir

unique, au moyen d'une disposition qui permet de faire varier

à Volonté la détente, même pendant la marche de la machine :

^ Cfig- 738) est la tige du tiroir, guidée dans un anneau a,

et mise en mouvement par une bielle B. Cette bielle porte

uri bouton 6, qui s'engage dans une glissière ce articulée

en 0, de manière qu'elle peut obéir à la bielle B' de l'excentrique e^.

V amplitude des mouvements du tiroir dépend de la distance 0/). On peat

î^re varier cette distance au moyen de la barre articulée l et du levier

^udé 0, sur lequel on agit au moyen du levier L. Ce levier porte un

Fig. 737.

verrou n que Ton enfonce dans un des crans que porte un arc métallique m, de manière à maintenir le bouton h à une distance déterminée du point 0. Dans certaines machines, la détente variable est réglée par le régulateur à force centrifuge, qui agit sur la barre /, de manière que la durée de rentrée libre de la vapeur soit d'autant plus petite que la machine tend à marcher plus vite.

■Mihiaes à déleste de MTooif. — Dans les machines de Woolf, la détente se fait dans un second corps de pompe P' séparé du premier, et de

CHANGEMENTS D ETAT DES CORPS

plus grandes dimensions (fig, 739). La partie inférieure de Tun des corps de pompe communique avec la partie supérieure de Tautre, et rédproqaement La vapeur entre librement dans le corps de pompe P, et après avoir agi siirle 'piston qu'il contient, elle passe dans l'autre corps de pompe, où elle presse par détente le piston P', qui est plus grand que P. Des tiroirs h pistons, mobiles dans les tuyaux ab, a'b\ servent à régler l'introduction de la vapeur. Dans la position de la figure, les deux tiroirs sont soulevés par les tiges /, i'\

la vapeur arrive par Touverture o et passe au-dessus du piston P, tandis que celle qui se trouve au-dessous de ce piston se précipite au-dessus du piston P', et le presse par sa détente. Pendant ce temps-là, le dessous du piston P' communique avec Tair extérieur, ou avec un condenseur, par Touverlure c' . Quand les deux pistons P, P' sont arrivés au bas de leur course, les tiges /, V s'abaissent, et les tiroirs prennent les positions indiquées en lignes ponctuées. Alors la vapeur arrivant en o passe sous le piston P, et celle qui se trouve au-dessus, passe sous le piston P', pour le soulever par sa détente, pendant que le dessus de ce dernier piston communique avec l'extérieur, ou avec le condenseur, par l'ouverture c. Les pistons P et P' sont fixés à Texlnimité d'un balancier, par l'intermédiaire d'un même parallélogramme articulé, en deux points placés sur une ligne droite qui passe parl'aw du balancier et par l'angle opposé du parallélogramme (994). Lesmacliines de Woolf, d'abord peu employées, commencent à jouir d'une faveur qu'elles doivent à l'économie notable de combustible qu'elles permettent de réaliser. 1003. DU TBAVAIL DES HACHIHBS A VAPEUR — Le nombre de ïdlogrammires (I, 73) fournis par une machine à vapeur, pendant un temps donné, peut se mesurer au moyen du frein de De Prony (I, 74), que l'on applique à l'arbre du volant. Ce travail s'évalue le plus ordinairement au moyen du cheval-vapeur, unité employée pour la première fois par Savery. Nous avons vu (I, 73) qu'elle rej)résente 75 kilogrammètres par seconde, et qu'il faut disposer de 5,5 ckevaux vivants pour fournir en 2i heures le travail d'un cheval vapeur. Le travaS des machines à vapeur peut aussi se calculer théoriquement quand on connaît les dimensions du corps de pompe et la tension de la vapeur.

Calcul du travail du piston. — Supposons d'abord que ta naebine marche à pleine vapeur, c'est-à-dire qu'il n'y ait pas détente. Désignons par S

Fi}:. T.'iO.

B cTTc A^

h surface du piston, par H l'excès de la pression de la vapeur dans le corps de pompe sur sa tension dans le condenseur ou dans Fatraosphère, suivant que la machine est à condensation ou sans condensation ; et par / le chemin par- €Oum par le piston en !•. Le travail accompli pendant ce temps, seraSH/(I,73), on bîenVH, en repr<^sentant parV le volume S/. Vêtant exprimé en déclmè^tres cubes, et II en décimètres d'eau, le produit VH représentera le nombre de kilogrammètres founriis en 1».

I>ans les machines à détente, pour obtenir le travail accompli pendant une course du pis^t-on, il faut ajouter au travail effectué pendant que la vapeur entre librement, celui qui s'accomplit pendant la détente. Le premier est égal à S/H , en appelant / l'espace parcouru à pleine vapeur par le piston. Si nous Fig. 74o. prenons sur l'axe Ox (fig. 740) une longueur OB représentant la valeur de /, et l'ordonnée B/i égale à la pression H, l'aire H/ du rectangle Oh, multipliée par S, représentera le travail accompli pendant le parcours de l'espace /.

Pour obtenir le travail fourni pendant la détente, supposons d'abord que le vide soit fait complètement dans le condenseur, et soit OA la longueur L du corps de pompe. BA = /' sera l'espace parcouru par le piston pendant la délente. Divisons cet espace en un nombre n de parties égales Ba, ah, 6r..., et supposons que les pressions de la vapeur soient constantes pendant que le piston I^s parcourt; représentons ces pressions par B/i, aa\ bb\ ce' ... Les travaux accomplis dans ces subdivisions, seront rep^-ésenlés par les aires des rectangles Ba' ^ ab\bcf... multipliées par S, et le travail de la détente à la fin de la course ^^ piston, par la somme de ces aires; c'est-à-dire, en supposant n infini, par ■ ^ire BAA'/^. Pour obtenir les pressions aa\ bb\ cc\ supposons que la vapeur *^ dilate en suivant la loi de Mariotte, et soit y la pression pour une distance ^^ point 0 égale h x ; on aura xg = OB x B/i = /H, d'où l'on tirera la valeur "^ y. Cette expression est aussi l'équation de la courbe /lA'. On voit que ^tle courbe est une hyperbole équilatère rapportée à ses asymptotes Ox et Oy. " suffira donc, pour calculer le travail correspondant à une course du piston, ^^ns les machines à condensation, d'ajouter au rectangle Oh, l'aire comprise entre l'hyperbole équilatère, son asymptote Ox et 1rs deux ordonnées ^Correspondantes aux valeurs x=l, x = L\ l'équation de cette hyperbole étant xy=^m.

Quand la machine marche sans condensation, on évalue par le même moyen le travail du piston ; mais il faut prendre pour ordonnées les différences entre la pression atmosphérique et la pression de la vapeur calculée par la formule «y = /H. Dans ce cas. Taxe des x est une parallèle à l'asymptote.

CHANGEMENTS D ETAT DES CORPS

Pour représenter le travail par une expression analytique, od calcule algé> briquement les aires Oh et BAA'A, et on les ajoute. On trouve ainsi» dans le e» où il n*y a pas condensation, et en représentant par P la pression atmospUrique en colonne d*eau, et par y* la pression à la fin de la détente, donnéepar l'égalité l^=:/H,

sHl

(l + log|-^) et ,H^(l + log4),

quand il y a condensation et qu*on suppose le vide complet dans le condenseur. Les logarithmes sont pris dans le système Népérien. Voici le tableau du travail d'une même masse de vapeur, quand la détente

se fait après que le piston a parcouru 9, 8, 7 dixièmes de sa course; k

travail à pleine vapeur est pris pour unité :