NATURE DE LA ROCHE

TKMPS

la poM

et du

traTall.

de tniTail.

Schistes noirs passant au grès tendre

Schistes noirs tendres.

Idem.

Grès tendre fin micacé Grès extrêmement dur.

Idem.

miontat

7Vt 13 Vt

m la o les

métret.

lia

ehan|a-

mcot

d'ontili.

ObacrvaCIOBs.

Forage verUcaL

La flenret ne s'échanfla pas.

L'oaUl s'tfehaDffe na peu.

N. B. L*outiI doit être d'autant plus aigu que la roche est plus tendre.

» Fosse Villars. — Travail du perforateur dans la galerie du sud (niveau de i\i m,). — Percement de roches assez dures et mélangéei de pyrites.

JVlLIiET 19««.

KOaSEB

d'ouvriers ipéa.

LOKOOBUa

dea trous forés.

niirs pour la poce

dv perferatear.

TBMra

employé au forage.

Journée du 15 pendant 9^15»

Journée du 16 pendant 9^10*

Ih 6'30"

Temps employé au déblai 11»»11'00"

Somme égale pour le temps des 15 et 16 juillet . . 18><l25'00"

Hauteur de la calerie 1°>,90

Largeur id. * -l^jôO

L'avancement de la galerie a été de 2°),i0

Nota. — La galerie étant payée au prix de 30 francs le mètre,

les ^,10 équivalent à fr. 63 »

A déduire pour poudre et fusées 18,80

Reste a payer . . . f r. 44^ Soit fr. 11,05 c* par journée de travail et par homme.

D'après la méthode ancienne, sur un travail de 5 mois, les ouvriers gagnaient 62 centimes par heure et par homme ; par le perforateur l'ouvrier gagne par heure et par homme fr. 4,16 c*.

lia CHAPITUBIV.

M. Von Balzbcrg a exposé à Vienne en i875 une modification du perforateur Lisbel; celle modification a été opérée surtout eo vue de faciliter Tapplication de la perforation à la main à des roches salifères peu homogènes et de dureté extrêmement variable que l'on exploite dans le pays de Salzburg; elle est représentée (fig. 160). La vis creuse f^ porte un collier a, et la tige de la tarière une pièce p munie de deux écrous qui s'appuient sur la pièce c; celle-ci glisse sur celte tige; elle est poussée contre le collier a par un ressort qui exerce sur elle une pression constante. En tournant la manivelle, on fait pénétrer l'outil dans la roche jusqu'au moment où la pression augmentant sur le collier détermine la rotation de la vis et le mouvement d'avancement qui s'opère ainsi lorsque cela est devenu nécessaire.

S 2. — Emploi de l'air comprime. Perforation mécanique.

ConKidérations sur remploi de Talr comprimé dans les mines. —

Rendement théorique.

tss. L'emploi de la vapeur à l'extérieur des mines est commandé par la facilité de placer les moteurs à côté des générateurs, et d'obtenir un rendement élevé et une marche économique grâce aux perfectionnements apporlés dans la construction des chaudières et des machines motrices. Mais il n'en est pas de même à Tintérieur des mines; les applications de la vapeur y sont rares dans les exploitations du continent; elles sont un peu plus fréquentes en Angleterre.

D'un côté, rétablissement de chaudières à vapeur dans le fond ' des mines présente de grandes difiicultés et souvent même de sérieux dangers; d'un autre côté, si l'on se résigne à prendre la vapeur au jour pour l'utiliser sur des moteurs souterrains qui nécessitent de grandes excavations et des frais d'installation considérables, il faut en passer par des déperditions de chaleur et

illITIÈME LEÇON. 413

par des pertes de pression notables^ quels que soient d'ailleurs les soins que Ton prenne pour envelopper d'un enduit peu eonducteur de la chaleur, les conduites dont le diamètre prend ainsi des proportions encombrantes. Enfin, la circulation de la vapeur dans les conduites souterraines augmente la température de Pair dans les galeries où elles sont installées.

Les moteurs hydrauliques n'ont dans les mines que de rares applications; ils offrent Tinconvénient d'introduire dans les travaux de l'eau qu'il faut ensuite remonter au jour.

1/air comprimé est, au contraire, comme je l'ai dit n^ 130, lagent de transmission le plus commode pour porter, sur les points les plus éloignés d'une exploitation souterraine, la force motrice engendrée à la surface. Il n'exige que des conduites de faible diamètre, et, loin de contrarier comme la vapeur la ventilation des travaux, il vient en aide à l'aérage. C'est ce qui explique les applications multipliées que cet agent a reçues, depuis dix ans surtout, dans lexploitation des mines où nous le verrons employé à l'alimentation des baveuses et des perforatrices, à la desserte des appareils de traction mécanique, etc. Ces applications diverses justiGent les efforts que les ingénieurs ont faits et Tont encore pour améliorer les conditions d'installation et de marche des machines à air comprimé.

L'inconvénient grave que l'on reproche à l'air comprimé, c'est d'exiger, pour le produire, des installations coûteuses, de ne pas être employé jusqu'ici dans des machines utilisant la détente et dexiger une grande déperdition de travail pour amener l'air à la tension exigée.

M. Trasenster a fixé les idées sur le maximum de rendement à attendre des machines à air comprimé ('); il a montré que le travail restitué arrive rapidement à une limite qu'on ne peut dépasser, quels que soient la tension de l'air ou le travail dépensé.

(') Revue univcrseUe des mines, t. XX III, p. ^i 13.

iU CHAPITRE IV.

Le maximum de travail restitué, dit-il (eh poussant la compression à rindni^ et sans tenir coniple de Télévation de tempe rature due à cette compression), a pour limite le travail (jr donnerait le volume d'air engendré par le piston du cylindre soufflant, agissant avec une pression effective d'une atiwr sphère.

Soit p la pression atmosphérique = 10533 kilog. par raèlit carré, P la tension de Tair comprimé. V et v les volumes eorn-y pondants, et V = np ou V = nt? le travail théorique quccii air peut restituer a pleine pression est

comme

T^ = (P - p) u = Piî — pv

Ptj = pV cl v = -

Ainsi donc, quelle que soit la pression à laquelle il a élé com primé, un mètre cube d*air ne pourra restituer qu'un travail inférieur à

p X ty OU i03ôd kilogra m mètres.

Il ne pourrait donner un travail égal a 10335 kilogrammctnH que si l'on avait ^ =0 ou n égal à Tinfini. Ce mètre culie d'air; comprimé seulement à 2 atmosphères, restitue un traviul

Il en résulte que le travail que peut donner sans détente u\ mètre cube d'air comprimé à des milliers d'atmosphères^ ne pea| jamais être double de celui que donne la même quantité d'itij comprimé à 2 atmosphères. L'air comprimé à 4 aluiosphcnl donnera un effet proportionnel ai — -^ ou f , tandis qu'il hu\ une compression infiniment grande pour obtenir un effet égaUii

D'an aulre côlc^ le travail dépensé est exprimé par la formule ogaritbmique

Trf = pVIog. ncp. Il,

î'est-à-dire qu'il croît comme les puissances de n, tandis que le ravaîl restitué ne peut jamais atteindre Tunité.

L'effet utile E, c'est-à-dire le rapport du travail restitué au ravail dépensé est donc

Trf p\tyZOù\og,n 2,303 log./i

En écrivant n' au lieu de n on aura

2,303 X lûg.i»

En donnant à x dés valeurs croissantes depuis i jusqu'à 6 et n la valeur 2, on trouve pour E les valeurs suivantes :

Pour 2 i

nlraosphcres ou x — 1

On remarquera qu'en portant la pression de 32 à 64 atmo- 3h ères, le travail de l'air comprimé n'augmente que dans le raporl de 63 à 64.

Ces résultats sont exprimés par le tracé graphique (fig. 161, 1. VIII), dans lequel le travail dépensé est représenté par une gne droite fortement inclinée par rapport à Taxe des pressions t le travail restitué par une courbe asymptotique (hyperbole).

Les pressions élevées n'ont d'autre avantage que de diminuer L résistance dans les longues conduites, mais pour des distances

ordinaires, on voit qu'il faudrait éviter de comprimer Tair à des pressions dépassant 2, 3 et au plus 4 atmosphères sauf à augmenter un peu, le cas échéant, le diamètre des conduites qui distribuent l'air aux différents récepteurs que comportent les besoins d'une exploitation souterraine. Nous verrons plus loin qu'en pratique on accepte fréquemment des pressions plus élevées.

Rendement pratic|uc : effet utUe partiel, effet utile total.

f 34. A côté de ces considérations théoriques, il convient de signaler les résultats pratiquement obtenus. Les expériences faites jusqu'à ce jour, montrent que le rendement des machines à comprimer l'air, c'est-à-dire le rapport du travail effectivemetii transmis par l'air dépensé au travail théorique contenu dafis cet air dépensé^ descend dans les machines à travail variable et inégal à 50 ou 55 ''/o, et atteint de 70 à 75 ^/o dans les machines parfaitement construites et avec des installations bien entendues. Les compresseurs perfectionnés du système Colladon, analogues à ceux qui ont été récemment établis aux mines de Lens, ont même permis d'obtenir un effet utile de 85 ®/o à une pression absolue de 5 atmosphères. Il est à remarquer que le rendement ainsi exprimé n'est qu'un rendement partiel; il convient de se préoccuper du rendement total, c'est-à-dire qu'il faut rapporter le travail définitivement obtenu au travail de la vapeur employé à comprimer l'air, si l'on fait usage d'un moteur à vapeur, ce qui est le cas le plus général. En cherchant la fraction du travail dépensé par la force motrice primitive que l'on retrouve disponible sur Varhre de la machine à air comprimé. on a trouvé en pratique un effet utile moyen de 20 à 25 ^/o en marchant à pression élevée, et de 35 à 40 ^/o en marchant à basse pression. Ces indications sommaires montrent que si Fair comprimé est un agent de transmission commode, c'est aussi un intermédiaire coûteux; il est d'autant moins économique que la plupart des appareils récepteurs utilisant, en dernier ressort, Tair

comprimé produit par les compresseurs, sont en général pourvus d'une distribution imparfaite et donnent lieu à des consommations d'air relativement exagérées.

InQucuce île récliaufTemciit de l'air peDflant «a com|>rcssion sar le rendement pratique des compresseurs.

u On peut admettre que dans les machines les mieux construites, on arrive à réduire à environ S % les pertes de rendement dues aux espaces nuisibles et à la résistance présentée par les clapets d'aspiration ('); il reste donc dans le cas du maximum de rendement obtenu jusqu'à ce jour (compresseur Colladon, type de Lens, par exemple), une perte d'environ 15 *>/o qui s'explique par réchauffement de l'air pendant sa compression.

La température finale que l'air sec, pris à une température initiale de 20^ centigrades, acquiert par la compression entre 2 et 8 atmosphères, est donnée par le tableau suivant :

TEVPtf«ATCail

PBU«ION

finale

en alauMphères.

en degrés ceoiî-

gradct

A 10 atmosphères, la température finale serait de 298^,3; à 15 atmosphères, elle s'élèverait à 369°,5; on voit qu'elle croît

(*) A. Pernolct, L'air comprimé et tet appUcaliont, Cet ouvrage contient d'excellents et de nombreux renseignements, nous en recommandons la lecture à ceux (|u'inléresscnt les applications de Pair comprimé.

rapidement avec la pression. En employant de 1 air humide^ on peut comprimer l'air un peu au-dessus de 7 atmosphères sans que la température finale s'élève à plus de 90^ centigrades^ mais pour obtenir cet abaissement considérable de la température finale, il faut introduire dans le cylindre compresseur une quantité d'eau sufiisanle pour maintenir la saturation de l'air pendant la compression.

Le diagramme représenté (fîg. 162, pi. VIII) a été relevé par M. J. François, au moyen d'un indicateur placésur un compresseur à piston hydraulique du système Sommelier. Dans ce diagramme, le travail développé pour comprimer l'air est représenté par la surface ^fiCJ9; Ai? est la courbe théorique qui serait obtenue si la compression se produisait sans échauiTement en suivant la loi de Alariotle ; BF est au contraire la courbe qui serait théoriquement obtenue, si Ton n'avait recours à aucun artifice pour combattre réiévalion de la température de l'air pendant sa compression. On voit que la partie du travail de compression qui se transforme en chaleur, c'est-à-dire la perte de travail due à réchaufTement est représentée dans ce diagramme par la surface comprise entre les deux courbes BC et BE. Cette question de l'influence de réchaufTement de l'air pendant la compression sur le rendement des compresseurs, a été traitée avec beaucoup de sagacité par un ingénieur belge très-distingué, M. Cornet ('). Cet ingénieur a montré que déjà, à 5 atmosphères efTeclives, réchaufTement dû à la compression transforme en chaleur près du quart du travail total et que cet excès de travail croît avec la pression. L'expansion de l'air produit inversement un abaissement de température; il en résulte pendant la détente une absorption de travail qui s'ajoute à la perte due à réchauffement pendant la compression. M. Cornet a établi que la perle d'effet utile due à ces deu\ causes est de 60 ^[o à 65 «/o avec un système de machine

(') Considérations sur V emploi vt la production de l'air compritHé dans fes frarobX d*cxploitation des mines.

lIL'lTiÈMË LEÇON. 119

employant de l'air comprimé à une pression de 5 à 8 almophères absolues.

Moyens employés |>our combattre réeliauffement de Pair

peiKlant la compression;

tse. Les constructeurs de machines à air comprimé préviennent et combattent réchauffement dû à la compression de l'air par un refroidissement opéré avec de l'eau. Tantôt on se contente de refroidir extérieurement par un courant d'eau les parois de I appareil de compression^, tantôt le refroidissement est obtenu par l'emploi d'un matelas d eau formant piston hydraulique, artifice qui caractérise les compresseurs du système Sommelier; tantôt enfin et c'est là le moyen le plus efficace, indépendamment d'une circulation d'eau autour des cylindres compresseurs, ainsi qu'à rinlérieur des pistons et de leurs tiges creuses, on injecte de l'eau pulvérisée au milieu de la masse d'air pendant qu'on la comprime. C'est ce dernier procédé qui est en usage dans le système de compresseur imaginé par le professeur GoUadon de Genève; les expériences faites au Saint-Gothard avec des compresseurs à injection d'eau pulvérisée comprimant l'air à 7 ou 8 atmosphères, ont montré qu'il suffit d'injecter un volume d'eau représentant le j^ôô ^" volume d'air aspiré pour réduire à 12 ou 15« l'excès de température que l'air sortant du compresseur présente sur celle de l'air aspiré, celle-ci étant de 4 à 5"^ supérieure à la température de l'eau injectée. Dans les appareils à piston hydraulique, au contraire, l'élévation de température de l'eau à sa sortie est d'au moins 48 degrés et ce système imparfait de refroidissement ne permet de réduire la perte de travail due à réchauffement de l'air par la compression que de 21 à 17 <^/o du travail total à développer effectivement dans les deux cas. Quant au refroidissement purement extérieur des parois des appareils, eest UD moyen absolument insuffisant lorsqu'on dépasse une pression de deux à trois atmosphères.

lâO CHAPITRE IV.

DisliiicUoii des divers appareils que comporte la perforation mécanique

tS9. D'après les explications contenues dans les n*"* 133 à 436, on a pu comprendre que dans l'application de Taîr comprimé à la perforation mécanique il faut distinguer i"^ le moteur qui peut être dépendant ou indépendant du compresseur; ^ l'appareil compresseur proprement dit; 3« l'appareil récepteur composé des perforateurs et de l'affiil sur lequel ils sont fixé> dans des conditions telles qu'on puisse donner à l'outil perforani des directions variables; 4° la conduite et les divers accessoire^ qui complètent l'installation.

Je vais passer en revue ces divers appareils.

Les moteurs.

188. Dans le percement des tunnels à travers les massiN montagneux, on a pu recourir à des moteurs hydrauliques et utiliser ainsi les hauteurs de chutes que les conditions locales fonrnissaient. C'est ainsi que pour le percement du mont Cenis^ on a pu commander directement à Modane des compresseurs Sommelier par des roues hydrauliques, à couronne de fonte et à auget> en tôle; ces roues recevaient chacune 1 "»' d'eau par seconde ei marchaient à une vitesse de 6 tours par minute; elles avaient un diamètre extérieur de S™,540 et une largeur intérieure de 4™,200. Chaque roue était placée entre deux compresseurs qu'elle commandait par des bielles et des manivelles calées à 90^. La hauteur de chute était de 5"™,5i0. A Airolo, pour le percemeni du Saint-Gothard, on a installé sur une même ligne douze compresseurs Colladon, divisés en quatre groupes s'allelant directement par des bielles sur les arbres moteurs, commandés par quatre turbines de 200 chevaux utilisant l'eau d'un des bras du Tessin sous une hauteur de chute de 180 mètres et faisant de

HUITIÈME LEÇON. iâl

300 à 400 tours par minute. Les turbines transmettaient par engrenages, aux arbres d'attelage des compresseurs, une vitesse de 80 à i 00 tours par minute.

Dans les mines, le moteur est généralement une machine à vapeur disposée sur un bâti spécial ou sur le même bâti que les appareils compresseurs.

Aux houillères de Ronchamp (fig. 163). le moteur à vapeur est une ancienne machine de ventilateur à un seul cylindre horizontal placée entre les cylindres compresseurs, elle commande un arbre coudé portant d'un côté un volant de 2™,S0 de diamètre et de l'autre un pignon qui commande une roue dentée calée sur Tarbre des compresseurs.

Au puits d'Haveluy à Anzin, on a commandé, de même, les compresseurs par une machine horizontale à cylindre unique; mais ce moteur est placé sur le côté et en avant des compresseurs (fig. i64). Le mouvement est également transmis par engrenages à l'appareil de compression.

Avec les pclils compresseurs de montagne de MM. Sauttcr et Lemonnier, appareils qui seront décrits plus loin, on peut faire usage de machines locomobiles qui commandent les compresseurs par courroies et poulies.

Dans la plupart des installations de notre région industrielle, deux cylindres compresseurs sont commandés directement par deux cylindres à vapeur conjugués placés sur des bâtis communs. C'est le type des installations faites par la Société John Gockerill de Seraing (fig. 177 et 178, pi. VII); c'est aussi celui des installations étudiées par MM. Sautter et Lemonnier et par M. Andry de Boussu et dont on trouve un bel exemple à la fosse n^ 6 de Lens(fig. 174à 176).

ts9. Quel que soit le moteur auquel on s'arrête, un constructeur dans une installation du genre de celles qui nous occupent ici , devra toujours combiner ses dispositions de façon à faire marcher le compresseur et le moteur dans les conditions les plus favorables pour chacun d'eux, a D'une manière générale, dit

ita CHAPITRE IV.

M. Pernok-t ('), il faut prendre, dans chaque cas, la machine motrice la mieux appropriée à la force à employer et le compresseur le mieux combiné pour la pression et le volume d'air à produire, (juilte à les relier par une transmission étudiée en vur de laisser aux deux appareils les vitesses qui correspondent au meilleur rendement de chncun d'eux. »

Lorsque, dans le cas d'une commande par vapeur, on voudm utiliser la dcicntc (et c'est là une condition économique à ne pa< négliger), il faudra ou bien adopter un volant puissant ou bien recourir à l'accouplement de deux machines dont les aianivclle> seront ciilées à 90° comme dans les types d'installation de l:i Société John Cockcrill, car arec une commande directe, c'est au moment où, en fin de course, la détente a réduit la puissance motrice de la vapeur, que se présente, dans le cylindre compresseur, la plus grande résistance à vaincre.

i 9* Leçon.

Emploi de l'air comprimé. Perforation mécatiique (suiie'

I Les compresseurs.

i ■«•. Les compresseurs qui alimentent, dans les mines. Ie>

appareils de perforalion, ont souvent à desservir d'autres récepteurs souterrains tels que les treuils à air comprimé servant au traînage mécanique et à l'extraction en vallée ou encore \v> machines à haver peu répandues sur le continent, mais appliquécs en Angleterre. Les compresseurs propres à ces diver> usages sont installés à lu surface: ils produisent de l'air comprimé à une pression absolue ordinairement comprise entre 4 et 7

(') L'air comprima el itn npplicaliua'.

NEIYIÈME LEÇON, 123

alniosphëres; cet air est débité par les récepteurs souterrains à une pression correspondante de 3 à 6 atmosphères.

On a vu (n^ 436) que différents moyens sont employés pour atténuer réchauffement dû à la compression de Tair; ces divers modes de refroidissement caractérisent les différents systèmes de L'ompresseurs et facililent leur classification. Nous distinguerons :

i® Les compresseurs à refroidissement nul;

2o Les compresseurs à refroidissement extérieur;

3® Les compresseurs à mince couche d'eau dans les cylindres;

4^ Les compresseurs à pistons hydrauliques ;

S^ Les compresseurs à injection d'eau dans les cylindres:

6^ Les compresseurs à injection d'eau pulvérisée et à circulation multiple.

î" Classe. — Compresseurs à refroidissetncnt nul.

m4t. Les machines à comprimer l'air^ dans lesquelles on n'a recours à aucun moyen de refroidissement, sont condamnées à ne produire qu'une faible pression ou à marcher à une vitesse assez réduite pour que la chaleur développée par la compression ait le temps de se dissiper au fur et à mesure de sa production. Ce genre de compresseur est peu répandu; on en a fait usage à la Vieille-Montagne où l'on a obtenu^ par minute^ un volume d'air de J™',35S comprimé à 3 atmosphères avec une vilesse de piston de 1",380 par seconde.

2"< Ci.ASSR. — Compresseurs à refroidissement extérieur.

tJi«, Dans les machines de la seconde classe, le refi-oidi^-somenl est opéré par une bâche à eau où se trouve installé le cylindre compresseur, ou bien par une enveloppe dont ce cylindre est entouré, et dans laquelle circule un courant d'eau froide. Comme je l'ai déjà dit (n** 136}, ce mode de refroidissement est peu ef&cace : cela tient, d'une part, a la vitesse avec laquelle l'air tra-

verse le cylindre, d'autre part à ce que, ainsi qu'on Fa vu. la compression développe une chaleur qui croit avec la pression. Aussi ne fait-on pas fonctionner ces machines à une pression supérieure à 4 atmosphères absolues, et obtient-on un rendement peu élevé et un entretien onéreux par suite de la prompte détérioration des garnitures.

Il existe en Angleterre différents types de compresseurs se rattachant à cette classe d'appareils^ il semble que les constructeurs de ces machines se soient surtout attachés à la simplicité et à l'économie dans la construction, avantages qu'on na souvent obtenus qu'au prix de graves inconvénients, et dont on ne peut réellement profiter que dans des installations ayant un caractère provisoire.

Toutefois, on peut citer, dans cette classe de compresseurs, h machine à air comprimé de Sars-Lonehamps comme un type bien étudié qui a produit d'assez bons résultats; elle a été eoaibinée par M. Cornet, et installée en 1863 pour desservir une exploitation en vallée, par im traînage mécanique. C'est un compresseur horizontal à double effet (fig. 16S et 166, pi. VIII) noyé dans une bâche à eau et commandé directement par une machine à vapeur, également horizontale, placée parallèlement à ce compresseur. L'aspiration et le refoulement de l'air se produisent par des clapets en caoutchouc qui battent contre des plaques de fonte dons lesquelles on a ménagé des ouvertures rectangulaires. L'eau de la hache n'atteint pas une température supérieure à 40« et celle de l'air peut être d'environ 60 à 70**. M. Pernolet donne au sujet de cette machine les indications numérique suivantes :

Pression absolue de Tair 4 at., 5

Volume d'air fourni à celle pression . . 5"*,653

Diamètre du piston 0",90

Course du piston i",30

Poids du volant de S^jjO de diamètre 5645 k.

Pression normale de la vapeur. ... 5 at., ^/i

KEtTIÈME LEÇON. 125

/ Diamètre du piston O'",G0O

^ g I Surface du pistou 0'"',2827

S S; 1 Course du piston i^SOO

i S ( Volume utile du cylindre 0"',424

agi Nombre de tour par minute .... 50

^ ^ I Vitesse du piston par seconde . . . . i^jSO

1 Volume théorique engendré par minute. 25'"',440

M. A. Burat a reproché à la machine à comprimer Tair de ^ars-Lonchamps, les inconvénients qui résultent de la difficulté les réparations et des démontages qu'entraînent la visite du pison et le changement des clapets.

o"* Classe. — Compresseurs à mince couche d*eau sur le piston.

«43. A cette classe appartiennent le compresseur dont M. Triger it usage en 1845 pour actionner une machine d'extraction établie au fond d'une mine^ le compresseur Ericsson et le petit compresseur de montagne de MM. Sautter et Lemonnier^ représenté (Gg. 168 et 169). Ce dernier appareil a été établi en vue Je travaux provisoires et peu importants; on peut l'actionner au [noyen de courroies par un moteur d'une force de 10 chevaux învîron. Les cylindres (fig. 168) sont ouverts à la partie supéieure et intérieurement refroidis par un léger courant d'eau qui réchappe d'une rainure circulaire et vient charger le piston et Je là passe dans le fond du cylindre par les soupapes d'aspiration pour y refroidir Fair pendant sa compression. Le compresseur ?.st muni d'un réservoir cylindrique, mais MM. Sautter et Lcmonnier construisent des compresseurs plus simples encore; ;es derniers n'ont pas de réservoir, i\^ débitent de 12S à iOO litres d air comprimé à 5 atmosphères et peuvent se démon- !er en pièces facilement transportables à dos de mulet dans les [lautes montagnes; ils coûtent de 2.000 à 3.500 francs.

lâC CIIAPITIIE IV.

4"**' Classe. — Compresseurs à pisloiis liydrauliques.

144. Dans les compresseurs du 4<»® groupe, le piston nap\ plus directement sur Tair. comme cela a lieu dans les trois premiers systèmes; noyé dans un cylindre horizontal intermédiaire, il communique un mouvement de va-et-vient à une masst^ liquide formant elle-même piston dans deux cylindres compresseurs qui surmontent verticalement le premier et qui mterminent, chacun, à la partie supérieure^ par une boite à soupapes.

L'emploi d'une masse liquide agissant comme piston limite à une faible vitesse la marche de ces machines auxquelles on est. par conséquent, obligé de donner des dimensions considérable^: les frais d'installation que nécessitent ces appareils sont donc élevés.

Cest M. Sommelier qui a fait an mont Cenis la premièri' application sérieuse des compresseurs à pistons hydraulîque>. En 1 868, Ta Société John Cockerill appropriant le système Sonh melier au service général des mines, construisit pour le charbonnage de Marihaye un compresseur double, à double effel commandé au moyen d engrenages par une machine à vapeur horizontale à deux cylindres ayant servi spécialement comuie machine d'extraction et munie de deux légers volants; ce moteur était placé dans le prolongement des appareils compresseurs.

Nous avons vu (n^ 138) l'exemple de deux autres dispositif adoptés, l'un aux houillères de Ronchamp (Haute-Saône), Fauln* à la fosse d'Haveluy à Anzin, avec des compresseurs du même système.

Aujourd'hui, la Société John Cockerill s'est arrêtée aux dispositions générales représentées (pi. VIII, fig. 1 79 et 180, pl.X). Une machine à vapeur à deux cylindres horizontaux conjugués commande directement deux compresseurs à double effet du syslèm<? Sommelier; la machine est à détente Mayer, variable à la main.

elle est munie d'un volant puissant. Les pistons à vapeur a sont placés sur le prolongement des tiges qui commandent les pistons 6, noyés dansleau qui remplit les cylindres inlermédiaires C. Le fonclionnomrnt des compresseurs est facile à comprendre par l'examen de la figure 179. Dans le cylindre horizontal C, se meut^ au milieu de la masse liquide^ le piston 6 qui fait allernativement monter et descendre l'eau dans les cylindres verticaux P et P. Quand, par la marche en avant du piston, Feau descend dans le cylindre P, le clapet d'aspiration 5 s'ouvre et donne passage à l'air qui s'introduit dans le cylindre; lorsque le piston revient en arrière, l'air se comprime, s'échappe par la soupape de refoulement 5' et se rend dans des réservoirs par le tuyau T. Les clapets masquent, dans chaque cylindre verlical, une ouverture rectangulaire par laquelle ce cylindre communique avec une bâche. L'eau que l'air comprimé entraine à chaque impulsion, est remplacée dans cette bâche par un jet continu qu'y amène un tuyau recourbé, et que règle un robinet. Le piston 6 a un diamètre de 0"»,4S0 et 1™,20 de course; il est en bronze et sa tige est ellemême garnie d'une enveloppe de bronze afin de résister à l'action corrosive de l'eau chargée d'air; les clapets sont en bronze avec garniture en cuir. Aux deux tiers environ de la hauteur de la bâche s'élève verticalement un tuyau de trop plein pour l'évacuation de l'eau qui arrive en excès. Le piston à vapeur a un diamètre de On',500.

Les machines construites sur ce type se sont répandues dans beaucoup de mines en Belgique et en France; elles ne doivent jamais dépasser une vitesse de 13 à 16 tours, il convient même de la maintenir plutôt à 12 ou 14 tours, en ne comprimant l'air qu'à des pressions effectives comprises entre 2, 5 et 4 kilogrammes; dans ces conditions , la quantité d'air comprimé livrée est de 3«n' à 2™',3 par minute. Dès que l'on a l'emploi d'un volume d'air plus considérable, l'application du système Sommelier conduirait à des dimensions exagérées; il vaut mieux recourir à des compresseurs agissant directement sur l'air, appareils dont la

I^g CHAPITRE IV.

vitesse peut varier, suivant les besoins, dans des limites étendues et qui permettent d'obtenir un rendement supérieur, parsuilede refflcacilé plus grande que présente le système de refroidissement employé.

iJ- Classe. - Compresseur» à Injection d'eau dans les cyllnilres.

145. Le système Révollier (fig. 470, pL VIII et 178, pL L\ caractérise les compresseurs de la S™» classe; c'est ce type d'appareil qui a été choisi dans la dernière installation faîteaux mines de Blanzy, où, lors de la première installation, on s'était arrêté an système Sommelier.

La Compagnie de Bully-Grenay a établi une machine à comprimer l'air, analogue à celle de Blanzy; cet appareil a élé con struit dans les ateliers de Fives-Lille.

Dans la machine Révollier, le moteur est à deux cylindres •" horizontaux conjugués, placés dans le prolongement des cylin-

1"^ dres compresseurs dont les pistons ont leurs tiges reliées à celles

î; des pistons à vapeur par un manchon à patins qui voyage daib

{" des glissières. Les cylindres compresseurs (fig. 170) sont à dou-

Z ble enveloppe avec circulation d'eau extérieure, mais à ce modf

de refroidissement s'ajoute une injection d'eau qui, lancée sou> ^ forme de gerbe à Tintérieur et par le fond des cylindres, assure

refflcacilé du refroidissement de l'air comprimé qu'elle mainlieni à l'élal de saturation et dont elle abaisse la température finale à environ SO** pour une pression absolue de 4 atmosphères. Us clapets d'aspiration et de refoulement sont établis sur les fonds des cylindres , ils sont en fonte avec garniture en cuir gras,enfc battent sur des sièges en fonte bien dressés. Les clapets de refoolement débouchent dans deux chapelles à tubulures reliées par un tuyau ou réservoir d'air. Les pistons munis de trois t&soiI> sont en fonte. La course des pistons est de l"n,60, le diaroèir^ des pistons moteurs de O^fi^i) et celui des pistons compresseiiP de 0»,SS2. La machine est munie d'un volant de 6 raèiresi^

lamètre, elle marche à 25 lours par minute^ ce qui correspond une vitesse de 1™,353 par seconde pour les pistons ^ elle fournil ar minute à cette vitesse, 9™*,S72 d'air comprimé à i atmophères alisolues.

M. Maillet, constructeur à x4nzin, établi l pour des installations conomiques des compresseurs très-simple s, à double effet, se ral- [ichant à la 5™e classe. Les figures 1 71 et 1 72, planche VIII, et 1 73, JanchelX, représenlent Tunede ces machines quia élélivrée aux nines de Vialas pour alimenter une batterie de deux perforateurs lu type Dubois et François, modifié par la Compagnie d'Ânzin. -c compresseur de M. Maillet est monté sur un bc^ti Corliss. 11 e compose d'un cylindre horizontal A dans lequel se meut un liston B commandé par une bielle C; ce cylindre communique ers ses extrémités avec deux chapelles latérales EE (fig. 173) elîées par un tuyau, renfermant chacune deux soupapes en cuire, l'une supérieure pour le refoulement, l'autre inférieure pour aspiration. La levée de la soupape inférieure est guidée par une |ueue qui pénètre dans la soupape supérieure. Une soupape de iiretéS(fig.l72),régléeàla pression maximum de 4 kilogrammes, me soupape de retenue ou d'isolement 5', commandée par un olant , complètent, avec les cuvettes TT\ les organes servant à entrée et à la sortie de l'air. On remarquera que les espaces nuiibles sont Irès-restreinls. L'orifice de refoulement se trouvant à a partie inférieure du cylindre, l'eau d'injection s'écoule d'elleriênie et passe par la soupape de refoulement déjà levée bien vant que le piston arrive à fond de course, ce qui évite les hanees de chocs. L'eau d'injection est fournie sous la pression lu réser\oir d'air par des busettes aa terminées en forme de lomme d'arrosoir et évasées à l'extérieur pour permettre de étirer facilement les matières pulvérulentes. Deux petits robilets envoient un filet d'eau fraîche dans les cuvettes en cuire TT pour achever de refroidir le cylindre ; l'eau fournie par t réservoir revenant trop vite pourrait s'échauffer; il est bon du este de changer cette eau de temps en temps parce qu'elle se

chargerai l de rouille. La garniture dupislon est autoclave, du système Giiïard ; elle se compose de lanières en cooutchouc durci chassées dans des rainures en queue d'aronde pratiquées sur la surface du piston, l'air comprimé pénétrant sous ces {garnitures par des trous de 6 à 7"»"» assure Je serrage contre la paroi du cylindre. Ce système de garniture est très-efflcace. Le piston a un diamètre de 0™,325 et 0"»,70 de course. M. Maillet a construit en février 1878 une machine semblable, mais un peu plus forl^. pour la Compagnie des mines d'Âniche ; ce compresseur, qui a 0"",360 de diamètre et 0",70 de course, a été établi pour alimenter quatre perforateurs.

La ligure \ 74-, planche IX, représente un diagramme relevé dans les ateliers de M. Maillet, sur la machine fournie à Vialas, par MM. les élèves de l'Institut industriel, le 9 février 1878.

6'"« Classe. — Compresseurs à iiv|ection d'eau pulvérisée

et à circulallOQ multiple.

t4«. Comme on l'a vu (n° 156) c'est à M. Colladon, professeur à Genève, qu'on doit le système de compresseur procurant le refroidissement le plus efficace; ce refroidissement est obtenu 1® par une circulation d'eau dans les fonds et autour des cylindres, circulation provoquée et entretenue par une pompe; 2® par une circulation d'eau que la même pompe entretient à l'intérieur du piston et de sa tige (') ; 3<> par une injection, a haute pression, d'eau que la pompe envoie dans les cylindres et qui se pulvérise à la sortie de deux busettes en bronze (Gg. 175) par le choc de deux jets minces qui se rencontrent sous un angle presque droit.

Le brevet Colladon est exploité en France par MM. Sautter et Lemonnier, qui ont adopté pour les cylindres compresseui'S de machines de mines, les dispositions représentées (fig. 176 et

(') Il faut bien avouer pourtant que la circulalion d'eau à rintéricur du piston et de la tige est une complication que beaucoup de praticiens considèrent comme ajoutant peu h rcflicacité du refroidissement.

NEUVIÈME LEÇON. J3i

177) et pour les buseltcs à injection d'eau pulvérisée, la forme que représente la Ogure 167, planche VIII.

La tige des pistons compresseurs est en acier ; celte tige est erense et elle reçoit un tube en cuivre autour duquel il reste un espace vide annulaire de quelques millimètres nécessaire pour la circulation de l'eau. (Test par ce tube qu'arrive l'eau injectée sous pression : cette eau se rend à l'extrémité de la tige, revient extérieurement par l'espace vide annulaire dont il vient d'être question et pénètre dans l'intérieur du piston, comme le montrent les flèches de la figure 176: elle s'échappe ensuite par un tuyau en caoutchouc fixé à l'extrémité postérieure de la tige. Chaque fond de cylindre porte trois soupapes; les deux soupapes supérieures servent à l'aspiration, la troisième au refoulement; elles sont en acier embouti et portées sur une tige centrale munie d'un ressort à boudin.

La Société de construction de Boussu a établi, pour les mines de Lens, une machine à comprimer l'air, du système Colladon; dont les cylindres compresseurs ont été fournis par MM. Sautler et Lemonnier; cette machine a élé étudiée dans son ensemble par M. A. Andry; elle est représentée (fig. 177 à 179, pi. XI); elle peut fournir par minute 5™' d'air comprimé à la pression effective de quatre atmosphères.

La machine motrice est horizontale, à deux cylindres conjugués de 0™,700 de diamètre et de 1 mètre de course, actionnant directement deux cylindres compresseurs placés derrière les cylindres à vapeur. Ce moteur est à haute pression et à détente variable sans condensation; la distribution de la vapeur se fait par des soupapes à double siège mues par des cames à bossages différentiels dont on fait varier la position à la main. L'injection de l'eau est obtenue au moyen d'une pompe horizontale à double effet, mue par un excentrique collé sur l'arbre du volant.

Les cylindres compresseurs ont un diamètre de 0™,a40; ils sont, ainsi que les cylindres moteurs, fixés sur de forts bâtis communs qui les réunissent d'une manière invariable; ces bâtis

13i CHAPITRE IV.

sont boulonnés sur les fondations. Chaque couvercle de cyliiïdrt porte deux soupapes d'aspiration et une de reroulcment. plu> trois petits tuyaux d'injection d'eau venant de la pompe; Tairet reau injectée sont expulsés par les soupapes de refoulement et se rendent dans un réservoir d'air muni d'une soupape de sûreté. d*un indicateur de pression, d'un indicateur de niveau d'eau et d'un purgeur automatique mù par un flotteur pour l'expulsion de l'eau de trop plein.

Les cylindres à vapeur sont reliés à l'arbre du volant par dt^ bâtis du genre Corliss, portant sous les paliers de fortes semeUes boulonnées sur les fondations ; ces cylindres ont 0™,700 de diamètre. Dans la disposition des soupapes de distribuKion, on a cherché à réduire les espaces nuisibles autant que possible et Ie> eaux de condensation sont évacuées naturellement par les soupapes de décharge placées sous les cylindres. Le mouvement de> soupapes de distribution est obtenu par deux arbres à came» parallèles aux cylindres empruntant leur mouvement de rotalion à l'arbre du volant au moyen d'engrenages coniques. Ce$ deux arbres portent, pour l'admission, des cames à bossages différentiels mobiles et par glissement, qui règlent l'introduction depuis jusqu'à course entière, suivant la position qu on leur fait occuper par rapport aux galets des leviers qui commandent les soupapes; un système de tringles à vis aboutissant à un rood central de manœuvre permet de faire varier à volonté et à h main la position des dites cames et par conséquent la détente: les mêmes arbres portent des cames fixes pour la commande des soupapes d'échappement.

Un modérateur unique est placé entre les deux machines pour régler l'arrivée de la vapeur venant des générateurs. Les cyMndres à vapeur sont revêtus d'une enveloppe en liège recouverte de tôle de laiton. Lies liges de pistons, boulons de douille et boutons de manivelles sont en acier; l'arbre du volant, les manivelles, les bielles et les douilles sont en fer forgé: le volant a *>"S^7 de diamètre; sa jante pèse 7200 kilogrammes.

ioo

La vitesse de la machine peut atteindre de -18 à 40 tours par minute ; la pression initiale de la vapeur étant de trois atmosphères, pour fournir par minute o™* d'air comprimé à quatre atmosphères, la vitesse n*est que de 35 tours et le travail moleur mesuré sur les tiges de pistons de la machine à vapeur est d'environ 180 chevaux obtenus avec ~ d'admission de vapeur.

Prix (te revicDt du mètre cube «rair comprimé et de la force d*un cheval utile, transmise à I kilomètre par l'air comprimé.

lA», Le tableau suivant résume, d'après Al. Pcrnolet, les chiffres relatifs au prix de revient du mètre cube d'air comprimé produit dans quatre installations difféi'cntes :

Vieille -Montagne. Moteur hydraulique et faible pression ..',.,

Alrert-Schacht (SaarhrQek). Moteur à vapeur affectd à un autre service. Haute pression

Gecen-Ort-Schacht (SaarbrQck). Moteur à vapeur spécial. Haute pression.

Puits d'Éboulet (mines deRonchamp).

Moteur à vapeur spécial. Haute pression

«bsolue

de

ralp

comprimé.