CHAPITRE IV RÉGULATION

PBOOUCTION DB LA VAPEUR, SON MODS DE DISTRIBUTION BT SON EMPLOI DANS LES MACHINES

Lorsque Ton soumet de l'eau dans un récipient fermé G, sur^ monté d'un tuyau T muni d'un robinet R d'échappement, ce récipient étant soumis & une source de chaleur S. La chaleur dégagée par la source S, traversera l'épaisseur des parois métalliques de C, et communiquera k l'eau une température croissante. Sous l'influence de cette température, l'air renfermé dans l'eau se dilatera et montera à la partie supérieure du récipient et s'échappera dans l'atmosphère par le robinet R qui était resté ouvert. Après l'expulsion complète de l'air, ce que l'on constate par le sifflement de la vapeur qui lui succède et s'échappe, on ferme alors le robinet R. En continuant k soumettre l'eau à l'influence de la source S de chaleur, il se produit de la vapeur à une certaine pjg 470 température t exerçant une pression p sur les parois du vase. Si à ce moment, on suspend l'action de la source S, rébullition cesse immédiatement dans le récipient C qui ne reçoit plus de chaleur, et le volume de vapeur reste stationnaire; si d'autre part, on arrive à empêcher toute déperdition de chaleur dans le récipient C, l'eau et la vapeur conserveront leurs valeurs t etppuisqu'aucune quantité de vapeur ne se dégage de Teau.

Si l'on recommence à chaufler, l'ébullition se produira également de nouveau, et une nouvelle quantité de vapeur se dégagera, et dans cette nouvelle condition, l'eau atteindra une température t et la vapeur une pression p'; et, si dans ce même récipient, ou dans une chaudière, on pouvait facilement répéter Texpérience que l'on fait dans un cabinet de physique, relativement A la pro-

duction des vapeurs et aux pressions qu'elles exercent à des températures déterminées, on verrait qu'à une température constante correspond une pression contante et que cette relation persistera tant qu'il y aura du liquide en excès dans le récipient.

La pression maximum d'une vapeur en contact avec son liquide générateur correspond donc à une température déterminée. Et dans ce cas on dit que la vapeur est k Tétat de saturation, ou qu'elle est saturée. En d'autres termes, on appelle vapeur saturée, la vapeur qui, en contact avec son liquide générateur, ne peut changer de pression sans changer de température.

Si par suite d'une source de chaleur constante, maintenant une température également constante au liquide générateur, on augmente dans ces conditions le volume du récipient réservé à la vapeur, ou ce qui revient au même, en examinant ce qui se passe dans une chaudière en relation avec une machine et dans laquelle on prend une certaine quantité de vapeur, dans un temps donné, la même quantité est reproduite dans le même temps sous l'influence de la source de chaleur, on remarque cependant une petite oscillation dans l'aiguille du manomètre de pression, cela tient à ce que le débit de la vapeur est proportionnel au volume variable du cylindre pendant les différentes périodes de la course du piston ; comme la vitesse de ce dernier croît ou décroît avec l'obliquité de la bielle, la demande de vapeur à la chaudière suit donc ces écarts, d'où les petites variations indiquées par le manomètre; mais à la fin de la course du piston, la pression est redevenue celle du point de départ, et le même efifet se reproduit pour les courses successives. Cette demande de vapeur peut donc être considérée comme une augmentation du volume de la vapeur.

11 resuite donc de cette loi, que, quelle que soit l'énergie de la source de chaleur, c'est-à-dire de l'activité des foyers, à une température t, correspondra toujours une pression p. L'activité du foyer donnant lieu à une source de chaleur plus grande, la quantité de calories qui passera par la surface de chauffe sera plus grande, la quantité de vapeur sera plus considérable, ce qui permettra d'augmenter le volume des cylindres ou la vitesse des pistons.

Si au lieu d'augmenter le volume du récipient, ou la vitesse des pistons on les diminuait, la température ne changeant pas, la quantité de vapeur en excès se condenserait pour se maintenir à la pression p correspondant à t. Il résulte donc de ces lois que malgré l'énergie de la source de chaleur ou de l'activité des foyers, à une température t correspondra une pression p, et en se donnant p dans les chaudières et les machines, on aura toujours t; on réglera donc la chauffe pour que la quantité de calories fournies ne soit jamais supérieure à celle qu'il convient de fournir pour que la pression j) reste constante; et cela se pratique constamment dans les chambres de chauffe en réglant l'activité des feux pour

RÉGULATION

donner un volume ou un poids de vapeur produisant une vitesse régulière aux machines, et à une pression convenue. La pressionp devant rester constante, on réglera la sources, ou la quantité de charbon à brûler pour produire le volume V de vapeur à la pression p, assurant à la machine une vitesse régulière.

Lorsque Tébullition est violente, ce qui arrive avec une chauffe énergique, une très grande production de vapeur, une vitesse considérable des pistons, il arrive fréquemment que des molécules d'eau sont entraînées par celles de la vapeur et qu'elles cheminent ensemble dans la machine, ces entraînements de molécules d'eau sont dus aux abaissements instantanés de la pression et à la haute température que possèdent les molécules de vapeur à leur point de départ de formation. Dans ce cas, on dit que la vapeur est saturée et humide. La pression et la température restant les mêmes que dans le cas de la vapeur saturée sèche.

VAPEUR SURCHAUFFEE

On dit que la vapeur est surchauffée chaque fois que la pression et la température ne prennent pas simultanément les valeurs qui correspondent à la vapeur sèche et saturée.

Cette particularité se produit chaque fois que la vapeur provenant directement de la chaudière est soumise sur parcours à une nouvelle source de chaleur.

Ainsi, supposons un récipient B représentant une chaudière et soumis à une source de chaleur S représentant également les foyers, et que la vapeur produite dans B soit à une température t et à une pression p correspondante; et que cette vapeur après avoir passe par les soupapes d*arrôt suive un tuyau T allant à la machine et qu'à une certaine position K de ce tuyau, il existe une nou-

Fig. 471.

velle source de chaleur S' due à une disposition spéciale qu'on appelle appareils de surchauffe ou simplement surchauffeurs ou scchcurs. Sur le tuyau T est place un robinet J\ représentant le

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registre de la machine. Sous Taciion de la source de chaleur S', la température de la vapeur s'élèvera, l'eau qu'elle contient se vaporisera, et la température t du récipient B deviendra t' dans le tuyau de vapeur T. Fermons le robinet R, et par la pensée, supposons un piston P mobile placé dans le tuyau T et sur la gauche de la source S'. Par le fait de ce piston mobile P, la vapeur étant isolée de son liquide générateur, la température de la vapeur devient t' et sa pression p'; la face extérieure f du piston P étant soumise à une pression p' plus grande que la pression p à laquelle est soumise sa face intérieure/, sous cette différence de pression, le piston P sera repoussé sur la gauche et viendra de sa position a' à la position a, où les deux pressions p et p* sont alors égales. Mais comme la vapeur de la face intérieure f est en communication avec son liquide générateur, une partie de cette vapeur s*est donc condensée pour permettre cetéquilibre de pression ; mais aussi comme la vapeur contenue dans le tuyau, sur la face extérieure du piston P a augmenté de température et du volume représenté par la distance a et a' des deux positions de ce piston, la densité de la vapeur a donc diminué; t a augmenté et p reste constant.

Mais si l'on chauffe une certaine quantité de vapeur saturée, sèche, isolée de son liquide, sa température t va s'élever, sa pression p va changer, et si en même temps le volume v est variable, on peut admettre pour les besoins ordinaires de la pratique que les trois quantités p v ty dépendent les unes des autres, comme si la vapeur suivait les lois de Mariottc et de Gay-Lussac relative aux gaz.

On a donc, en appelant p^ Vo <o ^^s pressions, volumes et températures simultanés d'un certiiin poids, 1 kilogramme de vapeur par exemple, et par p, v et t les valeurs de ces mêmes variables

pour le même poids et à un autre moment, la relation /^ =

? . . Et, dans le cas spécial où < = t^ il reste la loi de

Mariotte ; v p =: Vq p^.

C'est aussi cette dernière hypothèse que l'on adopte dans le cas des vapeurs saturées lorsqu'il ne s'agit que de calculs approximatifs.