DISTRIBUTION ET JEU DE LA VAPEUR DANS LES CYLINDRES

Prenons pour première application un cylindre cy muni des robinets Ri et R't pour l'introduction, Rc et Ke pour Tévacuation,

rp et r'p des robinets ^/ fl ^pt de purge haut et bas

du cylindre et R^, la soupape ou reniflard de purge du condenseur, et I le tuyau d'injection muni d'un robinet régulateur; V l'arrivée de vapeur e, l'évacuation au condenseur; P le piston; Tp sa tige ; AC les orifices d'introduction; B et B ceux d'évacuation.

Fig. 483.

Si nous ouvrons d'abord ensemble les robinets d'introduction Rt R'i et Re R'e d'évacuation, les compartiments M et N situés audessous et au-dessus du piston seront à la fois en communication avec la vapeur des chaudières et avec le condenseur, l'air va être expulsé par les soupapes de purge rp et r'p et par le reniflard R, les soupapes et le reniflard étant appliqués sur leurs sièges par des ressorts à boudin. Le piston P à l'aide de ses garnitures se meut à frottement doux dans le cylindre, et il transmet par le moyen de sa tige Ti et d'une bielle que nous supposerons infinie un certain effort à la manivelle d'un arbre, effort qui est proportionnel à sa surface exprimée en centimètres carrés, multiplié par la pression effective p exprimée également en kilogrammes par centimètre carré. L'équilibre de température étant établi, fermons les robinets Ri et IVi d'introduction ainsi que les purges rp et r'p;

'iî*

Fig. 484.

ouvrons le robinet d*injection de façon à condenserja vapeur contenue dans le cylindre et dans le condenseur, de façon à ce que Teau du condenseur ait une température constante de 30^ à 35® pour les encremées à moyenne pression et de 45 à 50® pour les nouveaux appareils à haute pression et à condensation par surface; la pression alors restante sur y les deux faces du piston ^^ sera celle correspondante à ces températures. Tous les robinets étant fermés ; mettons le piston à son point mort bas, et ouvrons les robinets Rï d'introduction et R'c d'évacuation si la pression initiale et absolue venant de la chaudière est de 5 kilogrammes et la contre-pression de ^«,100, le piston se mettra donc en mouvement sous une pression effective de 5 kilogrammes, 0''K,100 ou sous un effort total de S surface en centimètres carrés, multiplié parp' exprimée en kilogrammes par centimètre carré, et comme travail pour une course S x p' X C = K kilogrammètres, et pour N course p' S x P x C X N et en divisant ce produit par 60 X 75 on aura la puissance en chevaux pour une course.

Dans son mouvement le piston refoule sur sa face supérieure Tair et la vapeur d'eau à AO^, mais comme il y a de l'eau dans le condenseur, au fur et à mesure que

Fig. 485.

le piston refoule cette vapeur, celle-ci se condense et sa pression reste constante; c'est cette résistance que nous avons appelée p' et qui représente la contre-pression.

En continuant à monter, le piston arrive en haut de sa course (fig. 484) ; fermons alors le robinet R't d'introduction bas et R'e d'évacuation haut, et ouvrons Ri d'introduction haut et Re d'évacuation

638 MACHINES A VAPEUa MARINES

bas au condenseur, le piston situé dans les mêmes conditions que pour sa course montante, effectuera de même sa course descendante; et le travail sera le même. Et pendant sa course montante et sa course descendante, nous admettons que la tige du piston Tp est relice au pied a d'une bielle B et que la tète 6 de cette bielle soit articulée à une manivelle M colée sur l'arbre moteur A (fîg. 485) ; que la tige Tp soit guidée par une glissière G; le mouvement rectiligne de va-et-vient de la tige du piston imprimera un mouvement circulaire continu à la manivelle M et à l'arbre moteur A. Lorsque le piston est à ses points morts, c'est-à-dire que l'axe de la bielle est le prolongement de celui de la tige du piston, la pression de la tige du piston ne fait qu'appuyer l'arbre contre les coussinets; sous rincrtie des pièces en mouvement, la continuation du mouvement n'aurait donc pas lieu; mais dans l'industrie il y a des volants, et dans la marine il y a deux ou trois machines dont les manivelles forment entre elles des angles de 90^ de 120<>, etc.; et par ce groupement des manivelles, quand l'une est au point mort, les autres se trouvent dans des positions favorables pour déterminer la mise en marche d'abord et assurer ensuite la continuation du mouvement.

Nous pouvons donc exprimer le travail réalisé pendant une course montante et une course descendante. Pour cela, représen-

tons par D le diamètre du piston, — y" ^^^^ ^^ surface, par G la

course, par p la pression absolue de la vapeur introduite dans le cylindre, par p' la pression absolue du condenseur ou la contrepression; l'effort moteur sera donc en centimètres carrés :

7 X p — p = F kilogrammes.

et le travail pour chaque course :

iO 000 X tcD* X G xp — p' i, , .| ..

■ ^-- = K kilogrammetres.

Si nous voulons savoir le nombre de calories qu'il a fallu fournir, il suffira de rappeler qu'une calorie développe 424 kilogrammetres; pour trouver le nombre de calories il suffira donc de diviser le nombre de kilogrammetres :

lOOOOitD» X G xp — p' „,., £ £ z= K kilogrammetres.

par 424. et l'on aura :

10 000 TtD» X G X p — p' ., , . , . 7 *- = N calories dépenses.

Si l'on admet d'autre part que le kilogramme de houille dégage

en moyenne 7 500 calories, en divisant N par 7 500 on aura le nombre

N de kilogrammes brûlés = P kilogrammes de houille.

10 000 TzD^

7 X C X p — jp'

L'expression t^t = N représente la quantité de calories utilisées; mais on peut également trouver le nombre

qui a été dépensé, — — j représentant le volume du cylindre,

par conséquent si le poids d'un mètre cube de vapeur est P, à la pression p, —r- x G x P représentera le poids de vapeur dépensé

pendant une course c, ce qui permettra de pouvoir déterminer le coefficient d'utilisation, en comparant la quantité de calories utilisée et celle qui a été fournie.

Si l'eau introduite dans la chaudière est à 0®, la quantité de chaleur fournie par cette chaudière pour vaporiser un kilogramme d'eau sera :

Te"* = 606.5 + 0,305 t dans laquelle, comme nous l'avons déjà vu, t représente en degrés centigrades la température de l'eau correspondante à la pression p considérée. Par conséquent comme le poids de vapeur dépensé dans le cylindre pour une course est

îrD* X cP

T , le nombre de colories sera :

ttD* X C X P X Te

En divisant la quantité de chaleur utilisée par la quantité de chaleur qui a été réellement dépensée, on aura le coefficient d'utilisation que nous représenterons par U, et on aura :

*«.ooo x.pi.^^^.. p.^

^x CxVx Te

P X Te

PxTc

Mais en réalité la quantité de chaleur évacuée au condenseur n'est pas aussi élevée, car l'eau renvoyée aux chaudières au lieu d'être à une température de 0^ en possède généralement de 45® à 50® dans les nouvelles machines et un chiffre bien plus élevé dans les torpilleurs. Pour mieux faire ressortir la valeur du coefficient d'utilisation, prenons un exemple et supposons pour notre cas que le volume du cylindre soit égal ii un mètre cube pour delà vapeur

à 5**™100 de pression absolue dont la température est de 153<>: et une contre-pression p' = 0^100; le travail sur le piston sera donc

de bO 000 kilogrammètres et la chaleur utilisée sera de — ,^. ■ .

Ce chiffre 50 000 kilogrammètres résulte de ce que la surface du piston est de 10 000 centimètres carrés et sa course un mètre, donnant le volume de un mètre cube pour une course et à 3 kilogrammes de pression 50 000 kilogrammètres. En divisant 50.000 kilogrammètres par 424, nous aurons la chaleur utilisée —rr-; — = 118 calories. *^*

Le poids du mètre cube de vapeur à 5**"100 de pression étant de 2*^629 la quantité de calories sera donc de 2^629 x 653 = 1 716,7 calories, en chiffre rond 1 717 calories. Le coefficient d'utili-

sation sera donc de = 0,068. Si maintenant nous prenons

Teau de condensation à 45*, la quantité de calories fournie à l'eau ne sera plus que 621 calories par kilogramme et pour le mètre cube ou le poids 2*^629, ce nombre sera de 1 632,6 calories, en

divisant par ce chiffre nous aurons la quantité de calories

dépensée ^ = 0,072. Le rapport de la différence d'utilisation

entre de l'eau à 0<> et de Teau à 45° pour l'alimentation, sera donc

Dans l'exemple que nous avons choisi, nous avons suppose que les robinets d'introduction et d'évacuation de la vapeur étaient ouverts alternativement pendant toute la durée de la course, que leur ouverture commençait juste aux points morts du piston, qu'il n'y avait par conséquent ni avance à l'introduction, ni avance à l'évacuation, et que comme contre-pression, il n'y avait que celle qui était présentée naturellement par la pression des vapeurs et des gaz du condenseur; qu'il n'y avait pas de détente de la vapeur dans le cylindre et par conséquent une perte de travail comme nous le verrons, et qu'avec une pression continue, les renversements de marche des pistons et autres organes se faisaient avec ' chocs.

On pouvait donc primitivement avec la manœuvre judicieuse de ces robinets obtenir un fonctionnement des machines, mais au prix de quelle fatigue et de quelle attention; cette manœuvre des premières machines avec ses inconvénients a fait découvrir les organes actuels qui remplacent les robinets, et leur manœuvre par la machine elle-même. Ces nouveaux organes permettent des

modifications sensibles dans le mode de distribution de la vapeur.