ORIFICES ET CONDUITS DISTRIBUTEURS

siatBVsiovs *as o^irxcxs bt oovsvkvs bisvmkbvtsums

SECTIOH DES ORIFICES d'iNTBODUCTIOH ET d'ÉCHAP^EMENT

La déterminalion des ^iniensiôns nécessaires aux tuyaax et orifices que la \apeur traverse pour parvenir de la chaudière au cylindre, et ceux par lesquels x elle s'échf\ppe dans l'atmosphère ou dans un condenseur, esi d'une importance qui n*a pas toujours été suffisamment prise en considération, et qui, même aujourd'hui que la construction des machines à vapeur est assez bien connue, est peutrèlre encore un peu négligée par quelques constructeurs.

Cette question, ramenée à des termes exclusivement théoriques, serait jd'une extrême complication, tandis que l'on possède maintenant des résultats pratiques qui permettent de la résoudre très-simplement et avec beaucoup plus de ccrtilude. Nous restreindrons donc ce qu'il nous parait utile de faire à cet égard, à l'examen général des faits qui accompagnent la Circulation de la vapeur se rendant au cylindre ou s'en échappant, et à l'exposé simple des principes à l'aide desquels on parvient pratiquement à proportionner les passages qu'il convient de lui ménager. On sait comment la communication est établie entre le générateur à vapeur et le cylindre de la machine, motrice. Cest au moyen d'un tube cylindrique qui part d'un robinet ou d'une boite à soupape placée sur la chaudière, et vient aboutir à un obturateur analogue, en relation directe avec la boite du tiroir de distribution ; le plus souvent une valve régulatrice est placée en amont ou en aval de ce robinet, pour modérer automatiquement le débit de la conduite.

Enfin le tiroir démasque, par intermittence, des orifices qui complètent l'ensemble de cette communiciition entre le générateur et le cylindre à vapeur.

Si nous supposons, pour un instant, que ces divers obturateurs livrent passage à la vapeur et présentent tous une section d'ouverltire égale à celle du conduit, la vapeur tendra à s'écouler et à s'introduire dans le cylindre avec une vitesse dont les principaux éléments, qui permettent de la déterminer^ ont été expliqués (t. i^% p. 55 à 71). Si l'ensemble de la communication ne présente ni étranglements ni coudes brusques, cette vitesse sera constante sur toute l'étendue du parcours, et si la pression dans le générateur est sensiblement supérieure à celle qui règne dans l'intérieur du cylindre, on sait qu'elle peut atteindre plusieurs centaines de mètres par seconde.

Mais pour se faire une idée plus confornie à la réalité, il faut remarquer qu'au moment où la vapeur commence à s*in,troduire dans le cylindre, le piston, qui est au début de sa course, se met en mouvement avec une vitesse infiniment moindre, d'après la rrglemenlation usuelle, que celle initiale de la vapeur; par conséquent, l'espace qu'il laisse libre au-dessus de lui est bientôt saturé, et l'égalité de pression avec le générateur s'y trouvant théoriquement établie, l'écoulement de la vapeur n^ n. 64

«Gë MOTEURS A VjCPEUn» - - ^

pciil plus ayoûr lieu qu*en vertu de ravar.cement môme du piston^ avec une vilesse» dans le conduit alimentaire, en raison inverse de sa section et de celle du cylindre.

Admettons, pour exeriiplp, que le piston se «neuve q^cc imc vitesse meyeane de 1 mètre par l'\ et quç sa superficie soit âO Tois celle du conduit alimentaire, la vapeur ne pourra circuler dans ce dernier qu'avec une vitesse de 20 moires par 1'', au lieu de 30O à 500 mitres et plus; elle ncquerrait de 1,5 à 5 atmosphères, en s'écoulant dans un milieu dont la pression serait constamment de 1 atmosphère. Dans une machine sans condensation, on peut regarder comme tel le milieu dans lequel la vapeur sYcoule, attendu que le piston n*est qu'un diaphragme interposé entre elle et l'atmosphère ambiante.

D'après cela, si le circuit de la vapeur ne présentait qu'une étendue très-petrte^ et aucun télrôcissement ni coude brusque, un conduit d'une très-faible section suffirait, puisque la vapeur n'est appelée à y prendre qu'une vitesse bien inférieure à celle qu'elle est capable d'acquérir dans cette condition d'écoulement.

Si l'on suppose, par eifemple, la> plus faible pression, 4^^ 5, l'absence de conden* sation et la giHinde \itessç de piston de 3 mètres par V\ les tables (t. i«', p. 61) font connaître que la vitesse d'écoulement de la vapeur dans Fatmosphère^ et sous cette pression de t** 5, est égale à 343 mètres. Par conséquent, la section d'un conduit parfaitement libre et très-court pourrait être restreinte, au minimum, à la fraction suivante :

A = JL

de la surface du piston, au-dessous de laquelle valeur l'espace ne serait plus saturé.

Les conditions prises ici pour exemple correspondent certainement à celles qui laissent à la vapeur la moindre vitesse pratique, car cette pression n'est jamais employée, surtout sans condensation, et encore moins dans des machines dont le piston^ atteint une vitesse de 3 mètres par V\ ce qui se rencontre à peine pour les locomotives. Par conséquent, le rapport 1/114 peut être conservé pour le comparer h celui que la pratique enseigne.

Au lieu de conduits courts et de sections parfaitement régulières, on a, au contraire, des tuyaux parfois très-longs, avec des obturateurs susceptibles de présenter des étranglements; le tiix>ir de distribution, au lieu de découvrir spontanément les orifices de toute leur surface, ne les découvre que progressivement, ermênie, avec certains mécanismes de détente, qu'incomplètement; les canaux distributeurs sont courbes et présentent souvent des coudes f;ss< z courts, et, entre la boite de distribution et la conduite extérieure, il existe souvent des canaux contournant le cylindre que la vapeur doit parcourir avant d'arriver au tiroir; enfin, l'ensemble de ce circuit compliqué est plus ou moins soumis au refroidissement, etc., etc.

Il est facile de concevoir dams quelles ))roportions ces causes d'irrégularités influent sur la vitesse de la vapeur en Tallérant, et combien il serait défectueux dt limiter le passage aux propoi lions supposées tout à l*hef0fe.

Déjà le diamètre du conduit extérieur augmente avec son développement v1' i^» p. 63) poi r on même débit à î'fl'ectuer; puis les coudes brusqties font perdre delà

OiUFICES KT CONDUITS OISTKIBUTEUKS. SOT'

force vive au fluide circiiLuit; les élcanfrlemenlsproduiséirt des effets de contraclicn qMi diminuent le débit; les refroidissements, en altérant la pression de la vapeur, en diminuent la vitesse initiale, etc.

bes conduits de circulatian .trop faibles auraient donc pour efK't d'empêcher la vapeur d'agir avec toute sa pression sur. le pi&ton^ et de produire de la dépression, dont tious avons examine-les fAcbeux résultats (p. 481).

Ti»naBt compte, en résumé, de ces nombreux effets, plus faciles à énumérer qu'à calculer, les constructeurs ont insensiblement augmenté la sfclioi) du conduit d'arrivée de vapeur et celle des orifices distributeurs, ces derniers pouvant avoir, du reste, des proportions dépendantes du système de distribution môme. Cependant on e$t limité pour la section de ces divers passages, car pbis les conduits seraient vastes, et plus coiwidérables seraient les espaces perdus ainsi que les volumes de vapeur circulant, et soumis, par cela même', à' des refroidissements.

Cette observa*ion ne serait pas applicable aux conduits d'échappement qui pourraient avoir, dans lonte leur étendue, une sfc'ion aussi grande que possible, si une partie ne fonctionnait pas alternativement pour Tintroduction et i>our la sortie : de là l'un des motifs qui font, dans certains cas, disposer un canal^spécia) pour la sortie. Mais aussitôt.hofs de&cajhaux distributeurs du cylindre, le conduit d'échappement par lequel s'écoule de la vapeur, dont la pression est parfois très-réduite et qui ne possède p!us qu'ut^' faible vitesse initiale, doit avoir une très*grande section que l'on reml en eiUi plus considérable que pour Tarrivée de vapeur.

C'est surtout au tuyau d'échappement d'une machine sans condensation qu'il importe de donner un diamètre sufiisant, surtout lorsque ce conduit s'élève à une grande hauteur; car on a vu combien la vitesse d'un gaz en mouvement peut être altérée quand le rapport entre le diamètre et la longueur est très-considérable, ce qui donne tien en môme temps à une pression résistante à l'origine de la conduite. Il est certain qu'une faute de ce genre pourrait rendre complètement défectueux le rendement d'une machine, d'ailleurs en bon étîit de fonctionnement; et pour n'y pas tomber, on fera bien', surtout pour une machine de petite puissance, de calculer spécialement le rapport à établir entre le diamètre et la longueur du tuyau extérieur d'échappement, en tenant compte de la pression de la vapeur à sa sortie du cylindre et à l'aide des éléments exposés (t. i«', p. 63), de façon, en résumé, à réduire cette contre-pression d'échappement (qu'il n'est pas possible d'éviter complètement) à un chiffre où elle cesse dVtrc par trop préjudiciable.

Pour réduire à des nombres les faits précédents sur lesquels nous n'avons encore que raisonné, nous avons dressé la table suivante, qui indique les [>roportions adoptées, dans plusieurs machines, par les constructeurs pour les conduits et orifices d'introduction et d'échappement de vapeur. Ces machines, qui sont toutes décrites en détail dans cet ouvrage, sont caractérisées, dans la table actuelle, par la puissance nominale, la pression initiale de la vapeur, le chiffre de la détente et le diamètre el la surface du piston. Plusieurs possèdent deux cylindres; mais les dimensions die conduits el d'orifices se rapportent invariablement à un seul.

si iim

liliM

isasi -s «S

êïSîïî*

&lt£ï5? 55

iSlSSBSSB S5 ISs