CHAPITRE IX

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On a vu, par Thistorique (tome i«'), coioment les moteurs à vapeur passèrent successivement de Tétat de machines atmosphériques à celui de machines à vapeur à simple et à dovèle effet. C'est principalement ce dernier mode qui est en usage aujourd'hui, et qui convient du reste exclusivement aux moteurs h rotation.

Cependant^ lorsqu'il s'agit de commander des appareils à marche alternative , tels que des pompes hydrauliques , qui présentent à chaque course de piston daus phases distinctes, maximum et minimum ^ Tapplication de la machine à simple effet peut offrir. certains avantages , surtout pour de grandes élévations d'eau, en raison des repos qui se manifestent à chaque fin de course du piston à vapeur, et qui s'accordent à merveille avec le temps nécessaire au mouvement des clapets de la pompe et aux changements de direction du fluide. >

Les machines à simple effet sont appliquées depuis loilgfemps dans les mines pour l'épuisement dés eaux; elles sont surtout en usage en Angleterre, ou leur construction a été successivement améliorée et mise en harmonie avec les progrès modernes. Nous avons cité plusieurs fois les fameuses machines dites deCornwall, qui tirent leur nom de la contrée où ce système a fait certainement le plus de progrès. Le mouvement du piston à vapeur se transmet aux pompes sans transformation, par l'intermédiaire d'un balancier. Hais la coui'se du piston et le nombre de coups qu'il donne se règlent automatiquement à l'aide d'un mécanisme fort ingénieux appelé cataracte, qui joue, comme on le verra, un rôle très-important.

Les grandes dimensions adoptées, une détente souvent très-prolongée et des combinaisons propres à éviter les déperditions de chaleur, ont permis également d'atteindre^ avec ce genre de machmes,, de notables économies de combustible, condition importante, même en Angleterre, où le charbon n'est pas cher, à cause de l'énorme puissance des machines. Il nest pas rare, en effet, d'en rencontrer de 400 à 500 chevaux , et n'ayant d'autre travail que d'extraire les eaux des mines.

On se rappelle que' la maison Périer avait construit vers la fin du dernier siècle > deux machines à simple effet, sur le modèle de Watt, pour faire mouvoir des pompes, connues sous le nom de Pompes de Chaillot (qwi de Billy, à Patis), destinées à élever les eaux de la Seine pour le service public; ces premières machines, que Ton voyait encore avec curiosité il y a peu d'années, ont été remplacées par

deux autres beaucoup plus puissantes, construites dans les ateliers du Greuzot, suivant les derniers perfectionnements adoptés.

Ces nouvelles machines de Chaillot sont à balancier, comme celles originales des mines de Cornwall; exécutées avec beaucoup de soin, elles fonctionnent aujourd'hui d*une manière très-régulière. Il est vrai de dire que leur mise en marche a demandé quelque temps avant d'obtenir ce résultat; mais leur établissemrât présentait, du reste, certaines difficultés particulières, en raison du fort volume d'eau à élever et des deux niveaux qui étaient primitivement variables. Le niveau inférieur, qui est celui même de la Seine , varie nécessairement entre 3 et 6 mètres, à partir des clapets de la pompe; mais celui des réservoirs supérieurs, qui a le plus d'influence , puisqu'il détermine la hauteur de la colonne d'eau refoulée par le piston de la pompe ^ peut être maintenu fixe, ce que l'on obtient maintenant au .grand avantage des conditions de marche.

La réglementation exacte dé la hauteur de la colonne d'ascension permet en effet, aujourd'hui , de conserver à la machine une allure plus régulière et plus conforme aux conditions cherchées pour limiter la dépense du combustible. Cependant malgré une construction qui ne laisse rien à désirer ^ et malgré les soins extrêmes apportés dans la conduite des appareils, cette dépense est relativement élevée, si on la compare aux résultats trouvés , en Angleterre , par M. th. Wicksteed, sur une machine analogue fonctionnant dans des conditions à peu près identiques , sous le rapport du volume d'eau et de la hauteur à laquelle elle est élevée.

Il est vrai 4ue la machine anglaise n'aspire pas à autant de profondeur que ceQe de Chaillot, et que la grande hauteur d'aspiration serait, suivant l'opinion de per* sonnes expérimentées, an obstacle à l'emploi de grandes détentes; et, du reste, la machine Wicksteed« dans ses meilleures conditions d'économie, ne marchait pas à une détente plus prolongée que troiâ fois le volume admis à pleine vapeur, ce qui esl une détente hès-ordinaire. Nous n'établissons évidemment aucune compa* raison avec les machines des mines de Coitivrall , où l'on a prétendu marcher à des détentes à i/20 et à l/àO.

Nous rappelons plus loin les résultats d'expérience de M. Wicksteed , résultats vraiment extraordinaires i puisque, en comprenant toutes pertes d'effets relatives aux chaudières, à la maçhine> à la pompe et au frottement de l'eau dans la colonne d'ascension , la puissance utile d'un cheval-vapeur n'a pas coûté plus de 1 kilogramme de houille : ce serait presque à n'y pas croire si ces expériences n'avaient été faites avec un soin digne d'inspirer la plus gi-ande confiance»

En admettant que l'on ne puisse compter sûr un rendement normal aussi avaur tageux, et en faisant la part des qualités diOërentes de combustible employé, il est permis de supposer que les machines de Chaillot, qui consomment bien davantage, comportent dans leur organisation quelque point qui nuit à leur effet utile; c'est ce qui fait du reste l'objet de constantes observations de la part des ingénieurs auxqueb ces machines sont confiées, et dont la haute capacité est notoire.

Nous citerons, à la fin de cet article, quelques chiffres qui permettront de se rendre un compte assez exact de cet état de choses.

MAonVBB A SIMV&B B^VX* BV STStImB B8 OOB.irWA&&

BTABLIBS A GHAILLOT (PARls)

(»LAN0HSS 34 <T 35}

ENSEMBLE DK LA CONSTRUCTION

La fig. 1^ (le la pi. 34, représente, qn coupe verticale » l'une des deux machines montées à rétablissement hydraulique de Chaillot ;

Lu fig. 2 en est une vue de bout, regardée du côté de la pompe, et qui montre le vaste réservoir d*air de chaque côté duquel les deux machines sont installées;

Les fig. 3 à 7, pi. 35, représentent en détail Tapparcil de distribution.

Ces deux machines', qui sont parfaitement semblables, sont désignées respectivement par les noms de : Ahna et léna; c*est la seconde que la fig. 1'* représente, tandis que par les exigences de la disposition du dessin, la vue de bout, fig. 2, ne laisse voir que la première : inutile d'ajouter que cette intervertiou ne trouble en rien la description que nous allons entreprendre.

Principe de la marche. — Le point. distinctif de cette machine avec celle ordinaire à balancier, c'est qu*ici le mouvement du piston à vapeur B n*esl point tranêformé,, mais transmis directement par le balancier C au piston D de la pompe à eau, qui occupe la place de la bielle, dans une machine à rotation.

La pompe est aspirante et foulante ^ c'est-à-dire que le piston aspire en morUanl, et a ^

refoule l'eau daps la conduite ascensionnelle pendant sa descente. * " <

Mous avons dit en quoi consiste la distribution dans une machine à simple effet : ^'

la vapeur fournie par la chaudière est introduite aurdessus du piston et le pousse jusqu'au bas de sa course; lorsqu'il remonte, la vapeur remplissant le cylindre ne s'échappe pas,. et passe du dessus au-dessous du piston, qui se trouve alors en équilibre, de pression pendant son ascension; au moment de la descente suivante, k vapeur qui se ti*ouve entièrement passée au-dessous du piston, s'échappe au condenseur, et ainsi de suite pour chaque coup double.

Le piston à vapeur,, qui n'a de puissance qu'en descendant, soulève celui de la pompe qui est chargé d'un poids calculé de façon à produire le refoulement de l'eau par sa propre chute, alors que le piston à vapeur remonte et, loin de le soutenir, est entraîné par lui. On peut, en somme, comparer avec exactitude le piston de la pompe et son surcroit de poids, à un volant qui emmagasine les excès de puissance du moteur pour les restituer ensuite pendant les phases opposées.

Il est aisé de comprendre le degré de précision qu'il faut apporter dans les dimensions des parties principales de \» machine. Le premier point à déterminer est le poids du piston,, pour le mettre en rapport avec celui de la colonne d*eau à

refouler, plus les divers frottements et les parties pesantes du mécanisme qu'il doit nécessairement entraîner dans sa chute; d*après ce poids ^ on détermine la section du piston à vapeur sur lequel la vapeur doit faire un effort équivalent, plus celai afférent à Taspiration; en un mot l'état de marche doit former un équilibre assez parfait pour qu'il ne se produise pas de ces entK'alnements brusques si dangereux avec de pareilles masses en mouvement.

Description du m&ganisme. — Le cylindre à vapeur A, est enfermé dans une première enveloppe A', chauffée par un jet de vapeur indépendant, et revêtu d'une chemise extérieure A^ à la fois décorative et servant à retenir des matières pulvérulentes non conductrices de la chaleur. Il r^ose sur un massif en maçonnerie isolé, très-solide.

Le piston B est rattaché , par Tintermédiairê du parallélogramme, au balancier C , lequel est formé de deux flasques réunis par des entretoises ^ par le tourillon central et par les autres axes qui les traversent. L'axe central est appuyé sur un mur, d'une forte épaisseur, qui àépare en deux parties le local des deux machines.

La suspension du pistoii D de la pompe est faite dô la même manière. Ce piston est composé, dans sa longueur, de deux parties cylindriques, réunies avec soin^ et surmontées d'un plateau boulonné D^ portant un mamelon central par lequel il est réuni avec la tige attachée au balancier. Ce plateau reçoit des plaques pesantes qui constituent la masse D' ajoutée au poids propre du piston ; une boite octogonale en fonte D' les dissimule et donne à l'ensemble son aspect extérieur.

Le corps de pompe E est pris entre deux planchers F et F'^ le premier établi à la hauteur de la base du cylindre à vapeur; il est monté sur la boite à clapets £^ au-dessous de laquelle est suspendu le tube plongeur E*, dont notre dessin ne permet devoir que l'extrémité supérieure. Primitivement, les boites à clapet des deux machines communiquaient par de forts conduits E^ (flg. 2) avec la colonne octogonale G, formant réservoir d'air, et duquel part la grande conduite G'. Maintenant, un réservoir de plus a été monté en dehors du bâtiment, et celui G ne correspond qu'à l'une des deux machines , qui possèdent ainsi chacune le leur. Néanmoins, les deux réservoirs communiquent avec la conduite générale qui porte les valves nécessaires pour isoler à volonté Tune dés deux machines. Cette colonne G sert aussi de'noyau à Télégant escalier de fonte qui met en communication les trois planchers ou étages des machines. - ^

L'appareil de distribution de la vapeur est composé de trois soupapes principales H, r et iy qui ont les attributions suivantes :

La première H (fig. 6, pi. 35) établit la communication directe entre le généra* leur et la partie supérieure du cylindre : c'est la s<yupape de distribution (autrefois désignée par soupape à vapeur : sleam valve);

La deuxième I (fig. i, pi. 34, et fig. 3 et 6, pi. 35) qui met les deux extrémités du cylindre en rapport pendant la montée du piston, et qui opère la répartition de la vapeur : c'est la soupape dèquilibre {équilibrium valve); La troisième J (fig. 1, pi. 34, et fig. 3, pi. 35) fait communiquer la partie infé-

rieure du cylindre avec le oondenseur : c'est la soupape de cmdmsatiùn (spupape d'exhaustion : exhaustion valve).

Une quatrième soupape est renfermée dans la boite K* (fig. 4, pi. 3S), adaptée à la conduite d'arrivée de vapeur et contre la tubulure L^ Elle a pour but d'en régler le débit, à peu près comme avec le papillon d'une distribution ordinaire, si ce n'est qu'ici on la fait mouvoir à la main en agissant sur un volant X, monté sur une tige dont on n'a montré qu'une partie, et qui correspond à cette soupape par un mécanisme tout à fait analogue à celui des soupapes H et I (i).

La disposition de tout l'appareil de distribution et le mécanisme de commande des soupapes sont représentés en détails pi. 35, et décrits complètement plus loin ; mais nous devons en fatre connaître dès à présent le principe.

Les deux soupapes H et I, d'introduction et d'équilibre, sont montées à Tintérieur d'une chapelle eti fonte K interposée entre le cylindre et le conduit d'arrivée de vapeur L; cette chapelle, ou boite, est pincée au sommet d'une colonne creuse en fonte K^ dont le sommet forme en quelque sorte le siège de la soupape d'équilibre I, et communique, par le bas, avec un canal K', qui joint Torifice inférieur du cylindre avec la boite dans laquelle se trouva la soupape de condensation J. Il en résulte que c'est par la colonne K' que passe la vapeur en se partageant des deux cdlés du piston, tandis que c'est par le canal K' qu'elle se rend au condenseur.

I^ boîte K*, qui renferme hi soupape J, est en effet placée sur le sommet d'un conduit V qui vient aboutir au condenseur H.

Ces trois soupapes sont en relation avec un mécanisme composé de leviers à bascule sur lesquels viennent agir des touches fixées sur une tige 0, reliée au balancier, et qui s'abaisse et s'élève avec lui. L'effet de cette disposition est d'opérer spontanément la levée ou Vabaisiement des soupapes suivant une succession d*intervallep intermittents. Mais cette opération n'a pas lieu isolément.

Les trois soupapes sont mises en mouvement à l'aide d'un système de leviers et de tringles installé sur un bâti N monté prètf du cylindre. La commande de ce mécanisme est dévolue à deux genres d'organes : l'un lié avec le mouvement propre de la machine et l'autre qui en est en quelque sorte indépendant.

Le premier d» «es organes est la tige verticale 0, suspendue au balancier par le parallélogramme, et portant des taquets disposés pour agir, en montant et ^n descendant, sur les bascules qui font lever ou baisser les soupapes. Seulement cette tige ne fait que les abaisser, autrement dit, elle n'opère que leur fermeture.

Le second consiste en deux appareils P et P^ désignés par le nom de : cataractes. Nous avons dit , à propos des appareils- d'alimentation (t. j*', p. 444), ce qu'est en principe la fonction de cet ingénieux instiument qui permet de régler le renouvellement d'une action intermittente, suivant des temps d'une durée déterminée. Ici , les cataractes sont des récipients d'eau à écoulement constant et à piston, que

(1} Nous avons décrit très-complètement (t. I*^ p. 424), la disposition de ces soupa)>e8 appliqué^ aux machines de Gornwall, nom par leqael on les désigne le plus souvent. Nous n'avons donc rien à ajouter ici à regard de leur fonctionnement particulier.

nous décrivons pins loin d'une manière complète, et que la fig. 8, pi. 3B, repré* sente en détail. Leur action, dans le cas actuel, consiste à lever les souptqies^ ou ouvrir les communications que la tige 0 interrompt^ au contraire.

Voici, quant à présent,' ce qui résulte de la combinaison des effets^de la tige 0 et des deux cataractes P et P^

Supposons le piston B en haut de sa course et la soupape d'admission H levée; la vapeur en s'introdnisant dans le cylindre fera descendre le piston; la soupape J de condensation est également levée, puisque, pendant la descente du piston, la vapeur du coup précédent doit s'échapper.

La tige 0, s'abaissant avec le balancier, fait agir, dans un moment détaminé, la partie du mécanisme qui correspond à cette soupape d'admission et la fuit retomber siir son siège : la délente commence, et le piston à vapeur continuant de s'avancer arrive au bas de sa course.

La tige 0, parvenue également au bas de sa course, a fait fermer de même la soupape de condensation , et a ramené à son point de départ la cataracte P qui communique aux soupapes d'admission et de condensation.

Au même moment, la seconde cataracte P^ faisant ouvrir la soupape d'équilibre, la communication est établie entre les deux extrémités du cylindre, et le piston à vapeur, entraîné par celui de la pompe, remonte et revient à rexirémité suiiérieure de sa course.

La tige 0, en arrivant aussi au même point, fait fermer la soupape d'équilibre et ramène la cataracte correspondante P^ à son point de départ*

Par conséquent, si nous' nous arrêtons en ce point où 4e piston yient de terminer sa conrse ascensionnelle, toutes les soupapes sont sur leur siège, et la machine est complètement arrêtée.

Ce n'est, en effet, que le jeu de la première cataracte P qui puisse faire donner un nouveau coup de piston, en ouvrant simultanément les soupapes d'admission et de condensation ; or, on sait que cet appareil fonctionnant par un écoulement d'eau, dont la durée se règle à volonté, la levée desdites soupapes aura lieu quand on le voudra : c'est-à-dire qu'entre chaque coup simple du piston, la machine peut être considérée comme réellement arrêtée pendant un temps plus ou moins long, suivant la réglementation des cataractes qui jouent véritablement le rôle d'une mise en train automotrice, à temps variable.

On tire bien des avantages de cette admirable disposition. D'abord, on mesure à volonté le temps d'arrêt voulu aux extrémités de course, pour les fonctions de la pompe; ensuite, on modifie le travail de la machine par le nombre de coups qu'elle donne l l'unité de telnps; pour l'épuisement des mines, où les volumes d'eau à extraire sont susceptibles de changer dans de grandes limites, on en comprend surtout la nécessité.

Après cet aperçu général du mécanisme de distribution appliqué h cette machine, il nous reste à en faire connaître, comme ensemble, d'autres points importants.

La difficulté de régler l'équilibre des masses mobiles a conduit à prolonger la tige du piston, en lui faisant traverser le fond du cylindre, pour y fixer un plateau B'

que l'OD charge d'une masse dont le poids peut être modifié à volonté. Ceci paraissait nécessaire, soit pour régler la vilcGse de In cbule du piston à eau, soit pour mettre ta macliine en rapport avec la masse d'eau qu'elle soulève, et qui pcul varier. Néanmoins, on est parvenu à maintenir fixe la hauteur à laquelle l'eau est élevée, el la machine ayant acquis une marche régulière, ce conire-poitts a été supprimé.

L'appareil de condensation cstdisposé avec des corps séparés, comme nous en avons montré quelques exemples. Le condenseur M et la pompe h air M' sont montés à l'intérieur d'une bâche M* , au fond de laquelle est réservé un canal qui les fait communiquer. Le corps de pompe H' est surmonté d'une cuvette de décharge H* dans laquelle joue le clapet d'expulsion x, qui est plat et vient reposer simplemeitt sur le twrd du corps de pompe. Le piston U est muni d'un clapet semblable , et la communication avec le condenseur est réglée au moyen de deux clapetsà charnières 3^. C'est dans la cuvette M* que paise la pompe alimentaire R, par un tube H' aboutissant h une boite à clapet R*.

La bAche renferme aussi le corps d'une pompe élévatoire Q pour l'eau qui la remplit, et dans laquelle on prend celle nécessaire à l'injection ,- lorsque le niveau de la Seine est trop bas pour opérer la prise d'eau par aspiration directe.

L'injection d'eau, dans le condenseur, li'esi pas continue comme dans les autres machines. Le nombre de coups donnés par celle-ci étant très-variable et d'ailleurs toujours très-faible, on a cru devoir relier l'ouverture de la soupape d'injection à son mécanisme, à l'aide d'un renvoi de mouvement qui correspond à celui des cataractes. Cependant on peut également régler la débit de l'injection & la main, au moyen' d'un mécanisme ordinaire actionnant un robinet placé sur le conduit d'injection, en avant de la soupape, el aboutissant h une colonnette J* montée h la portée du mécanicien, au rez-de>chausséc de la machine.

Les tiges Q' et U' des deux pompes du condenseur sont reliées au balancier par rinlermédiaire du parallélogramme a|)pliqtié au piston D de la pompe principale. Une troisième tige R*, plus rapprochée du centre, commande simultanément deux petites pompes R et S : la première, qui est celle alimentaire, et la seconde, qui sert à refouler de l'air dans le grand réservoir G. Cette pompe est mise en rapport, i>ac. le tnbe S*, avec un petit vase S' qui est it moitié rempli d'eau et coustitue la botte i clapets. De cette façon, le piston de la pompe joue dans l'eau, et l'air se rend directement du récipient S' au réservoir G, en passant par le tube S'. Nous donnons plus loin un complément d'explications ?iii ni irip'iiii'iix a|)|irircil.

Dans une machine ainsi disposée, l;i pittisiniv ceulc do l;i iliâtrilvition règle les courses, puisque le mouvement n'est p;is Irmisformé, cl que la manivelle, qui leB limite avec tant de cerlilude dans les machines h rotation, nV'xisle pas dans celle-ci. Néanmoins, si bien que la distribution s'effeclue, on s'exposemit à des accidents graves si l'on n'employait aucun procédA^cftpflbk; de renfermer foreémeni les pistons dans les limites qu'ils ne doivent jiiniais franchir, sous peine de briser les fonds du cylindre à vapeur et les clapets de la pompe.

On dispose à cet effet,.de chaque côté du balancier et sur des points d'appui fixes,

deux fortes pièces de bois T. courbes en dessous, afin de conserver de la flexion à