MACHINES A VAÛEUR A DEUX CYLINDRES DU SYSTÈME DE WOOLF
. VaZNCIVB DB Zi'BMV&OZ 1IB8 OBUZ CT&ZXDHSB
On désigne sous le nom de machines à deux cylindres, celles qui comprennent en effet deux cylindres complets, de volume très-différent, dont l'un, le plus grand, sert en quelque sorte de milieu d*échappement au plus petite duquel il reçoit la vapeur et recueille la puissance qu'elle est encore capable de développer après avoir, agi dans celui-ci à pleine pression.
Ce système a été imaginé en vue de la meilleure réalisation du principe d'expansion ou de détente, car c'est exactement l'effet produit par l'action de la vapeur en passant du cylindre de moindre dimension dans celui du volume le plus considérable. Nous devons dire que ce procédé, pour faire travailler la vapeur avec détente, est de beaucoup préférable à celui d'un seul cylindre. La raison en est bien facile à saisir : en effets remarquons que, dans ce dernier cas, la puissance éprouve, comme nous l'avons déjà dit, des variations très-sepslbles , du commencement à la fin de la course du piston, et conduit d'abord à donner aux divers organes de la transmission des dimensions relativement plus fortes, et ensuite donne lieu à une irrégularité de vitesse qui peut être à peine atténuée au moyen d'un volant très-puissant.
Par l'emploi de deux cylindres dont les pistons fonctionnent simultanément avec des pressions différentes, l'irrégularité des efforts n'est sans doute pas évitée complètement, mais elle est beaucoup moindre, et il est alors plus facile de pro^ duire sans inconvénient des détentes très- prolongées, condition importante pour économiser le combustible.
Cette magnifique invention de la machine à deux cylindres a été proposée dès 1781 par un ingénieur anglais, Hornblower (^Tist., t. i^', p. 106), réalisée en 1804 par Woolf, qui y a attaché son nom, et perfectionnée plus tard en France par Edwards, dont les dispositions particulières sont généralement conservées aujourd'hui par la plupart des mécaniciens qui construisent ce genre de moteurs, et que dans bien des localités on préfère encore à tout autre, malgré son prix plus élevé. Partout .en effet où l'on a besoin d'une puissance constante, considérable^ qui, en même temps, doit être produite économiquement, tout en satisfaisant au coup d'œil, on adopte la machine à deux cylindres, à balancier, désignée le plus souvent sous le nom de machine de Woolf,
Avant (le montrer des exemples des plus récents spécimens de ce système , nous allons essayer d'en expliquer, en peu de mots, les fonctions générales.
Pour rendre plus sensibles aux yeux les mouvements de la vapeur dans les machines à deux cylindres, nous sommes obligé de supposer, ce qui n'a pas lieu en pratique, que le canal d'échappement Ou petit cylindre le contourne et vienne aboutir directement à la boite de distribution du grand.
Soit A (Qg. 90), le premier cylindre dans lequel la vapeur arrivant du générateur y Tait jouer le piston sous les méihes conditions que pou^unc machine dans laquelle ce cylindre fonctionnerait isolémeut, que cette vapeur soit d'ailleurs admise à pleine pression pendant la course entière, ou qu'elle éprouve un commencement de détente; ceci peut avoir lieu, comme on sait, soit au moyen d'un système-ordinaire de distribution séparée et disposée à cet effet, lorsqu'on veut rendre la détente- variable, soil par le recouvrement des bandes du tiroir, quand on se contente d'une détente fixe.
Fig. so.
La course du piston achevée,- dans un sens ou dans l'autre, la vapeur, au lieu de s'échapper dans l'atmosphère ou dans un condenseur, parvient h la boite de distribution d'un second cylindre B , d'une plus grande capacité que le premier A, et exerce sa pression simultanément contre les denx pistons, celui qu'elle semble fiiir et celui qu'elle vient pousser.
Les deux pistons étant reliés au même mécanisme, comme on le verra plus loin, accomplissent leurs courses simultanément, de telle sorte que toute la vapeur du petit cylindre passe dans le grand. Par conséquent, en admettant d'abord, pour plus de simplicité, que la vapeur ait été admise à pleine pression pendant la course entière du petit piston, on dira qu'elle s'est détendue dans k rapport des volumes engendrés par les dextx pistons, et que ce rapport marque le degré de détente auquel la Tapeur a été employée.
A la pulsation suivante, ce même efTet se produit, mais en sens inverse; la va-
peur dont on vient de suivre la marche s'échappe alors du grand" cylindre et se rend dans un cundenseur, suivant les conditions oïdinaircg.
Sur la flgure, les deux pistons sont supposés descendre; la vapeur du générateur arrive au-dessus du petit piston , tandis que celle 'du dessous , et qui l'avait élevé au coup précédent, passe du dessous du petit piston au-dessus du grand; la partie inférieure du cylindre B est en ce moment en communication avec le condenseur dans lequel se précipite la vapeur qui avait élevé le grand piston, en passant du detsus du petit piston au-dessous du grand.
C'est ici le moment de faire une observation sur les directions différentes qui peuvent être données à la vapeur se rendant d'un cylindre h l'autre.
Dans la plupart des macbines à deux cylindres , surtout celles à tmlàncier, les deux pistons marchent dans le mime sens. Les passages de vapenr doivent alors être croisés, c'est-à-dire que la vapeur passe du dessous du petit pistou sur te dessus du gi'and, et vice versa.
Hais, pour des motifs que nous ferons conoaitre, on construit des machiues dans lesquelles les pistons ont une marche croisée .- les passages de vapeur sont alors directs, c'est-à-dire qu'en sortant du petit cylindre, par l'une ou l'autre de ses extrémités, elle passe directement dans le bout correspondant du grand cylindre.
Ces divergences n'ayant aucun effet, iiuant a» principe en lui-même, il n'y a pas lieu d'en tenir compte dans l'examen ilii travail théorique produit, qui est le même dans les deux cas. On pourrait aussi considérer que Ic^ courses ou les superficies des deux pistons peuvent être égales ou inégales; mais il suffira de nous arrêter, quant à présent, à ce point essentiel '.
Qu'ils doiuenl enj^endrer des volumes différents.
Il est intéressant de mettre en évidence ce fait de la parfaite égalité entre le travail développé par un même volume de vapeur, que l'on fasse usage, pour obtenir le même degré de détente , d'une machine h un seul cylindre ou d'une machine à deux cylindres. Nous prendrons, pour le démontrer, un moyen très-simple indiqué par H. Poncelet dans son excellent Traité de niécanique élémentaire.
Nous avons montré plusieurs fois que la quantité absolue de travail, engendrée par un certain volume de vapeur qui se détend, est mesurée par l'augmenlation de volume qu'on lui fait acquérir, et par la pression initiale, celle possédée par la vapeur avant la détente. Ceci étant exact pour l'augmentation totale de volume et pour la quantité totale de travail , ne l'est pas moins pour chaque augmentation partielle de volume, qui développe une quantité partidle de travail dont la mesure serait encore cette augmentation de volume, et la pression moyenne au moment o£i elle a lieu.
Soient alors les deux cylindres A et B, fig. 91 , dans lesquels nous considéroifs les deux pistons pour examiner ce qui se passe, lorsqu'ils s'avancent simultanément d'une certaine quantité.
Si l'on prend un instant où la vapeur est confinée dans les espaces C et D, et qu'en passant de C en D les pistons s'avancent chacun respectivement de quantités infiniment petites h et h', la vapeur développe, dans le même temps, sur le grahd
piston une certaine quantité de travail, laquelle 4oît être diminuée de celle engendrée, comme résistance, pour avoir l'expression du travail réellement ulilisabla : le travaH développé dans les deux cas a évidemment pour valeur le produit tie la superficie du piston par son avancement et par la pression de- la vapeur, qui est la même daus chaque moment de la détente pour les deux cylindres, puisqu'ils communiquent exactement entre eux.
Appelant alors :
S la superficie du grand piston ; h' l'étendue reclîli^ne de son mouvement ; s la superficie du petit piston ; h l'étendue rectiligne de son mouvement ;
p la pression commune cl moyenne, par unilé de surface, pendant cet avancement inGniment petit des deux pistons;
la quantité de travail développée, pendant cet avancemcul des deux pistons, a pour valeur :
0> X S >; A') — (p X* X ft) = p (SV— Jh)
Or, le facteur SV = sh exprime précisément l'accroissement du volume de la vapeur au moment considéré ; par conséquent, chaque quantité partielle <le travail développée par la vapeur est bien proporUonnelle à son accroissement parUel de volume, ce qu'on s'est proposé de démontrer.
Donc, que l'on fasse usage de deux cylindres ou d'un seul, la quantité de travail sera-la même lorsqu'on aura fait subir à la vapeur un mime aceroissemmt de volume, la pression initiale étant, bien entendu, la même dans les deux cas.
Ceci, comme on peut le remarquer très-bien, est indépendant des courses ou des diamètres des deux pistons qui peuvent èlre égaux ou différents , pourvu que les volumes engendrés produisent finalement une augmentation du volume de vapeur échappé-
Sans enirer pour Tinstant dans de plus longs développemenls^ on peut résumer ainsi les dimensions des cylindres pour une machine de Woolf, en les comparant à celui d'une machine simple d'un même effet final :
Le volume engendré par le grand pislon est égal à celui de la machine simple;
Le volume engendré par le petit piston est égal à celui de la vapeur avant la détente, si celle-ci s'effectue complètement dans le grand cylindre.
En d'autres termes, le rapport des volumes engendrés par les deux pistons n'est autre chose que le degré de détente adopté, si cette détente ne doit pas commencer dans le premier cylindre; dans ce dernier cas, le rapport de ces deux volumes devient le quotient du chiffre de la détente totale divisé par l'accroissement initial dans le premier cylindre, mais 1er volume du grand cylindre est invariable^ que la détente s'y effectue complètement ou qu'elle commence dans le petit cylindre, lequel supporte exclusivement la modification résultant de cette dernière condition.
On peut encore examiner les effets qui résultent de la contre-pression suivant l'emploi d'un ou de deux cylindres.
A valeur égale, la contre-pression fait naître un travail résistant mesuré par le volume engendré par le pislon contre lequel elle agit. Or, puisque le grand piston d'une machine h deux cylindres engendre précisément le même volume total que celui d'une machine à un seul cylindre, capable du même degré de détente, la contre- pression s'exeiçant sur l'un ou sur l'autre engendre la même quantité de travail résistant.
Le calcul des machines à deux cylindres a, par conséquent^ la plus parfaite similitude avec celui des machines à détente ordinaires à un seul cylindre, et ne présente aucune difficulté. On en verra plus loin de nombreux exemples en lisant la description des machines ipêmes, et les notions relatives aux proportions générales des machines à vapeur.
Plusieurs contrées manufacturières de la France, et notamment la Normandie, le Nord et l'Alsace, ont généralement adopté les machines à vapeur à deux cylindres de préférence aux autres systèmes, malgré leur prix de revient plus élevé. Cela s'explique surtout par le grand nombre d'établissements qui ont besoin d'une puissance constante, régulière, tels que les filatures, les tissages mécaniques, les impressions sur étoffes, etc. Aussi, dans chacune de ces régions industrielles, des constructeurs spéciaux se sont adonnés à ce genre de machines, et y ont acquis une réputation justement méritée.
Il nous suffirait de citer, à ce sujet, les maisons de HM. Powell, Scott, Windsor, Lacroix, Houdouart^ etc., de Rouen; celles de M. Nillus, du Havre, de H. Boyer, à Lille; les maisons de MM. Kœchlin et C*, de Mulhouse, Stehelin etC*, à Bitschwiller, etc.; celle de MM. Farcot, à Paris, et beaucoup d'autres qui, quoique moins anciennes, se distinguent également par les soins qu'elles apportent dans la construction.
Nous uo\is plaisons à constater que si pendant longtemps on avait des tendances à aller en Angleterre pour y faire choix d'un moteur à vapeur, que l'on croyait établi dans de meilleures conditions que partout ailleurs, il n'en est plus de mém^ II. 6
aujourd'hui, car on reconnaît maintenant que nos mécaniciens ne le cèdent en rien à leurs concurrents anglais, soit sur le rapport de l'exécution, soit sous le rapport du prix de revient et surtout de la consommation du combustible.
Nous ajouterons même que, sous ce dernier point de vue, les machines françaises sont, en général, supérieures aux machines anglaises. Le charbon nous revenant, en eflet, beaucoup plus cher que chez nos voisins, nos constructeurs ont dû s'appliquer constamment à rechercher les procédés les plus propres à réduire la consommation. Toutes leurs études, tous leurs perfectionnements se sont portés vers ce but.
L'illustre Watt lui-même serait sans doute bien surpris de voiractudlcraent des machines qui consomment h peine le quart du combustible que Ton brûlait de son temps poiH' la même force ohtenue.
MA0HXVS8 AOOOUPZitSS A DEUX OTXiXVD&BS BT A BAZ1AVOXS&
(du système de woolf)
Constiuite par M. T. POWELL, à Rouen (planche 28)
La première machine que nous donnons comme modèle du système de Woolf est Tane des deux machines jumelles exécutées tout récemment, pour la nouvelle et grande filature de coton de M. Levavasscur, par M. Th. Powell, ancien associé de la maifioil Hall, Powell et Scott, de Rouen.
Ces deux machines, d'une force collective nominale de 140 chevaux-vapeur, sont remarquables par la simplicité de leur construction , relativement à leur système propre; leur arbre découche commun porte un volant énergique dont la jante forme un engrenage qui transmet directement leur puissance réunie. Ce dernier mode de transmission, qui commence à se répandre généralement, ofTre le double avantage'de supprimer une paire de roues ou un harnais, et de diminuer peut-être les chances d'accidents par le volant qui ressent ainsi plus directement les variations de résistances entre le moteur et les mécanismes commandés, sans les faire supporter aussi fortement à l'arbre sur lequel il est monté.
La détente est opérée presque exclusivement par le grand cylindre, car il n*y a qu'un léger commencement d'expansion dans le petit cylindre au moyen d'un tiroir à recouvrement.
ENSEMBLE DE LA CONSTRUCTION (fig. 1 et Î, PL, 28)
La disposition générale de cette machipe a la plus complète analogie avec la première à balancier à un seul cylindre, dont nous avons. montré précédenunent un spécimen. L'ensemble de son montage consiste de même dans l'application d'un
entablement en fonte élevé sur deux colonnes qui reposent elles-mêmes sur un massif en maçonnerie. Ce dernier est séparé en deux parties pour laisser passer le volant qui se trouve entre les deux machines semblables; l'arbre moteur qui le porte est placé un peu en contre-bas, aRn de conserver aux bielles une longueur convenable sans exagérer la hauteur des colonnes-sùpporls et la longueur des tiges de piston.
La fig. i de la pi. S8, qui représente Tune des machines de face et vue en éleva* tion, est une coupe faite entre les deux machines, et en arrière du volant qui n'est indiqué qu'en lignes ponctuées pour ne pas masquer des parties essentielles du mécanisme; il était, du reste, supprimé de fait, attendu que la coupe s'avance jusqu'au massif même pour laisser voir la condensation.
Lr\ fig. 3 est une vue extérieure de bout de la même machine, regardée du côté des cylindres. Par cette similitude de forme qui existe entre les machines à balancier à un seul ou à deux cylindres, nous pouvons nous attacher exclusivement à ce caractère distinctif de celle-ci.
Les deux cylindres A et B, représentés en détail (fig. 1 à 4, pi. 29) , sont montés l'un près de l'autre dans une enveloppe en fonte A' qui repose directement sur une plaque de fondation, la même qui reçoit aussi les deux colonnes C. Contrairement à ce que Ton u vu précédemment pour d'autres machines, les deux cylindres sont fondus avec leurs canaux de distribution qui viennent se terminer extérieurement sur une partie dressée. Cette dernière, à l'aide d'un ajustement qui sera complètement décrit plus loin, vient aboutir hors de l'enveloppe pour recevoir une tête E' ou F' formant le prolongement des canaux et terminée par la table sur laquelle glisse le tiroir. Cette table reçoit, comme à l'ordinaire, la boîte à vapeur D pour le petit cylindre, et celle IV pour le grand. Les deux tables de distribution, comme est boites à 'vapeur, sont semblables et correspondantes quant à leurs dimensions verticales, afin que les deux tiroirs aient une même course ^et soient commandés simultanément par le même mécanisme.
Les deux têtes de canaux rapportées semblent être supportées par deux colonnes en fonte E ai F, qui ont réellement une autre fonction. La première E, appartenant au petit cylindre, forme un conduit dans une partie de sa hauteur pour faire Communiquer la boite à vapeur D avec l'intérieur de l'enveloppe qui reçoit directement la vapeur du générateur. L'autre colonne F est le commencement du conduit d'échappement G qui dirige la vapeur sortie du grand cylindre au condenseur H.
Les tiges des deux tiroirs qui sont^ comme nous venons de le dire, symétriques dans le sens vertical, sont attachées à une traverse supérieure en fer a, qui constitue la tête d'un chÂssis composé de deux tringles* verticales b et d'une autre traverse inférieure c. Celle-ci est clavetée avec un bout de tige verticale faisant partie d'un cadre d^ à l'intérieur duquel se meut la camme curviligne e, dont les fonctions ont été complètement démontrées en parlant des mécanismes de distribution (t. i^S p. 374).
Cette camme est montée à l'extrémité' d'un axe horizontal /*, qui reçoit de l'arbre moteur, au moyen de la paire de roues d'angle ^, un mouvement de rotation continu, lequel donne au cadre d un mouvement rectiligne alternatif qui est transmis
aux deux tiroirs par le châssis vertical a&c; les côtés h de ce dernier sont d'aiHenrs maintenus dans leur déplacemeul par des. guides ménagés à la plaque de Tondatien et par deux paliers /i, à chapeaux mobiles, disposés à la partie supérieure des boîtes de distrâbution.
Il est indispensable de donner à la traverse a une grande résistance, en ce sens que les efforts qu'elle supporle s'exercent à ses extrémités, tandis qu'elle est prise vers le milieu de sa longueur par les tringles qui la commandent. Il est également important d'estimer la résistance que chacun des deux tiroirs oppose; afin d'observer une espèce d'équilibre entre les deux résistances par rapport au point où l'effort s'exerce, effort qui a évidemment pour centre d'action le milieu de la distance entre les deux côtés 6. La position de ce centre est à inégale distance des extrémités de la traverse a, qui forme un levier dont le plus grand bras est situé du côté du grand tiroir. Il faut donc que ce dernier oppose une résistance moindre que l'autre, malgré sa plus grande suiface et son poids plus considérable ; ceci doit être en effet, puisqu'il n'est pressé que par la vapeur dont la pression ■ décroît depuis le* commencement jusqu'à la fin de la course.
En suivant la marche de la vapeur, comme si elle venait seulement d'être admise . dans la machine, on reconnaît qu'elle arrive du générateur et pénètre directement dans l'intervalle existant entre l'enveloppe et les deux cylindres. De l'enveloppe, elle pénètre dans la boîte de distribution D du petit cylindre, en traversant un conduit à robinet placé entre Tenveloppe et la colonne E, laquelle communique par son intérieur avec la boite D.
La vapeur est donc distribuée dans le petit cylindre telle que la chaudière la fournit; ce n'est qu'au moment de l'échappement que se présente la première particularité du mécanisme.
Après avoir terminé son action sur le petit piston, la vapeur s'échappe par l'intérieur du tiroir qui est mis en rapport avec une tubulure latérale, laquelle, dans une machine à un seul cylindre, serait mise en communication, par un conduit, avec l'atmosphère ou avec un condenseur, suivant le cas. Mais ici cette tubulure est jointe à un canal I qui vient se relier directement avec la partie supérieure de la boîte D^ du grand cylindre, et se termine intérieurement par un orifice disposé audessus de l'espace parcouru par le grand tiroir, qui le maintient toujours découvert.
Par conséquent^ la vapeur échappée du petit cylindre passe dans la boite du grand, et s'y trouve distribuée de la même façon que dans le premier; les deux tiroirs semblables et marchant ensemble, il est clair que les admissions sont symétriques, que la vapeur échappée de la partie inférieure du petit cylindre pénètre directement à la partie supérieure du grand, ti vice versa.
Maintenant cette vapeur, qui du petit cylindre est passée entièrement dans le grand, s'en échappe au retour du piston; celte fonction se fait, comme à l'ordinaire, par l'intérieur du tiroir et l'orifice central qui, par une bifurcation latérale, communique avec la colonne F et, par suite, avec le condenseur.
Telles sont, dans leur plus simple exposé, les fonctions générales de la distribu* tion disposée pour une machine à double cylindre, et que l'examen des figures de
détail rendra complélement intelligible. Nous aurons Foccasion de décrire des systèmes bien difTérents; celui-ci est sans contredit Tun des plus simples, et reproduit, presque^ entièrement conservé, le mode de construction adopté par Thabilc ingénieur Edwards, lorsqu'il perfectionna le système de Woolf.
Les deux machines jumelles établies à la Monnaie de Paris, et construites, il y a une quinzaine d'années, par M. Moulfarine, sont également disposées sur ce système, quant à la distribution, comme on peut le voir dans le vn* volume de la Publication indibstrielle ; mais la machine de M. Powell offre celte particularité, qui peut être regardée comme un véritable perfectionnement, que le passage de la vapeur d'une boîte à l'autre s'effectue par un conduit indépendant des couvercles, ce qui permet la visite des tiroirs sans autre démontage.
Nous montrerons plus loin que ces machines ont donné d'excellents résultats d'utilisf^tion de combustible. Cependant on a reproché aux distributions semblables de présenter trop d'espace perdu là où la vapeur devrait, pour ainsi dire, pouvoir s'écouler d'un cylindre dans l'autre sans vides intermédiaires. C'est en vue de réaliser s^e problème, autant que possible , que de nombreux systèmes ont été proposés«JIi$t un point dont il nous semblait nécessaire de prendre note en passant, et avant d'arriver à décrire ces modifications.
La liaison des deux tiges i et i\ des pistons à vapeur avec le balancier J, s'effectue au moyen d'un parallélogramme disposé comme celui qui a été complètement expliqué (p. 9). Ce mécanisme comprend, en effet, trois paires de liens j, k et /, réunis chacun par une traverse pour la suspension des tiges de pistons moteurs, et pour celle m de la pompe l\ air, aux points de leur longueur qui jouissent de la propriété de marcher en ligne droite.
Le condenseur H est du système dit à corps concentriques, ou encore de Maudslay, qui a été décrit dans le i®' volume. On remarque sur la figure d'ensemble, pi. 28, le robinet d'injection n, dont la tige de commande n' s'élève au-dessus de la pbque de fondation, et passe à l'intérieur d'une petite colonne o au-dessus de laquelle se trouve le cadran indicateur du degré d'ouverture.
La pompe alimentaire K, dont le piston est mû par le balancier, au moyen de labiellc p, est posée sur une console en fonte p' fixée contre la maçonnerie, beau-? coup au-dessous du sol des cylindres.
I^es deux machines jumelles sont mises en rapport simultanément avec un régulateur à force centriruge L, installé sur un support spécial M, en fornye de colonne, et posé dans l'axe du volant. L'axe q du régulateur, d'abord maintenu à sa partie supérieure par une console r, traverse la colonne M, et porte à son extrémité inférieure une petite roue d'angle s commandée par une autre semblable s^ qui appartient à un petit axe horizontal (; celui-ci reçoit de même son mouvement de l'un des deux arbres fde distribution, au moyen de deux roues d'angle t'.
La relation entre le régulateur et les distributions sera expliquée plus loin en examinant en détail les principaux organes; les fig. 1 et 2 permettent néanmoins d'apercevoir que ce régulateur agit sur le robinet d'introduction même placé derrière la colonne Ë, correspondant au petit cylindre.
DÉTAILS DE CONSTRIICTIÔN.
{Fie. 1 A 4, PL. 49.)
CïuxDBES, KsvEf.oppE ET DisTfliRiJTioN. — La Rg. \ (pi. 29), cM unc élévalion cxté- • Heure des àcwx cylindres, les boites de dislribulion enlctécs;
Im fig. 2 est une projection hori/onlale exactement correspondante, mais arrêtée sur l'axe des cylindres, et faisant voir parliculièrcraenl la parlic de la distribution ;
Les Tig. 3 et 4 sont des coupes Iran&versale? failes sur l'axe de chacun des dcnx cylindres cl de leur dislribution.
L'en^veloppe en fonte A', qui doit recevoir les deux cylindDcs, présente, en section lioi-iïonlnjp, In forme de dcnx cercles qui s'inlcrccplenl et se raccordent estérieuromenl par des angles arrondis. Ces deux cercles sont complets h la partie supérieure, h cause des rebords, on repos, ménagés pour recevoir les cylindres; mais a une distance convenable, au-dessous de ces rebords, la forme extérieure règne à i'iatéricur, el les deux parties de l'enveloppe sont en libre communication.
Les deux cylindres sont ajustés dans l'enveloppe nu moyen de rebords tournés, pour les supporter, et d'un joini conique au mastic de fonle. Ils sont fermés î\ leur partie supérieure par des couvercles de forme ordinaire, mais qui ne présentent pas un cercle complet, cl qui s'inlercepleut en ligne droite au milieu de la dislance de leurs cordons extérieurs. On est forcément conduit à cela pour ne pas écarler dnvnnlage les cylindres* ce qui nurait le double inconvénient de trop allonger le balancier et d'augmenter le volume inldricur de l'enveloppe ainsi que les dimensions du mécaiiisme des liroirs.
Celte disposition est commune à bien des machines, mais ce qui mérite ici l'allention, c'est le mode employé pour faire aboutir au dehors la partie qui porte l'oEivcrliu I' lii's canaux de dislribution. Comme cette disposition est ta même pour les deux ej lindres, nous cboisirous l'un quelconque des deux, le pellt, par exemple, pourles dé(Tir<\
Vts cdiuux a' et a' de ce cylindre viennent déboucher à la partie supérieure
d;ins ■ rii.'isse de forme reclangulaire, dont la face est dressée parallèlement à
l'axe du cylindre. Dans la partie correspondante de l'enveloppe, il a été ménagé une ouverture de même forme dans laquelle cette masse vient s'ajioler. et affleurer l'enveloppe par sa face dressée. Celle ouverture n'a évidemment que Irois c6lés, puisque le cylindre doit èfrc mis à sa place en l'y iniroduisant par la partie supérieure; alors, dans la crainte qu'elle ne s'ouvre latéralement, soit par les effets de la dilatation, soit par tous les efforts du masticage , on passe ù Iravers l'ensemble un boulon b', dont on voit la section (lig. 3 cl 4), et qui se présente dans un vide ménagé h la fonle entre les deux canaux.
Une sorle de rainure ayant été ménagée sur les Irois eûtes de cet ajustement, on peut y bourrer du masliti de fonle qui établit la fermeture exacte de l'intérieur de l'enveloppe. Ce joint est compléletnent dissimulé sur la face par la pièce E' qui
vient s'y appuyer par une partie dressée correspondant à celle du cylindre, et que l'on y fixe par des boulons.
Cette partie E', désignée sous le nom de tête, est traversée par le prolongement des canaux qf et a' qui se terminent par la table du tiroir 0; si ce n'était à cause des grandes dimensions générales^ elle pourrait être fondue de la même pièce que le cylindre, comme nous en montrerons un exemple. Elle doit, d'ailleurs, posséder une saillie suffisante pour isoler le mécanisme de commande des tiroirs et, de toute façon, compenser la différence de diamètre des deux cylindres. Cette tète £^ est fondue avec une tubulure qui se raccorde avec ta colonne E, par laquelle la vapeur est amenée de l'enveloppe, et peut alors s'introduire dans la boite D par un orifice & percé sur la même face que ceux de distribution. L'orifice central d' débouche extérieurement à l'endroit du conduit I qui communique avec la boite à vapeur du grand cylindre.
La boite à vapeur D est simplement boulonnée sur la face de la tète £', et la partie supérieure, qui lui forme couvercle, est munie d'un stuftingbox pour la tige du tiroir.
La relation entre l'intérieur de l'enveloppe et la colonne E est établie par un robinet P, dont Tune des branches est coudée^ et l'autre droite et ajustée sur un bout de conduit P^ qui se joint aussi par un coude à l'enveloppe. Ce robinet, qui doit être d'une grande dimension, est formé d'un boisseau à clef conique retenue par une bride plate boulonnée ; les flg. 1 des pi. 38 et 29, laissent voir une longue 'manette u, au moyen de laquelle on règle son ouverture pour mettre en train ou arrêter la machine. Mais il existe ici une particularité qu*il est bon de noter.
La clef de ce robinet est creuse, et forme boisseau elle-même à une clef intérieure ajustée légèrement, qui constitue précisément le papillon mis en rapport avec le régulateur. A cet effet, la tige de cette clef intérieure passe au travers de celle qui porte la manette u, et se relie par un petit levier v (lig. 1, pi. 38) à une tige verticale v\ laquelle est rattachée à un plus grand levier x, dont l'axe x^ est porté sur des consoles a/, et passe d'une machine à l'autre; cet axe est muni d'un autre levier ^% dont l'extrémité est fourchue et engagée directement sur le manchon mobile du régulateur L. Par conséquent, les mouvements de cet organe sont répercutés simultanément sur les deux machines, condition essentielle à cause de leur accouplement.
Après avoir examiné la construction du petit cyhndre, et son appareil de distri-» bution , il sera facile de comprendre ce qui concerne le grand qui n'en diffère que par quelques points.
La tôte rapportée F' possède également une tubulure de raccord avec la colonne F qui, cette fois, communique avec le condenseur. Il faut alors que cette tubuluie corresponde elle-même avec l'orifice central d'échappement d*; voici comment ceci a lieu dans cette machine^ ainsi que dans celles d'Edwards et de M. Moulfarine;
A l'aide de la iig. 1'* de la pi. 39., on reconnaît, par une indication en lignes ponctuées, que l'orifice central se^ bifurque et forme deux canaux latéraux qui enveloppent l'orifice d'admission inférieur, et viennent se réunir précisément sous
la forme de la tubulure qui s'appuie directement sur ta colonne P. C'est ainsi que l'on ftnnieiit ù éviter tout conduit exlériL-ur, Ibul en régularisant l'aspect de ces pièces, dont la slmclure intérieure est si accidentée.
Maintenant, la pièce F' est munie à sa partie supérieure d'un conduit cyliodriqiie 1' pour l'inli-oduction de la vapeur issue du premier cylindre, et qui lui est Tournie par le tuyau 1, dont l'autre extrémité correspond h son échappement, ainsi qu'on l'a vu ; le canal l' est alors percé d'un orilice e' qui débouche dans la twltel)', au-dessus des orilices de distribution.
Les deux tiroirs ont nécessairement la même course, puisqu'ils sont solidaires d'un même mécanisme marchant parallèlement; mais il ne s'ensuit pas pour cela qu'ils soieni de même dimension , ni que les orilices correspondants aient une même largeur.
Bien qu'aucune difTérence sensible ne soit indiquée sur la planche, on doit considérer les orilices du petit cylindre comme un peu moins hauts que ceux du grand, de façon que le tiroir ayant du recouvrement, produise une courte détente, commençant vers le dernier cinquième de la course du peiil piston; c'est une rectification qui n'olTrira aucune dilliculté.
En jotiint les yeux sur leâ liï;tU'CSd'eLiseiJil>le, pi. 28, on remarquera que tout le mécanisme des tiroirs est équilibré, dans son mouvement, au moyen d'un levier à contre-poids y, dont l'exUémité est engagéi; dans la partie inférieure du cadre de l'excentrique. On équilibre iréuéraleincnt les tiroirs qui se meuvent verticalement, mais on comprend de'suitu que cela eal iiulispcnsablc dans la forte machine quinous occupe, tant à cause îles |^ralJ(l<'!^ diriRnsions de toutes les pièces, que de la di'licatesse relative de la camni$ curviligne e. D'après les dimensions de ce contrepoids el sa position sur le levier, on peut estimer qu'il exerce sur l'axe du châssis des tiroirs un effort qui n'est pas moindre de 600 kilogrammes.
Ensemble du montage. — Le balancier J est du système de construction simple adopté maintenant, pour ainsi dire, de préférence à celui dont nous avons montré des exemples, et dans lequel les tourillons extrêmes font partie d'un anneau fixé au moyen d'un boulon ajusté lougitudinalcment dans le balancier. Ici ces tourillons sont simplement formés d'un bout d'axe ajusté transversalement, comme l'axe central par lequel le balancier oscille. Toute la question, en employant ce mode do construction, se résume à donner aux mamelons extrêmes une force suffisante, à les perQcr avec une grande précision, el h installer l'ensemble de la machine de façon h ne pas éprouver de dénivetlements.
1^ bielle motrice Q possède la structure adoptée pour lonles les machines à balancier; elle est formée d'un noyau cylindrique accompagné de quatre nervures galbées. La double lèle, }> la partie supérieure, offre cette bonne condition que la bride qui relient les coussinets est complètement fermée, et, en constituant une frette à la branche de la fourche, évite l'emploi d'une clef à talons.
La manivelle R et l'arbre de couche S sont en fer forgé et d'une grande résistance, du rcsle comme toutes les pièces de la transmission, qui sont faites pour correspondre à une puissance supérieure à celle nominale de la machine : il n'est
pas rare de voir, dans les environs de Rouen et ailleurs, une machine marcher à une force au moins dpuble de celle |)our laquelle elle a élé livrée.
Le volant T, monté sur cet arbre, est un des beaux spécime^is de la construction moderne. C'est une vaste roue d'engrenage, à denture de fonte, de 8 mètres de diamètre au cercle primitif, formée d'une jante en douze parties qui correspondent à un même nombre de bras fondus à part et réunis sur un plateau central au moyen de boulons. En donnant les conditions de marche des deux machines, nous examinerons aussi celles du volant.
lA balancier est soutenu par un entablement en fonte U qui forme un cadre dont les traverses sont scellées dans les murs environnants; les deux colonnes C lui forment un point d'appui direct sous les supports du balancier. Mais pour assurer sa rigidité par rapport aux cylindres, à cause du parallélogramme, il est relié à une colonnelte en fonte z dont la base s'appuie sur une oreille h console venue de fonte avec le grand cylindre, en affleurement avec sa bride supérieure.
La construction de ces deux machines est aussi soignée, quant aux détails essentiels, que par les proportions générales de Tensemble qui en rendent l'aspect
agréable. Il est aisé de se figurer le coup d'œil grandiose qu'elles doivent présenter niarchant l'une près de l'autre, dans le même local, avec cette régularité grave des grandes machines à balancier.
DIMENSIONS ET CONDITIONS DE MARCHE
Nous allons donner les dimensions principales de ces belles machines, et examiner les conditions de marche de chacune d*elles, sous le double point de vue de la méthode que nous avons suivie jusqu*ici pour les machines à un seul cylindre, et du système particulier des deux cylindres, qui fait l'objet de l'étude actuelle.
Puissance nominale en chevaux-vapeur 70
Vitesse par minute ou nombre de tours de Tarbre. . . 22
Pression de la vapeur dans la chaudière 2*^ 5
Diamètre du petit piston O"* 500
Superficie correspondante 19*^ 63
Course du dit 1" 500
Volume engendré pour un coup simple 294*^ 480
Diamètre du grand piston 0"* 968
Superficie < orrespondante 73* '594
Course de ce piston 2" 000
Volume engendré pour un coup simple. 1471**^ 878
Rapport des volumes engendrés pai* les deux pistons. 5
Diamètre moyen de la jante du volant 7"» 500
Vitesse moyenne de la jante du volant par seconde. . . 8"* 639
Diamètre mesuré au cercle primitif de la denture. . . 8" 000
> Vitesse de cette denture par seconde 9* iH
Largeur de la denture , 0" 378
Poids de la jante 12000 kil.
Calcul de la pcussance théorique. — Puisqu'il est bien établi que le trayail de la vapeur avec détente est exactement le même, que la détente se produise par un seul cylindre du par deux, il est facile de rechercher la puissance théorique de la machine dont il est question; nous ferons usage, à cet effet, de la règle générale établie (t. i«% p. 333) pour le cas ordinaire d'une machine à détente.
Le degré d'expansion dans la machine. actuelle serait le rapport 5, existant entre les volumes engendrés par les deux pistons, si la vapeur était admise à pleine pression dans le premier cylindre, pendant la course complète de son piston. Mais comme il y existe un commencement de délente, dans le dernier cinquième de la course, le degré de détente totale a évidemment pour valeur :
Constituant alors toutes les données de la formule A. ( 1. 1«% p. 333) :
T= 2(rfi|) — 10333 Dp').
nous trouvons : *
Volume admis à pleine pression rf == 0,8 x 294 = 0"^ 238
Volume du grand cylindre (noté pour l'estimation du
travail de la contre-pression) D = 1™ *^-472
Pression de la vapeur p = 2*'- 8
Contre-pression p' = O»' i
Nombre de la table (t. i«', p. 72) pour le degré de
détente 6,28 t = 29270
Introduisant ces données dans la formule précédente, il \ient :
T = 2 (0,238 X 29270 X 2,8 — 10333 x 1,472 X 0,1) = 31380 kilogrammètres.
Ce chiffre correspond à la puissance d'une machine, pour un tour de l'arbre du volant; on a donc pour les deux machines et par r' :
2 1 -^^r ^^ L s:^ 306 chevaux-vapeur.
Ainsi les deux machines sont capables de produire un travail théorique de plus de 300 cheyatix.
Cependant elles n*ont été livrées que pour* une puissance nominale collective de 140 chevaux, à recueillir sur Tarbre du volant. Par conséquent, le constructeur, pour rester dans de larges limites, n'a supposé, comme effet utile, que :
M. Powell admet ce faible rendement pour compenser'les différentes pertes résultant des résistances passives et de la différence de pression que les refroidissements. produisent entre le premier cylindre et le générateur; cette dernière cause de perte est peut-être la plus influente, car en calculant le travail d'après la pression mesurée directement sur le cylindre, et en le comparant au travail réel relevé au moyen du frein de Prony sur l'arbre du volant, le rendement s'approche de 86 pour 400, c'est-à-dire que la machine est capable de rendre, par la perfection de son mécanisme, près de 80 pour 100 du travail réellement développé par la vapeur.
On constate, en effet, une certaine différence entre l'effet théorique de la vapeur ^t celui qu'elle développe réellement sur les pistons, et cela n'a rien, qui doive surprendre, si l'on réfléchit qu'à part les causes de refroidissement dans les divers conduits qui l'amènent, il existe forcément d'un cylindre^à l'autre des espaces nuisibles, dans lesquels la vapeur se détend et qu'elle occupe sans résultat utile.
Néanmoins cette perte d'effet utile ne s'élève pas au point d'abaisser le rendement total au chiffre admis par le constructeur^ qui ne procède réellement ainsi que pour augmenter la garantie de celui auquel il livre la machine.
XA0HIWS8 A BEUZ OYUVD&CS BS OZFréaSVTSa OIBFOSITXOlffS
CYLINDRES ET DISTRIBUTION d'uNE MACHINE DE WOOLF
Construite par MM. SCHNBIDEa et LEGRAND^ mécanicieDs à Sedan.
(fig. 5 a 8, PL. 29)
Tout en conservant la disposition générale inhérente au système à balancier, la construction dos machines h deux cylindres présente des particularités assez différentes, et qui sont intéressantes à étudier.
L'exemple qu.e nous montrons sur les fig. 5 à 8, pi. 29, se rapproche beaucoup, néanmoins, de celui qui vient d*èlre décrit : ce sont les deux cylindres d'une petite machine à balancier d'une puissance de iO à 12 chevaux seulement.
La flg. 5 est une section verticale passant par l'axe commun des deux cylindres;
La fig.^ est une coupe horizontale faite suivant la ligne 1-2 menée à la hauteur des orifices d*échap|)einent ;
Les fig. 7 et S soht des sections verticales faites respectivement sur le petit et le grand cylindre, suivant les lignes d'axe 3-4 et 5-6, des boîtes de dishibulion.
Comme précédemnient, les cylindres  et B sont ajustés dans une enveloppe en fonteCd'une seule pièce ; mais la petitesse relative de ces organes a permis d'adopter quelques dispositions particulières qui ne pourraient pas l'être avec .des dimensions beaucoup plus considérables. On remarque en effet que les cylindres sont
fondus avec les têtes D et E, qui se lerminent par la table du tiroir sur laquelle vient aussi se fixer la boite de distribution.
La jonction de chaque tôle avec le vide ménagé à Tenveloppe se fait encore par un masticage ferrugineux; mais au lieu d*employer un boulon pour maintenir les lèvres de Touverture, on munit les lètes E el D de rebords a, à rintéricur desquels on fait entrer une clavetlc que Ton introduit par la partie supérieure.
La vapeur arrivant du générateur est introduite directement dans la boite F du petit cylindre par un conduit en forme de colonne qui se joint à la tubulure b, apparljenant à celte boite, laquelle ne possède pas de couvercle démontant.
La vapeur qui s'échappe du pctil cylindre, et qui doit êlre distribuée au grande rentre par Torifice central c, lequel débouchant sur le côté de la boite se trouve en rapport avec un tuyau H, dont Textrémité opposée correspond à la boîte de distribution G du grand cylindre. Le mode employé par M. Powell, tout en compliquant un peu la pièce de fonte, est néanmoins préférable, en ce qu'il laisse libres les boites de distribution, que Ton peut démonter plus facilement. On pourrait faire cette objection que le peu de distance laissée entre les cylindres rend plus difficile rajustement du conduit H, ce qui est vrai; mais on cherche toujours à les rapprocher le plus possible, autant pour diminuer le volume de Tenveloppe que pour ne pas allonger démesurément le balancier.
La distribution dans le grand cylindre se fuit comme à l'ordinaire; Téchappement au condenseur a lieu par rorifice central d qui se divise en deux parties, lesquelles viennent se réunir en un seul orifice d\ de forme circulaire, qui correspond à Fouverture d'une tubulure coudée e, fondue avec la boîte de distribution; cette tubulure s*adapte à un conduit qui établit la communication avec le condenseur.
L'enveloppe C est munie, h la partie inférieure, d'une bride /* par laquelle elle est fixée sur la plaque de fondation; chaque partie du fond en regard des cylindres porte, pour la facilité du moulage, une ouverture fermée par un tampon g mastiqué. Les deux parties circulaires de l'enveloppe sont complètes, moins une ouver* ture h ménagée pour établir la circulation de la vapeur, qui s'y introduit par un petit conduit spéckil piqué sur celui qui l'amène à la boite de distribution du petit cylindre; il en résulte alors, entre les deux cylindres, une sorte de cloison qui pourrait être en partie supprimée pour diminuer le poids de la pièce : elle est seulement nécessaire jusqu'à deux ou trois décimètres au-dessous du cordon sur lequel les cylindres reposent.
La partie du fond de l'enveloppe, située au-dessous du grand cylindre, traverse la plaque de fondation qui est ouverte circulairement en ce point; ceci n'a pas d'autre objet que de diminuer la hauteur générale de la machine, et souvent on pourra éviter d^hlTaibîir ainsi la plaque, dans laquelle il suffit de laisser un trou, de \HiVL de diamètre, pour le passage du robinet de purge de l'enveloppe, dont la place est dans cette partie du fond.
CYLINDRES ET DISTRIBUTION d'uNE MACHINE DE WOOLF
Construite par M. VILLUS, du Havre
