POMPE A EAU

Diamètre du ^plongeur. 1"*050

Section , , 0» ' 8659

Course maximun) '. 2"^ 393

Volume engendré par coup simple « 2*'<'' 079

Hauteur verticale de la colonne d*eau soulevée, 45 mètres.

Hauteur moyenne de Taspiration. 5 id.

Hauteur totale de Tascension 50 id.

Résultat pratique pu fonctionnement. — Tous les jours on note avec le pliis grand soin le volume d*eau élevé, le nombre de coups de piston de chaque machine (mi compteur spécial est appliqué à chacune d'elles à cet effet), et la quantité de houille brûlée. Ce contrôle incessant permet d'apprécier tout à la fois le produit direct de la machine, son effet utile, le soin apporté à sa conduite, et, par comparaison, la quar Ijté du combustible employé.

MACHINES A SIMPLE EFFET. iôi

On comprend aisément que ces résultats journaliers ne sont pas complètement identiques; mais ils difTèrent peu d*un jour à Vautre ^ surtout depuis que la hauteur du niveau supérieur dans les réservoirs est bien réglée et maintenue à peu près Axe, et que les divers conducteurs des machines et des chaudières ont acquis une expérience suffisante.

Voici, en moyenne, ce que Ton constate :

1800 litres ou kilogrammes d'eau élevée par coup de piston ;

2*^6 de houille brûlée^ par heure et par force de cheval , estimée en eau ilevie, comprenant^ par conséquent, les pertes de toutes natures attribuables au moteur et à la pompe, depuis le tut>e d'aspiration jusqu'aux réservoirs supérieurs.

En prenant la même base, il est facile de trouver la puissance utile, en chevauxvapeur, développée par la machine, dans Tétat de marche indiqué ci-dessus » où elle donne en moyenne 425 coups par heure, soit 7,08 par minute.

La hauteur verticale moyenne du niveau de la Seine à celui des réservoirs étant de 80 mètres, on trouve pour cette puissance utile, avec 428 coups par heure :

s^rr^r ^ = 141 chevaux-vapeur.

Mais ce résultat est souvent plus élevé, car la machine marche fréquemment à la vitesse de 7,8 coups par minute, ce qui fait 480 coups par heure. Ensuite, on a vu que le piston à eau, lorsqu'il effectue sa course complète, engendre 2072 litres au lieu de 1800. En admettant seulement 9000 litreSi ou kilogrammes d'eau, on trouve pour cet état de marche :

âëôôlTTB =• *^ chevaux-vapeur.

Comparaison des résultats et RÉPARTmoN uss epportb. — Ces machines avaient été établies pour marcher avec une détente prolongée et une haute pression Initiale; mais la pratique a démontré que l'emploi de la détente présente des inconvénients graves, lorsqu'il s'agit de faire mouvoir des masses d'une aussi grande inefftie à l'aide d'un mécanisme direct qui ne permet pas l'application d'un volant.

Aujourd'hui, elles fonctionnent, ainsi que nous l'avons déjà indiqué, avec de la vapeur à moyenne pression, et avec une faible détente : leur marche est excessivement régulière.

Il semble du reste assez naturel que par le mode à action directe, sans volant, la pression sur le piston à vapeur ne puisse pas être réduite par la détente jusqu'au point de devenir inférieure à la charge à soulever, à moins de la lancer, en quelque sorte, par l'effet de l'excès de pression, au commencement de la course : c'est justement ce dernier résultat que Ton a voulu éviter en supprimant la détente, ou du moins en réduisant beaucoup son étendue.

n est vrai qu'elles consomment plus de combustible que d'autres machines à vapeur à rotation, appliquées dans différents endroits, pour le ntième service; mais par la simplicité du mécanisme principal et l'absence absohie d'axes tournants.

on ostime que renlrelien de ces machines est presque nul. Elles promeltent de

marcher très-longlemps sans réparations imporlantes.

Pour élnblir la comparaison entre les résultats obtenus et la puissance théoriquement développée par la vapeur, nous admettrons d*abord que la détente soit nulle, et nous adopterons le produit maximum ci-dossus, égal à 166 chevaux, estimé en eau élevée, et correspondant à 7,5 coups par minute.

Le résumé ci-dessus des conditions de marche donne les valeurs suivantes :

Volume engendré par le piston par coup simple D = 6» « 221

Pression de la vapeur p = 3" 8

Contre-pression p' = O** 15

D'après cela, la formule spéciale (A', t. r, p. 333) modifiée ainsi, en vue du

simple effet :

T = rf(p—p') 10333,

donne pour le travail d*un coup double :

T = 6"^ 221 (3,5 — 0,15) 10333 = 215340 kilogrammètres. Soit, en chevaux-vapeur par 1" :

— — — zjr^ = 358 chevaux-vapeur.

oO X /O

Cette puissance théorique est trop élevée, car nous démontrons plus loin qu'il y a lieu de tenir compte d'une détente assez sensible.

Nous allons essayer maintenant de donner une idée de la méthode que Ton peut suivre pour fixer la valeur réelle de l'effort que doit exercer la vapeur, afin d'accomplir le travail qu'elle effectue, dans les conditions de'marche établies.

Le jeu du piston de la pompe présente deux phases distinctes : l'aspiration et le refoulement.

Lorsqu'il aspire, l'effort spécialement attribuable à cette action est égal, comme pour toute autre pompe aspirante, au produit de sa section transversale par la pression qui résulte de la hauteur de colonne d'eau soulevée.

Dans les conditions ordinaires, où cette hauteur est de 5 mètres, du niveau de ]a Seine au milieu de la hauteur du corps de pompe, cet effort correspond alors, en moyenne, à 0'^5 par centimètre carré; la section du piston étant, comme on Ta vu ci-dessus, 8659 centimètres carrés, on a pour cet effort total :

8659*^^ X 0»^5 = 4329 kilogrammes.

La vapeur doit donc exercer cet effort sur le piston moteur, plus celui correspondant au poids du plongeur, plus l'effort nécessaire pour vaincre tous les frottements, et mettre en jeu le mécanisme comprenant la 'pompe à air, les soupapes de distribution, etc.

MACHINES A smKE EFFET. 103

Voyons d*abord comment est composé le poids du piston plongeur, qui constitue la principale résistance h vaincre.

Lorsque le piston de la pompe part de sa position supérieure, il doit refouler, par sa simple chute, une colonne d'eau d'une môme section que la sienne, et d'une hauteur d'environ 45 mètres. Il doit donc être d'un poids équivalent, augmenté de celui du piston à vapeur et du poids nécessaire pour \aincre toutes les résistances passives du mécanisme, qu'il faut mettre tout entier en mouvement, et enfin du poids capable de vaincre l'inertie de ces masses, y compris celle de la colonne d'eau , et le poids du clapet de refoulement.

Le poids simple delà colonne d'eau équivaut ^ théoriquement, à la section du piston multipliée par une pression de 4^5 par centimètre carré, correspondant h la hauteur de 45 mètpes. Mais en réalité cette pression est plus élevée à cause du frottement de l'eau dans la conduite d'ascension, dont le diamètre est plus faible que celui du piston, et qui possède un développement d'environ 700 mètres. En effet, un manomètre placé au pied de cette colonne indique une demi-atmosphère cle plus, soit 5 atmosphères au lieu de 4,5.

Par conséquent la colonne d'eau à refouler offre une résistance égale à ;

8659 X 5 rr 43395 kilogrammes.

Ajoutant à ce poids 3000 kilogrammes pour équilibrer les pièces situées sur l'autre bras du balancier, et principalement le piston à vapeur et sa tige, que le piston u eau doit entraîner dans sa chute, le poids théorique de ce dernier atteint environ 46300 kilogrammes, en nombre rond.

Mais s'il n'avait que juste ce poids, qui n'est que l'équilibre exact des résislaticos u vaincre, fl est clair que cela ne suffirait pas pour déterminer le mouvement, car outre le frottement du tourillon du balancier et du piston h eau dans la garniture, il faut un excès de charge capable, par la rupture d'équilibre, de vaincre l'inertie (le toutes ces masses, y compris celle de toute la colonne d'eau, en leur communiquant une vitesse déterminée au bout de l'unité de temps.

Or la chute du piston se produit suivant un mouvement qui, accéléré dans la première partie du chemin parcouru, se ralentit vers la fin en vertu de l'augmentation progressive de résistance delà part de l'eau refoulée; de toute façon, la course qui est, comme on l'a vu^ de 3" 39, au maximum, s'accomplit dans un peu plus de 3^^ et, pour cela, il faut que le piston ait acquis, au bout de là première seconde de chute, une vitesse d'environ \ mètre par 1",

Pour que 4*ensemble du mécanisme de la machine et de la colonne d'eau se mette en mouvement, d'accord avec celle vitesse, on trouve, par approximation, que le piston de la pompe doit [présenter un excédant de poids de plus 9000 kilogrammes sur l'équilibre général, dans lequel on doit considérer la partie de sa pesanteur contre-balancée par celle de la colonne d'eau, et les diverses pièces du mécanisme attachées au balancier (1).

• (i) n y a id une remarque importante à faire. II ne faudrait pas déduire de ce fait : que le piston plongeur doit posséder un excédant de poids capable de vaincre Tinertie à chaque descente, que. cet excédant

Ajoutant cet eicédant au poids trouvé ci-dessus , on obtient :

46300 + 9000 = 55300 kilogrammes

pour le poids total du piston à eau, compris la surcharge.

Si l'on cube ce piston, d*après ses dimensions et celle de la charge p^ on trouve en effet que ce poids est très-sensiblement égal à 55000 kilogrammes.

Si nous retournons au cylindre à vapeur, il devient facile maintenant d*estiroer l'effort total qu'il doit exercer.

Au poids de 4329 kilogrammes trouvés ci-dessus pour l'effort théorique de l'aspiration , si nous ajoutons celui du piston , il vient

55300 + 4329 « 59629 kilogrammes.

Mais comme dans le poids du piston à eau se trouve compris celui de l'équipage du piston à vapeur, qui devient moteur pendant la période d'introduction, il s'ensuit que la partie de cet effort afférente à Faction de la vapeur reste égale, envi* ron, à 56600 kilogrammes.

Lorsque le piston à vapeur descend, et que la vapeur commence a agir, il n'a pas que ce simple effort & surmonter ; il doit aussi vaincre l'inertie des masses pesantes et tous les frottements. Comme on peut évaluer à 6000 kilogrammes environ l'excès d'effort qu'il doit faire pour ces diverses résistances^ savoir : inertie du pion* geur et de la colonne d*eau aspirée; frottement du plongeur dans son presae* étoupe; inertie et frottement du balancier ainsi que du piston à vapeur et sa tige, etc., il en résulte que la vapeur doit exercer sur le piston, au moment du départ, une pression utile totale d'environ 63000 kilogrammes; soit; par centimètre carré de la surface de ce piston :

En faisant ce dernier calcul on devrait, si toutes les valeurs qui en constituent les éléments étaient rigoureusement exactes, tenir compte de Tinégalité des bras du balancier. Mais leur différence est assez faible pour que nous ayons cru devoir la négliger, d'autant plus que nous ne visons qu'à une approximation.

Lorsque nous avons exposé , plus haut , les conditions théoriques de la marche, on a pu remarquer que la pression effective de la vapeur, estimée d'après le manomètre des chaudières et d'après l'indicateur de vide, est supérieure au chiffre précédent et égale à 3^ 46.

représente une perte Correspondante de travail; car si les masses mobiles absorbent ce que Ton désifoe en mécanique par: quantité de mouvement^ pour vaincre leur Inertie en passant du repos au mouvement, elles restituent la même quantité d*effet pour passer du mouvement au repos; do façon que ces excédants de masse interviennent dans le jeu du mécanisme comme le volant régulateur d*une machine à rotation, qui absorbe dans un moment déterminé une quantité de travail quMl restitue intégralement dans un autre, moins, bien entendu, la résistance due au frottement de son axe, comme dans le cm qui nous occupe, celle du tourillon du balancier et des autres axes frottants.

Mais le chiffre 2*^ 17 correspond h refforl moyen et constant qui doit être exercé, tandis que 3*^ 46 exprime la pression maximum que la vapeur est capable de produire. La différence entre ces deux valeurs permet alors de se faire une idée de la détente produite. A Taide des règles spéciales (t. r% p. 333) et de la table (72) relative au travail de la détente, on trouve, par Teffort constant 2*^17 comparé à la pression initiale 3^46, que cette situation correspond à une détente totale 2,5, soit h l'admission i/10, en admettant que cette pression 3*^-10 se manifeste sans altération sur le piston de la machine.

Mais il est permis de supposer qu'une partie de celte détente s'effectue déjà entre le cylindre et la chaudière dont le réservoir de vapeur est évidemment trop faible de volume. En effet, lorsqu'on suit la marche des «générateurs et que Ton observe le niveau d'eau, on voit une oscillation, d'environ 15 centimètres de hauteur, se manifester à chaque coup de piston de la machine. Celte circonstance est probablement l'une des causes qui influent le plus sensiblement sur l'excès de consommation du combustible de ces machines, comparativement à d'autres analogues, airtsi que nous en avons dit quelques mots en commençant celle relation.

En soumettant cette opinion aux personnes compétentes, nous exprimons aussi le désir de voir quelquefois appliquer un manomètre sur le cylindre des machines à vapeur : ce serait certainement, dans bien des cas, un précieux moyen de contrôle et qui résoudrait souvent bien des difficultés.

OesEnvATiONS. — Nous avons fait observer que, par l'action directe des deux pistons, leur course a pour limile la fermeture opportune des soupapes de distribution , et, en cas d'urgence, qu'elle se trouverait déterminée par des tampons de sûreté placés aux extrémités du balancier. En marche régulière, ces tampons ne sont ^s touchés^ ce qui témoigne du jeu exact des soupapes.

Cependant, si l'on comprend l'arrùl des deux pislons lorsque celui moteur arrive au bas de sa course et cesse de recevoir l'action de la vapeur, on peut éprouver de Thésilation à l'égard de Tarrét spontané du piston à eau, descendant sous l'irrésistible influence de sou propre poids. Néanmoins -ce piston s'arrête très à propos et sans choc, car au fur et à mesure que, par le mouvement accéléré du plongeur, Teau preiui de la vitesse dans la conduite d'ascension, la résistance qu'elle oppose iiugmente, et non-seulement arrcMc l'accélération de la vitesse du piston, mais finit même pjir la retarder peu »i peu ; avant que le piston n'atteigne le bas de sa course la soupape d'équilibre se ferme, et la compression qui en résulte au-dessus du piston à vapeur achève d'arrêter complètement celui de la pompe.

La réglementation de la soupape d'équilibre est donc d'une très-grande imporbmce, ainsi que celle du clapet d'aspiration, à l'égard difquel nous avons fait connaître les essais tentés pour empêcher les accidents dont il a été la cause, avant les derniers perfectionnements qui lui ont été apportés.