CHAPITRE XXVIII

Les moteurs à domicile

Le moteur Eohmid

Deux systèmes de moteurs ont été employés à Genève pour la distribution de la force 4)ydraulique chez le consommateur, ce sont le moteur Schrmd et la turbine ou roOe tangentielle.

Lé tnoteur Schmid se rattache au système des moteurs à colonne d'eau. Ce système a été seul employé de 1872 à 1886 dans Tancie» résenu à basse pression. Il présente l'avantage de servir lui-même de compteur à l'eau qu'il dépense, mais a, par contre, l'inconvénient d'avoir un aébit constant, quelle que soit la force utilisée. Il est donc peu économique, aussitôt qu'il s'agit de forces importantes et variables.

Cette machine appartient par sa forme générale à la catégorie des machines molrices à piston et à cylindre oscillant; elle s'emploie partout où Ton a de l'eau sous pression, mais relativement en faible quantité.

La construction de ces moteurs est des plus simples et n'exige pas de tiroir. La distribution produite par l'oscillation du cyUndre, fait communiquer tantôt l'avant, tantôt l'arrière de celui-ci avec l'arrivée, et réciproquement avec la sortie de l'ean. Les orifices d'admission et de sortie sont très grands par rapport à la section du piston, ce qui facilite le passage de l'eau; la vitesse du piston peut donc varier beaucoup sans que cela nuise à la bonne marche du moteur. L'eau n'agit pas par sa vitesse, mais par sa pression. La simplicité de construction rend ces moteurs peu coûteux et peu sujets à réparations, mais il faut éviter de se servir de l'eau sablonneuse.

La résistance du frottement dans la machine avec une pression de 30 mètres n'est que de 5 7o, et l'effet utile, d'après les essais officiels faits par M. le professeur Zeuner, au Polytechnicum à Zurich, et M. le professeur Thoma, à l'École royale industrielle d'Augsbourg, est de 80 ^/o.

Cette machine peut être employée avantageusement partout où l'on dispose d'une pression de vingt mètres au moins et de canalisations suffisantes : on peut aussi augmenter la force du moteur en profilant de la succion de l'i au sortant du moteur, pour une chute de huit mètres au plus.

La turbine avec régulateur à servo-moteur

La turbine ou roue tangentielle disposée pour hautes chutes (voir Atlas, planche 22) a remplacé presque exclusivement le moteur Schmid depuis la mise en marche des nouvelles installations à Genève quoique son rendement n'atteigne que 65 à 75 7o suivant la puissance de la turbine.

La supériorité de la turbine sur le moteur à colonne d'eau résulte de deux facteurs.

a) Le débit de la turbine peut être réglé de façon à être toujours proportionnel à la force utilisée.

b) La vitesse de la turbine peut être maintenue parfaitement constante, grâce à l'invention du régulateur à servo-moteur due à M. Tingénieur P. Piccard.

Pour que Tentreprise municipale des forces motrices pût réussir et pour qu'elle rendît à l'industrie les services qu'on en attendait, il fallait non seulement que la force distribuée revînt à meilleur marché que la force à vapeur, mais il fallait encore que les moteurs installés à domicile ne fussent en rien inférieurs aux moteurs à vapeur qu'ils étaient destinés à remplacer.

Or, justement sur un point essentiel,, les moteurs hydrauliques n'avaient pu jusque là rivaliser, même de loin, avec les machines à vapeur pour le réglage automatique de la vitesse. Tandis qu'on construit couramment des moteurs à vapeur et à gaz dont la vitesse reste parfaitement constante^ qqelles que soient les variations d'effort qu'on leur demande, on n'avait pas réussi à obtenir pour les moteurs hydrauliques un réglage de la vitesse quelque peu satisfaisant.

Cette infériorité des moteurs hydrauliques, qui n'apparaît que comme un détail bien secondaire dans l'ensemble de la conception des forces motrices du Rhône, risquait fort, cependant, de limiter l'utilisation de celles-ci à un nombre de cas très restreint. En effet, dans la plupart des industries^ il y a une extrême importance à obtenir une vitesse du moteur parfaitement constimte. Les deux principales applications de la force hydraulique à Genève : la fabrication de l'horlogerie par les procédés mécaniques et l'éclairage électrique, sont justement des industries qui ne peuvent supporter aucune variation de vitesse.

Cette lacune dans le fonctionnement des moteurs hydrauliques avait attiré depuis longtemps l'attention des constructeurs de machines et, lorsque la création des forces motrices à Genève fut décidée, le problème du réglage automatique de la vitesse de ces moteurs s'est également posé aux constructeurs genevois et Ton peut affirmer, sans risquer d'être contredits, que l'honneur d'avoir donné pour la première fois une solution satisfaisante de ce problème revient à l'ingénieur d'une maison genevoise. M. P. Piccard, de la maison Weibel, Briquet et C*®;

Le mécanisme, appelé vannage, qui règle la quantité d'eau entrant dans un moteur hydraulique, exige toujours un grand effort pour être manœuvré. Dans les moteurs à vapeur ce n'est pas le cas, car il existe de nombreux mécanismes, faisant varier la détente, dont la manœuvre n'oppose aucune résistance à l'action du régulateur.

C'est dans cette résistance, au mouvement du vannage, que gît la difficulté du réglage des moteurs hydrauliques. Pour le faire comprendre, il suffit d'examiner de plus près l'action du régulateur sur un moteur quelconque.

l-e régulateur peut agir de deux manières qui s'appellent, l'une Vaction directe, l'autre Taction indirecte.

Dans l'action directe, le régulateur agit, par le moyen d'un levier, sur le vannage et, à chaque instant, la position de ce vannage correspond à une certaine position des boules du régulateur.

Dans l'action indirecte, le régulateur ne fait que provoquer l'embrayage dans un sens ou dans l'autre, d'une transmission qui prend sa force sur le moteur lui-même et qui agit à son tour, par le moyen d'ime vis ou d'un engrenage, sur le vannage.

L'action indirecte peut être réalisée par des dispositifs fort différents. Au lieu de l'embrayage par engrenages coniques, le régulateur peut agir sur un robinet ou sur des soupapes, qui donnent accès à de l'eau en pression, sur l'une ou l'autre face d'un piston qui, à son tour, actionne le vannage.

Mais, quelle que soit la disposition adoptée, la transmission indirecte est toujourâ caractérisée par le fait que la position du vannage n'est pas liée à celle des boules du régulateur, comme c'est le cas dans la transmission directe.

Il est évident qu'avec Taction indirecte on peut faire mouvoir des vannages très résistants, puisque l'effort de manœuvre est pris directement sur le moteur et n est |)oint en)|)runté, comme dans l'action directe, à la force centrifuge des boules. Il semble donc, à première vue, que le régulateur à action indirecte, en éliminant la résistmce du vannage, fournisse l.i solution du réglage des moteurs hydrauliques. C'est là malheureusement une erreur, qui n'a été que trop souvent partagée par de nombreux constructeurs et qui n'a conduit qu'à des mécomptes.

En effet, l'action indirecte est vicieuse en elle-même et Vaction directe peut seule procurer le réglage auiorr^alique de la vitesse.

Pour le démontrer, il suflit de représenter graphiquement la marche d'un moteur par la courbe de sa Vitesse et d'examiner le fonctionnement de la traîismission indirecte.

Si l'on suppose, qu'à un moment donné on débraye une partie des machines mues par le moteur, la vitesse va s'élever brusquement, ainsi que les boules du régulateur, et l'embrayage du vannage s'établira dans le sens de la fermeture.

En suite de cette fernieture continue, il viendra un moment où \\ vitesse cessera d'augriientt r pour commencer aussitôt après à décroître.

Au moment où la vitesse dépasse la vitesse normale, les boules sont revenues dans leur position moyenne et, à ce moment-là seulement, la fermeture du vannage cesse.

Le vannage s est donc fermé de plus en plus, mais il est aisé de reconnaître que pendant la fin de la période, le régulateur a agi à contre- sens.

En effet, le fait que la vitesse du moteur a été en diminuant pendant cette période, prouve que la force motrice était inférieure à la résistance et qu'il aurait fa4lu que le régulateur eût rouvirt le vannage, pour arriver à l'équilibre, au lieu de contmuer à le ft-rriier de plus en plus.

Aussi, le vannage se trouve-t il beaucoup plus fermé qu'il ne le faudrait pour avoir l'équilibre, en conséquence la vitesse va continuer à décroître au-dessous de la normale et le régulateur commencera à fermer le vannage. Mais ce qui vient de se passer pendant la première période, va se produire identiquement dans la seconde, le régulateur continuera d'ouvrir, au lieu de fermer le vannage, c'est-à-dire qu'il agira de nouveau à contre-sens. Il se produira ainsi une série d'oscillations autour de la vitesse normale. Suivant les circonstances, leur amplitude ira ou bien en diminuant, et Ton finira par atteindre Tétat de régime, ou bien en augmentant, et alors le moteur sera tout à fait déréglé.

Si Ton examine la marche d'un moteur placé dans les mômes conditions que le précédent, mais muni d'un régulateur à action directe, et si l'on suppose que le vannage se meuve sans résistance et suive tous les mouvements des boules, on voit qu'au moment où l'on débraye des outils, l'augmentation de vitesse va provoquer l'ascension des boules et par conséquent une rapide fermeture du vannage. Comme dans le cas précédent, celle fermeture provoquera un ralentissement et à la période de vitesse ascendante succédera bientôt une période dé vitesse décroissante.

Durant la période de vitesse croissante, les boules n'auront cessé de s'élever et le vannage aura été en se fermant de plus en plus ; mais, pendant la période suivante, le conti'àire se sera produit la vitesse diminuant, les boules auront été en s'abaissant et le vannage n'aura pas cessé de s'ouvrir, ce qui sera parfaitement correct.

Il est facile du reste de reconnaître que dans tous les cas qui peuvent se présenter, la transmission directe ne fonctionne jamais à contre-sens^ mais bien toujours dans le sens voulu

pour ramener l'équilibre, qut se trouve ainsi rapidement atteint. Ce n'est donc qu'avec la transmission directe qu'on peut arriver à régler convenablement la vitesse d'un moteur quelconque.

La quesfiion se posait donc comme suit: Trouver le moyen d'appliquer l'action directe d'un régulateur très peu énergique à la manœuvre d'un vannage présentant une résistance quelconque.

Le pi-ulilème ainsi posé a été résolu d'une façon entièrement satisfaisante par M, l'ingénieur Piccard, en intercalant, un appartâl particulier, appelé par les constructeurs servomoleiir hydrauliqney à cause de son analogie lointaine avec une disposition appliquée à la vapeur par Farcot et appelée par lui servomoteur à vapeur.

Voici le principe de cet appareil :

Une pièce qu'on appelle la broche, et qui peut se mouvoir sans résistance, est suspendue au levier du régulateur. Une autre pièce est dite asservie à la broche, c'est-à-dire qu'elle est forcée de la suivre dans tous ses mouvements, mais cette jnèce asservie développe, en se mouvant, un elTort très grand et toujours capable de vaincre la résistance du vannage.

Le servomoteur se compose: 1^ d'une pièce fixe consistant en deux cylindres de diamètres inégaux superposés.

2® D'une pièce composée de deux pistons et d'une tige qui traverse les deux fonds du double cylindre.

,> D'une broche suspendue au levier du régulateur et qui se meut dans un évidement central du double piston. Cette broche porte deux renflements circulaires qui remplissent exactement révidement central.

L'espace inférieur est constamment en communication par un tube, avec de l'eau en pression. Cotte eau est, ou bien l'eau du bief d'amont du moteur, si la chute est suffisante, ou bien l'eau d'un réservoir élevé alimenté par une pompe.

L'espace médian est toujours en communication avec l'air extérieur.

Enfin l'espace supéiieur est tantôt en communication avec l'espace inférieur, tantôt avec l'extérieur. Dans le premier cas, gr&ce à la différence de surface des deux pistons, ceux-ci descendent ; dans le second cas, l'eau n'agissant que contre l'un des pistons seul, la pièce dont il fait partie monte.

Il est maintenant facile de se rendre compte que cette pièce est forcée de suivre tous les mouvements de la broche.

Il est important de remarquer que la broche ne traverse aucun presse-étoupes ni aucune garniture quelcoçqbe ; elle peut ainsi obéir au moindre mouvement du régulateur sans lui opposer de résistance. Par contre le double piston qui la suit dans ses mouvements se meut sous l'action de l*eau en pression ; or la pression de l'eau peut être choisie à volonté, ainsi que la surface des pistons; Il s'en suit donc que la pièce qui les porte pourra vaincre, dans ses mouvements, une résistance aussi grande qu'on voudra.

Le mouvement de cette pièce sera transmis, par l'une de ses tiges, au vannage, et à chaque instants la position de celui-ci correspondra à la position de la broche ou, autrement dit, à la position des boules du régulateur. La transmission du mouvement des boules au vannage, quoique ayant lieu par l'intermédiaire du servomoteur, présente donc tous les caractères de la transmission directe simple.

Ce servomoteur a été appliqué depuis trois années à une centaine de turbines, dont la plupart fonctionnent à Genève.