Alfred Ledieu

“ La rotative Behrens n'est encore qu'à son début; et, jusqu'à présent, son application s'est presque exclusivement bornée à l'usage de pompe à vapeur. Mais tout porte à croire qu'elle prendra dans un avenir prochain un grand essor, et qu'elle ne tardera pas être utilisée comme appareil moteur de toutes puissances. Jusqu'ici son rendement thermique, semblable en cela à celui des petits chevaux, tout en lui étant moins inférieur, ainsi du reste qu'à celui du Giffard, laisse beaucoup à désirer, et paralyse en partie
l'influence de la supériorité de son rendement organique. ”

“ Dans les machines, soit que la vapeur pousse, soit qu'elle fasse contre-pression, elle produit à chaque instant sur l'ensemble du système des actions mutuelles égales et de sens contraire. Ces actions se détruisent donc constamment au point de vue du jeu de tout le système. ”

“ Le mouvement qui nous occupe a reçu le nom de mouvement de tangage, eu égard à son effet sur les locomotives. Comme ce nom a été adopté pour toute espèce d'appareil par les ingénieurs qui se sont occupés de la question de la stabilité des machines, nous ferons de même, en bien notant que cette dénomination n'a aucun rapport, surtout pour les machines à hélice, avec la signification nautique du mot. ”

“ Dans les machines ordinaires, les espaces neutres sont également d'autant moins nuisibles qu'on fonctionne à plus grande détente. Mais alors ces espaces ne se trouvent remplis que de vapeur d'évacuation au commencement de chaque introduction. Au contraire, les espaces neutres de la Rotative fonctionnant avec expansion sont au même moment pleins de vapeur à la pression de la fin de la détente. ”

“ Le rendement de volume du petit cheval, c'est-à-dire le rapport du volume engendré par le piston de la pompe au volume d'eau réellement refoulé, a varié de 98 à 152 °/0; il diminuait avec la pression à la chaudière et la vitesse de fonctionnement. Le chiffre 152 > 100 s'explique par ce fait, que la pompe joue en quelque sorte le rôle de bélier hydraulique. Le liquide refoulé se trouve animé d'une grande vitesse ; et il en résulte que, pendant quelques instants de l'ascension du piston, l'eau du tuyau d'aspiration se précipite dans le tuyau de refoulement. ”

“ En résumé, nous venons de prouver que, lorsqu'il n'y a aucun jeu, le profil modifié de chaque came peut mathématiquement circuler à l'intérieur de l'un ou l'autre profil de l'autre came au moment où ceux-ci se trouvent en regard du premier. ”

“ Bien plus, quand son action sur la machine se réduit uniquement à un couple, comme dans le cas d'une hélice à mouvoir, l'appareil devrait, s'il possédait une stabilité par faite, pouvoir fonctionner en étant simplement posé sur ses supports sans y être assujetti ou relié en aucune façon. ”

“ Il est évident, d'après ce résultat, que les petits chevaux sont des appareils médiocres, ce qui tient surtout à la faible vitesse à laquelle ils marchent, à leur fonctionnement sans détente et à la grandeur de leurs espaces morts. ”

“ Pour remédier à l'état de choses qui nous occupe, il n'y a évidemment pas d'autre moyen que de chercher à équilibrer entre elles les forces d'inertie dues au jeu même des pièces mobiles, ainsi que les poids de ces pièces entre eux par l'accouplement convenablement combiné de plusieurs machines par appareil, en s'aidant d'ailleurs de contre-poids ad hoc. ”

“ Quand plusieurs organes moteurs sont montés sur le même arbre, on peut, au lieu de les équilibrer individuellement, les caler de manière à ce qu'ils se fassent équilibre autour de l'axe de cet arbre. Tel est ce qui - se pratique dans le Behrens pour les cames à vapeur, et aussi.pour les cames de pompe, quand il y en a. La répartition de ces diverses cames autour de chaque arbre est réglée de manière à ce qu'il y ait un équilibre statique parfait autour de cet arbre. En opérant de cette façon on n'annule pas, il est vrai, les mouvements de lacet et de roulis. ”

“ Car, si l'économie géométrique de ces appareils ne se prête pas naturellement à une certaine stabilité, ou que les combinaisons qu'il est pratiquement loisible d'adopter ne soient pas suffisantes pour l'obtenir, toutes les parties de la machine entrent au bout de quelques minutes de marche dans un état violent de trépidation. ”

“ Nous avons dit au § Il de la première par-
tie que, sous l'action de la vapeur et des forces centrifuges, chaque came tend à avoir son dos collé contre les parois du cylindre, et, d'un autre côté, son moyeu et ses disques de portage appuyés contre leurs supports respectifs. Mais, si on s'arrange de façon à avoir deux cames à vapeur par arbre, et qu'on les cale à l'opposé l'une de l'autre on remarque, en suivant pas à pas ce qui se passe, que, quand une des cames tend à être portée d'un côté, l'autre tend à l'être du côté opposé. ”

“ Le Behrens, au contraire, est un engin débonnaire et silencieux, qui obéit à la parole, ne rate jamais et se plie à toutes les exigences. Les expériences qui ont eu lieu dans les divers arsenaux de la Marine (§ Y) ont confirmé les espérances que faisait concevoir la nouvelle-rotative. Aussi vient-on de l'appliquer à bord du vaisseau leSolférino, comme appareil d'épuisement de cale de grande puissance pour le cas de voie d'eau considérable. ”

“ En résumé, la machine Behrens essayée à Indret fournit autant d'eau que le petit cheval réglementaire du type n° 2. Elle fonctionne sans bruit, tandis qu'au delà de 60 tours, le petit cheval devient assourdissant. Elle consomme beaucoup moins de vapeur que celui-ci. Enfin elle n'a que le 1/3 de son poids et le 1/5 de son encombrement. Le mouvement de rotation est très-doux, presque sans autre bruit que celui de l'échappement de la vapeur, et n'a donné lieu à aucun échauffement, même aux plus grandes vitesses. ”

“ Malheureusement l'installation des contre-poids que nous venons de mentionner, est bien complexe et peu pratique; et, de même que pour la combinaison citée § III-i dans la première partie de l'équilibration d'une machine, les constructeurs et les ingénieurs ne se décideront guère à l'adopter. — On est donc ramené à s'occuper particulièrement d'une conjugaison avantageuse des cylindres pour l'annihilation entre eux des couples (XXVII) relatifs aux diverses bielles. L'emploi de manivelles équilibrées ne résoudrait pas la question. ”

“ Aussi sont-elles la cause de vibrations et de secousses susceptibles de devenir dangereuses, sans compter que tous les phénomènes qui se développent alors, ne se produisent pas sans absorber une plus ou moins grande quantité de forces vives, qui diminue d'autant le travail utile de la vapeur. ”

“ Car, dans cette hypothèse, il est très-facile de voir que, par suite des relations qui lient entre elles les vitesses des trois pistons et la rotation de l'arbre, la résultante des forces en question possède une valeur de la forme :
Expression qui est évidemment nulle, quelle que soit la valeur de a. Mais les couples dus au transport desdites forces à l'origine des coordonnées ne se détruisent pas. Il s'en suit que, dans les machines dont il s'agit, le mouvement de tangage est presque nul, tandis que le mouvement de lacet n'y est pas atténué. ”

“ Pour obtenir les diagrammes du Behrens avec des indicateurs de Watt, il faudrait employer deux de ces instruments. L'un communiquerait avec le conduit d'introduction, et l'autre avec le conduit d'évacuation. De son côté; le système à papier de chaque instrument devrait être installé de manière à communiquer au papier un mouvement continu et non alternatif, et d'ailleurs rigoureusement proportionnel aux chemins parcourus par les centres de pression des cames. ”

“ Bien que les poussées qui produisent ces effets, et qui proviennent des composantes suivant les rayons des cames des actions de la vapeur sur les profils de ces pièces, ne soient pas égales, il n'en est pas moins vrai qu'il n'y a plus qu'une des cames alternativement qui tend à être collée contre les parois du cylindre et avec moins de force que si elle était seule. ”

“ Résumé relatif à l'équilibration des machines. — En résumé, à l'aide de contre-poids convenablement agencés, on pourrait arriver à une stabilité presque parfaite pour une machine quelconque. Mais la plupart de ces contre-poids entraîneraient des inconvénients et une complication de mécanisme tels qu'ils ne sont vraiment pas acceptables en pratique. En se bornant aux contre-poids de manivelle, installés et calculés comme il a été dit plus haut, on annule en entier le mouvement de trépidation et de roulis, et on diminue les mouvements de lacet et de galop ”

“ Dans les machines ordinaires, le plus commode est d'adopter pour axes coordonnés l'axe de l'arbre de couche, une parallèle aux axes des cylindres menée par le milieu de cet arbre, et enfin une perpendiculaire à ces deux lignes. ”

“ L'appareil Behrens n'a jamais hésité à partir pendant toute la durée des expériences. Il tourne pour une pression de 38cm seulement, alors que le petit cheval est incapable de fonctionner. C'est là un avantage très-sérieux que six semaines de fonctionnement ne lui ont pas enlevé.
Le mécanisme de l'appareil Behrens est plus simple que celui du petit cheval, et ne présente pas de grandes chances d'avaries. L'usure des disques mobiles peut nuire au rendement; mais on y remédie en accélérant la vitesse de.façon à retrouver le même débit. ”

“ Quand l'influence qui nous occupe ne se trouve pas suffisamment annulée, la machine éprouve, aux environs de chaque point mort inférieur des pistons, une secousse violente, à laquelle on a donné le nom de coup de cloche, et qui ne peut être attribuée qu'à la variation brusque qu'éprouve alors le couple de rotation combinée avec le changement de portage de la tête de grande bielle, changement de portage dont l'effet est évi- demment augmenté par les poids des pistons et des portions B' des grandes bielles pour le point mort inférieur, mais diminué au contraire pour le point mort supérieur. ”

“ Espaces neutres et volume de la Rotative dans le fonctionnement avec détente. — L'espace compris entre le profil a,2, vue JO, fig. 5, de la came supérieure et le dos de la came inférieure lors de la position 2, est un véritable espace neutre. Nous démontrons au § 111-9 qu'il est inférieur à l'espace neutre relatif au fonctionnement à pleine pression. Au surplus, nous devons remarquer que l'espace neutre actuel est déjà plein de vapeur à une certaine tension, ce qui diminue d'autant la quantité de la vapeur d'introduction nécessaire pour le remplir de fluide à la pression de cette vapeur. ”

“ Comme ces forces et ces couples mettent en jeu l'élasticité des pièces d'attache et des supports, il en résulte des réactions qui, jointes il l'inertie et au poids de la masse de l'appareil, limitent l'étendue des mouvements que tout l'ensemble de celui-ci tend alors à prendre, et les réduisent ainsi à de simples vibrations. On peut grouper les forces et les couples en question de manière à bien faire ressortir les cinq mouvements vibratoires qu'on observe dans les machines non équilibrées ”

“ C'est même là un phénomène presque effrayant à observer dans beaucoup des grands appareils à vapeur de la flotte lancés à toute volée, et qui explique les limites de vitesse imposées aux pistons moteurs, afin de prévenir les plus graves accidents. ”

“ Ce qui a été dit pour les diagrammes, les espaces neutres et le volume d'un cylindre d'une rotative fonctionnant à la détente, est évidemment applicable au cylindre détendeur. On devra d'ailleurs tenir compte de la différence, exactement la même qu'entre deux machines ordinaires fonctionnant l'une à la détente simple, l'autre au Woolf, à introduire ici dans le calcul de la pression que possède à un instant quelconque la vapeur qui pousse l'une ou l'autre came du cylindre détendeur.
§ III. — 8. Jeu de la pompe du Behrens. ”

“ Comme tout l'appareil présente un ensemble parfaitement rigide, grâce à sa plaque de fondation, il n'y a pas à craindre les arc-boutements des dents, qui surviennent dans les engrenages trop justes lorsque les axes se dénivellent. Du reste, on peut (2e partie, § V-3) par un calage convenable des cames à vapeur montées sur le même arbre ainsi que des cames à eau, s'il y en a, faire en sorte que les arbres ne soient jamais ni menants ni menés,' ce qui prévient toute chance de chocs entre les dents des engrenages. ”

“ Une fois que l'appareil mis en train comme d'habitude est bien lancé, on manœuvre rapidement les deux obturateurs de façon à fermer à la vapeur d'évacuation l'échappement en plein air, et à lui ouvrir au contraire une issue dans le tuyau d'aspiration de la pompe, qui devient ainsi un véritable condenseur. ”

“ Il est aisé de se rendre compte qu'il en est à peu près de même pour les poids, si l'on considère que les pièces, telles que tiges de piston, grandes bielles, manivelles, sup- primées dans la Rotative, sont d'un poids considérable sous un petit volume. Mais si,on se place au point de vue de la facilité que -présente le Rehrens de se prêter à des rotations extrêmement rapides, la question d'encombrement et de poids devient tout à l'avantage du nouveau système. ”

“ Dans cette combinaison, l'un des arbres commande à vrai dire l'autre pendant une demi-rotation. Mais comme cela a lieu pendant les périodes d'entraînement des cames de ce dernier, les engrenages n'ont qu'un faible effort de transmission à supporter. De plus, quand le renversement d'action d'un arbre se produit, il s'effectue sans choc; car la résistance et la puissance passent simultanément des cames d'un des arbres sur les cames de l'autre arbre. ”

“ Cet effet s'accroît du reste avec la variabilité du couple moteur de rotation, et augmente un peu aussi dans les machines ordinaires par suite de l'imparfaite rigidité des organes qui participent au mouvement de va-ct-vient.—Pour les locomotives,ces circonstances rendent leur allure déhanchée dans tous les sens; et, pour les machines dites fixes, surtout à grande puissance, elles tendent à les faire s'arracher de dessus leurs massifs de support, en même temps qu'elles soumettent toutes les pièces de liaison et d'assise à une énorme fatigue. ”

“ Grâce à cet avantage joint à leurs bonnes conditions de stabilité, ces machines se prêtent donc à des allures plus rapides que les autres systèmes, sans compter que cette faculté n'est pas entravée par la cra inte des échauffements; car les pressions maximum exercées aux pieds et aux têtes de bielle y sont relativement restreintes.
D'un autre côté, le peu de variabilité de leur couple de rotation leur permet aussi de fonctionner régulièrement à un très petit nombre de tours ; or c'est là une nouvelle faculté bien précieuse pour la manœuvre des navires, surtout pendant le combat. ”