John William Major Sothern

“ L'avenir de la turbine à vapeur marine apparaît donc comme considérable, et c'est certainement le plus gros événement dans l'histoire moderne de la navigation à vapeur que l'introduction de ce nouveau type de moteur.
C'est une véritable révolution apportée dans les moyens de propulsion, qui aura une heureuse répercussion à bref délai sur le propulseur lui-même, qu'on arrivera à rendre apte à supporter les grandes vitesses de rotation. ”

“ Il faut donc, en calculant une hélice, indépendamment de toute autre considération, que la surface d'ailes soit suffisante pour que la pression ou poussée unitaire ne dépasse point cette valeur.
La friction de l'eau sur les ailes et le recul sont les deux pertes inévitables qu'on constate avec tout propulseur; pour les hélices de turbines, on peut leur conserver la même importance relative : autrement dit, les hélices à grande vitesse ne sont pas désavantagées sous ce rapport. ”

“ Dans les turbines, la vapeur se détend adiabatiquement, ou tout au moins se rapproche de ce mode de travail. La dépense de chaleur pour une chute de pression donnée est, dans ces conditions, supérieure à celle qui est indiquée par la table de Zeuner pour la chaleur interne, car une partie de la vapeur se condense durant la détente, ce qui réduit d'autant le poids de vapeur sèche, c'est-à-dire la quantité de calories transformables. ”

“ Il faut également noter soigneusement que, dans la pratique des turbines à vapeur, la quantité de travail recueillie à chaque disque ou rangée d'ailettes dépend uniquement de la dépense de calories, indépendamment de la pression. Il suit également de ce qui précède que le vide est un facteur important de l'économie des turbines, car nous venons de voir que c'est aux très basses pressions que l'utilisation thermodynamique est la plus effective. ”

“ Si nous mettons maintenant des turbines dans chacun de ces deux navires, nous verrons que la puissance totale pourra être obtenue avec des poids qui seront à peu près les mêmes sur le courrier comme sur le croiseur. Il est vrai que sur le navire de guerre l'installation complète comprend généralement l'addition de turbines de croisière destinées à la vitesse réduite et, de ce fait, le poids total se trouve donc être plus élevé dans le navire de guerre. ”

“ C'est ainsi qu'avec les marines alternatives il n'y a nul avantage à serrer de trop près là plus grande vitesse que puisse avoir le piston, tandis que, pour les turbines, non seulement les poids diminuent à mesure que l'on approche du plus grand nombre de tours, c'est-à-dire de la plus grande vitesse circonférentielle possible, mais aussi le rendement augmente. De plus, la durée d'une machine alternative conseille de ne pas avoir recours à une trop grande vitesse du piston. ”

“ Les basses vitesses sont exigées pour le bon fonctionnement des hélices, mais elles correspondent fatalement à une augmentation du diamètre des turbines et, par suite, du poids de la machinerie. Il est évident que, si l'on pouvait réaliser un type d'hélice présentant un rendement élevé aux grandes vitesses de rotation, l'on pourrait réduire dans de grandes proportions l'encombrement et le poids du matériel moteur, déjà si réduit par rapport aux machines à piston. ”

“ Si les effets gyroscopiques des turbines basse pression s'équilibrent, celui de la turbine haute pression reste entier; mais il est alors relativement faible, parce que la turbine haute pression, en raison du plus petit diamètre de ses disques mobiles et de leur moins grand nombre, est généralement peu lourde. De plus, l'effort développé est placé dans l'axe même du navire. ”

“ L'effet gyroscopique, dit M. Hart, quand on considère une turbine unique, existe certainement, et l'on rencontre une résistance, si l'on tend à déplacer rapidement la direction de l'axe de rotation. Mais cet effet n'a guère d'importance, à bord des navires mus par des turbines, qu'au point de vue des paliers et fusées des arbres des turbines, ainsi que de la fatigue locale des points d'attache de ces paliers sur la coque. ”

“ Dans une turbine à impulsion, les conditions idéales sont atteintes lorsque la vitesse périphérique est égale à la moitié de la vitesse du jet ; dans les turbines à réaction, lorsqu'elle est égale à cette vitesse. ”

“ Toutefois, il convient de dire que, si la turbine est plus économique que la machine à piston en pleine vitesse, le fait est inverse pour les vitesses réduites ; c'est qu'en effet les turbines présentent leur minimum de consommation pour une vitesse de régime déterminée, et, au dessous, cette consommation augmente assez rapidement, alors que, dans les machines à piston, l'emploi de détentes variables permet de conserver dans une certaine mesure l'économie de consommation aux vitesses réduites. ”

“ Équilibrage dynamique du rotor. — L'essai en vitesse peut se faire par deux méthodes : en faisant tourner la turbine sous l'action de la vapeur à la façon ordinaire et inscrivant les irrégularités de rotation au moyen de stylets convenablement disposés ; ou mieux encore en faisant tourner le rotor au moyen d'un moteur électrique, les tourillons étant suspendus entré des paliers à ressorts, où il sera facile d'enregistrer les vibrations ou impulsions dynamiques diverses. ”

“ Ces tableaux indiquent qu'à petite vitesse un navire à turbines peut être amené de la marche au repos et lancé en arrière en un temps au moins aussi court que celui qui est pris par la même manœuvre dans un navire de même classe à machines alternatives, et qu'à grande vitesse l'avantage que ce dernier paraît avoir à cet égard n'est que bien faible. ”

“ La question des condenseurs aussi mérite une attention spéciale, à cause de la détente plus grande sur laquelle le fonctionnement des turbines est établi. Un bon vide est ici bien plus essentiel qu'avec les machines alternatives et, ce qui ajoute à la difficulté dans l'étude des proportions d'un appareil à turbines, l'on est souvent limité par des considérations de poids et d'espace. ”

“ Indicateurs du sens de rotation de l'arbre. — Pour certifier le sens de rotation de la turbine et de l'arbre auquel
elle est accouplée, on dispose assez souvent à l'avant du palier de butée un indicateur du sens de rotation, qui est simplement constitué par une glace derrière laquelle tourne l'extrémité du tourillon. Sur celui-ci sont tracées des flèches peintes qui montrent dans quel sens se fait le mouvement. Des flèches extérieures avec les mentions « en avant », « en arrière », sont peintes sur le bâti et certifient de la sorte dans quel sens le navire évolue. ”

“ La turbine Rateau dont nous venons de parler, qui possède de très remarquables qualités, ne semble pas encore définitivement sortie de la période expérimentale, en ce qui concerne l'emploi en Marine. On ne peut guère citer que des expériences de faible puissance : le torpilleur 243 de la Marine française, le torpilleur Yawow de la Marine anglaise, et différents petits navires de croisière.
Nous donnons, d'après le mémoire documenté de M. Eveno, publié dans le Bulletin technologique des Arts et Métiers, un aperçu sur l'état actuel de la turbine marine Curtis. ”

“ La notion de siccité prend une importance toute particulière dans le calcul du travail mécanique développé sur les aubages d'une turbine. Nous verrons que, durant la détente adiabatique, dont se rapprochent les turbines, une partie de la vapeur se condense par suite de l'abaissement de température qui se produit ”

“ Lorsque, dans la marche à grande vitesse, la vapeur est admise aux turbines de renversement, l'arbre continue à tourner quelques instants encore dans le sens de la marche avant ; les ailettes tournent alors contre le courant de la vapeur, et l'action de la vapeur sur elles donne lieu à un frein puissant.
Un brusque changement de marche se fait sentir assez durement sur la turbine et donne lieu parfois à des vibrations très fortes. ”

“ Il arrive encore fréquemment qu'on soit obligé, en cours des essais, de modifier les proportions de l'hélice pour obtenir une plus grande vitesse ; la théorie des hélices à grande vitesse n'est pas encore établie sur des bases pratiques suffisantes pour qu'on puisse établir à coup sûr un type de propulseur donnant toute satisfaction aux essais. ”

“ En réalité, dans le cas du Cobra, la construction de la coque était trop légère, surtout étant donné qu'il avait fallu augmenter le poids des chaudières pour suffire à la dépense de vapeur nécessitée par l'énorme puissance développée, et c'est par le travers des chaufferies que s'est produite la rupture, sous l'effet d'un coup de tangage violent ou du choc d'une forte lame dans la partie milieu. ”

“ Dans les turbines haute pression, où règne intérieurement une pression supérieure à la pression atmosphérique, elle s'oppose à toute sortie; dans les turbines basse pression où règne une pression inférieure à la pression atmosphérique, elle s'oppose à toute entrée d'air. ”

“ Par suite de la détente graduelle de la vapeur au fur et à mesure qu'elle traverse les aubages, sa vitesse s'accroît, et, comme il faut conserver le même rapport constant entre la vitesse de la vapeur et la vitesse tangentielle du rotor, on est conduit à augmenter la longueur et l'écartement des augets. ”

“ Il est rare qu'un rotor soit en état d'équilibre parfait, car, en dépit des corrections qu'on apporte à la suite de l'essai en vitesse, il est impossible, dans l'état des moyens dont on dispose actuellement, de corriger rigoureusement toutes les irrégularités. ”

“ Nous avons vu que la hauteur et l'espacement des ailettes varient dans le but de ménager à la vapeur un passage suffisant. Dans les turbines à basse pression, où le volume de la vapeur augmente dans des proportions très considérables, il est utile de faire varier, en outre, le profil des aubages pour une même hauteur. ”

“ Lorsqu'on veut marcher à vitesse réduite de 12 à 14 nœuds, on introduit directement la vapeur vive dans la turbine haute pression de croisière, d'où elle passe à la basse pression de croisière et ensuite, successivement, dans les quatre autres, puis aux deux condenseurs. Pour la marche de 16 à 18 nœuds, on isole la turbine haute pression de croisière et on introduit directement la vapeur dans la basse pression de croisière, qui la renvoie aux quatre autres.
Lorsqu'on veut marcher à toute puissance, on ne se sert que des quatre turbines principales. ”

“ Il semble peu probable que le moteur à explosion, qui a dévoilé ses remarquables qualités pour la petite navigation, puisse rivaliser avant longtemps avec la turbine, car il conserve tous les inconvénients — parfois même aggravés — qui ont permis à la turbine de supplanter aussi rapidement la machine à piston. ”

“ Étant donnée la grande vitesse de rotation, le pas des hélices des turbines est nécessairement faible ; de même et pour la même raison, leur diamètre est réduit. On est obligé, dans ces conditions, pour pouvoir conserver la surface de poussée convenable, de donner aux ailes un rapport plus grand qu'à l'ordinaire entre la surface développée des ailes et celle du cercle circonscrit. C'est pourquoi on peut voir, sur les types de propulseurs que nous rapportons ici, que les ailes sont beaucoup plus plates ou beaucoup plus larges que les ailes d'hélices ordinaires. ”

“ La vapeur vive est introduite en A pour la marche avant et en B pour la marche arrière. Le conduit C, d'échappement au condenseur, est rectangulaire ; il est commun aux deux turbines marche avant et arrière. L'arbre qui porte l'ensemble des rotors tourne dans les coussinets de deux paliers extérieurs placés aussi près que possible du presse-étoupe. Comme pour la turbine Parsons, le graissage des coussinets se fait sous pression d'huile, et il est entièrement extérieur; de sorte que la vapeur produit une eau de condensation tout à fait exempte -, de matières grasses. ”

“ Une comparaison avec des résultats recueillis à grande vitesse serait évidemment bien plus significative.
On propose de temps en temps d'augmenter l'économie aussi bien des turbines que des machines alternatives au moyen de la surchauffe. Il ne faut pas oublier que les premiers emplois de surchauffeurs à bord des navires remontent à plus d'un demi-siècle, et, bien qu'ils aient été très largement employés à terre, on n'en trouve que très peu à bord des navires, à cause des difficultés de leur fonctionnement. ”

“ Une des qualités remarquables de la turbine à vapeur est.
le peu d'élévation de sa masse au-dessus de la quille, ce qui permet l'abaissement du pont principal et, si c'est un navire de guerre comme le Dreadnought, du pont cuirassé. Il en résulte un abaissement correspondant de l'ensemble, coque et.
machine, dont on a profité pour doter le premier cuirassé à turbines de la plus puissante artillerie qu'on ait vue réunie sur un même navire, soit dix pièces de 305 millimètres disposées en cinq tourelles. ”

“ La solution devra donc être recherchée par le sacrifice de l'un ou de l'autre de ces rendements maxima. Le plus souvent, c'est le rendement du propulseur qui est sacrifié en faveur du rendement de la turbine, qui fonctionne ainsi dans des conditions des plus économiques. ”

“ Au surplus, l'on peut se demander , si la nécessité de stopper un navire filant droit devant lui à toute vitesse, dans la plus courte distance possible, se présente bien souvent dans la navigation courante. ”

“ Dans ces conditions, quand l'arbre tourne sans transmettre de puissance, un courant est induit dans la bobine extrême ou de zéro de chaque inducteur. Les deux courants induits, d'intensité égale au récepteur téléphonique et en opposition, se neutralisent; on ne perçoit aucun son dans le récepteur.
Mais, quand l'arbre transmet une puissance quelconque, c'est-à-dire est soumis à un effort de torsion, il se produit ceci : la bobine zéro de l'un des inducteurs s'excite en avance sur l'autre, de toute la quantité représentée par la torsion de , l'arbre. ”

“ En d'autres termes, la dépense de calories nécessaire pour fournir le travail à développer est obtenue avec une chute de pression plus faible pour la vapeur à basse pression que pour la vapeur à haute pression. ”

“ Elle transmet toute sa puissance à l'hélice dans un seul , corps. De plus, lorsqu'on l'applique à un navire de guerre, la marche à vitesse réduite n'exige pas de turbine spéciale. En résumé, elle renferme en une turbine unique la marche avant, la marche arrière et la marche de croisière. Mais, sur les navires de guerre ou les paquebots qui l'ont jusqu'ici utilisée, on ne la rencontre jamais seule. L'installation habituelle comporte deux turbines symétriques de mêmes dimensions, tout à
fait indépendantes, comme le sont deux machines à piston. ”

“ Pour les croisières, l'on dispose de deux vitesses : une vitesse faible, quand on admet directement à la turbine de croisière à haute pression, placée sur l'arbre de tribord et qui est de plus petites dimensions, et une vitesse plus grande quand on admet directement la vapeur à pleine charge à la
turbine de croisière à moyenne pression qui est sur l'arbre intérieur de bâbord. ”

“ Dans le système Parsons, on équilibre cette poussée en faisant parcourir à la vapeur deux trajets de sens inverses, ou bien on emploie un piston d'équilibrage placé à l'extrémité de la machine et sur les deux faces duquel on admet de la vapeur à des pressions différentes.
Dans la turbine d'action multicellulaire, tout dispositif d'équilibrage est supprimé.
Dans la turbine à réaction, le jeu entre les aubages mobiles
et l'enveloppe doit être réduit au minimum. ”

“ La turbine Rateau dérive également du type de Laval en ce que la vapeur arrive à la première roue mobile complètement détendue, cette détente s'effectuant dans le distributeur ; la force vive de la vapeur, mise ainsi en liberté, est dépensée successivement dans une série de roues mobiles tournant dans le flux de la vapeur ; le passage de la vapeur, d'une roue à l'autre, et son changement de direction sont réglés par des roues fixes intercalées entre les roues mobiles.
La turbine Zoelly est identique, comme principe, à la turbine Rateau. Ce sont deux turbines à plusieurs échelons de vitesse. ”

“ La vitesse des turbines est toujours très élevée par rapport à celle des machines à piston; nous avons déjà vu, dans la partie théorique, que le choix de cette vitesse doit être raisonné entre des conditions contradictoires..
Au début, la vitesse était de 800 tours pour les arbres latéraux montés sur les turbines basse pression et de 000 tours pour l'arbre central monté sur la haute pression. Depuis, on a abaissé sensiblement cette vitesse, tout en l'unifiant pour tous les arbres porte-hélice.Les grands cunarders Lusitania et Mauretania ont leurs quatre arbres tournant à 200 tours ”