Cylindre à vapeur

“ En voyant ces divers supports isolés, du cylindre à vapeur, des colonnes, de l'entablement, et de l'arbre moteur, il est aisé de comprendre quel degré de solidité doivent atteindre les maçonneries, et combien leur liaison doit être intime, pour que ces divers points d'appui conservent leur rapport, et que toutes les parties du mécanisme de la machine se maintiennent dans la position rigoureuse qu'elles doivent avoir. Aussi n'est-il pas rare de voir des machines à balancier se détraquer par suite des tassements du massif ”

“ Un cylindre à vapeur, posé en l'air sur deux jambettes colossales, contient" un piston dont la tige, se prolongeant au travers du fond inférieur, se termine par un mouton en fonte ; dans la table de celui-ci, est une rainure où s'engagent, à queue d'aronde, les diverses pannes , chasses ou étampes qui doivent marteler le fer.
La vapeur se charge de porter les coups. Un mécanisme des plus ingénieux permet d'introduire et de supprimer la force à tel point de la course qui convient le mieux au travail ”

“ C'est un moteur compound, dans lequel les deux cylindres n'ont pas le même diamètre. Le petit cylindre est celui dans lequel la vapeur est d'abord admise : c'est le cylindre à haute pression. Lorsque la vapeur a effectué son travail sur une des faces du piston et qu'elle est rejetée dans le conduit d'échappement, au lieu de se perdre dans l'atmosphère, elle remplit une capacité intermédiaire, d'où elle passe, par la manœuvre appropriée du tiroir de distribution, dans le grand cylindre. ”

“ Le diamètre du cylindre à vapeur, dans les machines à basse pression, est ordinairement entre la 1/2 et le 1/5 de la course du piston ; la hauteur intérieure est égale au double du rayon de la manivelle plus l'épaisseur du piston, et les sections des conduits de la vapeur sont au moins le 1/25 de la section intérieure du cylindre. ”

“ Les bases d'après lesquelles il semble qu'on pourrait évaluer la force d'action de la vapeur, lorsqu'elle se détend dans un seul cylindre, pourrait peut-être servir aussi dans le cas où l'on fait agir une seconde fois la vapeur par expansion , dans un second cylindre ; il ne faut pas se dissimuler néanmoins que s'il est, sinon impossible, du moins oiseux, dans l'état actuel des choses, de vouloir calculer, a priori, la puissance mécanique effective d'une machine à vapeur, sans expansion, il l'est bien plus encore pour une machine à expansion, à un ou plusieurs cylindres ”

“ Le jeu de ces cylindres, la distribution de vapeur et la transmission du mouvement ne diffèrent pas, en principe, de ce que l'on a vu précédemment à l'égard des machines oscillantes (p. 138) ; seulement l'appareil qui nous occupe représente la plus haute expression de l'exécution parfaite et des perfectionnements les plus minutieux.
La vapeur est amenée dans chaque cylindre par un conduit H, qui, d'abord horizontal, est ensuite coudé, et vient aboutir à une boite IF dans laquelle est disposé un papillon de détente dont nous expliquons le jeu plus loin. ”

“ De plus, l'application d'une détente prolongée, qui permet aujourd'hui de réaliser de notables économies de combustible, est impraticable avec les machines à balancier, à un seul cylindre. Lorsque l'expansion de la vapeur doit, en effet, s'effectuer dans un seul et même cylindre, on sait que la charge sur le piston est extrêmement variable, et que la pression, très-grande au commencement de la course, diminue successivement, au point de devenir à peu près nulle vers la fin. ”

“ Le cylindre est fermé ; l’air extérieur n’y a aucun accès ; c’est la pression de la vapeur, et non celle de l’atmosphère qui fait descendre le piston ; c’est à un simple contre-poids qu’est dû le mouvement ascensionnel, car à l’époque où ce mouvement s’opère, la vapeur pouvant circuler librement entre le haut et le bas du cylindre, presse également le piston dans les deux sens opposés. Chacun voit ainsi que la machine modifiée, comme celle de Newcomen, n’a de force réelle que pendant l’oscillation descendante du piston. ”

“ C'est un combustible qui s'enflamme régulièrement et sans choc, échauffe la quantité d'air dans laquelle il entre en composition, dilate celui-ci, et lui fait jouer sur le piston le même rôle que la vapeur d'eau ordinaire.
Mon cylindre est donc, tour à tour, générateur de force et récepteur ; le fluide élastique y agit à haute pression et avec détente naturelle, suivant la longueur de la course. Les produits ou résidus s'échappent régulièrement et complètement à chaque cylindrée, de sorte qu'à l'aspect, c'est absolument un moteur à vapeur. En réalité, c'est un moteur à air dilaté. ”

“ Le fond d’arrière seul est amovible, celui d’avant est venu de fonte avec le cylindre ; ces fonds sont à circulation de vapeur. L’enveloppe de vapeur du petit et du grand cylindre se trouve constamment en communication avec la chaudière.
La vapeur d’échappement du petit cylindre contourne l’enveloppe, à sa partie supérieure, s’y réchauffe, et se rend à la boîte de distribution du grand cylindre, en faisant le tour de celui-ci. La distribution de vapeur du grand cylindre se compose d’un tiroir à coquille à deux orifices, commandé par un excentrique circulaire. ”

“ Cependant le cylindre s'échauffe peu à peu; il se purge de la vapeur condensée qui l'a rempli d'abord, enfin il donne signe de vie; le piston se meut péniblement, puis il s'arrête au bout de son parcours; un coup de marteau donné par le mécanicien lui donne l'appoint de force nécessaire pour faire manœuvrer le tiroir de distribution; enfin le va-et-vient fonctionne de lui-même,
la machine devient plus alerte, elle s'anime, respire, crache la vapeur, bat ses grandes ailes ”

“ Le volant d'une machine à vapeur, dont l'emploi a été défini plusieurs fois précédemment, en e4 un organe assez important pour que les proportions en soient étudiées avec le même soin que celles du cylindre, de la distribution et de l'appareil de condensation; ce n'est pas une pièce à déterminer au point de vue de la résistance de la matière qui la compose, mais bien à celui des effets mécaniques que cet organe est appelé à rendre pour compléter la fonction du cylindre, et concourir au rendement intégral de la puissance directement développée par la vapeur. ”

“ L'introduction de la vapeur dans le cylindre a lieu de la manière ordinaire par le tiroir S, dont les dimensions sont calculées pour produire une détente par recouvrement pendant trois dixièmes de la course. Les fig. 6 et 7 montrent cette distribution, en coupe, par les lignes 9-10 et 11-12.
Le corps de chaque piston est un disque creux, en fonle, dont la circonférence est tournée en gorge profonde; cette gorge est remplie d'étoupe dont l'objet est de faire ressort contre une lame circulaire métallique, fendue en un point, et qui frotte contre les parois du cylindre. ”

“ Pour donner au mécanisme le développement nécessaire, sans dépasser la hauteur hmitee par l'arbre des roues, on l'a disposé dans une direction inclinée.
Fig. 152.
Ainsi le cylindre à vapeur A est fixé sur un bâti incliné à peu près à 30 egies, l'ensemble forme, en principe, un triangle dont le sommet supérieur est occupé pai l'arbre moteur. La transmission du piston aux manivelles, par la bielle B, est tout it fait directe et absolument pareille aux dispositions adoptées pour les machines de terre, horizontales ou verticales, sans balancier. ”

“ Grue à vapeur sans chaudière, à pivot tournant en fonte sur lequel est monté le cylindre à vapeur qui forme lui-même la partie inférieure de la flèche. l a vapeur qui arrive d'un générateur quelconque, par la crapaudine, et se rend au bas du cylindre par un tuyau placé dans l'intérieur du pivot, agit directement sur le fardeau à élever en poussant le piston dont la tige porte à son extrémité une poulie qui tire sur la chaîne et forme par conséquent moufle avec l'autre poulie fixée au couvercle du cylindre. ”

“ Cette vapeur traverse de nouveau, en sens inverse, les toiles métalliques, leur restitue sa chaleur et les abandonne à la température qu'elle avait à l'entrée, et qui était de 150°.
Cette vapeur à cinq atmosphères se rend alors dans un cylindre à double effet dont le diamètre est deux fois plus grand que le diamètre du premier cylindre. La vapeur soulève le piston de ce second cylindre, se dilate dans la capacité quadruple qui lui est offerte, de telle sorte que sa pression tombe à une atmosphère environ. ”

“ 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 effet, remarquons que, dans ce dernier cas, la puissance éprouve, comme nous l'avons déjà dit, des variations très-sensibles, 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. ”

“ Quand, d'un côté, le piston approche du milieu de sa course, l'autre est près de l'extrémité de la sienne; l'échappement anticipé commence de ce côté, et la vapeur, dont la pression n'est pas affaiblie par une détente prolongée, s'introduit dans le cylindre conjugué par la lumière centrale, puisque la communication est libre, et y comprime la vapeur raréfiée que le piston refoulait librement dans l'atmosphère. ”

“ La cylindrée d'eau qui venait de pénétrer dans le cylindre va donc s'échapper ; et une autre cylindrée pénétrant sur l'autre face du piston, fera achever à la machine sa révolution ; et ainsi de suite.
Jusqu'ici rien de bien merveilleux; et si l'eau envoyée à l'échappement sous une pression de 5 atmosphères s'en était allée pour ne plus revenir, le résultat obtenu ne serait certes pas brillant. Mais nous allons la retrouver. ”

“ Chaque machine principale est composée de deux cylindres fixes horizontaux, entre lesquels s'intercale le groupe de la pompe à air. Ces cylindres sont conjugués sur un arbre moteur à deux coudes; un excentrique actionne la bielle de la pompe à air. La vapeur est introduite dans le cylindre-avant, elle y fonctionne et se détend ensuite dans le cylindre-arrière, d'où, après avoir produit son effet, elle est évacuée au condenseur. ”

“ Les mécaniciens peuvent, en cas de besoin, et lorsque leur vitesse est trop grande, abréger ce temps à l'arrivée, en donnant une très petite quantité de vapeur à la machine, ce qui détermine dans les cylindres une soustraction de pression et dans la marche des pistons un retard qui augmentent le frottement des roues ; ou même s'il se présentait quelque circonstance qui exigeât d'arrêter subitement la machine, en introduisant la vapeur dans le cylindre à contre sens du mouvement des pistons, ce qui arrête complètement les roues et tend même à les faire tourner en sens inverse. ”

“ C'est-à-dire que : la puissance est à la résistance, comme le produit du pas de la vis par le rayon du cylindre est au produit du rayon de la roue par la circonférence que tend à décrire la puissance.
La manoeuvre d'un grand nombre de gouvernails et celle de certaines distributions de machines à vapeur, s'exécutent par la vis sans fin. ”

“ MACHINES A UN SEUL CYLINDRE. - Dans la machine à un seul cylindre, l'effort initial représenté par l'ordonnée AB, et d'une valeur arbitraire de 200 unités, se maintient constant pendant 1/10 de la course, la durée donnée de l'admission à pleine vapeur. ”

“ La vapeur circule donc dans l'enveloppe C avant de venir exercer son action sur le piston de la machine. La quantité de vapeur qui contribue à réchauffer la paroi dépend ainsi directement de la marche du moteur.
Fig. 832.
L'enveloppe de vapeur à circulation donne lieu à une difficulté très sérieuse. Dans l'espace C, la vapeur se meut avec une vitesse de 15 à 20 m. par seconde, par exemple, lorsque l'obturateur m ou n est ouvert pour produire l'admission dans le cylindre. ”

“ L'ensemble des cylindres est élevé sur un socle rectangulaire de fonte G, qui repose directement sur la maçonnerie; sa réunion avec la base de l'enveloppe C a lieu par six forts boulons c.
La vapeur, arrivant du générateur, se rend directement dans le vide de l'enveloppe par un tuyau qui s'adapte à une tubulure d fondue avec le tampon F', audessous du petit cylindre; elle pénètre ensuite dans la boile de distribution H de celui-ci par une tubulure 1, venue de fonte avec l'enveloppe, et débouchant sur le côté de la boîte qui en porte, à cet effet, le prolongement. ”

“ Il n'est aucune partie des machines à vapeur qui ne demande plus de soin et d'adresse de la part des ouvriers. Si une des parties du piston ne frotte pas exactement contre le cylindre, la vapeur s'échappe et il en résulte.
une perte de puissance et une consommation excessive de combustible. Si le piston
frotte trop durement d'un côté, trop mollement de l'autre, il en résulte que le cylindre s'use inégalement et se déforme. ”

“ Cette tige sert ellemême de tube d'introduction et d'expulsion pour la vapeur. La force motrice est transmise directement à la manivelle de l'arbre de la machine, sans le secours de bièles ni de traverses.
La fig. 120 est une vue de la machine, dont on a supprimé un des bâtis pour en montrer la construction. La fig. 121 est une section trajisversale, a a sont les bâtis sur lesquels est établie la manivelle b, l'arbre et le volant, c est le cylindre à vapeur, réuni à la manivelle
par la pièce ef - qui est solidement liée au couvercle supérieur du cylindre. ”

“ Otons alors le foyer de dessous le cylindre; bientôt ses parois et la vapeur d'eau qu'elles renferment se refroidissent : la vapeur se condense et le vide reste au-dessous du cylindre, de sorte que, si l'on vient à faire sortir la verge de la fente où elle maintient la tige et le piston, le piston pressé par le poids de l'atmosphère sera poussé de haut en bas, et l'on pourra profiter de cette pression considérable pour lui faire soulever des fardeaux. ”

“ On comprendra facilement que, plus la vapeur arrivera avec facilité sur le piston, et plus elle produira d'effet utile ; qu'il était donc de la plus grande importance, pour profiter de sa propriété expansible, de chercher à la faire arriver dans le cylindre, de manière à ce qu'elle perde le moins possible de la tension qu'elle possède dans le générateur. Dans la plupart des machines, le tiroir de distribution ne découvre les orifices qu'avec lenteur, et le passage de la vapeur est intercepté avant que l'orifice soit complétement ouvert. ”