Turbine

“ La faculté que possède la turbine de pouvoir utiliser sous des dimensions restreintes des volumes d'eau énormes ou des chutes très faibles ou considérables, de se prêter à de grandes variations de vitesse, de débit et de chute, de pouvoir marcher
marcher les gelées, en fait un moteur infiniment supérieur aux roues. ”

“ Ce frottement sera d'autant plus important que la densité du fluide sera plus grande ; on voit que l'eau vésiculaire dans la vapeur est, à ce point de vue, plus gênante dans la turbine que dans la machine à piston, et que la surchauffe est bien plus nécessaire avec ce type de moteur.
Principe des turbines. — Le but de la turbine à vapeur est de convertir l'énergie cinétique de la vapeur en un mouvement de rotation. ”

“ Si la turbine moderne a gardé de son ancêtre la forme arrondie des cuillères, celles-ci sont savamment étudiées de façon à recueillir toute l'énergie de l'eau et à ne la laisser sortir de la turbine qu'avec le moins de vitesse possible. ”

“ Une turbine est une roue horizontale à axe vertical, qui reçoit l'eau et la laisse écouler dans toutes les directions autour de cet axe, c'est-à-dire que c'est une roue qui est menée par un tourbillon ”

“ Depuis que l’industrie existe, elle connaît le moulin à eau, celui que le débit d’un cours d’eau actionne par le poids de la nappe glissant sur les aubes d’une roue. Dans le cours des siècles, il s’est produit un perfectionnement considérable qui est parfaitement décrit dans l’Encyclopédie de d’Alembert et Diderot : c’est la turbine. Frappée par l’eau tombant d’une certaine hauteur et mise en mouvement, non seulement par le poids de l’eau, mais par la poussée de la chute, elle réalise la totalité de la force qu’elle reçoit. ”

“ C'est grâce à ces importants détails de construction que la turbine ne nécessite tout d'abord que des fondations assez sommaires et peu coûteuses, et que, d'autre part, on peut la faire fonctionner par un moteur même un peu irrégulier, comme l'est un cheval travaillant à un manège. ”

“ Si par l'intermédiaire d'une turbine actionnée par une roue dentée mise en mouvement par une manivelle, nous refoulons l'eau d'une conduite dans un réservoir supérieur, nous dépensons de l'énergie mécanique pour faire monter l'eau à un certain niveau. ”

“ La roue de la turbine est en fonte d'une seule pièce, elle est clavetéesur l'arbre moteur. Cet arbre est quelquefois plein et tourne sur une crapaudine inférieure, mais dans la turbine prise ici comme exemple, l'arbre est creux et tourne sur le pivot supérieur d'un axe en fer fixe scellé dans le radier du fond du bief. ”

“ En cas d'usure partielle du pivot en bois, il n'y a d'autre moyen de relever la turbine que d'aller manoeuvrer les vis au fond de l'eau à l'aval ; avec le pivot en acier, on peut toujours se régler, avec la plus grande facilité, du sol même de l'usine.
La ligure 1251 montre l'ensemble de la turbine.
TRANSPORT DE L'ÉNERGIE
Il est rarement possible de construire un moteur capable d'actionner directement l'appareil auquel il doit fournir son énergie mécanique. ”

“ Outre les compressions de l'air, la turbine éolique peut être très utilement employée à toutes sortes de travaux; et notamment à l'élévation des eaux sur les points culminants, et au desséchement lies marais.
Enfin, le principe sur lequel repose la turbine éolique, c'est-à-dire la pression de l'air par le vent agissant des plans inclinés, nous semble pouvoir être utilisée directement pour charger des récipients à de basses pressions, sans faire emploi de pompes ni d'aucun autre agent mécanique. ”

“ 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. ”

“ C'est une turbine dont on voit les aubes courbes pointillées sur l'élévation. Elle est montée sur un arbre horizontal H, qui reçoit son impulsion de la poulie I, que commande la courroie d'une machine à vapeur. L'axe tourne dans deux paliers graisseurs K, que supportent des pièces en fonte J, reliées au support, également en fonte.
Les tuyaux d'aspiration D, qui aboutissent à la partie supérieure dans la partie annulaire centrale de la turbine, se réunissent en bas dans l'ouverture B, sur laquelle s'adapte le tuyau d'aspiration muni de sa crépine. ”

“ Une turbine est une roue à réaction, à axe vertical et à palettes horizontales.
Le mouvement est donné à cette machine uniquement par la pression de l'eau, pression qui, dans certaines circonstances, est assez considérable pour briser les digues d'un canal, ou pour faire éclater un tonneau.
Quand aucune des parois d'un vase n'est percée, la pression latérale s'exerçant également des deux côtés, il y a équilibre, et le vase reste immobile ”

“ 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'axe vertical en profitera et saura la transmettre pour l'utilisation recherchée. Autre différence : notre turbine est entièrement plongée dans l'eau qui y pénètre de tous côtés, dirigée par les lames du distributeur pour frapper avec son maximum d'énergie les aubes ou cuillères.
Cette admission de l'eau se fait par élévation d'un
cylindre intérieur de la turbine, cylindre si bien équilibré par un contrepoids qu'un enfant peut facilement l'élever ou l'abaisser. ”

“ Dans ces turbines mixtes, la résultante motrice est liée simultanément aux gradients transversaux de pression comme dans la turbine à action, et aux gradients longitudinaux. Le travail est produit en même temps par action cinétique et par réaction dynamique. ”

“ Turbine Fourneyron (Plan et coupe horizontale) .
Nous avons donné l'opinion d'Arago ; voici maintenant celle de Charles Dupin (2) : « La turbine, machine hydraulique dont l'idée première appartient à M. Burdin,
(1.) Œuvres complètes de Fr.Arago, p. 561 du t. V. — Paris —, 1855. t. II, p. 90.
jouit de la propriété de tourner sous l'eau par l'effet d'une chute de ce fluide, et d'animer (comme son nom l'indique) d'une vitesse circulaire extrêmement considérable un arbre vertical, qui transmet, en tournant, la force primitivement rectiligne.
» ”

“ Réaction et libre déviation. — Les turbines à réaction sont les plus fréquemment employées ; ce sont elles que nous avons eu spécialement en vue dans l'étude qui précède. L'avantage de la réaction tient à ce que les canaux de la turbine étant pleins d'eau en pression, cette dernière peut fonctionner noyée sans que son rendement soit sensiblement diminué.
Ces turbines conviennent particulièrement pour les cours d'eau à gros débit soumis aux crues d'aval, ce qui est le cas des grands fleuves à faible pente des vallées, sur lesquels les chutes sont généralement faibles. ”

“ La machine centrale, généralement employée comme renfort, ne marche pas; aussi, les chambres de vide à turbine de bâbord et de tribord aspirent-elles directement dans les collecteurs de retour.
Les turbines sifflent par réflexion. Des réservoirs d'expansion surbaissés descendent, de chaque côté, les valves en forme de piliers jusqu'aux enveloppes de turbines; et, de là, le gaz obéissant tourbillonne à travers les spirales de palettes avec une force qui ferait sauter les dents à une scie mécanique. ”

“ Par exemple, si la turbine haute pression est constituée par quatre expansions de chacune 14 éléments, la turbine basse pression sera constituée par huit expansions de chacune 7 éléments, et dans les deux cas le nombre des éléments fixes et mobiles dans chaque turbine sera de 56.
Le nombre d'ailettes par élément diminue d'une expansion à l'autre, puisque l'on augmente leur écartement périphérique, au moyen de pièces de calage de section croissante ”

“ Si l'on considère une turbine unique fonctionnant à sa vitesse normale et qu'on essaye de déplacer rapidement la direction de son axe de rotation, il se produira certainement sous les paliers et le bâtis des réactions qui seront loin d'être négligeables et qui tendront, si rien ne s'y oppose, à maintenir l'axe de rotation dans sa direction primitive. ”

“ Les aubes de la turbine sont profilées de telle façon que l'eau d'entraînement, entrant par le centre et sortant par les vides de la périphérie, y acquiert une vitesse à, peu prés double de la vitesse circonférencielle de la turbine. ”

“ L'accroissement de vitesse de la vapeur dans chaque couronne d'aubes fixes étant plus faible que l'accroissement correspondant dans une turbine d'action, il en résulte qu'il faudra plus de chutes de pression dans une turbine à réaction que dans une turbine d'action. ”

“ La puissance à développer est de 8.000 chevaux, à 275 tours environ, avec deux turbines symétriques conduisant deux hélices ; chaque turbine possède sept échelons pour la marche avant, et deux échelons pour la marche arrière ; la puissance de la turbine marche arrière doit être moitié de la puissance totale, soit 4.000 chevaux; le diamètre de chaque turbine est de 3m ,30, et la longueur de 4m,20; leur poids total doit être moitié moindre que celui de la machine à piston dont les deux turbines prennent la place ”

“ Malgré ces encourageantes promesses, les spécialistes objectent que la turbine pré-
sente des inconvénients de principe qui semblent incompatibles avec son application à la locomotive; la turbine, on le sait, ne fournit un travail réellement économique que dans la marche à pleine vitesse, or, la locomotive, suivant les exigences du service et le profil de la voie, peut être appelée à développer sa puissance maximum à diverses vitesses, ou diverses puissances à la même vitesse. ”

“ Le contrôleur Poul Roed est établi dans une turbine spéciale constituée, comme celle de Babcock ou de Fjord, par des godets articulés autour d'un axe. Les tubes pour essayer le lait sont placés dans les godets, et le tout est recouvert d'un vase rempli d'eau chaude. La turbine tourne à 3,ooo tours; l'essai est terminé en vingt minutes.
On fait les lectures de la couche de crème au moyen d'un cylindre auxiliaire enveloppe relié par une crémaillère et un pignon à un cadran indicateur. ”

“ On remarquera que la pression aux joints des turbines basse pression est plus élevée qu'aux joints de la turbine haute pression ; ceci est nécessaire pour éviter l'introduction de l'air dans la basse pression, ce qui détruirait le vide existant à l'intérieur. ”

“ Nous pourrons mettre à profit cette très importante remarque, dans l’étude des turbines, en assimilant la translation circulaire de l’aubage mobile autour de l’axe de la turbine à une translation rectiligne suivant la tangente à la trajectoire circulaire sur laquelle elle est entraînée. L’approximation est acceptable si la courbure de cette trajectoire est négligeable auprès de la courbure de l’aubage, qui va intervenir essentiellement dans le phénomène. ”

“ Dans l'établissement des turbines il s'est présenté plus d'une difficulté de construction pratique. Fourneyron, au génie inventif, a toujours surmonté les obstacles. Le pivot vertical d'une turbine, travaillant dans l'eau et animée d'une immense vitesse et qui, par un frottement répété, causait une prompte usure,
avait besoin d'être graissé. ”

“ Robuste et de longue durée, la turbine peut mettre à profit les plus hautes chutes et de très faibles volumes d'eau, avantage que n'ont pas les roues. Dans les conditions de meilleur établissement, elle peut donner jusqu'à 75 à 80 pour 100 de la puissance absolue de la chute comme force utilisable. ”

“ La chute de pression pour chaque rangée d'ailettes est, dans les turbines marines Parsons, de 0kB,053.
Chute thermique et travail produit. — La chute de pression et la chute thermique qui s'accomplissent dans une turbine peuvent être expliquées élémentairement comme suit : la vitesse nécessaire pour que la vapeur acquière, une énergie cinétique, se transformant en travail sur les ailettes du rotor, est obtenue par une chute de pression et une dépense de calories appropriées. ”

“ Type d'aubage action.
vapeur se détend dans un ajutage et prend une grande vitesse ; puis, elle agit par choc sur les augets d'une roue clavetée à un arbre récepteur. Le prototype est la turbine de Laval.
La réaction. — Dans ce type, la vapeur se détend progressivement en traversant une série de distributeurs et d'augets récepteurs. C'est en quittant l'auget que se produit l'effort de répulsion.
La turbine Parsons est généralement considérée comme le
prototype des turbines à réaction ”

“ La pompe qui comprime l'air est actionnée par la turbine.
30. Axe horizontal. — Dans les turbines centrifuges à axe horizontal, la couronne mobile enveloppe encore le distributeur. L'eau se meut dans un plan vertical et entre dans la couronne fixe sur un secteur
seulement (45° à 72°) . La turbine est presque toujours dénoyée et a injection partielle.
Fig. 233.
•. Les équations développées précédemment conviennent pour ia turbine à axe horizontal, à condition de tenir compte pour le débit de
ce que l'introduction de l'eau ne se produit que sur une fraction f du cercle R0. ”

“ 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. ”