Annales industrielles 1869 par H. de Chavannes
Machines à vapeur et pompes rotatives (Système Behrens) M. Pétau, ingénieur-constructeur, à Passy-Paris. Article de H. de Chavannes dans les « Annales industrielles » de 1869
Il est peu de problèmes industriels qui aient, plus que la construction d'une machine à vapeur rotative, exercé l'imagination des inventeurs; la simplicité d'une semblable machine, l'économie qu'elle paraît devoir donner par la suppression des forces d'inertie qui absorbent tant de travail dans les machines ordinaires, justifient en effet les efforts tentés pour la solution de cette question.
A la dernière exposition comme aux précédentes, un certain nombre de systèmes plus ou moins heureux ont attiré l'attention des visiteurs, mais, il faut le reconnaître, un seul, celui de M. Behrens, pouvait résister à un examen sérieux.
Aujourd'hui, les faits sont venus prouver que, le premier, il avait fait faire à la question un pas réel en permettant enfin aux machines rotatives d'entrer dans la pratique industrielle, tant comme construction que comme emploi.
Il est facile, à la seule inspection de la figure 3 de la planche 5, de se rendre compte de la disposition de cette machine.
On voit, en effet, qu'elle se compose d'une capacité en fonte alésée intérieurement, de manière à former deux vides cylindriques dont les centres, également éloignés de l'axe de la machine, sont distants l'un de l'autre d'environ les deux tiers du diamètre de chacun de ces vides, de telle sorte que ces derniers se coupent dans l'axe et communiquent ensemble.
A la partie centrale de chaque vide cylindrique est une douille percée d'un trou pour le passage d'un arbre sur lequel est monté le piston. Celui-ci porte un moyeu qui vient s'ajuster dans la douille précédente. La forme des différentes pièces est calculée de telle sorte que chacun des pistons, dans son.mouvement, vient s'engager dans une entaille concentrique à son axe de rotation, pratiquée dans la douille fixe de l'autre piston, et que, de cette façon, il ne permet jamais à la vapeur
de passer entre lui et cette douille. Les orifices d'arrivée et de sortie sont placés dans l'axe de la capacité renfermant les pistons et à l'intersection des chambres de ces derniers.
Voici maintenant comment fonctionnent ces pistons sous l'action de la vapeur. Cette dernière presse la face inférieure du piston E (le piston supérieur servant seulement d'obturateur) et le fait tourner dans la direction de la flèche. Ce mouvement est communiqué au piston supérieur au moyen des engrenages, en changeant de sens (ainsi que la flèche l'indique). La vapeur continue à presser sur le piston inférieur jusqu'à ce que l'extrémité supérieure de celui-ci ait dépassé l'orifice d'introduction. Ace moment elle agit sur l'autre piston E, qui, à son tour, par l'intermédiaire des engrenages, communique le mouvement au piston inférieur, devenu à son tour simple obturateur. La vapeur agit donc sur chaque piston pendant la moitié d'un tour de la machine, après quoi elle sort par l'orifice d'échappement, et c'est
quand elle a agi sur les deux pistons que la machine a fait un tour complet.
Les cylindres sont fermés par des plateaux dont le bas porte des fourreaux munis de bagues en métal antifriction où sont ajustées les extrémités de l'arbre des pistons inférieurs. L'un de ces plateaux, celui de derrière, porte en haut un fourreau semblable aux précédents, où s'ajuste l'une des extrémités de l'arbre des pistons supérieurs, et l'autre plateau, celui de devant, porte un presse étoupes pour le passage de ce dernier arbre, qui est l'arbre de commande, et qui tourne par son autre extrémité dans la tête d'un support en fonte boulonné sur le bâti.
Un régulateur, disposé au-dessus du cylindre, est mû par une petite transmission de mouvement qui part de l'arbre de commande au moyen de poulies et courroies.
Un inconvénient qui vient de suite à l'esprit à l'inspection seule de cette machine, c'est que toutes ces pièces frottant les unes sur les autres devront nécessairement s'user, et qu'il est impossible de compenser cette usure par des serrages, comme on le fait pour les machines ordinaires. A cela on peut répondre que toutes les pièces sont de formes très simples et de construction facile, puisque toutes les parties ajustées peuvent être faites au tour, que par conséquent on peut facilement arriver à une précision qui diminuera l'usure; que, de plus, s'il faut, au bout d'un certain temps, que l'expérience seule pourra déterminer, changer les pistons, cela ne sera pas encore une réparation bien coûteuse. Attendons donc pour nous prononcer à cet égard que les faits aient parlé, ce qui d'ailleurs ne saurait tarder beaucoup. Un grand nombre de machines ont déjà été livrées à l'industrie. Le ministère de la marine vient d'en faire installer une de cent chevaux, accompagnée d'une pompe de même système. Toutes ces machines, et surtout cette dernière, seront l'objet d'expériences dont nous ferons connaître les résultats à nos lecteurs. Tout ce que nous pouvons dire aujourd'hui, c'est que la première de ces machines qui ait été placée en France fonctionne depuis plus d'un an sans avoir encore donné lieu à aucune réparation.
Le système de M. Behrens se prête très facilement à l'emploi de toutes les conditions d'admission usitées dans les autres machines.
- On peut en effet marcher :
- A pleine pression; c'est le cas que nous avons supposé dans notre description ;
- Avec détente variable; au moyen d'une came commandant un tiroir placé sur la lumière d'admission;
- Avec détente très développée dans une seconde machine, d'après le système de Woolf, employé dans les machines ordinaires.
C'est un appareil de ce dernier système que nous avons représenté planche 5. La vapeur après avoir agi sur les pistons d'une première machine placée sur la droite, agit ensuite sur ceux d'une deuxième de même diamètre, mais de longueur plus grande dans laquelle elle se détend.
Ces deux machines sont jumelées, c'est-à-dire qu'elles sont renfermées dans la même enveloppe, que les pistons sont calés sur les mêmes arbres, et qu'une seule paire d'engrenages guide le mouvement des quatre pistons.
La force de cette machine est de 20 chevaux de 75 kilogrammètres; son poids est de 2,500 kilogrammes, et elle coûte 4,700 francs. On voit donc qu'il y a une économie notable de place, de matière et d'argent, à l'employer de préférence à celles actuellement en usage.
Quant au rendement, il n'a pas encore été établi d'une manière bien précise; cependant on a pu s'assurer qu'avec une chaudière ordinaire la dépense était d'environ 3,500 kg de charbon par force de cheval et par heure.
Pour les grandes machines, ce chiffre est notablement supérieur à ceux auxquels on descend aujourd'hui ; il est cependant bon d'observer qu'on n'arrive à des dépenses beaucoup plus faibles qu'en augmentant la complication déjà relativement si grande des autres machines par des condenseurs et des détentes très-considérables, qu'il serait également facile d'appliquer aux types Behrens ; qu'enfin, pour les petites machines d'atelier, la dépense est toujours au moins égale et souvent bien supérieure à celle que nous avons citée plus haut.
La même machine peut également être utilisée comme pompe élévatoire; l'eau suivra dans le cylindre le même chemin que la vapeur, seulement, au lieu de produire du travail, la machine en absorbera et devra recevoir son mouvement d'un autre moteur, qui pourra du reste être une petite machine du même système. Les figures de la partie inférieure de la planche indiquent un appareil composé d'un moteur à vapeur et d'une pompe montés sur le même bâti et construits d'après le même principe. Cet appareil est destiné spécialement à l'alimentation des chaudières à vapeur.
La pompe est,comme à l'ordinaire, mise en communication avec la masse du liquide à élever, au moyen d'un tuyau d'aspiration; à la partie supérieure du cylindre est disposé un tuyau de refoulement. La force employée par cette petite machine alimentaire est de 1,5 cheval, son rendement de 60 mètres cubes d'eau par heure. Elle peut par conséquent suffire à l'alimentation d'une machine de 200 à 225 chevaux. Elle ne pèse que 60 kilogrammes et son prix est de 500 francs (la pompe est en bronze et la machine en fonte). Une petite machine de ce genre pourrait donc très facilement remplacer l'injecteur Giffard. Elle ne présente aucun des inconvénients de ce dernier appareil et se prêterait facilement
à l'alimentation par l'eau chaude.
Enfin, disons en terminant que l'ingénieuse disposition imaginée par M. Behrens est encore susceptible d'autres applications, soit comme machine soufflante, soit comme moteur hydraulique. Qu'on ait en effet à utiliser une
chute d'eau d'un faible volume et d'une grande hauteur, elle pourra dès lors être employée et remplacer avantageusement
une turbine à mouvement très-rapide ou une machine à colonne d'eau.
Documents
- A : plaque de fondation.
- B : cylindre de vapeur à pleine pression.
- C : cylindre de détente.
- D : piston du cylindre B.
- E : piston du cylindre C.
- F : plateau à 2 fourreaux.
- G : plateau à 1 fourreau et à 1 presse-étoupes.
- H : engrenages.
- I : arbre-moteur.
- J : support.
- K : régulateur.
- L : robinet de prise de vapeur.
- M : volant.
- N : poulie de commande.
- O : bâti.
- P : cylindre à vapeur.
- Q : piston à vapeur.
- R : plateau.
- S : engrenages.
- T : cylindre à eau.
- U : piston à eau.
- V : plateau.
- X : robinet de. prise de vapeur.
- Y : volant.
