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Nouvelles Machines Thermiques

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Nouvelles Machines Thermiques LES NOUVELLES MACHINES THERMIQUES IRIS - LILLIAD - Université Lille 1 IRIS - LILLIAD - Université Lille 1 LES NOUVELLES MACHINES THERMIQUES MOTEURS ROTATIFS ET TURBINES A VAPEUR ET A GAZ TURBINES A GAZ FACILEMENT LIQUÉFIABLES A. BERTHIER INGÉNIEUR AVEC 152 FIGURES DANS LE TEXTE -e»n«e- PARIS LIBRAIRIE GÉNÉRALE SCIENTIFIQUE & INDUSTRIELLE H. DESFORGES 29, Quai des Grands-Auguatins, 29 1908 IRIS - LILLIAD - Université Lille 1 IRIS - LILLIAD - Université Lille 1 INTRODUCTION Dans la lutte acharnée que se livrent de nos jours les divers systèmes de production de l'énergie ciné­ tique, les machines thermiques ne conservent pas sans peine le premier rang. L'utilisation de la houille blanche a fait de si rapides progrès et le rendement des installations hydrauliques est si élevé que la concurrence devient tous les jours plus dangereuse pour les anciennes méthodes. Aussi la technique et l'industrie ont-elles réuni leurs efforts pour tenter de les améliorer. Le coefficient économique si faible des machines à vapeur laissait une large marge aux perfectionne­ ments, donc, nombreuses sont les modifications, qui ont été proposées et essayées dans ces dernières années. Signalons encore ce fait que des applications rela­ tivement récentes nécessitant des vitesses de rotation élevées, le moteur à piston ne semblait pas particu­ lièrement apte à les donner d'une manière directe. II fallait donc avoir recours à des machines encom­ brantes,comprenant des organes volumineux: volants, courroies, transmissions. Sans doute, certains cons- IRIS - LILLIAD - Université Lille 1 VI INTRODUCTION tructeurs sont parvenus à créer des modèles assez pratiques de moteurs alternatifs à grande vitesse ; mais dans ce cas, l'usure est rapide, le bruit très désagréable et le graissage fort onéreux. Aussi peut- on constater depuis quelques années une orienta­ tion nouvelle, très caractéristique, de la mécanique en ce qui concerne les machines thermiques. Elle évolue vers la suppression des mouvements alternatifs pour les remplacer par les mouvements circulaires continus. Après les moteurs rotatifs à vapeur, sont apparues les turbines à action et à réaction ; puis,le succès des machines à explosion s'affirmant tous les jours, on a cherché à les faire bénéficier des mêmes perfection­ nements. C'est ainsique les moteurs rotatifs au pétrole ont vu le jour en attendant l'avènement de la turbine à gaz qui semble bien le plus parfait générateur d'é­ nergie cinétique. Nous allons passer en revue, dans cette étude, les efforts des chercheurs en nous arrêtant plus spécia­ lement aux systèmes qui paraissent appelés à deve­ nir réellement industriels. IRIS - LILLIAD - Université Lille 1 TABLE DES MATIÈRES Introduction Table des matières PREMIÈRE PARTIE Les Moteurs rotatifs CHAPITRE PREMIER MOTEURS BOTATI FS A VAPEUH Eolipyle Moteur Uhler Moteur Behrens Moteur Bambel Moteur Gérard Moteur Braconnier Moteur Huit Moteur Arbel et Ti lion Moteur Sturgess et Towlsou Moteur rotatif Johnston à introduction variable Moteur à couple de force, système Klerilj . Moteur Brown Moteur Hawkins Moteur compound oscillant de Capell. Moteur rotatif à grande vitesse ...... Moteur Wilkinson et Seilers Moteur Quincey Moteur Douglas et Nicholls Moteur Bouva^net Moteur Cluarec IRIS - LILLIAD - Université Lille 1 Vili TAlìl.E DES MATIÈRES Pages Moteur Watts 30 Moteur Towlson . 30 Moteur Boyd 31 Moteur James • 33 .Moteur Filtz 3i Moteur Ghcrsi 3Q CHAPITRE II MOTEURS ROTATIFS A PÉTROLE Moteur alterno-rotatif de Primat 39 Moteur Burlat frères 42 Moteur rotatif Filtz 'iS Moteur alterno-rotalif Adams Farwell 46 Moteur Auriol 47 Moteur Chaudun ><0 Moteur André Beetz •'- DEUXIÈME PARTIE Les turbines à vapeur CHAPITRE PREMIER CONSIDÉRATIONS GENERALES Historique 67 Turbines à action et turbines à réaction a9 Turbines à pression et vitesse étagées. 62 Comparaison des turbines à action et à réaction 62 CHAPITRE II THÉORIE DE LA TURBINE A VAPÏUR Ecoulement des fluides à travers les ajutages. Théorie élé­ mentaire. Formule de Saint-Venant 64 Théorie élémentaire des turbines à vapeur . .... 69 Turbine parfaite à action et à une roue (turbine axiale). Dé­ termination de la vitesse 69 Détermination de la puissance 70 Détermination du rendement 71 Détermination des aubages 72 Turbine parfaite à réaction et à roue unique. Détermination de la vitesse, de la puissance et du rendement 72 IRIS - LILLIAD - Université Lille 1 TABLE DES MATIÈRES IX Pages Détermination des dimensions de l'aubage 73 Théorie thermodynamique de la turbine à vapeur .... 74 Généralités 74 Entropie 74 Expériences de Stodola 73 Transformation de l'énergie dans la turbine à vapeur ... 76 Influence du frottement des roues contre la vapeur ambiante. 77 Théorie thermodynamique 78 Exemple pratique 80 Problèmes 82 Turbine à action et à un seul étage • . - 82 Turbine à réaction 80 CHAPITRE III CONSTRUCTION DES ÉLÉMENTS DE TURBINES Généralités 99 Aubages . • 104 Forme des aubes ^ . 104 Construction et mode de iixation des aubes 10H Distributeurs 103 Forme des distributeurs 103 Construction des distributeurs 103 Tambours H0 Détermination des dimensions des roues 110 Disques 110 Moyeu 110 Arbres 111 Arbre flexible des turbines de I.aval 111 Paliers 113 Joints 113 Matériaux de construction 117 Equilibrage des masses tournantes. Détermination des ba­ lourds 120 Réglage des turbines 121 CHAPITRE IV DESCRIPTION DES TURBINES A VAPEUR Turbine de Laval' 126 Turbine Parsons 129 Turbine Riedler-Stumpf 148 IRIS - LILLIAD - Université Lille 1 X TADLE DES MATIERES Paffe g Turbine Curtis i 53 Turbine Rateau 15a Turbine Zoelly 1^9 Turbine Mac-Collum 166 Turbine Harnilton-Holzwartli 167 Turbine Warren 170 Turbine Sheperd 1~1 Turbine Winterros 172 Turbine Kolb IT'S Turbine en hélice Herzog 177 Turbine Landmark 178 Turbine Zahikjantz 1 9 Turbine Dolder 1"9 Turbine Hugo Lentz 1"9 Turbine Fullagar Is0 Turbines à vitesse réduite et double sens de rotation ... 181 CHAPITRE V COMPARAISON DE LA TURBINE A VAPEUR ET DES AUTRES MACHINES THERMIQUES Encombrement 182 Coûts d'achat et d'entretien 183 Régulation 1 Si- Graissage 184 Consommation de vapeur 185 Rendement de la turbine à vapeur 193 Comparaison avec le moteur à gaz 195 CHAPITRE VI APPLICATIONS DES TURBINES A VAPEUR Groupe électrogènes 197 Turbo-ventilateurs 197 Emploi des turbines à vapeur à basse pression pour l'utilisa­ tion des vapeurs perdues par les machines à marche inter­ mittente 197 Propulsion des navires 200 Conclusion 204 CHAPITRE VII INSTALLATIONS DE GENÈVE ET DE NICE Usine de Genève 20o IRIS - LILLIAD - Université Lille 1 TABLE DES MAT1EK.ES M Paçea Usine de Nice 2K> TROISIÈME PARTIE Les turbines à gaz CHAPITRE PREMIER INTRODUCTION Considérations générales 221 CHAPITRE II CLASSIFICATION ET DESCRIPTION DES TURBINES A GAT. Classification des turbines à gaz 226 Turbines à air chaud 228 Turbines à combustion. 229 Turbines de Laval, Cook, Bonjean, Hayot 230 Turbines Zoelly, Stolze 231 Turbine, Meineke 232 Turbines à explosion 234 Turbine Nordenfelt 234 Moteur Dodement 233 Moteur Ovenell 236 Moteur Clyde Jay Coleman 236 Moteur Gardner Sanderson 237 Turbines mixtes à vapeur et à gaz 240 Turbine Armengaud et Lemale 241 CHAPITRE III ETUDE DE LA TURBINE A GAZ Considérations sur l'écoulement des gaz 2*3 Constiuction des aubes mobiles. 244 Chambre de combustion 246 Tuyères d'injection ou de détente 247 Régulation des turbines à gaz 2al Compresseurs d'air 2j2 Turbines-compresseurs - • 23o CHAPITRE IV ETUDE THERMODYNAMIQUE Etude thermodynamique de la turbine à gaz 21)7 Discussion IRIS - LILLIAD - Université Lille 1 XII TABLE DES MATIÈRES Pages Cycle des turbines à gaz à compression avec explosion. 263 Cycle des turbines à gaz à compression avec combustion . 266 CHAPITRE V CONCLUSION. AVENIR DES TURBINES A GAZ QUATRIÈME PARTIE Turbines à gaz facilement liquéfiables CHAPITRE PREMIER CONSIDÉRATIONS GÉNÉRALES Propriétés des gaz facilement liquéfiables 289 CHAPITRE II TURBINES A ÉTHER, ALCOOL, BENZINE Moteur Du Tremblay 294 Moteurs Escber Wyss à vapeur de naphte ou de benzine . 295 CHAPITRE III TURBINES A ACIDE CARBONIQUE Moteur Brunei 296 Moteur Ghiliano et Cristin 296 Moteur Marquis 298 CHAPITRE IV TURBINES A GAZ AMMONIAC Moteur P. Cordenons 302 Moteur Tixier 303 Moteur Mac-Mahon 303 Moteur Honiiigmann 304 CHAPITRE V TURBINES A ACIDE SULFUREUX Expériences du prof. Josse 306 Recherches de M. Thurston . 307 Moteur athermique Leo Dex 308 Etude du fonctionnement du moteur Leo Dex 312 CONCLUSIONS GÉNÉRALES Index bibliographique 322 IRIS - LILLIAD - Université Lille 1 PREMIÈRE PARTIE LES MOTEURS ROTATIFS i IRIS - LILLIAD - Université Lille 1 IRIS - LILLIAD - Université Lille 1 CHAPITRE PREMIER MOTEURS ROTATIFS A VAPEUR L'idée des moteurs rotatifs est aussi ancienne que la machine à vapeur elle-même, et si l'on considérait l'éolipyle du mathématicien Héron d'Alexandrie (fig. 1) comme un appareil sérieux, on pourrait dire qu'elle remonte au 11° siècle avant Jésus-Christ; mais les inconvénients présentés par les divers systèmes imaginés^depuis Papin et Watt, et résidant principalement dans ., l'énorme consommation de vapeur, les frottements con­ sidérables, l'absence d'étan- chéité et par suite les perles de fluide et de calorique, l'usure rapide des pièces sou­ mises à un mouvement très rapide, etc., firent renoncer à : l'emploi de ces moteurs. Le développement rapide qu'ont pris depuis quelques Fig années les installations d'éclairage électrique, a ramené l'attention des constructeurs sur ces appareils qui peuvent être fixés directement sur l'arbre des dynamos, et ont sur les machines à mouvement alternatif une supériorité incontestable, tant au point de vue de la simplicité de la IRIS - LILLIAD - Université Lille 1 A LES NOUVELLES MACHINES THERMIQUES transmission que de la re'gularité du fonctionnement, con­ dition essentielle pour les installations d'éclairage. Aussi ne sera-l-il peut être pas sans intérêt de donner au début de cet ouvrage, une monographie des divers moteurs rotatifs à vapeur, essayés ou brevetés dans ces dernières années. On verra combien multiples sont les solutions pro­ posées par l'ingéniosité des inventeurs. Moteur Uhler. — L'un des plus simples et des plus anciens moteurs rotatifs est le moteur Uhler (fig.
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