Le volume engendré par un piston cylindrique et par un piston carré est respectivement en une minute (Int. 854, 872) |

Pour les machines à cylindre, la vitesse du piston varie de 0,50 à 1 mètre par seconde, et l'on fait ordinairement l―D. Désignant par v la vitesse du piston, on anl

60v,

et par

suite

Pour les machines à cylindre, la section des soupapes d'aspiration varie de 1/15 à 1/12 de la section du cylindre soufflant pour des vitesses de piston comprises entre 0,50 et 0,75, et de 1/10 à 1/9 pour des vitesses comprises entre 0,75 et 1 mètre. Il ne convient pas que la vitesse dépasse 0,60.

Pour les machines à caisse carrée, la vitesse du piston varie de 0,25 à 0,30 par seconde, et la section des soupapes d'aspiration est comprise entre 1/15 et 1/20 de celle de la caisse.

Pour les machines à cylindre, comme pour celles à caisse, la section des soupapes d'expiration varie de 1/15 à 1/20 ou 1/22 de celle du cylindre ou de la caisse.

Les tuyaux de conduite ont une section à peu près égale à celle des soupapes d'expiration. Dans la pratique, la vitesse de l'air y est ordinairement réglée à 20 mètres par seconde.

Les pistons des caisses en bois sont mis en mouvement par des cames, et leur course n'excède pas 0,65.

Le diamètre de la tige du piston varie de 1/20 à 1/17 de celui du cylindre.

La pression de l'air dans le cylindre doit être suffisante pour soulever la soupape, vaincre le frottement dans le tuyau qui conduit l'air du cylindre au régulateur, celui qui peut avoir lieu dans le régulateur, ainsi que celui qui a lieu dans le tuyau qui amène l'air du régulateur à la buse, et produire une vitesse d'écoulement convenable par la buse.

D'après ce qui a été dit no 248, on pourra calculer les différentes pertes de force élastique dues au frottement de l'air dans les tuyaux, et comme on peut, avec approximation, tenir compte de l'effet de la soupape, on aura donc la pression absolue de l'air dans le cylindre.

Dans une machine soufflante, l'équilibre dynamique est, pour une minute,

Tm= Ta+Tr.

Tm travail moteur dépensé par minute sur la tige du piston soufflant;

Tu travail absorbé pour comprimer l'air à la pression P dans le cylindre, et le faire sortir de ce cylindre;

T, travail absorbé par le frottement de la garniture du piston et celui de la tige dans le stuffing-box, et pour soulever les soupapes.

p pression atmosphérique; c'est sensiblement la pression de l'air derrière le piston; 2,3026 nombre par lequel il faut multiplier le logarithme vulgaire d'un nombre pour avoir son logarithme népérien (Int. 409).

h hauteur marquée par le manomètre à mercure placé sur le cylindre. (Voir : Densités, 2e partie.)

Substituant ces valeurs de p et P dans celle de tu, on a

Q'étant le volume engendré par le piston en une minute, on a

Le frottement de la garniture du piston dépendant de la pression, il

faudrait tenir compte des variations de pression de l'air dans le cylindre; mais il convient de supposer la pression constante et égale à h, ce qui permet de négliger le frottement de la tige dans le stuffing-box, et l'on a alors (61)

Il convient de prendre e= 0,04 et de faire ƒ = 0,30.

Le travail absorbé par le stuffing-box a la même expression que Tr; mais e se prend alors égal au diamètre de la tige, et l'on a ƒ = 0,20 environ.

D'après MM. Thomas et Laurens, l'air que la tuyère doit projeter dans le haut fourneau est celui nécessaire à la conversion en oxyde de carbone du charbon solide chargé au gueulard, c'est-à-dire du charbon déduction faite des cendres, de l'eau et des matières volatiles.

Un kilogramme de charbon solide exigeant 4,41 d'air à 0° sous la pression 0,76 pour sa conversion en oxyde, comme le charbon de bois moyen contient 0,07 d'eau, 0,025 de cendres et 0,14 de matières volatiles, chaque kilogramme de charbon chargé au gueulard exigera 4,41 × 0,765 = 3,374 d'air.

Un coke moyen contenant 0,05 d'eau, 0,03 de matières volatiles et 0,12 de cendres, les tuyères devront envoyer 4,41 × 0,80 3,528 d'air à 0° et à la pression 0,76 par chaque kilogramme de coke chargé au gueulard.

De ces nombres, il résulte que, pour une marche régulière, la tuyère doit envoyer par minute 11.241 d'air, à 0° et à la pression 0,76, dans un haut fourneau produisant 4000 kilog. de fonte par jour avec une consommation de 1200 kilog. de charbon de bois par tonne. Ce volume d'air est de 68,600 pour un haut fourneau produisant 20 tonnes de fonte par jour avec une consommation de 1400 kilog. de coke par tonne. Si l'on avait à craindre des pertes par suite d'un refoulement de l'air à la tuyère, on y obvierait en portant la consommation de 4,41 à 4TMo,60. La capacité utile d'un régulateur à eau varie de dix à douze fois celle du cylindre soufflant; sa section horizontale se fait égale à celle de l'eau environnante. L'eau doit toujours s'élever à 0,30 au-dessus de l'arête inférieure du régulateur, afin qu'on soit assuré qu'il ne s'échappera pas d'air. La capacité d'un régulateur à cylindre flottant varie de deux ou trois fois celle du cylindre soufflant; celle d'un régulateur à capacité constante varie de vingt à vingt-cinq fois celle de ce cylindre.

VENTILATEURS.

250. Ventilateurs. Un ventilateur peut avoir pour but d'aspirer de l'air chargé de poussière ou de gaz délétère d'un lieu habité, d'une mine, etc. Dans ce cas il porte sur l'une ou chacune de ses joues une

ouverture qui communique avec le tuyau d'amenée de l'air vicié, et cet air est chassé librement dans l'atmosphère dans toute l'étendue de la surface cylindrique que décrivent les extrémités des ailes. Le ventilateur est alors dit aspirant. Un ventilateur peut avoir au contraire pour but d'aspirer librement de l'air par ses joues, pour le refouler par un tuyau dans une mine, dans un lieu habité ou dans les tuyères de cubilots ou de forges maréchales; dans ce cas il est dit soufflant, et il est entouré sur tout son pourtour par une enveloppe cylindrique de laquelle part le tuyau conducteur de l'air (231).

La théorie a conduit M. Combes à courber les ailes (Traité de l'exploitation des mines), et M. Tournaire, ingénieur des mines, a fait construire un ventilateur à ailes courbes, dont il a donné la théorie et les résultats fournis par l'expérience (Annales des mines, année 1860). Voir plus loin un extrait de ces résultats. A cause de la plus grande facilité de construction, les ventilateurs sont le plus souvent à ailes planes, dont le nombre est ordinairement 4 ou 6. Quelquefois on incline les ailes planes à 40 ou 45° sur le rayon, du côté opposé au mouvement. Il convient que les passages de l'air soient convenablement raccordés entre eux par des courbures continues; que les ouvertures des joues aient à peu près une section égale aux orifices d'entrée entre les ailes, afin que l'air arrive facilement et que cependant le remous soit nul ou au moins très-faible; enfin que les canaux formés par les ailes aient en chaque point une section à peu près inverse de la vitesse de l'air en ce point, vitesse que l'on peut considérer comme proportionnelle à la vitesse de rotation de ce point. On diminue ainsi les pertes de puissance vive, et l'on recule la limite de vitesse à laquelle le ventilateur commence à faire du bruit au delà de la vitesse qui convient à la pratique.

On a expérimenté au Conservatoire des arts et métiers divers ventilateurs; des résultats obtenus, et publiés par M. Morin dans les Annales du Conservatoire, année 1861, nous extrayons les suivants, qui suffiront, en général, pour établir un ventilateur devant produire un effet déterminé.

Ventilateurs soumis à l'expérience:

1° Deux ventilateurs à palettes courbes, système de Lloyd, l'un aspirant et l'autre soufflant. Ils ne produisent à peu près aucun ronflement jusqu'à la vitesse de 800 à 1000 tours. Les palettes, au nombre de 6, sont limitées et reliées à deux plateaux tronconiques tels, que la longueur des palettes, mesurée parallèlement à l'axe, ne soit à l'extrémité que la moitié ou même le quart de la longueur à l'entrée. Lloyd adopte environ le quart; mais pour le ventilateur soufflant essayé au Conservatoire, qui a été construit par M. Cail, on a adopté environ la moitié.

Les deux plateaux tronconiques tournent avec les ailes, qui sont reliées à l'arbre par des bras ou par un disque qui divise en deux parties égales les canaux formés par les ailes.

Le ventilateur soufflant construit par M. Cail a 0",770 de diamètre à l'extérieur des ailettes, et le diamètre intérieur de l'enveloppe est de

0TM,901 à 1,015, par suite du jeu autour des ailettes, qui varie de 0,016

à 0,160.

2o Un ventilateur soufflant à palettes planes ayant les dimensions suivantes :

Jeu uniforme entre la circonférence extérieure et l'enveloppe,
qui n'est pas excentrée.

0,67

0,31

0,33

0,75

0,04

On a encore soumis à l'expérience deux ventilateurs à hélices du système de M. Guérin; mais ils ont donné, soit par aspiration, soit par insufflation, des résultats inférieurs aux précédents.

A ces divers ventilateurs on avait adapté un tuyau en tôle par lequel on aspirait ou insufflait l'air, selon qu'il s'agissait d'un ventilateur aspirant ou soufflant. Ce tuyau avait 0,30 de diamètre, soit 0,07 de section, et sa longueur a été portée jusqu'à 28 mètres.

Ce tuyau étant entièrement ouvert à son extrémité, le volume d'air aspiré ou insufflé est proportionnel, pour un même ventilateur, au nombre de tours du ventilateur; ainsi l'on a

Q = KN.

Q volume d'air aspiré ou insufflé par minute, en mètres cubes;

N

nombre de tours du ventilateur par minute;

(a)

K coefficient que l'on peut considérer comme constant pour un même ventilateur, et dont le tableau suivant donne la valeur.

Adoptant comme effet utile du ventilateur la puissance vive que possède l'air qui sort du tuyau en une seconde, il est (30)

8=1,3 poids du mètre cube d'air en kilogrammes (voir : Densités, 2e partie); poids de l'air écoulé par seconde;

60

vitesse de l'air dans le tuyau de conduite, dont D est le diamètre.

Le rendement R, c'est-à-dire le rapport de l'effet utile précédent au travail moteur dépensé pour faire mouvoir le ventilateur a pris les valeurs de la 4e colonne du tableau suivant.

Le volume engendré par les ailes du ventilateur, par minute, est

S surface d'une aile ou mieux de la section du volume annulaire qu'elle engendre

par un plan passant par l'axe;

p distance du centre de gravité de la surface S à l'axe.