La mécanique à l'exposition de 1900

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- - LA
  - MÉCANIQUE
  - A l’Exposition de 1900
  - Publiée sous le Patronage et la Direction technique d’un Comité de Rédaction
  - COMPOSE DE MM.
  - HATON DE LA GOUPILLIÈRE, G. o. #, Membre de l’Institut
  - Inspecteur général des Mines, Président
  - BARBET, i», ingénieur des arts et manufactures.
  - Bl EN AYMÉ, C. I», inspecteur général du génie maritime.
  - BOURDON (Édouard), 0. 1», constructeur mécanicien, président de la chambre syndicale des mécaniciens.
  - BRULL,#, ingénieur, ancien élève de l’École polytechnique, ancien président de la Société des Ingénieurs civils.
  - COLLIGNON (En.), 0. i nspecteur général des ponts et chaus-
  - sées en retraite.
  - FLAMANT, 0. 4», inspecteur général des ponts et chaussées.
  - IMBS, professeur au Conservatoire des arts et métiers et à l’Ecole centrale des arts et manufactures.
  - LINDER, C. l», inspecteur général des minés en retraite.
  - ROZÉ, 4», répétiteur d'astronomie et conservateur des collections de mécanique à l’École polytechnique.
  - SAUVAGE, 0.1», ingénieur en chef des mines, professeur à l’École des mines.
  - WALÇKENAER, 0. 1», ingénieur en chef des mines, professeur à l’École des ponts et chaussées.
  - Secrétaire de la Rédaction : CrUSTAV® RICHARD, &, 44, rue de Rennes.
  - 5e LIVRAISON
  - LES MOTEURS HYDRAULIQUES
  - PAR
  - M. RATEAU
  - INGÉNIEUR DES MINES
  - PARIS. VI
  - V™ CH. DUNOD, ÉDITEUR
  - 49, QUAI DES GRANDS-AUGUSTIN S, 49
  - TÉLÉPHONE 147.92
  - 1902
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- - TABLE DES MATIÈRES
  - Introduction...................................................
  - Turbines de grande puissance...................................
  - Genre centrifuge, genre liélicoïde, genre centripète...........
  - Turbines multiples.............................................
  - Turbines pour hautes chutes. Roues Pelton......................
  - Régularisation automatique de la vitesse des turbines..........
  - Maisons françaises
  - Darblav père et fds............................................
  - Laurent et Collot..............................................
  - Royer et Joly..................................................
  - Singrun frères.................................................
  - Turbines pour basses et moyennes pressions................
  - Turbines pour moyennes et hautes chutes....................
  - Turbines pour très hautes chutes...........................
  - Teisset, Brault et Chapron.....................................
  - Autriche-Hongrie
  - Fabrique « Danubius »..........................................
  - Régulateur Rusch Stendner......................................
  - Ganz et G°.....................................................
  - Suède et Norvège...
  - Suisse
  - Escher-Wyss turbines centripètes pour faibles chutes...........
  - Servo-moteur hydraulique..................................
  - Filtre....................................................
  - Turbines de Saint-Maurice................................
  - Turbines à hautes pressions...............................
  - Régulateur de pression.....................................
  - Servo-moteur à basse pression.............................
  - Régulateur universel hydromécanique........................
  - Jacob Rieter...................................................
  - Th. Bell.......................................................
  - Régulateur à servo-moteur mécanique à déclic...............
  - Régulateur hydromécanique..................................
  - Régulateur hydraulique à piston différentiel...............
  - Piccard, Pictet et C°..........................................
  - Nouvelle turbine de 5000 chevaux pour le Niagara...........
  - Ateliers de constructions mécaniques de Yevey..................
  - États-Unis
  - Smith G°, Maison Sloan. Roue Cassel............................
  - Conclusion.....................................................
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- - LES MOTEURS HYDRAULIQUES A L’EXPOSITION DE 1900
  - PAR
  - MM. Prasil, Professeur à l’Ecole polytechnique de Zürich,
  - ET
  - A. Rateau, Ingénieur au corps des mines.
  - INTRODUCTION
  - Les turbines hydrauliques constituaient, à l’Exposition universelle de 1900, un ensemble important parmi la classe générale des moteurs.
  - Depuis leur invention par Fourneyron, il y a à peu près soixante-quinze ans, ces machines, qui utilisent la force naturelle de l’eau en se pliant merveilleusement à toutes les circonstances, ont été de plus en plus employées. Mais c’est seulement depuis dix ans que la recherche de la force motrice hydraulique pour la production de l’électricité leur a donné le magnifique essor auquel nous venons d’assister.
  - L’adaptation des moteurs hydrauliques à la conduite des génératrices électriques a exigé plusieurs perfectionnements aux anciennes dispositions, particulièrement pour produire des puissances élevées et pour obtenir un réglage aussi parfait que possible de la vitesse de rotation, malgré des variations brusques et importantes de la charge. C’est pourquoi l’étude des turbines présentées à la dernière exposition est un sujet très instructif.
  - A vrai dire, la plupart des dispositifs qu’on nous montrait étaient déjà connus par les publications antérieures qui en avaient été faites, soit dans les revues périodiques, soit dans les ouvrages ; et nous-mêmes nous les avons en grande partie décrits dans la Revue suisse*, et dans la Revue de mécanique 1 2. Il y avait toutefois un certain nombre de nouveautés intéressantes sur lesquelles nous insisterons plus particulièrement dans cette étude.
  - La plupart des maisons françaises avaient exposé leurs types d’appareils, sauf celles de la région des Alpes ; toutes les maisons suisses aussi, à l’exception des ateliers de Vevey, qui n’ont présenté que quelques photographies de leurs récentes installations ; il faut y ajouter quelques maisons hongroises, suédoises et américaines.
  - C’est, sans contredit, l’Exposition suisse qui présentait, dans l’ensemble, le plus d’intérêt; surtout en ce qui concerne l’importante question du réglage automatique.
  - Avant d’entrer dans l’examen détaillé de chaque machine exposée, il est utile d’examiner rapidement, dans des généralités, les choses essentielles que l’Exposition mettait en relief. Nous allons donc dire quelques mots des turbines centripètes et de leurs avantages, de la manière dont on s’y prend aujourd’hui pour faire des turbines puissantes, des roues à poches, genre Pelton, et enfin de la régulation automatique des turbines.
  - Des turbines centripètes. — R y a fort longtemps que les turbines centripètes ont été imaginées; comme l’on sait, il en existait déjà quelques unes en France avant 1845; mais c’est indubitablement l’Américain Francis qui en vit nettement les avantages et qui. construisit le premier, en 1849, des turbines centripètes ayant un bon rendement. A sa suite, les ingénieurs
  - 1. Fr. Prasil, Rapport sur les turbines à l’Exposition de Genève, Schweizerische Bauzeitung (novembre et décembre 1896).
  - 2. A. Rateau, Traité des turbo-machines (Revue de Mécanique, 1897 à 1900, et tiragé à part Dunod, à Paris, 1900).
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  - LA MÉCANIQUE A L'EXPOSITION
  - américains développèrent considérablement le genre centripète sous des formes très variées 1 ; ce n’est que récemment que nous vîmes introduire ce type dans la pratique, en Europe. En France, la maison Singrün frères, à Epirial, s’est fait, depuis une vingtaine d’années, une spécialité de la construction des turbines américaines; elle a fabriqué un très grand nombre de turbines centripètes du type dit « Hercule », combiné par l’Américain Mac Cormick. Certaines maisons allemandes fabriquent aussi, depuis assez longtemps déjà, des turbines centripètes. Tout récemment, les constructeurs suisses ont fini, eux aussi, par suivre le mouvement. Si bien qu’aujourd’hui, quand il s’agit de turbines à injection totale, qu’on installe sur des chutes faibles ou moyennes, c'est presque toujours au type centripète que l’on s’adresse. Nous allons bientôt dire quels sont les avantages par lesquels elles s’imposent.
  - Ces turbines centripètes sont naturellement toujours des turbines à réaction, c’est-à-dire qu’à la sortie du distributeur, dans les joints entre la roue mobile et le distributeur fixe, la pression n’est pas encore tombée à ce qu’elle sera à la sortie de la roue mobile. Ordinairement, le degré de réaction est voisin de 0,5.
  - Les avantages principaux que nous offrent les turbines centripètes sont les suivants :
  - Meilleur rendement mécanique. — A égalité de coefficients de pertes à l'entrée de la roue mobile et dans les canaux de cette roue, le rendement maximum des centripètes est un peu plus élevé que celui des centrifuges et même que celui des hélicoïdes ; la différence n’est pas grande, 2 0/0 environ ; mais il faut considérer aussi que les coefficients de pertes doivent être eux-mêmes plus faibles dans les centripètes, puisque les ailes de la roue mobile y sont relativement moins courbes et moins longues que dans les autres genres.
  - Le gain sur le rendement devient maximum vers la vitesse relative de 0,802.Dans des conditions analogues, ce gain peut alors atteindre 4 à 5 0/0.
  - Application facile des amortisseurs. — Le genre centripète se prête très bien, au moins lorsque l’axe est vertical, à l’application des amortisseurs, qui se réduisent dans ce cas à de simples tuyaux coniques divergents. Grâce à cet organe, le bénéfice sur le rendement s’accroîtrait encore de quelques unités pour L00.
  - Plus grande vitesse relative. — A égalité de rendement, ou même à rendement supérieur, la vitesse relative des centripètes peut être portée à un chiffre notablement plus élevé qu’avec les autres genres. Il résulte de là que, à égalité du diamètre de la roue mobile, la vitesse angulaire est plus grande, ce qui est généralement avantageux pour l’accouplement avec des génératrices électriques.
  - Diamètres plus petits, ailes moins nombreuses. — Pour la même puissance, le diamètre de la roue est plus petit avec les centripètes. Les ailes peuvent aussi être moins nombreuses, parce qu’il est possible de les prolonger jusque près de l’axe.
  - Plus grande puissance. — Il résulte des deux avantages précédents que, sur une même hauteur de chute et avec un même nombre de tours, l’on peut obtenir plus de puissance en employant le genre centripète.
  - Plus grande facilité de vannage. — Le distributeur étant, dans les centripètes, extérieur à la roue mobile, présente tout naturellement ses plus grandes sections à l’entrée. On a donc toute facilité pour trouver le logement des vannes, en rétrécissant au besoin les canaux distributeurs à l’endroit où une vanne doit trouver à s’effacer. Aussi voit-on dans les centripètes une bien plus grande variété de vannages que dans les centrifuges. Ces dernières ne permettent guère qu’une seule sorte de vanne : la vanne cylindrique à translation, placée soit à l’entrée, soit à la sortie de la roue mobile.
  - 1. Consulter G. Richard, La mécanique générale à l'Exposition de Chicago [Bulletin cle la Société d'Encoura-gement, 1894).
  - 2. Rappelons que l’on appelle vitesse relative d’une turbine, le rapport de sa vitesse linéaire w0 au point d’entrée de l’eau dans la roue mobile, à la vitesse \i%g\\, due à la hauteur de chute. Si nous désignons par %
  - cette vitesse relative, nous avons donc : i -- u°
  - y/2,7 IJ.
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  - LES MOTEURS HYDRAULIQUES
  - On remarquera encore que les organes de distribution et de vannage étant extérieurs à la roue mobile, on trouve toujours à les loger, même avec de très faibles diamètres de roue, qui seraient inadmissibles avec des distributeurs intérieurs.
  - Vitesse d’emballement plus faible. — Avec la disposition centripète, la courbe de rendement, en fonction de la vitesse relative tombe relativement plus vite quand la vitesse de rotation augmente au-delà de la vitesse normale. Autrement dit, la vitesse limite à charge nulle, qu’on appelle quelquefois vitesse d’emballement, est, dans les centripètes, plus petite que le double de la vitesse normale (en rendement maximum), tandis qu elle est sensiblement égale à cette valeur double dans le cas des hélicoïdes, et plus grande dans les centrifuges.
  - Il y a là une propriété qui peut être, dans certains cas, un avantage.
  - Installation moins coûteuse. — Enfin l’installation des centripètes est plus simple et moins coûteuse que pour les autres genres, quand la turbine est placée dans une chambre d’eau en maçonnerie.
  - Mais c’est l’inverse qui a lieu si la machine doit être enfermée dans une chambre métallique. La turbine centripète devient alors plus encombrante peut-être et, en tout cas, plus coûteuse que les autres. C’est là, à notre avis, le seul véritable défaut des turbines centripètes.
  - Turbines de grande puissance. — Disons maintenant quelques mots de l’importante question des turbines de grande puissance sur faibles chutes. Autrefois on ne s’en préoccupait guère, tandis qu’aujourd’hui, pour l’accouplement direct avec les machines dynamo-électriques, on a besoin de faire des turbines aussi puissantes que possible pour un nombre de tours déterminé, la hauteur delà chute étant fixée, ou encore, ce qui revient au même, d’obtenir la vitesse de rotation la plus élevée pour une puissance déterminée. Il convient donc d’examiner jusqu’où l’on peut aller avec une seule roue mobile et ensuite comment on peut associer entre elles plusieurs de ces roues, de manière à grouper leurs puissances sur le même arbre.
  - Quand la hauteur de chute dépasse 40 m, comme dans le cas des installations bien connues du Niagara (42,50 m), il est facile de construire une turbine qui développe l’énorme puissance de 5 000 chevaux, par exemple, sur un arbre tournant relativement vite (250 tours par minute dans le cas du Niagara). L’accouplement avec la génératrice électrique se fait dès lors dans les meilleures conditions pour l’une et pour l’autre machine. Mais il n’en va pas dé même si la hauteur de chute est faible. Déjà, à 10 ou 12 m, on a bien de la peine à établir des turbines qui tournent aussi vite que le demandent les constructeurs de dynamos, tout en conservant un bon rendement mécanique, et l’union des deux machines nécessite de leur part des concessions mutuelles ; à 5 ou 6 m, il y a franchement incompatibilité entre elles ; pour les accoupler, il faut alors sacrifier l’une ou l’autre.
  - L’efficacité d’une turbine au point de vue où nous nous plaçons ici est parfaitement définie par un coefficient, que nous appelons coefficient de puissance et dont l’expression est la suivante :
  - ' — ^0yi,2 nu--3’
  - dans laquelle :
  - eu désigne la vitesse angulaire de l’arbre,
  - P, la puissance, en kilogrammètres par seconde,
  - g, la constanteMe la gravité terrestre en mètres par seconde,
  - II, le poids spécifique du liquide qui traverse la turbine : 1 0Ü0 kg par m3, en pratique, pour l’eau,
  - H, la hauteur de chute en mètres.
  - Il est facile de se rendre compte que, toutes les quantités qui entrent dans cette formule étant exprimées en unités concordantes, l’expression numérique de t est un simple nombre indépendant des unités de mesure, et ce nombre caractérise d’une manière parfaite un type de turbine au point de vue de la puissance qu’il sera susceptible de fournir sur une chute donnée, avec un nombre de tours par minute assigné à l’avance.
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  - LA MÉCANIQUE A L’EXPOSITION
  - Nous voyons notamment, d’après l’expression ci-dessus, que la hauteur de chute étant déterminée, la puissance que pourra donner un type de turbine sera inversement proportionnelle au carré de la vitesse angulaire, et que, d’autre part, la vitesse angulaire étant déterminée, la puissance croîtra plus vite que le carré de la hauteur de chute; exactement elle sera proportion nelle à H2'3.
  - On peut introduire, dans l’expression de ce coefficient, la vitesse relative de la turbine. On constate alors que cette vitesse relative y entre au carré. Il y a donc un très grand intérêt, pour faire des turbines puissantes, à élever le plus possible leur vitesse relative. En construisant les courbes de rendement mécanique des différents types de turbines en fonction de cette vitesse relative, on se rend compte qu’il y a avantage à adopter des turbines à forte réaction : 50, 60 et même 70 0/0. D’autre part, l’on pourra donner à la vitesse relative une valeur un peu plus élevée que celle qui correspond au maximum de rendement, et l’on sera ainsi conduit à choisir une valeur de -cette vitesse relative supérieure d’environ 15 0/0 à celle du maximum de rendement.
  - Ainsi se trouvent justifiées les pratiques des constructeurs actuels qui fixent habituellement entre 0,80 et 0,85 les vitesses relatives des turbines de grande puissance. Avec ces valeurs, l'on n’a pas encore, à beaucoup près, les limites possibles des puissances; mais si l’on augmentait davantage le coefficient de vitesse, on devrait subir inévitablement une diminution corrélative du rendement mécanique.
  - Précisons par quelques chiffres ce que l’on peut arriver à faire avec les genres hélicoïde, centrifuge et centripète :
  - 1° Genre hélicoïde — Dans les turbines Jonval modernes, à deux ou trois couronnes d’aubes, on va jusqu’à une vitesse relative périphérique \ égale à 1,05, avec un rapport des diamètres interne et externe atteignant 2,45, et un angle a au distributeur égal, en moyenne, à 24°. Le coefficient r de puissance atteint, dans ces conditions, la valeur 0,44, alors que le rendement mécanique net reste supérieur à 0,76, si la construction de la turbine est soignée.
  - Mais avec \ ~ 1,05, on est très loin de la limite de puissance. Tous les anneaux d’aubage que l’on peut ajouter autour et à l’intérieur d’une roue mobile ordinaire procurent un couple moteur supplémentaire, à la condition de ne pas dépasser certaines limites.
  - Bien entendu, l’effet utile de ces anneaux décroît de plus en plus à mesure que l’on s’écarte davantage, en plus ou en moins, de la valeur 0,66, qui correspond au maximum de rendement; en sorte qu’il convient de se borner, dans cette voie, à des valeurs de \ qui ne soient pas trop au-dessus de 1 ni au-dessous de 0,4.
  - En supposant l’emploi possible d’un amortisseur, on arriverait à un coefficient de puissance voisin deO,9, double du coefficient des turbines Jonval modernes les plus puissantes.
  - Mais ce n’est pas encore là la Hmite de ce qu’il serait possible d’obtenir si, ayant de l’eau surabondamment, l’on n’avait pas à se préoccuper du rendement mécanique.
  - 2° Genre centrifuge. — En étudiant de près le cas du genre centrifuge, nous constaterions que l’on peut pousser le coefficient de puissance jusqu’à la valeur de 0,52, le rendement mécanique restant supérieur à 0,70. On pourrait aller encore un peu plus loin avec des turbines coniques centrifuges, sans l’impossibilité où l’on est de placer un vannage pratique sur ce genre de turbines.
  - 3° Genre centripète. —Le genre centripète permet d’atteindre, avec une vitesse relative de 0,80, un coefficient de puissance de 0,45 avec un rendement mécanique net s’approchant de0,80. On pourrait, d’ailleurs, adjoindre à la partie, cylindrique d’une turbine centripète une partie conique qui permettrait de porter le coefficient de puissance à la valeur 0,85, le rendement mécanique moyen s’élevant à environ 0,73, et, avec l’application d’un amortisseur, on porterait respectivement ces chiffres à 0,90 et 0,78.
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  - LES MOTEURS HYDRAULIQUES
  - A titre de comparaison, disons que les turbines doubles du Niagara, par exemple, ont un coefficient de puissance égal à 0,295 et que les turbines doubles de Rbeinfelden ont un coefficient de puissance de 0,72, soit encore la moitié, 0,36, pour le cas de la turbine simple.
  - Turbines multiples. — Quand on ne parvient pas à la puissance désirée au moyen d’une seule roue mobile unilatérale, on a la ressource d’en associer plusieurs sur un même axe. De cette manière on peut atteindre, théoriquement tout au moins, telle puissance que l’on veut en embrochant sur l’arbre un nombre suffisant de roues simples. En pratique toutefois, on est limité par les conditions d’établissement de la machine. Ainsi pour le cas de l’arbre vertical, on s’est borné, jusqu’à présent, à deux turbines doubles sur le même arbre, et, si l’arbre est horizontal, on n’a pas dépassé, que nous sachions, le nombre de 6 roues en 3 turbines doubles.
  - De remarquables exemples de ces turbines ont été donnés par les installations faites par la maison Escher-Wyss et Cie, à Chèvres, près de Genève, et à Rheinfelden, sur le Rhin. Nous verrons ultérieurement plusieurs exemples de turbines multiples, qui nous étaient présentés à l’Exposition, notamment par la maison Th. Bell de Kriens.
  - Turbines sur hautes chutes. Roues Pelton. — Avec la facilité que donne le courant électrique de transporter à des distances, même considérables, l’énergie mécanique, l’on recherche toujours davantage les chutes de montagnes, qui permettent des installations peu coûteuses, d’autant moins coûteuses généralement que la hauteur de chute est plus grande. C’est ainsi que l’on s’est préoccupé d’utiliser des chutes de plus en plus élevées. Tout d’abord, il y a une dizaine d’années, les constructeurs avaient une certaine appréhension pour dépasser des hauteurs de chute de 200 m. Us pouvaient craindre, en effet, que le rendement décroisse et que l’usure des aubes soit rapide, et, d’un autre côté, il convenait de se méfier des ruptures par l’effet de la force centrifuge dans les roues tournant à une vitesse périphérique élevée. En fait, nous connaissons plusieurs accidents survenus de ce chef. Mais peu à peu l’on a appris à utiliser des chutes beaucoup plus fortes : 400, 600 et même 900 m1.
  - Pour ces grandes hauteurs de chute, quel est le genre de turbines qui convient le mieux ? On est à peu près d’accord maintenant pour préférer les roues à poches symétriques du genre « Pelton ». Les roues Girard, que l’on installait autrefois et que l’on installe d’ailleurs encore, leur cèdent le pas de plus en plus. Il y avait à l’Exposition un grand nombre de roues genre Pelton présentées par différents constructeurs français et suisses.
  - Ces turbines pour hautes chutes sont toujours précédées d’une conduite en tôle relativement longue par laquelle le liquide est amené à la machine réceptrice. Dans cette conduite fermée, la vitesse moyenne de l’eau atteint jusqu’à 2 et 3 m par seconde, quelquefois même plus; la force vive totale du courant en mouvement est alors considérable, et elle jette le trouble dans la régulation de la turbine.
  - Les coups de bélier occasionnés par les mouvements de fermeture du vannage peuvent alors, si on n’y prend pas garde, augmenter beaucoup, par moments, la pression du liquide en amont de la turbine. Et l’augmentation, ayant lieu dans un temps très bref, prend le caractère d un choe qui peut aller jusqu’à provoquer la rupture des tuyaux, comme cela s’est vu plusieurs fois. Il importe donc de se rendre un compte exact de l’effet produit par l’inertie des colonnes en mouvement. Ce phénomène, d’une théorie malheureusement difficile, en raison des éléments qu’il faut y faire figurer, a été étudié, dans ces derniers temps, par M. l’Ingénieur J. Michaud, puis par M. le Prof. Stodola, et enfin par l’un de nous 2.
  - Régularisation automatique de la vitesse des turbines. — Le réglage automatique des turbines a pour but de maintenir la vitesse de rotation d’une telle machine entre d’étroites limites, quelles que soient les variations de la charge, lentes ou brusques.
  - 1. Nous pouvons citer une chute de 900 m, à Vouvry (Valais) près du lac de Genève, qu’on aménage en ce moment et sur laquelle seront installées plusieurs turbines de 500 chevaux, étudiées et construites parles ateliers de Vevey. Vitesse de rotation : 1 000 tours par minute.
  - 2. A. Ratf.au, Traité des Turbo-Machines, p. 238 à 260,
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  - LA MÉCANIQUE A L'EXPOSITION
  - Le régulateur doit remplir deux fonctions distinctes qui sont, jusqu’à un certain point, contradictoires entre elles. Il faut, d’abord, qu’il assure, en régime permanent, la constance approximative de la vitesse pour une puissance quelconque, depuis la charge nulle jusqu’à la pleine charge. Il faut, ensuite, que lorsque survient une variation rapide et même brusque de la charge, donnant lieu à une période de régime troublé, il rétablisse rapidement l’équilibre entre la puissance motrice de la machine et la puissance qui lui est réclamée, en limitant au minimum possible, comme nombre et comme amplitude, les oscillations de vitesse qui se produisent généralement à ce moment.
  - Dans le cas des moteurs de fabriques ou de moulins, on peut tolérer des écarts de vitesse atteignant 10 0/0 et même davantage; mais, maintenant que les turbines sont le plus généralement utilisées à la conduite des dynamos, on est devenu beaucoup plus exigeant. La plupart des contrats d’aujourd’hui portent que, en régime permanent, l’augmentation de la vitesse, de la pleine charge à la marche à vide, ne doit pas dépasser 5 0/0, et même 3 0/0 seulement, et que l’écart de vitesse, lors d’une variation brusque de charge atteignant le quart de la puissance maximum, en plus ou en moins, ne doit pas s’élever à plus de 4 0/0, 3 0/0 et même 2 0/0.
  - Le contrôle de la vitesse est toujours, en pratique, effectué par un régulateur à boules tournantes ou régulateur centrifuge, que nous appellerons dorénavant le tachym'etre. Ce n’est pas que l’onne puisse appliquer d’autres genres de régulateurs; mais on préfère les régulateurs centrifuges, dérivés de celui de Watt, uniquement parce que ce sont des appareils dont le fonctionnement est sûr. Ils offrent de plus cet avantage de n’emprunter au moteur qu’une force insignifiante.
  - Dans les moteurs à vapeur, le tachymètre agit directement sur l’organe réducteur de la puissance de la machine, valve d’admission de vapeur ou appareil de détente variable. Il ne peut en être de même dans les moteurs hydrauliques, où l’organe de vannage exige toujours, pour être mis en mouvement, un effort relativement considérable, qu’il faut demander à un « relais », c’est-à-dire à un moteur auxiliaire, placé sous la dépendance du tachymètre; dès lors celui-ci n’intervient que pour embrayer ou débrayer ce moteur auxiliaire, dont l’énergie peut être empruntée à la turbine elle-même (régulateurs,à courroies, à déclics, à cônes de frottements, etc.) ou à de l’eau sous pression (régulateurs hydrauliques). On peut encore, évidemment, s’aider d’un courant électrique ou d’une source d’énergie quelconque, pourvu que l’on satisfasse à ces deux qualités essentielles : la rapidité d'action et la sûreté de fonctionnement.
  - Laliaison entre le tachymètre et le moteur auxiliaire était autrefois un simple dispositif d’embrayage et de débrayage. Ce n’est qu'assez récemment que l’on s’est aperçu de l’avantage considérable qu’il y avait, pour le réglage en régime troublé, à réaliser l’asservissement du second de ces appareils au premier, suivant les principes posés par M. J. Farcot. Grâce à cet asservissement, qui est réalisé, comme nous le verrons, par l’addition de quelques pièces très simples, la position de la vanne de réglage de la turbine est complètement déterminée, en régime permanent, par celle de 1’ « index » du tachymètre, tandis que ses déplacements d’ouverture ou de fermeture eh sont, dans une certaine mesure, indépendants pendant une période de régime troublé.
  - Les premiers servomoteurs pour turbines ont été installés, en 1885, par M. P. Piccard, sous la forme de servomoteurs hydrauliques. Depuis, M. Piccard a imaginé un dispositif de servomoteur à déclic, très ingénieux, qui a reçu beaucoup d’applications, tandis que d’autres constructeurs, Escher-Wyss et Cifi principalement, reprenaient le servomoteur hydraulique en le perfectionnant.
  - S’il ne s’agissait que de parer à des variations lentes de la charge de la turbine, les organes dont nous venons de parler suffiraient, et il n’y aurait même pas besoin de l’asservissement du moteur auxiliaire; mais, pour restreindre les écarts de vitesse lors des variations brusques ou rapides de la charge, il est nécessaire d’ajouter un « volant » d’autant plus important que l’on désire une vitesse plus régulière. Souvent ce volant est constitué simplement par les pièces tournantes de la dynamo attelée à la turbine.
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  - LES MOTEURS HYDRAULIQUES
  - Ainsi, dans les cas ordinaires, l’appareil complet qui réalise le réglage d’une turbine se compose, outre la vanne elle-même, de trois organes essentiels : le tachymètre, le servomoteur auxiliaire et le volant.
  - Ce n’est pas tout. L’on se heurte parfois à une grave difficulté qui ne se rencontre pas dans les moteurs à vapeur : je veux parler de l’inertie des colonnes d’eau en mouvement, inertie qui se manifeste, lorsque la turbine est alimentée à l’aide d’une conduite fermée, par des « coups de bélier » d'autant plus énergiques que la conduite est plus longue et la fermeture de la vanne plus rapide. Si l’on n’y prend pas garde, ces coups de bélier affolent le régulateur et rendent tout réglage impossible.
  - On y a remédié autrefois en disposant sur la conduite, près de la turbine, une cloche à air formant tampon élastique. Mais il s’est trouvé parfois que le remède était pire que le mal ; la cloche à air, au lieu de diminuer les coups de bélier, les exagérait jusqu’à provoquer la rupture de la conduite. Le calcul de ces cloches à air est encore aujourd’hui assez incertain.
  - Plutôt que de risquer de se trouver pris par les phénomènes de résonnance des cloches à air, les constructeurs préfèrent renoncer aujourd’hui à leur emploi, d’autant mieux d’ailleurs que ces cloches, pour être efficaces, doivent être volumineuses, qu elles coûtent cher par conséquent, et qu’on a pu, ainsi que nous le verrons, trouver à ce difficile problème une autre solution, très élégante.
  - Les tachymètres modernes se composent de masses tournantes, de forme quelconque, mais généralement sphériques ou cylindriques, fixées à l’une des extrémités d’équerres articulées sur couteaux, dont l’autre extrémité agit sur une tige ou un manchon glissant parallèlement à l’axe de rotation du tachymètre. L’extrémité de cette tige ou de ce manchon est ce que nous appelons «l’index» du tachymètre. Cet index est ordinairement, aujourd’hui, une pointe sur laquelle s’appuie le levier qui transmet le déplacement à l’organe de réglage. Autrefois c’était un anneau : le manchon du régulateur.
  - La force centrifuge des masses tournantes ou pendules est équilibrée par un ou plusieurs ressorts qui peuvent être disposés à l’intérieur ou à l’extérieur du tachymètre. Les ressorts intérieurs, qui tournent avec l’appareil, sont généralement longitudinaux, c’est-à-dire qu’ils sont disposés le long de l’arbre et autour de lui. Les ressorts extérieurs peuvent se placer en un point quelconque du système cinématique qui relie l’index du tachymètre à l’organe de réglage. Ces derniers ressorts exigent que l’index soit taillé en pointe, sans quoi la résistance de frottement deviendrait considérable, en raison dê ce que tout l’effort du ressort se transmet aux masses tournantes, par l’intermédiaire de l’index. Mais ils offrent cet avantage qu’ils permettent de faire très facilement varier la vitesse de régime de la machine.
  - Autant que possible, on doit faire en acier trempé les couteaux et les pointes, ainsi que leurs surfaces d’appui.
  - Presque toujours le tachymètre est complété par un frein à huile destiné à amortir les oscillations de l’appareil. Ce frein est monté à l’extrémité d’un levier relié à l’index du tachymètre ; d’autres fois, comme dans les régulateurs de la maison Escher-Wyss et Cie, le frein est installé directement sur l’axe du régulateur de façon à éviter toute transmission intermédiaire; mais cela senlble avoir aucun avantage.
  - Quelquefois on a soin de laisser un peu de jeu dans l’articulation avec le frein à l’huile, afin que le tachymètre ne soit en aucune façon gêné dans le commencement de son action. On gagne ainsi en rapidité, ce qui est essentiel.
  - Après ce préambule, nous allons passer à l’examen détaillé de tous les objets exposés dans la classe des turbines hydrauliques. Nous commencerons par les maisons françaises.
  - La plupart des dessins que nous aurons à joindre au texte ont été déjà publiés dans la Schiceizerische Bauzeitung1.
  - 1. Prof. Fr. PrÂsil, Die Turbinen und deren Regulatoren an der Weltausstellung in Paris, 1900, Schweh. Bauzeilung, Bd XXXVI, n* 13 et Bd -XXXVII, n« 6 à 18.
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  - LA MÉCANIQUE A L’EXPOSITION
  - MAISONS FRANÇAISES
  - DARBLAY PÈRE ET FILS, A ESSONES ET PARIS
  - MM. Darblay ont exposé une turbine américaine {fig. 1), à axe vertical, montée dans une
  - Niveau 1 d'aval .
  - Installation d’une turbine américaine à chambre d’eau par la maison Darblay.
  - Fig. 1
  - chambre d’eau, et dont les aubes rapportées, en bronze, étaient fixées par des boulons au moyeu
  - H
  - Fig. 2.
  - de la roue mobile, sans liaison aucune sur la circonférence extérieure. Ils font tout spécialement remarquer leur palier à billes, système Ch. Yigreux * [fig. 2).
  - 1. Ch. Yigreux, Turbines, Art de l'ingénieur. Paris, 1899.
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  - LES MOTEURS HYDRAULIQUES
  - Cette maison présentait encore une turbine Girard à injection partielle et des échantillons de roues mobiles et de directrices de turbine Girard à axe vertical, bruts de fonderie, sans nouvelle particularité de construction.
  - LAURENT ET COLLOT A DIJON
  - Ces constructeurs avaient exposé une turbine dite normale, dérivée du type américain « Hercule », et un régulateur hydraulique à action directe.
  - Turbine normale. — La figure 3 représente une turbine à axe vertical.
  - Les aubes, en fonte ou tôle d’acier, boulonnées sur le moyeu en fonte, sont fortement serrées par des frettes rivées, et se contrebuttent les unes contre les autres sur le milieu de leur bailleur.
  - Une des cloisons verticales du distributeur est amovible de manière à permettre la visite de la turbine.
  - L’appareil de vannage est formé par un cylindre circulaire extérieur à la turbine et dont la base est composée d’une série de lèvres en acier qui, en coulissant entre les aubes du distributeur, servent à guider la veine liquide. Grâce à ce vannage extérieur, on évite tout jeu appréciable entre le distributeur et la roue mobile, et on est dispensé de construire une chambre étanche au-dessus du distributeur pour l’y loger, comme dans le cas du vannage intérieur.
  - Le pivot est noyé (fig. 3). La cra-paudine renversée qui termine l’arbre de la turbine vient s’appuyer sur un bloc de bois vissé à l’intérieur d’une douille qui coulisse, à frottement doux, dans le noyau d’un croisillon venu de fonte avec le tube de décharge. Cette douille repose sur un balancier compensateur qui rattrape le jeu venant de l’usure de ce bloc de bois. Des canaux ménagés dans la
  - Fig. 3.
  - crapaudine évitent l’élévation de température du pivot en assurant la circulation de l’eau. La turbine fonctionne noyée.
  - Le régulateur [fig. 4), qui était exposé d’autre part, est à action directe. Voici, en principe, son mode de fonctionnement. Le pendule centrifuge peut, par l’intermédiaire d’un balancier et de la tige T, donner un mouvement de va et vient aux deux manchons m et m ; le poids/de l’ensemble de la tige et des manchons est équilibré par une masse fixée à l’extrémité du balancier. L’arbre de la turbine transmet son mouvement de rotation à l'arbre O par le dispositif A, B ou C. Cet arbre O, par les pignons coniques a et ô, ou a et b' fait tourner, dans un sens ou dans l’autre, l’arbre K qui commande par vis sans fin l’arbre vertical V relié au vannage.
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  - LA MECANIQUE A L’EXPOSITION
  - Afin d’embrayer ces pignons, la tige T porte deux colliers qui font coulisser sur l’arbre O les deux manchons m'et m solidaires de cet arbre ; ces manchons entraînent à leur tour, par cônes de friction D ou D', fous sur l’arbre .0, les cylindres E ou E\ A l’intérieur de chacun de ces cylindres, un ressort r fixé à ses extrémités au manchon D et au pignon d, vient, en s’enroulant ou se déroulant, se serrer fortement, soit contre la surface latérale du cylindre E, soit contre une bague t calée sur l’arbre 0, à une distance convenable de a. Dans l’un ou l’autre cas on conçoit, qu’une fois le ressort tendu, le mouvement du manchon D sera transmis au pignon, et qu’on aura embrayé.
  - En résumé, on voit que le régulateur aura eu simplement à tendre ou à détendre un ressort, pour que le vannage soit mis en mouvement par un arbre tournant sous l’impulsion même de la turbine.
  - Si la résistance d’inertie à vaincre dépasse celle pour laquelle les ressorts r ont été calculés, un encliquetage de sûreté, maintenu par un fort ressort M, isole la roue dentée et évite tout acccident ; le déclenchement se fait avec bruit et sert d’avertisseur.
  - LOYER ET JOLY, A EPINAL
  - #
  - Cette maison n’exposa que des turbines à action; entre autres une turbine à injection totale, pour débits variables (fig. 5), de 2,80 m de diamètre moyen; à chambre d’eau ouverte.
  - L’aubage de la roue mobile est disposé pour que la veine fluide remplisse complètement le vide laissé par les aubes, de façon que la turbine conserve son rendement lorsqu’elle tourne dans l’eau.
  - L’arbre, en fonte, est creux, avec pivot Fontaine.
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- - o-io
  - LES MOTEURS HYDRAULIQUES
  - Le vannage, du système Joly, se manœuvre mécaniquement à l’aide d’un volant. 11 est composé de clapets ouvrant ou fermant, les uns après les autres, les orifices du distributeur, de manière qu’un orifice ne s’ouvre ou ne se ferme que lorsque le précédent l’est déjà complètement.
  - Aucun organe, vis, boulons ou articulations, n’entre dans la construction de ce vannage, ce qui permet à un ouvrier de monter et démonter les clapets sans aucun outil. Chaque clapet s’enlève et se place instantanément.
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  - LA MÉCANIQUE A L’EXPOSITION
  - Les glaces, le limon, le sable, en un mot tous les corps étrangers qui passent à travers le grillage se posant sur le vannage, sont renversés puis entraînés par l’eau à l’ouverture de chaque clapet.
  - Une turbine Girard double, à axe horizontal, était munie d’un régulateur actionnant l’arbre de réglage par engrenages coniques. La ligure 6 donne un schéma de ce régulateur.
  - Sur la douille du tachymètre est fixé un excentrique D. Un double levier H porte à chacune de ses deux extrémités des galets s de diamètres différents ; le plus grand galet au-dessous du petit pour la branche avant et au-dessus pour la branche arrière.
  - En montant ou descendant, l’excentrique D vient appuyer soit sur les galets d’arrière, soit sur ceux d’avant, ce qui déplace les leviers H et la fourche à courroie R, d’où l’embrayage de l’un ou de l’autre des engrenages coniques réalisant la fermeture ou l’ouverture du vannage.
  - En outre, pour supprimer autant que possible l’écart entre les vitesses d’embrayage et de débrayage, on a adopté une disposition spéciale. Le levier H est animé d’un mouvement vertical de va et vient de telle amplitude, que si, par exemple, l’excentrique a agi, pour fermer le vannage, sur le gros galet du levier avant, par suite du mouvement ascensionnel de ce galet, l’excentrique l’abandonne bientôt et vient au contact du galet moyen, la fourche R ramène alors la courroie de transmission sur la poulie folle, et ainsi de suite. On n’a donc, comme on le voit, qu’une action intermittente de l’arbre de réglage. •
  - Le tableau suivant fait connaître les angles donnés habituellement aux aubes du distributeur et de la roue mobile :
  - Turbine à veine moulée.........,...
  - — Girard axiale..............
  - — — à injection partielle
  - SINGRÜN FRÈRES, A ÉPINAL
  - Ces constructeurs exposèrent une série de turbines qu’ils divisaient en trois catégories.
  - Turbines pour basses et moyennes chutes ;
  - — — moyennes et hautes chutes;
  - — — très hautes chutes.
  - Les turbines des deux premières catégories sont toutes du type centripète bien connu « Hercule » dû à l’ingénieur américain Mac Cormick, mais la maison Singrün y a apporté différentes modifications. Elle désigne le type qui en est résulté sous le nom de « Hercule Progrès».
  - La troisième catégorie est formée par des roues à poches du genre Pelton.
  - Turbines pour basses et moyennes pressions. — En figure 7 est représentée une turbine à chambre d’eau ouverte, construite pour une chute de 2 à 8 m. Elle transmet son mouvement par engrenage, ou par courroie si la puissance ne dépasse pas 50 chevaux, à un arbre horizontal.
  - Les aubes de la roue mobile sont en fonte de fer, fonte d’acier ou bronze ; elles sont rapportées et fixées au moyeu par un ou deux boulons chacune, suivant leur poids ; elles sont maintenues sur la circonférence extérieure par deux frettes en fer forgé. Cette fabrication par pièces détachées, plus coûteuse, il est vrai, que le moulage en une seule pièce, a l’avantage d’assurer la correcte exécution de chaque élément.
  - Une des aubes du distributeur est démontable afin de permettre la visite de la roue mobile. Le distributeur repose sur un anneau de fonte placé sur le plancher de là chambre d’eau. Cet anneau porte le croisillon auquel est fixé le pivot de l’arbre de la turbine.
  - Le réglage se fait par vanne cylindrique à tiroir mue par crémaillères et pignons coniques,
  - Distributeur
  - 25°
  - 25°
  - 20°
  - Roue mobi^s 22°
  - 16 à 16° 12°
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- - LES MOTEURS HYDRAULIQUES
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  - Le couvercle delà chambre qui abrite cette vanne supporte un palier de guidage pour l’arbre de la machine. °
  - -£2£‘Z
  - Tous les paliers sont en bois de gaïac.
  - L’arbre est creux, en fonte, ou plein, en acier. Dans ce dernier cas, le pivot peut être noyé. C’est alors un pivot Fontaine avec lentilles d'acier et coussinet de réglage en gaïac. Il peut être aussi au-dessus de la turbine, hors de l’eau, et composé comme le système précédemment
  - 2
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  - LA MÉCANIQUE A L’EXPOSIÎlON
  - décrit — d’une rangée de billes roulant entre deux plateaux d’acier fondu, le* tout graissé à l’huile et logé dans une cuvette facilement accessible. Cette disposition, en compensation de
  - i
  - 11,000
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  - -5,500 JH
  - -5500 J
  - son prix assez élevé, assure au moteur une marche plus douce et un meilleur rendement.
  - Turbines pour moyennes et hautes chutes. — Ces turbines, à axe horizontal ou vertical, sont le plus souvent installées dans une chambre forcée ou huche métallique, et reçoivent l’eau par une conduite en tôle, en fonte, ou même en bois lorsque la chute n’est pas trop élevée. Leur installation est particulièrement facile. Comme leur vitesse de rotation est très grande, elles peuvent, dans la généralité des cas, être attelées directement aux dynamos. Elles peuvent aussi être placées en un point quelconque de la chute et travailler en aspiration sur une partie de celle-ci. Pour équilibrer le poids de la partie mobile de la dynamocalée surl’arbre delà turbine,
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- - LES MOTEURS HYDRAULIQUES 5_i0
  - un piston compensateur {fig. 8) reçoit sur sa face inférieure la pression de la conduite d’alimentation, alors que sa face supérieure est en communication avec l’atmosphère.
  - t
  - La figure 9 donne un schéma de l’installation de la station électrique de Zamora, qui comprendra, quand elle sera complètement terminée, deux turbines de 500 chevaux et o turbines de 900 chevaux, accouplées directement aux génératrices.
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  - LA MÉCANIQUE A L’EXPOSITION
  - Les figures 10 et 11 représentent une turbine double horizontale, d’une puissance de loÜOche-vaux pour 30 m de chute et 450 tours par minute. Le réglage s’y fait par une vanne rotative (,fig. 12) disposée à la circonférence extérieure de la roue mobile. Deux coudes en fonte, munis de regards de visite, et prolongés par des tubes de succion, évacuent l’eau de chaque côté delà huche. L’arbre moteur, en acier forgé, sort de la huche à travers deux presse-étoupe, et est sup-
  - porte, a une extrémité, par un large palier à graissage automatique fixé sur un support en fonte indépendant du bâti de la machine ; et, à l’autre extrémité, par un palier de butée solidaire de la huche. Ce palier permet de faire fonctionner l’une ou l’autre des deux turbines isolément. A cet effet, il résistera à une poussée longitudinale dans un sens par les lentilles E et à une poussée en sens contraire par le système des plateaux P et des billes B. Quand les deux turbines marcheront simultanément, les poussées longitudinales étant équilibrées, le palier de butée ne supportera aucune pression. Enfin, a l’intérieur de la huche, entre les deux turbines, l’arbre est guidé par deux boîtards fixés sur les dômes des moteurs.
  - Turbines pour très hautes chutes.— Pour les roues dites « Excelsior », qui appartiennent à la classe des roues Pelton, MM. Singrün ont imaginé un ajutage permettant de régler le débit sans modifier la direction de la ligne médiane de
  - Fig. 13.
  - -K s- *S
  - O, SOO
  - Fig. 1 i.
  - la veine fluide, et sans que celle-ci cesse de rester compacte. A cet effet, deux mâchoires H et H' [fig- 13) qui limitent latéralement l’ajutage, peuvent être rapprochées ou écartées par les pignons I ; des rainures S conduisent l’eau sur la face extérieure de ces mâchoires, équilibrant ainsi la pression qu’elles supportent et facilitant leur manœuvre. Les arbres des .pignons I et U sont commandés par une vis sans fin unique, actionnée soit à la main, soit par le régulateur.
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  - Une des roues exposées était calculée pour 225 chevaux et 600 tours par minute sous une chute de 200 m. Elle avait 0,90 m de diamètre et portait 22 aubes en acier coulé, avec arête médiane, montées sur un disque en fonte. Son arbre, en acier forgé, était maintenu par deux longs paliers, à graissage automatique. Le bâti était en fonte, et un couvre-roue en tôle d’acier empêchait les projections de l’eau à l’extérieur.
  - Le régulateur à double effet de la maison Singrün (fig. 14) fonctionne, en principe, de la manière suivante. Deux paires de cliquets H et H', animés d’un mouvement continuel de va-et-vient, peuvent pousser, dans un sens ou dans l’autre, l’engrenage F calé sur l’arbre G qui, par une vis sans fin, commande le vannage. Quand la vitesse de la turbine est normale, un plateau E soulève les cliquets dont le mouvement est alors sans action sur la roue F.
  - Si la vitesse de la turbine varie, le régulateur agit par la tige B sur le levier C, qui porte un secteur denté engrenant avec un pignon venu de fonte avec le disque E. Le déplacement du levier C détermine la rotation du disque E dans un sens ou dans l’autre, dégageant ainsi les cliquets II et H' ou H' et H. Ceux-ci, à leur tour, agissant sur la roue F, ouvrent ou ferment le vannage. L’asservissement n’est pas réalisé ; car le mouvement de retour du plateau E se produit sous l’action du régulateur lui-même, lorsque celui-ci revient à sa position moyenne.
  - Par l’intermédiaire de la poulie R et de l’engrenage T, T', la turbine commande l’appareil. Le levier M permet de ramener à la main le disque E dans sa position moyenne pour arrêter l’action du régulateur lorsqu’on veut manœuvrer la vanne pour la mise en marche ou l’arrêtdu moteur. « Comme il peut arriver que la turbine, étant accouplée à un moteur, ce dernier l’entraîne, et que le régulateur, si on a oublié de le débrayer, agisse encore sur la vanne dans un sens ou dans l’autre lorsqu’elle est arrivée à fond de course, on a muni l’appareil d’un dispositif de sécurité. A cet effet, un engrenage O, portant un taquet P, reçoit son mouvement de rotation d’un petit pignon Q, par l’intermédiaire d’un engrenage Q' dont le diamètre est calculé de façon que, pour une course donnée du taquet P, l’arbre G fait le nombre de tours voulu pour ouvrir en plein la vanne de la turbine. Quand celle-ci est à fond de course, le taquet P intervient donc pour ramener automatiquement le disque E à sa position moyenne, l’action du pendule étant reprise, automatiquement aussi, dès que la cause qui a produit le déclenchement aura cessé L »
  - Comme pièce de fonderie, très réussie, on peut citer la roue mobile coulée d’une seule pièce, représentée figure 15.
  - 1. Gérard Lavergne, Les turbines hydrauliques à l’Exposition de 1900 (Génie civil, 20 avril 1901).
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  - TEISSET, V™ BRAULT ET CHAPRON, A PARIS ET A CHARTRES
  - Cette maison construit toujours des turbines Fontaine (celui-ci fut le fondateur de l’usine de Chartres) à axe vertical et vannage à rouleaux. On les installe dans une chambre à l’air libre; quelquefois, pour des chutes de i> à 20 m, en bâche. Les constructeurs estiment que si l’on veut avoir une vitesse de rotation relativement faible, il est préférable d’employer des turbines Fontaine, qui, fonctionnant sans réaction, peuvent avoir un diamètre plus grand que les turbines américaines à réaction, d’où une vitesse moindre.
  - Ils exposèrent des turbines américaines (flg: 16 et 17), système « Hercule », à vanne cylindrique mue par crémaillères, et à pivot hors de l’eau. Le pivot noyé a en effet, d’après ces constructeurs, l'inconvénient de se brûler dès que le niveau d’aval s’abaissant, il vient à être dénoyé. En outre, dans le fonctionnement normal, la partie centrale dans laquelle l’eau ne circule jamais se détruit, et toute la pression se reportant à la périphérie, il en résulte une dépense notable de travail de frottement. Enfin la mise hors de service de ce pivot entraîne l’arrêt momentané de toute l’usine, et, pour pouvoir le remplacer, il est nécessaire de démonter la turbine ou d'établir un batardeau à l’aval et d’épuiser la chambre.
  - Le pivot hors de l’eau est toujours accessible et démontable ; graissé à l’huile, il absorbe notablement moins de travail de frottement que le pivot en bois ; il peut être remplacé en quelques minutes. Ces avantages compensent largement la dépense nécessaire à sa construction. La disposition de l’arbre creux qui porte le pivot hors de l’eau permet de régler la turbine d’une façon précise, par rapport à son distributeur.
  - On remarquait encore un régulateur du système Ribourt, où. le pendule centrifuge est remplacé par une pompe rotative, pressant le liquide dans un réservoir fermé par un piston à sa partie supérieure, et pourvu d’une ouverture de décharge fermée par une soupape à cône qui offre au liquide une section d’écoulement de plus en plus faible, à mesure que la pression croît dans le récipient. La commande de la pompe est faite directement par l’arbre moteur; le débit de liquide est donc proportionnel à la vitesse de rotation de la turbine. On règle la soupape de décharge de manière que, pour la vitesse normale, la quantité de liquide qui s’écoule soit justement égale au débit de la pompe ; le piston supérieur restera alors immobile. Si la vitesse change, ce piston se déplace, et son mouvement est transmis à la soupape de réglage d’un servomoteur hydraulique. La transmission de mouvement entre le piston et la soupape de réglage se fait au moyen de cordes. L’appareil paraît donc être encore dans la période d’essais.
  - Fig. 16.
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  - Fig. 17.
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  - LA MECANIQUE A L'EXPOSITION
  - AUTRICHE ET HONGRIE
  - La Schiffsbau und Maschinenfabrik Aktiengesellschaft « Danubius » à Budapest, a exposé :
  - 1° Une turbine Francis de 50 chevaux à 332 tours par minute, sous une chute de 10 m, à arbre horizontal, à chambre d’eau ouverte avec tuyau de succion et où le réglage, du système Fink, se faisait à la main.
  - 2° Une roue mobile « Francis», faisant partie d’une turbine à axe vertical de 28 chevaux et 34 tours et demi par minute, sous une chute de 1,25 m, destinée, par le Gouvernement hongrois, à mouvoir les portes de l’écluse d’O’Besce (Hongrie) sur le canal « François-Ier ».
  - 3° Une roue mobile « Girard », dans laquelle on obtenait un guidage symétrique et la concentration de la veine liquide autour du cylindre moyen, grâce à la position et à la forme bombée des aubes en tôle.
  - La vitesse d’entrée de l'eau à la circonférence de ces deux dernières roues mobiles devait être : u = 0,G2 V^H. C’est-à-dire que le coefficient \ de vitesse égale 0,62.
  - Cette exposition hongroise, sans originalité marquée, se recommandait pourtant par la variété de ses formes et par l'intelligence de son exécution.
  - Régulateur Rüsch-Sendtner.—Dans la section autrichienne, fut exposée une série de régulateurs système Rüsch-Sendtner (fig. 18). Ce sont des freins hydrauliques d’absorption du travail
  - . .1 i
  - f -
  - Fie.. 18.
  - en excès. Ils se composent, en principe, d’une caisse à deux compartiments a et b. Une pompe centrifuge C provoque un mouvement continu du liquide d’un compartiment vers l’autre. Le pendule centrifuge à ressort P déplace, par l’intermédiaire de leviers q et r, une vanne à tiroir presque équilibrée, qui règle la quantité de liquide en circulation, et, de ce fait, la quantité d’énergie absorbée par la pompe centrifuge. On accouple le régulateur et la pompe à la turbine. Tout changement de vitesse de celle-ci provoque une variation simultanée dans le travail de la pompe ; il en résulte que la vitesse de tout le système restera dans les limites correspondant à la course du régulateur. A la vitesse limite inférieure, la vanne est fermée et, la pompe n’ab-
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- - LES MOTEURS HYDRAULIQUES
  - 3-25
  - sorbe qu'une petite fraction du travail de la turbine. Ce dispositif mettant en mouvement, au contact de l'air, une grande masse de liquide, l’élévation de température y est relativement faible. Une pompe annexée à l’appareil permet d'ailleurs de renouveler l’eau, dès que la température s’y élève trop.
  - Les diagrammes de la figure 19 montrent que ces appareils peuvent être employés dans de larges limites de vitesse.
  - Appliqué aux turbines, ce régulateur a l’avantage de ne causer aucune variation de pression dans la conduite d’amenée; mais il a l’inconvénient de tous les freins d’absorption, qui est d’abaisser d’autant plus le rendement mécanique du moteur que le travail utile demandé à ce
  - Fig. 19.
  - dernier est plus faible. 11 serait tout à fait irrationnel dans le cas où, la turbine étant alimentée par un réservoir de faible capacité, il faudrait ne consommer qu une quantité d eau proportionnelle au travail du moteur.
  - La rapidité d’action de ce régulateur est' mise en évidence par les diagrammes de la figure d9, relevés lors de l’essai d’un appareil du type n° o. La variation maximum de puissance allait de 0 à 18 chevaux.
  - GAN Z ET Cie, A BUDAPEST
  - La Société Ganz et Cie, de Budapest, exposait une grande turbine à axe horizontal, système « Francis», munie d’un régulateur avec servomoteur à double effet. Cette turbine, destinée à la fabrique de carbure de Jaice (Bosnie), était calculée pour donner 1 000 chevaux à 300 tours par minute sous une chute de 68 à 74 m.
  - On voit {fig. 20), un système de réglage, par servomoteur hydraulique avec régulateur à ressort, qui a été appliqué à deux turbines de 630 chevaux du même système. L’eau, amenée par une conduite de 1,60 m de diamètre, destinée à alimenter cinq turbines {fig. 21, 22,23), passe dans une volute spiraloïde avant de pénétrer dans le distributeur. Cette volute constitue le bâti
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  - LA MÉCANIQUE A L’EXPOSITION
  - de la machine. On peut isoler chaque turbine de la conduite par une vanne à papillon manœu-vrée à la main. L’amplitude des variations de niveau dans le bief d’aval pouvant atteindre 5,32 m, on a adapté un tube de succion à la turbine.
  - Le distributeur comprend vingt-quatre aubes mobiles à charnière, du système Fink [fîg. 23) et des aubes de guidage. Dans la turbine exposée, la tige du piston du servomoteur agissait, par l’intermédiaire de leviers, sur la couronne portant sur les aubes mobiles, réglant ainsi la section offerte à l’admission de l’eau dans les aubes directrices.
  - Fig. 20.
  - Il y a à la roue mobile trente aubes à veine moulée, solidaires des couronnes extérieures. Le diamètre périphérique de cette roue est de 1,45 m, ce qui donne une vitesse tangentielle
  - u = 0,487 sj'lgW (; = 0,487).
  - L’arbre sort de la turbine à travers deux presse-étoupe. Il repose à ses extrémités sur deux longs paliers graisseurs à bague, fixés l'un au bâti, l’autre à une semelle faisant corps avec le distributeur. Un manchon d'accouplement, système Zodel if,g. 20), relie l’arbre au moteur.
  - Le servomoteur est à double effet ; l’asservissement a été réalisé par une disposition rationnelle des leviers liant le manchon du régulateur, le servomoteur et son organe de réglage.
  - Cet organe de réglage se compose d’un cylindre et de deux’Jpistons. Le cylindre communique avec les deux faces du servomoteur et peut recevoir de l’eau sous pression préalablement filtrée. Un premier piston, dit de suspension, se meut librement à l’intérieur du cylindre. Il est formé par huit rondelles en bronze régulièrement espacées, et calées sur un arbre creux percé d’orifices pouvant mettre en libre communication les intervalles compris entre ces rondelles. Un
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  - Fin. 21.
  - "K£'?)_
  - Fig. 22.
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  - LA MECANIQUE A L'EXPOSITION
  - second piston, dit de réglage, se déplace à l’intérieur de cet arbre creux sous l’action du pen dule centrifuge ou du servomoteur.
  - La figure 24 montre les différentes positions relatives des deux pistons, auxquelles correspondent des phases différentes dans le fonctionnement du servomoteur.
  - Fig. 23.
  - et l’appareil revient à une position 5, qui n’es de construction du cylindre et des pistons, produirait, si le piston de réglage, au lieu d’ê
  - Position 1. — Le piston de reglage et le pislon de suspension sont à leur position moyenne ; le servomoteur est au repos.
  - Position 2. — Le piston de réglage est soulevé. La pression de l’eau venant du filtre s’exerce alors sur la face inférieure du piston de suspension qui se soulève aussi, et la conduite d’eau sous pression communique avec le servomoteur.
  - Position 3. — Les pistons de suspension et de réglage ont repris la position relative, l’un par rapport à l’autre, qu’ils avaient dans le schéma 1 ; mais le servomoteur fonctionne.
  - Position 4. — Le pislon de réglage est revenu à sa position moyenne. L’eau sous pression, agissant alors sur la face supérieure du piston de suspension, le fait descendre; autre que la position t. Par suite de la symétrie le même mouvement, mais en sens inverse, se re soulevé, était abaissé par le régulateur.
  - Fig. 21.
  - Dans cette machine, on doit louer la modernité de la forme, la solidité et la précision de l’exécution. Une pelite turbine Girard, axiale, de 5 chevaux, sous une chute de 50 m, était sans particularité nouvelle.
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- - LES MOTEURS HYDRAULIQUES
  - 5-29
  - SUÈDE ET NORVÈGE
  - Les Drammens Jernstoberi et mekaniske Vaerksted ont exposé une turbine Girard à injection partielle, axe horizontal, valve à papillon et régulateur avec servomoteur hydraulique à double effet. — Elle était destinée à une fabrique de Flekke Fiord (Norvège) et devait donner 150 chevaux et 500 tours par minute, sur une chute de 100 à 106 m.
  - La maison Qvist et Gjers, à Arboga (Suède), exposait une turbine double, à axe horizontal à quatre rangées d’aubes, calculée pour 500 chevaux et 250 tours sous 10 m de chute. Elle devait être installée à l’usine électrique de Téroug, sur la rivière Kolback.
  - Elle était renfermée dans une huche en fonte, qui portait trois tubulures d’admission et deux tuyaux de succion; les roues mobiles avaient 0,70 m de diamètre extérieur, d’où une vitesse périphérique u = 0,65 sJ'igW (l = 0,65).
  - Le réglage, par vanne à rideau, sur le pourtour extérieur des distributeurs, n’était qu’une variante du système Zodel, qui sera décrit ultérieurement.
  - Maison F. Hiorth, à Christiania. — Ce constructeur s’est proposé de ne pas modifier le régime du cours d’eau sur lequel la turbine est installée, quel que soit le travail de celle-ci. Pour cela, il faut que la même quantité d’eau traverse toujours la machine; en marche normale, aussi bien qu’à l’arrêt. Il y est parvenu par la disposition de la figure 25.
  - Le distributeur, par les orifices E, conduit l’eau à la roue mobile, et, par les orifices G et les canaux F, envoie directement la quantité excédante dans le tube de décharge.
  - Quand le vannage découvre les orifices E, il ferme en même temps les orifices G, de manière que la surface totale d’écoulement de l’eau reste constante. lien résulte que le débit à travers la turbine demeure invariable. Le distributeur est aussi muni d’ailettes externes qui permettent d’envoyer dans la turbine, en sens inverse du mouvement de celle-ci, l’eau qui s’échappe directement; d’où l’arrêt presque instantané de l’appareil.
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  - LA MECANIQUE A L'EXPOSITION
  - MAISONS SUISSES
  - ESCHER-WYSS ET O, A ZURICH
  - Cette Société, qui a pris part à presque toutes les installations d’usines hydroélectriques faites, ces dernières années, en France et en Suisse, a apporté d’importants perfectionnements à la construction et au réglage automatique des turbines. La première, en Suisse, elle leur a appliqué l’appareil Meunier. En 1889 déjà, elle avait exposé une turbine alimentée par dessous, de façon à soulager le pivot, et munie, sur le tuyau d’aspiration, de soupapes régularisant la marche en cas de variations brusques de la charge.
  - Turbines centripètes pour faibles chutes
  - A l’Exposition dernière, on remarquait particulièrement une turbine double Francis, à axe horizontal, de 2 500 chevaux et 160 tours par minute, sous 25 m de chute. Cette turbine est représentée (fig. 26, 27 et 28). L’eau est évacuée à travers un bâti en forme de cloche qui surmonte le tube de succion.
  - Fig. 26.
  - La roue mobile, de 1,60 m de diamètre extérieur, se compose de 20 aubes en tôle d’acier de
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- - LES MOTEURS HYDRAULIQUES 5-31
  - 10 mm d épaisseur, prises, par leur bord, dans la fonte qui forme les joues. Les arêtes de sortie
  - des aubes engendrent une surface de révolution conique, ce qui favorise l’écoulement de l’eau vers l’ouïe et évite les remous.
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  - LA MÉCANIQUE A L'EXPOSITION
  - Pour 1,60 m de diamètre extérieur de la roue, 25 m de chute de 160 lours par minute, on obtient une vitesse relative u : sj'igW = 0,60.
  - Fig. 28.
  - Le vannage est du système Zodel ; le réglage est effectué par servomoteur à pression d’huile (30 kg par cm2).
  - -----700
  - Fig. 29.
  - Les paliers, fixés aux couvercles des distributeurs, sont à graissage automatique; celui de
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- - 5-33
  - LES MOTEURS HYDRAULIQUES
  - gauche (côté de la transmission) reçoit sur ses joues, par deux collets de l’arbre, des poussées longitudinales, faibles d’ailleurs par suite de la répartition symétrique des deux turbines.
  - Un anneau porteur, en fonte, sert à fixer le bâti, et le tube de succion est encastré dans la maçonnerie, à sa partie supérieure.
  - La figure 29 représente une turbine « Francis », de 600 chevaux, à axe horizontal et à distributeur spiraloïde, qui doit faire 300 tours par minute sous 43 m de chute. On a construit 4 de ces turbines pour la Société des forces motrices de la Yézère, près Limoges. Le réglage se fait par anneau Fink, mû par servomoteur hydraulique ifig. 30). L’arbre traverse le corps de turbine dans deux presse-étoupe. Il est supporté par deux paliers, à graissage automatique. Les
  - 3
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- - 5-34 LA MÉCANIQUE A L’EXPOSITION
  - poussées longitudinales sont transmises à l’un des paliers par un collet, et au bâti par un dis positif de butée qui se voit en figure 29.
  - Une turbine plus petite, dans laquelle le régulateur et le servomoteur sont fixés sur le bâti même de la machine, est représentée (fig. 31 et 32). Le vannage est du système Zodel {fig. 33).
  - Fig. 33.
  - 11 se compose, en principe, d’un anneau pouvant se déplacer entre le distributeur et kla roue mobile, et portant des cloisons qui, à l'admission totale, forment le prolongement des aubes fixes du distributeur. Une tôle d’acier prolonge la face postérieure de ces aubes fixes jusqu’à l’entrée de la roue mobile, assurant ainsi un guidage parfait de la veine liquide, quelle que soit la position du vannage.
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- - 5-3 o
  - LES MOTEURS HYDRAULIQUES
  - On peut reprocher à celte disposition d’introduire, entre le distributeur et la roue mobile, des lamelles d’acier flexibles, susceptibles de vibrer sous l’action des jets d’eau. D’autre part, on aperçoit un défaut de ce système : la brusque contraction des canaux distributeurs, suivie d’un brusque évasement, dû au décrochement des parties mobiles des ailes par rapport aux parties fixes; c’est une cause de tourbillons et de pertes de charge, lors des ouvertures partielles du vannage.
  - Servomoteur hydraulique. — Les figures 34 et 33 représentent le servomoteur hydraulique employé par la maison Escher-Wyss dans plusieurs de ses turbines.
  - L’eàu sous pression agit sur un piston différentiel AB qui est relié, par une bielle I et une manivelle G, à l’arbre F qui commande le vannage de la turbine.
  - ferme, oufore,
  - Arrovee d eaiL =p SOULS , J pressucmA
  - o>:ô;
  - Fig. 34.
  - L’espace annulaire DD' est en communication permanente avec l'eau sous pression, tandis que le grand cylindre G est mis en communication par le tacliymètre T, soit avec l’eau sous pression, soit avec l’échappement à l’atmosphère. Dans le premier cas, le piston différentiel se déplace vers la droite, et produit la fermeture du vannage, tandis que, dans le second cas, le piston est ramené vers la gauche, et l’ouverture du vannage s’ensuit.
  - La distribution de l’eau sous pression au cylindre G est faite par une soupape qui oscille entre les deux petits orifices m et n.
  - Par la tige K, la soupape est suspendue au point e du levier H pivoté en d et appuyé sur l’index du tachymètre T. Quand le tachymètre déplace son index, il produit donc en même temps le déplacement de la soupape. Or l’orifice m est en relation constante avec l’eau sous pression, pendant que l’orifice n est en relation avec l’échappement à l'atmosphère ; et l'intervalle entre les deux orifices est en communication avec le grand cylindre C. On voit donc que, lorsque l’index du tachymètre s’élève et que la soupape s’élève aussi, l'orifice n se ferme, et l’eau sous pression afflue dans le cylindre C par l’orifice m, et que, au contraire, lorsque l’index s’abaisse, la soupape ferme l’orifice m d’arrivée d’eau pendant qu’elle ouvre l’orifice n.
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  - LA MECANIQUE A L'EXPOSITION
  - Si, maintenant, la soupape se tient entre ces deux positions extrêmes, de manière que les deux orifices présentent à l’eau la même section, la pression dans le cylindre C se maintient à la moitié environ de la pression initiale de l’eau, et il y a équilibre des poussées de part et d’autre du piston différentiel AB. Celui-ci reste donc en place.
  - Ce système très simple de la distribution de l’eau, offre deux avantages très sérieux. D’abord la soupape n’est poussée que rarement à fond de course parle tachymètre ; généralement elle ne se déplace que partièllement et il en résulte une vitesse de fermeture ou d’ouverture plus ou moins grande. Ce ne sera que dans une variation importante de la charge que la soupape sera poussée à fond par le régulateur, et que la vitesse de déplacement du piston AB s’élèvera au maximum dont elle est susceptible. Lors d’une petite variation de charge, au contraire, la vitesse de fermeture ou d’ouverture de la vanne se proportionne à la grandeur de celte variation.
  - Ensuite on voit que la petite soupape reçoit du liquide une poussée variable quand elle s’abaisse, la poussée de bas en haut qu’elle subit croît depuis zéro jusqu’à une valeur qui peut atteindre plusieurs kilogrammes. Cette poussée s’oppose un peu au déplacement du tachymètre, et lui donne de la stabilité.
  - Bien entendu, il faut, dans chaque cas, calculer la pression de l’eau et les sections du piston différentiel, de manière que la résistance du vannage soit toujours largement vaincue. II faut aussi calculer les sections des petits orifices m et n, de façon que la vitesse de fermeture de la vanne soit celle que l’on s’est proposé d’obtenir. Généralement des orifices de 6 à 10 millimètres de diamètre suffisent.
  - L’asservissement est réalisé par des dispositifs très simples.
  - Le point de rotation d du levier H n’est pas, en réalité, fixe ; il est relié au piston AB de telle façon qu’il s’élève ou s’abaisse proportionnellement aux déplacements de ce piston. Il résulte de là, que quand le piston est en repos et que, par conséquent, la soupape S occupe sa
  - position moyenne, ainsi que le point d’articulation e, l’index i du tachymètre est obligé de se fixer à la position qui correspond à celle du point d, et, réciproquement, le point d et le piston AB sont obligés de suivre le mouvement de l’index i. Ç’est cette dépendance obligatoire des mouvements de l’index et du piston, pendant le régime permanent, qui constitue l'asservissement du second au premier. Mais on doit remarquer que l’index i agit librement sur l’articulation e pendant le régime troublé, indépendamment de ce qui se passe au point d.
  - Quant à la relation cinématique entre le point d et le piston AB, elle s’établit de différentes manières. Sur la figure 34, la rampe, «à solidaire du piston AB, poussele galet ry, relié au pointe? par la tringle dg. Le contrepoids P maintient le galet en contact avec la rampe ab. On peut changer un peu la vitesse de régime en modifiant la longueur de la tringle dg. C’est dans ce but qu’elle porte un filetage.
  - Habituellement on dispose entre les deux cylindres différentiels un tube d’équilibre avec robinet de façon à pouvoir, le cas échéant, faire mouvoir le vannage à la main au moyen d’une vis disposée à cet effet.
  - t IG. 3o»
  - Filtre. — Le servomoteur fonctionne avec de l’eau filtrée. Dans l’appareil représenté [fig. 35), l’eau arrive en E et sort en S, après avoir traversé une toile métallique qui retient les corps étrangers. Cette toile est fixée sur un tambour rotatif hexagonal. Pour la nettoyer, il suffit d’ouvrir le robinet R au moment où l’un des côtés de ce tambour se présente devant la chambre A. L’eau sous pression, traversant alors la toile métallique en sens inverse du courant, entraîne tout ce qui s’était déposé.
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  - LES MOTEURS HYDRAULIQUES
  - Turbines de Saint-Maurice. — La figure 36 donne la coupe d'une turbine qui est la combinaison des trois machines décrites précédemment.
  - Le servomoteur est fixé au bâti. Le réglage s’y fait, non plus par pendule centrifuge, mais par régulateur électrique.
  - Il y a six de ces turbines à l’Usine électrique de Saint-Maurice en Valais qui éclaire la ville de Lausanne. Accouplées directement aux moteurs électriques, elles font 1000 chevaux à 300 tours par minute avec un débit de 31m3 à la seconde sous 32 à 34 m de chute.
  - Etant données leurs dimensions, on a pour coefficient de vitesse: il, = 0,62.
  - V%H
  - L’eau est distribuée par une conduite unique de 2,70 m de diamètre, dont chaque turbine peut être isolée par une vanne à papillon.
  - JVELŒNLÂNG^iiibo/ Y-
  - Fig. 36.
  - Une pompe, mue par une petite turbine indépendante, comprime de l’huile dans un réservoir unique de distribution d’où elle s’écoule aux paliers des différentes machines.
  - Un régulateur central électrique agit à la fois sur toutes les soupapes de réglage des servomoteurs; ceux-ci, par contre, ramènent individuellement les soupapes à leur position moyenne.
  - En outre, chaque turbine est pourvue d’une commande de réglage à main.
  - Turbines à haute pression
  - Les turbines à haute pression, exposées par la maison Eseher-Wyss, sont habituellement faites avec une roue à doubles poches, du genre Pelton,
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  - LA MÉCANIQUE A L’EXPOSITION
  - Fig. 37.
  - La figure 37 représente une turbine à haute pression de 110 chevaux et 600 tours sous 92 m de chute, destinée à l’usine électrique d'Arsoa.
  - Fig. 38.
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  - LES MOTEURS HYDRAULIQUES
  - La figure 38 représente une des trois turbines, de 350 chevaux et 375 tours pour 92 m de chute, qui sont installées à l’usine de Barcelone.
  - La figure 39 donne une coupe verticale de l’injecteur, du servomoteur et de sa soupape de réglage, dont nous allons expliquer le fonctionnement. L’ouverture ou la fermeture du bec de la tuyère d’injection dépend du piston P, qui se déplace dans le cylindre s. Une soupape de réglage, r, peut mettre s en communication : 1° avec la conduite d’eau sous pression par le canal a; 2° avec la conduite d’échappement par le canal c. Quand cette soupape est à sa position moyenne, ce qui est le cas de la figure, le cylindre .s- est complètement isolé
  - Fig. 39. * Fie. 40.
  - de a et de c. La soupape r est percée, en son centre, d’un petit canal qui fait communiquer a et b. Elle a la forme d’un piston différentiel, calculé de manière que, dans sa position moyenne, la somme des pressions qui s’exercent sur ses faces inférieures a et c, équilibre la pression sur la face b.
  - Si l’index du tachymèlre vient à s’abaisser, le piston P étant immobile, O est momentanément un point fixe; et le levier L soulève le pointeau v, qui découvre un orifice conique percé dans le couvercle du cylindre b.
  - Les sections du canal central de la soupape et de cet orifice sont telles que l’eau s’écoule plus vite du cylindre b qu’elle n’y entre. La soupape r va donc être soulevée et l’eau sous pression, pénétrant par.a dans le cylindre s, fera descendre le piston P qui ouvrira le bec de la tuyère. Le piston P, dans son mouvement de descente, entraîne le levier L qui referme v. La
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  - LA MECANIQLE A L'EXPOSITION
  - soupape de réglage revient à sa position moyenne. Étant donnée la grandeur relative des surfaces «, b et c par rapport à la masse de cette soupape, le déplacement de celle-ci est très rapide, en sorte qu’elle suit, sans retard appréciable, les mouvements du tachymètre. *
  - Régulateur de pression. — Quand on a voulu régler automatiquement les turbines pour hautes chutes, on a éprouvé de grosses difficultés, par suite de l’inertie des colonnes d’eau en mouvement; à une fermeture rapide du vannage correspond un coup de bélier capable de désorganiser l’appareil L Pour y remédier, on pensa à ouvrir sur la conduite d’amenée un orifice de décharge, au moment même où l’on fermait le vannage. Mais, pour réduire la perte au minimum, il fallait qu’aussitôt ouvert cet orifice se refermât automatiquement et progressive-
  - 1. On sait combien les brusques variations de pression sont fatales aux régulateurs de vitesse, dont elles rendent le fonctionnement impossible.
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- - LES MOTEURS HYDRAULIQUES 5-41
  - ment. MM. Escher.-Wyss et Cie ont trouvé une solution des plus élégantes et des plus simples de ce problème.
  - Ils disposent sur la conduite forcée un tuyau de décharge c ifig. 40), fermé par une vanne à papillon, ou, plus récemment, par une soupape s de construction et de fonctionnement analogue à la soupape de réglage du servomoteur décrit précédemment.
  - La tige T du piston P de ce servomoteur est fixée, en 5, au levier H. A l’extrémité a de ce levier est suspendu un piston p, qui se déplace dans un cylindre d rempli d’huile et portant le poids additionnel q. Ce piston est percé d’un canal sur lequel vient s’appliquer un clapet e, percé d’un trou plus petit que la section du canal.
  - Si le piston P se soulève, fermant ainsi l’injecteur, il entraîne le piston p. Le mouvement de ce dernier étant assez rapide pour que l’huile contenue dans le cylindre d n’ait pas le temps
  - Fig. 43.
  - de s’écouler par l’orifice e, le cylindre d est soulevé et dès lors il dégage le pointeau f ; mais l’huile, continuant de passer en e, le cylindre d redescend, obstrue peu à peu l’orifice f\ et la soupape s, revenant lentement à sa position moyenne, ferme automatiquement et progressivement la conduite de décharge.
  - Si le piston P s’abaisse, au contraire, le piston p descend, l’huile s’écoule rapidement en soulevant le clapet e, le cylindre d tombe, et la soupape s revient brusquement à sa position moyenne.
  - Servomoteur à haute pression. — Pour les basses et moyennes pressions, incapables d’actionner directement un servomoteur ; on dispose des servomoteurs à huile à haute pression, tels qu’ils sont représentés figures 41, 42, 43. La pression d’huile est généralement voisine de 30 kgs par centimètre carré. Elle est obtenue au moyen d’une pompe à piston auxiliaire.
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  - LA MECANIQUE A L'EXPOSITION
  - Régulateur universel hydroméeanique
  - La Société Escher-Wyss construit un régulateur universel hydromécanique. représenté par les figures 44, 4o et 46. Son mode d’action est le suivant.
  - Dans un bâti A, rempli d’huile, un arbre C, animé d’un mouvement de rotation continu par la poulie D, porte deux pignons coniques B qui, en embrayant l’un ou l’autre avec le pignon E peuvent agir sur l’arbre s pour ouvrir ou fermer le vannage.
  - Les pignons B sont solidaires de boîtes renfermant deux roues d’engrenage [fig. 44). La roue 1 est calée sur l’arbre C et la roue 2 tourne autour d’un axe fixé dans les couvercles de la boîte.
  - Quand la turbine a sa vitesse de rotation normale, la roue 1 entraîne la roue 2 qui, agissant à la manière d’une pompe rotative, provoque un déplacement de l’huile de Q vers R, à travers la boîte B.
  - Un distributeur G peut fermer l’orifice R de l'une ou l’autre boîte, sous l’action du régulateur, par l’intermédiaire des leviers K, J, IL
  - Quand cet orifice est fermé, l’huile, faisant frein, empêche tout mouvement relatif de la roue 2 par rapport à la roue 1, et la boîte entière est entraînée par l’arbre C, d’où la rotation du pignon E et le déplacement du vannage.
  - Fig.
  - Fig.
  - Pour prévenir les excès de réglage, on a asservi le distributeur à l’arbre F. A cet effet, le mouvement de la boîte B est transmis, par l’engrenage PO, à l’arbre N, sur lequel peut se déplacer l’écrou M. Cet écrou ramène le distributeur à sa position moyenne par le levier K, faisant ainsi cesser le mouvement du vannage.
  - Ce mode de réglage est très rapide, le tachymètre n’ayant qu’à déplacer un peu le distributeur pour agir. Toutes les pièces baignant dans l’huile, l’usure par frottement est pour ainsi dire nulle.
  - Comme l’appareil est susceptible de transmettre une grande puissance, il est tout indiqué pour la manœuvre des vannages lourds, et sa robustesse permet enfin de l’employer dans toutes les machines où il y a des variations nombreuses et brutales de la charge.
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- - LES MOTEURS HYDRAULIQUES
  - 5-43
  - JACOB RIETER, A WINTERTHUR
  - M. Jacob Rieter a installé, à l’usine hydroélectrique de Montbovon, quatre turbines radiales, alimentées par dessous de 1 100 chevaux, 300 tours par minute, sous une chute de 64 m.
  - Une de ces turbines fut exposée, et on la voit en coupe (fig. 47). La vitesse
  - relative prévue est
  - = 0,485 ; elle
  - travaille à veine moulée.
  - L’arbre, remarquablement court, est guidé par des paliers graisseurs à refroidissement par circulation d’eau.
  - On accouple directement la génératrice électrique à la turbine.
  - Fig. 46.
  - Fig. 47.
  - Le régulateur centrifuge, placé à l’extrémité de l’arbre, agit sur la soupape de réglage d’un servomoteur hydraulique, à piston différentiel, fixé au bâti. Ce servomoteur fait coulisser, entre le distributeur et la roue mobile, une vanne cylindrique équilibrée, réglant ainsi la puissance de la turbine.
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- - 5-44
  - LA MÉCANIQUE A L’EXPOSITION
  - La soupape de réglage qui est asservie au pistou différentiel {fig. ol) n’est pas dans le voisinage immédiat du servomoteur. Elle est placée sur la conduite d'eau sous pression
  - venant du filtre. De ce fait, elle est certainement soumise aux variations de vitesse qui se produisent dans cette conduite pendant le réglage.
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- - LES MOTEURS HYDRAULIQUES
  - o-4o
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- - 5-46 LA MÉCANIQUE A L’EXPOSITION
  - La conduite d’eau qui agit sur le régulateur est une déviation de la conduite d’amenée. Cette eau est filtrée avant d’entrer dans le servomoteur ; on peut nettoyer le filtre en marche.
  - Le servomoteur agit aussi sur un régulateur de pression qui fonctionne en sens inverse du mouvement du vannage.
  - 2É0
  - Toute l’installation est très ramassée ; mais les différents organes èn sont cependant assez facilement accessibles.
  - Cette maison exposa encore une turbine du type« Hercule » (fig. 48) sans particularité nouvelle, et deux turbines « Francis » [fig. 49 et 50). La première, simple, avec distributeur en spirale; la seconde, double et à chambre d’eau ouverte. Toutes deux à axe horizontal, avec réglage Fink et aubages américains.
  - Fig. 53.
  - En vue de diminuer les pertes par frottement, la transmission de mouvement aux aubes mobiles de l’anneau Fink présente une disposition nouvelle. L’anneau porte sur sa face intérieure une série de goujons qui viennent s’engager entre deux coins de bronze, formant coussinet, logés dans l’oreille de l’aube mobile. Le mouvement de rotation est communiqué à l’anneau par deux bielles et deux leviers à doubles articulations [fg. 49).
  - Les figures 52 et 53 donnent les détails d’une roue genre Pelton pour hautes chutes.
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- - 5-4Î
  - LES MOTEURS HYDRAULIQUES
  - D’après le prospectus de la maison Rieter, les régulateurs qu’elle construit sont de o types : 1° Régulateurs centrifuges pour installations courantes, avec tolérance de o à 10 0/0 dans les variations de vitesse ;
  - 2° Régulateurs de précision pour installation électriques, avec tolérance de 1 à 30 0quand la force varie de 25 0/0 ;
  - Fig. 54.
  - 3° Régulateurs à frein, à action rapide, avec ou sans mécanisme de réglage du vannage de la turbine;
  - 4° Régulateurs de niveau d’eau pour cas spéciaux;
  - 5° Régulateurs de sûreté pour turbines à hautes chutes, destinés à prévenir l’emballement en cas de rupture.
  - La figure 54 est la photographie d’un régulateur de précision;
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  - LA MECANIQUE A L'EXPOSITION
  - TH. BELL, A KRIENS
  - Cette maison a fait breveter unej forme de tuyau de succion, qu’elle a appliqué pour la première fois à la station centrale électrique de Berne. Ce tuyau de succion 1 est un canal d’évacuation disposé dans la fondation en béton de la turbine ; près de celle-ci il a une section
  - Unîsrwasscrsîânde
  - Hôchster 325,c
  - Oberwasserstânde
  - Hochsfer-32Z75
  - Fig. oo.
  - circulaire ; quand il se recourbe pour déboucher horizontalement dans la fosse, sa section s’amoindrit dans le sens de la hauteur, et s’élargit en conséquence dans l’autre sens. Il procure, parait-il, un bon échappement.
  - La figure 55 représente une turbine à trois étages, à axe vertical, et chambre d’eau ouverte 1. Prasil, Communication au Congrès de Mécanique appliquée, 1900.
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- - 3-i9
  - LES MOTEURS HYDRAULIQUES
  - en béton, destinée à l’usine électrique de Betznau, près Turgi, sur l’Aar. Elle est calculée pour donner 1 000 chevaux et 67 tours par minute, sur une chute de 3 à 5 m. Son diamètre extérieur
  - étant de 2,30 m, on atteint un coefficient de vitesse —~ -- 0, 923 extraordinairement élevé,
  - V^H
  - comme on le voit.
  - Sur un solide couvercle de fonte s’appuie, à la partie supérieure de la chambre d’eau, un palier de butée à anneau circulaire qui supporte toute la partie mobile de la machine hydroélectrique. Il est placé non pas sur l’arbre de la turbine, mais sur celui de la génératrice électrique qui lui est directement accouplée. D’autres paliers, du modèle de celui de la figure 36, empêchent l’arbre de fouetter. Le dernier est installé entre les deux roues inférieures de la turbine.
  - La roue intermédiaire est alimentée par dessous, et la poussée verticale qu’elle subit de ce fait soulage le palier de suspension.
  - Le réglage est très original (fig 37) ; les aubes du distributeur sont en deux parties, l’une fixe, venue de fonte avec le corps du distributeur; l’autre, mobile, portée par une rondelle encastrée dans la couronne du distributeur.
  - Par l’intermédiaire de leviers, l’anneau mobile peut, sous l’action du servomoteur, faire pivoter à la fois toutes les rondelles autour de leur axe, inclinant ainsi plus ou moins les parties mobiles des aubes par rapport aux parties fixes, et sans que le contact cesse d’exister entre elles.
  - On peut ainsi faire varier, rapidement et simultanément, le débit à travers toutes les roues de la turbine.
  - Pour rendre plus facile le mouvement de l’anneau A, on a interposé des billes entre cet anneau et le distributeur.
  - Cette Société présenta encore deux turbines à axe horizontal pour moyenne chute.
  - L’une à deux roues et canal spiraloïde {fig- 38) ; l’autre fig- 59), à chambre d eau ouverte
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  - LA MÉCANIQUE A L’EXPOSITION
  - et à 4 roues de 0m,50 de diamètre portant chacune quinze aubes. Ces roues, opposées deux à deux, débouchent dans deux tubes de succion.
  - L’arbre porte un épaulement et un écrou claveté qui s’appuient, par l’intermédiaire de deux rondelles libres, sur un croisillon fixe. Le vannage est du système décrit précédemment.
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  - LES MOTEURS HYDRAULIQUES
  - Les turbines à haute pression {fig. 60) exposées étaient munies d’un système de réglage de la vitesse et de la pression des plus original ; le voici, en principe.
  - Le bec B de la tuyère d’injection, que la pression de l’eau de la conduite tend toujours à ouvrir, est relié au piston P du servomoteur. L’index du tachymètre peut, en agissant sur la soupape de réglage D, mettre le dessus de ce piston P en communication soit avec la conduite d’eau sous pression venant du filtre E, soit avec la conduite d’échappement, et, de ce fait, régler le débit. Pour éviter toute variation de pression dans la conduite d’alimentation, un orifice C s’ouvre automatiquement d’une quantité égale à la fermeture du bec de l’injecteur. La languette qui ferme cet orifice est manœuvrée, par l’intermédiaire d’un levier, par un piston p qui peut se déplacer à l’intérieur du piston P. Ce piston p reçoit sur sa face supérieure, par le tuyau d, la pression de l’eau de la conduite d’alimentation. Si P s’abaisse brusquement, l’eau contenue entre deux pistons n’a pas le temps de s’écouler par le tuyau d\ et le piston p, suivant le mouvement de P, ouvre
  - Fig. CO.
  - l’orifice C. Mais le ressort y, qui a été comprimé dans le mouvement de descente, se détend peu à peu en continuant de faire écouler l’eau par le tuyau d ; faisant ainsi remonter p qui ferme progressivement l’orifice C.
  - La soupape de réglage de ce servomoteur {fig. 61) est aussi assez originale. Le piston-soupape d peut mettre, par la conduite e, le dessus du piston P en communication soit avec l’eau sous pression venant du filtre par la conduite a, soit avec l’échappement o. En g, on envoie de l’huile, comprimée dans le cylindre H par l’eau même de la conduite, afin d’équilibrer la poussée qui s’exerce sur la face inférieure de d, et d’éviter l’usure de la tige B, par les grains de sable que pourrait entraîner l’eau.
  - Nous avons emprunté au prospectus de cette maison la description suivante de ses régulateurs de vitesse.
  - a) Régulateur à servomoteur mécanique à déclic {fig. 62). — Un tambour à denture hélicoïdale, commandé par courroie, porte à l’intérieur, à gauche et à droite, trois
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- - LA MÉCANIQUE A L’EXPOSITION
  - cliquets d’entraînement. Sur les axes de ces cliquets sont fixés, en dehors du tambour, de petits leviers de déclenchement. Le tambour est traversé par un arbre mobile de réglage sur lequel est clavetée une roue à rochet portant un pignon d'angle. Un arbre creux fixe est muni à son extrémité intérieure de deux pivots portant, l’un un pignon d’angle, l’autre un rouleau de buttée pour le décliquetage des cliquets, après chaque tour du tambour.
  - Ce même arbre creux porte une deuxième roue à rochets sur laquelle est fixé un troisième
  - pignon d’angle.
  - L’ensemble, de ces trois pignons et de leurs deux roues à rochets constitue le mécanisme de commande de l’arbre de réglage, qu’il peut faire tourner dans un sens ou dans l’autre, suivant qu’un buttoir est déclenché à droite où à gauche.
  - Un anneau, glissant entre les deux jeux de cliquets d’entraînement, empêche qu’un êliquet de gauche puisse engrener, pendant
  - qu’un cliquet de droite est en fonction et vice versa.
  - Le tambour peut faire 180 encliquetages par minute s’il tourne à 60 tours.
  - La durée de fermeture varie de 10 à 25 secondes.
  - L’arbre de réglage est solidaire d’un pendule à ressort, commandé ordinairement par une courroie indépendante de la commande du servomoteur.
  - Régulateur hydromécanique. —- Pour que, dans les moteurs hydrauliques, un régulateur de vitesse automatique puisse répondre aux exigences toujours croissantes avec les progrès de l’électricité, il faut qu’il comprenne un servomoteur qui agisse avec rapidité et énergie.
  - Certes un régulateur à commande hydraulique est le plus souvent préférable à un régulateur à commande purement mécanique, qui ne peut agir avec la même rapidité.
  - Le nouveau régulateur produit lui-même la contre-pression hydraulique nécessaire à son fonctionnement et peut donc être appliqué aux turbines à basse pression. Il n’emploie pas l’eau de la chute, qui entraîne généralement du sable ou d’autres impuretés nuisibles.
  - Son principe est analogue à celui du régulateur hydromécanique de la Société Escher-Wyss, que nous avons décrit précédemment.
  - L’effet de ce régulateur est caractérisé par un balancement continuel de gauche à droite de l’arbre de réglage. La durée de fermeture peut être de 3 à 15 secondes.
  - Ce régulateur a pour principe de transmettre le travail de la courroie de la commande du servomoteur par le moyen d’un mouvement différentiel et de deux paires de roues droites emboîtées, servant à faire passer, en circulation continue, deux courants de liquide d’un réservoir à une soupape à double effet, de telle manière que la différence des pressions et des vitesses produite par le déplacement de ladite soupape soit transmise au moyen d’un second mouvement différentiel récepteur sur l’arbre de réglage du moteur, soit à gauche, soit à droite, suivant le déplacement de l’index du tacliymètre.
  - L’une des paires de roues sert toujours comme appui pour le mouvement de l’autre.
  - Tant que la vitesse est normale, la soupape reste au milieu de sa course et les deux pressions hydrauliques sont en équilibre, en sorte que l’arbre de réglage reste au repos.
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  - LES MOTEURS HYDRAULIQUES
  - Le mouvement de l’arbre de réglage est asservi à celui du tachymètre et à celui de la soupape hydraulique.
  - Le tachymètre est commandé directement par courroie, indépendamment du servomoteur.
  - Le liquide employé (eau ou huile) est en circulation continue et n’a pas besoin d’être souvent renouvelé.
  - c) Régulateur hydraulique à piston différentiel. — Ce servomoteur est appliqué aux turbines à basse pression. On y emploie de l’huile comprimée à 25 atmosphères par une pompe capable d’alimenter à la fois douze servomoteurs de turbines de 1.000 chevaux.
  - Son mode de fonctionnement est bien connu. Il est pourvu d’un dispositif de réglage à la main, tout à fait indépendant du réglage automatique, La durée de fermeture du vannage varie de 3 à 5".
  - PICCARD, PICTET ET Cie A GENÈVE
  - MM. Piccard et Pictet ont toujours construit des turbines centrifuges, qu’ils se sont efforcé de plier aux exigences modernes et d’adapter aux cas les plus divers, sans changer notablement la forme des aubes ni la disposition générale de la machine.
  - Cependant, ils établissent aussi des turbines centripètes, quand il convient, comme le montre l’exemple de la figure 63, qui donne le dessin d'une turbine à axe horizontal, destinée à l’usine électrique de Saut-Mortier (Jura). Elle est calculée pour une puissance de 500 à 700 chevaux,
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  - LA MECANIQUE A I/EXPOSITION
  - 250 tours par minute, sous 13 à 18 m. de chute. Elle porte cinq couronnes d’aubes radiales à alimentation extérieure, avec réglage par vannes circulaires. Sous une chute moyenne de 16 m,
  - Fig. 64.
  - la roue mobile ayant un diamètre périphérique de 1,03 m, le coefficient de vitesse est égal à 0,773. Seules les quatre rangées d’aubes placées symétriquement par rapport au moyeu fonctionnent sous
  - la chute moyenne ; la cinquième rangée, qu’on n'utilise que pendant les hautes eaux, possède un aubage spécial. La nécessité de loger une vanne cylindrique a empêché de disposer les couronnes d’aubes symétriquement par rapport au plan médian de l’appareil. Les deux tuyaux de succion sont, eux, symétriques par rapport à ce plan médian et on a eu soin de prolonger le tuyau de droite à l’intérieur du bâti jusqu’au contact de la dernière couronne mobile. Des tuyaux, qui réunissent la conduite d’alimentation aux tubes de succion, permettent d’équilibrer la pression quand la turbine fonctionne à débit réduit. La vanne circulaire, en tôle d’acier, est actionnée par le régulateur au moyen d’arbres traversant, dans des presse-étoupe, le côté droit du bâti.
  - La figure 64 représente une turbine à haute pression, de 1000 chevaux et 300 tours par minute, sous 500 m de chute effective destinée, à l’usine électrique de Yernayaz. C’est une turbine du type Girard, à axe horizontal et injection intérieure par une tuyère unique à laquelle est adapté le système Piccard de bascule extérieure, représenté figures 63 à 68. Le tiroir qui ferme l’orifice du distributeur est déplacé par le régulateur. Ce mode de réglage, très souvent appliqué aux turbines de cette maison, nécessite une exécution très soignée, si l’on veut éviter les pertes d’eau sensibles, quand on ferme partiellement ou totalement l’injecteur.
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  - Pour un diamètre extérieur de 2,15 m et 500 tours par minute, la vitesse circonférentielle atteint 56 m par seconde. On pourrait craindre alors une rupture de la roue mobile,
  - qui est en fonte ; aussi l’a-t-on ^ CT—^ ! frettéepar deux anneaux d’acier
  - ‘ =1== ' de 130 mm de largeur et de
  - 10 mm d’épaisseur. Chacun de ces anneaux est appliqué à chaud et se contracte, par refroidissement, de quelques dixièmes de millimètre.
  - Pour que l’action du régulateur spécial de la maison Piccard et Pictet soit efficace,
  - 11 est nécessaire que l’arbre de la turbine soit muni d’un volant d’une puissance vive proportionnée à la force du
  - moteur. Dans cette turbine, la roue mobile, frettée comme nous l’avons dit, a une masse suffisante pour former volant.
  - Le tuyau d’alimentation de l’injecteur est en fonte d’acier et a 300 mm de diamètre.
  - MM. Piccard et Pictet exposaient aussi toute une série de régulateurs analogues à ceux des célèbres turbines du Niagara. Les figures 65, 66, 67, représentent l’un de
  - ces régulateurs. Nous allons expliquer le fonctionnement de cet appareil, extrêmement ingénieux.
  - C’est une combinaison du mécanisme caractéristique à déclic de Piccard avec un embrayage par plateaux de friction permettant de transmettre à 1 arbre de réglage le mouve-
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  - LA MÉCANIQUE A L'EXPOSITION
  - ment de l'une ou l’autre des deux poulies folles R, ou R,, entraînées d’une manière continue par la turbine au moyen de courroies croisées.
  - On voit, chez l’auteur de ce dispositif, le désir évident de créer un appareil formant un tout très ramassé, encore que très accessible dans ses différents organes.
  - Les pièces principales sont : le pendule centrifuge P, la plaque en forme de cœur portant
  - les cliquets S ; la pièce K, à secteur denté, solidaire de la pièce H, qui porte les manchons d’accouplement; l’arbre de vannage avec ses deux poulies folles ; le levier à trois branches D ; et enfin le dispositif d’asservisse-«r ment.
  - Le régulateur centrifuge P agit, par l'intermédiaire du levier ab, sur un levier à trois branches, qui peut osciller autour du point D. Les deux poids addi-lionnels .</, et g., assurent le parallélisme de ab et Le, dans la faible limite de course que permet la fourche E. L’excentrique T - communique un mouvement oscil-
  - latoire continu, autour de l’axe B, ^ ' à la plaque portant les deux cli-
  - quets S, qui peuvent agir sur le secteur dente K.
  - La pièce K, qui oscille autour du point A, excentré par rapport à D, transmet son mouvement à ' la pièce H, oscillant autour de C,
  - * et portant les deux boîtes à res-
  - sort X, et les deux manchons d’accouplement.
  - Ceux-ci transmettent à l'arbre G de commande du vannage le mouvement de l’une ou l’autre des poulies folles, R, ou R2, tournant sur cet arbre dans le sens indiqué par les flèches.
  - L’ensemble Gcîc, constitue un mécanisme d’asservissement du mouvement du levier de commande des cliquets S aux mouvements de l’arbre G.
  - Supposons que l’index a du tachymètre vienne à s’élever. Le point b suit le mouvement de a; et le poids gK fait basculer le levier J, vers la gauche, autour de D. Une pointe venant frapper contre J dégage le cliquet S de gauche et la pièce K, sous l’action de ce cliquet, tourne autour de A, engageant ainsi le manchon d’accouplement de la poulie R2. L'arbre G ferme alors le vannage.
  - Ce mouvement de rotation a eu pour effet de placer en ligne droite les points a,fi, A. Il en résulte que l’action du ressort X(, s’exerçant suivant cette droite, empêche tout déplacement de la pièce K sous l'action du ressort X2 et maintient solidement le contact entre la poulie R2 et son manchon d’accouplement II.
  - Fig. 67.
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  - Nous allons voir que le mouvement de bascule de la pièce K a encore eu pour effet de soustraire le cliquet S à l’action du levier J. En effet, pendant ce mouvement, le point D s’est élevé en tournant autour du point A ; le point e est resté fixe et le levier à trois branches a pivoté autour de e de gauche à droite ; le cliquet S a cessé, de ce fait, d’être soumis à l'action de J.
  - Ce mouvement de retour du levier à trois branches sous l’action de la pièce K prépare l’action du mécanisme d’asservissement sur ce levier, et évite ainsi tout retard au débrayage.
  - L’arbre G continuant à tourner, le mécanisme d’asservissement G, e?, abaisse bientôt le point e, basculant le levier à trois branches vers la droite,
  - J déclenche le cliquet S qui ramène la pièce K à sa position moyenne, séparant, de ce fait, la poulie R2 de son manchon d’accouplement H, et arrêtant le mouvement de fermeture du vannage.
  - Notons que, dans ce mouvement de retour
  - de la pièce K, le levier J, par suite du dispositif d’asservissement que nous avons décrit, a dégagé le cliquet S, de droite, aussitôt après que la pièce K a commencé de tourner vers la droite.
  - La figure 66 montre comment on peut caler le mécanisme de déclic par un levier à poids, quand on veut commander le réglage à la main.
  - Cet appareil, qui ne va pas, on le voit, sans une assez grande complication, a prouvé à l’usage, dans les nombreuses installations où il a été employé, combien son étude avait été judicieuse.
  - Les régulateurs mécaniques, et ceci est une remarque générale, ont sur les régulateurs hydraudiques l’avantage d’un fonctionnement toujours sûr et régulier, tandis que la marche de ces derniers peut être parfois dérangée par le passage d’un corps étranger en suspension dans l’eau, ou encore par des coincements dans les garnitures.
  - Nouvelle turbine de 5 OOO chevaux pour le Niagara. — MM. Piccard et Pictet exposaient les dessins d’un projet de turbine pour la deuxième usine de §0 000 chevaux au Niagara. Dans ce projet, les auteurs se sont proposé de produire le même travail qu’avec leurs anciennes turbines à deiix roues, à la même vitesse de 250 tours par minute, mais avec une seule roue mobile.
  - La figure 69 montre la coupe du distributeur et de la roue mobile de cette turbine. On voit que c’estencore une centrifuge, ayant deux rangées d’aubes R et R' séparées par une cloison intermédiaire C. Les joues letJ de la roue ainsi que la cloison intermédiaire ne sont pas, comme
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  - LA MECANIQUE A L'EXPOSITION
  - dans la première turbine, disposées suivant des plans perpendiculaires à l’axe ; elles forment des surfaces coniques, en sorte que l’inflexion des veines d’eau arrivant par l’ouïe de la turbine est moins grande. C’est, ainsi que nous l’avons expliqué ailleurs, une condition de bon rendement4 .
  - ATELIERS DE CONSTRUCTIONS MÉCANIQUES DE VE VE Y
  - Les ateliers de Constructions mécaniques de Vevey n’ont pas exposé de turbines : c’est regrettable, parce qu’ils ont réalisé dans ces dernières années quelques belles installations. Mais ils nous montraient, dans l’Exposition de la Société d’Applications Industrielles, des pho-
  - Fig. 70.
  - tographies de leurs turbines les plus récemment construites, ainsi qu’un modèle en bois représentant la coupe de l’installation de Bellegarde.
  - La figure 70 montre une turbine centripète à distributeur spii’aloïde d’une force de 400 chevaux pour l’éclairage électrique de la station de Davos. Cette turbine est pourvue, ainsi qu’on le voit sur le dessin, d’un régulateur automatique à servomoteur hydraulique.
  - 1 Traité des tvrbo-machines, p. 171. La figure 133 de cette page qui montre la coupe par l’axe d’une turbine centrifuge que nous avons calculée pour être aussi puissante que possible tout en ayant un rendement mécanique supérieur à 60 0/0, est tout à fait analogue à celle du projet de MM. Piccard et Pictet. ,
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  - La figure 71 est une copie photographique du modèle en bois des turbines de Bellegarde. La chambre d'eau et le tuyau d'évacuation sont creusés dans la roche calcaire des bords du Rhône. Les turbines débitent 11 m3 par seconde sous une chute nette de 11 à 13 m, et elles donnent, à 114 tours par minute, une puissance effective de 1 200 à 1 300 chevaux. Ce sont des turbines centripètes, genre Francis, formées de trois couronnes d’aubes superposées. La sus-
  - Fig. 71.
  - pension est faite par un pivot supérieur, système Fontaine. Elles présentent des particularités très intéressantes : d’abord le vannage, est constitué par un anneau circulaire à fenêtres rectangu-gulaires, dont les pleins peuvent venir obturer plus ou moins les canaux distributeurs, à un endroit où les aubes directrices ont reçu une épaisseur correspondante à celle de l’orifice ; ensuite un piston compensateur soulage le poids de la partie tournante. Le réglage se fait par un servomoteur hydraulique.
  - Nous n’insisterons pas davantage sur la description de ces turbines, que l’on pourra lire ailleurs 1.
  - i. A. Rateau, Traité des turbo-machines, p. 144 à 146.
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  - LA MECANIQUE A L'EXPOSITION
  - ÉTATS-UNIS
  - La Smith-Company York présenta une turbine à aubage mixte. Pour tenir compte des variations du degré de réaction avec les différents degrés d’admission, la roue mobile était divisée en trois secteurs, dans chacun desquels l’angle des aubes à l’entrée delà roue avait une valeur déterminée, différente de celle du secteur voisin. On passait sans transition d’une valeur à l’autre.
  - Messieurs Sloan et Cie exposèrent plusieurs turbines américaines, notamment la turbine de M. Mac Cormiek pour petite chute et débit variable.
  - Cette turbine a été présentée par M. Sloan lui-même, au Congrès de Mécanique appliquée. Elle est du type centripète avec distribution par directrices mobiles à charnières. Toutes ces
  - directrices [fig. 72) sont mues par un secteur circulaire qui les ouvre ou les ferme simultanément de la même quantité. La roue mobile est dérivée de celle du type « Hercule », dû aussi à M. Mac Cormiek. Mais ici il y a une particularité, ainsi qu’on le voit sur la figure 73. Les aubes, au lieu d’avoir leur bord d’entrée parallèle à l’axe, sont inclinées vers le bas, de telle manière que l’incidence de l’angle d’injection sur la paroi de l’aube donne une résultante dont la direction est telle que l’eau est poussée vers l’orifice de sortie de la turbine. En d’autres termes, ces aubages inclinés permettent de donner aux filets fluides une impulsion naturelle vers la sortie de la roue mobile.
  - Lorsqu’il s’agit de débits très variables, M. Mac Cormiek fait plus ; il construit ces aubes encore plus inclinées et il les divise en zones pour les différents débits au moyen d’ondulations dans la surface des aubes, comme on le voit en figure 73. 11 paraît qu’avec des roues ainsi construites, l’importance du vannage est moindre que d’habitude.
  - La construction de cette turbine est d’ailleurs faite en vue d’en rendre le démontage et la visite extrêmement faciles.
  - Le pivot est toujours fait en bois de gaïae, ainsi que le boitard de l’arbre.
  - Des essais officiels, exécutés à Holioke, sur ce genre de turbines, ont montré un rendement allant jusqu’à 83,3 0/0.
  - MM. Sloan et Cie exposaient aussi des pièces détachées de leurs turbines et notamment des roues mobiles en fonte de fer d’une jolie exécution.
  - Roue Cassel. — Une turbine hydraulique à réglage très original a figuré à l’Exposition de Vincennes, dans la Section Américaine ; c’est le moteur imaginé par M. Cassel. Le petit
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  - modèle qui était exposé n’a pu être présenté qu’au mois de septembre ; mais, par contre, on le voyait en fonctionnement.
  - Le moteur Cassel est en quelque sorte une roue Pelton, qui porte en elle-même son régulateur. L’inventeur a eu l’idée de séparer la roue mobile en deux moitiés par un plan perpendiculaire k l’axe et de permettre à ces deux moitiés de se rapprocher l’une de l’autre ou de s’éloigner en coulissant légèrement le long de l’arbre, de part et d’autre du plan médian ; de telle manière que, lorsque les deux moitiés sont en contact, elles constituent une roue unique, et que, dès qu’elles sont un peu écartées, les jets d'eau passent en partie librement entre les deux moitiés de la roue.
  - Fig. 73.
  - Les figures 74 et 75 représentent la machine en vue par bout et en coupe. On voit en PQ et P'Q' les deux moitiés de la roue, auxquelles, suivant l’écartement qui leur est donné, les jets d’eau communiquent une impulsion plus ou moins grande. Il suffit que l’écartement atteigne une grandeur égale au diamètre du ou des jets, pour que ceux-ci passent en entier sans toucher la roue, et alors l’impulsion est réduite à 0. Bien entendu, il faut que les deux parties dans lesquelles la roue mobile est dédoublée, puissent entraîner l’arbre sans frottements notables. A cet effet, elles s’appuient par des galets de roulement II {fig. 75) sur les faces radiales m, n d’un moyeu de grand diamètre dd [fig. 75) claveté sur l’arbre. L’écartement des deux parties de la roue est contrôlé par un régulateur à boules, directement monté sur l’arbre de la turbine. On voit en gg les pendules de ce régulateur, et en K les ressorts antagonistes de l’effort centrifuge exercé sur ces pendules. Ceux-ci oscillent autour des points e, e {fig. 74), et à leurs bras sont rigidement fixées des traverses i, i', terminées à leurs extrémités par des galets de roulement, qui s’appuient respectivement sur les flasques de la roue mobile. Quand, la vitesse s’exagérant, les
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  - LA MECANIQUE A L’EXPOSITION
  - boules s’éloignent de l’axe, elles entraînent avec elles la traverse ii\ et les galets écartent les deux moitiés de la roue, jusqu’à ce qu’une quantité d’eau suffisante passe sans produire d’impulsion.
  - Fig. 74.
  - Les ressorts K sont montés parallèlement de part et d’autre de l’arbre, et ils tirent sur les deux flasques de la roue mobile, de manière à tendre toujours à mettre les deux moitiés d’augets
  - en contact.
  - On comprend que l’action du régulateur puisse être extrêmement prompte, puisqu’il agit avec le minimum d’intermédiaire possible sur la distribution d’eau et que, d’autre part, il n’y a que très peu de déplacement à faire subir aux organes pour passer de la pleine charge à la charge nulle. Aussi ce système de réglage paraît-il présenter des avantages certains pour les petits moteurs.
  - 11 est du reste d’une grande simplicité. Tout l’appareil est enfermé dans l’enveloppe M. Nous devons toutefois faire observer que le système ne paraît pas applicable aux turbines de grande puissance, au moins sous sa forme actuelle, car évidemment il y a un assez grand effort de frottement à vaincre par le régulateur aux points m et n, où les deux parties de la roue mobile entraînent le moyeu dd claveté sur l’arbre.
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  - De plus, ce système n’économise pas l’eau, puisque le débit par les jets est toujours le même. On peut , il est vrai, concevoir une complication de l’appareil, dans laquelle il y aurait plusieurs jets qui seraient successivement obturés par un dispositif supplémentaire.
  - Par contre, le système de M. Cassel serait particulièrement avantageux dans le cas où le moteur doit être alimenté par une longue conduite, car le réglage n’agissant pas du tout sur le débit d’eau, il n’y aurait aucunement à redouter les coups de bélier, qui sont inévitablement occasionnés, dans les systèmes ordinaires, par la fermeture ou l’ouverture des orifices d’injection de l’eau sur la roue mobile.
  - CONCLUSION
  - La conclusion de cette étude sommaire sera que l’industrie des turbines, d’origine européenne, a été vivifiée par les ingénieurs d’Amérique qui ont montré nettement les avantages des turbines centripètes et des roues à poches genre Pelton. Mais, toutefois, si l’impulsion première fut donnée par les Américains, ce furent surtout les constructeurs Européens qui, par une étude judicieuse des conditions de fonctionnement des moteurs hydrauliques, parvinrent à les plier aux exigences modernes les plus diverses.
  - Comme on le sait, il est une application des turbines qui a fait réaliser les plus grands progrès aux dispositions de détail de leur installation, c’est la commande directe des machines électriques ; commande qui nécessite que la vitesse de rotation ne varie que dans d’étroites limites. Aussi a-t-on été conduit, dans ce but, à étudier des appareils permettant de modifier automatiquement le débit dans un temps très court et d’éviter les oscillations de vitesse ; d’où les servo-moteurs hydrauliques et mécaniques que nous avons décrits, actionnant, le plus souvent, des vannages nouveaux.
  - Mais, pour les turbines installées sur de hautes chutes, ces mouvements rapides du vannage auraient été impossibles à réaliser, du fait de l’inertie des colonnes d’eau en mouvement, si l’on n’avait pas imaginé en même temps des dispositifs de réglage automatique de la pression. C’est seulement grâce à ces appareils, qui garantissent la turbine contre les coups de bélier, qu’on peut maintenant utilisér, avec une sécurité absolue, des chutes d’eau extrêmement élevées. Nous devons reconnaître que ce sont les maisons suisses qui ont étudié et résolu les premières cet important problème du réglage automatique de la vitesse et de la pression.
  - Les constructeurs français qui s’étaient laissés devancer paraissent décidés à s’engager dans cette voie eux aussi, et à s’efforcer de regagner le temps perdu.
  - Tours. — Imprimerie Deslis Frères, rue Gambetta. 6.
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