Bulletin du Laboratoire d'essais mécaniques, physiques, chimiques et de machines du Conservatoire National des Arts et Métiers
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- BULLETIN ))
- DU
- LABORATOIRE D’ESSAIS
- MÉCANIQUES, PHYSIQUES, CHIMIQUES ET DE MACHINES
- DU
- CONSERVATOIRE NATIONAL DES ARTS ET METIERS
- Do 23
- QUELQUES APPAREILS OU MÉTHODES D’ESSAIS RÉCEMMENT MIS AU POINT DANS LE SERVICE DES ESSAIS DE MACHINES
- PAR
- M. BOYER-GUILLON Chef de Service Principal au Laboratoire Lauréat de l’Académie, de la Société des Ingénieurs Civils de France et de la Société d’Encouragement à l'Industrie Nationale
- M. COULMEAU Mlle NUGUES-BOURCHAT
- Assistant au Laboratoire Essayeur au Laboratoire
- PARIS ET LIÈGE
- LIBRAIRIE POLYTECHNIQUE CH. BÉRANGER
- PARIS, 15, RUE DES SAINTS-PÈRES, 15 LIÈGE, 1, QUAI DE LA GRANDE-BRETAGNE, i
- 1931
- Tous droits réservés
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- QUELQUES APPAREILS OU MÉTHODES D’ESSAIS RÉCEMMENT MIS AU POINT DANS LE SERVICE DES ESSAIS DE MACHINES
- PAR
- M. BOYER-GUILLON
- Chef de Service Principal au Laboratoire Lauréat de l’Académie, de la Société des Ingénieurs Civils de France et de la Société d’Encouragement à l’Industrie Nationale
- M. COULMEAU Mlle NUGUES-BOURCHAT
- Assistant au Laboratoire Essayeur au Laboratoire
- laboratoire d’essais. — Bulletin n‘ 23.
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- BULLETIN N» 23.
- 1931.
- QUELQUES APPAREILS OU MÉTHODES D’ESSAIS
- RÉCEMMENT MIS AU POINT
- DANS LE SERVICE DES ESSAIS DE MACHINES
- PAR
- M. BOYER-GUILLON
- Chef de Service Principal au Laboratoire
- Lauréat de l’Académie, de la Société des Ingénieurs Civils de France et de la Société d’Encouragement à l’Industrie Nationale
- M. COULMEAU mile NUGUES-BOURCHAT
- Assistant au Laboratoire Essayeur au Laboratoire
- SOMMAIRE
- i° Essais des appareils de chauffage........................................ 2
- a) Essais des chaudières............................................. 2
- b) Essais des radiateurs.............................................. n
- 20 Appareil pour l’essai des roulements à billes et des coussinets . 19
- 30 Tarage des anémomètres et des tubes de Pitot-Darcy....................... 23
- 4° Tarage d’orifices et mesure des débits de gaz............................ 29
- 50 Essais de freins d’automobiles........................................... 40
- 60 Appareil à essayer les garnitures de freins.............................. 54
- 70 Mesures des pertes des calorifuges en forme aux températures élevées . 60
- 8° Essai des marteaux pneumatiques, marteaux piqueurs et burineurs . . 61
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- I. ESSAIS DES CHAUDIÈRES
- DE CHAUFFAGE CENTRAL ET DES RADIATEURS
- a) CHAUDIÈRES DE CHAUFFAGE
- PRÉAMBULE
- A cette époque, les demandes
- Les premiers essais de chaudières de chauffage avec le calorimètre de Hirn ont été exécutés au Laboratoire (le 4 novembre 1903) sur une chaudière de chauffage Leroy ; c’est donc dès la deuxième année de la fondation du Laboratoire que celte méthode de mesure était appliquée à ce genre d’essai.
- Par la suite un certain nombre d’essais ont été exécutés en utilisant toujours le calorimètre de Hirn, mais avec une installation volante jusqu’en 1923.
- d’essais présentées par les constructeurs devenant de plus en plus nombreuses, — notamment à la suite du IIe Congrès du Chauffage et de la Ventilation tenu au Conservatoire national des Arts et Métiers le ii juin 1925, — une installation à demeure a été réalisée dans une salle spéciale.
- Cette installation, qui comporte deux calorimètres, peut permettre l’essai des chaudières dont la production de chaleur atteint quelques centaines de milliers de calories à l’heure.
- Fig. i. — Coupe schématique du
- Principe de la méthode
- Que la chaudière soit à vapeur ou à eau chaude le principe consiste à laisser intact le circuit chaud de circulation et à faire la mesure de débit par l’intermédiaire de calorimètre de Hirn. l’eau de réfrigération d’un condenseur, dit
- calorimètre de Hirn, dont la mission est d’absorber les calories véhiculées par le circuit de la chaudière.
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- ESSAIS DES CHAUDIERES ET RADIATEURS
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- Les précautions voulues sont prises pour éviter complètement les pertes calorifiques du condenseur en entourant complètement ce dernier par son eau froide de circulation avant de l’admettre dans le condenseur proprement dit (voir fig. 1). Pour éviter l’absorption par l’eau de refroidissement des calories extérieures à travers l’enveloppe du condenseur, qui est souvent à une température un peu inférieure à celle de la salle d’essai, cette enveloppe est, en outre, revêtue d’un bon calorifuge.
- Conduite de l’essai et lecture des appareils de mesure
- La quantité d’eau de réfrigération est mesurée par pesée. A cet effet deux bascules portant chacune un réservoir permettent, par leur fonctionnement alternatif, de peser l’eau de circulation avec toute la précision voulue : les deux robinets débitant dans ces bâches sont enclenchés de manière à ne permettre l’ouverture de l’un qu’en opérant la fermeture de l’autre. Les températures sont mesurées à l’entrée et à la sortie du réfrigérant condenseur, sur les deux circuits, avec 4 thermomètres étalonnés donnant le i/io de degré.
- Le combustible consommé est mesuré par pesée en faisant le plein de la chaudière dans les mêmes conditions au début et à la fin de l’essai.
- Les charges de combustible et les décrassages sont faits suivant le type de la chaudière et à la demande de l’industriel, sous le contrôle du personnel du Laboratoire ; elles sont notées dans le procès-verbal d’essai.
- Un échantillon de combustible est prélevé sur chaque chargement de manière à avoir un bon échantillon moyen duquel on tire par fractionnement, à la fin de l’essai, l’échantillon définitif à soumettre à l’analyse. On le transporte en flacon cacheté ou en boîte métallique soudée de manière à conserver son humidité du jour de l’expérience.
- Rédaction du procès-verbal et résultats de l’essai
- Le procès-verbal donne les renseignements et les résultats suivants qui sont explicités par le modèle joint à la présente note.
- I° Un graphique donne la quantité de chaleur transmise à l’eau en fonction du temps pendant la durée totale de l’essai et permet de se rendre compte de l’allure de l’essai et du régime obtenu au moment du début de l’expérience. Cette courbe porte le nom de courbe de régime.
- 2° Un tableau donne les résultats complets de l’essai en quantité d’eau vaporisée ou chauffée puis en calories totales véhiculées. Ce tableau donne également les analyses et pouvoirs calorifiques des combustibles ainsi que les analyses des fumées. Enfin, il se termine par le rendement calorifique de la chaudière qui est le quotient des calories fournies à l’eau par la chaudière par celles du combustible brûlé sur la grille, en prenant soit le pouvoir calorifique
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- ESSAIS DE MACHINES
- supérieur, soit le pouvoir calorifique inférieur suivant la demande de l’industriel.
- 3° Un tableau donne le bilan calorifique de la chaudière dans le cas où les mesures prises permettent de le dresser, notamment si l’on a exécuté l’analyse élémentaire du combustible.
- 4° Dans le cas où le nombre des expériences le permet, il est établi un graphique des calories produites par heure et mètre carré de surface de chauffe de la chaudière en fonction des calories consommées par heure et mètre carré de grille.
- Ce graphique est complété par la courbe de rendement en fonction de la production de calories par heure.
- DESCRIPTION DE LA SALLE D’ESSAIS
- Plateforme. — Cette salle comporte une plateforme (fig. 2) sur laquelle on installe la chaudière à essayer ; celle-ci est réunie par ses carneaux à la cheminée N dans laquelle est installé un souffleur genre Kœrting actionné par un ventilateur dont la vitesse de rotation détermine le tirage voulu. L’intensité du tirage est mesurée en (a) à l’aide d’un manomètre à eau de précision. A la sortie de la chaudière, dans les carneaux d’évacuation en (6), on mesure la température des gaz brûlés soit à l’aide d’un thermomètre soit avec un couple thermo-électrique; enfin on prélève en (c) un échantillon des gaz brûlés qui est analysé à l’appareil d’Orsat ou à la burette de Bunte.
- Circuit chaud. — Sur la figure 2 on voit le circuit chaud sortant de la chaudière en (S) et y faisant retour en (B). Ce circuit, comme on le voit, est intact et traverse le calorimètre de Hirn (A) dans lequel il cède les calories produites par la chaudière, absolument comme s’il fonctionnait sur des radiateurs. Par un robinet placé à la sortie de la chaudière on règle l’intensité du débit de celle-ci de manière à lui faire produire les calories correspondant au régime sous lequel on veut l’expérimenter, en obtenant dans le circuit la chute de température désirée. Des thermomètres sont placés dans la canalisation à la sortie et à l’entrée de la chaudière ainsi qu’à la sortie et à l’entrée du calorimètre.
- Calorimètre. — On aperçoit sur la figure 2 en (A) le calorimètre qui reçoit le circuit chaud en /1 et le rejette en t2 après lui avoir fait parcourir la calotte (af les tubes T et la calotte de sortie (6). La température à l’entrée est mesurée en (Z±) ; celle à la sortie en (4)- .
- Le circuit froid arrive dans le calorimètre en Q1; il provient d’un réservoir à niveau constant alimenté par l’eau de la ville de manière à avoir un débit très régulier. Le réservoir à niveau constant débite sous une charge de 3 ou 4 mètres d’eau; l’eau passe dans un compteur (E) puis arrive au calorimètre
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- par Q., elle est introduite tout en bas de la moitié de droite de l’enveloppe du calorimètre ; sa température est mesurée en (ta). L’eau de réfrigération s’élève
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- 3
- S (o. 0
- 3
- Appareil de mesure de tirage/
- 8 % %
- S 8.
- F
- Echangeur de température
- T | i
- 1 J % co % 1
- 4 “5.
- 32/040
- h 0
- C & $ < % S
- S
- ache d OOlitre:
- B’
- Schéma de la salle d’essais des chaudières de chauffage.
- 63 1
- S S 8
- 1
- dans cette moitié de droite de l’enveloppe, passe dans la moitié de gauche par la jonction (j), puis par la base de cette deuxième moitié elle gagne le pied du
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- ESSAIS DE MACHINES
- calorimètre (d) d’où elle remonte autour des tubes du calorimètre guidée par des chicanes comme le montre la flèche (f); elle gagne alors la calotte supérieure par la jonction (n) et ressort en Q2 où sa température est mesurée en (ts). Le calorimètre est, extérieurement, complètement revêtu d’un calorifuge pour éviter les rentrées de chaleur.
- Mesure du circuit froid. — A la sortie du calorimètre l’eau du circuit froid est conduite par la canalisation G, qui se divise en (C') et (C"), alternativement dansl’une des bâches (B') et (B") où elle est pesée par les bascules qui supportent ces bâches. La pesée faite, l’eau est évacuée à l’égout par (M).
- Un calorimètre convient aux chaudières de petites et moyennes dimensions ; le deuxième calorimètre pour les grandes chaudières.
- Résultats des essais. — Dans l’essai d’une chaudière on détermine le poids de combustible brûlé pour fournir à l’eau un nombre de calories déterminé, le quotient de cette dernière quantité par le nombre de calories contenues dans le combustible donne le rendement. On répète l’expérience pour une série de productions calorifiques horaires différentes et l’on peut ainsi établir une courbe de rendement ou d’utilisation de la chaudière en fonction du régime de fonctionnement.
- Des échantillons sont prélevés sur le combustible employé et soumis à l’analyse industrielle ou élémentaire. Un échantillon des cendres est également analysé surtout pour y déterminer les imbrûlés. Enfin les gaz brûlés sont l’objet d'une analyse très précise en particulier dans le cas où l’on désire obtenir un bilan calorifique.
- S’il s’agit de l’essai d’une chaudière à gaz de ville on soumet ce dernier aux mêmes mesures que le combustible ordinaire et la chaudière est traitée comme une chaudière ordinaire.
- On arrive ainsi aux résultats donnés dans les tableaux suivants qui font partie des renseignements accompagnant les procès-verbaux qu’établit le Laboratoire.
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- Essai d’une chaudière De Chauffage
- Mesures et analyses faites au cours des essais et calcul d'un bilan.
- N° des expériences . Composition du combustible (coke): Cendres Carbone pur Hydrogène Oxygène Total 1 13 86,1 0,9 0 2 13 86,1 0,9 0 3 13 86,1 0,9 0
- 100,0 100,0 100,0
- Eau d’humidité ....... 1 0/0 1 0/0 1 0/0
- Poids de combustible sec utilisé pendant
- les expériences 109 k. 119,6 84,7
- Poids de combustible réellement brûlé (1) 107 k. 9 118,2 83,7
- Composition des gaz des fumées
- Acide carbonique 13 13,6 12,9
- Oxygène 4,5 3,8 4,8
- Oxyde de carbone 2,7 1,4 1,2
- Azôte (par complément) 79,8 81,2 81,1
- Total 100,0 100,0 100,0
- Poids de CO contenu dans les fumées pour
- 100 m3 de fumées 3 k. 38 1,75 1,50
- Volume des fumées pour 1 kilogramme de coke brûlé, calculé d’après le carbone réellement brûlé (sans tenir compte de l’air supplémentaire pour brûler l’hydro-
- gene) . 10 m3 17 10,65 11,33
- Poids correspondant à ces volumes. . . 13 k. 82 14,49 15,39
- Cendres et mâchefer
- Mâchefer recueilli pendant l’essai , 5 k. 2 6,3 5,3
- Cendres recueillies pendant l’essai . . 8 k. 6 10,8 7,4
- Carbone contenu dans les cendres . 0 k. 8 0,8 0,8
- Carbone total perdu dans les cendres et
- mâchefer 1 k. 1 1,4 1,0
- Bilan calorifique
- Température des fumées .... 2280 214 181
- Température dans la salle 19° 18 19
- Différence 209° 196 162
- Chaleur spécifique moyenne des fumées . 0,239 0,239 0,239
- Pouvoir calorifique supérieur du coke. . 6780 cal. 6780 cal. 6780 cal.
- Chaleur sensible emportée par les fumées par kilogramme de combustible
- brûlé (2) 690 cal. 679 596
- Chaleur emportée par l’eau de combinai-
- son et d’humidité (3) 61,8 61,2 59,78
- Chaleur perdue dans le CO non brulé (4). 824,0 447,0 372,5
- (1) C’est-à-dire déduction faite du carbone perdu dans les cendres.
- (2) C’est-à-dire chaleur emportée par suite de leur élévation de température.
- (3) Humidité du combustible et H de combustion.
- (4) C’est-à-dire par le CO qui n’est pas brûlé et qui donnerait CO2 en restituant 2403 calories par kilogramme.
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- ESSAIS DE MACHINES
- Bilan pour 100 calories contenues dans le combustible Chaleur perdue : a) Chaleur sensible des fumées (2) . . b) Chaleur emportée par l’eau (3) . . c) Chaleur emportée par les produits non brûlés (4) d) Chaleur perdue par les cendres et mâchefer (5) e) Chaleur rayonnée par la chaudière (6) Total Chaleur utilisée par la chaudière (calculée avec le pouvoir calorifique inférieur) . Total 10,177 0,912 12,150 1,23 0,231 24,7 75,3 10,015 0,903 6,590 1,43 5,762 8,791 0,882 6,120 1,44 6,767
- 24,7 75,3 24,0 76,0
- 100 100,0 100,0
- (2) Pour les notes’2, 3 et 4, voir page précédente.
- (5) Chaleur propre des cendres et mâchefer et carbone contenu en prenant pour C en CO2 8080 calories ou d’après le pouvoir calorifique du combustible.
- (6) Obtenue par différence.
- N. B. — Le chiffre 2,7 dans le CO des fumées pour l’expérience n° 1 est très douteux.
- Résultats de l’essai d’une chaudière de chauffage au gaz de ville.
- TABLEAU I
- N° de l’expérience ...... Durée de l’expérience Température moyenne de la salle de chauffe Conditions de l’expérience (nombre de rampes de chauffage utilisées) . Combustible heures C° 1 3 17,2 1 rampe 2 3 17,2 2 rampes 3 3 18,3 2 rampes 4 3 17,3 1 rampe
- Quantité totale de gaz brûlé dans les conditions de l’expérience . m3 6,641 12,351 12,237 6,758
- Quantité de gaz brûlé ramenée à 0° et 760 millimètres de mercure . . . m3 6,426 11,710 11,622 6,430
- Quantité de gaz brûlé par heure (à 0° et 760 millimètres) . . . . . . m3 2,142 3,903 3,874 2,143
- Température moyenne du gaz pendant l’expérience Co 17 18 17,5 17
- Pouvoir calorifique supérieur du gaz (ramené à 0° et 760) calories 4.767 4.718 4.603 4.878
- Pouvoir calorifique inférieur (à 0° et 760) calories 4.272 4.223 4.108 4.383
- Fumées Dépression à la base de la cheminée mm, d’eau 1,4 1,4 0,25 0,39
- Température des fumées à la base de la cheminée Co 51 80,6 110 69,4
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- ESSAIS DES CHAUDIÈRES ET RADIATEURS
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- Eau Température moyenne de l’eau au retour à la chaudière. . Co 59,1 55,2 57,6 57,2
- Température moyenne de l’eau à la sortie de la chaudière Co 85,1 83,4 85,6 85,5
- Eau chaude totale fournie dans les conditions de l’expérience . . . kg. 672,1 1.171,9 1.177,4 625
- Eau chaude fournie à l’heure . . . kg. 224 390,6 392,5 208,3
- Calories produites a) Quantité de chaleur fournie par le gaz (calculée avec le pouvoir calorifique supérieur). 1° Chaleur totale fournie dans les conditions et pendant la durée de l'expérience . . . cal. 30.633 55.248 53.496 31.365
- 2° Chaleur fournie par heure. . cal. 10.211 18.416 17.832 10.455
- b) Quantité de chaleur fournie par le gaz (calculée avec le pouvoir calorifique inférieur). 1° Chaleur totale fournie dans les conditions et pendant la durée de l’expérience. . . . . . cal. 27.452 49.451 47.743 28.183
- 2° Chaleur fournie par heure . . cal. 9.151 16.484 15.914 9.394
- c) Quantité de chaleur utilisée dans la chaudière pour échauffer l’eau. 1° Chaleur totale utilisée dans les conditions et pendant la durée de l’expérience cal. 17.475 33.048 32.967 17.687
- 2° Chaleur utilisée par heure. . cal. 5.825 11.016 10.989 5.896
- Rendement de la chaudière Rapport de la quantité de chaleur utilisée dans la chaudière à celle contenue dans le combustible. a) Calculé avec le pouvoir calorifique supérieur 0/0 57 59,8 61,6 56,4
- b) Calculé avec le pouvoir calorifique inférieur 0/0 63,7 66,8 69,0 62,7
- Composition moyenne du gaz de ville (en volume à 00 et 760 mm.).
- No d’expérience 1 2 3 4
- Anhydride carbonique 0/0 2,75 2,50 3,00 2,50
- Oxygène 0/0 2,50 3,00 3,00 2,50
- Oxyde de carbone. . . ' 0/0 11,00 10,00 10,50 10,50
- Hydrogène 0/0 47,75 53,00 47,80 52,20
- Méthane 0/0 29,05 26,50 30,40 26,50
- Azote 0/0 6,95 5,00 5,30 5,80
- Total 100,00 100,00 100,00 100,00
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- ESSAIS DE MACHINES
- Composition moyenne des famées (en volume à 0° et 760 mm.).
- N° d’expérience Anhydride carbonique Oxygène Oxyde de carbone Azote Total 0/0 0/0 0/0 0/0 1 0,75 18,75 - 0,00 80,50 2 2,00 17,50 0,00 80,50 3 3,50 13,80 0,00 82,70 4 1,50 17,10 0,00 81,40
- 100,00 100,00 100,00 100,00
- Calcul DE l’excès d’air dans les fumées (exemple DE CALCUL POUR L'EXPÉRIENCE N° 1)
- a) Calcul des fumées neutres théoriques (d’après la composition du gaz).
- CO2 O2 CO H2 CH' Az2 Gaz Air de combustion Fumées neutres
- 02 Az2 CO2 Az2 H20
- 2,75 2,50 11,00 47,75 29,05 6,95 — 2,50 5,50 23,87 58,10 — 9,40 20,70 89,70 218,50 2,75 11,00 29,05 - 9,40 20,70 89,70 218,50 6,95 47,75 . 58,10
- 100,00 84,97 404 319,50 >47 42,80 326,45 105,85
- b) Excès d'air. — Si on désigne par A l’excès d’air, la composition des fumées réelles est :
- CO2................................ 42,80
- Az2............................... 326,45
- Vapeur d’eau...................... 105,85
- Excès d’air.................. A
- Total.................. 475,10 + A
- La teneur en CO2 des fumées réelles calculées devant être égales à celle des fumées analysées on doit avoir :
- 42,80 __ 0,75
- 42,80 + 326,45 + A Ï00
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- ESSAIS DES CHAUDIÈRES ET RADIATEURS
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- d’où :
- A = 5,350,75.
- La composition en volume des fumées (eau de combinaison comprise) produite par la combustion de 100 volumes de gaz est donc :
- CO2............................... 42,80
- Az2.............................. 326,45
- Excès d’air.................... 5.350,75
- Vapeur d’eau.................... 105,85
- Total............... 5.825,85
- A un litre de gaz correspondent donc 58,25 litres de fumées dont 53,5o litres d’air en excès.
- Le calcul se conduirait de même pour les expériences nos 2, 3 et 4.
- N. B. — La quantité d’air supplémentaire peut dans certains cas être suffisante pour éviter la condensation pendant la combustion (1) :
- b) RADIATEURS DE CHAUFFAGE
- Voisine de la salle des essais des chaudières de chauffage se trouve celle des essais de radiateurs. C’est une salle de dimensions assez grandes et très haute de plafond dans laquelle on installe le radiateur à essayer.
- Méthode expérimentale. — La méthode expérimentale consiste à déterminer le coefficient K du radiateur ou, plus exactement, la variation de ce coefficient en fonction de la température moyenne du fluide qui alimente le radiateur, ou encore de l'écart entre cette température moyenne du fluide et celle de la salle d’essai.
- Ce coefficient est défini comme suit. C’est un nombre qui représente les calories dissipées par le radiateur en une heure par degré d’écart de température et par mètre carré de surface radiante.
- La courbe, où les températures sont portées en abscisses, est déterminée au moins par quatre points ; le point extrême est obtenu en alimentant le radiateur avec de la vapeur saturée sèche ou mieux présentant environ un degré de surchauffe. Ce point vapeur est répété deux fois de manière que l’on soit bien certain de la mesure. On alimente ensuite le radiateur à l’eau chaude, on mesure la température de l’eau à l’entrée du radiateur et celle à la sortie : on admet que leur moyenne arithmétique donne la température moyenne du radiateur. Evidemment cela n’est pas absolument exact : il faudrait mesurer les températures par tranches horizontales, les intégrer puis intégrer ensuite
- (1) Voir à ce sujet : La pratique des essais de machines, par A. Boyer-Guillon, Dunod, 1927.
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- ESSAIS DE MACHINES
- les tranches entre elles; on aurait ainsi une température moyenne exacte, laquelle serait un peu inférieure à celle admise et, partant, relèverait la courbe surtout pour les points correspondant aux températures basses.
- Dispositif d’essai. — a) Cas de l’eau chaude. — Le radiateur est installé dans la grande pièce dont nous venons de parler, à une distance normale d’un mur, comme dans la pratique, et on l’alimente soitavec de l’eau chaude soit avec de la vapeur à un titre connu.
- Si l’alimentation a lieu à l’eau chaude, la mesure est bien simple : on note les températures d’entrée t et de sortie t' du radiateur, on en prend la moyenne (/") et l’on recueille l’eau qui passe dans le radiateur pendant un temps T pour la peser, soit (P) ce poids. On relève, d’autre part, la température de la salle d’essai soit (t"'). On note la durée de l’essai ; nous opérons en général sur 3 heures. On mesure la surface du radiateur (S) soit par ses surfaces géométriques, soit en collant du papier sur sa surface. C’est là une opération délicate et assez difficile de sorte que souvent on admet la surface dife de Catalogue donnée par le demandeur de l’essai. Pour éviter toute difficulté sur ce point nous donnons toujours dans le tableau des résultats de l’essai le chiffre KS.
- Enfin comme dernier renseignement nous mesurons l’état hygrométrique de l’air de la salle d’expérience.
- La formule à appliquer est donc :
- K _PX(-Z)
- (z" — t")XSXT •
- b) Cas de la vapeur. — Dans le cas de la vapeur il faut absolument être certain du titre de la vapeur à son entrée même dans le radiateur. Cette nécessité nous a conduit à employer de la vapeur légèrement surchauffée, par exemple de i° ou 20 centigrades. On en tiendra compte dans le calcul des calories apportées au radiateur bien que celles qui correspondent à 1° de surchauffe soient pratiquement négligeables. La vapeur condensée par le radiateur sera mesurée par pesée de l’eau condensée. Pour que l’essai soit correct il faut avoir le plus grand soin d’opérer sur un radiateur parfaitement plein ; la précaution à prendre pour atteindre ce but consiste à faire passer dans le radiateur un excès de vapeur qui s’échappe en panache à la sortie ; cette vapeur ayant traversé le radiateur sans y travailler n’est pas à compter et ne gêne en rien le fonctionnement de l’appareil, alors que le manque de vapeur d’alimentation serait très grave et fausserait l’essai car cela correspondrait à une diminution de la surface radiante S. On prend naturellement la pression du jour pour calculer K. Si la pression est 760 mm. on a pour la formule à appliquer :
- *P(637 -+ 0,50)
- [oo—"]XSXT •
- — 19
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-
-
-
- Courbes comparatives des valeurs de K pour différents radiateurs
- Coefficient K: calories/heure surface x écart
- 6 0
- 6 —S 0 RPEXT
- —
- S & 2
- (4), (7) (6)
- (1) Tuyau 3 ailettes de 2 mètres (35mm entre ailettes)
- (2) Radiateur double 6 éléments hauleur= 81 cm
- (3) Radiateur 10 éléments hauteur= 70 cm
- (+) Radiateur 1 à 2 colonnes 6 éléments et plus hauteur totale =110cm. hautr utile. 100cm. (25mm entre éléments)
- (5) Radiateur 1à2 colonnes 6éléments et plus hauteur totale = 70cm. haut rutile: 60cm. (25mm entre éléments)
- (6) Radiateur 3colonnes 6 éléments et plus hauteur totale. 110cm. haututile 700cm (25mm entre éléments)
- (7) Radiateur 3 colonnes G éléments et plus hauteur totale 80 cm. hautr utile 70 cm. (25mm. entre éléments)
- (8) Radiateur 6colonnes 8 éléments
- ESSAIS DES CHAUDIÈRES ET RADIATEURS
- 01
- 20 30 40 50 60 70 80 90
- Ecart de température entre le fluide alimentant' le radiateur (en Co°) et la salle
- 100
- Fig. 3.
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-
-
-
- 14 ESSAIS DE MACHINES
- Naturellement cette installation permet d’essayer tous les types de radiateurs ordinaires en fonte ou tôle, muraux ou à ailettes, etc., etc. Elle permet des comparaisons entre les divers types de radiateurs en superposant sur un même graphique les courbes obtenues par les valeurs de K (fig. 3).
- Alimentation des radiateurs. — Nous alimentons les radiateurs pour les essais avec la vapeur à l’aide d’une petite chaudière Field dont la vapeur détendue passe dans un surchauffeur chauffé au gaz. Pour l’alimentation en eau chaude, nous nous servons d’une petite chaudière dont le foyer est alimenté au gaz de ville. Une telle chaudière est plus commode à conduire et à régler.
- Dans les mesures des eaux de condensation des précautions convenables sont prises pour éviter toute évaporation aussi bien que dans le cas des essais à l’eau chaude.
- Comme renseignements complémentaires on donne toujours les dimensions d’encombrement et le poids des radiateurs essayés comme on peut le voir dans le modèle de procès-verbal qui suit.
- Modèle de procès-verbal d’un essai de radiateur.
- Février 1928.
- Procès-verbal n° 1 de l’essai n° ». Les Etablissements X
- Enregistré le
- ESSAIS SUR UN RADIATEUR DE CHAUFFAGE A EAU GHAUDE
- But des essais.
- Les essais avaient pour but de déterminer le coefficient K du radiateur, c’est-à-dire la quantité de chaleur dissipée par le radiateur par heure, par degré d’écart entre sa température moyenne et celle de l’air ambiant et par mètre carré de surface de chauffe, le radiateur étant placé dans les conditions suivantes :
- a) Ecart de 200 environ entre les températures à l’entrée et à la sortie;
- b) Ecart variant de 3o° à 70° entre la moyenne des températures (entrée et sortie) de l’eau dans le radiateur et celle de l'air dans la salle.
- Désignation du radiateur. — Le radiateur soumis à l’essai était un radiateur en fonte dénommé par le demandeur : « Radiateur » à 6 colonnes, de 8 éléments.
- Ses caractéristiques étaient les suivantes :
- 5
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-
-
-
- ESSAIS DES CHAUDIÈRES ET RADIATEURS 15
- Hauteur totale........ o m. 95
- Largeur du corps.............................. o m. 223
- Longueur d’un élément......................... o m. 060
- Distance du sol à l’axe de la connexion inférieure............................. o m. 100
- Surface de chauffe d'un élément. o m2 48
- (Surface d’album)
- Surface de chauffe totale du radiateur . . 3 m2 84
- (Surfaces indiquées par le demandeur) Poids du radiateur p. m.
- Ce radiateur était brut de fonderie et était rouillé.
- Il est représenté par la photographie ci-jointe.
- Installation. — Le radiateur était installé dans une salle ayant 7 mètres de longueur, 5 mètres de largeur et 6 m. 6 de hauteur, directement sur le sol dallé à 6 centimètres d’un mur extérieur, sauf en bas où la plinthe en bois est à 5 centimètres du radiateur. Le mur, en pierre de taille a 60 centimètres d’épaisseur.
- L’eau chaude était fournie au radiateur par une chaudière à gaz, située dans une pièce voisine, à laquelle il était relié par une conduite calorifugée.
- Cette chaudière était alimentée en eau par un dispositifcomportantun orifice calibré débitant sous une charge convenable obtenue au moyen d’un réservoir à déversoir qu’on pouvait élever ou abaisser.
- Après avoir traversé le radiateur, l’eau était évacuée par un tuyau dont l’orifice de sortie était situé à un niveau un peu plus élevé que la partie supérieure de la chaudière.
- De cette façon, le débit du radiateur était celui de l’orifice calibré alimentant la chaudière et la charge sur le radiateur était rigoureusement constante.
- L’entrée dans le radiateur se faisait d’un côté par la tubulure supérieure, la sortie se faisait de l’autre côté par la tubulure inférieure.
- Deux tuyaux de purge d’air, placés à la partie supérieure sur la tubulure d’entrée et sur le bouchon opposé, assuraient le bon remplissage du radiateur.
- L’eau' évacuée du radiateur était reçue dans une bâche placée sur une bascule.
- Les températures de l’eau à l’entrée et à la sortie du radiateur étaient indiquées par deux thermomètres de précision étalonnés dont les réservoirs étaient placés dans la tuyauterie aussi près que possible du radiateur, les petites longueurs de tuyauterie entre les thermomètres et le radiateur étant calorifugées. En outre, ces températures étaient enregistrées par deux thermomètres enregistreurs.
- Quatre thermomètres situés en quatre points différents de la salle d’essai, à i m. 5o du sol et à plus de 2 mètres du radiateur, indiquaient la température de l’air.
- LABORATOIRE d’essais. — Bulletin n° 23.
- 2
- 15
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-
-
- Neuf expériences d’une durée de trois heures chacune furent effectuées pour des écarts de températures variant de 3o° à 700.
- Pour chaque expérience, avant le commencement des mesures, un réglage
- Valeur du coefficient K (Calories dissipées par 1° d’écart,par heure et par M2de surface de chauffe) CVO 1 00 0 co
- Ot OT ot c
- 33 4-0 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90
- entre lamoyenne des températures (entrée et sortie du fluide dans le radiateur) et celle de l’air dans la Salle d'essai.
- Valeur de Kavec la. surface exacte
- *
- Radiateur X
- Largeur 223 "m
- S
- &
- C St
- - 8 3
- On atrouvé S =0,468 par élément | le constructeur donne 0,47=3,76 pour8 éléments Vide entre élément=29"m.
- S éléments 6 colonnes. Hauteur.
- Graphique A
- Essai. — Avant les essais, on a fait passer pendant quelques minutes un fort courant d’eau dans le radiateur afin de le nettoyer.
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-
-
- ESSAIS DES CHAUDIÈRES ET RADIATEURS
- a été fait afin de déterminer la température à maintenir à la chaudière et le débit à réaliser; on a laissé ensuite fonctionner l’installation pendant un certain temps
- 3,52m2
- 3
- Radiateur, à 6 Colonnes. 8 Eléments
- (Surfaces indiquéespar le demandeur)
- Caractéristiques
- 0,92 m 219 mm 50mm.
- 102mm.
- 0,4.4m2
- Hauteur totale:
- Largeur au corps: Longueur d'un élément: Distance du sol à l'axe de la connexion inférieure: Surface de chauffe d'un élément: (Surface d'album)
- Surface de chauffe totale :
- Ecart entre la moyenne des températures (entrée et sortie) du fluide dans leradiateur et celle de l'air dans la salle. Graphique B
- 8
- É 7,5 54 567 p O O OJ 2.8 2 66,5 ro 0
- S 2
- S 86
- •—- a MS s 65,5 6 A4 6
- O
- afin de s’assurer de la stabilité du régime, puis les mesures ont été commencées.
- On a noté, toutes les 10 minutes, les températures de l’eau à l’entrée et à la sortie du radiateur ainsi que celle de l’air de la salle.
- 17
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-
-
-
- co
- ESSAIS DE MACHINES
- A intervalles réguliers et à la fin de l’expérience on a déterminé le poids de l’eau ayant traversé le radiateur, au moyen de la bascule sur laquelle était placée la bâche de réception.
- Pendant la durée des expériences les fenêtres et les portes de la salle d’essai sont restées closes ainsi que celles des salles voisines.
- Résultats. — Les résultats obtenus sont résumés dans le tableau ci-après. Les températures de l’eau à l’entrée et à la sortie du radiateur étant restées sensiblement constantes et celles de l’air ambiant n’ayant que très peu varié, on a donné seulement les valeurs moyennes de ces températures.
- Les résultats obtenus ont permis de tracer la courbe du coefficient K en fonction de l’écart entre la moyenne des températures (entrée et sortie) de l’eau dans le radiateur et celle de l’air de la salle.
- Sur cette courbe, on a porté les points correspondants aux essais à la vapeur et faisant l’objet d’un procès-verbal n° i bis. Un exemplaire du graphique est joint au présent procès-verbal.
- Essais à l'eau chaude sur le radiateur « X ».
- Epoque des essais.......................
- Durée de chaque expérience.
- Janvier 1928 3 heures
- Désignations Unités Résultats
- Températures de l’eau à l’entrée du radiateur Co 56,8 61,6 66,5 73,2 83,4 86,7 86,2 91,6
- Températures de l’eau à la sortie du radiateur C° 36,2 40,9 46.8 53,2 63,4 67,3 66,5 71,9
- Ecart de température entre l’entrée et la sortie C® 20,6 20,7 19,7 20,0 20,0 19,4 19,7 19,7
- Température moyenne de l’eau dans le radiateur Co 46,5 51,2 56,6 63,2 73,4 77,0 76,3 81,7
- Température moyenne de l’air dans la salle Co 11,9 13,2 10,8 12,1 16,7 17,4 13,3 12,7
- Ecart entre la moyenne des températures (entrée et sortie) de l’eau dans le radiateur, et celle de l’air dans la salle . . Go 34,6 38,0 45,8 51,1 56,7 59,6 63,0 69,0
- Quantité d’eau ayant traversé le radiateur, à l’heure . . . . Kg. 39,78 44,30 60,34 69,72 79,72 87,00 93,57 104,4
- Nombre de calories dissipées à l’heure ........ Cal. 819 917 1.189 1.394 1.594 1.688 1.843 2.057
- Calories dissipées par degré d’écart (entre radiateur et salle) et par heure Cal. 23,67 24,13 25,96 27,28 28,11 28,32 29.25 29,81
- Calories dissipées par degré d’écart, par heure et par m2 de surface de chauffe (K) . . . Cal. 6,16 6,28 6,76 7,10 7,32 7,38 7,62 7,76
- N. B. Les points extrêmes de la courbe ont été déterminés par deux points obtenus en alimentant le radiateur à la vapeur. Voir le graphique A.
- 18
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-
-
- APPAREIL POUR L’ESSAI DES ROULEMENTS A BILLES
- ET DES COUSSINETS
- Description et fonctionnement. — Cet appareil est représenté par la figure 4. Un arbre horizontal N porte les quatre roulements ou les quatre paliers identiques dont il s’agit de mesurer les frottements. Deux d’entre eux reposent sur un bâti inférieur A fixe horizontal et les deux autres sur une semelle supérieure B ; ceux-ci sont donc renversés par rapport aux deux précédents (i). Deux presses hydrauliques (C et C') permettent de rapprocher la semelle supérieure du bâti inférieur et partant de donner aux paliers la pression sous laquelle ils doivent fonctionner.
- L’arbre qui porte les paliers est terminé par un accouplement à double cardan le mettant en prise avec une petite dynamo-dynamométrique D particulièrement sensible. Pour avoir cette sensibilité elle est montée sur couteaux et possède à sa partie inférieure un contrepoids réglable permettant de rapprocher autant qu’on le veut son centre de gravité de son axe de rotation.
- Utilisation de l’appareil. — L’utilisation de cet appareil est suffisamment explicité par la lecture des procès-verbaux suivants. Il sert à déterminer les coefficients de frottement de paliers ou coussinets quelconques, en bronze, en fonte, roulements à billes, etc., et partant à permettre la comparaison entre eux.
- On peut même, avec ce dispositif, en partant de paliers ou mieux de roulements à billes convenablement étudiés opérer des essais comparatifs des huiles employées pour leur lubrification et faire ressortir la qualité de l’huile à employer pour obtenir le meilleur rendement à telle ou telle vitese et telle charge unitaire.
- *
- Procès-verbal de l’essai n° »
- ESSAIS SUR DES PALIERS MUNIS DE ROULEMENTS A BILLES
- But de Fessai.
- L’essai avait pour but de mesurer le coefficient de frottement de quatre paliers munis de roulements à billes, montés sur un arbre de transmission,
- (i) Une chaise auxiliaire permet aussi de ne pas les renverser.'
- 19
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-
- Manomètre [j
- Presse
- resse
- Dynamo-dynamométrique
- ?
- Paliers en essai
- Pompe
- engrenages
- Fig. 4. — Appareil pour les essais de paliers, coussinets et roulements à billes.
- ESSAIS DE MACHINES
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-
-
- APPAREIL POUR L’ESSAI DES ROULEMENTS A BILLES ET DES COUSSINETS 21 pour une vitesse de i.ooo tours-minute et des charges de 620, 432, 240 et 144 kilogrammes par palier.
- Désignation des paliers. — Les paliers soumis à l’essai étaient quatre paliers du commerce munis de roulements à billes à rotule et à double rangée de billes, série forte. Ces roulements présentaient les caractéristiques principales
- suivantes :
- Diamètre extérieur...................................... 100 mm.
- Diamètre intérieur....................................... 4o »
- Largeur.................................................. 25 »
- Diamètre des billes.................................... 12,8 »
- Nombre de billes par rangée............................. i5
- Installation. — L’essai a été fait sur un appareil du Laboratoire destiné spécialement aux essais de paliers.
- Les quatre paliers étaient montés sur un arbre de 4o millimètres de diamètre à 170 millimètres les uns des autres de centre en centre.
- Les deux paliers extrêmes étaient fixés sur un bâti. Les deux autres étaient portés par une traverse sur laquelle une pression était exercée par des leviers commandés par deux presses à glycérine dans lesquelles la pression était réalisée au moyen d’une pompe. Un manomètre étalonné indiquait la valeur de la pression.
- L’arbre était commandé par une petite dynamo-dynamomètre par l’intermédiaire d’un double joint de cardan. La dynamo était montée sur couteaux.
- Essai. — L’essai a consisté à déterminer le coefficient de frottement des paliers pour des pressions de 620, 430, 240 et 140 kilogrammes par palier, à la vitesse de 1.000 tours par minute, les paliers étant graissés avec de l’huile fluide de bonne qualité.
- Quatre expériences ont par suite été effectuées.
- Pour chacune d’elles on faisait fonctionner les paliers sous la charge fixée, à la vitesse de 1.000 tours/minute, pendant plusieurs heures de façon à obtenir un régime stable. Puis on notait tous les quarts d’heure, pendant 1 heure ;
- a) La vitesse de rotation de l’arbre, mesurée avec un compte tours à main étalonné;
- 4) Le couple de frottement mesuré par la charge portée par le bras de levier de la balance de la dynamo-dynamomètre ;
- c) Les températures de l’huile dans les quatre paliers mesurées à l’aide de thermomètres placés dans chacun d’eux.
- Résultats. — Le coefficient de frottement a été calculé par la formule :
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-
-
- 22
- ESSAIS DE MACHINES
- dans laquelle :
- f= coefficient de frottement ;
- p = charge à l’extrémité du bras de levier de la dynamo ;
- / = longueur du bras de levier de la dynamo ;
- P = charge appliquée sur un palier ; r == rayon de l’arbre de transmission.
- Les résultats obtenus sont donnés ci-dessous. Ils sont mis en courbe et un exemplaire du graphique est joint au présent procès-verbal.
- Date de l'essai...
- Huile de graissage utilisée : HUILE FLUIDE de bonne QUALITÉ.
- Vitesse de rotation de l’arbre de
- transmission Charge appliquée sur chaque pa- t/m
- lier kg
- Coefficient de frottement moyen. Température de l’huile dans les
- paliers (moyenne pour les quatre paliers) Co
- 1000
- 623 0,0014 434 0,0016 244 0,0027 144 0,0039
- 22,5 20,6 21,8 20,1
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- TARAGE DES ANÉMOMÈTRES
- Ces appareils, qui sont utilisés pour mesurer la vitesse d’un courant d’air, sont constitués par de petites hélices très légères venant actionner un équipement mécanique aussi peu résistant que possible destiné à mesurer la vitesse
- Vitesse du vent en mètres par
- s
- 10
- --1--1--r—
- Anémomètre
- DOP St
- 0 1 2.3 45 6 7 8 9 10 1 12 13 14 15
- Indications de l’anémomètre en mètres par 'seconde
- Fig. 5. — Graphique d’essai d’un anénomètre.
- de l’hélice. On voit donc que l’appareil ne peut donner les résultats qu’on lui demande qu’à la suite d’un tarage préalable déterminant sa constante de correction.
- Comment faut-il organiser le dispositif de tarage ? On a longtemps procédé à cette opération avec un appareil appelé Manège dans lequel l’anémomètre
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-
-
- 24
- ESSAIS DE MACHINES
- est porté par un grand bras horizontal qui tourne autour d’un arbre vertical
- à une vitesse que l’on peut mesurer.
- cN90crc.I apuoos/ sajqarui ua QIA np sessa+A
- Indications de l'anémomètre en mètres /minute.
- 38
- 500
- 450
- s
- CO
- 300
- Anémomètre
- Courbe de tarage Les croix représentent les points expérimentaux
- On voit tout de suite l’inconvénient d’un pareil dispositif qui soumet l’anémomètre aux effets de la force centrifuge, ce qui augmente certainement les
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-
- TARAGE DES ANÉMOMÈTRES
- 19 CE
- résistances passives de tout son équipement. En outre l’hélice de l’appareil n’est pas attaquée normalement à son plan par les filets d’air, alors qu’il en est tout autrement quand on se sert d’un anémomètre pour déterminer la vitesse d’un courant gazeux (i).
- Telles sont les raisons pour lesquelles nous avons adopté la méthode suivante.
- Méthode de tarage des anémomètres. — L’appareil est placé au repos dans un courant d’air à filets bien parallèles. A côté de l’anémomètre on place un tube de Pitot-Darcy.
- On dresse la courbe des vitesses vraies du vent en fonction des indications de l’anémomètre ce qui donne le graphique figure 5 qui détermine la constante de l’appareil. Si l’anémomètre est en bon état la courbe est une ligne droite passant très légèrement au-dessus de l’origine. S’il est en mauvais état on s’en aperçoit aux décrochements de la courbe, lesquels se produisent très nettement quand l’appareil se met à vibrer pour certaines vitesses. Voir figure 6.
- Tube étalon de Pitot-Darcy. — Il reste maintenant à montrer comment on construit et vérifie les tubes de Pitot-Darcy servant à étalonner ces appareils.
- Fig. 7. — Tube étalon de Pitot-Darcy.
- Un tube de Pitot-Darcy se compose, figure 7, de deux ajutages A et B. Le premier présente une ouverture dirigée en face des filets du courant gazeux à étudier, l’autre B présente, au contraire, une ouverture dirigée dans un sens perpendiculaire au premier, c’est-à-dire parallèle aux filets gazeux.
- (1) Voir à ce sujet dans la Revue de l’Industrie Minérale, du 1er juillet 192g, l’étude de M. Lahoussaye, Ingénieur-Chef du Service technique des Houillères.
- 19 Ce
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- 26 ESSAIS DE MACHINES
- Ces deux ajutages sont réunis chacun à l’une des branches d’un manomètre différentiel CD.
- Théorie de l'appareil. — L'ajutage A, dans la conduite où règne une pression p et une vitesse du courant d’air correspondant à une pression dynamique h == — , enregistre donc la somme des pressions statique et dyna-29 mique soit :
- i y2
- P H-----
- 2g
- alors que l’ajutage B, à cause de la direction particulière de son orifice n’enregistre que la pression p.
- Si on les réunit sur le même différentiel CD, les pressions p se détruisent et il ne reste que la pression dynamique. L’équation d’équilibre peut s’écrire comme suit :
- - P
- d’où :
- %|2 +
- ~
- II
- v = V2gh
- On pourrait, pour plus d’exactitude, introduire dans la formule la densité du fluide (voir ci-dessous).
- Etalonnage. — Un tel appareil correctement construit a pour coefficient de tarage l’unité. Du reste, avant son emploi, il est bon de l’étudier dans une soufflerie à filets parallèles. Pour cela on monte l’appareil à l’intérieur de la soufflerie en branchant sur le manomètre les deux ajutages A et B, ensuite on immobilise l’ajutage B en ouvrant le manomètre différentiel du côté BC dans la chambre de repos elle-même ; la mesure ne doit pas changer.
- En effet, dans la chambre règne la même pression statique que dans la veine fluide, et la vitesse d’écoulement de l’air dans la veine se produit sous la différence de charge h, qui existe entre la pression extérieure et celle de l’intérieur de la chambre de repos. Comme, dans un appareil de ce genre, c’est l’orifice de pression de l’ajutage B, devant lequel l’air passe à la vitesse V, qui peut influencer la prise de pression (p), on voit que l’étude d’un tube de Pitot-Darcy par la méthode que nous venons d’indiquer donne toute garantie.
- Un tube, ainsi étalonné entre des vitesses VA et V2, pourra être employé en toute sécurité pour des mesures comprises entre ces vitesses.
- Formule générale de la vitesse lue avec cet appareil et correction due à la densité du fluide et à la pression du jour. — La formule d’emploi est :
- (1) V= Vagh(air)
- 26
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-
-
- TARAGE DES ANÉMOMÈTRES
- 27
- c’est-à-dire que la hauteur h doit être exprimée en colonne du fluide considéré. Comme dans notre cas nous avons en général affaire à de l’air et que les hauteur h sont lues en millimètres d’eau, nous pouvons écrire que :
- 7 ___ 7 1.000
- /air — /eau X --------,
- 1,293
- Tube de Pitot-Darcy
- 790
- 720
- 810
- 800
- Mesure de la vitesse d’un courant d’air
- Abaque pour le Calcul du Coefficient K en fonction de la température' et de la pression du moment
- Formule V=K Vh Vêtant la vitesse de l'air
- en mètres par seconde et h la pression exprimée en millimètres d'eau.
- de mercure.
- -10 -8 -6 -1 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 2 6 2 8 30
- Echelle des températures 2m/m5 pour un degré centigrade.
- 3 00
- 27
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-
-
- 28
- ESSAIS DE MACHINES
- ou mieux :
- h (mètres d’air) = h (mètres d’eau) X
- i.ooo h en mm. d’eau
- F
- F
- or la densité de l’air étant donnée par :
- , T.293 H d — — 9 X —
- I «0 700
- il est facile de construire l’abaque de la figure 8 qui donne le coefficient K à mettre dans la formule, si on y exprime h en millimètres d’eau. En effet, cette formule :
- y____ /2gh mm. d’eau y dair devient, en faisant sortir 2g du radical :
- V = 1/39 x Vh(mm. d’eau) = K Vh(mm. d’eau). V Cair
- En particulier, pour 15° et 760 millimètres de pression K =4 et l’on a :
- V = 4Vh(mm. d’eau).
- V est exprimé en mètres par seconde.
- D’après ce que nous venons de dire ci-dessus, on peut écrire :
- HK2 X 1,293 = 14.911,2473
- qui représente l’équation d’une droite en fonction de H et T. On construira donc cet abaque en donnant à K une série de valeurs constantes et en résolvant l’équation par rapport aux deux variables H et T par lesquelles se feront les entrées dans l’abaque (voir fig. 8).
- 28
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-
- TARAGES D’ORIFICES
- ET MESURE DES DÉBITS DE GAZ
- DÉTERMINATION DES COEFFICIENTS DE DÉBIT D’ORIFICES SOUS CHARGES VARIABLES
- MESURE DES DÉBITS DE GAZ. — TARAGES D’ORIFICES
- Méthode de mesure particulière de débits. — En principe, pour la vérification des débits, nous opérons de la manière suivante, qu’il s'agisse du débit d’un compresseur, d’un ventilateur travaillant sous pression, de l'étalonnage de compteurs d’air ou de la détermination des coefficients de débit de tuyères, et c’est ce dernier type d’essai que nous choisirons pour exposer la méthode.
- Dispositif expérimental. — La méthode consiste à mesurer les débits en calculant la vitesse par la formule simple :
- V = Vagh
- dans laquelle V est exprimée en mètres par seconde si on prend h la différence de pression entre l’amont et l’aval en mètres du fluide considéré.
- Si l’on tient compte comme cela est indispensable de la densité du fluide air, la formule devient:
- V = Kyh mm. d’eau (voir page 28).
- Comme nous l’avons indiqué précédemment K est alors déterminé par l’abaque (fig.8).
- Pour avoir V avec précision il importe de faire débiter les orifices sous faible charge ; on peut alors employer pour le calcul la formule simple ci-dessus.
- Les pressions sont mesurées avec un micro-manomètre à eau, que nous décri-
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- rons plus loin, donnant le 1/100 de millimètre d’eau dans la mesure de la pression.
- Ayant ainsi obtenu avec précision la vitesse de l’écoulement il s’agit de mesurer les dimensions de l’orifice à travers lequel il se produit et de connaître le coefficient de contraction de la veine d’écoulement. Ce coefficient de contraction est aussi désigné sous le nom de: coefficient de débit ou encore coefficientde dépense comme l’appelle Rateau.
- Tout d’abord il faut choisir le type d’orifice.
- Il convient d’adopter un orifice de forme telle qu’il soit facile de l’exécuter mécaniquement avec une grande précision. Ceci nous a conduit à adopter l’orifice en mince paroi facile à exécuter ainsi. Son coefficient de débit s’éloignera plus de l’unité que celui d’une tuyère profilée mais celle-ci est très difficile à exécuter et deux tuyères de même diamètre ne sont jamais rigoureusement pareilles de sorte que leur coefficient de débit diffère. Tandis qu’avec l’orifice en mince paroi le coefficient de débit sera le même pour les orifices de même dimension. Il suffira donc de tarer l’un d’eux. La valeur de ce coefficient sera déterminée avec autant de précision que celui d’une tuyère, de sorte que nous ne voyons pas l’intérêt qu’il y aurait à adopter pour les orifices des formes donnant un coefficient voisin de l’unité alors que ces formes sont mécaniquement impossibles à exécuter d’une manière rigoureuse.
- Notre méthode expérimentale consiste à tarer l’orifice en mince paroi d’abord sous de faibles pressions en mesurant le débit à l’aide d’une cloche gazométrique rigoureusement équilibrée que nous décrirons plus loin. L’orifice en mince paroi est placé sur un réservoir de grande capacité dans lequel on mesure la température de l’air et la pression. Ce réservoir est en communication par une large conduite avec la cloche. Dans cette dernière on mesure la température et la pression par raison de contrôle. Avec un compte-secondes on détermine le temps que met la cloche à débiter un volume donné à travers l’orifice en expérience.
- La formule V == KWh qui donne la vitesse permet de calculer le volume Q que l’orifice aura débité (i) :
- Q = çSKVh.
- Ce volume, exprimé en mètres cubes par seconde, sera un volume d’air détendu à la pression atmosphérique du jour. Ce volume est égal à celui débité par la cloche mais ramené de la pression de la cloche à celle de l’atmosphère. Egalant ces deux quantités on aura P le coefficient de débit (i) :
- ( Volume air cloche ramené 2 ( à la pression du jour )
- - A
- ( =------= .
- SKVh
- (i) Voir (pour valeurs de ®) : Royds (Dunod), Les essais de machines, p. 365.
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- On fait plusieurs mesures de tarage autour de h == 5o millimètres de manière à connaître très exactement © sous cette charge. Cette opération faite sur un orifice est répétée sur une série d’orifices de dimensions différentes et l’on entre ainsi en possession des appareils voulus pour faire les mesures de débit les plus étendues.
- Détermination des coefficients de débit d’un orifice en mince paroi de 20 millimètres de diamètre sous des charges comprises entre o et i kilogramme.
- Tout d’abord on étudie l’orifice sur la cloche gazométrique comme nous venons de l’exposer ci-dessus, ensuite on continue son tarage par la méthode des deux réservoirs.
- Méthode de deux réservoirs. — La méthode consiste à prendre deux grands réservoirs qui sont reliés entre eux par une conduite de très grand diamètre, soit, si l’on veut, une paroi mitoyenne des deux réservoirs laquelle porte l’orifice à étudier.
- Dans le premier réservoir on fait croître les pressions sous lesquelles débite l’orifice jusqu’à i kilogramme puisque c’est entre o et ï kilogramme de pression que l’on doit tarer l’orifice, alors que dans le second réservoir on maintient une pression à peu près constante voisine de 4o à 5o millimètres d’eau. Cela est facile à obtenir en munissant le réservoir d’un nombre suffisant d’orifices que l’on ouvre à la demande.
- L’orifice à tarer débite un volume d’air A, à la pression du deuxième réservoir alors que les orifices placés sur ce réservoir donnent cet air détendu à la pression atmosphérique (volume A). Il faut ramener A à la pression du deuxième réservoir, soit A2, pour égaler les deux débits et ainsi déterminer o. Si on désigne par S, la section de l’orifice à étudier et hi la différence entre les pressions dans les deux réservoirs, en mm. d’eau, on a :
- A,= A,=qS,K,h, d’où: ====.
- On construira la courbe des valeurs de ( en fonction des pressions effectives de débit et l’on aura une droite indiquant la croissance de ces coefficients en fonction de la pression, comme nous allons le voir en analysant les travaux de Rateau sur cette question.
- On trouve dans les Trans. Amer. Society Mechanic Ing., volume XXVII, des résultats expérimentaux faits sur des orifices en mince paroi variant de 8 à 114 millimètres de diamètre qui ont été étudiés sous des pressions croissantes de 25 à 127 millimètres d’eau, c’est-à-dire sous de très faibles pressions.
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- laboratoire d’essais. — Bulletin no 23. 3
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- Tableau des valeurs DE ©
- Diamètre des orifices en mince paroi Différence de pression entre les deux faces en m/m d’eau
- 24,5 50,8 76,2 101,6 127,0
- 7,94 m/m 0,603 0,606 0,610 0,613 0,616
- 12,70 602 605 608 610 613
- 25,4 601 603 605 606 607
- 50,8 600 600 600 600 600
- 76,2 599 598 597 596 596
- 101,6 598 597 .595 594 593
- 114,3 598 596 594 593 592
- Les chiffres trouvés par nous, 0,6 pour notre orifice de 20 millimètres, correspondent bien à ceux donnés par les Américains dans le tableau ci-dessus Ces chiffres, comme nous allons le voir, sont également en accord avec ceux donnés par Rateau et Hirn, au moins en ce qui concerne les petits diamètres.
- Etude de Flateau. — Rateau a publié dans les Annales des Mines, en janvier 1902, les résultats de recherches expérimentales sur l’écoulement de la vapeur d’eau.
- A la fin de cette étude il donne une analyse très détaillée des expériences de Hirn, publiées dans les Annales de chimie et de physique, mars 188G, sur l’écoulement de l’air d’où nous extrayons les courbes de la figure 9 qui correspondent à des débits d’air à travers desbuses, courbes AB, et à travers des orifices mince paroi, courbe EF ; ces orifices étaient petits et au nombre de deux seulement, 4 millimètres et 5 mm. 7 de diamètre.
- Ces courbes sont tracées comme l’indique la figure 9 en prenant comme ordonnée le rapport 2 quotient du débit expérimental observé par le débit maximum théorique; de même la courbe A'B' a pour ordonnée :
- Débit théorique
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- Dans ces conditions le rapport des ordonnées L= 0,702 donne la valeur du coefficient de débit pour un orifice à mince paroi fonctionnant sous des différences de pressionsdontlerapportest P = 0,7 (p est la pression aval, P est la pression amont). C’est ainsi qu’est tracée la courbe G‘H‘ qui donne la valeur de ces coefficients ; on remarque qu’elle est très voisine d’une droite.
- On remarque aussi que pour les petits orifices le tableau donné par l’Ameri-can Ing. est bien en accord avec Rateau. Pour les grands orifices l’American 32
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- 0 0,95 0,90 0,85 0,80 0,75 0,70 0,65 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40
- Rapport de la pression d'aval p à la pression d'amont P
- —
- 0,9
- , s
- &
- 9
- 93
- 0,4
- 0,1
- 0,702
- Coefficient de dépense des orifices de 5% 7à4% de diamètre 9=0,61 à 0,81
- max@m S
- 1
- I
- 4
- y
- —T
- a
- 1
- Q au del S
- Rappor S
- TARAGES D’ORIFICES ET MESURE DES DÉBITS DE GAZ
- F’g. 9.
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- Ing. donne des valeurs décroissantes à mesure que les pressions s’élèvent. Cette décroissance de la valeur du coefficient de débit des gros orifices pour les petites pressions est moins en harmonie avec l’aspect des courbes de Hirn; il est vrai que ses expériences ne s’appliquent qu’aux très petits orifices. La droite H'G' fait-elle un crochet à son origine dans le voisinage de l’axe des g ? Les chiffres du tableau de VAmerican Ing., l’indiqueraient puisqu’ils sont décroissants à l’origine alors que la figure 9 indique pour les pressions élevées un régime de 0 croissant.
- Micro-manomètre. — Cet appareil, représenté figure 10, se compose de deux réservoirs communicants. A est d’un diamètre très grand par rapport à B de manière qu’une dénivellation du niveau de B soit sans influence sur le niveau de A. Du reste on peut en tenir compte par une correction. Ce manomètre est rempli d’eau et la hauteur de charge due à la pression en A est lue en B avec
- Fig. 10. — Micro-manomètre.
- une aiguille à pointe renversée mue par une vis micrométrique. Le zéro est fait au repos. L’appareil est monté sur vis calantes et il est muni de niveaux permettant de le placer dans un plan rigoureusement horizontal. On peut facilement lire les pressions au i/ioo® de millimètre.
- Cloche gazométrique. — Cet appareil, qui a servi à faire le tarage des orifices en mince paroi, c’est à-dire à déterminer leurs coefficients de débit, est représenté schématiquement figure 11. Il se compose d’une cloche A s’enfonçant dans une cuve à eau B. Cette cloche porte en son centre un appendice C,
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- sorte d’éprouvette renversée, qui, par un siphon S, se remplit au niveau de celui de l’eau de la cuve. Les dimensions de l’éprouvette C sont calculées pour que la quantité d’eau qu’elle emmagasine en descendant soit telle qu’elle équilibre rigoureusement la perte de poids que la cloche éprouve en s'immergeant
- 2me Dispositif
- Thermomelre
- Thermomètre
- Thermomètre
- Prise de pression
- : Prise de pression Orifices I de contrôle
- 1e- Dispositif Tarage avec cloche équilibrée
- Réservoir Zen mince paroi
- basse pression
- Prise de
- pression,[Thermomètre
- Réservoir haute pression
- Tuyère à tarer
- Fig. 11.
- Arrivée d'air C
- dans l’eau. Cette cloche est donc rigoureusement équilibrée. Enfin on donne au gaz contenu dans la cloche la pression que l’on veut en l’équilibrant ou la chargeant à l’aide de poids P.
- La cloche est jaugée très exactement et une règle se déplaçant avec elle permet de lire à chaque instant le volume écoulé. L’air débité passe dans un réservoir D qui porte à sa partie supérieure l’orifice à tarer. Il est muni, comme le 35
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- ESSAIS DE MACHINES
- montre la figure ii, d’un raccord pour thermomètre et d’une prise de pression allant au micro-manomètre.
- Le deuxième dispositif montré par la figure correspond au tarage par la méthode des deux réservoirs, dont nous avons parlé plus haut et sur lequel nous allons revenir au sujet de l’exemple que nous donnons de cette méthode appliquée à l’étalonnage de buses d’un profil spécial.
- il mai 1928. Procès-verbal n° ».
- Demandeur X
- ESSAIS SUR LA DÉTERMINATION DES COEFFICIENTS DE DÉBIT DE TUYÈRES
- But de l'essai. — L’essai avait pour but de déterminer les coefficients de débit de 3 tuyères destinées à fonctionner sous des pressions comprises entre 4 ou 5 centimètres d’eau et 1 kilogramme environ.
- Désignation des tuyères. — Ces tuyères ont la forme indiquée par le croquis ci-contre ; leurs diamètres, tels qu’ils ont été indiqués par le demandeur, sont de 8 mm. 1/2, 10 millimètres et 12 millimètres au col. Elles sont exécutées en bronze et destinées à se visser sur une paroi plane de réservoir. ,
- Méthode de tarage. — La méthode employée a consisté à faire débiter par ces tuyères un volume d’air à une température voisine de 20° centigrades sous des charges croissantes depuis quelques millimètres d’eau jusqu’à 1 kilogramme environ. Pour les faibles valeurs jusqu’à 5 centimètres d’eau, les pressions étaient mesurées avec le micro-manomètre à eau représenté figure 10, qui donne le 1/100e de millimètre, et les débits mesurés avec la cloche gazométrique figure II, rigoureusement équilibrée, débitant dans un réservoir sur lequel les tuyères étaient montées successivement.
- C’est par ce même procédé qu’ont été tarés des orifices en mince paroi destinés à fonctionner sous des pressions de 4o à 5o millimètres d’eau et utilisés pour le contrôle des tuyères sous pressions plus élevées à partir du moment où la cloche gazométrique équilibrée ne pouvait plus être employée.
- Pour les pressions élevées dépassant 5o millimètres d’eau la mesure a été faite au manomètre à eau donnant au moins le demi-millimètre. Au-dessus de i mètre d’eau on a employé un manomètre à mercure.
- Pour la détermination des coefficients on a admis, pour les tuyères, les dimensions données par le demandeur et l’on a appliqué la formule simple Q = ~SKYh, dans laquelle Kyh donne la vitesse de l’air en mètres par seconde à la sortie de la tuyère, si on prend K sur l’abaque de la figure 8 et si
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- on exprime h en millimètres d’eau. Q sera obtenu en mètres cubes par seconde si on exprime S en mètres carrés.
- Pour les expériences avec la cloche on a tenu compte des températures et l’on a fait les corrections voulues pour ramener le volume d’air débité par la cloche dans le réservoir portant la tuyère à la pression barométrique du jour, puisque la tuyère débitait dans l’atmosphère.
- Pour les débits dépassant la possibilité de la cloche on s’est servi de deux gros réservoirs communiquant entre eux par la tuyère en essai. Dans le premier réservoir on a fait varier la pression depuis quelques centimètres d’eau
- Fig. 12.
- val
- 3 64
- jusqu’à près de i kilogramme; dans le deuxième réservoir on maintenait une pression de 4o à 5o millimètres d’eau mesurée au micromanomètre. On montait sur ce réservoir les orifices mince paroi étalons voulus, pour avoir cette pression quel que soit le débit de la tuyère. Les mesures de températures étaient faites dans les deux réservoirs. Le volume débité par les orifices mince paroi étant donné à la pression atmosphérique du jour on ramenait à cette pression le volume débité par la tuyère car la formule Q = ~SKyh donne son débit à la pression du deuxième réservoir.
- Ces dispositifs expérimentaux sont donnés dans le croquis schématique ci-joint (tig. 11).
- Essai. — Pour chaque pression un réglage précis était opéré de manière à ne commencer les mesures que quand le régime était obtenu et les mesures
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- ESSAIS DE MACHINES
- étaient répétées plusieurs fois. Les pressions dans les deux réservoirs étaient lues au commandement, simultanément.
- Résultats. — On a ainsi obtenu pour chaque tuyère un grand nombre de points expérimentaux qui ont permis de tracer la courbe moyenne des coefficients de débit de chacune d’elle ; cette courbe a donné les chiffres portés au tableau suivant.
- Pour la tuyère de 8 mm. 5 le coefficient de débit est donné à ± o,o5 o/o près entre les pressions de 25 grammes et g5o grammes. Cette tuyère n’est pas ronde : son petit diamètre a 8,65 mais dans son emploi c’est 8,5 qu’il faut mettre dans la formule.
- Pour celle de 10 millimètres tp est donné entre 25 grammes et g5o grammes. Comme pour la précédente tuyère, pour des pressions inférieures à 5o millimètres d’eau nous constatons une chute rapide du coefficient. Il y a donc lieu de ne pas descendre à des pressions inférieures à 5o millimètres d’eau ; en outre, pour mesurer les pressions à des charges aussi faibles il faut des manomètres spéciaux. La tuyère de 10 millimètres est presque ronde mais son diamètre est de 10,o3.
- Pour la tuyère de 12 millimètres une anomalie s’est présentée dans le fonctionnement. Pour les pressions inférieures à 5 grammes, même observation que pour les deux autres. Son coefficient est bien déterminé jusqu’à la pression de 525 grammes environ, mais à ce moment elle commence à siffler pour atteindre un sifflement très aigu à 55o grammes, ce qui fait tomber son coefficient de débit à o,g55 vers 700 grammes. Elle ne peut donc être employée avec sécurité qu’entre 25 grammes et 525 grammes.
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- TARAGES D’ORIFICES ET MESURE DES DÉBITS DE GAZ
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- Epoque des essais : juillet 1928.
- 1° Tuyère de 8,5 mm.
- Pressions effectives en gram-
- mes par cm2 . Coefficient de 25 50 100 200 300 400 500 600 700 800 900
- débit . . . 0,980 0,980 0,980 0,980 0,980 0,980 0,980 0,980 0,980 0,980 0,980
- 2° 'Tuyère de 10 mm.
- 950
- 0,980
- Pressions effectives en gram-
- mes par cm2 . Coefficient de 25 50 100 200 300 400 500 600 700 800 900
- débit 0,975 0,977 0,978 0,978 0,978 0,978 0,978 0,978 0,978 0,978 0,978
- 3° Tuyère de 12 mm.
- 950
- 0,978
- Pressions effectives en grammes par cm! ... 25
- Coefficient de débit...............0,973
- 50 100 200 300
- 0,973 0,973 0,973 0,973
- 400
- 0,973
- 500
- 0,973
- 5 25(1)
- 0,973
- 550
- 0,965
- 700
- 0,955
- 800
- 0,962
- (1) A partir de cette pression : sifflement de plus en plus fort.
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- ESSAIS COMPARATIFS DE TAMBOURS DE FREINS
- EXPÉRIENCES DE FREINAGE
- ESSAIS COMPARATIFS DE FREINS D’AUTOMOBILE
- Il s'agissait de comparer l’efficacité d’un frein d’une construction spéciale à celle d’un frein ordinaire, supposé monté sur une automobile pesant 800 kilo-grammes qu’il y avait lieu de freiner à différentes vitesses initiales, cette automobile étant supposée posséder un frein sur chaque roue. Dans ces conditions le frein à essayer et le frein ordinaire devaient absorber un travail :
- (4 mV2)
- m étant la masse du -L de l’automobile et V la vitesse linéaire au com-mencement du freinage soit, dans le cas actuel, pour une vitesse de 20 mètres par seconde ou 72 kilomètres à l’heure :
- %r=2 x58r x 202 = 4.077,4 kilogrammètres.
- soit 4.077,4 kilogrammètres à absorber.
- Nous avons assimilé l’automobile à un volant possédant la même énergie qu'elle; nous avons donc cherché à quelle vitesse il fallait faire tourner un volant d’un poids déterminé pour avoir cette énergie. Le frein à expérimenter était monté sur le même arbre que le volant et les paliers de l’ensemble du système étaient munis de roulements à billes de manière à rendre les pertes aussi faibles que possible. Le volant (voir fig. 13) pesait 351 kilogrammes et était parfaitement équilibré. Nous avons d’abord cherché son rayon d’inertie qui fut trouvé égal ào m. 3o; dans ces conditions on pouvait écrire :
- 1 351 / 27 X 0,30 X n\2 1 200 ,
- -------—‘—— =----------------------- X (20)2 29 60 / 2 9,81
- pour obtenir (n) tours du volant en une minute.
- 40
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- EXPÉRIENCES DE FREINAGE 41
- On trouve n == 48o t./m. pour une vitesse de l’automobile de 20 mètres par seconde.
- Les mesures ont été faites pour différentes vitesses et aussi pour différentes charges appliquées à l’extrémité de la pédale du frein.
- Il est à remarquer que les vitesses des roues de l’automobile ne sont pas très éloignées de celles du volant, ce qui du reste n’a pas d’importance car les dimensions d’un frein sont indépendantes de la vitesse à laquelle il fonctionne. Cependant le frein étant immobile pendant nos expériences est évidemment moins bien ventilé que sur l’automobile où il se déplace à raison de 20 mètres par seconde. L’essai est donc plus sévère.
- *
- Fig. i3.
- L’appareil d’essai, représenté figure i3, comportait en outre une poulie en bois munie de contacts permettant d’interrompre et de rétablir un circuit électrique actionnant, tous les demi-tours du volant, un relai électrique qui inscrivait les courbes des espaces sur un tambour noirci ; à côté, un deuxième relai inscrivait le temps à l’aide d’un diapason donnant le 1/100e de seconde; un troisième relai pouvait indiquer le début et la fin de l’expérience. Ce dernier ne fut pas jugé indispensable (voir fig. 14).
- Un tachymètre enregistreur placé en bout d’arbre du volant indiquait le début des expériences suivant la vitesse origine à laquelle on opérait mais les courbes de vitesses par lui données ne furent pas utilisées. Les vitesses ont été déduites des courbes des espaces parcourus ci-dessus mentionnées.
- Pareillement les tangentes aux courbes de vitesses nous ont permis de tracer
- les courbes des accélérations.
- €
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-
-
- ts
- ESSAIS DE MACHINES
- Expériences. — Il a été fait de nombreuses expériences en faisant varier la vitesse origine, c’est-à-dire l'énergie à absorber, et les pressions exercées sur la pédale des freins.
- On a choisi quelques-uns de ces nombreux essais car le dépouillement de tous les diagrammes relevés nous aurait entraîné trop loin ; ils font l’objet de l’exemple de procès-verbal suivant.
- Comme on va le voir sur les courbes du procès-verbal nous avons pu tracer avec grande précision celles des espaces parcourus et en obtenir les durées comparées du freinage de chacun des freins dans les différents cas de vitesse et de pression sur la pédale. à
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- Fig. 14. — Fragment de diagramme au noir de fumée.
- De ces courbes on a déduit le tableau de la page 45.
- Enfin, pour les essais n°s 7 et 20 on a construit les courbes des vitesses et des accélérations (voir graphique n° 6).
- Sur ces courbes on voit que l’accélération retardatrice moyenne du frein spécial est dans ce cas d’environ 3 mètres/seconde/seconde, valeur atteinte presque dès le début du freinage, tandis que pour le frein ordinaire elle est de i m. 70 et n’est pas atteinte dès le début du freinage.
- ESSAI D’UN FREIN POUR AUTOMOBILE
- But de l’essai. — L’essai avait pour but de comparer entre eux les résultats obtenus avec deux types différents de freins destinés à arrêter une automobile dans les mêmes conditions de vitesse initiale.
- Désignation de l’appareil présenté. — Le frein présenté était caractérisé par le dispositif suivant :
- Un tambour de freinage est fixé sur le moyeu de la roue ou sur tout autre
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- EXPÉRIENCES DE FREINAGE
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- organe du véhicule recevant un mouvement de rotation ; ce tambour comporte une jante dont la coupe par l’axe de rotation est en forme de V renversé. Le tambour est en deux pièces. Deux segments de frein, profilés à la demande et sur lesquels est montée la bande de friction comportant quatre segments, opèrent le serrage comme dans les freins ordinaires.
- Description de l'installation. — Le frein auquel on devait le comparer était un frein ordinaireà tambour de forme cylindrique sur lequel viennent faire serrage deux segments mis en action par le dispositif ordinairement employé dans les freins de ce genre.
- N’ayant qu’un seul frein pour chaque type à essayer, le poids à freiner ne pouvait être que celui du quart environ du poids de l’automobile. On a supposé opérer sur une automobile pesant 800 kilogrammes et se déplaçant à differentes vitesses.
- On a assimilé l’automobile à un volant tournant a la vitesse voulue pour équivaloir à l’énergie du véhicule à la vitesse envisagée.
- Pour comparer les deux freins on les a successivement montés sur un arbre tournant dans des roulements à billes et portant le volant dont nous venons de parler, dont le poids était de 35i kilogrammes.
- On a d’abord déterminé par le calcul et une construction graphique le rayon de giration de ce volant. On l’a trouvé égal à o m. 3o. On a alors assimilé l’inertie de l’automobile, à différentes vitesses, à celle du volant. On a ainsi déterminé dans chaque cas différent de vitesse de l’automobile, celle à laquelle il fallait faire tourner le volant pour avoir le même travail à faire absorber par les freins tant avec l’un qu’avec l’autre.
- On enregistrait le temps avec un diapason donnant le i/iooe de seconde, qui inscrivait, par l’intermédiaire d’un relai électrique, sur un tambour au noir de fumée, pendant qu’un autre relai électrique inscrivait les demi-tours du volant. Les nombreux diagrammes relevés ont permis de tracer avec une très grande précision les espaces parcourus en fonction du temps.
- Conduite de l'essai. — Le frein était serré dans les mêmes conditions en faisant déclencher un poids suspendu à l’extrémité du bras de levier de commande. Ce bras de levier était de même longueur pour les deux freins et les hauteurs de chute du poids rigoureusement égales.
- On a fait des essais avec des charges différentes correspondant à des pressions différentes sur le bras de levier du frein ; ces charges représentaient ici les poussées sur la pédale du frein.
- Le volant était entraîné par une courroie, actionnée par un moteur électrique, à une vitesse un peu supérieure à celle de l’expérience que l’on voulait réaliser ; on faisait alors tomber la courroie et l’on observait, avec un tachymè-tre enregistreur, la vitesse du volant pour donner le commandement du début de l’essai au moment précis où le volant avait la vitesse desirée.
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- ESSAIS DE MACHINES
- Résultat. — Cet essai a comporté : i° un certain nombre de mesures avec une charge de 5 kilogrammes à l’extrémité du bras de levier de commande du frein et différentes vitesses parmi lesquelles quatre ont été retenues qui font l’objet des expériences n°s8, 9, 21 et 22 du tableau et du graphique n° 4. Sur les graphiques on lit la durée des freinages et les chemins parcourus par le véhicule freiné aux vitesses initiales de 86 km. 87 et 59 km. 9 à l’heure;
- 20 Le plus grand nombre des mesures a été effectué avec la charge de 7 kilogrammes parce que cette charge nous a paru correspondre environ à la pression qu’un conducteur exerce normalement sur la pédale d’un frein. Ces expériences correspondent aux vitesses de 59,90, 71,89, 86,87 kilomètres à l’heure; parmi elles on a retenu pour le calcul celles portant les n°s 2, 4» 7, i5, 17 bis et 20 du tableau, les autres ayant été laissées de côté à cause non pas de leur qualité mais simplement de la longueur et de la durée du dépouillement. Ces six expériences font l’objet des graphiques n°s 1, 2 et 3.
- 3° Quelques mesures ont été faites avec la charge de 10 kilogrammes pour les vitesses de 59,9 et 86,87 kilomètres à l’heure. Quatre d’entre elles, retenues, font l’objet des n°s 12 bis, 13, 26 et 25 du tableau et du graphique n° 5 ;
- 4° Les expériences à 7 kilogrammes qui sont au nombre total de i4 ont permis de tracer les courbes du graphique n° 7 qui donnent les durées du freinage en fonction des vitesses du véhicule au commencement du freinage. Ce sont en somme les chiffres des six expériences du tableau complétées par celles qui n’ont pas été entièrement calculées :
- 5° Enfin avec les expériences n°s 7 et 20 on a établi les courbes du graphique n° 6, qui donnent les espaces parcourus. De ces courbes on a déduit, par construction graphique, celles des vitesses et de ces dernières celles des accélérations. Ces courbes permettent de comparer les résultats obtenus avec chacun des deux freins. On y remarque en particulier qu’avec le frein spécial l’accélération retardatrice est constante pendant presque toute la durée du freinage et que 2 secondes après l’application du frein elle atteint 3 mètres seconde/ seconde; tandis qu’avec le frein ordinaire elle ne devient constante à 1 m. 70 qu’après 4 secondes 1/2. L’accélération retardatrice présente donc une décroissance très rapide au début qui ne se retrouve pas avec le frein spécial. Cela explique la plus grande efficacité de celui-ci dans l’arrêt du véhicule.
- Après les essais, les surfaces frottantes ont été démontées pour être examinées en détail et mesurées. Celles du frein spécial étaient au nombre de quatre éléments donnant une surface totale de 126 centimètres carrés ; celles du frein ordinaire au nombre de deux donnant une surface totale de 123 centimètres carrés. Les surfaces du frein spécial présentaient un aspect assez voisin de celui qu’elles avaient avant leur emploi, ce qui laisse présumer qu’elles ont été soumises à une chaleur peu intense ; tandis que celles du frein ordinaire étaient sensiblement noircies par la chaleur.
- Enfin il reste à signaler que la vitesse de l’arbre du volant n’était pas absolument la même que celle de la roue de l’automobile à laquelle il était assimilé. Le volant tournait à 480 tours par minute alors que la roue de l’automo-44
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-
-
-
- EXPÉRIENCES DE FREINAGE
- 45
- bile, à la vitesse horaire kilométrique correspondante, aurait dû faire 545 tours par minute. Mais on sait que l’efficacité d’un frein genre Prony est indépendante de sa vitesse. Dans le cas particulier de l’essai, si les freins avaient fonctionné sur l’automobile, ils se seraient un peu refroidis par la ventilation due au déplacement du véhicule alors que sur l’appareil d’essai ils étaient au repos donc non refroidis par le courant d’air. En conséquence cet essai est plus sévère pour eux que l’essai sur route.
- 45
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-
-
-
- 46
- ESSAIS DE MACHINES
- TABLEAU
- N’ de l’essai Vitesses du Temps total de freinage en secondes Nombre de tours faits par le volant Espaces correspondants parcourus par le véhicule en mètres Désignation des appareils
- véhicule en km. heure volant en t. m.
- Essais à la charge de 5 k. sur le bras de levier des freins.
- 8 86,87 580 11,1 53,33 133,32 1 frein
- 9 59,9 400 7,1 23,25 58,12 spécial
- 21 86,87 580 17,8 75,59 189 i frein
- 22 59,9 400 8,2 26,1 65,2 i ordinaire
- Essais à la charge de 7 k. sur le bras de levier des freins.
- 2 59,9 400 3,9 11,363 28,4
- 4 71,89 480 5,8 22,182 55,45 Spécial
- 7 86,87 580 8,2 39,8 99,5
- 15 59,9 400 4,9 20,07 50,17
- 17 bis 71,89 480 6,85 27,795 69,49 ordinaire
- 20 86,87 580 12,6 55,14 137,85
- Essais à a charge de 10 k. sur le bras de levier des freins.
- 12 bis 59,9 400 3,95 14,3 35,75 Spécial
- 13 86,87 580 6,4 30,45 76,12
- 26 59,9 400 4,6 14,32 35,80 ;
- 25 86,87 580 7,35 31,46 78,65 i
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-
-
-
- EXPERIENCES DE FREINAGE
- 47
- 75 30
- Espace parcouru par l’automobile en mètres. Espace parcouru en tours du volant
- Effort de freinage :7Kg Vitesse: 59,90 Km/heure (soit 400 tours du volant par min) (Vitesse de la voiture au début du freinage) + Frein Martinel, o Frein ordinaire.
- , _ Arrêt du Volant_L. sait-28,4m para ourus parlbuiomobil
- duVolan
- 3
- I I
- %
- 1 4
- a
- %
- 12345
- Temps de freinage en secondes Graphique i.
- 6 7 8
- 47
- LABORATOIRE d’essais. — Bulletin no 23.
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-
-
-
- co
- ESSAIS DE MACHINES
- Espace parcouru par l'automobile en mètres.
- Espace parcouru en tours du volant
- Effort de freinage- TKg Vitesse: 71,89 Km/heure (soit 480 tours du volant par min) (Vitesse de la voiture au début du freinage) + Frein Martinel o Frein ordinaire
- 31 gi 1
- -A
- s
- ET
- 5
- & $1 ?
- 1 Si 1 &
- , Arrêt du Volant soi
- 2 s
- 6
- ‘U C.
- 6
- *
- 2
- F
- C
- ct
- E CC P
- C O 5 P
- 0 1 2 3 45678
- Temps du freinage en secondes
- Graphique 2.
- G
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-
-
-
- EXPERIENCES DE FREINAGE
- 49
- Espace parcouru par l’automobile en mètres
- 0
- Espace parcouru en tours du volant
- —D D * 0 0
- 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
- Temps de freinage en secondes
- Arrêt
- soit
- OUI
- obile.
- ' 8 Z
- barcoupos pen/oute
- Effort de freinage: 7 Kg.
- Vitesse: 86,87 Km/heure soit 580 tours du volant par min. (Vitesse de la voiture au début du freinage.)
- + Frein Martinel, o Frein ordinaire.
- faute mobile
- Graphique 3.
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-
-
-
- OS
- Espace parcouru par l’automobile en mètres .0 Ut
- 80
- GO
- 70
- en tours du volant P ct
- S
- CO c A 0
- [1]
- f
- 4
- 44 ,
- Effort de freinage : 5 Kg.
- + Frein Martinel o Frein ordinaire
- f') Vitesse de /a voiture au début du freinage
- 1 oh—I do
- Y
- e y
- SO/I
- I
- Al 34
- S83
- 3
- SS
- ‘gi 8’8 %;
- Arrêt ^u volant co/t 7S9mparcourus ^ar Zutomobile
- 10 15
- Temps de freinage en secondes Graphique 4.
- ESSAIS DE MACHINES
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-
-
-
- EXPÉRIENCES DE FREINAGE
- 51
- Effort de freinage: 10Kg.
- + Frein Martinel o Frein ordinaire
- (I) Vitesse de la voiture au début du freinage
- Espace parcouru par l’automobile en mètres Espace parcouru en tours du volant I-- - 0 C
- 0 U
- 76,1m parcquruspar/automobile
- I 8 8l & #
- S1 3 Si s 3
- S
- T
- i
- 8
- Arrêt_du Vo and____,
- soit 35,80m parcourus par 1 automobile
- 0J 0
- 0 1 2 3
- Temps de freinage en secondes
- Graphique 5.
- du Volant soit
- 51
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-
-
-
- 6x
- Accélérations en mètres/sec./sec
- -DOT
- ---------11---------
- Vitesses de l'automobile en mètres/seconde. _________s —>DT
- ______X______O_____________2______ t
- Espaces parcourus par l’automobile en mètres.
- I l
- •
- 02
- Fo
- 0
- L O cD
- 02
- e
- p
- 23
- 2 F É
- 0
- 4
- 2
- 8
- 2
- SU
- 55.
- 125 50
- Temps de freinage en secondes Graphique 6.
- SINIHOVK 30 SIVSSA
- ZC
- mètres
- • ’
- Co C
- accélérations.
- Données |_______________________ Poids freiné 820=200 Kilogrammes
- Vitesse du Volant: 580 tours/minule soit 9,66 Lours/seconde 4 Vitesse corresponde de /automobile:24, 14 mètres/sec. soit 86,87Km/he ure) Effort à l'extrémité du bras de levier de frein: 7 Kilogrammes, .
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-
-
-
- Ut
- EXPÉRIENCES DE FREINAGE
- 9
- Temps de freinage en secondes
- Graphique 7.
- 6
- 0
- S
- 6 63 9
- t
- Effort de freinage: 7Kg - Les chiffres placés sur les courues indiquent les espaces en mètres parcourus par l’automobile
- 550 600
- 300 350 400 450 500
- Vitesse du volant au début du freinage en tours/
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-
-
-
- APPAREIL POUR LA MESURE DU COEFFICIENT
- DE FROTTEMENT DES GARNITURES DE FREINS
- L’appareil qui est représenté schématiquement par les figures (a et b} a pour objet l’étude des garnitures de freins. Il permet la détermination du coefficient de frottement et la mesure de l’usure de la garniture. On peut donc s’en servir pour faire des essais comparatifs.
- Il est constitué comme suit (voir fig. a) : Une dynamo-dynamométrique (A) actionne une poulie (B) portée par un arbre et deux paliers A'B' munis de rou-
- H
- Dynamodynamom étrique
- Poulie de bras de levier—L
- RDI
- B
- enronle ^Charge en Kgr.
- de la dynamo= dynamométrique
- 1 j
- Fig. a. — Appareil pour la mesure du coefficient de frottement des garnitures de freins. Vue en élévation.
- lements à billes. L’arbre est accouplé à la dynamo par un joint élastique (C). La poulie sert de tambour de frein et c’est sur elle que l’on place les éléments de garniture à essayer. Ces derniers sont serrés et appliqués sur la poulie par une pincette (fig. b) attachée à un point fixe (O) et dont les bras sont rapprochés par un écrou à oreilles (N) dont l’effort est mesuré par un dynamomètre à ressort D.On a, si l’on appelle K la pression sur les sabots et D la lecture au dynamomètre :
- K=NPD. (0
- (i) Dans l’appareil du Laboratoire K ~ 2,15 D Résulte de la construction de l’appareil.
- D est la pression en kgr. lue au dynamomètre.
- K la pression en kgr. sur les sabots.
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-
-
- APPAREIL POUR LA MESURE DU COEFFICIENT DE FROTTEMENT
- &
- Si, dans le fonctionnement de l’appareil, on néglige le frottement des roulements à billes on peut établir comme suit la formule permettant le calcul du coefficient de frottement des garnitures.
- Formule pour le calcul du coefficient de frottement des garnitures. — Soitf ce coefficient.
- Fig. b — Appareil pour la mesure du coefficient de frottement des garnitures de freins. Vue schématique en bout.
- A
- Le travail de la dynamo-dynamométrique est évidemment égal au travail de frottement des roulements plus celui des garnitures.
- On peut donc écrire :
- =E+ 27n 2FR 60 00
- PZ = 2FR, mais :
- F =Kf par définition.
- Donc:
- PZ = 2KFR, d’où :
- f=2KXR
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-
-
- 56
- ESSAIS DE MACHINES
- s représente le travail absorbé par les roulements à billes que nous avons dit être négligeable.
- l est la longueur du bras de levier de la dynamo-dynamométrique ;
- P est la charge du bras de levier de la dynamo-dynamométrique ;
- R le rayon de la poulie;
- F l’effort tangentiel dû au frottement des garnitures.
- Méthode expérimentale. Résultats d’essais. — Le principe de la méthode expérimentale consiste à placer deux éléments de garniture sur la poulie et de les charger à la pression normale de fonctionnement, en général i kilogramme par centimètre carré. Quelquefois, pour obtenir une usure plus rapide, on porte cette pression à 3 kilogrammes par centimètre carré. Au début de l’expérience le coefficient de frottement varie et va généralement en croissant à cause de l'échauffement de la garniture ; on arrive assez rapidement à une température stable et à un coefficient de frottement généralement constant. Cependant avec certaines garnitures, dont l’état des surfaces se modifie avec l’usure, le coef-ficient reste variable.
- Nous donnons ci-dessous un exemple de procès-verbal qui fera bien comprendre les résultats que donne le Laboratoire pour ce genre d’essai.
- ESSAI SUR UN ÉCHANTILLON DE GARNITURE DE FREIN
- Rat de l’essai. — L’essai avait pour but de déterminer le coefficient de frottement et l’usure d’un échantillon de garniture de frein monté sur un appareil d’essai du Laboratoire, et travaillant dans des conditions indiquées par le demandeur.
- Désignation de l'échantillon. — L’échantillon remis par le demandeur était constitué par deux morceaux de garniture de frein de 55 millimètres de largeur et 7 millimètres d’épaisseur moyenne.
- Chaque morceau était identifié par une marque spéciale.
- Installation. — L’essai a été fait au moyen d’un appareil d’essai du Laboratoire comportant essentiellement une poulie en fonte, polie, et un frein à deux mâchoires.
- La poulie, de 3oo millimètres de diamètre et 8o millimètres de largeur, était calée sur un arbre en acier porté par deux paliers munis de roulements à billes. Elle était refroidie intérieurement par circulation d’eau.
- Le frein était constitué par deux sabots en acier destinés à recevoir deux morceaux semblables de la garniture à essayer et portés par deux bras de levier situés l’un en dessus, l’autre en dessous de la poulie. Les bras de levier étaient mobiles à l’une de leurs extrémités autour d’un axe solidaire du bâti de
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- APPAREIL POUR LA MESURE DU COEFFICIENT DE FROTTEMENT 57 l’appareil ; à l’autre extrêmité, ils étaient réunis entre eux par un dynamomètre au moyen duquel s’effectuait le réglage de la pression à exercer sur les éléments de garniture.
- Le système était équilibré de façon que les garnitures soient soumises à des pressions égales et que l’arbre de la poulie ne subisse aucun effort du fait de ces pressions.
- Les deux sabots étaient profilés de manière que les garnitures s’appliquent aussi exactement que possible sur le pourtour de la poulie.
- Coefficient de frottement
- 30 40 5 0 6 0 7 0 60 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 Temps en minutes
- . c. — Diagramme de l’expérience du 21 octobre 1927.
- C Co %
- L’appareil, fixé sur une plateforme, était accouplé directement, par joint élastique, avec une dynamo-dynamométrique de 5 kilowatts fonctionnant comme moteur et permettant la mesure directe du couple de frottement.
- Essai. — L’essai a été fait conformément aux indications données par le demandeur.
- Deux morceaux semblables de la garniture à essayer, de 60 millimètres de long, ont été fixés chacun par deux vis sur les sabots du frein.
- L’essai a été fait dans les conditions suivantes :
- Vitesse de rotation de la poulie.............. 800 tours/minute
- Pression sur la garniture..................... 1 kg./cm2
- Température de l’eau de refroidissement . . 5o°C.
- Toutes les cinq minutes on notait :
- a) La vitesse de rotation de la poulie mesurée avec un compte-tours à main étalonné ;
- b) Le couple de frottement mesuré par les poids accrochés à l’extrémité du bras de levier de la dynamo-dynamométrique ;
- c) L’indication du dynamomètre ;
- d) La température de sortie de l’eau de refroidissement.
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- 58
- ESSAIS DE MACHINES
- L’épaisseur des garnitures a été mesurée avant l’essai, après une demi-heure de marche et à la fin de l’essai.
- Le poids a été pris avant et après l’essai.
- Résultats. — Les résultats déduits des mesures effectuées ont permis de tracer la courbe moyenne (fig. c) du coefficient de frottement en fonction du temps de marche.
- Sur cette courbe ont été relevées les valeurs données dans le tableau ci-après :
- Dans les calculs, il n’a pas été tenu compte des frottements, négligeables, de l’arbre de la poulie dans les roulements à billes le supportant.
- 58
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-
-
- Date de l’essai : 21 octobre 1927.
- Durée totale de marche : 3 heures.
- Vitesse moyenne de rotation de la poulie : 800 tours/minute.
- Pression moyenne excercée sur la garniture : i kg/cm2.
- Température moyenne de l’eau de refroidissement à la sortie de la poulie : 50 degrés C.
- Temps de marche en minutes 10 20 30 (1) 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180
- Coefficient de frottement lu sur la courbe moyenne 0,335 0,356 0,372 0,382 0,388 0,393 0,393 0,393 0,393 0,393 0,393 0,393 0,393 0,393 0,393 0,393 0,393 0,393
- (1) Arrêt pour mesure de l’épaisseur
- Epaisseur de la garniture (moyenne pour les 2 morceaux)
- Poids de la garniture (moyenne pour les 2 morceaux)
- avant l’essai................................................... 5,11mm. après 1/2 heure de marche........................................... 5,03.......................................mm. après 3 heures de marche............................................ 4,95........................................mm. usure après 1/2 heure de marche..................................... 0,08.................................mm. usure après 3 heures........................................... 0,16 mm. avant l’essai................................................ 22,230 gr. après 3 heures de marche..................................... 21,935 gr.
- usure en 3 heures......................................... 0,295 gr.
- APPAREIL POUR LA MESURE DU COEFFICIENT DE FROTTEMENT
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-
- MESURE DES PERTES DES CALORIFUGES
- A HAUTE TEMPÉRATURE
- Les essais des enveloppes ou revêtements calorifuges ont fait l’objet du bulletin n° 7 publié en 1905. Nous ne reviendrons pas sur la description du principe de la méthode de mesure, nous renverrons le lecteur à ce numéro du bulletin. Le procédé actuellement mis en usage est le même, la seule différence consiste dans l’élimination de l’influence des extrémités des tubes d’essais et dans un mode de suspension rationnel pour éviter les pertes de chaleur par conductibilité des organes de suspension des tubes expérimentaux; ainsi que l’incertitude due aux extrémités des tubes.
- Affranchissement de l'inflaence des extrémités. — Le dispositif consiste à opérer sur deux tubes rigoureusement semblables ; l’un de 1 mètre et l’autre de 2 mètres de longueur.
- Il est évident que les pertes calorifiques du tube de 1 mètre seront égales à :
- (1) Pertes sur 1 mètre + pertes par les deux extrémités. Celles du tube de 2 mètres seront égales à ;
- (2) Pertes sur 2 mètres + pertes par les deux extrémités.
- Si nous retranchons (1) de (2) il nous restera les pertes calorifiques sur un mètre courant.
- Ces pertes sont, comme la chose est exposée dans le bulletin n° 7, comparées à celles du tube nu, c’est-à-dire non revêtu de calorifuge.
- Les tubes d’essai sont en acier doux au lieu d’être en cuivre électrolytique. Nous ajouterons enfin que l’équipement du chauffage des tubes par résistances électriques et les dispositions générales de l’appareil sont prévues pour essayer des calorifuges pour vapeur surchauffée et que l’on peut atteindre des températures de 4000 ou 500° centigrades.
- Ce dispositif permet encore de déterminer le coefficient de conductibilité du matériau calorifuge en opérant sur le tube de deux mètres et en faisant les lectures des températures intérieures et extérieures des surfaces du calorifuge avec des couples convenablement disposés. On opère sur un mètre de longueur les deux extrémités de o m. 5o restantes servant d’anneaux de garde. On applique alors la formule :
- de 0,595 El Logo —
- K C
- dans laquelle R est le coefficient de conductibilité, de et di les diamètres extérieur et intérieur du calorifuge, E la différence de potentiel en volts aux extrémités de un mètre et I l’intensité en ampères du courant de chauffage.
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-
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- ESSAI DES MARTEAUX PNEUMATIQUES
- Après une étude générale de la question nous avons, à la suite d’expériences nombreuses, adopté la méthode d’écrasement de Crushers employée aux Mines de Maries à Auchel etmise au point par MM. DE Chaumont, ingénieur divisionnaire et GODDET, ingénieur, attachés au service du fond de ces mines.
- Nous ne ferons pas ici une revue de toutes les méthodes d’essai qui ont échoué pour ce genre de machine. Nous ne parlerons que de celle de l’écrasement de crushers que M. Frémont expose aussi dans son volume Le Marteau, 1923.
- La méthode des crushers, décrite dans le Bulletin de l’industrie Minérale, n° 28 du 15 décembre 1926 et utilisée aux Mines de Maries en vue d’un concours de marteaux piqueurs, est la suivante. Elle comprend trois étapes bien distinctes :
- A) On fait fonctionner le marteau sur un banc d’essai afin de tracer sur un tambour à noir de fumée le mouvement de la masse frappante. Il suffit de monter sur le piston du marteau une aiguille qui inscrira sur le tambour une parabole puisque le mobile (piston) se déplace sous un effort constant, au moins pendant la course de frappe.
- Avec un diapason on enregistrera le temps sur le même tambour.
- On aura ainsi :
- a) Le nombre de coups frappés par minute par le marteau ;
- b) La vitesse d’impact, en menant la tangente à la parabole (voir graphique joint, fig. d) au point d’impact.
- B) Ayant la vitesse d’impact du marteau on fera, au mouton, un tarage des crushers avec cette même vitesse d’impact. On fera ensuite travailler le marteau sur les mêmes crushers et, en mesurant leur écrasement dans un temps déterminé, on aura le travail correspondant fait par le marteau d’où la puissance du marteau.
- C) Enfin on mesurera la consommation du marteau en le faisant travailler, comme en service courant, par exemple sur une pièce de bois ou tout autre matériau suivant le cas. Cette expérience durera environ 10 minutes pendant lesquelles on s’efforcera d’enregistrer la vitesse par inscription du son que produit le marteau au travail. Il sera intéressant de comparer la vitesse ainsi enregistrée à celle obtenue pendant la première expérience (vitesse d’impact).
- 61
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-
-
- 62 ESSAIS DE MACHINES
- DISPOSITIF POUR DÉTERMINER LA VITESSE D’IMPACT
- Description des appareils de mesure. — Sur la figure (e) ci-dessous nous voyons le marbre M sur lequel le marteau est fixé par les deux lunettes A et B de manière que l'axe du marteau soit dans une position rigoureusement paral-
- Temps (100 vibrations par seconde)
- Fig. d.
- lèle aux génératrices du cylindre enregistreur. Une cornière de choc c reçoit le coup et arrête la masse frappante. Les réactions du marteau sont absorbées par une barre passant dans sa poignée et fixée par deux tirants à la lunette arrière. Le cylindre enregistreur D est d’un diamètre d’environ o m. 60; il est actionné par courroie et poulie au moyen d’un petit moteur électrique permettant de régler sa vitesse afin d’obtenir un diagramme convenable (voir fig. d).
- 62
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-
-
- ESSAI DES MARTEAUX PNEUMATIQUES
- 63
- Le diagramme s’enregistre sur un papier au noir de fumée tendu et collé sur le tambour, par l’intermédiaire d’une aiguille vissée dans la masse frappante On enregistre également le temps sur ce même tambour avec un relai com
- mandé par un diapason que l’on aperçoit sur la figure (e) en E.
- L’enregistrement des courbes se fait sur un tour complet du cylindre enregistreur. Un dispositif spécial N permet de relever le cylindre au moment voulu
- pour l’amener au contact de l’aiguille. On dépouille les résultats, après fixation
- Fig. e. — Appareillage pour l’essai des marteaux pneumatiques.
- i^-'
- du diagramme, par quart de circonférence. La vitesse d’impact est la tangente à la courbe au point de frappe. On peut quelquefois la tracer par la méthode de la sous-tangente mais en général il vaut mieux le faire en cherchant la convergence des deux points de la sécante.
- Appareil pour l’écrasement des erushers. — Cet appareil, visible en G sur la figure (e) se compose d’un équipement, sorte de chariot à deux lunettes, dans lequel on fixe le marteau ; le chariot peut monter et descendre suivant les deux arbres guides a et b de manière à encaisser avec une certaine élasticité les réac-63
- laboratoire d’essais. — Bulletin no 23.
- 5
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-
- 64
- ESSAIS DE MACHINES
- tions du marteau, lequel du reste est rendu solidaire de l’équipement par une attache élastique (m) en câble d’acier. Le chariot est chargé de poids de manière à faire travailler le marteau avec une pression aussi voisine que possible de celle qu’exercerait un ouvrier le tenant à la main.
- 0
- 100
- Ecrasement en dixièmes de millimètre
- Ü 50 100 150 200 250 300 350
- Travail effectué en kilogrammètres
- Fig. f. — Essais de marteaux pneumatiques. Tarage des crushers bien recuits (6 et 7/8/3o).
- 4 e II 3
- o
- n°3:v=8,46 mètres
- La base de l’appareil est une enclume portant à sa partie supérieure une alvéole dans laquelle on place le crusher à écraser. Le marteau agit sur ce dernier par l’intermédiaire d’une chasse dont le poids est le même que celui de l’aiguille à'piquer le charbon, par exemple.
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-
-
-
- ESSAI DES MARTEAUX PNEUMATIQUES 65
- On fait marcher le marteau pendant dix secondes. On mesure a consommation d’air à l’aide d’un compteur de débit instantané type Ingersoll Rand et, autant que faire se peut, la vitesse du marteau par la méthode stroboscopique ou celle du son. On retire le crusher de son alvéole et on mesure son écrasement. On écrase successivement 3 crushers de manière à obtenir une moyenne.
- Pour chiffrer le travail résultant de l’écrasement des crushers il y a lieu de tarer ces derniers au mouton pour différentes vitesses d’impact de manière à lire le travail du marteau sur la courbe correspondant à la vitesse d’impact donnée par l’expérience précédente.
- Courbes de tarage des crashers. — Ces courbes s’obtiennent à l’aide d’un mouton que l’on fait tomber de différentes hauteurs de manière à encadrer la vitesse d’impact du marteau par les vitesses d’impact obtenues au tarage. La figure (f) nous montre une série de courbes obtenues pour des vitesses d’impact comprises entre 7 et i3 mètres. On voit qu’avec des crushers recuits avec grand soin elles ne sont pas très différentes les unes des autres, cependant il faut absolument tenir compte des écarts qu’elles présentent entre elles. Sur des crushers non recuits ou mal recuits elles différeraient beaucoup plus les unes des autres. Enfin il faut noter que la frappe sur les crushers tarés au mouton doit se faire par l’intermédiaire d’une chasse pour se placer dans la même situation que celle du marteau travaillant sur son crusher.
- Dispositif pour le travail normal du marteau.— Enfin on fait une troisième et dernière expérience pour se rapprocher autant que possible du travail du marteau en service courant. S’il s’agit de marteaux piqueurs on travaillera sur une matière analogue au charbon ou bien sur une bille de bois; on pourra aussi, pour des marteaux perforateurs, travailler sur un bloc de granit ou de pierre moins dure. Ce sont là des cas d’espèce.
- On fait travailler le marteau pendant une dizaine de minutes et l’on mesure sa consommation àl’aide d’un compteur totalisateur, par exemple un compteur d’air P. A. C. de la Compagnie des Compteurs. On mesure également la vitesse du marteau ou nombre de coups frappés avec un stroboscope ou par la méthode du son.
- Nous donnons dans ce qui suit les modèles de procès-verbaux relatifs à ces trois étapes bien distinctes A, B et C : vitesse d’impact, écrasement des crushers et travail normal dans la pratique d’emploi du marteau.
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- ESSAIS DE MACHINES
- Procès-verbal A, n° T
- Demandeur X
- 27 mai 1929.
- ESSAI SUR UN MARTEAU PNEUMATIQUE
- Désignation de l'appareil. — L’appareil soumis à l’essai était un marteau pneumatique dit « Marteau piqueur » ayant les caractéristiques principales
- suivantes :
- Numéro du marteau . . •........................... 1
- Poids total du marteau..................................... 7,450 kg.
- Poids du piston seul....................................... 0,542 kg.
- Poids du piston muni du style traceur...................... 0,612 kg.
- > comme P.-V. n° 0.
- Mode opératoire )
- Résultats. — Les résultats obtenus sont notés dans le tableau suivant :
- Pression de fonctionnement du marteau en kg/cm2. 5 3
- Course du piston enregistrée sur les diagrammes
- en mm i04,5à 106,5 io5 à toG,5
- Nombre de coups frappés par minute :
- Pendant le Ier quart de rotation du tambour 1.492 1.191
- » 2e » » » .. 1.492 1 .212
- » 3e » » » i .5oo 1.207
- » 4e » » J> 1.515 1-189
- Nombre de coups frappés par minute (moyenne) . 1.500 1.200
- Vitesse d’impact en mètres/seconde :
- Pendant le Ier quart de rotation du tambour 9’94 7>°7
- » 2e » » » 10,Gi 7,34
- » 3e » » » 9’67 7,06
- » 4e » » 0 10,25 6,89
- Vitesse d’impact moyenne 10,12 7,°G
- Consommation d’air instantanée en litres/minute (1) 1.55o 654
- (1) Le compteur d’air fera l’objet d’un tarage ultérieur.
- Vu :
- Le directeur da Laboratoire d'Essais.
- Le chef de Service Principal des Essais de Machines.
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- ESSAI DES MARTEAUX PNEUMATIQUES
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- Procès-verbal A, n° 2.
- Demandeur X
- 27 mai 1929
- ESSAI SUR UN MARTEAU PNEUMATIQUE
- Désignation de l'appareil. — L’appareil soumis à l'essai était un marteau pneumatique dit « Marteau piqueur » ayant les caractéristiques principales suivantes :
- Numéro du marteau.......................................... 2
- Poids total du marteau.......................................... 7,410 kg.
- Poids du piston seul............................................ 0,542 kg.
- Poids du piston muni du style traceur........................... 0,612 kg.
- Bat de l'essai Mode opératoire
- comme P.-V. n° 3.
- Bésaltats. — Les résultats obtenus sont notés dans le tableau suivant :
- Pression de fonctionnement du marteau en kg/cm2. Course du piston enregistrée sur les diagrammes 5 3
- en mm 118 à 122,5 113 à 115
- Nombre de coups frappés par minute : Pendant le Ier quart de rotation du tambour 1.426 1.192
- » 2e » » » .. 1.469 ’-’97
- » 3° » » » .. 1-474 1.191
- » 4e » » » •• 1.484 1.206
- Nombre de coups moyen par minute. .... Vitesse d’impact en mètres par seconde : 1.464 1.196
- Pendant le Ier quart de rotation du tambour 9^3 7,95
- » 2e » » » .. 9.87 7,34
- » 3e » » » .. 9,77 7,56
- » 4e » » 9 •• 9,38 7,53
- Vitesse d’impact moyenne 9,61 7,60
- Consommation instantanée d’air en litres/minute . i. i5o 592
- Vu :
- Le directeur da Laboratoire d’Essais.
- Le chef de Service Principal des Essais de Machines.
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- ESSAIS DE MACHINES
- Procès-verbal A, n° 3.
- Demandeur X
- ESSAI SUR UN MARTEAU PNEUMATIQUE
- Désignation de l’appareil. — L’appareil soumis à l’essai était un marteau pneumatique dit Marteau piqueur ayant les caractéristiques principales sui-
- vantes :
- Numéro du marteau. . ............. 3
- Poids total du marteau................................ 7,570 kg.
- Poids du piston seul.................................. 0,537 kg.
- Poids du piston muni du style traceur . . . 0,607 kg.
- Dut de l’essai. — L’essai avait pour but de déterminer :
- i° La vitesse d’impact du marteau ;
- 2° Le nombre de coups frappés par minute ;
- 3° La consommation d’air.
- Mode opératoire. — L’essai a été effectué au Laboratoire d’Essais du Conservatoire National des Arts et Métiers le 14 janvier ig3o.
- L’appareil était monté sur une table munie d’une plateforme à rainures portant deux lunettes à vis calantes, de manière à fixer horizontalement le marteau et à placer son axe dans une position rigoureusement parallèle aux génératrices d’un cylindre enregistreur à noir de fumée sur lequel le style venait tracer le mouvement du piston pendant la marche du marteau.
- Le piston, par l’intermédiaire d’une fausse aiguille, vient frapper sur une cornière de choc déterminant l’arrêt du piston au point précis de la frappe. Les vis calantes des lunettes ne doivent pas être serrées de manière à éviter toute déformation du cylindre du marteau, et les réactions axiales de ce dernier sont absorbées par une barre passée dans sa poignée et réunie à la lunette arrière par deux tirants. Sur la cornière de choc vient prendre appui la fausse aiguille du marteau.
- Le tambour enregistreur se meut à une vitesse telle que l’inscription du diagramme soit convenable ; en face du style traceur s’inscrivent les vibrations d’un diapason qui donne le temps avec précision.
- La mesure de la vitesse d’impact est donnée par la tangente à la courbe au point de frappe.
- La vitesse du marteau résulte du nombre d’ondulations enregistrées pendant le temps donné par le diapason.
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- ESSAI DES MARTEAUX PNEUMATIQUES
- Résultats. — Les résultats obtenus sont notés dans le tableau suivant :
- Pression de fonctionnement du marteau en kg/cm2. Course du piston enregistrée sur les diagrammes 5 3
- en mm 102 à xo6 i05 à 117
- Nombre de coups frappés par minute :
- Pendant le Ier quart de rotation du tambour 1.454 1.145
- » 2e » » » 1.454 1.145
- »3e » » » 1.445 1.145
- » 4e » » » 1.446 1.154
- Vitesse moyenne 1.450 1 147
- Variation de la pression pendant la durée d’enregis-
- frement du diagramme a baissé d’environ 200 grammes constante
- Vitesse d’impact en mètres par seconde :
- Pendant le Ier quart de rotation du tambour. 12,42 6,81
- » 2e » » » . . 11,46 7-29
- » 3e » » » 11,16 7’7°
- » 4e » » » 10,65 7,49
- Vitesse moyenne d’impact 11,42 7,32
- Consommation instantanée en litres/minutc . » 817
- Vu :
- Le directeur du Laboratoire d’Essais.
- Le chef de Service Principal des Essais de Machines.
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- ESSAIS DE MACHINES
- Procès-verbal B n° i de l’essai n°
- Demandé par
- Enregistré le
- ESSAI SUR UN MARTEAU PNEUMATIQUE
- Désignation du marteau :
- Numéro du marteau.................................... 1
- Poids total du marteau............................ . 7,450 kg.
- Poids du piston seul..................................... 0,542 kg.
- Poids de la chasse............................................ ko.
- But de l’essai. — L’essai avait pour but de mesurer le travail produit par le marteau fonctionnant sous une pression d’air déterminée.
- Mode opératoire. — La méthode consiste à faire écraser par le marteau des crushers en cuivre, convenablement recuits, dont le tarage a été fait au mouton, avec une vitesse d’impact correspondant à celle du piston du marteau.
- On mesure également le temps pendant lequel fonctionne le marteau et, le plus souvent, la vitesse de ce dernier ; quelquefois on admet que cette vitesse est la même que celle mesurée pendant l’essai ayant fait l’objet du procès-verbal A.
- Dans le cas où l’on fait la mesure directe de la vitesse on opère avec un stroboscope ou avec un appareil enregistreur de son.
- Résultats. — Les résultats ainsi obtenus sont les suivants :
- Dates de l’essai : 10 et 15 février 1930.
- Poids de l’équipement supportant le marteau » kg.
- Charge supplémentaire » kg.
- Poids total chargeant le marteau » kg.
- Pression de fonctionnement du marteau (air
- comprimé) 3 5 kg/cm2
- Nombredecoupsfrappés ( mesuré directement . par minute ( d’après le p. v. A. 1.185 1.200 1.500
- ( Ier crusher 4,21 7,13 mm.
- Ecrasement des crushers 3 2e crusher. 4,38 7,46 mm.
- ( 3e crusher. 3,93 7,69 mm.
- Ecrasement moyen 4,17 7,43 mm.
- Vitesse d’impact (d’après le p. v. A) . 7,06 10,12 m/s
- Travail du marteau pendant 10 secondes. 50,0 134 kg. m.
- Puissance de choc (travail par seconde) . 5,0 13,4 kg. m/s
- Travail par coup (d’après vitesse du p. v. A.) 0,250 0,536 kg. m.
- Consommation d’air pendant la durée de la frappe (air détendu) Consommation par minute (air détendu). 0,633 0,995 co co SS
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- ESSAI DES MARTEAUX PNEUMATIQUES 71
- Procès-verbal B, n° 3 de l’essai n° Demandé par
- Enregistré le
- ESSAI SUR UN MARTEAU PNEUMATIQUE
- Désignation du marteau :
- Numéro du marteau.................................... 3
- Poids total du marteau.................................... 7,570 kg.
- Poids du piston seul...................................... 0,537 kg.
- Poids de la chasse............................................. kg.
- Put de l’essai. — L’essai avait pour but de mesurer le travail produit par le marteau fonctionnant sous une pression d’air déterminée.
- Mode opératoire. — La méthode consiste à faire écraser par le marteau des crushers en cuivre convenablement recuits, dont le tarage a été fait au mouton avec une vitesse d’impact correspondant à celle du piston du marteau.
- On mesure également le temps pendant lequel fonctionne le marteau et, le plus souvent la vitesse de ce dernier ; quelquefois on admet que cette vitesse est la même que celle mesurée pendant l’essai ayant fait l’objet du procès-verbal A.
- Dans le cas où l’on fait la mesure directe de la vitesse on opère avec un stroboscope ou avec un appareil enregistreur de son.
- Résultats. — Les résultats ainsi obtenus sont les suivants :
- Date de l’essai : 19 février 1930.
- Poids de l’équipement supportant le marteau
- Charge supplémentaire.........................
- Poids total chargeant le marteau , . . ..
- Pression de fonctionnement du marteau (air
- comprimé).
- Nombre de coups frappés par minute
- mesuré directement d’après le p. v. A.
- ( Ier crusher
- Ecrasement des crushers 2 2e crusher
- 3e crusher
- Ecrasement moyen
- Vitesse d’impact (d’après le p. v. A.) . Travail du marteau pendant 10 secondes. Puissance de choc (travail par seconde) .
- Travail par coup (d’après vitesse du p. v. A.) Consommation d’air pendant la durée de la
- frappe (air détendu)...........
- Consommation par minute (air détendu)
- 71
- 3 5
- 1.147 1.450
- 4,29 7,87
- 4,24 7,74
- 4,06 7,71
- 4,20 7>77
- 7,32 11,42
- 49 142
- 4,9 14,2
- 0,256 0,588
- 0,625 0,990
- m m
- 0
- 8
- %
- mm.
- mm.
- m/s kg. m. kg. m/s kg. m.
- E E
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- ESSAIS DE MACHINES
- Procès-verbal C, n° 3.
- 6 o
- ESSAI SUR UN MARTEAU PNEUMATIQUE
- Désignation de l’appareil :
- Numéro du marteau...................................... 3
- Poids total du marteau................................. 7,57 kg,
- Poids du piston........................................ 0,537 kg.
- Poids de l’outil (aiguille ou chasse) .... kg.
- Dat de l’essai. — L’essai avait pour but de mesurer la consommation du marteau en travail normal sur :
- Mode opératoire. — Le marteau, tenu à la main par un ouvrier, travaille sur une pièce de bois pendant un temps assez long pour permettre de lire une consommation d’environ 5oo litres sur un compteur totalisateur. La lecture est
- également faite sur un compteur de débit instantané : Durée de l’essai.................................... 4mn.4s.
- Consommation d’air en litres à la pression de l’expérience 50o litres
- Consommation par minute en air détendu .... . 713 lit. 4
- Vitesse du marteau..................................
- Le chef de Service Principal Service des Essais de Machines.
- vu :
- Le Directeur du Laboratoire d’Essais.
- ra
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- TABLE DES MATIÈRES
- Pages
- Essai des chaudières de chauffage central............................................. 2
- Description de la salle d’essais...................................................... h
- Résultat des essais.................................................................. 6
- Exemple d'essai.................................................................... 7
- Essais des radiateurs................................................................ Il
- Courbes comparatives des coefficients K pour différents radiateurs................... 13
- Modèles de procès-verbaux .......................................................... 14
- Appareil pour l'essai des roulements à billes, et des co'ussinets.................... 19
- Modèle de procès-verbal..............................................................‘19
- Tarage des anémomètres .............................................................. 23
- Tube de Pitot-Darcy . . . ...........................,.............................. 25
- Abaque pour le calcul de K dans la formule V = Kyh . . .............................. 27
- Tarage des orifices................................................................ 29
- Détermination du coefficient de débit d’un orifice................................. 31
- Etude de Rateau...................................................................... 32
- Micromanomètre....................................................................... 34
- Cloche équilibrée.................................................................. 34
- Essais sur la détermination des coefficients de débit de tuyères..................... 36
- Expériences de freinage ... ................................................... 40
- Graphiques relatifs à ces expériences. Courbes des espaces parcourus (fig. 1 à 5). . 47
- Graphiques relatifs à des courbes des vitesses et des accélérations (fig. 6) . . . . 52
- Appareil pour la mesure des coefficients de frottement de garnitures de frein . . . 54
- Exemple de procès-verbal............................................................. 59
- Mesure des pertes des calorifuges à haute température. .............................. 60
- Essai des marteaux pneumatiques .................................................... 61
- Vitesse d’impact.................................................................... .62
- Ecrasement des crushers . 63
- Tarage des crushers ...... .......................................................... 64
- Travail normal en service............................................................ 65
- Procès-verbaux d’essais A............................................................ 66
- Procès-verbaux d’essais B........................................................... 70
- Procès-verbal d’essais C............................................................. 72
- LAVAL. IMPRIMERIE BARNÉOUD.
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