MACHINE À VAPEUR À DOUBLE EFFET
BIELLE-MANIVELLE · TIROIR · RÉGULATEUR WATT · PHYSIQUE EN DIRECT
diagramme indicateur — P vs V
glisser pour orbiter · pincer / ⌘-défilement pour zoomer
Le régulateur à masselottes ajuste l'étrangleur pour maintenir une vitesse constante. Désactivez-le puis modifiez la charge pour comprendre pourquoi chaque machine en avait besoin.
Comment fonctionne une machine à vapeur
- La vapeur pousse le piston. La vapeur haute pression de la chaudière est admise dans une extrémité du cylindre ; comme la machine est à double effet, l'autre extrémité s'ouvre simultanément vers l'échappement, de sorte que la vapeur entraîne le piston à chaque course, dans les deux sens.
- Le tiroir assure la distribution. Un tiroir en forme de D, entraîné par un excentrique réglé environ 90° en avance sur le vilebrequin, glisse d'avant en arrière pour découvrir chaque orifice au bon moment — admission, puis coupure, puis échappement, puis compression.
- La détente effectue un travail gratuit. Après la coupure, la vapeur emprisonnée continue de pousser en se détendant, sa pression chutant selon P ∝ 1/V. Couper plus tôt extrait davantage de travail de chaque kilogramme de vapeur — c'est tout l'intérêt du travail expansif. Observez le changement du diagramme indicateur en déplaçant la coupure.
- Vilebrequin et volant. La bielle transforme la poussée linéaire du piston en rotation, et le lourd volant stocke l'énergie aux points morts où le vilebrequin ne peut produire de couple, lissant les impulsions en une rotation régulière : I·dω/dt = τsteam − τload.
- Le régulateur maintient la vitesse. Deux masselottes tournantes s'élèvent lorsque la machine accélère (cosα = g/Ω²ℓ) ; via un mécanisme elles ferment l'étrangleur, réduisant la vapeur — une boucle de rétroaction auto-correctrice. Désactivez-le et changez la charge : la machine s'emballe ou cale. Le régulateur de James Watt de 1788 fut l'un des premiers régulateurs automatiques jamais construits.
Le diagramme indicateur en haut à droite représente la pression du cylindre en fonction du volume — l'instrument même que Watt utilisait pour régler ses machines. L'aire à l'intérieur de la boucle est le travail effectué par course ; multipliez par le nombre de courses par seconde et vous obtenez la puissance.
Essayez : abaissez la coupure à 40% et observez la courbe de détente s'étirer · coupez le régulateur et augmentez la charge jusqu'à ce que la machine cale · réduisez le volant et observez le pic de vitesse entre les courses moteur.
Essayez : abaissez la coupure à 40% et observez la courbe de détente s'étirer · coupez le régulateur et augmentez la charge jusqu'à ce que la machine cale · réduisez le volant et observez le pic de vitesse entre les courses moteur.
Activer le régulateur · déplacer la charge · glisser pour orbiter · rayon X · défilement pour zoomer