CO
Ghabbon de bois. Le mètre cube de charbon de bois a, M. Berthier, le poids suivant :
Charbon de chêne et de hêtre 230 à 250 kil.
Charbon de bouleau 220 à 230
Charbon de pins 200 à 210
Le produit de la carbonisation ordinaire des forêts peut s*estimer ainsi qu'il suit:
Bois dur de la Meuse, —Un stère de bois de 375 kil. rend en volume 0~«,30, à 0™%40 de charbon; en poids 80 kil. de charbon. Le mètre cube de charbon pèse 240 kil.
Bois miles des Ardennes. — Un stère de bois pesant 300 kil. rend en volume 0"«,33 à 0"%40 de charbon ; en poids, 60 à 66 kil. de charbon. Le mèlre cube de charbon pèse 200 kil.
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S26 ras «AGIINES À VAPEUR.
256. Quantité de chaleur contenue dans on poids donné DB VAPEUR. La quantité de chaleur contenue dans un poids •donné q de vapeur saturée, à la température {«est, d'après les lexpériences de M. Regnault, donnée par la formule
1 = 9(606,5+0,3051) calories,
formule qui revient à la règle-suivante :
Pour avoir la qimfUité de chaleur contenue dans un poids donné ,de vapeur.
Multipliez la température exprimée en degrés centigrades par U ooeffcitnt 0,305 et ajoutiez à ce -produit le nombre constant 666,5, multipliez cette somme par le poids de la vapeur,
EzEMPBE. Quel est le nombre d'unités de chaleur contenues dans 6 kilogrammes \de vapeur à 120^
On trouve pour le nombre cherché
6(606,5+0,305 X 120) = 6(606,5 + 36,6) = 3858,6 calories.
S37. Quantité théorique de combustible a brûler fosr OBTENIR UN POIDS DONNÉ DE VAPEUR. La quantité théoriqiK de ccnnbustible à brûler pour transformer un poids doimé q d*eaa à la température if en vapeur à la température t, en appelant fi le nombre d'unités de chaleur que peut dégager le combostibie^ est donné par la formule
qui revient à la règle suivante :
Pour calculer le poids 'théorique du combustible qu'il faut brûler, au minimum^ pour transformer un poids donné d'eau m vap&ur à une température donnée ajoutez au nombre constant 606^5 le produit de cette température par le coefficient 0,305 et retranchez de cette somme la température primitive de Veau à vaporiser ;multq^liez de nombre ainsi obtenu par le poids de Veau à vaporiser et divisez U produit par le nombre d'unités de chaleur que le combustible peut fournir.
nu lEAGHIMES A VAPSUR. 227
BxmPLE. Quel est le poids de houille de première qualité pouvant théoriquemeut produire 10 kilogrammes de vapeur à 135* avec de l'eau à 15®.
On trouve par la formule
Ce résultat est purement théorique et nous verrons, en parlant des chaudières à vapeur dans quelle proportion la consommation augmente en réalité dans la pratique.
Ji88. Quantité d'eau nécsssaihe a l'injection. Le poids q' d'eau à la température t qu'il faut mêler à un poids donné q de vapeur à la température pour que le mélange soit à la tempc^*rature t est donnée par la formule
qui revient à la règle suivante :
MuUipliez par 0,305 la température de la vapeur, expnmée en degrés centigrades^ ajoutez à ce produit ie nombre constant 606,5 et reiranchez-en la température de Veau à injecter.
Multipliez le nombre ainsi obtenu par le poids de la vapeur à condenser, et divisez le produit par V excès de la température que le mélange doit avoir sur celle de Veau froide.
Le quotient sera le poids de l'eau froide à injecter.
Quel est le poids d'eau à 12 degrés qu'il fiuit injecter dans le condenaeur d'une madûne à vapeur pour condenser 7 kil. de vapeur à 100® et pour que le mélange soit à 35®?
La règle ci-dessus donne
5'= -i ^ — ,^ ■ ■ ' = 183 kil. OU hlres.
5138. Quantités n£ vapsur NicEssAiR£ pour ^sver un volume
SONNÉ n'BAU A UNE TEMPÉRATURE DONNÉE. Le polds q dé VapCUT
saturée k la température t qu'il faut condenser dans un poids ij(
d'eau à la température i pour que le mélange soit à une température donnée f est donnée par la formule
^ 606,5 + 0,305r—ï"' qui revient à la règle suivante :
Multipliez le poids cTeau à échauffer par V excès de la tempéralurt que doit avoir le mélange sur la température de Veau froide, et divisez le produit par le nombre 606,5 augmenté du prodwt du coefficient 0,305 par la température de la vapeur, et diminué de la température finale que doit avoir le mélange. Le quotiem fndtquera le poids de la vapeur à employer.
Exemple. Quel est le poids de vapeur à 130* qu'il faut condenser dans une cuve de teinture contenant deux mètres cubes ou 2000 kilogrammes d'eau à 12% pour que le mélange soit kbb\
La règle précédente donne
<^ = 606,5 + 0.305Xl30-12 = 63M5 = ^^'^"-^°^°-
S40. DÉSIGNATION DES CHAUDIÈRES A VAPEUR PAR LE CmFFRE
DE LA VAPORISATION QU'ELLES PRODUISENT. La même chaudière pouvant être appliquée au service de diverses machines à vapeur, utilisant la vapeur d*une manière différente, il est trèsinexact et en même temps très-iuco;nmode de désigner les chaudières à vapeur par la puissance en chevaux de la machine qu'elles alimentent. Il vaut mieux indiquer la quantité d'eau qu'elles sont destinées à vaporiser par heure, car en partant de cette donnée il sera toujours facile de les apprécier en elles-mêmes et de calculer si elles sont suffisantes pour une machine à vapeur dont toutes les conditions sont connues.
On désignait précédemment, et on le fait encore quelquefois aujourd'hui, les conditions de fonctionnement d'une chaudière en disant qu'elle était de la force d'un nombre donné de chevaux.
DES HAGHiNES A VAPEUR. 229
Dans cette manière inexacte de s'exprimer il faut estimer à 25 ou 30 kilogrammes la quantité d*eau vaporisée par heure et par force de cheval.
Cependant lorsque la chaudière aura été spécialement faite pour une machine à grande détente , dépensant très-peu de combustible, le chiJQfre de cette vaporisation par cheval nominal s'abaissera quelquefois jusqu'à 15 à 18 kilogrammes.
Ml. Utilisation du combustible dans les chaudières a VAPEUR. Lorsqu'une chaudière est établie dans des conditions satisfaisantes, on peut compter sur une vaporis^ition moyenne de 8 kilogr. d'eau par kilogramme de houille ou de coke. Ces deux combustibles sont presque les seuls que Ton emploie maintenant pour le service des chaudières à vapeur.
Chaque kilogramme de bois peut vaporiser de 4 à 5 kilO' grammes d'eau.
848. Quantité de houille a brûler sous une chaudière. Connaissant la quantité de vapeur à produire par heure, il suffira de diviser cette quantité par 8 pour connaître approximativement la quantité de houille ou de coke qu'il faudra brûler dans le même temps.
M5. Cobibustible brûlé par mètre carré de surface de grille. Dans les chaudières fixes des ateliers, dans celles de machines locomobiles et dans les chaudières marines, on brûle de 70 à 80 kilogrammes de houille par mètre carré de surface de grille.
Cette surface doit être mesurée d'après le vide total dont une partie est occupée par les barreaux et sans aucune déduction pour les supports ou pour les barreaux eux-mêmes.
Dans les chaudières des locomotives la quantité de combustible brûlée par mètre carré de surface de grille est plus considérable par suite de l'activité plus grande du tirage artificiel produit dans la cheminée par l'échappement de la vapeur. On doit l'estimer à 250 kilogrammes environ. Dans certaines chaudières locomobiles la quantité de combustible brûlé sur la grille en une heure s'élève quelquefois jusqu'à 100 kilogrammes.
Les chiffres qui précèdent suffiront, dans chaque cas, pour
230 DBS MACHINES A VAPEUR.
calôiler approximatireineiit la quantité de combustible qœ Ton pourra brûler en une heure et dans de bonnes canditîoBs, sur une grille donnée.
Exemple. Quelle est la quantité de combustible qu'il est convenable de brûler sur une grille de chaudière fixe ayant une longueur de l'^ybO et une largeur de 0",80, ce qui revient à
En comptant sur une consommation de 80 kil. par mètre carré on trouve pour la consommation totale, par heure
1 ,20 X 80 =: 06 kilogrammes.
Lorsqu'on brûle seulement 70 kilogrammes de houille par heure et par mètre carré de surface de chauffe, on peut, avec les précautions convenables, éviter presque entièrement toute production de fumée.
2M4.DmENSio]!is des grilles. Pour déterminer la sar(àced*uiie grille sur laquelle on devra brûler en service courant k kjk>grammes de combustible par heure on emploiera la formule
pour les chaudières fixes et marines ; la formule
S— ^ pour les chaudières locomohilcs» et h formule
pour les chaudières des machines locomotives.
ExEWLE. Quelle doit être la sur&ce d'une grille de dtaatdSèn de machine locoadrile pour brtl« S« kDogrammes de â«rbonparheoro.
I«S XACHDflS A. VA«Bn. »I
Laioramle
donne S = — ==-0,33 mèlre carré:
En généra], il y a moins d'inconvénients à craindre en augmentant plutôt qu'en diminuant la surface ainsi calculée.
La surface de la grille ajant été déterminée de cette &con on en calcule les dimensions linéaires suivant la forme que la grille doit avoir.
Pour les grandes grilles il faut considérer l'^^SO comme une limite extrâme de la bngueur :. le senrica est déjà.trto-dîfidle avec une grille aussi longue.
848. YoLUME d'air nécessaire a la combustion. Chaque kilogramme de charbon consomme théoriquement 8 mètres cubes d*air pour sa combustion complète, mais il faut compter en pratique sur une consommation de 12 à 13 mètres cubes.
En diminuant la quantité d*air on facilite la production de la famée; en l'augmentant on diminue l'utilisation du combustible par suite de la perte dé chaleur due aux gaz brûlés.
246. Vitesse de l'air dans les chemin]£es. Les cheminées sont, en général, construites de manière' que, quand' les registres sont ouverts, les gaz chauds y circulent ayec une vitesse de 3 mètres environ. Pour Fëvaluation de cette vitesse on peut snp^ poser par approximation, que si les gaz brûlés étaient ttoiés^ leur volume serait sensiblement le même que celui de l'air mtrodnit, et que leur volume est à peu près doublé par* suite de l'élévation de leur température.
Dans les cheminées des machines locomotives- la vitesse va fréquemment jusqu'à 5 mètres.
247. Sections des cheminées. En tenant compte des indicar tiens qui précèdent on trouve que la section minimum des cheimiiâes varie ^tre 0,25 à 0,12 de la surfoce de la. grille.
Le premier coefQcient devra être employé pour les chaudières fixer, mab il Gsuidra dan&ce casse ménager le moyen de diim-
232 DES XACHINES A VAPEUR.
nuer à volonté le tirage par un registre, placé de manière à être facilement manœuvré.
La fraction 0,12 ou 0,15 convient également aux chaudières des locomotives, aux chaudières de bateaux et aux chaudières des machines locomobiles.
248. Dimensions des carneâux. Les carneaux doivent avoir autant que possible une section peu différente de celle de la cheminée et les différents parcours doivent être raccordés par des coudes arrondis, de manière à éviter pendant le trajet les nertesde force vive qui seraient dues aux changements brusques de section ou de direction.
949. Hauteur des cheminées. La hauteur de la cheminée est plutôt déterminée par les conditions de voisinage que par la nécessité d'assurer un tirage suffisant. La hauteur de 10 mètres parait être convenable dans la plupart des cas, et lorsqu'on active le tirage, en introduisant la vapeur d'échappement dans la cheminée, on peut se contenter d'une hauteur de 2 à 3 më* Ires.
Une cheminée trop haute ou de section trop, grande nuit souvent à la bonne utilisation du combustible, en ce qu'elle fait passer au travers de la grille une quantité d'air trop grande.
280. Proportion entre la surface de chauffe et la surface DE GRILLE. La surfacc de chauffe étant destinée à absorber la plus grande partie de la chaleur dégagée par la combustion, il importe de proportionner cette surfacç d'après la quantité de combustible à brûler par heure.
Pour une consommation de 80 kilogrammes de combustible par mètre carré de surface de grille, l'expérience indique que l'étendue de la surface de chauffe doit être égale à 20 ou 25 fois la surface de la grille. Ce sont ces chiffres qu'il conviendra d'adopter pour les chaudières fixes, les chaudières locomobiles et les chaudières marines.
Dans les chaudières des machines locomotives où Ton brûle au moins 250 kilogrammes par mètre carré de grille, la surface de chauffe est portée jusqu'à 75 fois celle de la grille.
En faisant usage de ces proportions, il n'y a point à tenir
compte de Tétendae plus ou moins grande de la surface directe de chauffe ; elle doit entrer dans le calcul, comme la surface de chauffe indirecte, chacune d'elles suppléant toujours à Tinsufflsance de l'autre.
Toutes les portions de la surface totale qui ne sont exposées ni à la radiation du foyer, ni à l'action des gaz chauds, ne peuvent entrer à aucun titre dans l'évaluation de celte surface de chauffe.
261. Eau vaporisée par mètre carré de surface de chauffe. En comptant sur une vaporisation de 8 kilogrammes d'eau par kilogramme de combustible, une grille de l mètre carré, brûlant 80 kilogrammes de houiUe par heure, devrait vaporiser 80 X 8 = 640 kilogrammes d'eau.
La surface de chauffe indiquée par la règle du paragraphe précédent étant de 25 mètres carrés, on se trouverait ainsi conduit à une vaporisation par mètre carré de 640 : 25=25,60 kilogrammes.
On obtient, en effet, dans la plupart des chaudières une vaporisation de 25 kilogrammes d'eau par mètre carré de surface de chauffe et par heure.
Il importe, d'ailleurs, de remarquer qu'il vaut mieux augmenter la surface de chauffe totale jusqu'à 30 fois la surface de grille, toutes les fois que les dispositions adoptées le permettent.
Toutes choses égales d'ailleurs, les meilleures chaudières sont celles qui vaporisent le moins d'eau par mètre carré de surface de chauffe, parce qu'elles refroidissent davantage les gaz de la combustion avant de les laisser perdre dans la cheminée.
Sttfi. Combustible â brûler par mètre carré de surface de CHAUFFE. Si l'on veut réduire à 20 kilogrammes par heure la vaporisation moyenne d'une chaudière par mètre carré de surface de chauffe, il faudra ne brûler sur sa grille qu'une certaine quantité de combustible, qui sera donnée par la formule
c'est-à-dire que pour faire fonctionner une chaudière à vapeur
234 DBS MÂCHINU À. VAPEU.
danflês meiU&ures conatimu, il convient de ne brûler par hmwt qu'un nembre de kHogrammes de homlle à pevb près é§al au Mffn oiitfiiitfm TTiuit^j^n^jMir 2,5 le nombre de mètres, carrée delaewrface totale de chauffe.
n ne faudra jamais aller au dela.de 3 fois cette surface, etroa rétrécira, s'il est nécessaire, la grille, de oianière que celte consommation représente à peu près 70 ou 80 kilogrammes par mètre carré de surface de grille.
9tt5. DisposmoKS dbs CHA^nniiRES a vaphur». Les formes le plus généralement adoptées pour les chaudières àTapeur sont :
!*• Pour les chaudières fixes les corps cylindriques avec foyer intérieur, accompagnés de deux ou trois bouilleurs inférieurs ou latéraux.
S* Pour les chaudières locomobiles et les chaudières locomotives, un faisceau tubulaire contenu dans un corps cylindrique placé horizontalement et raccordé avec une porte à fea cyliadrique ou rectangulaire.
3« Pour les chaudières de bâtiment, de grandes caisses presque rectangulaires qui contiennent trois ou quatre foyers et dans lesquelles des faisceaux tubulaires servent de retour aux gaz chauds avant qu'ils ne s'échappent dans la cheminée, qui est, en général, commune à plusieurs corps de chaudières.
2tMI. Chaudièrks a bouilleurs. Dîmis ces chaudières on donne rarement au corps cylindrique un diamètre supérieur à un mètre, et les fonds de ce cylindre sont en général formés par des calottes embouties.
Les diamètres des bouilleors peuvent vari^ de 30 k 60 eotimètres; ils ont même quelquefois 70 centimètres. Dana œs deniers temps, on n'a pas ccaint de construire de& cbaadîèies de ce genre ayant jusqu'à 10 mètres de longueur.
Il est, en général, difficile d'obtenir dans ces appareils une surface de chauffe égale à 25 fois la surface de grille, quoique ce chiffre soit toujours favorable à la bonne utilisation du eondnsiyblr.
DES BA«HINE8 Ai VAPEUK. 235
On peut remplacer av«c atantag^e une partie de cette surface de chauffe par un réehauffeur tubulaire, lorsque les eaux ne donnent pas lieu aides dépôt» abondanls : cette disposition permet d^obtenîr une vaporisation par kilogramme de combustible qui peut s'élever en moyenne jusqu'à 9 et 10 kilogrammes.
SIRS. Chaudières TaBULAiRES. Les tubes des chaudières de locomotives ont, en général, un diamètre de 4 centimètres; mais si ce diamètre convient avec le tirage très-énergique de ces appareils, il est complètement insuffisant pour les autres applications, et il vaut mieux employer des tubes de 6 à 8 centimètres de diamètre. Le corps cylindrique qui les renferme a rarement plus de 1",20 de diamètre.
Avec ce genre de chaudières le constructeur arrive plus facilement à obtenir la surface de chauffe nécessaire, et on propose mamtenant de les employer pour le service des machines fixes.
Si cette pratique peut paraître avantageuse dans le cas où les eaux employées sont absolument pures, on doit cependant s'attendre à des réparations plus importantes et plus fréquentes.
Quand les eaux sont encore de très-bonne qualité, sans être absolument pures ou distillées» on peut se servir avec avantage des chaudières dites à. foyers amovibles dans lesquelles le fisdsceau tubulaire tout entier peut être facilement dégagé du corps cylindrique chaque fois que l'on veut opérer le nettoyage.
Pour une production de 50 à 60 kilogrammes de vapeur par heure, on peut employer de petites chaudières cylindriques, à foyer intérieur et à tubes verticaux: elles sont d'un petit volume, et d'une installation facile.
S86. EXPRESSION oéNlÊRALE DU TRAVAIL DÉVELOPPÉ SUR LE
PISTOU d'une MAcmNE A TAPEUR. Si l'ou désigne pur P la pression moyenne exiHîmée en atmosphères sur le piston d'une madune à vapem*, par Y le vobune engendré par ce piston, et exprimé en mètres cubes, le travail développé à chaque ooup de instonseca donné par la formule
lû330Py kilogrammètres.
qui revient à la règle suivante :
Pour obtenir la valeur en kUogrammètres du travail développé par coup de piston mr le piston d'une machine à vapeur ^ il faut multiplier le volume engendré par le piston par la pression moyenne exprimée en atmosphères^ et pa/r le coefficient constant 10330 qui exprime la pression d'un atmosphère sur un mètre carré.
Exemple. Qiiel est le travail développé par coup de piston dans une machine fonctionnant avec une pression moyenne de 3 atmosphères dans le cylindre, dont la course est de 0",60 et le diamètre du piston 0"',40.
On calcule d*abord
V=0,60Xj^=0-0764, et par suite on a 10330 VP= 10330X0"%0754X3=2336,6 kilogrammèlres.
