SURFACE
totale
de
chauffe.
kil.
mètre carré.
mètre carré.
Les consommations de charbons indiquées ci-dessus correspondent à des machines dont la distribution de vapeur est réglée suivant le système Maudslay ou Miller, c’est-à-dire de manière à interrompre l’introduction de la vapeur dans les cylindres aux — de la course des pistons. Si la vapeur était admise pendant les ~ par exemple, il faudrait augmenter proportionnellement ces consommations et par suite les surfaces de chauffe, qui doivent toujours être proportionnelles à celles-ci.
En général, les volumes occupés par l’eau soumise à l’évaporation doivent également être proportionnels aux surfaces de chauffe, — les volumes des cendriers, foyers et conduits de chaleur croissent comme les volumes occupés par l’eau; enfin les volumes occupés par la vapeur en réserve, y compris les coffres, sont proportionnels aux quantités de vapeur consommées par les machines. M. Campaignac propose de fixer le volume de ces réservoirs à 0m.14i par cheval dans les machines de bateaux du système Maudslay.
Afin qu’on puisse appliquer ces résultats, je dois donner ici, d’aprés le même ingénieur, toutes les dimensions de la chaudière type de Maudslay, de 160 chevaux, en faisant remarquer que le volume occupé par la vapeur, y est beaucoup plus faible que celui indiqué ci-dessus. M. Campaignac propose en conséquence de porter la hauteur totale de cette chaudière à 2"\88 au lieu de 2™. 68, c’est-à-dire d'augmenter de O™. 20, sans toucher aux autres dimensions, la hauteur comprise entre le niveau de l’eau et le dôtnc de la chaudière. Cette chaudière est à bord de Eurotas; j’y joins les dimensions des chaudières de l’un des plus petits et de l’un des plus grands bateaux marins, le Liamone, de 50 chevaux, et un transatlantique de 450. (1 oyez l’ouvrage de M. Campaignac, Etat actuel de la navigation par la vapeur. )
Molière des chaudières. — Les chaudières sont en tôle, en cuivre ou même en fonte. U. le prince de Joinville, dans une note justement célèbre sur les forces navales de la France, recommande, à bord de la flotte au moins, l’emploi des chaudières en cuivre. « Outre que ces chaudières n'exigent presque pas de réparations, dit-il, elles durent au moins trois fois plus que celles en tôle, et quand elles sont arrivées au terme de leur durée, les matériaux provenant de leur démolition ont conservé presque toute leur valeur.» L’industrie particulière, qui a une tendance marquée à diminuer avant tout les frais de premier établissement des machines, contrairement aux principes d’une saine économie, a exclusivement adopté l’usage des chaudières en tôle , et même depuis quelques années l’emploi des tôles à la houille. C’est aux ingénieurs qu’il appartient de réagir contre cette tendance. La durée des chaudières en tôle au bois parait être double de celle des tôles à la houille; leurs prix respectifs ne sont que dans le rapport de 7 à 8 environ. Les tôles platinées seraient préférables sous tous les autres rapports aux tôles laminées, si leurs faibles surfaces ne nécessitaient pas un grand nombre de rivures; leur prix est à celui des bonnes tôles laminées obtenues de fers au charbon de bois dans le rapport de 70 à 85 environ.
Forme des chaudières. — Les surfaces planes paraissent fournir plus de vapeur que les surfaces cylindriques, d’après quelques observateurs; ce résultat est nié par d’autres. Elles sc déforment plus facilement sous l’action de la pression intérieure ou extérieure.
Les chaudières cylindriques à foyers intérieurs ne sont pas favorables au tirage; elles semblent être plus exposées aux explosions. Exemple : la Citis, le Lavaret , le Zéphir, etc.
Les chaudières cylindriques résistent beaucoup mieux que les chaudières à faces planes. La disposition de leurs fourneaux est plus facile. Les chaudières cylindriques à bouilleurs sont, pour machines fixes, préférables à toutes les autres; mais il faut que les bouilleurs communiquent avec la chaudière par deux tubulures au moins, trois et même quatre s’il est possible, et que ces tubulures aient le plus grand diamètre qu’elles puissent recevoir; car, en général, il est très important que la vapeur et l’eau qui la remplace passent très facilement, ce qui n’aurait point lieu à travers des ouvertures étroites et en petit nombre, la vitesse de la vapeur dans le liquide étant toujours très faible et tout au plus égale à 0m30 par seconde, lorsqu’elle sc meut verticalement. Ces bouilleurs ne doivent pas être rivés aux chaudières, mais seulement assemblés très solidement et de manière à pouvoir être facilement remplacés. Ils doivent être toujours en excellente tôle ou en cuivre et jamais en fonte, et l’on ne doit en aucun cas les chauffer à la partie supérieure.
Volumes occupés par Peau et la vapeur. — Afin d’éviter les chan-
gemen ts brusques de tension , l’espace occupé par la vapeur doit être le plus grand possible. Dans les chaudières de Walt et dans celles à bouilleurs, il est ordinairement le ■ du volume de l’eau et le fi du volume de vapeur dépensé à chaque coup de piston. Dans les bateaux il est sensiblement égal au volume occupé par l’eau.
« • mmm.
Quant à ce dernier, on peut par approximation l’évaluer à 0.400.
mmm.
par cheval dans les chaudières de Watt, à 0.300. dans celles à
mmm.
bouilleurs et à 0.200. seulement dans les chaudières de bateaux.
Catégories. — L’administration qui, dans l’intérêt de la sécurité publique, a toujours plus ou moins heureusement réglementé la construction et l’établissement des chaudières à vapeur, les divise en quatre catégories.
Ces catégories sont déterminées par le produit de la tension de la vapeur en atmosphères dans la chaudière et du nombre de mètres cubes que mesure sa capacité, bouilleurs compris.
Lorsque ce produit dépasse 15, la chaudière est dans la première catégorie.
Elle est dans la seconde si ce produit est plus grand que 7 et n’excède pas 1 5.
Dans la troisième, s’il est plus grand que 3 cl n’excède pas 7.
Dans la quatrième, s’il n’excède pas 3.
Si plusieurs chaudières doivent fonclionnerensembledans un même emplacement, et s’il existe entre ellesunc communication quelconque, directe ou indirecte, le produit de la somme de toutes les capacités, bouilleurs compris, par la tension, sert de base au classement.
Epreuves des chaudières. — Les chaudières, leurs tubes bouilleurs, les réservoirs à vapeur, les cylindres en fonte des machines à vapeur et les enveloppes de ces cylindres ne pourront être employés dans un établissement quelconque, sans avoir été préalablement soumis à une épreuve opérée à l’aide d’une pompe de pression.
La pression d’épreuve sera une multiple de la pression effective, c’est-à-dire de la plus grande tension que la vapeur pourra acquérir dans les chaudières et autres pièces contenant la vapeur, diminuée de la pression atmosphérique.
On procédera aux épreuves en chargeant les soupapes des chaudières de poids proportionnels à la pression effective.
A l’égard des autres pièces, la charge d’épreuve sera appliquée sur la soupape de la pompe de pression.
Pour les chaudières, tubes , bouilleurs et réservoirs en tôle ou en cuivre laminé, la pression d’épreuve sera triplede la pression effective.
Cette pression d’épreuve sera quintuple pour les chaudières et tubes bouilleurs en fonte. L’usage de ces chaudières et tubes en fonte est prohibé dans les bateaux à vapeur.
Les cylindres en fonte des machines 5 vapeur et les enveloppes en
fonte de ces cylindres seront essayés sous une pression triple de la
pression effective.
Les chaudières qui auront des faces planes seront dispensées de l’épreuve, mais 90us la condition que la tension de la vapeur ne devra pas s’élever, dans l’intérieur de ces chaudières, à plus d’une atmosphère et demie. Ces chaudières, lorsqu’elles seront employées sur les bateaux, devront, en outre des soupapes de sûreté prescrites ci-après, être munies à la partie supérieure d’une soupape atmosphérique, c’est-à-dire ouvrant du dehors au dedans.
Epaisseur des chaudières. — L’épaisseur des parois des chaudières cylindriques, en tôle ou en cuivre laminé, sera réglée par la formule suivante :
Pour obtenir l’épaisseur e exprimée en millimètres , on multipliera le diamètre ü, exprimé en mètres, de la chaudière par la pression effective (a — 1), exprimée en atmosphères, et par le nombre 18; on prendra la dixième partie du produit ainsi obtenu et on y ajoutera 3 Ainsi a étant la tension de la vapeur en atmosphères dans les chaudières, on a
Epaisseur en millimètres = e = 1 .8 I) (a — 1) -f- 3.
Diamètre en mètres = U=— — .
Tension intérieure en atmosphères = a = — - -j- 1.
L’épaisseur de la tôle ou du cuivre ne devant jamais dépasser 6m.0l 5. si une épaisseur plus forte était nécessaire en raison du diamètre d’une chaudière en projet et de la tension de la vapeur, le constructeur devrait substituer à une chaudière unique plusieurs chaudières séparées et d’un diamètre plus petit.
Table des épaisseurs à donner aux chaudières à vapeur, cylindriques, en tôle ou en cuivre laminé.
diamètre
de»
chaudière'.
atmo-
sphères.
"mètre
millimètres.
CEI
gjjgg!
Les épaisseurs de la tôle devront être augmentées ( sans que les règlements indiquent de quelle quantité) s’il s’agit de chaudières formées en partie ou en totalité de faces planes, ou bien de conduits intérieurs cylindriques, ou autres traversant l’eau ou la vapeur, et servant soit de foyers, soit à la circulation de la flamme. Ces chaudières et conduits devront, de plus, être, suivant les cas (sic), renforcés par des armatures suffisantes.
La chaudière étant déjà construite, l’épaisseur de la tôle se mesurera sur le bord des feuilles assemblées à recouvrement. On mesurera ainsi plusieurs épaisseurs en différents points de la chaudière, en tenant compte autant que possible des effets du refoulement produit par le maltage, ainsi que de l’obliquité du plan suivant lequel les feuilles peuvent être coupées.
Chaudières en fonte. — L’ordonnance n’assigne pas de règle pour l’épaisseur des chaudières en fonte, parce que, dit la circulaire ministérielle qui la suit, cette épaisseur est généralement supérieure à celle qui serait strictement suffisante pour supporter sans altération la pression d’épreuve quintuple de la pression effective.
Emplacement des chaudières. — Les chaudières de la première catégorie devront être établies en dehors de toute maison d’habitation, et même, à moins d’une autorisation spéciale du préfet, en dehors de tout atelier.
Toutes les fois qu’il y aura moins de dis mètres de distance entre l’une de ces chaudières et les maisons d'habitation ou la voie publique, il sera construit, en bonne et solide maçonnerie, un mur de défense de 1 mètre d’épaisseur, distinct du massif de maçonnerie du fourneau, séparé de ce massif par un espace libre de 0".50 au moins, et séparé aussi des murs mitoyens avec les maisons voisines. Le préfet déterminera la hauteur et la longueur de ce mur.
Si la partie supérieure de la chaudière se trouve à 1 mètre au moins en contre -bas du sol, le mur de défense ne sera exigible que lorsque les maisons habitées ou la voie publique se trouveront à moins de 5 mètres de distance.
Le local de la chaudière ne pourra être couvert que d’une toiture légère, sans liaison aucune avec les toits des bâtiments contigus, et reposant sur une charpente particulière.
Les chaudières de la deuxième catégorie pourront être placées dans l’intérieur d’un atelier, si toutefois cet atelier ne fait pas partie d’une maison d’habitation ou d’une fabrique à plusieurs étages.
Si elles sont à moins de 5 mètres des maisons d’habitation ou de la voie publique, il sera construit de ce côté un mur de défense pareil à celui qui est prescrit pour les chaudières de la première catégorie et pareillement disposé.
Les chaudières de la troisième catégorie pourront être placées dans l’intérieur d’un atelier qui ne fera point partied’une maison d’habitation, sans qu’il y ait lieu d’exiger la construction d’un mur de défense.
Los chaudières de la quatrième catégorie pourront être placées dans l’intérieur d’un atelier quelconque, lors même que cet atelier fera partie d'une maison d’habitation. Elles seront, dans ce cas, munies d’un manomètre à air libre.
Les fourneaux des chaudières de la troisième et de la quatrième catégorie seront entièrement séparés par un espace vide de 0-.50 au moins des maisons d’habitation appartenant à des tiers.
Lorsque les chaudières établies dans l’intérieur d’un atelier ou d’une maison d’habitation seront couvertes sur le dôme et sur les flancs, cette enveloppe sera construite en matériaux légers, et si elle est en brique, son épaisseur ne dépassera pas 0m.10.
Appareils de sùrelè. Alimentation et indicateurs du niveau de l’eau. — Toute chaudière sera munie d’une pompe d’alimentation , bien construite et en bon état d’entretien , ou de tout autre appareil alimentaire d’un effet certain. Une ligne extérieure très apparente, tracée sur le corps de la chaudière ou sur le parement du fourneau, à 0.“10 au moins au-dessus de la partie la
?dus élevée des carneaux, tubes ou conduits de la flamme et de la umée dans le fourneau, indiquera le niveau que l’eau doit avoir habituellement dans la chaudière. — La chaudière sera en outre munie d’un flotteur d’alarme qui déterminera l’ouverture d’une issue par laquelle la vapeur devra s’échapper avec un bruit suffisant pour avertir, toutes les fois que le niveau s’abaissera de 0-.05 audessous de la ligne dont il vient d’étre fait mention. — La chaudière sera en outre munie ou d’un flotteur ordinaire, d’une mobilité suffisante, ou d’un tube indicateur en verre, ou de robinets indicateurs convenablement placés à des niveaux différents; — et ces appareils ou l’un d’eux sera en vue du chauffeur.
Chaque chaudière de bateau, indépendamment de la pompe d’alimentation prescrite ci-dessus, et qui sera mise en mouvement par la machine motrice du bateau, sera pourvue d’une autre pompe, pouvant fonctionner soit à bras, soit autrement Cette seconde pompe est destinée à alimenter la chaudière, s’il en est besoin, lorsque la machine motrice ne fonctionnera pas.
Manomètre , thermomanomitre . « Toute chaudière à vapeur sera munie d’un manomètre à mercure, gradué en atmosphères et fractions décimales d’atmosphère, de manière à faire connaître immédiatement la tension de la vapeur dans la chaudière, — et le tuyau qui amènera la vapeur au manomètre sera adapté directement sur la chaudière. — Le manomètre sera placé en vue du chauffeur. »
Cet instrument se dérange très facilement et il est ainsi d’un emploi peu sur.
On fera usage du manomètre à air libre, c’est-à-dire ouvert à sa partie supérieure, toutes les fois que la pression effective de la vapeur ne dépassera pas quatre atmosphères, lorsqu'il s’agira de ma-
chines fixes, et deux atmosphères, lorsqu’il s’agira de machines de bateau.
On emploiera toujours le manomètre à air libre, quelle que soit la pression effective de la vapeur, lorsque le produit de la capacité en mètres cubes de la chaudière et des bouilleurs, par la tension do la vapeur en atmosphères, n’excédera pas le nombre trois.
Le manomètre à air libre n’est point exigible pour les chaudières des locomotives ou des locomobilcs; elles ne seront munies que d’un manomètre fermé ou d’un thermomanomètre.
Le thermomanomètre est administrativement défini : un thermomètre à mercure, construit de manière à accuser les températures qui vont jusqu’à 200 degrés centigrades, et dont la tige est divisée en atmosphères, d’après les relations connues entre les tensious de la vapeur à son maximum de densité et les températures correspondantes. ( Voyez Vapeur.)
Rondelles fusibles. — L’administration a enfin reconnu les inconvénients et l’inefficacité des rondelles fusibles. Ces plaques métalliques ne seront plus exigées.
Soupapes de sûreté. — Il sera adIPpté à la partie supérieure de chaque chaudière deux soupapes de sûreté, une vers chaque extrémité de la chaudière, et à la plus grande distance possible l’une de l’autre.
Le diamètre de ces soupapes de sûreté sera réglé conformément à la règle suivante :
On divisera la surface de chauffe s de la chaudière, exprimée en mètres carrés, par le nombre a, qui indique la tension maximum de la vapeur en atmosphèresdans la chaudière, préalablement diminuée du nombre 0.412. On prendra la racine carrée du quotient ainsi obtenu, on la multipliera par 2.6, le résultat exprimera en centimètres le diamètre d cherché.
La circulaire qui suit l’ordonnance royale annonce, comme un résultat de l’expérience, qu’une seule soupape, dont l’orifice aurait un diamètre déterminé par la formule empirique précédente, suffirait pour débiter toute la vapeur qui pourrait se former dans la chaudière à la tension de a atmosphères sous l'influence du feu le plus actif. Elle en conclut que quand une chaudière sera munie de deux soupapes ayant les dimensions prescrites et fonctionnant bien, on n’aura point à craindre que la tension de la vapeur dépasse la limite assignée, sauf peut-être le cas où l’eau, par suite d’un défaut d’alimentation, viendrait à atteindre des parois rouges. Il faut avouer, quoiqu’il en coûte, que ni la théorie, ni l'observation ,
n’autorisent cet excès de précautions, que des hommes très compétents n’hésitent point à appeler un excès d'imprudence.
En effet, de trop funestes expériences ont démontré qu’une diminution brnsque de la tension dans les chaudières était une cause fréquente d’explosion, parce qu’elle donnait lieu au passage subit de la masse d'eau de la chaudière à l’état de vapeur et engendrait ainsi subitement une masse de fluide élastique, qu’aucune enveloppe, quelque solide qu’elle fût, ne pouvait contenir. La théorie a expliqué ces faits par les considérations suivantes, que l’on rendra plus claires en les appliquant à un exemple. Qu’on suppose le cas d’une chaudière contenant 20 métrés cubes d’eau, travaillant à 5 atmosphères, et dans laquelle dès lors la masse fluide est à la température d’environ 153°. Les deux soupapes de sûreté prescrites par les règlements se soulèvent par suite d’un excès de tension accidentelle, elles laissent échapper plus de vapeur qu’il ne s’en forme ; la tension diminue donc, et subitement. Supposons qu'elle s’abaisse un instant de 5 à 2 atmosphères, la température correspondante à cette dernière tension n’étant guère que de 122°, il faut que les 20 mètres cubes d’eau perdent ainsi 31 degrés et rendent subitement disponibles 31 X 20000 ou 620000 unités de chaleur, capables elles-mêmes do donner presque instantanément environ 1000 kil. de vapeur. Cette vapeur se formant à la fois dans tous les points de la chaudière soulèverait et projetterait contre les parois 19000 kil. d’eau avec une vitesse très sensible, phénomène dont l’effet a été très heureusement comparé par M. Pouillet à celui qui résulterait de l’explosion d’un mélange de 1000 kil. de poudre et de 19000 kil. de sable.
Cette théorie a été adoptée par un grand nombre de praticiens, d’ingénieurs, et je la trouve encore reproduite dans le rapport d’une commission nommée au port de Toulon, pour examiner le projet d’ordonnance sur les bateaux à vapeur. M. Levêquc, ingénieur de la marine et rapporteur de celte commission, admet que, si, lors d’une conversion subite du liquide en fluide élastique, « les plaques « fusibles, les soupapes de sûreté donnent passage à la vapeur, la « dépression qui en résulte produit dans la chaudière nn bouillon- « nement qui divise le liquide en globules, le rend très propre à « s’approprier l'excès de calorique et hâte le désastre qu’on veut
« éviter Dans ce cas, toutes les soupapes sont insuffisantes
« ou nuisibles; c’est ce qui a fait conclure aux savants qui se sont « occupés de ces phénomènes, que dans les explosions par formation « subite de vapeur, les rondelles fusibles, comme les soupapes de « sûreté, étaient non-seulement inutiles., mais même dangereuses. »
Quoi qu’il en soit, les deux soupapes sont ex’gées, et en attendant que la fréquence des accidents ait éclairé l'administration, il faut les admettre.
Largeur de la surface annulaire des soupapes. — La largeur de la surface annulaire de recouvrement ne devra pas dépasser la trentième partie de la surface circulaire exposée directement à la pression de la vapeur, et cette largeur, dans aucun cas, ne devra excéder deux millimètres.
On demandera sans doute ce que peut être une largeur qui serait la trentième partie d’une surface. Cet article d’une ordonnance royale, contresignée par un ministre des travaux publics, n'a aucun sens. Voici une autre rédaction, que je rencontre dans la circulaire de l’administration des ponts et chaussées :
La largeur de la surface annulaire , par laquelle le disque de la soupape s’applique sur les bords de l’orilice qu’il ferme, ne doit pas dépasser la trentième partie du diamètre du vide de cet orifice. Ainsi :
Les diamètres des orifices exposés directement à la vapeur étant
tu I m I m ira Ira I m im Ira Ira
et an-dessus ,
Les largeurs correspondantes, que les surfaces de recouvrement ne devront pas dépasser, sont respectivement
in I m loi I m im |m ira | m I ni
Charge des soupapes. — La charge maximum de chaque soupape de sûreté sera déterminée en multipliant lk.033 par le nombre d’atmosphères mesurant la pression effective et par le nombre de centimètres carrés mesurant l’orifice de la soupape. Celte charge agira soit directement, soit par l’intermédiaire d’un levier. La quotité des poids cl la longueur des leviers seront fixés par l’arrétédu préfet qui autorise l'établissement de la chaudière.
Les soupapes des locomotives pourront, par exception, être chargées au moyen de ressorts, disposés de manière à faire connaître, en kilogrammes et fractions de kilogrammes, la pression qu’ils exerceront sur les soupapes.
Dépôts dans Us chaudières. — On peut admettre que
d’eau de Seine, laissent
