VITESSE
approximative
Portes de cendriers
Passages libres à trarers la grille • — le charbon.
Passages au-dessus des autels •
Boîtes À fen .
Entrée des tubes
Sortie des tubes
Cheminée •
0,21 supposé
4 mètres
Dans ce tableau les sections sont rapportées à la surface de grille prise pour unité.
Voici, pour quelques chaudières, de modèles différents, le tableau des mêmes rapports des sections de passage d'air.
DéSIONATION DES PASSAGES
Ë-3 Si
Portes de cendriers
Passages libres à travers les grilles.
Passage au-dessus des autels. • • Passage à travers le faisceau tubulalre
Boîte à fumée
Cheminée
Surface de grille pour un corps de chaudière
Dans les chaudières tubuleuses, la section de passage des gaz est généralement très grande au sortir de la grille; on s'attache à la réduire à l'aide d'écrans, pour augmenter la longueur du parcours dans le réseau tubuleux. 11 est arrivé parfois, même au tirage naturel, que
les chaudières ne présentaient pas une résistance suffisante au mouvement de la colonne gazeuse qui parvenait trop vite à la cheminée ; la température de la cheminée, qui atteint dans ces conditions le rouge somBre à SOO"* environ, donne en même temps un tirage très actif; l'entrée d'air froid est alors excessive, et le rendement calorifique de la chaudière très affaibli. Une hauteur de cheminée très grande peut donc créer des conditions défavorables, sur des chaudières à court parcours de flamme ; mais en général on gagne à exhausser les cheminées.
32. — Hauteur des cheminées. — On s'est longtemps fixé comme règle de donner aux cheminées une hauteur de 16 mètres au-dessus du seuillet des grilles ; à cette époque, les panneaux d'admission d'air dans la chambre de chauffe présentaient toujours trois fois la section totale des cendriers. Depuis une vingtaine d'années, il est reconnu que l'amélioration du tirage naturel se continue d'une manière sensible au delà des hauteurs de 16 mètres, surtout si la cheminée est entourée d'une double enveloppe qui diminue le refroidissement; c'est en employant les doubles enveloppes pour la ventilation du bord, que l'on a observé pour la première fois, l'utilité d'un exhaussement des anciennes cheminées, pour le tirage des chaudières.
La hauteur des cheminées dépend, en pratique, du creux des navires. Sur un cuirassé, dont le pont des gaillards est à 10 mètres environ audessus du seuillet des grilles, une cheminée a parfois 31 mètres de hauteur totale au-dessus de ce seuillet ; on a atteint 30 mètres pour les cheminées du Columbia et du Minneapolis^ en dépassant de 6 mètres seulement le niveau des passerelles supérieures. Sur une canonnière, dont le pont supérieur est à 3 mètres à peine au-dessus du seuillet des grilles, une hauteur totale de cheminée de 12 à IS mètres parait excessive, au spectateur peu familiarisé avec les exigences du tirage. Sur un petit bâtiment, tel qu'un canot à vapeur ou même un torpilleur, la hauteur de cheminée est trop faible pour produire Tappel ; le tirage forcé est toujours indispensable.
L'emploi des ponts protecteurs, dont on cherche à réduire le plus possible les ouvertures, a conduit à diminuer les passages d'air jusqu'à une section parfois inférieure à la section totale des cendriers ; dans ces conditions, le tirage naturel est devenu insuffisant, même pour obtenir la combustion modérée et économique qui correspond à la marche en navigation ordinaire, et cela, quelle que soit la hauteur des cheminées.
§ 4. — Du tirage forcé.
33. — Anciennes applications du tirage forcé. — Les chaudières marines n*ont longtemps connu que le tirage naturel. La hauteur de leurs cheminées suffit, pour assurer une activité de combustion analogue à celle des chaudières d'ateliers, et bien en rapport avec les exigences d'un service prolongé; Tusage des condenseurs ne permet pas, d'ailleurs, d'appliquer le système de tirage forcé des locomotives, le seul qui fût autrefois connu. Par exception, l'émission des cylindres à la cheminée a été acceptée sur les canots à vapeur, qui se rapprochaient, dès le début, du mode de fonctionnement des locomotives.
L'utilité d'un dispositif permettant de régler à volonté l'envoi d'air aux foyers a cependant été reconnue depuis longtemps, soit pour accroître un peu la puissance, soit surtout pour obtenir en toutes circonstances la combustion correspondant à un bon tirage naturel. Des tentativres furent faites de bonne heure dans la marine américaine, où les charbons anthraciteux demandent un fort tirage; Stevens y étudia de 1830 à 1880, les systèmes les plus variés par refoulement ou aspiration d'air; M. Isherwood appliqua, en 1861, le système de la chambre close sur dixhuit canonnières; les frégates en bois, qui promenaient le pavillon des États-Unis dans les mers d'Europe vers 1866, étaient munies de ventilateurs centrifuges qui soufflaient dans les cendriers ouverts. Dans le même ordre d'idées, j'ai proposé dès le commencement de 1870, d'établir une soufflerie d'air dans la cheminée; il s'agissait uniquement d'obtenir ce qu'on appelait un bon tirage, c'est-à-dire de brûler facilement un peu plus de 100 kilogrammes de charbon par mètres carrés de grilles, même avec des conditions de chauffe défavorables.
34. — Appareil Bourdon-Thierry. — Parmi les anciens dispositifs, il faut citer celui de Bourdon, perfectionné par Thierry, essayé dans la marine française en 1859, bien qu'il vise à l'amélioration du rendement calorifique se manifestant par la fumivorité, plutôt qu'au tirage proprement dit. Cet appareil consiste dans une couronne de jets de vapeur disposés au-dessus de la porte du foyer et soufflant suivant la longueur de la grille. Le brassage de la flamme ainsi obtenu, avec le mélange intime de l'air et des gaz qui en résulte, permet à la combustion de s'opérer très complètement avant l'arrivée de la flamme aux surfaces refroidissantes. M. Aurons avait modifié l'appareil en faisant entraîner une certaine quantité d'air par les jets de vapeur disposés en manière d'éjecteurs; on avait ainsi un certain effet de tirage forcé, du moins audessus de la grille.
L'appareil Bourdon-Thierry a été appliqué en France de 1860 à 1870, puis abandonné à la suile d'expériences de M. Joessel démontrant qu'il diminuait le rendement caloriSque du charbon et la puissance totale de vaporisation, sur les chaudières à retour de flamme.
Savoie.
Installai ion de P appareil fumivore Bourdon-Thierry sur les chaudières
Yuo de fiftco
Echelle de 6 cm. pour 1 m.
Coupe longitudinale ptr l'txe d'an foyer
Fig. 27
Fig. 27 bis
L'adoption des chaudières tubuleuses, où la flamme n'a qu'une longueur de parcours très faible, a fait naître des applications nouvelles de Fappareil Bourdon-Thierry. Sur les chaudières Belleville, qui pendant longtemps pouvaient à peine brûler utilement, par mètre carré de grilles, les 100 ou 110 kilogrammes de charbon d'une bonne marche au tirage naturel, cet appareil permet d'activer le tirage jusqu'à une combustion de 130 kilogrammes environ; on emploie alors conjointement deux souffleries, l'une dans la cheminée pour activer le tirage, l'autre dans le foyer pour brasser la flamme. La nécessité d'économiser la vapeur a conduit à remplacer les jets de vapeur par des jets d'air comprimé, dans les appareils Bourdon-Thierry des chaudières Belleville.
35. — Propriétés générales du tirage forcé, — Aujourd'hui, l'emploi du tirage forcé tend à se généraliser, en vue d'obtenir deux résultats entièrement distincts, tous deux très importants.
En premier lieu, on se propose de tirer des chaudières toute la puissance évaporatoire dont elles sont susceptibles, même parfois au prix d'une fatigue excessive de leurs organes.
En second lieu, on se propose de supprimer le tirage naturel considéré comme beaucoup trop coûteux, en raison de la perte de chaleur
qu'il impose, et on a recours au tirage forcé, pour extraire des gaz de la coiDbustîon la presque totalité de la chaleur qu'ils renferment, avant de les verser dans l'atmosphère.
Les premiers essais^ dus à la marine de guerre, ont visé à l'accroissement de puissance. La recherche de Téconomie de combustible, beaucoup plus récente, est poursuivie par la marine de commerce.
36. — Soufflerie de vapeur dans la cheminée. Expériences de M. Joessel. — En 1869-1870, M. Joessel étudia, à Indret, l'effet d'une soufflerie de vapeur dans la cheminée, concurremment à celui de deux autres moyens de tirage forcé, ventilateur aspirant placé dans la cheminée et ventilateur refoulant en cendrier clos. Ses expériences sur les ventilateurs offrirent peu d'intérêt; le ventilateur aspirant, simple appareil à hélice, ne lui permit pas de brûler plus de 145 kilogrammes de charbon par mètre carré de grilles; avec le ventilateur refoulant, il put pousser la combustion jusqu'à 185 kilogrammes, mais il se heurta à des difficultés pratiques, telles que les projections de flamme par les portes de chargement. Ses expériences sur l'emploi des jets de vapeur furent exécutées au contraire dans de bonnes conditions, et méritent encore d'être consultées.
M. Joessel opérait sur une chaudière d'essai de 1"'*,35 de surface de grille, fonctionnant à 2^,25 de pression effective; il empruntait la vapeur des jets, à une chaudière auxiliaire marchant à la même pression. Les résultats, par heure et par mètre carré de grilles, sont résumés dans le tableau suivant :
CHABBON
br«14
QUAirriTÉ DB VAPB
UB
restant disponibto pour U machine
VAPBUB
par Ul. de thtAom
prodoito
dépensée pour U soufflerie
produite
disponible pour la machine
osoo
Ce tableau monlre que Ton peut, à Taide de jets de vapeur directement pris sur la chaudière, pousser la consommation de charbon à 200 kilogrammes, en augmentant constamment la puissance de la machine.
Sans jets de vapeur, M. Joessel parvint à brûler jusqu'à i33^',3 de charbon, mais en produisant seulement 978^,5 de vapeur au lieu de 1087,36; il montra ainsi que l'emploi du tirage forcé améliore parfois le rendement calorifique du combustible.
La chaudière ayant parfaitement supporté tous les essais et l'accroissement de tirage, par appel de la cheminée, n'apportant aucune gène au service, les expériences de M.' Joessel conduisaient à généraliser l'emploi, jusque là reslreiut, des jets de vapeur à la cheminée; mais on a été, au même moment, arrêté dans cette voie par l'adoption des chaudières à haute pression. L'alimentation à Teau douce oblige, en effet, à faire passer par le condenseur à surface, la totalité de la vapeur produite par les chaudières. On aurait pu, à la rigueur, conserver une petite chaudière à basse pression et à extraction alimentée à l'eau de mer, pour fournir la vapeur des jets; mais celte solution n'a pas même été proposée
La seule application importante faite, au prix d'une perte d'eau douce, avec une machine à condenseur à surface, a eu lieu sur VHirondelle, où les jets de vapeur permirent d'accroître momentanément la puissance de 22 %.
37. — Soufflerie de vapeur dans les cendriers, — Appareil Niclausse. M. Niclausse a installé récemment, sur une chaudière d'atelier, le tirage
Fig. 28
forcé par insufflation de vapeur en cendrier clos. Le tirage forcé est donné par deux tuyères, ouvrant sur la façade, dans lesquelles débouche un jet de vapeur qui produit l'entraînement d'air à la façon d'un injecteur (fig. 28).
Les résultats obtenus, à diverses activités de combustion, sont les suivants :
8URFACB DE GBILLBB : 1"'08 — SURFACK DE CHAUFFE : 52"*15 — RAPPORT: 48,8
Durée de l'essai
Combustion par m.q. de grilles.
Pression de vapeur an tnvau du souffleur
Pression d'air dans le cendrier . .
Dépression d«us le conduit de fnme'e
ii-Z^ô
Il -/■".
Température des gaz à la sortie de la chaudière
Vaporisation par kilog. de charbon brûlé
Perte d'eau ou de vapeur du souffleur
Le charbon employé était du tout venant ordinaire d'Anzin. La chaudière est timbrée à 14k,S00, pression que Ton a maintenue à tous les essais.
Pour mesurer le débit du souffleur, on installait celui-ci, après. Texpérience, devant roriflce supérieur d'un serpentin entouré d'eau et l'on recueillait, au bas, la vapeur condensée ; on réglait la prise de vapeur de manière à avoir, au manomètre, la même pression que lors de l'essai .
La proportion de la vapeur dépensée, pour porter à 200 kilogrammes la combustion de charbon, est sensiblement la même que dans les expériences de M. Joessel.
Un résultat très particulier, constaté dans les expériences de M. Niclausse, est la disparition du mâchefer; la totalité du résidu «de la combustion se trouve réduit à l'état d'escarbilles infusibles.
38. — Soufflerie (Pair dans la cheminée. — Les premières propositions faîtes, pour substituer des jets d'air aux jets de vapeur, furent repoussées sur la supposition que les jets de vapeur devaient être beaucoup plus économiques. Cette idée préconçue ne repose sur aucun fondement : la vapeur, en effet, peut, en vertu de sa faible densité, comprimer à sa propre pression un poids d'air quadruple du sien; de plus il peut y avoir grand avantage à adopter, pour les jets, une pression toute différente de celle de la vapeur. Il y a donc, au contraire, des présomptions en faveur des jets d'air, sous le rapport de l'économie.
Quand Tadoption des hautes pressions eut interdit toute dépense de vapeur, une première tentative fut décidée en 1875 pour le Fulminant, sous la réserve d'essais préliminaires qui s'exécutèrent en 1876 sur la Résolue,
Sur la Résolue^ les chaudières étaient cylindriques, timbrées à 4 kilogrammes. La machine soufflante à pistons, moteur à simple détente et à condensation, pouvait dépenser 15 kilogrammes de vapeur environ par cheval. Les buses, établies à la base de la cheminée, avaient une section constante de 745 millimètres carrés par mètre carré de grilles. La pression de l'air montait avec le travail de la machine ; elle a varié de 54 à 259 millimètres d'eau.
Les chiffres du tableau suivant ont été étabUs,en évaluant la dépense de vapeur à 15 kilogrammes par cheval; ils sont rapportés à l'heure et au mètre carré de grilles, et disposés en vue de la comparaison entre les jets d'air et ceux de vapeur.
