COMBUSTION

par mq.

de grilles

Troude. .

Lalande .

Cosmao

4 eh.

88 mm.

11 mm.

44 mm.

Moyennes

4ch.

80 mm.

Le bénéfice réalisé au point de vue de la puissance et de la vitesse fut le suivant :

TIRAOB NATUREL

TIRAOK FORCi

Tronde . .

Lalande . .

Cosmao . .

3484 ch.

6435 ch.

Moyennes .

8614 ch.

6460 ch.

Ainsi la vitesse était accrue d'un peu moins du cinquième, et la consommation de charbon par cheval accrue de moitié.

Vers la même époque, dans les essais du Yayêyama en février 1891 le tirage forcé faisait passer la vitesse de 18",4 à 20%9 et aurait permis

de dépasser celte vitesse, si la crainte d^avaries aux chaudières n'avait empêché de lancer les ventilateurs à toute vitesse.

Le tirage forcé en chambre close reçut alors une application très étendue dans toutes les marines, jusqu'au moment où la pratique de la navigation vint contredire les espérances données par les essais.

Déjà les essais avaient mis en lumière un inconvénient sérieux du tirage forcé, Taccroissement de la consommation de charbon par cheval, sur les chaudières mal appropriées à ce tirage. Une augmentation de dépense dans le rapport 1, 5, suffît en effet à rendre le tirage forcé inacceptable en pratique, sur des bâtiments pauvrement approvisionnés en combustible. Sous le rapport du fonctionnement des chaudières, on rencontra une véritable déception ; les avaries, surtout les décollements de tubes au joint sur les plaques de tète et les affaissements de foyers, se multiplièrent de la manière la plus inquiétante. Ces dangers n*étaient nullement compensés par l'augmentation de puissance, que l'on avait prévue, mais que les chauffeurs ordinaires se trouvaient incapables de réaliser. 11 ne restait plus d'autre résultat bien saillant que la complication introduite dans le service par la fermuture hermétique, avec sas et doubles portes, de toute la chambre de chauffe. On comprend facilement l'amertume, avec laquelle le tirage forcé en vase clos a été qualifié alors (ïinvention diabolique.

Aujourd'hui, par l'effet d'une réaction excessive, on a limité aux torpilleurs l'emploi des tirages forcés énergiques, et on a fixé à 150 kilogrammes environ, pour les grands navires, cuirassés ou croiseurs, la combustion maximum sur les grilles. Il est résulté de là une perte sur la vitesse prévue, qui a dépassé 1 nœud sur les grands croiseurs anglais Blake et Blenheim, tandis qu'en France, pour conserver aux appareils leur puissance pour les poids prévus, ou leur poids pour une puissance prévue, on prenait dès 1892, la mesure radicale d'abandonner les chaudières tubulaires, avant d'avoir pu déterminer exactement , par quel modèle tubuleux on les remplacerait.

La marine de guerre française fait aujourd'hui un très grand usage des chaudières lubuleuses à circulation limitée ou à circulation libre, qui, en raison de la disposition même de leurs foyers et de leurs tubes d'eau ne sont pas considérées comme propres à l'emploi des grands tirages forcés. Les chaudières tubuleuses à circulation accélérée, qui sont au contraire capables d'utiUser économiquement de très forts tirages, sont restées jusqu'en 1895 à peu près confinées sur les torpilleurs. Si ces dernières chaudières donnent des preuves d'une endurance suffisante pour être adoptées sur les grands navires, elles pourront résoudre

à la fois les deux problèmes de la légèreté des appareils et de l'emploi du tirage forcé; mais il sera prudent de modérer d'abord le tirage.

La marine de commerce, qui reste fidèle aux chaudières tubulaires, type marin, fait connaissance, à son tour, avec le tirage forcé. Elle modifie les conditions du problème, en recherchant l'économie de combustible, plus encore que la légèreté des appareils, et surtout en rejetant absolument les complications du service résultant de la fermeture de la chambre de chauffe.

42. — Tirage forcé en, cendrier clos. — Le système de tirage forcé, généralement préféré aujourd'hui dans la marine de commerce, est celui du refoulement en cendrier clos, dans lequel les ventilateurs refoulants, au lieu d'envoyer l'air dans la chambre close, le conduisent directement sous la grille des foyers.

Fig. 80

Dans ce système, la pression de l'air à l'intérieur de la chaudière, étant plus élevée que dans la chambre de chauffe, il faut nécessairement

pour faire pénétrer de Tair à travers les portes de foyers, que ces portes se trouvent entourées extérieurement par le canal de refoulement des ventilateurs. Déplus, pour éviter les projections de flamme à l'extérieur, il faut que le tirage forcé s'interrompe, chaque fois qu'une porte de foyer est ouverte. 11 convient aussi d'arrêter l'arrivée d'air sous pression, quand on ouvre les portes de cendriers, mais ceci seulement pour éviter les pertes d'air et un souffle gênant. La fermeture des conduits d'air se fait en général automatiquement, quand les portes de foyers s'ouvrent.

Le système du cendrier clos a été inauguré autrefois, sur les transatlantiques, par M. Audenet, qui visait moins à accroître la puissance des chaudières que leur rendement. La surface de grilles était réduite dans la proportion de moitié environ, suiyant laquelle Tactivité de la combustion étail accrue ; la quantité d'air insufflée par kilogramme de charbon était les deux tiers seulement de celle nécessaire avec le tirage naturel. Toute la partie arrière des foyers devenait une chambre de combustion. Les gaz chauds exécutaient, dans le faisceau de tubes, trois parcours successifs complets à travers l'eau ; la boite à feu et la boite à fumée étaient, à cet effet, divisées chacune en deux parties par des tôles horizontales, comme on le voit sur la figure 30. L'accroissement de résistance au passage de l'air dans le faisceau tubulaire, joint à l'activité de combustion nécessaire en raison de la réduction de la grille, exigeait un tirage forcé énergique.

La disposition Audenet a été abandonnée par son auteur. Le successeur de M. Audenet, M. Daymard, a fait sur la Touraine l'essai du système du cendrier clos, sans réduction de la surface de grille ni allongement du parcours des gaz, dans le but unique d'obtenir un accroissement de puissance*. 11 a rencontré les inconvénients inhérents à tous les tirages forcés énergiques ; les chaudières de la Touraine n'ont pas pu supporter, sans inconvénients, pendant toute la durée d'une traversée transatlantique, la chauffe très active à laquelle elles étaient soumises ; les suintements d'eau amenaient des agglomérations de suie et d'escarbilles, connues sous le nom de nids de pie, qui obstruaient l'entrée des tubes. 11 a fallu revenir au tirage naturel.

Le système du cendrier clos fonctionne très bien sur les ferry-hoats américains de l'Hudson, qui n'ont à faire que des traversées beaucoup plus courtes que celles des transatlantiques. On se contente, du reste, d'un tirage assez modéré, limité à ce qu'exige la bonne combustion des anthracites américains.

§ 5. — Du tirage forcé appliqué à raccroissement de rutilisation de la chaleur.

48. — Source (T économie de chaleur dans le tirage forcé. — Le tirage naturel, considéré comme moyen d'imprimer à la colonne gazeuse le mouvement nécessaire pour produire la combustion, constitue un moteur très peu économique. Supposons les gaz évacués à 300° seulement, la perte de chaleur est de 1.447 calories par kilogramme de charbon, non compris la chaleur latente de la vapeur d'eau contenue dans la fumée; le seul résultat obtenu est une vitesse de 10 mètres par seconde, au grand maximum, imprimée à un poids de gaz, de 19 kilogrammes d'air plus 1 kilogramme de charbon, soit 20 kilogrammes en tout ; la force vive correspondante est

^ X ^ X 10' = 102 kilogrammètres.

C'est un travail de 0,0004 chevaux pour une dépense de chaleur correspondant à 0*^,16 de charbon par heure; le rendement mécanique est donc extrêmement faible, presque nul, et tout ce qui peut s'utiliser autrement, des 18,9 9é de la chaleur totale perdus à produire le tirage nature], constitue sensiblement un bénéfice net.

La chaleur des gaz peut être utilisée de quatre manières différentes :

1"" En augmentant le trajet à travers la masse liquide;

2^ En surchauffant la vapeur produite, à l'aide d'un appareil spécial juxtaposé à la chaudière proprement dite ;

S"* En réchauffant l'eau d'alimentation ;

4'' En réchauffant l'air destiné à la combustion.

L'eau des chaudières, ou la vapeur produite, ne peuvent pas servir à refroidir les gaz beaucoup au-dessous de 300 degrés, à travers une tôle, puisque leui* température atteint 200 degrés aux pressions actuellement adoptées. Les diverses tentatives faites pour surchauffer la vapeur ont d'ailleurs toujours échoué, même à l'époque où la vapeur n'était qu'à 120 degrés, sans doute à cause de la mauvaise conductibilité de la vapeur sèche.

Le procédé de M. Audenet, pour augmenter la production de vapeur saturée, en allongeant le trajet des gaz dans la chaudière a été abandonné. Restent donc le réchauffage de l'eau et celui de l'air, qui, en principe, permettent de refroidir les gaz chauds jusqu'à une température voisine de celle de l'air ambiant, si l'on dirige les deux courants en sens inverse l'un de l'autre ; les gaz chauds peuvent sortir, en effet, à la température d'entrée du corps refroidissant, tandis que l'eau ou Tair

réchauffés peuvent sortira la température d'entrée des gaz chauds. Pour Tair, le principe est sans restrictions; pour l'eau, on rencontre en pratique la convenance de ne pas commencer la vaporisation, qui pourrait contrarier le mouvement dans le surchauffeur d'eau.

44.— Réchauffage de Veau d'alimentation. — Le poids del'eau évaporée dans une bonne chaudière est, en nombres ronds, égal à la moitié du poids des gaz de la combustion ; la chaleur spécifique de Teau est à peu près le quadruple de celle de ces gaz. Dans un appareil de réchauffage parfaitement isolé, l'élévation de température de Teau serait donc égale à la moitié de rabaissement de température des gaz. Ce raisonnement élémentaire suffit à montrer que le réchauffage de Teau d'alimentation fournit un moyen suffisant d'utiliser toute la chaleur dont les gaz peuvent être dépouillés, du moins avec les hautes pressions actuelles, qui permettent de disposer pour l'eau d'un écart de température de 150 degrés et au delà. Rien, en principe, n'empêche de refroidir la fumée au-dessous de 100 degrés et d'en condenser ainsi la vapeur.

Les essais de réchauffage d'eau d'alimentation par la fumée ont été nombreux; quelques chaudières tubuleuses récentes, les chaudières Oriolle, Towne, Babcock etc., portent même, comme partie intégrante, un serpentin pour ce réchauffage ; la première chaudière Belleville avait un réchauffeur d'eau, la plus récente en possède un très développé. En général, on s'est contenté d^appareils de dimensions restreintes, de faible efficacité, n'exigeant nullement le tirage forcé ; quand la température de l'eau y reste au-dessous de 100 degrés, et que l'appareil n'a pas à subir de pression intérieure, sa construction devient très simple. Le réchauffage, même imparfait, donne une économie sensible, parce qu'il améliore le fonctionnement des chaudières, en hâtant la formation des bulles de vapeur, et favorisant ainsi la circulation de l'eau.

Les applications les plus nombreuses et les plus variées du réchauffage de l'eau parla fumée, sont celles essayées parEbenezer Kemp, de Glasgow; elles comprennent, les unes, le réchauffage partiel, et les autres, le réchauffage complet.

De 1879 à 1886 M. Kemp, construisant les chaudières de plusieurs paquebots de la ligne des « Clan » y établit de petits serpentins de chauffage d*eau d'une surface égale au dixième de la surface de chauffe des chaudières. Le refroidissement des gaz était faible et ne modifiait pas le tirage naturel seul employé. L'échauffement de l'eau, compris entre 20 et 28 degrés, payait mal la dépense.

En 1886, sur le Bléville, construit pour un armateur du Havre, Kemp

aborda sérieusement le problème du refroidissement de la fumée ; il donna aux réchauffeurs d*eau, disposés comme de petites chaudières tubuleuses, une surface double de la surface de chauffe des chaudières, et il disposa un appareil de tirage forcé composé d'un ventilateur aspirant à la base de la cheminée.

La marche au tirage forcé a été simplement essayée dans le port à Glasgow. On mesura un refroidissement de la fumée de

et un réchauffement de l'eau de

La fumée était donc prise à une température très élevée, et évacuée à 131 degrés au-dessus de la température de Teau à son entrée. On enlevait 1824 calories à la fumée par kilogramme de charbon brûlé (20x380x0,24:= 1824); on en récupérait 1330 au maximum; 894 calories étaient perdues, par rayonnement ou par conductibilité, dans le réchauffeur.

Le fonctionnement au tirage naturel fut éprouvé dans le port et à la mer, avec la machine en marche.

Dans le port, on constata une consommation de charbon de 0'^,53 par cheval, avec une combustion de 72*^,7 par mètre carré de grilles, ce qui était un beau résultat pour une machine à triple expansion marchant à 11^ ,2S de pression. La fumée était produite à 340 degrés et refroidie à ISO degrés.

A la mer, dans une traversée de Glasgow au Havre, la consommation ne descendit pas au-dessous de 0^,63. L'essai, du reste, fut bientôt abandonné; les tubes du réchauffeur se perçaient fréquemment et parfois se fendaient à leur emmanchement, par suite de la formation de chambres de vapeur. On débarqua les réchauffeurs d'abord, et plus tard les chaudières jugées insuffisantes, et Ton installa des chaudières plus grandes, présentant le poids des premières et de leurs réchauffeurs.

M. Kemp adopta alors une nouvelle disposition. Sur le Calorie^ essayé en 1888, le tirage forcé est obtenu par refoulement dans les cendriers. Les réchauffeurs forment quatre petites chaudières cylindriques pleines d'eau, avec tubes traversés par la fumée. La fumée fait deux parcours complets, traversant d'abord le groupe inférieur de réchauffeurs, et ensuite le groupe supérieur; elle arrive à la température de 360 degrés, perd 130 degrés dans le premier groupe, 115 degrés dans le second, et sort à 115 degrés . L'eau traverse, au contraire, les quatre réchauffeurs

successivement en élevant sa température de 20 degrés environ dans

chacun d'eux (fig. 31).

On trouve ainsi, en faisant toujours les mêmes suppositions sur le poids de l'eau et des gaz, que la fumée perd par kilogramme de charbon brûlé, 1176 calories dont 800 utilisées par Teau, les 376 autres étant perdues par rayonnement.

La surface du réchauffeur est relativement un peu plus forte sur le Calorie que sur le Blévilley et la surface de chauffe de la chaudière ellemême est surtout plus grande; les données principales pour les deux appareils, ainsi que les résultats des essais faits dans le port, sont résumés dans le tableau suivant.