CHAUDIÈRES A CIRCULATION LIBRE

105. — Premiers modèles à circulation libre. — Principe des appareils. — Travaux de M. Joessel. — Les difficultés que Ton rencontrait au début, à faire fonctionner régulièrement les chaudières Belleville, conduisirent à rechercher des dispositions différentes pour résoudre le même problème. Les défauts les plus manifestes étaient insuffisance de la circulation d'eau, qui permettait à la vapeur de s'accumuler dans les rangées inférieures de tubes, et l'absence de réservoir de vapeur, qui favorisait l'entraînement de particules liquides et qui rendait l'allure delà machine extrêmement irrégulière. Pour favoriserle mouvement de l'eau, on établit deux réservoirs verticaux en forme de lames, et l'on plaça entre eux un faisceau de tubes légèrement inclinés sur l'horizon courant simplement d'une lame à l'autre; on réalisait ainsi une portion de la chaudière Martin^ Cochrane renversée. L'appareil ainsi constitué fut surmonté d'un réservoir de vapeur cylindrique, dans lequel fut placé en général le niveau d'eau. Tel est le type générique des chaudières à circulation libre.

Un modèle de ce genre fut construit à Indret en 1869 par M. Joessel, l'ingénieur bien connu qui avait commencé dès 1862, sur ime chaudière lenticulaire, l'élude des effets du chauffage de l'eau d'alimentation et de la surchauffe de la vapeur. La chaudière de 1869 était curieuse; le réservoir supérieur très volumineux formait lui-même une véritable chaudière; le faisceau tubuleux présentait cette particularité, que les tubes d'eau étaient traversés par des tubes de fumée concentriques de manière à offrir double surface de chauffe. La fumée, après s'être élevée entre les deux lames de tête, traversait l'ime d'elles par des entretoises creuses; elle rentrait ensuite dans les tubes intérieurs, pour retraverser toute la chaudière et se rendre à la boîte à fumée placée à l'extérieur

de la seconde lame (âg. 146), à peu près comme dans la chaudière qu sera décrite au n* 121. Ainsi, on était allé, du premier coup, au modèle le plus compliqué, comme cela arrive souvent. Cette chaudière est restée longtemps en service, sur un canot à vapeur qui naviguait entre Indret et Nantes.

Chaudière du Piston^ et chaudiùre d^atelier.

i-BinniM!

Fig. 120

Poursuivant ses recherches, M. Joessel simplifia bientôt son appareil par la suppression du retour de flamme à l'intérieur des tubes. Un projet en ce sens, proposé en septembre 1871, fut rejeté; un autre fut approuvé en 1874 pour la chaudière du remorqueur le Piston^ puis, Tannée suivante, pour celles des avisos i4c<e/ et Argu$\ toutes ces chaudières firent un service actif avec un fonctionnement régulier. La figure 120 représente une chaudière d'atelier à plusieurs corps construite en 1875; l'un des corps a été réparé en 1888 pour une chaloupe à vapeur et sert probablement encore. Les lames têtières étaient fortement entreloisées, et pré-

sentaient, en face de chaque tube, un petit trou d'homme pour la mise en place et le mandrinage, plus tard la visite et le nettoyage du tube. Ce sont les dispositions de la plupart des modèles qui se sont succédé depuis lors. Le réservoir de vapeur était d*un très grand volume et était traversé par de gros tubes de fumée. La lame d'eau arrière présentait, à la partie inférieure, un prolongement formant la sole du cendrier, et compliquait ainsi la construction sans grande utilité.

Les difficultés pratiques de construction et de conduite paraissaient résolues; un projet de chaudières fut même demandé pour le Colbert alors en construction: mais Tinventeur, ne jugeant pas son œuvre assez parfaite déconseilla cette grande application. M. Joessel reprochait surtout à sa chaudière Timperfeclion de la combustion, due, comme sur la chaudière Belleville, à Tinsuffîsance de hauteur entre la grille et les tubes, et au refroidissement prématuré de la flamme qui en est la conséquence. 11 déclarait indispensable l'établissement d'une chambre de combustion avant l'arrivée aux tubes; mais il ne réalisa pas cette dernière conception; son expérience delà conduite des chaudières lui faisait mesurer d'ailleurs toutes les difficultés du problème, aussi bien que son importance. Comme du reste M. Joessel, pour le plus grand dommage de la marine, ne prenait jamais de brevets, il est assez difficile d'établir, après vingt ans, sa part exacte, dans l'invention et le perfectionnement des chaudières à deux lames de tète; on sait seulement qu'elle fut grande et, pendant quelques années, prédominante.

106. — Chaudière Penelle. — Cette chaudière, introduite vers 1874 sur les canots à vapeur de la flotte, est une chaudière Joessel, sur laquelle les deux parois extérieures des lames têtières sont des calottes sphériques, ce qui permet de se passer d'entretoises. Les calottes sphériques des têtières forment à leur partie supérieure les deux fonds du réservoir de vapeur, dont l'enveloppe relie, à sa partie inférieure, les tôles intérieures des deux têtières.

L'absence de trous d'hommes pour la mise en place et la visite des tubes est une source de difficultés. La chaudière Penelle a été abandonnée après une vogue de plusieurs années.

107. — Chaudière Oriolle. —Parmi les modèles actuellement en service, la chaudière Oriolle est celle qui réalise le plus exactement Tune des anciennes conceptions de M. Joessel, dont elle représente surtout l'application spéciale aux torpilleurs. La chaudière Oriolle a été adoptée avec succès, sur les bateaux à vapeur de la Loire exclusivement chauffés

au coke pour éviter loute fumée. L'emploi des combustibles à très courte flamme écarte en effet les inconvénients dus à Tinsuffisance de la chambre de combustion. Nous allons décrire immédiatement cette chaudière, dont l'emploi est resté très limité, avant d'aborder l'étude des autres modèles à circulation libre, dont quelques-uns sont contemporains des modèles Joessel de 1870-1872.

Dans la chaudière OrioUe, la flamme s'élève directement à travers les tubes qu'elle rencontre à une hauteur de 0™,70 environ au-dessus de la grille; deux files verticales de tubes descendent de chaque côté delà grille, en encadrant le foyer. La combustion se fait assez bien pour avoir permis, sur quelques torpilleurs, d'employer des tirages forcés énergiques et de brûler jusqu'à 300 kilogrammes de charbon par mètre carré de grilles; mais la production de fumée, redoutée par M. Joessel, est alors abondante, et le panache qui surmonte la cheminée signale au loin la présence des torpilleurs. M. Oriolle a tenté, sans succès, de se débarrasser de la fumée, par un lavage dans une sorte d'injecteur d'eau placé dans la base de la cheminée.

Chaudière Oriolle.

Coupe longitudinale

(Torpilleurs 161 à 163)

Demi-Tue Demi-coupe

Fig. 121

Tubes supprimés pour le ramonage.

Fig. 121 bis

Le niveau de l'eau est dans les tubes; sur vingt rangées de lubes en tout, les quatre ou cinq rangées supérieures sont entièrement remplies de vapeur et les trois ou quatre suivantes, en partie d'eau et en partie

de vapeur, en raison de leur inclinaison. Un réservoir cylindrique, formant coffre à vapeur, est placé au-dessus de la têtière arrière, tantôt parallèlement à la façade et en dehors du courant de flamme, comme sur le Lansquenet, tantôt perpendiculairement, comme sur les torpilleurs 75 à 81, 83 à 86 et 161 à 163 (fig. 121), mais toujours sans communication avec la lame d'eau avant.

Sur le Lansquenet, les tubes ont 41 millimètres seulement de diamètre intérieur et 2 millimètres d'épaisseur, ce qui permet d'avoir une surface de chauffe tubulaire de 39 fois la surface de grilles et une surface de chauffe totale de 43 fois environ cette surface.

Les tubes sont simplement tenus dans les plaques parunmandrinage; l'appareil Dudgeon, seul employé au début, a été abandonné pour le procédé Caraman. Il n'y a pas de trous de visite permettant de mettre les tubes en place et de les visiter, sans démonter, ou plutôt sans démolir, toute la lame d'eau. Les lames d'eau sont simplement consolidées par des entretoises; elles sont traversées par des canons creux destinés au ramonage à la vapeur, qui entraînent la suppression d'un tube sur douze environ.

Les premières chaudières Oriolle ont été installées vers 1890 sur les torpilleurs 75, 80, 81, 83, 84 et y ont fait trois ans de service sans réparation. En 1893, on a dû changer à peu près complètement les tubes de vapeur, les tubes d'eau pouvant encore être conservés. Les piqûres, qui avaient amené la mise hors de service et parfois la perforation des tubes de vapeur, s'étaient produites sous des dépôts tartreux provenant de Tintroduction évidente de l'eau de mer pour réparation des pertes; ce fut l'occasion de l'étude de M. Haas au sujet de la formation de l'acide chlorhydrique, dont il a été question au n° 76.

Les chaudières Oriolle paraissent en somme capables de faire un service suffisamment prolongé pour desappareils de torpilleurs. Onles ainstallées récemment sur le Zouave, le Turco, leDoudart-de-Lagrée et sur les torpilleurs 161, 162, 163. Les meilleures expériences relatives au rendement des chaudières Oriolle senties essais de vitesse de ces derniers torpilleurs. Les chaudières ont 4°'",5 de surface de grilles ; elles ont permis d'atteindre des vitesses un peu supérieures à 21 nœuds, en brûlant environ 300 kilogrammes de charbon par mètre carré de grilles . La puissance développée n'a pas été mesurée, maison peut la déduire des données relevées sur les bases, en supposant les puissances proportionnelles au cube des vitesses ; on forme ainsi le tableau suivant :

VVUÈRO DU TOBPILLKDB

Gombostion par mètre carré de grilles .

Poissance totale correspondaate ....

Consommation par cheval

Les chaudières du Lansquenet n'ont pu subir jusqu'ici d'essais, en raison des avaries de la machine, qui n'ont aucune relation d'ailleurs avec le système des chaudières.

La chaudière Oriolle est remarquablement légère, son poids total, eau et accessoires compris est, suivant M. de Maupeou, de 2<>,80 seulement par mètre carré de grilles.

MM. Brosse et Pouché ont fait breveter une chaudière, qui est en beaucoup de points semblable à la chaudière Oriolle : le niveau de Teau est dans les tubes, mais beaucoup plus près du coffre de vapeur ; le faisceau de tubes est divisé en deux parties : les tubes inférieui*s ont (60 millimètres -1-2 x 2"*'",5) = 55 millimètres de diamètre extérieur ; les tubes supérieurs ont (40 +2x2,6) =45 millimètres; une cornière écran, placée dans la lame de tète, fait passer sur les côtés la vapeur qui se dégage du faisceau inférieur afin de laisser libre le dégagement de la vapeur du faisceau supérieur. Un écran semblable est placé dans la lame d'eau arrière. Une autre innovation par rapport à la chaudière Oriolle est le dégagement direct, dans le coffre, delà vapeur de la lame de tète, et le retour de l'eau à la lame arrière par un gros tuyau analogue aux tubes de retour des chaudières type Du Temple.

108. — Chaudière D'AllesL — Ses modèles successifs. —Actuellement, le système à lames de tète est principalement représenté dans la marine par les chaudières D'Allest, qui sont à peu près contemporaines des premières chaudières Joessel, et qui se rattachent au brevet Barret et Lagrafel du 18 mai 1870 avec additions du 17 mai 1871 et du 24 février 1872, et au brevet Lagrafel et D'Allest du 19 mars 1888. Dès le début, ces chaudières ont présenté les dispositions du modèle D'Allest actuel, sauf en ce qui concerne le mouvement des gaz chauds. Dans le premier modèle, les gaz faisaient deux parcours horizontaux à travers le faisceau de tubes ; un écran en briques était établi à cet effet à peu près au tiers de la hauteur du faisceau (fig. 122). En 1871, l'écran horizontal fut remplacé par un écran vertical en briques établi au-dessus de l'autel, qui faisait faire. au gaz deux parcours verticaux (fig. 123). Enfin en 1872, on re-

vint aux écrans horizontaux, mais en établissant deux cloisons de briques, l'une immédiatement au-dessus du foyer, la seconde aux deux tiers de la hauteur du faisceau (fig. 124). Celte dernière disposition était

de nature à améliorer la combustion du charbon sur la partie antérieure des grilles.

En général, on s'était préoccupé, dans toutes les études d'écrans qui précèdent, d'utiliser la chaleur des gaz, beaucoup plus que d'obtenir une parfaite combustion. La disposition du modèle breveté en 1888, que nous avons principalement à considérer, est, au contraire, destinée à réaliser une bonne combustion, s'accomplissant dans une boite à feu distincte de la jfjg 122 '^oî'® à tubes.

Fig. 123 Fig. 124

La chaudière Barret et Lagrafel a été installée en 1871 sur Visére, en 1873 sur le Blidah et le Médéahy puis plus tard sur le Paoli, le Spahiy le Colon^ le Kabyle et d'autres paquebots de la Compagnie Fraîssinet. Le modèle D'Allest de 1888 a fait son apparition en 1891 sur le Liban et le Don-Pedro'yk la suite des essais de ces paquebots, il a été adopté par

la Marine de guerre qui en fait actuellement une très large application. C'est le seul modèle auquel nous nous arrêterons. On le rencontre sur la Bombe^ le cPIberville, le Bouvines, le Jemmapes, le Jauréguiberryy le Camoty le Charles-Martel, le Masséna, la Foudre, le Chasseloup^Laubat, le (TAssas, le Cassini, le Casabianca et le Guichen.

os

109. — Dispositions générales. — Encombrement. — Les lames d'eau de tète ou têtières et le faisceau de tubes qui les réunit sont légèrement inclinés vers l'arrière, de manière à diriger le courant de vapeur vers la têtière avant (fig. 12S). Le brevet prévoit l'emploi de tubes courbes, avec point d'inflexion au milieu de la longueur, venant s'appliquer normalement sur des têtières verticales ; cette disposition, imaginée surtout pour faciliter la dilatation des tubes, n'a pas eu d'applications dans la pratique. Un grand réservoir cylindrique surmonte la chaudière, en allant d'une têtière à l'autre ; le niveau de l'eau normal est dans ce réservoir. Le réservoir cylindrique sert principalement de coflfre à vapeur et d'épurateur de vapeur.

La boite à feu, qui constitue la partie caractéristique du modèle D'Allés t 1888, est située sur le côté de la grille. Un écran, composé de briques placées sur la rangée inférieure de tubes, rabat la flamme latéralement; les gaz reviennent à travers le faisceau, en suivant à peu près le même parcours que dans une chaudière tubulaire à retour de flamme, et sortent à la partie inférieure pour se rendre dans une boite à fumée située à l'opposé de la boite à feu. Tout l'espace occupé par le faisceau tubulaire et la boite à feu est fermé à la partie supérieure par un second écran reposant sur la rangée supérieure de tubes. Au-dessous de cet écran supérieur, quelques rangées horizontales de tubes sont conservées dans la boîte à feu, pour empêcher celle-ci de s'élever jusqu'à la partie haute du faisceau tubulaire.

Cette disposition du courant de flamme, très favorable au rendement de la chaudière présente un danger très apparent, dont les accidents successifs du Liban en 4890, puis du Don-Pedro, enfin du Jauréguiberry en 1896 ont prouvé la gravité. La partie la plus chaude des gaz de la combustion frappe des tubes très élevés, toujours moins bien rafraîchis que ceux du bas par la circulation, et parfois exposés, soit à se remplir de chambres de vapeur, soit même à manquer d'eau, par suite d'un abaissement accidentel du niveau. Dès l'accident du Liban, on a reconnu la nécessité de diminuer la hauteur de la boite à feu, en conservant dans le haut quatre rangées horizontales de tubes complètes, tandis qu'il n'y en avait primitivement que deux (fig. 126 et 127).

Chaque chaudière est double avec deux foyers, deux faisceaux de tubes, deux réservoirs et une boite à feu unique placée au centre, desservant les deux foyers ; la grande longueur de cette boite à feu, égale à la longueur de la grille, permet de la réduire beaucoup dans le sens transversal, en la proportionnant à la largeur de la grille seulement. La disposition de la boîte à feu a varié dans ces derniers temps, comme le représentent les deux figures 126 et 127 relatives la première aux chau-

dières de la Bombe, la seconde à celles du (Alberville. On s'était d'abord préoccupé d'opérer plus complètement le rabattement et le brassage des gaz; on s'est ensuite attaché surtout à diminuer l'encombrement horizontal de la chaudière. Sur la Bombe, le rapport de la projection horizontale de la chaudière à la surface de grilles est de 2,06 ; sur le d'IbervtUe, il descend à 4,48, chiffre inférieur à celui des chaudières Belle ville.

Bombe D'iberville

QÇOOQÛOOOOGOOÔsn

Sooo ooooooooo o6y / ooooooooooooftDb ' ooooooboôooîîoo'

OQOOOOpOOOOOO o OOO o 00|00000 ooo

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Fig. 126

Dans le sens de la hauteur, l'encombrement des chaudières D'Allest est de 3"',90 environ, pour treize rangées horizontales de tubes, et de S^jSO pour douze rangées ; ce sont les dimensions usuelles assez rarement dépassées.

La surface de chauffe tubulaire atteint, sur le /emmapcs par exemple, 31, S tois la surface de grilles, et la surface de chauffe totale 33,5 fois la surface de grilles.

110. — Détails de construction de la chaudière D'Allest. — Comme détails de construction, les chaudières D'Allest ont peu varié ; elles sont simples ; il n'y a pas d'accessoires particuliers.

Afin de prévenir le cintrage des tubes, on a, à la suite des premiers essais de la Bombe^ adopté les tubes Serve pour la rangée inférieure et pour la première file verticale de tubes du côté de la boîte à feu. Dès les premières chauffes, les tubes inférieurs de la Bombe avaient gardé un arc permanent atteignant jusqu'à 10 millimètres, la convexité étant

tournée vers le haut, ainsi qu'il arrive aux pièces de fer très inégalement chauffées sur leurs deux faces (fig. 102) ; c'était là une trace de fatigue, qui, se manifestant dès le début, était inquiétante pour la durée des appareils et surtout la bonne tenue des joints.

Les tubes sont en fer, de 80 millimètres de diamètre extérieur et de 3 millimètres d'épaisseur; ils se fixent par un simple mandrinage. Les tubes sans soudure sont adoptés exclusivement, depuis la déchirure d'un tube mal soudé sur le Jauréguiberry.

Les têtières sont fortement entretoisées et munies de petits trous d'homme en face de chaque tube.

Après divers essais, on a adopté à Indret deux sortes de garnitures pour les autoclaves des petits trous d'homme; les unes sont en amiante avec feuilles de métal (fig. 428), les autres entièrement métalliques (fig. 129). Les garnitures d'amiante sont serrées entre deux lames de

Fig. 128 Fig. 129

plomb et deux demi-tores en cuivre mince ; les garnitures métalliques sont formées de deux rondelles de plomb séparées par une rondelle de cuivre ; le tout forme un ensemble qui se tient, s'enlève et se met en place d'une seule pièce.

Le réservoir cylindrique est fortement découpé, sur le demi-pourtour inférieur, par les deux lames de tète ; ses deux fonds sont réunis l'un à l'autre par une couronne de tirants longitudinaux. Ce réservoir est muni intérieurement d'une cloison recourbée, qui isole la prise de la vapeur du niveau de l'eau et constitue dans ce réservoir une sorte d'épurateur partiel, genre Belleville, très simplifié ; cette disposition a été prise à la suite des essais de la Bombe, dont les chaudières donnaient de la vapeur

très humide.

L'alimentation se fait dans la lame d'eau arrière ainsi que Ton '^ voit sur la figure 125 biSy qui se -^ rapporte au Guichen.

Le dégagement delà vapeur, qui se produit tout entier sur la têtière avant, surlenavireaurepos, produit un mouvement d'eau tumultueux dans cette têtière et une forte intumescence dans le réservoir, tandis que l'eau reste calme dans la têtière arrière. De là une déformation très importante du niveau, qui varie avec l'intensité de la chauffe, et qui est

représentée, figure 130, d'après les observations faites dans une chaudière d'essai munie de glaces • Entre les niveaux, dans deux tubes placés sur les deux têtières, on observe une diflférence p g, qui varie moins que la hauteur de Tintumescence, et qui oscille généralement entre 6 et 7 centimètres. Comme le niveau est beaucoup plus stable dans un tube communiquant avec la têtière arrière, c'est à la partie inférieure de cette têtière que Ton envoie le tuyau inférieur de la clarinette du niveau d'eau, depuis raccident survenu sur le Liban en 1890.

L'adoption d'une cheville fusible dans la rangée supérieure de tubes a été décidée pour la chaudière marine, à la suite de Tacccident du Z,î6an; mais la connaissance plus exacte de la variation des niveaux, la disposition donnée à la prise d*eau de la clarinette et les autres amélioralions de détail n'ont pas laissé conserver, à cette précaution supplémentaire, l'importance qui lui était attribuée au début. 11 ne semble pas q\xe les chaudières du Jauréguiherry^ en particulier, aient reçu de chevilles fusibles.

La vapeur, sur le parcours de la chaudière à la machine, traverse un détendeur.

111. — Résultats obtenus. — Les expériences faites à Marseille sur des chaudières d'essai ont donné les résultats suivants :