CHAPITRE XIII

CHAUDIÈRES A CIRCULATION ACCELEREE

124. — Mouvement de Veau dans un circuit de grande hauteur. — Le principe des chaudières à circulation accélérée est dans la création d'un courant beaucoup plus rapide que ne peuvent Tètre, soit le mouvement de la vapeur par rapport à Teau presque immobile des chaudières Belleville, soit le mouvement d'entraînement de l'eau des chaudières à circulation libre. Les bulles de vapeur se trouvent ainsi détachées des parois, dès leur formation, et emportées vivement vers le collecteur de vapeur, sans pouvoir se souder ensemble et former des chambres de vapeur, quelle que soit l'intensité de la vaporisation.

Le moyen consiste à faire agir, sur des colonnes de grande hauteur, les forces qui produisent le mouvement naturel de circulation,'et à disposer des canaux de retour de l'eau de haut en bas, faisant suite à ceux où la vapeur se dégage de bas en haut.

Les conditions du mouvement de l'eau, dans un circuit en partie chauffé et semé de bulles de vapeur, sont restées longtemps assez obscures. Elles ont été discutées avec soin, dans des mémoires et des ouvrages récents, parmi lesquels le Traité des chaudières à vapeur de M. Bellens et divers articles de VEngineer. Elles ont fait l'objet d'expériences intéressantes de la part de plusieurs constructeurs, spécialement de M. Yarrow.

Le mouvement des liquides dans un circuit compliqué ne peut être déterminé que par Texpérience ; toutefois, le calcul, incapable de faire connaître a priori les vitesses, peut donner d'utiles indications, sur la nature et sur la valeur relative des forces qui produisent le mouvement.

125. — Effet de la dilatation de Veau. — Considérons d'abord l'effet des différences de température dans un circuit tubuleux, tel que a cb

(âg. 147). Soit t la température du liquide. Au point d situé à la hauteur h au-dessous de Torifice supérieur du tube, supposons que la température s'élève et devienne T. Le courant s'établit aussitôt ; quand il a duré assez longtemps pour que la colonne db soit remplie d'eau chaude, il devient permanent ; la différence de charge entre les deux branches, qui le produit, est, mesurée en hauteur d'eau :

~^Ci-t-«f i + «t)

Fig. 147

OU, en négligeant le terme en a*,

elle est sensiblement proportionnelle à T-^. La vitesse permanente est celle qui donne lieu à une résistance passive dans le circuit égale à la charge p.

Si le point d descend vers c, la hauteur h augmente et le mouvement s'accélère. Si ce point d'échauffement remonte ensuite dans la branche cay le mouvement se ralentit, mais sans changer de direction; quand par exemple réchauffement se produit en d\di la même hauteur qu'en cf, la différence de charge résultant de la différence des températures, ^ en (fa, etT en cTcdft, a la même valeur/? que tout à l'heure, et la vitesse est aussi la même. Pour connaître le sens du mouvement, il faut donc considérer, non pas quelle branche est actuellement chauffée, mais quelle branche a été chauffée la première.

Si maintenant la source de chaleur étant en (T et le mouvement étant dirigé suivant la flèche (fig. 147), une nouvelle source ou de nouvelles sources de chaleur sont appliquées sur le trajet cP c d ô, le mouvement s'accélérera. On aura, par exemple, un mouvement plus rapide avec deux sources de chaleur égales en d et en d' qu'avec une seule source en d, ce qui, à première vue, aurait pu sembler paradoxal.

La valeur des dépressions p données par la formule (1) ne peut être bien grande, à cause de la faible valeur du coefficient a; elle doit rester particulièrement petite pour les chaudières tubuleuses, parce que la différence des températures, dans les branches du circuit, ne peut guère dépasser 5 degrés, la circulation une fois bien étabUe. En supposant!—/ égal à 8 degrés, on trouve :

186, — Effet de la production des bulles de vapeur. — La véritable cause du mouvement est Tentrainement produit par les bulles de va* peur dans la partie ascendante du circuit.

Une bulle de vapeur de poids spécifique S s'élèverait dans un liquide de poids spécifique a, si elle n'éprouvait pas de résistance à son mouvement, en vertu de l'accélération W déterminée par l'équation:

(1) iw = A-8,

dans laquelle 8 est négligeable dans le second membre, en présence de A. On a donc :

Or, pour une température de 187 degrés et une pression de 12 kilogrammes, par exemple, on a:

La résistance du liquide arrête dès le début l'effet de cette énorme accélération, et limite la vitesse relative des balles dans Teau à celle d'un mouvement uniforme très lent.

Considérons des bulles de diamètre D, animées dans Teau d'une vitesse V, et éprouvant la même résistance R que des balles solides. La valeur de H, en fonction de la vitesse V, a pour expression approximative, jusqu'à preuve du contraire,

(3) R = 50 X j cT D« X V>.

La poussée sur la bulle est exactement :

(4) icTD»(A-8).

Quand le mouvement est uniforme, la résistance est égale à la poussée, ce qui donne :

ou, en donnant à a— 8 la valeur 881, puisque le mètre et le kilogramme sont pris pour unités dans la formule (3),

Les vitesses indiquées par cette formule sont faibles, quel que soit le diamètre des bulles, et restent insignifiantes en présence de la valeur indiquée par les observateurs pour la valeur des vitesses du courant général d'eau et de vapeur, dans les tubes des chaudières tubuleuses. Ainsi des bulles de 2 centimètres de diamètre auraient une vitesse relative de 0'°,48, et des bulles de i millimètres de diamètre une vitesse relative de 0"*,16, par rapporta Teau. Les incertitudes sur la valeur exacte de la résistance R, n'infirment en rien les résultats généraux qui précèdent.

11 est intéressant de se rendre compte du volume de la vapeur, et du nombre correspondant des bulles, produits dans un tube. Les chaudières à circulation accélérée peuvent vaporiser 50 kilogrammes d'eau par heure et par mètre «arré de surface de chauffe; cela fait 4^71, ou 0"%785 de vapeur à 12 kilogrammes de pression, dans un tuyau de 3 centimètres de diamètre intérieur et de i mètre de longueur. Il se dégage donc, par seconde, dans ce tuyau, 52 bulles de 2 centimètres ou 52.000 bulles de 2 millimètres de diamètre.

Pour appliquer ces calculs au cas où la pression atteint 20 kilogrammes, valeur moyenne actuellement acceptée dans les chaudières tubuleuses, il faut réduire les chiffres relatifs au volume de la vapeur, dans le rapport 0,62. La valeur de a— 5 devient, en même temps, 877.

Les bulles animées d*un mouvement uniforme, qui subissent de la part de Teau la résistance