OQ
VAPORISATION
Ce coefficient s'accorde avec celui qu'ont adopté plusieurs auteurs, mais en lui donnant une signification différente, car ils n'ont pas fait le partage de la chaleur transmise par rayonnement et par convection ; M. James Atkinson Longridge a pris pour M une valeur gui, ramenée aux mesures métriques et à l'échelle centigrade, serait égale à 54 {Minutes of Proceedings of C. E, vol. 82, p, 101).
Dans le tableau ci-dessous, nous avons calculé, pour les types 25 et 29 de l'État belge (n** 34), les divers éléments qui caractérisent le fonctionnement; pour le type 29, les calculs ont été faits pour des combustions par mètre carré de grille dont l'intensité est dans le rapport des chiffres 1, 2 et 3. Les combustions de 382 kilogrammes par mètre carré pour le type 29, et de 280 kilogrammes pour le type 25, ont été réalisées dans des essais comparatifs.
Résultats (').
Combustion
par mètre'
de grille
Vaporisation totale
Température de la boît« à fumée
Observations
observée
calculée
observée
calculée
Type 29. .
Type 25. .
notablement 8up.à380'
Résultats obtenus dans une marche à outrance sur forte rampo prolongée.
En rapprochant les résultats observés de ceux que fournit le tableau calculé, on ne trouve que des différences qui s'expliquent en grande partie par la nature du combustible employé dans ces expériences, qui contenait environ 14 % de cendres, et dont le pouvoir calorifique n'était que de 6.650 calories par kilogramme de charbon brut, tandis que nous avons admis dans nos calculs un pouvoir de 7.500 calories. De plus, nous avons supposé que le poids des gaz formés est de 16 kilogrammes par kilogramme de houille (soit 1,5 fois le poids d'air théorique), suppo-
1. Les expériences résumées par ces tableaux ont été faites par le comité d'essais attaché à l'Exposition d'Anvers en 1886, à la demande de l'État belge, au moyen de trajets répétés entre Namur et Assesse, pendant lesquels un train d'essai pesé a été remorqué par les deux machines successivement ; on s'est attaché à développer le maximum de puissance. (Voir le rapport cité au n«54 ante,)
VAPORISATION
sition qui peut s'écarler de la réalité. Nous avons enfin fait abstraction du rayonnement extérieur qui s'élève probablement à plus de 4^ de la chaleur produite, car, dans les expériences de MM, Donkin et Kennedy sur une locomotive du Great'Eastem (fasc. 4), cette perte a été de 3,9 %y l'air extérieur étant à 27 degrés, tandis que les expériences belges ont été faites en octobre-novembre par un vent froid. En résumé, et en tenant compte de ces diverses raisons, Taccord du calcul avec l'expérience est satisfaisant pour le type 25, il est acceptable pour le type 29.
On peut remarquer, d'après le tableau calculé, que le foyer et le faisceau tubulaire se partagent la vaporisation d'une manière inégale ; l'activité du faisceau croit un peu plus vite que la combustion, mais celle du foyer ne suit pas une progression aussi rapide.
Il est intéressant d'appliquer la même méthode de calcul à une chaudière à grille relativement petite à combustion plus intense telle que celle des Crampton dont quelques-imes sont encore en service; les éléments sont :
Surface de grille . • . .
Surface du foyer . . . .
Surface tabulaire inte'rieure .
et l'on trouve comme résultats :
i;ombu9tion il
par mètre carrai
de grille ||
Températures calculées
Chaleur transmise à l'heure
Vapeur
produite X pu
Proportion
Sa
Boîte feu
rayon'
Boîte
à feu
Convec-
tion
Tubes
eure
Pour cette chaudière et au maximum d'activité, le mètre carré de surface directe produit 445 kilogrammes de vapeur à l'heure ; la surface tubulaire produit 42 kilogrammes environ par mètre carré. Ces résultats
118 VAPORISATION
ne s'écartent pas trop de ceux qu'on obtient dans les chaudières à très grandes grilles, et les différences anormales au premier abord s'expliquent comme il suit : comparons le type 25 (État belge) à très grande grille au type Crampton ; malgré la combustion environ moitié moindre par mètre carré de grille et la température moins élevée de la boîte à feu, la vaporisation au foyer est de 30 % plus forle par mètre carré, celle des tubes est supérieure de 12^ par mètre carré. En ce qui concerne la surface de chauffe directe, il faut observer que pour les foyers profonds à petite grille, le rapport de la surface à la grille est plus grand, ce qui diminue la quantité de chaleur à absorber par unité de surface (*); quant à la surface tubulaire, les éléments qui règlent son activité sont la température et le poids des gaz en circulation pendant un temps donné ; or, lorsqu'on donne un grand développement à la grille, la surface du faisceau rapportée à la combustion totale diminue en général, parce que la longueur totale des chaudières est limitée et que le foyer est augmenté en longueur au détriment des tubes.
Les proportions relatives affectent donc la transmission de la chaleur d'une manière complexe, et l'on ne peut dire a priori que l'extension donnée à la grille pour une même combustion totale diminue la fatigue des surfaces de chauffe, car le rayonnement est proportionnel à la surface de grille, et la surface du foyer augmente moins vite que celle-ci ; la température des gaz est plus basse, mais ily amoins de surface tubulaire pour absorber la chaleur qu'ils renferment.
En résumé, on voit les deux types de chaudières se comporter également bien en service, et c'est la nature du combustible seulement qui peut motiver les grandes grilles. Entre les cas extrêmes que nous avons indiqués, on trouve toutes les proportions intermédiaires; cependant les grilles très petites à feux épais conviennent peu pour la combustion de la houille, qui s'est partout et depuis longtemps substituée au coke ; elles demandent d'ailleurs un tirage beaucoup plus fort au détriment de la contrepression des cylindres.
1. Le rapport de la surface du foyer à la surface de grille varie dans la mesure suivante :
Fojer WooUen à anthracite 1,1)4
Type 25 de l'Etat belge 2,20
» 29 de l'Etat belge 3,75
t à marchandises du P.-L.-M . 4,56
Crampton. 5,90
VAPORISATION
L'une des raisons qui ont prolongé l'usage des petites grilles, descendant parfois jusque près du centième de la surface de chauffe, comme dans la chaudière du P.-L.-M. (fig. 88 à 60 ante)^ est la crainte que Ton avait de relever le3 chaudières, ce qui, pensait-on, était défavorable à la stabilité; le foyer devait donc descendre entre deux essieux, ou bien, dans les machines à petites roues rapprochées, il était mis en porte-àfaux derrière le dernier essieu; dans un cas comme dans Taulrê, la grille était fort limitée en longueur.
63, — Relations entre le tirage et la production de vapeur. — Nous avons vu, au numéro 88, qu'il doit se produire pour chaque ouverture de tuyère, un état d'équilibre pour lequel la vaporisation ne peut être dépassée; nous possédons maintenant les éléments qui permettent de comparer la production de vapeur et la dépense nécessaire pour alimenter le tirage.
Prenons, par exemple, le type 29 de l'État belge, auquel se rapporte le diagramme (fig. 83), admettons que la cheminée ait au sommet 0*^,50 de diamètre et prenons 6 = 1, c'est-à-dire une forme cylindrique ('}. Nous trouvons, pour trois tuyères différentes (112, 134 et 186 mm,), les
valeurs de -. D'autre, part, v résulte du poids de gaz à écouler ; en calculant cette valeur pour la combustion maximum donnée dans les tableaux du numéro 62 pour le type 29, nous trouvons pour v, en supposant que les gaz sont à 300 degrés (8= 0,64), et qu'il y a 16 kilogrammes de gaz par kilogramme de houille :
Nous avons, pour les différentes tuyères, d'après le diagramme et la valeur de v ci-dessus :
Tuyères
Poids de vapeur
débité par les
tuyères par heure
Contrepression
effective par mètre carré
1. En réalité la cheminée a 535 millimètres au sommet et elle présente audessus de la base une section rétrécie de 465 millimètres.
120 VAPORISATION
Nous avons démontré que le poids des gaz appelés est proportionnel, pour la même tuyère, à la vitesse de sortie de la vapeur^ donc au poids de vapeur débité; nous trouvons donc facilement, au moyen des lignes droites OA, OB, OC (flg. 61), le poids de vapeur nécessaire pour alimenter le tirage pour n'importe quelle combustion dont l'intensité est portée en abscisse.
Combustion, petr mf de Grille Fig. 61
Les tableaux du numéro précédent donnent la vaporisation calculée pour les combustions om, on^ op; mais, pour tenir compte des pertes, nous pouvons réduire ces chiffres proportionnellement à la vaporisation réelle qui a été constatée par Texpérience pour la combustion la plus active, les vaporisations sont ainsi ramenées aux nombres suivants :
Pour la combiutioii de 127 kil. par mètre carré • . 2870 kil. > 254 ]» > . . 5250
Ces vaporisations, reportées dans la ûguré 61, donnent la courbe en trait plein.
Nous pouvons conclure du diagramme que, pour la tuyère de 156 millimètres, la production de vapeur est supérieure à la dépense du tirage jusqu'au moment où la combustion atteint ox par mètre carré de grille (enwon 260 kg.): pour dépasser cette production, il faut diminuer la section de la tuyère et, en lui donnant 134 millimètres de diamètre seulement, on peut atteindre une combustion supérieure au maximum observé de 382 kilogrammes.
CHAUDliRE ET POÏER 121
Dans la dernière colonne du tableau sont calculées les pressions motrices nécessaires pour engendrer la vitesse ta qui, pour chacune des trois tuyères envisagées, donnerait le tirage correspondant à la combustion de 382 kilogrammes ; mais la contrepression au cylindre serait en réalité plus grande, à cause de la résistance des conduits ; cette résistance affecterait différemment les trois résultats.
11 résulte des calculs qui précèdent qu'avec un certain diamètre maximum de tuyère, la combustion attemt une limite déterminée, limite qui s'élève au fur et à mesure qu'on serre réchappemenl, La limite pratique s'abaisse souvent, à cause de l'état du feu, de l'encrassement de la grille, etc. Le profil parcouru exige d'ailleurs presque toujours une vaporisation variable, de sorte que le problème se complique en réalité, la masse d'eau de la chaudière intervenant fort heureusement pour retarder les modifications de régime. Le machiniste dispose dans la variation de la section d'échappement d'un moyen propre à forcer la production pendant un temps plus ou moins long, moyen d^autant plus efficace que la résistance au tirage est moindre-
