COURS DE HÂGIIII9ES

sion précédente, ces variations soit dans la consommation du combustible, soit dans son utilisation, soit enfin dans la vaporisation de la chaudière, ne sont aucunement comparables à la variation qu'on observerait dans la conductibilité d'un mètre carré de surface de chauffe en contact avec des gaz à une température donnée, selon qu'on prendrait cet élément de surface, épais ou mince, bien décapé ou, au contraire, chargé d'un dépôt terreux plus ou moins épais.

En fait, l'expérience montre que, pour un type de chaudières donné, et même pour des types de chaudières qui ne sont pas trop dissemblables, l'étendue de la surface de chaufle, l'épaisseur des parois, leur état plus jou moins marqué d'incrustation, la quantité de charbon qu'on peut consommer sur la grille et la quantité de vapeur qu'on peut obtenir, constituent des éléments dont les variations simultanées peuvent être assez étendues, sans changer, dans une mesure importante, les conditions économiques de ce générateur; c'est ainsi, par exemple, qu'on peut, entre certaines limites, marcher presque dans les mêmes conditions, en poussant les feux, d'un système de générateurs, ou en les retenant,

(7B2) Les divers résultats ci-dessus peuvent être vérifiés par les considérations analytiques suivantes :

Si nous considérons la ligne A6 (fig. 266) comme représentant le développement en longueur d'une ligne de carneaux, dans laquelle circulent les gaz chauds dans le sens AB, la température T des gaz en A sera la température initiale des gaz immédiatement après le phénomène de la combustion, et la température en B se rapprochera de celle de la chaudière t.

Soit 0 la température intermédiaire dans un point C quelconque, situé à la distance x du point A.

La chaleur qui traverse l'élément CC'= da: de la paroi dans Tunité de temps est proportionnelle à la masse des gaz qui est constante d'un élément à un autre, à l'écart 6 — /des températures el à la longueur dx.

Elle l'est également à la variation de température des deux points C et C\

GËNÉRALnÉS SUR Lk PRODUCTION DE LA VAPEUR. 555

On peut donc poser, en remarquant que cette dernière variation est négative, dô= — K(ô — t)dœy K étant un coefficient qui croit avec la conductibilité de la paroi et avec la largeur de la surface de chauffe perpendiculairement à AB.

On en déduit

r^=— Kda;.... /(e— 0=— K« + const.,

et la constante se détermine par la condition d'avoir pour x = o e=T.

n vient donc /(e — i) = — Ka: + 1{T —0»

oubienft — i=(T — ^le"**'

On voit d'abord que pour avoir 6 = ^ ou e " =o, il faudrait supposer a;=Qo , c'est-à-dire qu'il faudrait une longueur indéfinie de carneaux pour amener les gaz à une température rigoureusement égale à celle de Teau dans la chaudière.

On voit ensuite que la formule ci-dessus donne lieu à cet énoncé que les distances à l'origine des carneaux croissant en progression arithmétique^ les écarts de température entre les gaz et la chaudière décroissent en progression géométrique^ c'est-à-dire que ces écarts décroissent très-rapidement d'abord, puis déplus en plus lentement à mesure que la distance augmente, ou bien que l'efficacité d'un élément de paroi est beaucoup plus grande à l'origine des carneaux qu'à leur débouché dans la cheminée.

Si l'on suppose qu'à l'extrémité des carneaux, ou pour â!:=AB=/,

l'écart final 6 — ^ soit la fraction - de l'écart initial T — ^ on devra

poser ^ (T—t) = {T — t)e'~^..., d'où l'on tire n=e^, égalité

qui déterminerait le coeflicient K, si l'on se donnait la quantité n, ou inversement.

On voit que la quantité n augmente rapidement, ou que les gaz sont beaucoup plus vile utilisés ou refroidis, à mesure que la quantité K va en croissant.

Mais dans quelle mesure peuvent varier ces quantités n et K?

Pour chercher à nous en rendre compte, nous supposerons d'a-

bord que, dans un état satisfaisant de nettoyage, l'écart final soit de

^ de l'écart initial, ou que l'on ait n = 20, ce qui entraine la relation K/=/20 = 2,99575, ou environ K/ = 3. • La conduite réduite d'un tiers nous donnera K7 = 2, et par suite

n'=ze =^ = 8 environ; le calorique utilisé, qui était d'abord

1 — 1^=0.9, devient 1 — ^= ^ = 0.875, La perte relative est

seulement de ' ^ ^ ' — = 2,7 p. 100. Ainsi l'efifet utile décrott

beaucoup plus lentement que la conductibilité.

Si Ton suppose que le coefficient K gardant une valeur constante) ce soit la longueur des carneaux qui varie, on trouvera, en partant de la longueur / qui nous donne par hypothèse

Ki =2.99573 n=20

Pouri'=5/ K/'=2. 74679 11'= 9.5

Pour l'=U K/'=1.498 »'= 4.3

Pour l'z=:\l Kl'=0.749 n'= 2.4

On en déduit que les écarts de température 6 — t étant repré-

{ sentes par l'unité à l'origine et par le nombre ^r: à Textrémilé des

1 1 carneaux, ils ont respectivement les valeurs numériques ^j-r, jr

et çT-K ^u quart, à moitié et aux (rois quarts de la longueur, c'està-dire que les chaleurs transmises depuis l'origine jusqu'à un point

donné croissent comme les nombres 1 ? = — ; — >

ou bien forment la série

Si l'on veut prendre la dernière de ces quantités pour unité ou

terme de comparaison, les nombres ci-dessus deviennent resp^ectivement 0.55, 0.82, 0.94 et! .

On en conclut que l'efficacité de la surface de chaufTe, dans les quatre parties successives des carneaux, varie comme les quatre nombres 55, 82 — 55 = 27, 94 — 82 = 12, 100-94 = 6.

Ainsi la quatrième partie est neuf à dix fois moins efficace que la première. On pourrait la supprimer en ne perdant que 6 pour 100 de la chaleur transmise à la chaudière par la surface complète.

On verrait de même qu'une augmentation de cette surface aurait

très-peu d'efficacité.

Remplaçant, en effet, / par^/, on trouve n = 90 environ, ou

1 z=: —-=z 0,99 , au lieu de 0,95 , soit un gain d'environ

n yu «

4 pour 100.

Ces résultats, et ceux que l'on pourrait déduire d'une discussion plus étendue des formules ci-dessus, sont d'accord avec ceux que nous avons établis, ou qu'on pourrait établir, par des considérations directes.

lis sont une conséquence analytique de l'équation exponentielle trouvée plus haut. Elle représente, entre 6— t pour abscisse et x pour ordonnée, une courbe qui, partant du point défini par l'ordonnée T — 0 et X = 0, s'abaisse rapidement vers l'axe des abscisses, et dont les ordonnées deviennent bientôt extrêmement petites, bien qu'elle ne soit tangente qu'à l'infini à l'axe des abscisses.

(763) Cette propriété, dont jouit un générateur de vapeur, d'après les raisonnements et les calculs qui précèdent, d'accommoder, en quelque sorte, ses éléments aux circonstances qui peuvent se présenter, celle espèce d'élasticité se manifeste encore à un autre point de vue^ celui de la pression à laquelle la vapeur est formée dans la chaudière.

En principe, cette pression a évidemment un maximum, relatif à la résistance à la ruplure, que présente l'appareil par suite de ses dimensions, de l'épaisseur de ses parois et du mode de construction adopté.

Au-dessous de ce maximun, la chaleur à fournir à la chaudière, par kilogramme de vapeur produite, selon que cette vapeur est à la pression d'une atmosphère, ou à celle de 7 atmosphères rarement atteinte dans les machines fixes, sera donnée par les chiffres suivants :

1 ATMOtPEftn. T knœnÈMu

Température 100* 165-.54

En alimentant avec de Teau à iO* x — 10. . 626*. 85 647*.07

En alimentant avec de Feau sortant d*un condenseur X — 40. . 596*. 85 607*. 07

En alimentant avec de Teau à la température même de la chaudière (dans Phypothèse du cycle de Camot) r=x— pi. 556*. 30 489*. 73

626 85 Les quantilës ci-dessus donnent les rapports ^ .„' = 0.97,

nrxnixn = 0.983, .^ ' ^ =1 ,01, ot moutreut que, suivant le mode

d'alimentation employé, ou selon la température à laquelle se fait Talimentation, l'avantage peut être à la haute où à la basse pression.

D'un autre côté, comme avec la haute pression on ne peut pas pousser aussi bas la température limite des gaz à leur entrée dans la cheminée, et que la haute pression comporte un peu plus de pertes de vapeur par les fuites ou de pertes de chaleur par conductibilité, on retiendra, comme conclusion, que la puissance de vaporisation d'une chaudière, estimée au poids de la vapeur produite, est presque indépendante delà pression, bien qu'elle tende à dmtnuer un peu à mesure que [la pression est plus élevée.

On pourra donc, connaissant le charbon consommé dans des conditions moyennes de rendement, ou la surface de chauffe d'un type donné de chaudière employé dans des conditions moyennes d'utilisation, estimer à peu près la puissance de vaporisation de l'appareil, avec la pensée que cette puissance variera légèrement en sens contraire de la pression (de quelques centièmes peut-être), en passant des plus basses aux plus élevées que Ton ait à considérer dans Tindustrie.

yB4) Ces conclusions, auxquelles on serait également conduit par des considérations analytiques, en discutant l'équation

6 — ^=(T — ^)è^ , dans laquelle on ferait varier la constante ^ ne sont pas d'accord avec l'opinion de beaucoup de praticiens, qui regardent qu'il est souvent fort difficile, même en poussant les feux avec toute l'activité possible, de maintenir une augmentation d'une ou deux atmosphères, sur la pression normale d'une chaudière qui alimente une machine donnée ; d'où ils concluent que cette augmentation de pression augmente notablement la dépense de chaleur. Hais il y a ici un malentendu, et fort souvent cette grande difficulté résulte de ce que l'on prétend, en même temps qu'on augmente la pression, continuer d'alimenter la machine en lui conservant sa vitesse, quelquefois même en l'augmentant, et sans changer le degré de l'admission. Or, si l'on suppose que l'on veuille passer seulement de quatre atmosphères à cinq atmosphères, les tableaux 5 et 6 du n® 508 montrent que les volumes spécifiques de la vapeur décroîtront dans le rapport de 446 à 363, et que, par conséquent, les poids consommés croîtront dans le rapport inverse, c'està-dire de 363 à 446, ou de 1 à 1,22, si Ton veut en consommer le même volume. L'augmentation devrait être de 50 pour 100 environ, si l'on passait de quatre à six atmosphères.

(765) En résumant tout ce qui précède, nous reconnaîtrons qu'il existe, dans tout générateur qui fonctionne^ deux parties essentiellement distinctes :

1^ Le foyer sur lequel se brûle une certaine quantité de combustible, en produisant des gaz chauds dont la masse, la composition et la température initiale sont entièrement déterminées pour un combustible brûlé complètement avec la quantité d'air qui lui convient ;

2"" Le générateur proprement dit, dont la surface de chauffe est disposée pour utiliser la chaleur que cette masse gazeuse peut abandonner, en passant de sa température initiale à une température finale dont la limite inférieure est, soit celle de la chaudière, soit celle de Peau d'alimentation.

Nous concevons que le feu du foyer peut être pressé plus ou

958 COURS DE llA€HmES.

moins activement,, et les gaz arriver ua peu plus ou un peu moins chauds à la cheminée; qu'entre certaines limites la surface de chauffe peut varier soit par l'étendue, soit par la disposition, soit par la perméabilité à la chaleur (variable selon Tépaisseur da métal et selon celle des incrustations); que la vapeur peut être produite à une pression plus ou moins élevée ; mais que toutes ces variations, qui réagissent les unes sur les autres, peuvent se produire simultanément dans des directions et dans des proportions telles çu'il ne cesse d'y avoir à peu près proportionnalité entre le combustible brûlé et le poids d'eau vaporisée, quel que soit d'ailleurs le système du générateur, pourvu qu'il satisfasse aux deux conditions indispensables d'avoir une étendue de surface de chaufiTe amplement suffisante, et d'être garanti convenablement contre les pertes de chaleur, soit par rayonnement, soit par conductibilité*

(766) Ce sont donc, comme nous l'avons dit, des conditions accessoires^ plutôt que celle de l'économie de combustible, qu'on a recherchées, ou tout au moins qu'on a réalisées, dans les nom« breux types de générateurs qui ont été successivement créés. Ces conditions ont été le plus ordinairement analogues à celles qui ont conduit aux diverses combinaisons cinématiques que présentent les machines à vapeur, c'est-à-dire qu'on a voulu économiser l'emplacement, ou réduire le poids et le prix des appareils. Mais d'autres considérations doivent aussi intervenir, telles que celles de faciliter le dégagement de la vapeur en entraînant le moins d'eau possible; de prévenir la formation des dépéts terreux ou de faciliter leur nettoyage ; enfin, et surtout, celles de prévenir le danger des explosions, ou tout au moins de chercher à atténuer leurs coiisèquences parfois désastreuses.

Il est vrai que bien des inventions se sont produites comme amenant des économies de combustible plus ou moins importantes, en même temps qu'elles étaient supposées rendre les chaudières inexplosibles, ou réaliser quelque autre avantage.

Mais, d'une part, ainsi qu'on vient de Vétablir, il n'y a presque rien à attendre, au point de vue économique, d'une invention nouvelle, quelle qu'elle soit^ comparée à une chaudière quelconque, qui

brâle bien son charbon et qui refroidit convenablement les produits de la combustion au contact d'une surface de chauffe suffisamment étendue; et d'autre pari, malheureusement, aucune chaudière ne mérite entièrement la dénomination d'inexplosible.

C'est ce que la pratique de tous les jours confirme ; car évidemment l'économie de charbon et l'inexplosibilité sont des qualités telles qu'elles finiraient par faire prévaloir dans l'industrie les appareils qui les posséderaient à un degré éminent.

Or, nous ne Yoyons pas qu'il se produise rien de semblable, et tout au contraire, il s'établit chaque année un grand nombre de spécimens présentant les dispositions les plus variées ; ce qui nous donne à posteriori la confirmation des considérations théoriques exposées ci-dessus.

(767) Toutes ces dispositions, malgré leur extrême variété, semblent pouvoir être rapportées à un petit nombre de types. On peut d'abord les distinguer en chaudière à foyer extérieur (ce qui est, tout au moins en France, la disposition la plus ordinaire pour les machines fixes), et en chaudière à foyer intérieur, disposition plus usitée en Angleterre qu'en France pour les machines fixes, presque nécessaire pour les machines de bateaux et indispensable pour les machines locomotives.

Dans la première, le fourneau est généralement en maçonnerie. Le foyer, placé au-dessous de la partie antérieure de la chaudière, échauffe, par son rayonnement direct et par le contact des gaz chauds, cette portion de la surface de chauffe que l'on nomme le coup de feu. Le reste est chauffé par le contact des gaz circulant dans une suite de cameaux dont le périmètre est formé en partie par les parois de la chaudière, en partie par la maçonnerie du fourneau.

Dans la seconde disposition, le foyer est entouré de tous les côtés, sauf quelquefois du côté du cendrier, ou au-dessous de la grille, par les parois métalliques de la chaudière. On remplace ainsi par une surface de chauffe, qui est particulièrement efficace, les parois latérales en maçonnerie, qui s'échauffaient sans profit direct pour la puissance de vaporisation de l'appareil.

900 COURS DE MAGHIKES.

On peut même dire que, dans les chaudières à foyer intérieur où les parois de la chaudière se prolongent sous le condrier, la chaleur sensible, habituellement perdue, -des cendres et des escarbilles qui tombent de la grille, se trouve utilisée.

En revanche, on peut dire qu'on risque de ne pas donner au fo^er et aux cendriers des dimensions sufGsantes, qu'on expose les portions de la chaudière directement en contact avec le combustible à une détérioration plus ou moins rapide, surtout si ce combustible est sulfureux et si la chaudière est incrustée ; qu'on a plus de difficultés à assurer la combustion complète des gaz, parce que la température de la chambre de combustion peut n'être pas assez élevée, et que les flammes s'éteignent au contact des parois relativement froides qui la circonscrivent, d'où résulte souvent la production d'une épaisse fumée et d'une combustion incomplète.

Ces inconvénients peuvent être évités, si la capacité du foyer n*est pas trop exiguë, en revêtant ces parois métalliques d'un garnissage en briques, qui permet, par suite de son inconductibilité, de porter ses parois internes à une haute température, et qui, s'il réduit beaucoup l'efGcacité de la surface de chauffe de la boite à feu, envoie les gaz plus chauds dans les carneaux, et augmente d'autant l'efficacité de la surface de chauffe indirecte.

En somme, on pourrait dire qu'un foyer intérieur disposé de manière que la combustion s'y fasse dans de bonnes conditions peut présenter quelque petit avantage économique sur un foyer extérieur.

(768) Au point de vue de la surface de chauffe, on peut distinguer :

l"" Les chaudières à carneaux^ dans lesquelles le foyer est extérieur, et le périmètre de la section dans un quelconque des conduits de fumée est formé en partie par de la maçonnerie du fourneau, en partie par le métal de la chaudière ;

â"" Les chaudières à galeries , dans lesquelles le foyer peut être intérieur ou extérieur, mais est le plus souvent intérieur, et où les conduits de fumée sont, sur une partie au moins de leur développement en longueur, formés exclusivement par les parois métalliques et complétemenl entourés d'eau ;

5"" Les chaudières tubulaires, dans lesquelles les conduits intérieurs ci -dessus sont remplacés par un faisceau de tubes à petite section entre lesquels le courant des gaz se partage, ce qui oftre Tavantage accessoire q}xe ces gaz se refroidissent plus promptement au contact de parois plus rapprochées, et l'avantage principal et caractéristique d'avoir, pour une section totale de ces tubes, une surface de chauffe beaucoup plus étendue, dans un rapport facile à calculer, qu'avec un seul gros tube d'une section équivalente ;

V" Enfin les chaudières à tubes bouilleurs^ dont les tubes, d'une section comparable ou un peu supérieure à celle des tubes à fumée du système précédent, sont remplis d'eau et plongés dans le courant des gaz chauds.

(760) Le caractère des chaudières à carneaux est d'être d'une installation facile, et d'avoir toutes leurs parois facilement acÊessiblés pour les réparations, extérieurement en pénétrant dans les carneaux ou en démolissant partiellement la maçonnerie, intérieurement sous la condition que toutes les parties aient un diamètre suffisant pour qu'un ouvrier puisse s'y introduire. Avec un massif suffisamment épais pour réduire les pertes par conductibilité dues à réchauffement de la surface non mélallique du carneau, et entretenu en assez bon état pour prévenir les accès d'air froid sur les points où la combustion du gaz est déjà complète, ce système de chaudière ne semble pas notablement inférieur aux autres pour les machines établies à demeure, bien qu'on puisse dire que le volume relativement grand du fourneau expose l'appareil à un peu plus de pertes par conductibilité et par rayonnement qu'une forme plus ramassée et plus compacte.

(770) Les chaudières à galeries peuvent élre, en principe, considérées comme évitant sur la longueur des gros tubes intérieurs, faisant fonction de carneaux, Tinconvénient d'un échauffement parasite des maçonneries, et celui des rentrées d'air possibles par suite du vide que produit Taspiration de la cheminée.

Hais le principal avantage qu'on recherche avec ces tubes inté*

rieurs est d'augmenter Télendue de la surface de chauffe, sous uq volume donné occupé par Tappareil.

A côté de cet avantage, se trouve un inconvénient notable dont sont exemptes les chaudières à carneaux, c'est que l'existence même d'une galerie dans laquelle circulent les produits de la combustion» entraine nécessairement l'existence de parois concaves au dehors et convexes au dedans de la chaudière, forme peu favorable pour rë* pister à de hautes pressions. On comprend, par exemple, qu'une surface cylindrique à base circulaire, pressée intérieurement, tende à conserver la forme de sa section, ou môme à la prendre, si elle ne l'a pas exactement reçue du constructeur, tandis que la même surface, pressée extérieurement, tendra à s'aplatir et à s'écraser entièrement, dès qu'une première déformation se sera produite.

(771) Les chaudières tubulaires proprement dites ont pour objet essentiel de réaliser, à un degré beaucoup plus prononcé encore que les chaudières à galeries, l'avantage d'une grande surface de chauffe sous un volume donné, et aussi avec un poids donné de métal.

Il est très-facile de reconnaître, par les considérations géométriques les plus élémentaires, que l'accroissement de la surface de chauffe que l'on obtiendra, en remplaçant une galerie à section ci^ culaire ou carrée par un faisceau tubulaire, soit de même volume total, soit de même section, est, en quelque sorte, indéGni, n'étant limité que par la condition d'avoir des tubes qui ne soient ni trop petits, ni séparés par des lames d'eau trop minCes.

Cetle considération est propre à faire ressortir toute l'importance de ces chaudières, qui paraissent avoir été imaginées à peu près en même temps, en France par Seguin, en Angleterre parStephenson. Cette invention a eu les conséquences pratiques les plus remarquables ; car il est permis de dire, en toute rigueur, qu'il serait impossible de fournir à la plupart des machines de bateaux à vapeur et à toutes les locomotives sans exception, sous une forme et avec un poids acceptables, les grandes surfaces de chauffe nécessaires à la production de la vapeur que ces machines consomment en service.

Ces chaudières tubulaires ont donc considérablement agrandi, pour deux de ses applications aujourd'hui les plus importantes, le domaine de la vapeur.

C'est pour les locomotives que le système lubulaire a été surtout étudié dans tous ses détails, et que de là l'application s'en est éten« due aux machines de bateaux et aux locomobiles, en un mot, aux appareils pour lesquels la question du volume ou du poids est im« portante à considérer.

A côté de leurs avantages incontestables, ces appareils présentent un inconvénient sérieux : c'est que la petitesse des tubes et leur rapprochement rendent les incrustations fort à craindre autour de leur surface externe entourée d'eau soumise à une évaporation active.

Ces incrustations sont fort difficiles à enlever, parce que fort sou* vent les surfaces sur lesquelles elles se déposent sont peu accessi* blés à la main des ouvriers. Il en résulte des réparations très-fré* quentes, souvent faites d'une manière incomplète, et, par suite, de grands frais d'entretien.

On a donc considéré quun très-grand perfectionnement serait ap« porté au système tubulaire, si Ton parvenait à rendre le faisceau des tubes facilement accessible. On y est parvenu, en effet, de di* verses manières, notamment au moyen de chaudières dites à foyer amovible, dans lesquelles le foyer et le système des tubes fixés à la plaque tubulaire peuvent être retirés du corps cylindrique et remis en place, à l'aide d'une bride qui sert à les tixer à l'avant du corps cylindrique.

Cette disposition semble fort utile, pour permettre d'étendre aux machines fixes n'ayant que de mauvaises eaux d'alimentation les avantages de poids et de volumes réduits qui caractérisent les chaudières tubulaires.

Toutefois, il faut réserver, en avant de l'emplacement de la chaudière, l'espace nécessaire pour la sortie du faisceau tubulaire, ce qui fait perdre une partie d'un des principaux avantages du système, qui est de demander peu de terrain.

(77«) Les chaudières tubulaires ne semblent pas devoir présen-

ter d'avantages économiques appréciables; il n'y a aucune raison spécifique pour que la combustion s'y fasse mieux que dans une autre chaudière, et les pertes de chaleur par communication à Tair ambiant ne semblent pas devoir être moindres que celles qui se font à travers une maçonnerie suffisamment épaisse et convenablement imperméable à Tair.

Il me parait donc que, s'il existe des circonstances qui rendent indispensable l'emploi de ces chaudières tubulaires, il n'y a pas lieu de chercher à en répandre l'emploi en dehors de ces circonstances, les ^ais et les embarras qu'occasionnent leurs réparations fréquentes devant, selon moi, compenser et au delà, dans la plupart des cas, les avantages d'emplacement, de poids, et quelquefois de prix de premier établissement qui les caractérisent.

(778) Les chaudières à tuhes bouilleurs, dites aussi chaudières à circulation rapide, diffèrent de toutes les précédentes en ce que celles-ci contiennent en général un volume d'eau assez important, suffisant pour une vaporisation de quelque durée, souvent de plusieurs heures, tandis que, dans les chaudières à tubes bouilleurs, l'eau à peine introduite, par le jeu de la pompe alimentaire qui devient en quelque sorte le régulateur de la production de la vapeur, est presque aussitdt vaporisée dans les nombreux circuits du faisceau tubulaire qu'elle parcourt.

Les inconvénients de ce système sont, en quelque sorte, évidents : •

Si l'alimentation cesse, ou si elle n'est pas en rapport avec l'activité du foyer, le générateur se vide, les tubes risquent de se brûler, et la machine se ralentit ou s'arrête.

De là beaucoup de difficultés pour obtenir une marche régulière de la machine et pour entretenir le générateur en bon état.

Au point de vue de la consommation de charbon, il ne peut, dans une marche prolongée, présenter aucun avantage économique. Au point de vue des explosions, il présente celui, non pas d'être inexplosible dans le sens propre du mot, mais celui de ne pouvoir donner lieu qu'à des explosions partielles d'un tube ou de quelques tubes, qui ne sauraient avoir les mêmes conséquences graves que celle

d'une grande chaudière ordinaire contenant des masses d'eau à une pression et à une température élevées.

Mais l'avantage spécial et caractéristique des appareils à tubes bouilleurs, c'est qu'étant par eux-mêmes d'une petite masse, et ne contenant qu'une quantité d'eau insigniiSante, on peut, lorsqu'on allume le foyer pour les faire fonctionner, être prêt à marcher, ou, selon l'expression, être monté en vapeur^ au bout d'un temps beaucoup plus court qu'avec tout autre système. C'est là une économie qui peut devenir intéressante, quand l'appareil ne doit marcher à chaque fois que pendant un temps limité ; mais ce qui peut être, dans certains cas, beaucoup plus intéressant que cette économie, c'est la possibilité de pouvoir commencer à marcher plus tôt.

C'est ainsi que s'explique et se justifie l'emploi des chaudières à tubes bouilleurs, dans les chaloupes à vapeur qui se trouvent à bord de certains grands navires, chaloupes qu'il importe, pardessus tout^ de pouvoir mettre en état de fonctionner dans le plus bref délai, sur un ordre donné, tandis que l'application du même type de générateur à la machine même du navire ne s'est pas encore répandue, bien que la question soit à Fétude.

(774) Ces généralités exposées, nous pouvons aborder l'examen des principales variétés que Ton rencontre dans l'industrie, et qui se rapportent soit exclusivement, soitprincipalement à undestypes ci-dessus.

Pour chacune de ces variétés, nous ferons ressortir, autant que possible, l'avantage spécial qu'on a pu rechercher dans la disposition qui la caractérise, et, s'il y a lieu, l'inconvénient par lequel cet avantage peut se trouver plus ou moins contre-balancé dans la pratique.

En dehors des conditions générales d'une bonne et complète combustion sur le foyer, d'une déperdition de chaleur aussi réduite que possible par rayonnement et par conductibilité, et d'une surface de chauffe suffisante pour ne laisser aux produits de la combustion que la température nécessaire pour le tirage, on peut chercher à satisfaire, plus ou moins complètement, aux conditions spéciales suivantes, conditions qui ne sont pas toutes concordantes,

dont quelques-unes même sont contradictoires y et qui ne peuvent ainsi être satisfaites toutes à la fois. Leur importance relative peut varier selon les circonstances, et c^est à l'ingénieur qu'il appartient de choisir entre elles, ou de chercher à les concilier dans la mesure que lui suggèrent rexpérience et son sentiment pratique des choses.

(77S) Ces conditions spéciales peuvent être énumérées comme il suit :

, 1® Donner au générateur des formes et des dimensions appropriées aux efforts auxquels ses diverses parties ont à résister en service.

Ces efforts sont dus à Texcès de la pression de la vapeur sur la pression atmosphérique extérieure. Us tendent à faire prendre la forme qui, sous une enveloppe donnée, comprend le volume maximum, el comme la sphère est hors de la question, à cause de la forme allongée qui reçoit l'appareil pour obtenir un développement suffisant de carneaux, on en conclut que la forme théorique la plus convenable est celle d^un cylindre droit à base circulaire terminé par deux calottes hémisphériques.

Cette condition exclut les faces concaves, comme celles de la chaudière à tombeau les carneaux intérieurs et même les parois planes, ou du moins si elle les accepte, c'est avec des excès d'épaisseur ou avec des armatures propres à prévenir les déformations. La condition de n'avoir que des cylindres tournant leur convexité au dehors conduit aux générateurs soit du premier, soit du quatrième type, le quatrième étant d'autant plus indiqué que l'on voudrait marcher à des pressions plus considérables.

T Rendre les nettoyages faciles, en faisant en sorte que la main de l'ouvrier puisse atteindre sur tous les points de la surface de chauffe pour détacher les dépôts.

Cette condition limite à O^'^éO environ le minimum du diamètre des chaudières cylindriques et des bouilleurs, et les chaudières du premier type présentent alors un avantage sur toutes les autres, puis viennent celles du second type. Cette même condition tend à faire proscrire les chaudières du troisième type, à moins qu'on

6ËNËRÂLITÉS SUR LA PRODUCTION DE U YÂPEUR. 367

n'emploie un système de foyers amovibles ou qu'on n'alimente avec des eaux très -pures.

3° Obtenir dans le générateur une grande surface libre du liquide relativement à la surface de chauffe ou à la dépense de sapeur.

Les chaudières cylindriques horizontales sans bouilleurs, remplies à peu près à la hauteur du centre, satisfont le mieux possible à cette condition, qui a le double objet d'éviter les ébuUitions tumuU tueuses, et de rendre les dénivellations de Feau plus lentes et par conséquent moins dangereuses, dans le cas d'une interruption assez prolongée de Talimentation.

Les chaudières cylindriques verticales satisfont au contraire fort mal à cette condition, et Tinconvénient qui en résulte est d'autant plus sensible que c'est surtout à leur partie inférieure, c'est-à-dire sous une charge épaisse d'eau, qu'est appliquée la plus haute tem« pérature du gaz et que les bulles de vapeur tendent principalement à se former. Les chaudières tubulaires y satisfont assez mal également, parce que l'ébullilion tend à se faire activement dans tous les points de la masse. Aussi observe-t-on que, pendant qu'une chaudière de ce genre dépense de la vapeur, la masse de l'eau est en quelque sorte mousseuse et son niveau sensiblement plus élevé qu'au repos.

4^ Obtenir un grand volume d'eau dans la chaudière pour une surface de chauffe donnée.

C'est encore la chaudière cylindrique sans bouilleur qui satisfait le mieux à cette condition ; c'est la chaudière du quatrième système qui y satisfait le moins.

Cette condition a pour objet d'assurer la régularité de la température^ et par conséquent de la pression pendant la marche, malgré les inégalités possibles, on peut même dire inévitables, de Tactivité du foyer et du débit de la vapeur.

5* Avoir un grand réservoir de vapeur.

Cette circonstance est propre à maintenir la pression constante pendant le débit de la vapeur, d'où il résulte que l'ébuUition est tranquille et que la vapeur entraîne moins d'eau avec elle. Celte condition d'avoir un grand réservoir de vapeur peut tou-

jours être obtenue avec un ddme ou un cylindre additionnel, quel que soit le type de la chaudière.

ô"" N'avoir dans la chaudière qu'un petit volume d'eau.

Cette condition, directement contraire à celle énoncée sous le numéro 4, a pour objet de hâter la mise en train de l'appareil, d'économiser la chaleur employée à cette mise en train, et celle qui reste dans la chaudière au moment de l'arrêt, et enfin de permettre de donner à la chaudière un petit volume total (celui du réservoir de vapeur restant en dehors), et de la composer d un nombre de petits éléments.

11 en résulte indépendamment des avantages d'emplacement et de poids de l'appareil, celui de diminuer beaucoup la gravité des désastres en cas d'explosion.

Au point de vue des conditions n* 4 et n* 6, les chaudières cylindriques d'une part, et les chaudières du quatrième type de l'autre, occupent respectivement le premier et le dernier rang.

T Réduire autant que possible l'espace occupé par le générateur.

Cette condition a un petit intérêt théorique, en ce sens que l'on peut dire que le système du générateur étant en entier à une température donnée, il perdra d'autant moins de chaleur, soit par rayonnement soit par conductibilité, qu'il sera, en quelque sorte, plus ramassé sur lui-même.

Mais le véritable intérêt est d'économiser un emplacement souvent précieux, sinon même parfois indispensable. Cette raison d'emplacement peut être décisive, et suffire à elle seule pour obliger de préférer l'un des deux derniers types de chaudières aux deux premiers. Sous ce rapport il y a une différence radicale, par eiemple, entre une chaudière cylindrique sans bouilleurs et une chaudière à tubes bouilleurs de Belleville ou de Field.

(776) Nous pourrions étendre beaucoup ces considérations; mais ce qui précède, étendu et complété en parlant des diflTërenls appareils employés par l'industrie, suffit pour nous permettre de nous faire une idée assez précise des avantages et des inconvé-

nients principaux par lesquels cliacun d'eux semble être plus particulièrement caractérisé.

Nous en conclurons, comme nous Tavons fait au chapitre xx pour les machines, le système ou les systèmes dont remploi parait le plus indiqué pour les applications industrielles les plus importantes.

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