CHAUDIÈRE, CHAUDRONNIER

{crémière ^ le tuyau prend une courbure régulière sans éprouver Cfrdinairement aucune altération dans ses dimensions; il arrive cependant quelquefois qu'il se produit des dépressions dans quelques parties , paixe que le mastic a cédé ; le tuyau est alors hors d'état de servir. Cette manière de courber les tuyaux o£Prc beaucoup d'avantages : elle est employée par M. Gavé.

La chaudronnerie en cuivre oFFre pour différence principale, que ce métal se travaille beaucoup plus facilement à cause de sa ductilité à la températm*e ordinaii*e , de son peu de résistance , et de la faible épaisscm* des feuilles comparativement à celles de la tôle. Les brasures s'y font de la même manière; les rivures y sont très faciles. Les fonds de chaudières sont travaillés au martinet dans les grandes usines à cuivre : toutes les autres pièces le sont au marteau sur la bigorne ou le tas. - Dans un grand nombre d'opéi*ations on emploie des chaudières en plomb ; quelquefois elles sont faites de plusieurs pièces soudées ensemble; mais dans beaucoup de cas, les soudures ae peuvent résister : les acides et quelques sels les attaquent ^ec beaucoup trop de facilité. Jusqu'à ces derniers temps on a été singulièrement gêné pour les confectionner; on ne ' peut les obtenir alors qu'en pliant la feuille par les bords pour lui donner la forme d'un parallélipipède; mais la plus (rande largeur des feuilles de plomb coulé a été pendant longtemps de deux mètres au plus. On était parvenu à obtenir au laminoir des feuilles qui allaient jusqu'à 2™5o; mais le plomb laminé offre des inconvénients qui le rendent inférieur au plomb coulé; les feuilles dont il est formé se sépai*ent souvent; il se &it des gerçures dans lesquelles les liquides pénètrent, et la ^dbandière est bientôt hors de service. Tout récemment M. Voi- •in est parvenu à obtenir , par coulage , des lames de plus de trois mètres de largeur et de dix mètres de longueur, sans aucun défaut, et sur toutes les épaisseurs qu'exigent les besoins de l'industrie. On peut , par leur moyen , obtenir des chaudières d'une seule pièce, d'une dimension beaucoup plus grande qu'auome de celles qui avaient été faites jusqu'ici, sans soudure et ^▼ec un métal dont les qualités ne laissent rien à désirer. C'est ime amélioration très importante , tant sous ce rapport que sous I celui de la construction des chambres de plomb pour l' Acide

ara chaudière a vapeub.

suLFURiQUEy puisqu'elle diminue le nombre des soudures, et par conséquent Tune des chances les plus habituelles de détérioration.

Nous pourrions entrer dans beaucoup d'autres détails sur la chaudronnerie et la fabrication des chaudières ; mais il nous semble que nous avons suffisamment indiqué sur ce sujet ce qai mérite le plus d'intérêt. H. Gaultier de Claubry.

CHAUDIÈRES A VAPEUR. ( Physique et mécanique industrielles.) Dans un sens général , le mot chaudière signifie an vase quelconque destiné à contenir un liquide que l'on veut sou* metti^e à l'action de la chaleur.

Tantôt une chaudière est destinée simplement à élever la température d'un liquide 5 tantôt à l'évaporer en tout ou en partie , comme dans les chaudières d'évaporation ou d'ébullition ; tantôt, enfin , elle doit servir à fournir de la vapeur, soit pour le service d'une machine à feu y soit pour un chauffage à vapeur, soit pour tout autre usage. C'est cette dernière classe que nous désignons sous le nom spécial de chaudières à vapeur, et c'est de cette sorte de chaudière seulement que nous nous occuperons dans cet article , renvoyant , pour les autres chaudières, aux mots Evaporation et Distillation.

On peut classer les chaudières suivant le degré de la tension (ou force élastique) delà vapeur qu'elles doivent produire, ou suivant le but spécial auquel elles sont destinées.

La classification la plus généralement adoptée , est celle des chaudières à basse pi*ession, et à moyenne et haute pression. On peut encore distinguer les chaudières à vapeur destinées h desservir des machines à feu fixes, de celles qui doivent servir pour des machines, pour bateaux ou pour voitures à vapeui*.

Qp peut enfin distinguer les chaudières d'après la nature du métal employé pour leur construction, et, à cet égard , il n'y a que trois espèces de métaux qui soient presque généralement employés, savoir : la fonte de fer, le fer laminé ou la tôle, et le cuivre laminé.

On nomme chaudières à basse pression celles dans lesquelles la vapeur ne dépasse jamais la tension ou pression de deux atmosphères {v, tom. I, pag. Go3).

Les chaudières à moyenne pression sont celles dont la vapeur

CHAUDIÈRE A VAPEUR. i7S

lane tension qui varie entre deux et quatre atmosphères.. Les

udières à haute pression sont celles qui produisent la vapeur

lus de quatre almosphères de tension. Dans les ordonnances

gouvernement français , toutes les chaudières où la vapeur

asse deux atmosphères , sont appelées chaudières à haute

ession.

La construction des chaudières à ha^e, moyenne et haute «*ession , peut vaiûèr par suite de la différence de résistance e les parois doivent présenter à l'action de la vapeur. En rai , toutes les chaudières à haute pression ^ et même celles moyenne pression ^ doivent être composées de parties cylinicjucs ou hémisphéiûques. Tandis que les chaudières à hasse ^^^ession peuvent avoir une forme paraUélipipédique ou prisique quelconque. Nous verrons plus loin quelles sont les cirstances qui peuvent influer sur le choix de la forme que Ton oit donner à une chaudière i liOrsque l'on fait construire une chaudière , on connaît d'à* nce la quantité de vapeur qu'on veut obtenir et le degré de lésion que cette vapeur doit avoir. Dans ce tas^ la chaudière :>it satisfaire à la double condition de fournir la quantité de va->- S^^ur demandée , et d'offrir une résistance suffisante à la pression ^^Xtérieure de cette vapeur.

* Outre ces deux conditions générales , il est plusieurs autres ^^^c^nditions non moins essentielles dans la pratique ^ auxquelles utes les chaudières doivent satisfaire. Ces conditions se raportent à la durée de la chaudière , à la facilité de son service t de son entretien ^ enfin ^ à son prix d'achat , et à l'économie ^u combustible i

Quantité de vapeur, La quantité de vapeur que peut pro-* ^uire une chaudière , ne dépend que de deux' choses : de l'intensité du feu et de l'étendue de la surface en contact avec la flamme ou la fumée. Cette surfaice se nomme surface de chauffe. C'est à tort que plusieurs ingénieurs et auteurs anglais considè^ rent le volume des chaudières comme ayant ime influence sm* la quantité de vapeur produite. L'augmentation de volume n'a d'effet, à cet égard, qu'autant qu'elle est accompagnée d'une augmentation de surface chauffée; il en est de même de la surlace libre du liquide dans l'intérieur de la chaudière, et de la ui. 18

grandeur de l'espace résciTé à la vapeur. Ces deux dernières circoiïStances n influent point sur la quantité de vapeur produite, et cependant plusieurs inventeurs^ confondant les effets de la vaporisation en vases clos avec ceux de Tévaporation à Tair libre , ont cherché à construire des chaudières dans lesquelles la surface du liquide était beaucoup multipliée.

La grandeur de l'espace réservé pour la vapeur, n'est pas sans doute sans influence sur les effets d'une chaudière, mais cet espace ne change rien à la quantité de vapeur produite; il peut varici* beaucoup' sans inconvénient, pourvu qu'il ne soit pas au-dessous d'une certaine limite qui dépend du genre de service que doit faire la machine à vapeur.

Là'élendue de la sur&ce de chauffe et l'intensité du feu soot donc les seules circonstances qui déterminent la quantité de vapeur engendrée par une chaudière.

Quand la flamme est fort intense , la quantité de vapeur produite dans une heure par mètre carré de surface de chauffe, est égale à cent kilogrammes ; mais ce nombre est un maximum sur lequel il ne faut jamais compter dans la pratique. IVaprès les expériences de Watt, confirmées par un très grand nonibre d'autres , la quantité d'eau vaporisée pour chaque mètre carré de surface de chauffe par heure , dans une chaudière ordinaire, est égale à trente ou trente-cinq kilogrammes, quelle que soit la tension de cette vapeur, ^i la fumée qui arrive dans la cheminée, n'est pas au-dessous de 4.00".

La manière de faire agir la flamme et la fumée sur la surfece de chauffe, n'a pas une très grande influence sur l'effet utile d'une chaudière , non plus que la forme plane, concave ou convexe .de cette surface. On a construit des chaudières dans lesquelles la flamme et la fiimée enveloppent à la fois toute l'étendue de la surface de chauffe; d'autres fois, et c'est le cas le plus général , la fumée chauffe d'abord là partie inférieure de la chaudière , et circule ensuite tout autour au moyen de conduits ou cameaux qui la divisent et la font circuler une ou plusieurs fois autour de la chaudière avant de lui pcrmettix d'arriver à la cheminée. Cette dernière méthode est la plus, usitée, et paraît préférable pourvu que la longueur de ces cameaux et leur section aient une étendue convenable.

CHAUDIÈRE A yAPEUR. i7tf

Quelques constructeurs évaluent la production d'une chaudière en chevaux, lors même que cette vapeur n'est pomt destmée à faire mouvoir une machine. Cette évaluation n'a aucun lens, car l'étendue de surface de chaufFe que l'on doit donner à une chaudière de machine à vapeur d'une force connue , difïére arec le système, et deux machines de même force peuvent être servies par deux chaudières douhles l'une de l'autre. En général y cette évaluation par cheval , répond à celle pai* un même nombre de mètres carrés de surface de chaufFe.

Résistance à la tension inte'rieure et extérieure,

La vapeur, contenue par les parois d'une chaudière^ les presse en tous sens, et cette pression est toujours normale ou perpendiculaire sur toutes les portions de surface qui forment la paroi intérieure. Le métal résiste à cette action par sa ténacité, et l'on conçoit, que pour les chaudières de même forme, l'épaisseor de l'enveloppe de métal pourra être d'autant plus. faible, fae le métal aura plus de ténacité, et que la vapeur aura une tension moindre. De plus, la forme et la grandeur d'une chaudière influent aussi sur l'épaisseur qu'il faut donner à sespai*ois. n faut donc connaître l'influence de ces deux circonstances.

Dans beaucoup de cas , la forme qui paraît la plus conunode poar une chaudière, est celle d'une boîte cannée ou d'un prisme ftkmgé horizontalement. Cette forme se prête mieux au posage de h chaudière , et à l'établissement des conduits en briques <pi l'entoorent. Mais elle est la plus défavorable pour la résista✠à la pression intérieure.

Dans les chaudières à très basse pression , on adopte souvent cette fbrme pi*ismatique ( voyez plus loin la description de la diandière de Watt ), parce que la tension de la vapeur n'est pdnt assez forte pour l'altérer. Quelquefois on met intérieurement à cette chaudière des armatures en fer, réunies par des bartea qui la traversent en dedans et maintiennent les parois. Mais en général il vaut mieux employer des chaudières cylindriques on sphériques.

La forme cylindrique est la plus convenable et la plus généralement adoptée, sur-tout pour la haute pression. Connaissant la ténacité du métal employé (c'est-à-dire le nombre de kilogrammes

fi7G CHAUDIÈRE A VAPEUR.

que peut porter une barre verticale de ce métal d'un centimèlre carré de section ), et connaissant de plus le diamètre de la chaudière et la pression intérieure à laquelle la chaudière doit résister^ il est facile de calculer l'épaisseur qu'il faudra donner au cylindre pour qu'il résiste à la pression intérieure. • Si nous appelons : e l'épaisseur cherchée en centimètres, rie rayon du cylindre en centimètres , t la ténacité d^un centimètre carré du métal employé, n la différence de la pression intérîeure et extérieure sur l'enveloppe , nous aurons pour déterminer la valeur minimum de l'épaisseur e :

Ainsi y connaissant trois quelconques de ces quatre nombres^ on pourra ti^ouvei* le quatrième* Exemple : si un cylindi^e de cuivre a un rayon r égale à 5o centimèù*es , quelle épaisseur e devra-t-il avoir pour résister à une pression n de quati*e atmosphères en sus de la pression atmosphérique?

La ténacité d'un centimètre carré de cuivre est aooo kilog.;

mettant dans la fbimule, au lieu de r, /i et t les nombres 5o;

5o X. &. \ 4, et 2000 , on trouve e = ï = — . Ainsi e = o.®*"*""i.

2000 lO

Mais l'épaisseur que l'on trouve par cette formule est une épaisseur minimum, et le moindre défaut, le plus léger accroissement de pression , produirait une explosion. Aussi, dans la pratique, les parois des chaudières à vapeur qui sont chauffées et portées à une haute température perdent pai^ cela même de leur ténacité. Il faut beaucoup augmeuter cette épaisseur, d'autant plus que, d'après une ordonnance du 12 juillet 1828, l'épaisseur des chaudières à vapeur cylindriques doit être calculée d'après la formule

36 X r(N--i) + 3ooo , ^ • ,.^ ^ .

e = — — • , pour les chaudières en tôle et en

cuivre. Dans cette formule , N est la pression maximum de la vapem' dans la chaudière indiquée par le n** du timbre que l'autorité fait adapter à la chaudière.

En appliquant cette formule à l'exemple cité , on trouve

36 X 5o X (4— i) + 3ooo . 0/ . • 1. • j •.

e= ^-î^ — =o%84, épaisseur huit et demie

fois plus glande que celle trouvée plus haut.

Poui' la fonte ce serait e= — ^ \

laoo

Cette formule, si simple, est un des nombreux. exemples de l'ulilité des connaissances mécaniques et mathématiques pour les applications[aux arts]et à la construction, et elle est tellement exacte, que dans des expériences faites par M. Navier avec beaucoup de soin, des sphères de tôle et des tuyaux en plomb se sont ouverts exactement à la pression qui avait été indiquée d'avance par la foimule de l'épaisseur minimum.

Voici un tableau des épaisseurs convenables [)our des chaudières de tôle et de cuivre.

TABLE des Epaisseurs à donner aux Chaudièi^s en tolc

pour les Machines à vapeur.

eeni.