CHAPITRE IV

Ghaudlèret à yapear. — Machines à basse et à hante pression. «-

Machines locomotiTes.

Les applications de la vapeur sont trop étendues , et exigent, en général , des connaissances de mécanique trop élevées , pour qu'il soit possible de les comprendre d'une manière complète dans renseignement élémentaire de la physique. D'un autre côté, elles acquièrent chaque jour tant d'importance soit pour la science elle-même, soit pour l'industrie, qu'elles doivent essentiellement entrer pour quelque chose dans un cours d'études ordinaire : personne ne peut ignorer aujourd'hui comment la vapeur se forme dans les chaudières, comment on est parvenu à diminuer les dangers d'explosion, comment la puissance mécanique du combustible passe du foyer à la chaudière, de la chaudière au piston de la machine et du piston à la locomotive , au bateau à vapeur, aux meules des moulins, aux broches des filatures , etc. C'est ce qui m'a déterminé à faire de nouveaux efforts pour mettre à la portée des jeunes gens les principes fondamentaux de toutes ces grandes appUcations de la vapeur. En y consacrant un chapitre spécial, il m'a semblé nécessaire de le diviser en trois parties : le paragraphe 1^*^ est relatif aux chaudières à vapeur et aux moyens de sûreté; le paragraphe 2, aux machines à basses et hautes pressions ; le paragraphe 3 contient la description de la machine locomotive à six roues de Stephenson.

SI. — Chaudières à vapeur.

164. La construction des chaudières à vapeur s'est successivement perfectionnée, et elle se perfectionne encore tous les jours. Autrefois toutes les chaudières étaient de cuivre rouge, on a ensuite essayé la fonte , et aujourd'hui on adopte presque exclusivement la tôle de fer. La tôle se travaille aisément , elle a une grande ténacité pour résister aux pressions , et de plus, elle ue s'altère pas trop rapidement au contact de l'eau et du feu.

SM uni n. — CHàLEUii. — piueiière paitie.

La forme des chaudières a varié de mille façons, et Ton ne s'en étonne pas, lorsque Ton réfléchit à toutes les conditions quH y a à remplir : on conçoit en effet qu'il ne suffit pas qu'une chaudière ait assez de surface de chauffe pour produire la vapeur de 20 chevaux ou de 100 chevaux de force, qu'il ne suffit pas même qu'elle produise cette quantité de vapem* avec économie de conJnistible quand elle est neuve. Il faut de plus qu'elle soit facile à nettoyer en dedans et en dehors : en dedans , pour empêcher les dépôts calcaires, qui deviendraient une cause de destruction et d'explosion; en dehors, pour que les dépots de suie n^empêchent pas le contact de la flanune et le passage de la chft» leur. Il faut qu'elle résiste à la corrosion du feu et de l'eau, ainsi qu'aux e£kt5 de dilatation et de contraction, qu'elle soit haie k féparer dans tous ses points; il faut qu'elle n'occupe qu'un petit espace, et quand elle n'est pas destinée aux machines fixes^ maïs à la navigation on aux chemins de fer, il faut qu'elle ait Miez d'eau, qu'elle donne assez de vapeur, et que cependant elle A devienne pas une masse trop pesante. Enfin, après tontes ces conditicms générales qu'elle doit remplir , il fieiut qu'elle ne soit ni chère à établir ni chère à entretenir, et qu'elle utilise le com^ husdble le mieux possible.

Nous ne pouvons pas fsàre connaître ici les chaudières de toutes les formes, mais nous allons décrire la chaudière à bouil-» leurs ^ qui est généralement adoptée pour les machines fixes, et une chaudière tubulaire adoptée avec avantage dans la marine.

Ckavdière * bouilleurs. — Cette chaudière est représentée en coupe transversale et en coupe longitudinale dans les figures 1 et 2 de la planche 1 1 ; elle se compose du corps de la diaudière a, qui est un long cylindre terminé par deux calottes hémisphériques, et des deux bouilleurs 6, b\ dont les extrémités antérieures reposent sur les briques du fourneau ; chaque bouilleiu* conununique avec le corps de la chaudière par deux ou trois larges tubulures c; ici il y en a trois, parce que la chaudière a près de 6 mètres de longueur.

L'eau remplit complètement les bouilleurs , et son niveau doit être maintenu vers le milieu de la hauteur de la chaudière , ce dont on s'assure par le tube de niveau </, auquel aboutissent deux tubes horizontaux, l'un en haut qui communique avec la vapeur, l'autre en bas qui communique avec l'eau.

€ÊâP. ly. — CHAUDIÈRES A TAPEUR. 39S

La vapeur formée s^écfaappe par le gros tube e^ que Ton »* rantit contre le refiroidissement par des enveloppes non conduotrioes , surtout lorsqu^il doit porter la vapeur à une distance un peu grande.

L*eau d'alimentation, poussée par la pompe alimentaire, arrire par le tube /*, qui ne doit pas déboucher dans la vapeur eUemême , mais pénétrer dans Teau près du fond de la chaudière, pour ne pas détruire par la condensation la vapeur déjà formée.

Voici maintenant le mouvement de la flamme. Le combustible est jeté sur la grille gj par la porte A, qui ne s'ouvre qu'au mo* ment de la charge ; Tair arrive par le cendrier î, passe entre les barreaux de la grille, circule au travers de la masse du diarbon et détermine partout une active combustion ; la flamme, plus on moins longue suivant la nature du combustible, s'engage dans le conduit k sous les bouilleurs, qui reçoivent ainsi le premier coup de (en; elle se replie contre la voûte /, prend le conduit inté-> rieur m, parce que rintervalle des tubulures de chaque bouilleur est fermé avec des briques, chauffe ainsi la partie supérieure des bouilleurs et le fond même de la chaudière ; revenue vers Textrémité antérieure de la chaudière a, elle se sépare là en deux parties, Fane qui prend à droite le conduit extérieur n, et l'autre qui prend à gauche le conduit extérieur n! (Fig. 2); c'est ainsi que les parois latérales de la chaudière sont elles-mêmes chauf» fées dans toute la hauteur qui est au-dessous du niveau de Teau ; enfin arrivée à l'extrémité de la chaudière, la flamme passe dans la cheminée, où elle est appelée par le tirage. Le registre o sert à régler l'activité de la combustion.

La vapeur accumulée au-dessus de l'eau dans la chambre à vapeur^ c'est-à-dire dans tout l'espace de la chaudière a où il n'y a pas d'eau, empêcherait l'ébidlition si elle avait toujours une tension égale à ceUe de la vapeur qui tend à se former ; mais au moment où la vapeur s'échappe avec rapidité, pour aller dans le corps de la machine agir sur le piston, il arrive nécessairement que la pression diminue dans la chambre à vapeur; c'est alors qu'il se fait une sorte de bouillonnement plus ou moins considérable. Aussitôt que la pression est un peu diminuée , l'eau des bouilleurs entre en ébullition, la vapeur formée gagne les tubulures, traverse la masse d'ealu de la diaudière, et Tient dans la chambre à vapeur prendre la place de celle qui

S36 LIVRE n. — CHALEUR. — PREMIÈRE PARTIE.

est sortie. Par consécpient si la pression était subitement diminuée dans une proportion un peu considérable, Ténorme volume de Tapeur qui tendrait à se former instantanément soulèverait toute la masse d'eau et pourrait la projeter dans le tube de sortie, et par suite dans les cylindres de la machine. On dit alors que Ve2L\x prime ou qu^elle mousse. On évite cet inconvénient en faisant la chambre à vapeur suffisamment grande. Si, par exemple, le cylindre de la machine a 1 mètre cube de capacité et que le piston le parcoiu^ en 1', c'est un mètre cube de vapeur que la chambre à vapeur doit fournir périodiquement. Or, si elle n'avait elle-même qu'un mètre cube de grandeur, elle ne pourrait pas alimenter le cylindre sans qu'il se produisît une grande diminution de pression chaque fois que le piston passerait au milieu de sa coiu'se ; car c'est là le point où il a sa plus grande vitesse. C'est pourquoi on donne à la chambre à vapeur une capacité qui est 15 ou 20 fois plus grande que la capacité du cyUndre.

Il importe aussi que les tubulures des bouilleurs soient assez larges pour que la vapeur en sorte librement, et que l'eau vienne à l'instant en prendre la place. J'ai reconnu par l'expérience que la vapem* ne monte dans l'eau que très-lentement ; elle parcourt à peine un tiers de mètre par seconde. On peut prendre une idée de ce mouvement ascensionnel avec un tube de verre d'environ 1 décimètre de largeur et 2 mètres de hauteur (Fig. 7, Pl. 10 ▲), qui est vissé par sa garniture sur un réservoir à air comprimé ; lorsqu'on ouvre le robinet r la bulle d'air, grosse ou petite, qui s'élève est très-analogue à «n bouillon de vapeur. Par conséquent si la somme des sectionâ des tubulures était de 1 mètre elles ne pourraient donner issue qu'à un tiers de mètre cube par seconde , et si , par sa surface de chauffe , le bouilleur en pouvait produire davantage, les tubulures resteraient pleines de vapeur, Teau ne descendrait plus, le bouilleur se viderait de l'eau qu'il contient ; il ne tarderait pas à rougir, et lorsque, par cessation de ti*avail ou par quelque autre cause, l'eau retomberait dans le bouilleur ainsi surchauffé^ il y aurait à coup sAr explosion, n est donc nécessaire de proportionner la section des tubulures à la surface de chaufTe des bouilleurs.

Il y aurait un danger pareil d'explosion si le niveau de l'eau baissait dans la chaudière au-dessous de la ligne supérieure des