CHAPITRE IV

Chaudières 4 yapeur. — Machines à basse et à haute pression. — - Machines locomotiyes.

Les applicadons 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, conunent 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 applications 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 delà 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 ne s'altère pas trop rapidement au contact de l'eau et du feu.

La forme des chaudières a varié de mille façons, et l'on ne s*eu

934 LlVtlfi II. — CHALEUR. — PHBHlftRfi PARXIB«

ëtonue pas, lorsque l'on réfléchit à toutes les conditions qu il 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 cheyaux de force, qu'il ne 'suffit pas même qu elle produise cette quantité de vapeur avec économie de combustible 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 dépôts de suie n'empêclient pas le contact de la flamme et le passage>de la chaleur. Il &ut qu'elle résiste à la corrosion du feu et de l'eau, ainsi qu'aux effets de dilatation et de contraction, qu'elle soitfacile à réparer dans tous ses points; il faut qu'elle n'occupe qu'un petit espace, et quand elle n'est pas destinée wix machines fixes, mais à la navigation ou aux chemins de fer, il faut qu'elle ait assez d'eau, qu'elle donne assez de vapeur, et que inèpendattt elle ne devienne 'pas une masse trop pesante. 'IMftB, après toutes ces conditions générales qu'elle doit remplir, il faut qu'ièlleue soit ni chère à établir, ni chère à entretenir, et qu'elle utilise le combustible le mieux possible.

Nous ne pouvons pas faire connaître ici' les diaudières de toutes les formes, mais nous allons décrire la chaudière à iouilleurs, qui est généralement adoptée pour les maciiineà fites, et une chaudière tubulaire adoptée avec avantage dàtis la marine.

Chaudière d bonillenm. — Cette chaudière est représentée en coupe transversale et en coupe longitudinale dans les * figures 1 et 2 de la planche 12; elle se compose du corps' de la chaudière rt, qui est un long cylindre termina par deux calottes hémisphériques, et des deux bouilleurs i, b'^ dont les isxtrémités antérieures reposent sur les briques du foUmeàu ; chaque bouilleur communique 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 yeœplit complètement lefr'bouillears,ieli80te*BÎveaii àsii être miftntenuxnem le* -milieu* de< la hamteur-deola/iehiiidière, ce tlonton 6'assttre"par le «obede 'ttifV6iuc£(£iGJ2)yfaiii[ttel«boulissent deux ^ubes horizonta!Ux y l'ua en-haut iq«i aoflmnnîque «veo la tapem*, l'autre eA bas «fui cornmoqiq&eianrciDUBaii.

La vapeur 'formée s'éelnippe* par le«goo9 cube »j gue «lion garamît cotiue le refroidisscfifKiot par desr eniwloppcft iion.DoBduo

:«1AP. IT; ^^ <CIIAUaitaES A VAPEUR. 335

triieS) sorUMHtilonqii 'il d«it porter la ^vapeur à noe «Ustance un

i i^au d'aUmtMtaiioa, pdusséafkar I0 pomper ayaoeataîro,' arrive •parletube f, ^p ne/4ciiitrpa& dabcNsclMr dans la vapeur ellenême^ nuda pénétMv dims reaiii près du> fond . de 1 la » ^andière, pour nepas'dëlruîye pnr.la oondensàtioA la vapeur déjà formée.

Voici ttailiciiant le «ouvemeat. de* U} ùumme. LecosubustiUe -estîetésurla'griUo j", par la- porte A^ qui ne Vouvre ifu'au* moment ^^la charge; raironive par le oaudner i^ passe entre les barreauxnde<ku grille, «îvcule au travers 'de^la^masse' du charbbn et deteniàne^paitoue une active oo«j!ibustion^ lailamme, pWou •anins longaeisiâwntla Bal%u«'dM«ônb«ittî)Dle,'a«ii§^e^idansle condoît k 60ua les- bouilleura, qui revivent «ainâ le prewâ^ coup éefeu; «Ue ae^teplie eoBtreikvkiète /, preud le conduit «nté- BÎear m^ pavée que 1 intervalle des tubuliffea de chaque bouilleur est ktaaé arrec des bviques, chaufiia ainsi la panie supérieitfe'des iwiilkurs et:le:lbnd«niftaie<ds*)a>cdiaudMtfe; revenue vers FexiKoiîiéaBaérieQrede la chaudières, eUerse isépare là en deux fNorties, Tune ^ prend à «koite le conduit ecsérieur n (Fio. 1), et f autre qm^ prend àgaudierle conduit CKteiéeur n^ (Fig. S); c'est siiui queues pavois- laténaies -de la cbaudière «sont elles^-mêoies chaiiffiées dans toute la. bauAsur qui «si au->dessous<du niveau de l'eau ; enfin -armée 4 f extnénûté de. la ckaudièvcy la fllunnie passe daufrla ckeminëe^ oùello>est:appelée "pwt-Wtin^em Le rentre o sert à' régler Taotiiiritë de- la coiûbustion.

La vapeur aocttmulée au-dessus de Veau dans- la ohambre à wpeur, c'est' àidirc .dans tout l'espace de^la 4dbftudière a où il & y a pas d^u, . enpêehenit l'ébôUitftoa . si 'cUe -av»t toi^ours ^e temîûrr )égale à eelle de la vapeur qui tekid à serformcfr; «m au moHienton .la «vapeur s'écbaippe>aveciwpidité, pour aller dans le corps ideila macbkie.agir^aur«le' pisSon,.il'arrive nécessairement que la ^i«ssiott.diaiimie dans ^la ohsinbre à vapeur; c'est alors qu'il se i fût' unet^olrte de- bouittowsieilient plus ou moins ccQsîdiKrable^ AiMsitôtque la pression est ua peu diminuée, l'eau des bousUeilrs; entre- en^éhullftion, la vapeur formée gagne les tubulures, traterse là/ nasse' d'eau de. la diaudière, et râat dans la ;cbainbre< • à - vapeur . pceiMlre' la platée de «celle^iqiii estsortie^'Pair oDnaéfpient<st la pression «tait subitement diminuée dans une proportion un peu considérable^ J'^ttermb volume de vapeur ^ui «endrait à* se^former inslanlUnénient soulèi^rait

336 LIVRE IL — GHALSeR. -^ PRSMIfiRE PARTIE.

toute la masâe d^eau et pourrait la projeter dans le tidie de sortie, et par suite dans les cylindres de la machine. On dit alon que VesLU prime ou qu'elle mousse. On évite cet inconvénient ea disant la chambre à vapeur suffisanmient grande. Si, par exenbple, le cylindre de la machine a 1 mètre cube de capacité et que le pistoH' le parcoure en 1\ c'est un mètre cub^ de vapeur que la chambre à vapeur dmt fournir périodiquem^it. Or, si elle n'avait elle-même qu'un mètre cube de grandeur, elle ne pourrait pas alimenter le cylindre sans quHl se produisit une grande diminution de pression chaque fois que le piston passerait au milieu de sa course; car c'est là le point où il a sa plus grande vitesse. C'est poiuxpioion donne à la chambre à vapeur une capacité qui est 1 S ou 20 fois plus grande que la capacité du cylindre.

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 Texpérience que la vapeur ne monte dans l'eau que très-lentement; elle parcourt à peine un tiers de mètre par seconde. On peut prendre nne idée de ce mouvement ascensionnel avec un tube de verre d'environ 1 décimètre de largeur et 2 mètres de hauteur (Fie. 7, Pl. 11), qui est vissé par sa garniture sur un réservoir à air comprimé; lorsqu'on ouvre le robinet r, la bulle d'air, grosse on petite, qui s'élève est très-analogue à un bouill<m de vapeur. Par conséquent si la somme des sections des tubulures était de 1 mètre, elles ne pourraient donner issue qu'à un tiers de mètre cube par seconde, et si, par sa sur&ce de chauffe, le bouilleur en pouvait produire davantage, les tubulures resteraient pleines de vapeur, l'eau ne descendrait plus, le bouiDeur se viderait de l'eau qu'il contient; il ne tarderait pas à rougir, et lorsque, par cessation de travail ou par quelque autre cause, Teau retomberait dans le bouilleur ainsi surchauffé , il y aurait à coup sûr explosion, n est donc nécessaire de proportionner la section des tubulures à la surface de chauffe des bouilleurs.

Il y aurait un danger pareil d'explosion si le niveau de Teau baissait dans la chaudière au-dessous de la ligne supérieure des cameaux de chauffe de la paroi latérale (Fig. 2). Lorsqu'on rétablirait le niveau par une alimentation plus active , les parois surchauffées pourraient donner instantanément une trop grande masse de vapeur.

Enfin , lorsque l'eau se vaporise, les sels ^'elle contient se