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Jfélmfrê do Tontvonfnt Saint - Ktienno t\ I>e-

’ liai 1.

D'après ce tableau , la quantité moyenne de vapeur produite par mètre carré de surface de chauffe totale et par heure est de SS1, 25.

Ce tableau fait voir aussi que les chaudières h bouilleurs ne sont . . pas aussi avantageuses qu’on pouvait le supposer; c'est ce qui fait que depuis quelque temps des constructeurs suppriment les bouilleurs, et se contentent de mettre latéralement et parallèlement à lji chaudière des tubes chauffés par la fumée, et dans lesquels l’eau circule avant de pénétrer dans la chaudière.

Le faible rendement des chaudières h bouilleurs estdû h ce que la vapeur qui se forme dans les bouilleurs ne trouvant pas un écoulement . .

assez facile par les cuissards, qui sont trop petits et en nombre insuffisant, les bouilleurs, qui devraient former la partie la plus active de la surface de chauffe, ne produisent que l’effet de tubes réchauffeurs.

Enfin, de. l’examèn de ce même tableau, il résulte que la quantité, moyenne d'eau vaporisée par kilogramme de houille a dépassé' 8 kilog. dans les deux «ireonstanoes Suivantes : .. . .

Chaudière cylindrique sans bouilleur, à circulation dans deux galeries et un conduit allant à la cheminée (21" de circulation totale et 2 coudes), le rapport de la surface de chauffe à celle de la grille étant 7,6, la surface de chauffe 12", 5, et la quantité totale de houille brûlée, 39*,5, c’est-à-dire 0*, 24 par décimètre carré de surfacedegrille.

2“ La chaudière précédente avec tube réchauffeur, dans les mêmes circonstances de circulation, le rapport de la surface de chauffe à celle de la grille étant 19, et la quantité totale de houille brûlée étant 37*, 15 en moyenne. • ' • /

Des expériences de M Cavé, il paraît résulter que le rapport de la surface de chauffe a celle de la grille étant 17, et la surface de la grille un décimètre carré par 0*,40 de houille à brûler, on se trouve dans les conditions les plus favorables pour obtenir» kilog. de vapeur par kilog. de charbon; mais il convient déconsidérer 0*,i0 comme étant une limite inférieure. Malgré l'avantage que ces expériences paraissent attribuer aux grandes grilles, la plupart des ingénieurs reviennent aux grilles brûlant de 1 à 1,2 kilog. de houille par décimètre carré (322;.

Dans les chaudières de M. Farcot, les bouilleurs sont remplacés par 4 tubes placés parallèlement à la chaudière et à côté de celle-ci. L’eau s'échauffe en circulant successivement dans les tubes , en sens contraire de la fumée, avant de se rendre dans la chaudière, sur laquelle se trouve l’unique pris»’ de vapeur. Une chaudière de ce système, qui a valu à son auteur la moitié du prix de 10,000 francs proposé par la Société d'Encouragement, a produit les résultats suivants

Duree de l'eipèrience. . 9*, 55"

puissance au frein. . 30“,75

Diamètre du corps de la chaudière 4",00

Jd. de chacun des 4 bouilleurs 0",40

Longueur de la chaudière ci des houilleurs 6", OU

Surface de chauffe totale 39“,0Û

/<?. de grille. . . O", 84

Houille anglaise de roche hrülee, par force de cheval el

par heure. (*, 32

Eau totale dépensée par kilogramme de houille **,425

Id. par cheval el par . heure 9*, 803

328. Vapeur produite par un kilog. de cotnbusfiblc. La puissance calorifique de la houille moyenne étant 8000 (314), admettant que la vaporisation d'un kilog. d’eau absorbe (»i>0 unités de chaleur (288), un kilog. de houille devrait produire !2‘,31 (le vapeur. Mais, dans la pratique, le Charbon qui échappe 'à la combustion eh tombant de la grille, le rayonnement perdu du foyer, le refroidissement des différentes parties du fourneau , et la chaleur que la fumée emporte dans In cheminée, font que l’on est loin d’atteindre celte limite. Pour

CHAUDIÈRES A VAPEUR

les chaudières ordinaires bien établies, l'eau d'alimentation étant k une faible température et la fumée se dégageant a 300", un kilog. de houille ne produit que 6 h 7 kilog. de vapeur k la pression de 5 atmosphères environ ; on va parfois au delà de 7 kilog. quand la pression de la vapeur est faible et que l'on chauffe l'eau d’aLimentation k une certaine température ; enfin il arrive encore souvent que, par suite de proportions peu convenables du foyer et du fourneau ou d’une mauvaise conduite du feu, on n'obtient que 5 kilog. de vapeur par kilog. de houille.

On peut admettre que la vapeur produite par les différents combustibles est sensiblement proportionnelle k leurs puissances calorifiques; alors, en adoptant la quantité C‘,50 de vapeur pour un kilog de houille moyenne, on aura pour un kilog. de divers combustibles les poids de vapeur produite du tableau suivant (302 et 314).

kll.

Bois scc. 3,25

Bois A 0,25 d’eau 2, U

Charbon de bois 5,69

Tannée aèche 3,76

Tannée à 0,30 d'eau 4,95

Tourbe sèche à 0,05 de cendres. . 4,30

kil.

Tourbe è 0,30 d’eau. 3,00

Charbon de lourbe à 0,30 du cendres .5,20

Bouille moyenne 6,50

Coke à 0,05 de cendres 6,30

Coke à 0.15 de cendres 5,53

349. Emploi de la chaleur perdue des fours métallurgiques. La chaleur perdue dans ces fours se compose de celle provenant de ce que. les gaz peuvent ne pas être complètement brûlés, et de celle duc k la température de ces gaz.

Lorsque les gaz sont complètement brûlés et k une haute température, conupc dans tous les fourneaux kréverbère, les fours k puddler, lesfoursàréehauffer, pour utiliser la chaleurperdue, ilsuflitde placer, le plus près possible du four, afin de diminuer le refroidissement, une ■ chaudière ordinaire k vapeur, sous laquelle on fait circuler les gaz. •

Quand les gaz ne sont pas complètement brûlés, comme dans les hauts-fourneaux, les cubilots, les fours a coke, on commenre par brûler ces gaz en faisant arriver dans leur masse la quantité convenable d'air divisé en lames minces ou en jets d'un petit diamètre. Les gaz brûlant avec une longue flamme, on doit éviter dans ce cas les chaudières tubulaires, qui s’opposeraient k la combustion complète en éteignant la flamme.

330. Les gai des hauts-fourneaux peuvent être employés pour les fours a réchauffer, et on a même essayé de les utiliser pour les fours k puddier; mais comme leur totalité trouve son emploi dans le chauffage a 300" de l’air envoyé aux tuyères et dans celui des chaudière* des machines soufflantes, les maîtres de forges trouvent en général qu’il est avantageux de se borner a ces deux usages.

A la partie supérieure du haut-fourneau, on dispose une trémie métallique en forme détrône de cône k bases ouvertes; c’est dans cette

trémie que l'on jette les cliargemenls du haut-fourneau, et tout autour, dans l'espace qui la sépare de la cuve, que l'on a eu soin d'élargir en net endroit. Viennent se réunir les gaz. On a soin qne la trémie contienne eucore une certaine quantité de matière quand on fait une nouvelle charge. Dans certains cas , surtout pour Ic&hautsfourueaux d'un grand diamètre au gueulard, MM. Thomas et l.aurens ont imaginé de fermer le dessus de la trémie à l aide d'un couvercle, donl les bords plongent dans une rigole remplie d'eau qui règne sur tout le pourtour du haut de la trémie. Ce couvercle se lève avec facilité pour faire les chargements.

Les chaudières se placent généralement aujourd'hui au niveau du sol de l'usine, et les gaz y sont amenés du gueulard par un tuyau vertical. Le tirage, de la cheminée doit être faible, atin qu'il ne derango pas l'allure du liaiil-fourneau. Les chaudière» doivent contenir de grands volumes d’eau et de vapeur, pour ol»\ ier aux irrégularités de production et de combustion des gaz.

Quelquefois les gaz arrivent simplement dans la chaudière par une large fente horizontale ou par un tuyau aplati il son extrémité, et l'air extérieur vient librement en dessous brûler la m^»pedegaz; mais par de bonnes dispositions de foyers, on peut, eh outre du chauffage de l'air et de la chaudière h vapeur, avoir un excès de gaz pour chauffer les étuves, griUer les minera», dessécher le bois, etc.

Quand la température doit être seulement suffisante pour le chauffage des chaudières a vapeur et de l'air d'alimentation des hauts-fourucaux, MM. Thomas et l.aurens font arriver les gaz, seulement poussés par la pression intérieure du haul-fourneau, dans une eaissc placée dans la voûte recouvrant l'espace qu'occuperait la grille daus lus foyers ordinaires, et de celle caisse les gaz s'échappent eu lames minces plus ou moius inclinées, eutre lesquelles l'airextérieur arrive également eu lames minces de même direction que les premières. On aaiusi un foyer a flamme renversée, disposition toujours avantageuse, quand la nature du combustible la rend possible.

Pour les foyers à haute température, coinino lorsqu'il s'agil du chauffage des fours métallurgiques, MM. Thomas et Laurcns font arriver les gaz dans une caisse en fonte dont la paroi en cuutacl avec le foyer est légèrement inclinée avec la verticale , et percée d'un grand nombre de trous par lesquels les gaz entrent dans le foyer en jets légère mont plongeants. L’air arrive daus une caisse en foute placée derrière la première, et, se rend dans le foyer par des petits tubes en 1er qui tra\ ersenl la caisse à gaz et le lancent en jets intérieurs et ronccntriques aux jets de gaz. L’air est fourni par une machine soufflante, et se. trouve à la pression de 0“,15 h 0“,20 d’eau ; la pression des gaz est de 0“,03 a 0*,0ü d'eau. L’air, eu traversant des tubes eu fonte chauffés par la chaleur perdue du four, est amené il la température de 300 à

Digitizec

CHAUDIÈRES A VAPEUR

400°; les gaz sonl également chauffés a U température do 200 a 300".

Dans les foyers h gaz, prés de l'arrivée des gaz sous la chaudière , on dispose un petit foyer destiné k les allumer et k entretenir leur combustion. Avant l'allumage et après chaque interruption de chauffage, on a soin de faire écouler les gaz par un tuyau latéral, alin d'éviter les explosions dans les carneaux. U est aussi très-prudent de ' munir l'extrémité du tuyau d'accès des gaz de larges soupapes de sûreté se soulevant en dehors, ou mieux de soupapes k eau disposées dans les caisses servant au nettoyage des gaz.

Des analyses de M. Kbelmen, il résulte que les gaz sortant du gueulard des hauts-fourneaux de Clerval et d’Audincourt, marchant au charbon de bois, sont composés, eu poids, de 0,1833 d'acide carbonique, 0,2224 d'oxyde de carbone, 0,0041 d'hydrogène, et 0,5730 d azote.

La puissance calorifique de ces gaz est alors (314)

La chaleur nécessaire pour élever de 1“ le gaz résultant de combustion est (286)

Pour l'acide carbonique du gaz aranl la combustion. . 0,1833X0,216 = 0.0396

Pour l'uolc du gu aranl la combustion 0,5730 XÛ, 244 = 0,1398

Pour l'acide carbonique formé à la combustion. . . . 0,3494 X 0.21 G = 0,073V

Pour la Tapeur d’eau. . 0,0360X0,473 = 0,0171

Pour l'azote introduit par l’air 0,4256X0,344= 0,1048

Pour la totalité du gaz 0,3767

La température des gaz après la combustion est donc , eu supposant qu'il n'y a aucune déperdition de chaleur, et que la combustion s'effectue avec la quantité dair rigoureusement nécessaire,

Pour les gaz d'un liaul-fourncau au coke, on obtiendrait a peu près les mêmes résultats. D'après les analyses de M. Ebelmeu, les gaz d'un haut fourneau de Vienne, au coke et de 11“ de hauteur, contiennent 0,37 , 0,33, 0,32 et 0,25 (L’oxyde (le carbone, selon qu'ils sont pris k 0",62 au-dessus des tuyères, k 4“,36 au-dessus de ces tuyères, k 1“ audessous du gueulard et au gueulard.

La température des gaz au gueulard varie do 100" k 200" ou de 360* k 400", selon que le haut-fourneau marche au charbon de bois ou au coke. Ces températures augmentent rapidement du gueulard aux tuyères. v

D'après MM. Thomas et Laurcns, une machine k vapeur k détente et condensation, de la force de 18 chevaux , dont la chaudière était chauffée par le gaz d’un liaut-fourneau au charbon de bois, a donné de bous résultats, la section de la cheminée et des carneaux étant du

440 DF.l'XIÈMF. PARTIE.

28 décimètres carrés, la hauteur de la cheminée 8 mètres, et la surface de chauffe calculée sur une production de 15 à 17 kilog. de vapeur par mètre carré.

Le haut-fourneau de Niederbronn, rapporte M. Grouvelle, fournit, * par l'emploi de ses gaz , la vapeur h une machine de Woolf de 12 à 15 chevaux, qui conduit une soufflerie, cl d’après des expériences faites dans le but de déterminer la quantité de chaleur utilisée h produire de la vapeur, qui est à 2,5 atmosphères, les 200 kilog. de charbon de bois brûlés par heure ont donné au moins 284700 calories en vapeur produite, c’est-a-dire un effet utile de 20 p. 100 et une puissance de 20 chevaux.

551. Gaz dun cubilot. D’aprèsles aoalvsesdeM. Ebelmen, les gaz recueillis au gueulardffl'un cubilot de 3" de hauteur, marchant an coke, renferment 0,09 à 0,14 d'oxyde de carbone, 0,09 à 0,19 d'hydrogène carboné, 0,0038à0,0!15d’hydrogène, 0,71 à 0,75 d'azote. Adoptantlcs moyennes de ces nombres, on trouve que la puissance calorifique des gaz est à peu près les 2/3 de la puissance calorifique du combustible employé. Jusqu'il présent, on n'a pas cherché à utiliser cette chaleur perdue.

552. Dans un four à coke , par suite de la température des gaz sortant du four, et de ce que le tiers environ de ces gaz n’est pas brûlé, on peut estimer que la perte totale de chaleur est les 0,40 de la chaleur que la houille soumise à la carbonisation est susceptible de produire. Ainsi , en plaçant la .chaudière très-près du four pour éviter le refroidissement dés gaz, et en terminant de brûler ces gaz en faisant arriver dans leur masse une quantité convenable d'air divisé en jets, la puissance do la chaudière* ses dimensions et celles de la cheminée sont les mètnes que si l'on brûlait sur une grille les 0.40 de la houille soumise à la distillation.

Le tirage de la cheminée ne doit pas être assez grand pour changer en rien l’allure des fours; car le coke se brûlerait en partie, il deviendrait léger et perdrait une de ses qualités essentielles. Pardc bonnes dispositions, on peut régler convenablement l’arrivée de l'air et le tirage; cependant on n’y est pas toujours parvenu.

535. Fours à puddler et à réchauffer (329). Un four a puddler consomme moyennement 85 ki). de houille à l'heure, et un four à ré», chauffer de 100 a 1 10 kilog. La section de la cheminée de ces fours- est ordinairement d’un décimètre carré pour une consommation de 4“ h t*,5 de houille a l’heure (317), et la section de la grille, de 4 décimètres carrés pour la même consommation (322).

Quand un four à puddler ou k réchauffer est muni d'une chaudière h vapeur, il faut, d’après H. Grouvelle, que la section de la cheminée et des carneaux soit d’un décimètre carré pour une consommation de 3 kil. à 3I',30 de houille a l'heure. Des expériences faites par H. Lucas

CHAUDIÈRES A VAPEUR

Championnière tendent b prouver qu’il y aurait utilité b augmenter un peu cette section : ainsi elles ont fait voir qu’au-dessus do 3 kil. par décimètre carré, le tirage et le travail souffraient toujours ; aussi •a-t-on porté la section b un décimètre carré pour 2* ,7 de houille.

La hauteur de la cheminée varie de 12 à 1 5 mètres , môme quand il y aune chaudière.

Pour les fours a réchauffer, il convient également d’adopter les proportions précédentes, en ayant égard à la plus grande consommation de charbon.

La surface de chauffe peut être la mémo que si le charbon était brûlé directement sous la chaudière. 11 résulte aussi, d’après M. Crouvelle, que la production des chaudières placées à la suite des fours b réchauffer est de 4 b 5 kilog. de vapeur b 5 atmosphères , par kilogrammes de houille brûlée, et que celle des chaudières placées b la suite des fours b puddler est de 3‘ b 3*, 5 seulement; mais, d'après d'autres renseignements, dit M. Péclet, il paraîtrait que ces dernières produisent de 4 b S kilog. de vapeur par kilogramme de houille, et que chaque mètre carré de surface de chauffe fournit de 16 b 18 kilog. de vapeur b l’heure.

On peut compter, ajoute M. Orouvelle, qu’un four b réchauffer consommant 110 kilog. de houille produit environ 520 kilog. de vapeur b l’heure, et qu’un four b puddler en produit b peu près 300 kilog. pour 90 kilog. de houille brûlés sur la grille; ce. qui correspond b une force de 25 chevaux pour le premier four et de 15 pour le second , en admettant que la machine soit b détente sans condensation et consomme 20 kilog. de vapenr par cheval. Pour une machine b détente et condensation consommant 15 kilog. ‘de vapeur environ par cheval, la puissance est de 30 b 35 chevaux pour le four b réchauffer et de 20 chevaux pour le four b puddler. Cet auteur admet de plus que deux fours b réchauffer, travaillant en échantillons différents donnent de la vapeur en quantité largement suffisante pour leur travail au laminoir, et que le four b puddler suffît également au travail du cinglage, soit au marteau, soit au laminoir.

D’après MM. Thomas et Laurens, sur un feu d’affinerio marchant au charbon de bois, et produisant de 22 b 24 tonnes de fer par mois, on peut placer une chaudière b vapeur ayant 16 mètres carrés de surface de chauffe, et produire de 150 b 180 kilog. de vapeur b l'heure, même en plaçant entre le four b affiner et la chaudière un petit four destiné a commencer le chauffage de la fonte b affiner, ou b chauffer le fer b étirer.

534. Epaisseur théorique des chaudières à vapeur. L’effort qui tend b rompre une chaudière b vapeur suivant une génératrice, par mil-

limètre de longueur, est exprimé par

pD 2 ’

et on a

— fil

d’où

p pression do b vapeur en kilojç. , sur un millimètre carré de surface do chaudière (/> est la différence des pressions à l’intérieur et à l’extérieur de la chaudière) f 1» diamètre do b chaudière en millimètres ;

e épaisseur de la chaudière en millimètres ;

U résistance à la traction du métal qui compose b chaudière, par millimètre carré de section (page 277).

Cette formule est 1a même que celle posée au !»• 190 pour les tuyaux de conduite d^s eaux ; seulement la hauteur h en mètres d’eat» est exprimée en kilogrammes sur un nnt-

limetro carre de surface, ce qui donne p = = ; le diamètre de b chau-

dière D est exprimé en millimétrés au lieu de l’èlrc en mètres , ce qui revient à multiplier par 1000 la valeur do D du n* 190.

L'effort qui tend à rompre une chaudière suivant un grand cercle

des demi-sphères qui la terminent est , et on a

d'où

pi)

lit'

5.hi. Ordonnances des 22 et 23 mai 1843 relatives aux appareils à vapeur. Ces ordonnances sont relatives h la fabrication des chaudières à vàpeur et à leur établissement, c’est-à-dire à leur autorisation, aux épreuves quelles doivent subir, à leur épaisseur, a leurs appareils de sûreté (soupapes, manomètres, appareils d'alimentation, indicateurs de niveau;, k leur emplacement, et il la surveillance administrative des machines à vapeur. Ces ordonnances comprennent en outre les dispositions relatives à l'établissement des machines employées dans l'intérieur des mines, et celles concernant l’emploi des machines à vapeur loeomobiies et locomotives (quatrième partie;.

Ce qui va suivre sur les chaudières à vapeur est extrait en grande partie de ces ordonnances.

.■>50. Ejiaisseur pratique à donner aux chaudières à vapeur en tôle et en cuivre. Cette épaisseur se détermine k l’aide de la formule

e = i,Mn — 1) + 3, d’où n = i-p-^-^.

e épaisseur de la chaudière en millimètres; rf diamètre de la chaudière en mètres;

n tension absolue de la vapeur dans la chaudière, ou n" du timbre; la pression effective en atmosphères caln — I. les n" des timbres ne croissent que par quart d'atmosphère.

Ile la formule précédente on conclut les épaisseurs c’a donner aux chaudières cylindriques en tôle ou en cuivre laminé, consignées dans le tableau suivant. .

CHAUDIÈRES A VAPEUR. 443

OlAftlbTAES

de»

chaudière*.

IfüM***» DF* TTMRtFS

exprimant le* tension» absolue* de la «apenr dan» la chaudière.

almospb.

• tmo»ph.

atmooph

atmotpb.

« 1 atmoapb. j

atmutph.

atmoapb.

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mlllim.

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milllm.

milllm

millim

milllm

millim.

à yy

L'épaisseur de la lé le ou du cuivre laminé ne doit d'ailleurs jamais dépasser 13 millimètres; si, en raison du diamètre projeté de la chaudière et de la tension de la vapeur, One épaisseur plus forte était nécessaire, le fabricant devrait substituer à une chaudière unique plusieurs chaudières séparées, de diamètres plus petits.

Les épaisseurs de la tôle doiv ent être augmentées s’il s’agit de chaudières formées, en partie ou en totalité, de faces planes, ou bien de conduits intérieurs, cylindriques ou autres, traversant l'eau ou la vapeur, et servant soit de foyers, soit à la circulation de la flamme. Ces chaudières et conduits doivent, de plus, être, suivant le cas, renforcés par des armatures suffisantes.

L'ordonnance u assigne pas non plus de règle pour l'épaisseur des chaudières en fonte; mais, d'après l'instruction annexée aux ordonnances (333), on doit considérer comme suspecte, toute chaudière en fonte de forme cylindrique dont l'épaisseur ne serait pas égale à 5 fois l'épaisseur prescrite pour la même chaudière en tôle ou eu cuivre laminé.

Comme dans le commerce on ne trouve pas des tôles de toutes les épaisseurs, les constructeurs de chaudières ne font usage que de tûlés d'un certain nombre d 'épaisseurs , mais qui doivent toujours être supérieures à celles que prescrivent les ordonnances.

DEIXIÈME PARTIE.

TABLEAU des dimensions des chaudière s adoptée! dam un des principaux établissements de Paris. I.i saillie s esl celle des bouilleurs en araol du corps de la chaudière.