QUANTITÉ
de vapeur fournie par la combustion de i ;kilogr. de chaque combustible.
kilog.
Charbon de bois ordinaire
Coke
Chaudières des machines à vapeur.
La forme la pius généralement employée pour les chaudières des machines à vapeur à moyenne et haute pression , est celle d’un cylindre allongé dont les extrémités sont sphériques fig. 106).
Ces chaudières, dites de Woolf, sont en feuilles de tôle
de fer laminé; quelquefois aussi, on les établit en cuivre
rouge ; ces dernières chaudières résistent davantage au coup de feu. Les chaudières en tôle de fer remplacent avantageusement les chaudières en fonte qui étaient très-sujettes à se briser par des changements brusques de température. Quoique les dimensions de ces chaudières varient suivant les circonstances, cependant leur longueur est ordinairement égale à i fois ou i fois 1/2 leur diamètre. Cette proportion entre la longueur et le diamètre est très-favorable à l’action de la flamme , et pour la résistance à la pression intérieure de la vapeur.
On se sert aussi pour les machines à basse pression de chaudières dites de Watt, à fond plat ou concave (6g. 127), qui donnent une production de vapeur comparativement plus grande que les chaudières cylindriques; mais ce léger avantage n’est rien en comparaison de la bien plus grande résistance que présentent les chaudières cylindriques.
Pour préserver les chaudières de Woolf du contact immédiat du feu et éviter les réparations qui en sont les conséquences fâcheuses, on place au-dessous (6g. 108) , deux et même quelquefois trois tubes qui prennent le
nom de bouilleurs, parce que, plongés dans le foyer, ils reçoivent directement l’action de la flamme qui lèche leur surface et le dessous de la chaudière, pour se rendre ensuite dans les carneaux latéraux et s’échapper dans la cheminée. L’avantage de ces bouilleurs est aussi d’augmenter la surface de chauffe. Souvent ces bouilleurs font directement corps avec la chaudière , à laquelle ils sont rivés par deux tubulures ; mais comme ces tubes ont besoin d’être démontés pour cause de réparations, il est préférable de les assembler à queue d’aronde dans les tubulures que porte la chaudière et de les y fixer sur place avec du mastic de fonte (1). Ce moyen permet, en cas de rupture d’un bouilleur, de le démonter , pour le remplacer par un autre, et éviter un bien plus long chômage que nécessiterait le démontage de la chaudière.
Épaisseur des chaudières. L’épaisseur à donner aux chaudières cylindriques en tôle de fer et de cuivre est déterminée, d’après ordonnance, par la formule E = 0,018 xD(n — l)-+-3 millimètres, qui conduit à la règle suivante : Multipliez le diamètre intérieur en centimètres de la chaudière par 0,018 et par le nombre d’atmosphères moins 1, ajoutez au produit 3 millimètres, le résultat donne l’épaisseur en millimètres.
Exemple : Quelle est l’épaisseur à donner à une chaudière de tôle dont le diamètre intérieur égale 100 centi-
(4) Ce mastic est composé de 20 parties de limaille de fonte non oxydée, 9ur 1 partie de sel ammoniac cl t/â partie de (leur de soufre, le tout mélangé par portion, et imbibé d'urine et d’eau; on effectue le joint avec ce mastic quand il a été bien latin ; et on rend le joint inaltérable en -saupoudrant la surface extérieure de Heur de soufre, qui forme bientôt une croûte qui s'oppose à toute espèce d'infiltration.
mètres, la vapeur ayant dans la chaudière «né tension de 5 atmosphères ?
E = 0,018 X 100 X ( 5 - 1 ) + 3™» 1 - *= io mill -20.
Essai des chaudières. On essaie les chaudières à froid avec la presse hydraulique, sous une pression égale à trois fois celle qu’elles doivent supporter à chaud , pour s’assurer qu’il n’y a point de défaut, ensuite parce que le métal peut avoir des parties faibles ou des fuites aux rivets, et parce que enfin, à mesure que la température augmente, la ténacité du métal diminue.
Dimensions des chaudières. La force de vaporisation d'un générateur se calcule par la surface de chauffe, c’est-à-dire l’étendue de la paroi exposée à l’action de la flamme du foyer.
Chaudières de Watt. Dans les chaudières de Watt à fond plat ou concave, il y a à considérer la surface de chauffe direct^ ou celle du fond qui est exposée immédiatement à l'action de la flamme , et la surface de chauffe latérale ou celle des côtés de la chaudière. Or, dans les chaudières de Watt, où l’eau occupe les 2/3 de la capacité totale de la chaudière, et la vapeur l’autre tiers, il est prudent de limiter la hauteur des surfaces latérales au-dessous du niveau de régime de l’eau dans la chaudière, pour ne pas risquer de brûler la tôle dans l’abaissement fortuit de ce niveau.
On estime que les chaudières à basse pression de Watt doivent présenter une surface de chauffe de l ra< ïiO par force de cheval. Cette estimation permet de déterminer la surface de chauffe à donner à une chaudière à vapeur
suivant sa force en chevaux , et par suite d’éyaluer en chevaux la surface de chauffe d’une chaudière de dimensions données.
1" exemple : Quelle sera la surface de chauffe à donner à une chaudière à basse pression pour la force de quinze chevaux ?
l ntl< »40 x 15 = 21 mètres quarrés de surface totale de
chauffe.
L’étendue de cette surface de chauffe doit se distribuer, 1/3 pour le fond de la chaudière, et les 2/3 pour les surfaces latérales.
2 e exemple : Quelle est la force en chevaux d’une chaudière à basse pression établie dans les conditions suivantes :
1° La surface de chauffe directe ou du fond de la chaudière = 7 mètres quarrés ;
2° Chacune des surfaces latérales présente 7 mètres quarrés. %
La surface totale de chauffe étant égale à 21 mètres,
la force eh chevaux = • * - =15 chevaux.
On trouve dans ces chaudières que, pour vaporiser 1 mètre cube d’eau par heure, il faut environ 26 mètres quarrés de surface totale de chauffe, dont le tiers directement exposé à l’action du feu ; et on compte qu’un mètre quarré de surface de chauffe peut moyennement réduire en vapeur 0 rac 0384, ou 38 l,l -4, ou 38 k d’eau dans une heure. Ainsi , connaissant le poids de la vapeur à consommer par heure, et en divisant ce poids de vapeur par 38, le quotient exprimerait la surface de chauffe.
Chaudières de Woolf. Les chaudières cylindriques à bouilleurs offrent , à volume égal , une plus grande surface de chauffe que celles de Watt. On prend , dans ces chaudières à bouilleurs, pour surface de chauffe, les 2/3 de la surface totale de chaque bouilleur, plus la moitié de la surface de la chaudière , et on estime que la surface de chauffe doit être par chaque cheval de l m< i20 (1).
La longueur des bouilleurs surpasse celle de la chaudière de 50 centimètres environ, dont partie est dissimulée par l’épaisseur de la maçonnerie, et dont le prolongement est en saillie du fourneau et muni d’un robinet de vidange; mais dans les calculs on ne doit compter pour chaque bouilleur que la longueur de la chaudière.
Exemple : Quelle est la force de vaporisation en chevaux d’uneehaudière à bouilleurs, établie dans les conditions suivantes :
Longueur de la chaudière = 5 mètres ; diamètre = 0 - 90.
Longueur réduite de chaque bouilleur = 5 mètres ; et diamètre = 0 m 40.
Surface de chauffe de la chaudière ou 1/2 développement = 7“0G
Surface de chauffe d’un bouilleur ou 2/3 du développement ’ •- = 4 "21
Deuxième bouilleur = 4”’ 21
Surface de chauffe totale = 15 m( i48.
Or ■ ■ ■ = 12 cl,cvaux 83, force de la chaudière.
(1) la surface totale de chauffe se subdivise moitié environ pour la chaudière et moitié environ pour les bouilleurs.
Pièces accessoires des chaudières à vapeur.
Soupapes de sûreté. Les chaudières sont munies d’appareils qui ont pour objet de régler la tension de la vapeur qu’elles renferment, en laissant échapper l’excès de vapeur au-dessus de la tension de régime. Elles portent à cet effet sur l’avant et l’arrière une soupape de sûreté destinée à donner issue à toute la vapeur qui se produit au-delà de la tension qu’elle doit avoir. Ces soupapes ont la forme d’un tronc de cône parfaitement rodé dans un siège qui le reçoit de manière à fermer toute issue à la vapeur renfermée dans la chaudière. La section d’écoulement fournie par une soupape de sûreté doit être telle qu’elle puisse laisser échapper la plus grande quantité de vapeur que la chaudière puisse produire.
La formule appliquée par l’administration des ponts et chaussées pour déterminer le diamètre des soupapes de sûreté pour machines à haute pression est 1) = 2,6
dans lesquelles D représente le diamètre
en centimètres, c la surface de chauffe en mètres quarrés, et n la pression effective en atmosphères de la vapeur dans la chaudière.
Exemple : Quel est le diamètre et par suite la surface à donner à une soupape de sûreté, en supposant que c , la surface totale de chauffe, soit de 12 mètres quarrés, et que la pression n soit de quatre atmosphères?
» / 12 tn ‘i
D = 26 V - — — - = 4°7 3, diamètre de la soupape.
Etsurface de la soupape = 17«i76.
Dans les machines à basse pression , on donne 5 à 6 centimètres quarrés de surface à la soupape par force de cheval-vapeur.
Connaissant la surface en centimètres quarrés de la
soupape, et la tension extérieure de la vapeur dans la chaudière, il devient facile de déterminer le poids dont il faut la charger pour faire équilibre à cette pression de
la vapeur.
Supposons, en effet, que la tension delà vapeur à l’intérieur de la paroi soit de quatre atmosphères ou 4 k 132 par centimètre quarré, et la surface en centimètres quarrés de la soupape égale à 17 c a76; la pression totale de la vapeur sur sa soupape sera de 17 c( i76 x 4*132 = 73 k 38 ; mais la soupape a contre elle, en sens inverse de la tension de la vapeur, la pression atmosphérique qui f par centimètre quarré est de l k 033, et pour toute la soupape de l k 033 x 17,76 ou 18 k 3ï qui doivent être retranchés de 73 k 38. La différence 55 k 0i est le poids net dont il faut charger la soupape pour équilibrer la pression intérieure de la vapeur.
Au lieu de faire presser le poids de 55 k 04 sur la soupape, ce qui serait très gênant, surtout lorsqu’il faut le manoeuvrer, on se sert pour intermédiaire d’un levier sur lequel on fixe un poids qui, combiné avec la longueur du levier, produit le même effort (fig. 109).
Il se présente alors deux cas : le premier consiste, lorsque l’on a un poids à sa disposition, à déterminer sur le levier sa distance du point d’appui; on y parvient par la règle suivante : Multipliez la pression entière sur la soupape par le petit bras de levier, et divisez ce produit
par le poids connu, le quotient exprimera le bras de leviet à r extrémité duquel ce mêjne poids exercera la pression demandée.
Exemple : Supposons que la pression à produire sui la soupape soit de 55 k 0i, le poids qui doit servir =3 k. et le petit bras du levier égal à 4 centimètres :
Alors le grand bras de levier L= ° 5 ° * X ^ = 73 c 38.
Dans le second cas, où l’on connaît les deux bras dv levier et la pression sur la soupape, on détermine b poids à placer à l’extrémité du grand bras de levier pai la règle : Multipliez la pression sur la soupape par le petil bras de levier, et divisez ce produit par le grand bras de
levier, le quotient exprimera le poids cherché.
Dans l’exemple précédent on aurait P = — ^ = 3 k.
Rondelles fusibles. Ces rondelles, qui, comme les soupapes de sûreté, sont placées sur la chaudière, sont destinées, par leur fusion à une température déterminée, à
livrer passage à la vapeur, à défaut des soupapes de sûreté; mais comme ces rondelles sont susceptibles de s’amollir avant leur degré de fusion , on les ajuste sur une des tubules de la chaudière, où elles sont recouvertes par une plaque métallique ou évidée qui les empêche de boursoufler.
Ces rondelles sont au nombre de deux sur chaque chaudière : l’une est composée d’un alliage fusible à 10“ au-dessus de la température de régime de la vapeur dans
!a chaudière; la seconde ne devient fusible qu’à une, température de 20° au-dessus.
Leur degré de fusibilité varie suivant la proportion ies trois métaux : bismuth, plomb et étain, comme ou peut le voir dans la table suivante :
TABLE M pour la composition des rondelles fusibles employées dans les machines à vapeur.
