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l'ouveisa-mécanicibn. S47
Chaudières tubulairbs, — On appelle ainsi les
chaudières garnies intérieurement de tubes enveloppés par la masse de Teau à vaporiser^ et à travers lesquels circulent la flamme, la fumée et les gaz de la combustion. Ce système est indispensable là où il faut vaporiser rapidement, par exemple, pour les chemins de fer.
On obtient aussi dans ces chaudières d'un kilog. de houille 7 à 8*^ d'eau vaporisée , résultat supérieur à celui des chaudières ordinaires.
Dans les générateurs de distillerie, on désigne par force de cheval Tévaporation moyenne de 25 litres d'eau à rheure. Ce qui donne 18 à 20* par mètre carré de surface de chauffe.
Enfin, l'expérience prouve qu'un mètre carré de surface de chauffe élève à 300 degrés 2 mètres cubes d^air par minute.
Pièces accessoires des chaudières a vapeur.
— D'après Tordonnance les chaudières sont toujours accompagnées d'appareils accessoires tels que : soupapes de sûreté, manomètre, trou d'homme, flotteur et sifflet d'alarme.
Soupapes de sûreté. — Elles servent à donner issue à la vapeur, lorsque la tension dépasse la pression normale.
Ces soupapes à disques ne doivent avoir, par mesure de précaution, qu'un millimètre de contact sur toute la circonférence du siège qui les reçoit. 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
cl chaiiss&s, poui' déterminer le diamètre des s papes de sùrelc pour machines à haute pression] a
D = 2,6 1/ n AI9 ' ^""^ laquelle D reiiréseole fe
diamèlrc en cenlinièlres, c la surface de chatiiïe ea iiièlrts caii'és, et n lu pression en atmosphères de la vapeur dans la chaudière.
Ex. : Quel esl 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 11,98 mètres carrés, et que la pression n soit de i atmosphères t
A'73, diamètre de la soupape,
et la surfiice de la soupape = 17°^ 70.
Dans les machines à basse pression, on donne 5 à 6 centimètres carrés de surface h la soupape par foixe de cheval-vapeur.
— Connaissant la surface en centimètres carrés de la soupape, et la tension intérieure de la vapeur d^ns la chaudière, il devient facile de déterminer le poids doi il faut la charger pour faire équilibre à celte pressiua< la vapeur.
Supposons, en effet, que la tension de la vapeiii rintérieur de la chaudière soit de quatre atmosphères ou i"" 132 par centimètre carré, cl la surface en centimèlres carrés de la soupape égaie à iT-i-lG; la pression (olale delà vapeur sur h\ soupape sera de 17'^-76 x i'l3i = 73'' 38; mais la soupape a contre elle, en sens inverse de la tension de la vapeur, la pression atmosphérique q< par centimètre carré, esl de l''033, et pour toute la
la nul
l'ouvrier-mécanicibn. ^49
pape de i^033xi7,76 ou 18^ 34 qui doivent être retranchés de 73^ 38. La différence 55^ 04 esl 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^ 04 sur la soupape, ce qui serait très-gênant, surtout lorsqu'il faut le manœuvrer, 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. i09).
Il se présente alors deux cas : le premier consiste , lorsque Ton 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 levier (1) à V extrémité duquel ce même poids exercera la pression demandée. .
Ex, : Supposons que la pression à produire sur la soupape soit de 55^04, le poids qui doit servir = 3 kilogr., et le petit bras de levier égal à 4 centimètres :
Alors le grand bras de levier L ou le levier L =
Dans le second cas, où Ton connaît les deux bras de levier et la pression sur la soupape, on détermine le poids à placer à Textrémité du grand bras de levier par la règle : Multipliez la pression sur la soupape par le petit bras de levier, et divisez ce produit par le grand bras 4e levier, le quotient exprimera le poids cherché.
(1) Dans ce cas, le grand bras de levier c'est le levier lui-même, puisque les bras se comptent à partir du point d'appui.
et tf^
Dans l'exemple précédent on aurait P=— — ==3*.
FtoTTEBB. — Le niveau de l'eau ctansles chaudières fixes est généralement réglé par un flolleiir d'un poids spécifique supérieur à celui de l'eau. Cet appareil se compose d'une pierre plaie de forme ovale ou circulaire qui plonge moitié de son épaisseur dans l'eau ; elle est suspendue à un fil de laiton ou d'acier de 3 ou 1 millimétrés de diamètre, qui se meut dans une botte à (';lonpes pour éviler toute fuite de vapeur. Ce fil se fise h l'exl^ieur de la chandière, k l'extrémité d'un baJancier à secleur qui, oscillant à son centre, porle à l'autre extrémité un confre-poids {fig. HO),
A l'état de niveau ordinaire de l'eau dam la dîÈre, il y a équilibre enlre le poids de la pierre résistance du conire-poids, et le balancier reste liorïionlal. Mais lorsque le niveau de l'eau dans la chaudière s'élève, la pierre plongeant davantage pèse moins, et le levier bascule du côlé du conire-poids qui l'emporte, ce qui indique au chauffeur de fermer le robinet d'alimentation. Si le niveau vient h baisser, au conlraire, la pierre plongeant moins, pèse davantage, et le levier bascule alors de haut en bas, ce qui indique au chauffeur d'activer l'alimentation.
L'appareil du flotteur repose sur ce principe physique que tout corps plongé dans l'eau y perd une partie de son poids égale au poids do volume d'eau déplaf,ée.
Connaissant le poids P de la pierre, p le poids du lume d'eau qu'elle déplace, et la longueur des bras a, n détermine le poids capable d'équil
du balancier, (
L'OUyRlBR-llÉ<:ANIGIBlf. 2Sl
le flotteur par la règle suivante : Retranchez du poids riel de la pierre le poids du volume deau qu'elle déplace, multipliez la différence par le bras de levier de la pierre, et dhisezpar le bras de levier du contrepoids; le quotient exprimera le poids de ce dernier.
Supposons P = 10*^, p = 3^^, a = 6 centimètres et b = 7 centimètres, quel est le contre-poids qui équilibrera le flotteur
p'=ii«:=^=6kiiogP.
Dans les locomotives, le niveau de Teau dans b chaudière est donné directement par un tube en verre de iO à 12 millimètres de diamètre et de forte épaisseur, adapté verticalement à deux tubulures recourbées et fixées sur la chaudière (fig. iil).
L'explosion des chaudières provient le plus souvent du peu de soin et d^attention du chaufieur; car si le niveau de l'eau vient à abaisser assez sensiblement dans la chaudière, la flamme enveloppe la paroi nue qui rougit tnentôt; si dans ce moment on alimente vivement, Teau se réduit subitement en vapeur, et celle-ci acquiert une tension très-puissante dont l'élasticité cause la rupture de la chaudière. On ne saurait donc trop veiller à rindication du flotteur et à sa bonne fonction.
D'après la nouvelle ordonnance, la hauteur du niveau d*eau dans les chaudières doit être indiquée par un tlotteur à sifflet.
On vient même d'établir récemment un sifflet d'alarme pour indiquer le niveau maximum et le niveau minimum de l'eau dans les générateurs fixes.
Manchètre.— Le manomètre sert« dans les machi-
rSbS L'ouvniER-HâcANiniEiv.
chines à vapeur à moyenne et à haule pression, à mesiirep la tension de la vapeur dans l'inléiieiir de la chaudière. On se servait anciennement d'un nianomètreà air comprimé dont voici la construction : on prend un tube de verre parfaitement cylindrique et bien sec, d'un dia- , mèlre de 8 à 9 millimètres et de 35 centimètres de long, fermé à la partie supérieure. On fait plonger ce tube, par sa partie inférieure échancrée, dans un réservoir conlenant du mercure, lequel, pendant ta marche de li^ machine, est mis en communication à l'aide d'un tube à robinet avec la chaudière. L'n plateau garni de masiic et d'étoupes ajuste hermétiquement le tube sur le réser-
Ivoir pour éviter tonte espèce do fuite, La graduation de ce manomètre est fondée sur la compression d'un certain volume d'air renfermée dans le tube de verre et soumis à la loi de détente dite de Mariette. Quand l'eau entre en ébullilion dans la chaudière, la vapeur qui acquierl la tension d'une atmosphère fait équilibre h la pression de l'air qui pèse sur elle, et si dans ce moment on ouvre le robinet du manomètre, il y aura la pression de la vapeur qui, en pressant sur le mercure du réservoir, lendi monter dans le tube do verre ; mais il y a, en sens traira de la vapeur, la pression de l'air sec qui est refi^' fermé à l'intérieur de ce tube : alors le mercure ne prul s'élever dans le tube , son niviau est à un point i,nc l'on indique par le chiffre 0. Lorsque la vapeur acquiert' uno tension plus forte et qu'elle arrive à deux ati * sphères , d'après la lui de Mariotle, la pression J» blant, le volume d'air diminue de moitié, et le niv< du mercure s'élève à moitié du ttihc, ce que l'on înil
presfaîMpf
L'OUYEIRE-MÉCAIflCIEIf. 253
que par le chiffre i. Pour une tension de vapeur de 3 atmosphères, la pression de la vapeur a triplé, et le volume d'air étant, par la raison contraire, diminué de 3 fois son volume primitif, n'occupe plus que le tiers de la partie supérieure du tube, et on marque par un 2 le nouveau niveau du mercure, et ainsi de suite.
C*est sur ce principe que repose le tracé géométrique (fig. ii2) du manomètre à air comprimé.
A D est la hauteur du tube; par les points inférieur et supérieur on trace les horizontales A B et D G, on porte une fois la demi-longueur du tube de D en G, et autant de fois de A en B que Ton désire avoir d'atmosphères indiquées sur le tube. En joignant le point G à totis les points de division pris sur A B, les points de rencontre de ces lignes, etc., avec la ligne A D, déterminent les pressions données en atmosphères par les divers niveaux de mefcure. Ainsi, la division i marque une tension de 1 atmosphère au-dessus de celle de Tair, la division 2 marque 2 atmosphères, etc. Pour obtenir des indications de demi-atmosphères, il faudrait joindre le point G à tous les milieux des divisions de la ligne A B ; et les indications par quart d'atmosphère s'obtiendraient en joignant le point G au quart de chacune des divisions prises sur la même ligne A B.
Mais l'usage du manomètre à air libre, c'est-à-dire dont le tube est ouvert à la partie supérieure , est exige pour les chaudières des machines à vapeur au-dessous de quatre atmosphères. Ge manomètre doit être fixé directement à la chaudière.
On emploie également le manomètre métallique , dit arionide de Bourdon; il consiste en un tube creux, de
S5t l'oCVBIEB'MÉCANICIEH.
fomie lenticulaire, et roulé en spirale ; une extrémité de ce tube est mise en communication avec la chaudière à vapeur ; l'uuLre extrémité communique avec l'aiguille d'un cadran; par les variations de pressions de la vapeur, te tube se gonlle ou s'aplatit; sa courbuit change et fait tourner l'aiguille pour indiquer sur le Cftdran les pressions de tous degrés.
GnlLLES, CARKEAUl, CHEMINÉE, CENDRIBtl. — Le
foyer des cbaudières est alimenlé par une couche de kouillc que l'on étend aussi régulièrement que possible sur une grille placée au-dessus d'un cendrier; le vide entre chaque barreau de la grille sert de passage à l'aii pour activer la combustion.
Dana les machines à basse pression, on donne k U grille du fourneau une surface de 7 à 8 décimètres cartes par force de ctieval. La section transversale des ca^ Deaux ou conduits de la flamme est environ le quart de la surface totale de la grille. Le vide des barreaux est, suivant la qualité plus ou moins menue de la houille, le quart ou le tiers de la surface totale de la grille.
La hauteur des cheminées varie de 20 à 33 mètres; la section au sommet, dans le cas d'une hauteur qui ne dépasse pas 20 mètres, doit ûtre environ le cinquième de la surface de la grille ; et pour une hauteur plus élevée, on lui donne une section égale au sixième environ de cette même surface.
La profondeur du cendrier est limitée par la longueur de la grille ; souvent il se prolonge sous forme de voûte sur toute la longueur du fourneau pour activer le tirage.
D'après ces données, le fourneau d'une chaudière k
basse pression de 15 chevaux porterait les dimensions suivantes :
La surface de la grille = 0"<i- 08 x i5 = i"»«-20,
et ^4,20 = 1" 09 de côté,
i^'i-SO La section de chaque cameau = — - — = 0"-^- 30,
et ^0,30= 0»55decôté.
Pour une hauteur de 20 mètres, la section intérieure de
4 m.q. QQ «y
la cheminée = — — - = 0»<i 24, et V 0,24 = 0" 50 de
côté environ.
Un mètre carré de surface directe ou rayonnante évapore 40 à 45 kilog. de liquide à l'heure ; mais dans un générateur on estime moyennement à 20 ou 25 kilog. Tévaporation par heure et par mètre carré.
Dans la pratique, on estime que 1 mètre carré de surface totale de la grille brûle 40 à 50 kilog. de houille par heure. Ainsi, une chaudière qui aurait besoin de produire 280 kilog. de vapeur par heure, dépenserait pour cette production 43 kilog. de houille, en admettant qu'un kilog. de houille produise 6 kilog. 50 de vapeur; alors le fourneau de cette chaudière devrait avoir 4 met., carré de surface de grille.
Il est préférable, pour bien diviser Tair, d'employer des barreaux en fonte , minces de 20 millim. d'épaisseur à la surface, et de 10 millim. à la base, avec nervures, pour ne laisser entre chaque barreau que 8 milim. environ de vide.
Proposons-nous de déterminer les dimensions d'un fourneau de chaudière à vapeur et de sa cheminée, pour une machine de 8 chevaux par exemple, du système à
556 l'odvhieb-kécasicien.
haute pression, â détentej et dépensant au maximum S kilogrammes de houille par cheval et par heure, en admettant une surface de chauffe de l°i-52 par chevalvapeur.
Pour 8 chevaux la surface devra être de :
Chaque mètre carré de surface de chauffe produisant moyennement 20 kilogrammes de vapeur, on a :
là»'- 16 X 20 = aiai-i'-SO de vapeur.
Comme 6 kilog. de vapeur sont produits moyenae-
re présenteront la dépense de houille pendant une heure.
La surface de la grille correspondant à cette coosom-
mation, si ou admet que chaque décimètre carré doit I
brûler l''2 par heure, sera : - ' ■ = 33 décimètres ca^
rés, en supposant un quart de la surface libre pour le passage de l'air.
Il ne nous reste plus qu'à déterminer la surface de la cheminée. Nous ferons remarquer à cet effet qu'il faut jgm.ï. ^'gjp pQyp ijj consommation de 1 kilog. de houille; par conséquent pour 40, S kilog., il en faudra :
40,5x18=729 mètres cubes.
Cet air, après avoir traversé le foyer, cédera une pa^ lie de son oxigène, qui sera en partie remplacé par de l'acide carbonique et de la vapeur d'eau.
Si ces gaz s'échappent par la cheminée à la tempéra-
L'OUVEIBR-MéCAIflCIBN. 257
ture moyenne de 30Q®, le volume qui, d'après M. Péclet, est de 38"'^* 54 par kilog. de houQle, sera :
40^5 X 38,54 = 1560 mètres cubes par heure.
Si on divise ce résultat par 1560, on aura le volume qui devra s'écouler par seconde.
On a donc : -^ = 0» <^- 4333.
Si nous supposons, comme c^est le cas le plus ordinaire pour une chaudière d'une telle force, que la cheminée ait 22 mètres de hauteur, Tair froid à 15^,récoulement des gaz par la cheminée est donné par Téqua-
tion : V = \/^gEa (t' — t).
Dans le cas qui nous occupe, H = 22", a est la quantité constante 0,00365, t^ = 300o, « = 15« et 2 ^f = 19,62.
En substituant à ces lettres leur valeur numérique, on a :
Ce qui veut dire que le gaz s'échapperait de la cheminée avec une vitesse de 21 mètres par seconde, sll n'éprouvait aucune résistance le long des parois des cameaux et de la cheminée; mais la vitesse réelle n'est que les 70/100 de ce nombre, ou 21 x 0,70 = 14^7.
Si nous divisons le volume du gaz qui s'échappe de la cheminée en une seconde par la vitesse que nous venons de trouver, nous aurons la surface de la section de la cheminée à la partie supérieure; ce qui sera représenté par :
2,9 décimètres carrés.
t58 l'ouvribe-mécanicibn.
Ainsi, lachemmée étant supposée carrée^ aurait pour section à sa partie supérieure un carré de moins de deux décimètres de côté ; mais il faut observer que ce n'est là qu^une dimension minimum^ il sera bon de lui donner plus de section : ainsi^ on pourrait la faire de 25 centimètres de côté, et môme de 30 à 35 centimètres, si on prévoit que la force de la chaudière sera susceptible d'augmenter, comme cela arrive assez souvent dans bien des fabrications; mais il faut toujours avoir le soin de placer à la naissance de la cheminée un registre qui permette d'en régler le tirago, en variant Touverture de sortie suivant les besoins de Tusine.
TuTAu ET ORIFICES DE VAPEUR. — - La communication de la vapeur contenue dans la chaudière avec le cylindre à vapeur, a lieu par un tuyau dont le diamètre^ pour les machines à basse pression, est le dnquième du diamètre du cylindre à vapeur* Cette dimension est aussi celle des, orifices d'introduction que recouvre le tiroir de distribution : ainsi^ la section du tuyau et des orifices égale le vingt-cinquième de celle du cylindre. La forme des orifices que recouvre le tiroir est celle d'un rectangle dont la plus petite dimension est le Uers ou le quart de la plus grande.
RÈGLEMENT CONCERNANT LES CHAUDIÈRES A VA- PEUR. {Décret du 25 janvier 1865.)^ Tout générateur à vapeur doit être soumis comme épreuve au double de la pression effective de la vapeur toutes les fois que celle-ci est comprise entre demî-kilog. et 6 kilog. par centimètre carré.
Ainsi une chaudière pour être timbrée à 6 atmo* sphères devra préalablement être essayée à la pression de (6—1) X 2 = 10 îilmosçhères.
L^OUVEIBE-MicANIGIBN. Î59
Les chaudières se divisent en trois catégories basées sur la capacité du générateur et sur la tension de la vapeur.
On exprime en mètres cubes la capacité de la chaudière avec ses tubes, bouilleurs ou réchauffeurs, on multiplie ce nombre par le numéro du timbre augmenté d'une unité.
Ainsi le volume d'une chaudière timbrée à k atmosi^ières étant par exemple de 5 mètres cubes, on aura
Les chaudières sont de la 1" catégorie quand le produit dépasse 15. La 2« catégorie est comprise entre le produit 5 et 15, et la 3« catégorie concerne les chaudières dont le produit est au-dessous de 5.
Machines fixes. — Une chaudière de l'« catégorie ne peut être établie dans une maison d'habitation, c^est-à-dire où des étages sont superposés à l'atelier de la machine; elle doit ôtre distante de plus de trois mètres d'une maison d'habitation appartenant à des tiers ou de la voie publique.
Au-delà de 10 mètres,, aucune condition n'est impo» sée à l'établissement de la chaudière de 1'* catégorie ; enfin les distances de 3 mètres et de 10 mètres sont réduites à 1",50 et à 5 mètres lorsque la chaudière est enterrée de façon que sa partie supérieure se trouve 1 mètre au moins en contre-bas du sol du côté de la maison voisine.
Le nouveau règlement ne prescrit un mur de défend? que dans certains cas oii la sûreté du voisinage est plus spécialement intéressée.
Les chaudières de 2« catégorie peuvent ôtre installées dans rintérieur de tout atelier et sans aucune condition de mur de défense, pourvu que l'atelier ne fasse pa*'
partie d'une maison habitée par d'autres que le manufacturier, sa famille, ses employés, ouvriers ou serviteurs.
Les chaudières de 3" catégorie peuvent être établies dans un atelier quelconque, même faisant partie d'une maison habitée par des tiers.
Les fourneaux des chaudières de 2" et 3' catégorie sont entièrement séparés des maisons d'habitation appartenant à des tiers, l'espace vide est de 1 raèB'e pour les chaudières de la 2' catégorie et de 0™,50 pour la 3' catégorie. ■
La déclaration adressée au préfet comprend : l°te nom et le domicile du vendeur des chaudières ou leur origioe ; 2° le lieu précis où elles sont établies; 3" leur forme, leur capacité et leur surface de chauïle ; h' 'e numéro du timbre exprimant en kilogrammes par centimètre carré la pression effective maximum sotia laquelle elles doivent fonctionner ; 5" enfin le genre d'industrie et l'usage auxquels elles sont destinées.
Les machines à vapeur, cylindres et accessoires ne sont plus considérés comme établissements insalubres et sont dispensés de l'autorisation préalable ; il suffit de les mentionner dans la déclaration au préfet (% 5).
Locomobiles.^ Les chaudières des locomotives et des locomobiles destinées à circuler ou à fonctionner sur un point donné sont soumises aux mêmes épreuves et formalités que les générateurs à demeure.
