V-ÎH

feJ-

CHAUDIÈRES A VAPEUR

Exemple.

l’our @ 6 et p «= 3, la dernière formule donne

ou 8.

Par conséquent, jnur une calotte sphérique, em-

ployée comme fond d'un cylindre, il est facile d'obtenir une résistance bien supérieure à celle du cylindre lui- même. Il importe, toutefois, d' tiroir soin de passer graduellement de l'une tics formes à l'autre, c'est -à -dire en évitant les angles vifs.

Épaisseur des parois de chaudières à vapeur A pression intérieure.

Les tensions qu’on admet, pour les chaudières à vapeur, sont très -faibles relativement à celles qui se produisent dans les fortes presses hydrauliques. L’ordonnance prussienne, qui réglait précédemment les épaisseurs des chaudières à vapeur, prescrivait, dans le cas d’une pression intérieure, l’emploi de la formule:

J = y (c°'ou3 « — 1) + 0,1 (256)

où <5 et D sont exprimés en pouces (2””, 6). Cette formule peut être remplacée très - approximativement par la suivante:

â = 1,54 nD + 2“m,6 (257)

où d désigne l’épaisseur en millimètres, Die diamètre en mètres et » la pression effective en atmosphères. En France, l’ordonnance, qui réglait également l’épaisseur des chaudières, avant le décret de 1865, conduisait à une épaisseur un peu plus forte, correspondant à la formule:

d = 1,8 wD + 3“ (258).

Pour les chaudières de locomotives, on n’exigeait que les */, de cette épaisseur.

En raison des constantes qu’elles renferment, ces trois formules peuvent être considérées comme purement empiriques.

La formule (257) se déduit, en réalité, de la formule (253), par l’addition d’une constante (2 "“,6) correspondant à l’usure. En supposant qu’on ne tienne pas compte de cette constante, la tension de la matière serait celle que donne la formule (253), c'est-à-dire <5 — 3k,25. En réalité, la tension se trouve diminuée par suite de cette surépaisseur, ainsi que l’indique la table suivante:

CHAUDIÈRES A VAPEUR

Pression effective

en atmosphères.

Les tensions, indiquées dans cette table, se rapportent à la tôle pleine; avec une rivurc, ces tensions se trouvent augmentées à peu près dans le rapport de 3 à 2 (v. § 72 à 74). Pour les chaudières en acier, si on ne tient compte que de la résistance à l’extension, les épaisseurs devraient être les */s seulement de celles que donnent les formules précédentes, puisque la résistance de ce métal est à celle du fer dans le rapport de 5 à 3.

Lorsqu'une chaudière cylindrique se termine par une calotte sphérique, de rayon r, , l’épaisseur de cette calotte peut se déterminer par la formule:

ô, — 1,54 nr, + 2 "",6 (259).

Exemple. Une chaudière à vapeur, dont la pression effective est de 4 atmosphères, doit être terminée par des calottes sjihériques de 2m de rayon; d'après la formule (259), T épaisseur de ces calottes doit être prise égale à if, ■= J, 54 ■ 4 -2 -f- 2mm,0 ou, très-api>ro.cimatirement, 15“"".

Tuyaux de chaudières à vapeur soumis à une pression extérieure.

Les tuyaux cylindriques, pressés extérieurement, éprouvent un effet analogue à celui que nous avons signalé pour les pièces chargées debout, c'est-à-dire que, pour une certaine valeur limite de la pression, une légère déformation, qu’elle vienne à se produire accidentellement ou qu’elle existe antérieurement, peut entraîner la rupture. Dans les tubes de chauffe des chaudières de locomotives et de bateaux, les épaisseurs qu’on est conduit à donner, en raison de l’usure, sont suffisantes pour prévenir les dangers de rupture. Mais il n’en est pas de même

CHAUPlfeREfl A VAPEUR.

pour certaines chaudières à foyer intérieur, dont les tuyaux ont, le plus souvent, des dimensions telles qu’il convient de prendre ce danger en sérieuse considération. Les expériences de Fairbaim ont établi, conformément d’ailleurs aux indications de la théorie, que la longueur des tuyaux est un des éléments les plus importants au point «le vue de la valeur de la résistance à l’écrasement; cette dernière est d’autant pins faible qu’elle correspond à une pins grande longueur de tuyau ou, plus exactement, à une distance plus considérable entre les deux sections qui sont protégées contre la déformation. De ses expériences Fairbairn a déduit que la pression extérieure effective p, capable de produire l'écrasement, pouvait être représentée par la formule:

où p est exprimé en livres anglaises par pouce carré, I) et <5 en pouces et l en pieds. En transformant toutes les dimensions en millimètres et la pression p eu kilogr. par niillini. carré, on arrive à la relation:

ÏOO

TB

» désignant la pression en atmosphères. Cette formule se présente sous une forme très - incommode. Love a proposé de la remplacer par uuc autre du 2” degré (1). On obtient une approximation très - satisfaisante avec la formule (2) :

100/) = n = 376721 ^+11 6 jj — 93 jy ■ ■ • (262)

(1) V. Civil -Ingénieur. Vol. VII, P. 238.

(2) Dans la formule de Love les constantes ont des valeurs differentes do celles de la formule (2C2). I, J) et J étant exprimés en centimètres et p en kilogrammes par centim. carré, on a d’après love:

p = 512820 jj) + 011 -jj ’ " 221 j) tandis qu’avec les mêmes unités la formule (262) transformée donne: p = 376721 fj) + 1160 ^ — 93 •

Les constantes de ta formule (262) étaient à déterminer d’après les expériences de Fairbairn. Sur mon invitation, la société „die Htittc “ s’est chargée do ce travail . dont les résultats sont consignés dans les comptesrendus de l’année 1870, P. 115. La comparaison de la formule de Love avec celle de Fairbairn et d’autres antérieures fait ressortir, entre tous les résultats des différences qui , bien que toujours sensibles, ne sont jamais très -considérables, en supposant, bien gntendu, qu’on reste dans les con-

CHAUDIÈRES A VAPEUR

qui permet de calculer la pression sous laquelle se produit l’aplatissement d’un tuyau, de dimensions connues, pressé extérieurement

Exemple. Daim une chaudière à foyer intérieur, construite pour une jrression effective de 2 atmosphères */*» tuyau à feu avait une longueur l 7845mm, un diamètre J) »= (jûïmm et une épaisseur J = 6mm,5. En caleidant, d'après la formule (262), la pression de la vapeur, pour laquelle l'aplatissement de ce tuyau devait vraisemblablement se produire, on a:

10m,m,524. En réalité, le tuyau s'est déchiré sous une jrression moindre. Mais si l'on r eut bien remarquer que l'usure }>eut facilement réduire l'épaisseur de quelques millimètres, l'explosion s'explique naturellement. Dans un tuyau de vapeur de même diamètre , soumis à une pression intérieure, la tension de la matière, en tenant compte de la rivure, serait, d'après la table du paragraphe précédent, de 2*, 7 environ, ce qui correspond à un coefficient de

sécurité égal à ^ ou là, en nombre rond, c'est-à-dire que la rupture ne

se produirait , duns ce cas, que pour une tension de rajieur de 55 atmosphères environ. Il y a là, entre les deux cas, «ne disjrroportion , pour le coefficient de sécurité, qui n’est en rien inofirée.

Un moyen simple d’élever le coefficient de sécurité, sans être obligé d’augmenter l’épaisseur, c’est de diminuer la valeur de 1; aussi Fairbaim a-t’il conseillé, dans ce but, l’emploi d’anneanx de renforcement aux joints d’assemblage des feuilles de tôle des tuyaux. On ne saurait assez s’étonner qu’en Allemagne on fasse aussi rarement usage de cette disposition, aussi simple qu’efficace, d’autant plus qu’il ressort de la statistique des explosions de chaudières que l’aplatissement du tube du foyer, si fréquent dans les chaudières, ne se produit jamais dans celles qui sont munies d’anneaux de renforcement. En Angleterre, les deux dispositions, qu’on emploie de préférence, Bout celles d’Adamson, fig. 619, et de Ilick, fig. 620; la seconde est d’une exécution plus facile, mais la première a l’avantage de n’exposer au feu aucune tête de rivet. Dans toutes les chaudières à foyer intérieur, il convient donc, comme le font d’ailleurs quelques

dirions des expériences de Fairbaim, lesquelles se rapportent n des tnyanx de faibles épaisseurs. T.n formule (262) est de toutes la plus exacte. Mais les différences deviennent très - marquées pour les cas de la pratique où J a le plus souvent une assez grande valeur. Los résultats, donnés par la formule de Love , présentent alors des écarts de .90 à 40 p“/0. Pour l’exemple du texte, cette formule donnerait « = 4,S9 4,51 2,42 = 6“"*, 68 , au

lieu de 10*'», 52.

ASSEMBLAGES DE TIJTAL’X.

constructeurs, (l’établir un renforcemcut à chaque joiut d’assemblage (les tôles du tube à feu.

Fig. 619. Fig. 620.

Assemblages des (uyanx de fonte.

Le mode d’assemblage, qui est le plus généralement employé, est l’assemblage à brides, fig. 621. Les dimensions proportionnelles qu’on doit adopter, dans ce cas, sont indiquées sur la figure. Autrefois, entre les trous de boulons et le bord intérieur, on laissait ordinairement une portée ; mais aujourd’hui on la supprime généralement et on dresse au tour toute la surface de la

Fig. 621.

4? i-sdw

bride, ce qui donne un assemblage pins rigoureux et d’un aspect pins satisfaisant, sans entraîner d’ailleurs un excédant de dépense sensible. Dans ces dernières années, on a fait fréquemment usage, pour la garniture du joint, d'un anneau en fil de cuivre, qui se trouve pressé entre deux rainures, obtenues au tour, et donne au joint une étanchéité complète. Dans les tuyaux ordinaires, qui ne doivent pas être soumis à une forte pression, on peut prendre, pour le nombre 31 des boulons des brides:

D étant exprimé en millimètres.

ASSEMBLAGES DE TI TAUX

Il résulte de lù que, pour un tuyau de 100“" de diamètre, il faut 4 boulons, fi pour un tuyau de 200"", etc. La même formule donne, pour le cylindre d’uDe pompe à air, de 1500""

de diamètre, 2 + = 32 boulons.

OU

Pour une pression intérieure moyenne, il est préférable de recourir à l’emploi de la formule:

ISO \d )

où d désigne le diamètre des boulons, D le diamètre du tuyau et n le nombre d’atmosphères de la pression exercée sur ce tuyau.

Exemple. Un cylindre à vapeur, de 7000"" de diamètre, soumis à une pression effective de 4 atmosphères , doit avoir, comme épaisseur, d'après

la formule (249) ; d =- 20 + ]jqq ~ 30 mm ; d'après les indications de la

figure, on doit jwendre, jxmr le diamètre des boulons du couvercle: d ~ ‘!fS0 4Qnm. enfin le nombre de ers boulons, donne par la formule (264), est: 4 11 000\* G2ô

La bride à oreilles, fig. 022, qui est une modification de la bride circulaire, est d’un emploi assez fréquent; comme la surface de contact est plus faible, l’épaisseur doit être portée à 2<J ou 2,5d, au lieu de 4/s(ï.

Fig. 022.

La fig. 623 représente un coude de tuyau, avec assemblage à bride. La courbure ne doit pas être trop brusque, afin que le liquide, à son passage dans ce coude, n’éprouve pas une perte de charge trop considérable. Pour chaque angle différent, que forment les axes des tuyaux d’une conduite, on est obligé de faire nn modèle de coude. A ce point de vue, l’emploi du coude universel de Brown, fig. 624, est plus avantageux. Une seule des deux pièces, qui composent chaque coude, a ses trous de

ASSEMBLAGES DE THYAIDC.

boulons percés à l’avance; ceux de la seconde ne sont percés qu’au moment de la pose, après avoir été tracés sur place.

Fig. 623. Fig. 624.

Suivant la position relative des brides, l’angle du coude peut varier entre 2« et 180°. Daus la ligure, on a admis la valeur a = 40°, qui répond à peu près à toutes les exigences de la pratique.

L’assembbige h manchons, fig. 025 à 627, est surtout employé pour les tuyaux de conduites d’eau et de gaz.

La garniture se fait au moyeu de plomb, auquel on donne la forme d’un anneau en deux parties , fig. 626 ; cet anneau est introduit et serré fortement sur une première garniture d’étoupes.

Fig. 025.

Fig. 626.

Fig. 027.

Fig. 628.

ASSEMBLAGES UE TUYAUX

Les dimensions des mandions de tuyaux sont données par les nombres proportionnels ci -après, qui ont été choisis avec beaucoup de soin. L’épaisseur d du tuyau est fournie par la

formule (247), c’est-à-dire qu’on a: â = 8 + — • On a ensuite:

Epaisseur de la paroi du mandion . . . d, = 10 + 0,0135 I)

Largeur de la couronne k = 18 + 0,0025/4

Longueur intérieure i, = 67 + 0,11 D

Longueur du col = 49 + 0,09 D

Longueur totale I = HG + 0,20/>

Largeur de la garniture . . . . . b =« 5 + 0,007 I)

Hauteur de l’anneau de plomb . . . . h — 28 + 0,07 D

Hauteur du bourrelet a = 1,2 â

Epaisseur du bourrelet e = d + b — 2.

Certains constructeurs pratiquent, à l’intérieur de la couronne du manchon, une rainure annulaire, destinée à maintenir la garniture de plomb; d’autres regardent cette rainure comme complètement inutile avec un métal aussi mou que le plomb. Depuis quelques années, on supprime assez fréquemment le bourrelet à l’extrémité du tuyau enveloppé (cette suppression est surtout avantageuse, lorsqu'on emploie la méthode anglaise pour le coulage des tuyaux: dans ce cas le manchon est muni d'une saillie intérieure près du bord. Pour les tuyaux de conduites d’eau, qui sont solidement posés, on peut, d’après Scboll, remplacer la garniture de plomb par une autre beaucoup plus économique, en imbibant, dans un mélange, opéré à chaud, de poix et de poudre de brique, des tresses de chanvre, qu’on chasse ensuite fortement dans le manchon.

ASSEMBLAGES DE TUYAUX

La fig. 629 représente l’assemblage à tuyaux du système Petit. Dans un manchou très - court se trouve introduite une rondelle de caoutchouc, qu’on comprime fortement, en se servant des tuyaux eux -mêmes comme de leviers; deux griffes, avec goupilles en fer, maintiennent la fermeture. Ce système d’assemblage , qui a été utilisé pour l’établissement de la grande conduite d’eau du camp de Châlons, a l’avantage de rendre très -rapide et très -économique la pose des tuyaux; il donne, en outre, aux conduites une certaine flexibilité, qui est d’une grande importance pour celles qui sont établies sur un sol exposé aux tassements. La seule observation à faire sur ce système d’assemblage se rapporte aux oreilles, pour lesquelles il paraît convenable d'adopter des dimensions supérieures à celles que leur a données l’inventeur.

La flg. 630 indique un assemblage à manchon fileté pour tuyaux en fonte de conduites d’eau (l). Les filets sont venus de foute et la garniture cousiste en une rondelle de plomb, qui se trouve comprimée par la surface plane annulaire terminant la partie filetée extérieure. Cet assemblage peut être considéré

comme un assemblage à brides à un seul boulon, établi concentriquement au tuyau et avec des dimensions en largeur telles qu’il puisse être percé d’une ouverture égale à la section de la conduite. Comme la partie filetée est d’une seule pièce avec le tuyau, il est nécessaire, pour le serrage, de pouvoir faire tourner chaque tuyau autour de son axe; à cet effet, chaque tuyau est muni, en avant du manchon, d’un renflement à plusieurs pans, qu’on peut saisir au moyen d’une grosse clef.

Fig. 631. Manchon de Normandy. La garniture se compose de deux rondelles de caoutchouc. Ce mode d’assemblage

(1) L’usine de Lauchhammer livre des assemblages de ce genre pour des tuyaux dont le diamètre intérieur va jusqu'à 50 et 60""».

ASSEMBLAGES DE TUYAUX

est d’une construction extrêmement simple et peut être employé, avec avantage, dans tous les cas où le caoutchouc n’est pas

Fie. 631.

exposé à une altération trop rapide. Il permet, comme le système l’etit (fig. 629), un .certain degré de déformation de la ligne de tuyaux, en même temps qu’il rend leur réunion ou leur séparation extrêmement faciles. Dans certaines conduites d’eau, on rencontre un dispositif analogue avec une garniture en plomb. La rondelle forme alors une espece de. double manchon; les tuyaux sont complètement unis, sans surépaisseur ni bourrelet à leurs extrémités.

Le système Lavril ne diffère de celui de Nonnandy qu’en ce (pic l’un des colliers est venu de fonte avec le tuyau correspondant.

La distance des plans moyens des deux assemblages d’un tuyau constitue ce que l’on appelle sa longueur utile ou de construction. Dans tous les tuyaux droits en fonte, cette longueur doit toujours être, an minimum, comprise entre 1 et 2 mètres; pour les conduites d’un développement considérable, elle doit être prise aussi grande que possible. Dans les tuyaux à manchons, pour les conduites de gaz et d’eau, les valeurs adoptées sont, en général, les suivantes:

T) = 100"“ .... longueur de construction 2 à 3”

600“” et au delà - - 4”.

A88EMW.AOES 1)E TUYAUX.

A ssciii blases do tuyaux en fer.

Les tuyaux de conduites d’eau, formés de feuilles de tôle rivées, s’assemblent au moyen de brides en fer, fig. 632 , ou de brides en fonte, fig. 633.

Fig. 632.

Fig. 633.

Pour obtenir les dimensions des différents éléments de ces assemblages, on commence par chercher le diamètre d et le nombre des boulous, en utilisant les formules (263) et (264); les autres dimensions se trouvent alors déterminées au moyen des nombres proportionnels indiqués snr les figures.

Exemple. On a à construire les brides en fer d'un tuyau de turbine en tôle, quia 1000 "" de diamètre et qui doit supporter une tension de deux atmosphères. En calcidatlt ce tuyau comme celui d'une chaudière à vapeur, on devrait lui donner une épuisseur d = 1,54-3 + U, G — 5mm, 68, qui peut sans inconvénient être réduite à 5m,“. Si on prend d = 20""", pour le diamètre des boulotis, on trouve, pour leur nombre, d'après la formule (263):

St — 2 +

22 et, d'après (264): St =

ISO