x8x90=a61--»*,792 de vapeur

Par suite dans une heure, le coffre à vapeur des chaudières à moyenne pres-

422 928 sioDse vide - • = 2*8 fois en nombre rond, pour les chaudières du typ

422 928 haut, et l = 280 fois pour les chaudières du type bas à moyenne pres-

sien. Pour les chaudières cylindriques à haute pression, le coffre à vapeur

se vide-, ' =159 fois seulement dans une heure. 1,65

On voit, en cx)mparant ces résultats avec les volumes de vapeur par mètre carré de grille, que l'on pourrait commettre des erreurs grossières, en comparant des appareils qui fonctionnent à des pressions différentes et en rapportant le volume de vapeur à la surface de grille. C'est par rapport au volume de fluide à dépenser dans une heure que le volume de la chambre à vapeur doit être déterminé. A ce point de vue, les chaudières cylindriques à haute pression sont très-largement proportionnées. Quant aux chaudières tubulaires à moyenne pression du type haut, non munies de sécheurs, l'expérience prouve que le volume de leur chambre à vapeur est juste suffisant ; cette chambre se vide toutes les 14 à 15 secondes ; pour les chaudières cylindriques, la chambre à vapeur se vide toutes les 22 secondes seulement.

La réduction de la chambre à vapeur proprement dite peut être

74 THÉORIE DES CHAUDIËRB& ~ N« 58,

atténuée, au point de vue des variations de la pression, par l'adjonction d'un réservoir de vapeur, que Ton peut faire cylindrique, et indépendant de la chaudière ; mais c'est un nouvel intermédiaire entre les générateurs et la machine, qui occasionne une augmentation de la chute de pression entre la chaudière et le cylindre, à moins qu'on ne le munisse de larges communications avec la chambre à vapeur proprement dite. D'un autre côté, il faut supprimer le sécheur. Cette suppression n'a d'ailleurs aucun inconvénient avec les pressions élevées, pourvu que l'on prenne des précautions pour éviter les entraînements d'eau.

Ces entraînements résultent de la vitesse d'émersion de la vapeur ; pour un poids donné de fluide à produire par heure, cette vitesse est inversement proportionnelle à la surface du niveau et à la densité de la vapeur. Par suite, les entraînements d'eau sont moins à craindre, quand par ailleurs la chambre à vapeur a un volume suffisant, lorsque la surface du niveau est grande et lorsque la pression est élevée. — L'écoulement de la vapeur par l'orifice de sortie tend à créer une dépression, qui se fera sentira peu près également sur tous les points de la surface du liquide, si cet orifice est très-éloigné de cette surface. Dans le cas contraire, la dépression sera surtout sensible sur les points voisins de l'orifice de sortie, et il pourra se produire des entraînements. La prise de vapeur doit, par suite, être placée tout à fait au sommet de la chambre de vapeur, et autant que possible vers la partie centrale. Au besoin, le tuyau de vapeur doit être prolongé intérieurement, pour aboutir au point que nous venons d'indiquer. On pourrait encore et surtout avec les pressions élevées, pour ne pas diminuer la résistance de la chaudière en perçant un large orifice, diviser la prise de vapeur en une série d'orifices munis de tuyaux aboutissant à la soupape d'arrêt. En distribuant ces orifices sur toute l'étendue de la surface de l'eau, on aurait une prise de vapeur uniforme sur tous les points de cette surface. La section totale de ces orifices peut être plus grande que la section unique de la soupape d'arrêt ; et suivant les dispositions, il peut être nécessaire de donner à ces sections des valeurs particulières, variables en sens inverse de leur distance au tuyau commun.

Avec les appareils à tube d'eau, du genre des chaudières Belleville^ le volume de la chambre à vapeur est toujours très-restreint ; néanmoins les entraînements 4'eau sont peu à craindre, parce qu'une grande portion de la surface de chauffe est en contact direct avec la vapeur, de sorte que Teau entrednée se trouve vaporisée avant sa

THÉORIE DES GHADMËRES. — R« 98, 75

sortie de la chaudière ; il en résulte même, lorsque le niveau est faible, une surchauffe exagérée. Toutefois, même avec ce genre d'appareil, la nécessité d'un réservoir de vapeur se fait sentir, et il a été installé sur les nouveaux types.

M"* S8, Epaisseur du métel des ehaiidlères momm le wmpport de la réslstence. — La foime cylindrique est celle qui con* vient le mieux à un récipient exposé à une pression intérieure, parce que cette forme ne tend pas à s'altérer par l'effet de la pression ; elle disj^nse des armatures et des entretoises destinées à maint^ir cette forme, et conduit, en fin de compte, à l'épaisseur et au poids minimum. Aussi la forme cylindrique est-elle adoptée pour les dbaudières à haute pression. — Eq représentant par :

e Tépaissear do métal en cenli métrés. P la pression à supporter, en K^ par cm.c. D le diamètre de la chaudièro ea centimètres.

R TeObrt de traction en Kg par cm.c que Ton peat faire supporter au métal avec sécurité.

On a (N* 129, du G* TraUé):

fli est une quantité dont il fout augmenter l'épaisseur e^ pour tenir compte de certains défaott d*boiiiegéiiéité du mêlai al de Tuaure, et qm vaat en particulier pour le fer,

Pour les chaudières construites en tôle, la valeur de R est de 3.500^' correspondant à la charge de rupture sur 1 centimètre carré, soit de 500** seulement pour Teffort de sécurité (1/7* delà charge de rupture). — Mais la chaudière n'est pas d'un seul morceau ; elle est formée de plusieurs feuilles de tôle réunies par des rivets. Or, avec un rang de rivets, la résistance du joint ne vaut que les 0,55 de celle de la tôle ; cette résistance monte à 0,75 lorsque la couture est faite avec detix rangs de rivets. On a alors pour les chaudières cylindriques, les coutures étant faites avec un rang de rivets :

«•-=- — L^B— - +0,3 = 0,0018 PD 4- 0.3; 2x500x0,55 ' '

et lorsque les coutures sont faîtes avec deux rangs de rivets :

76 THÉORIE BES GHAUDIËBES. ^ N« 5«.

Pour les chaudières type haut de la marine, on a 0=360*", Pzsk^^ei par suite :

«•-=0,00133 X 360 X 4 + 0,3=2'-,215, soit S2 mUlimètres, qui est Tépaisseur adoptée par Tusine dlndret.

Pour les fourneaux cylindriques qui supportent une pression extérieure, la valeur de R ne peut être déterminée que par voie de comparaison, parce qu'elle dépend surtout de la perfection plus ou moins grande de l'exécution du travail. Les inégalités de résistance provenant des variations dans l'épaisseur du métal, ou de la mauvaise confection des coutures, déterminent d'abord la déformation, puis l'écrasement ; or ces effets ne peuvent être déterminés à priori. Toutefois, en admettant que tous les cylindres à comparer présentent, dans la même proportion, les mêmes variations d'épaisseur, les épaisseurs seront proportionnelles aux carrés des diamètres et l'on pourra peser :

PD«=K«e*; d*où en posant A = g» e:skD^Pp

PD* K* étant le rapport — ç- pour un fourneau connu.

En partant de ce qui. se fait en Angleterre, pour les chaudières à conduit de flamme intérieur cylindrique, et en se servant pour déterminer leur résistance limite des données recueillies lors de l'explosion de certaines de ces chaudières, M. Audenet a été conduit à admettre que pour les tubes formés de feuilles de tôle réunies par un rang de rivets, il faut faire fc= 0,0052. — D'après les dimensions adoptées par l'usine d'Indret pour les fourneaux des chaudières cylindriques du type haut, et en supposant que l'on ait ajouté 3 millimètres pour l'usure, on a 4=0,0045. Il convient d'ajouter que ces fourneaux n'ont qu'une couture longitudinale, et qu'ils sont considérablement renforcés par la rondelle de jonction sur le milieu ou à peu près de leur longueur, et par les cornières qui fixent les extrémités à la chaudière. En résumé, pour les tuyaux d'une certaine longueur, avec cou* ture par un seul rang de rivets, on peut poser :

e« =0,0052 Dv^P + 0,3.

Et pour les fourneaux cylindriques construits conune ceux d'Indrel (n* 60,).

«-=0,00tôD\/P-f 0,3.

D est ici le diamètre intérieur, correspondant à la surface sur laquelle s'exerce la pression.

Tiraiite et entretoiMs. Parois planes. — Lorsque les parois sont planes, comme dans les chaudières à moyenne pi-ession, ou comme la façade et Tarrière des chaudières cylindriques, il est nécessaire de les maintenir soit au moyen d'armatures, soit au moyen de tirants ou d'entretoises reliant entre elles deux faces opposées. Les tirants ou les entretoises doivent être assez rapprochés pour limiter les déformations ; chacune de ces pièces doit résister à la pression supportée par la portion de surface qui lui correspond, comme si la tôle n'avait par elle-même aucune résistance. — Soient:

/ l'espacement des tirants en centimètres.

d le diamètre des tirants en centimètres.

R l'effort en Kg par em.c qae Ton peut faire supporter an tirant avec sécurité.

P la pression exercée en Kg par anx,

La pression à laquelle le tirant est soumis doit être égale à Peffort qu'on peut lui faire supporter avec sécurité, et Ton a :

Et en prenant R=:500>'k comme pour la tôle, on déduit de Tégalité cidessus :

Pour tenir compte de Tusure par la rouille, il faut ajouter 3 millimètres tout autour du tirant, soit 6 millimètres sur le diamètre. Pour les entretoises, il y a lieu d'ajouter en plus k millimètres sur le diamètre, pour tenir compte du fer enlevé par le filetage; on aura alors :

Pour les tirants ; d^ = 0,05 1^ +0,6.

Pour les entretoises : rf«- = 0,05 1^? + 1 .

II convient de réduire le plus possible la valeur de /, car les déformations sont moins sensibles quand les tirants sont nombreux, et, comme nous allons le voir, l'épaisseur qu'il est nécessaire de donner à la tôle diminue avec /. — En pratique, à cause des nécessités de visite et de nettoyage, la valeur de l est comprise entre SO*" et 40*" pour les tirants et entre IS*"* et 20*"' poiu* les entretoises qui sont dans des lames d'eau étroites.

Les deui formules ci-dessus, appliquées aux chaudières cylindriques d7iu/rel,

78 THÉORIE DES OHAIIDiÈRES. ^ N« 58,

tjpa baui, pour lesquelles i'z=:34 x ay5 pour les tirante, /a=:SO pour les eolretoises et P=zk% donnent :

Pour les tirants d=^h**J>b ; Je constru£leur a faii J3s5*"|0. Pour les entrotoises rf=3'»,00; le constructeur a fait rf=3•',0.- Le diamètre donAé aux entretoîses correspond bien aux résultats de la formule ci-dessus ; mais il y a un écart considérable pour les tirants. D'après le diamètre de 5'",0, et en supposant que Ton ait ajouté 6'»"' pour Tusure, la formule employée par Indret serait : rf""= 0,064 i^P-+- 0,6; c'ôst-à-dire que la résistance des tirants a été prise inférieure à C3lle de la tôle. On a sans doute pour but de prévoir, par une augmentation du diamètre, une plus grande résistance que peuvent avoir à supporter quelques tirants par suite des irrégularités de leur ajustement, qui est loin de se faire avec la même facilité que pour les entretoises.

Les tôles soutenues par les tirants et les entretoises sont soumises à un effort de flexion, et, d'après M. Audenet^ le carré de leur épaisseur doit être proportionnel au produit du carré de l'espacement des points d'appui par la pression exercée sur l'unité de longuaur de cet espacement, ce qui se traduit par la relation :

/« P = e«K« ; d'où en posant ^•=gi» c""=A l^V, les lettres ayant la même signification que ci-dessus.

La valeur à donner à k doit, s'il est possible, être déduite d'expériences directes : car elle résulte moins de la résistance réelle de la tôle que de la manière dont elle travaille sous l'influence de la pression de la vapeur. Dans des expériences faîtes en Amérique sur une chaudière représentant une lame d'eau, construite avec de l'excellente tôle de 7"*", 9 d'épaisseur, tenue par des entretoises taraudées et rivées de 28""", espacées de 22*^™, on a obtenu l'explosion à une pression de 12''' par cm.c. Il fut constaté qu'aucune entretoise ne s'était rompue; mais que la tôle, qui s'était bombée de l'une à l'autre, avait subi un étirement tel que les trous dans lesquels les entretoises étaient primitivement vissées, s'étaient agrandis au point que la tôle avait décapelé en brisant la rivure des entretoises, mais sans détériorer les filets. Une aussi grande déformation peut être considérée comme équivalant à une rupture. La valeur de k déduite de ces expériences est de 0,01 ; mais dans la pratique, il ne faut faire supporter à la tôle que le septième de l'dfort qui produit la rupture ; la valeur

de fc à employer devra donc être de 0,01 v/7 =0,026; par suite, en ajoutant 3"" pour Tusure, on aura :

épaisseur des faces planes «"" = 0,026 /^F -f- 0,3.

Cette formule appliquée aux chaudières cylindriques d'Indret donne <;=1'",3^. Le constructeur a fait c= 1°",60, c'est-à-dire qu'on a employé une valeur de ^= 0,0325, en supposant toujours que l'on ait ajouté 3"" pour l'usure.

BT 58^ Conditions d'étabiiasement des chandières au

point de vne des explosions. — Une explosion (n"** 197 et 198 du G** Traité) ne peut avoir lieu qu'autant que la pression excède la ré^stance de la chaudière; il faut, par suite, que la tension de la vapeur s'élève au deh^ de ce que la chaudière, supposée dans de bonnes conditions, peut supporter, le fonctionnement de la soupape de sûreté étant paralysé ' ou bien que cette tension restant dans les limites prévues, l'appareil offre une insuffisance de solidité résultant de défauts de construction, de l'usure, ou de la diminution momentanée de la résistance de tôles soumises à un coup de feu. Au point de vue de la construction, on préviendra les explosions :

1* En employant des matériaux de bonne qualité et ayant les dimensions voulues pour la pression qu'ils devront supporter.

t^ En apportant le plus grand floin à ht eonstruotion â«s ehaudiër^es, et principalement à la confection des coutures, et en ne couëtut, autant que possible, les tôles que dans le sens du laminage, qui est celui pour lequel la tôle aie plus de résistance.

3* En donnant aux diverses parties de la chaudière la forme qui offre le plus de solidité au point de vue de la pression intérieure, et qui est la forme cylindrique ou arrondie.

k* Par une bonne disposition et par un espacement convenable de9 tirants, des armatures et des entretoises.

5* En évitant les doublements d'épaisseur des tôles, pour les parties qui sont directement exposées au feu.

6* En adoptant des dispositions intérieures qui facilitent le nettoyage et la visite de toutes les parties du générateur, et principalement de celles qui sont directement exposées au feu.

7* En déterminant la hauteur du niveau pour que toutes les surfaces qui peuvent être en contact avec la flamme soient recouvertes d'une couche suffisanté d'eau, pour que l'on puisse marcher un certain temps sans qu'elles cessent d'être baignées, lors même que des causes accidentelles viendraient momentanément suspendre ralimentation.

8« En disposant des lames d'eau assez larges, ou en les agençant de telle fa-

80 THÉORIE DES CHACMÈBES. -- N» 58^

çon que le renouvellemeat de l'eau en contact avec les surfaces de chauffe s& fasse avec facilité.

9* En installant des appareils indicateurs du niveau de Teau, de telle sorte qu'il ne puisse jamais y avoir doute sur la position exacte du niveau.

10* En installant les soupapes de sûreté de telle sorte que leur fonctionnement ne puisse jamais être paralysé.

Ces précautions prises dans la construction, on sera à l'abri des explosions si Ton suit par ailleurs les règles de conduite énoncées au chap, VI. § 2 du Xirand Traité.

La gravité des accidents résultant de déchirure, diminue" en même temps que le volume d'eau que renferme la chaudière ; et, à ce point de vue, les chaudières formées d'un faisceau tubulaîre, comme les chaudières Belleville^ sont dans les meilleures conditions. On ne pourrait s'en rapprocher, avec les chaudières tubulaires ordinah^es, qu'en fractionnant l'appareil évaporatoire en un grand nombre de petites chaudières, qui, tout en communiquant les unes avec les autres, pourraient être paralysées isolément. D'autre part, les soupapes d'arrêt et les soupapes de communication doivent être disposées de telle sorte que leur manœuvre puisse se faire avec facilité en cas d'avarie d'une des chaudières, et même en supposant que la chaufferie soit pleine de vapeur.

ST 58^ RéBanié des disposItioiiB les plus aTantafl^eousea â adopter pour les ehaudlôres. — Avec les hautes pressions, dont l'emploi s'étend chaque jour pour les machines marines, les chaudières tubulaires à faces planes sont presque abandonnées, et l'on a recours aux chaudières cylindriques tubulaires ordinaires, ou bien aux chaudières à tubes renfermant l'eau, ou enfin aux chaudières à faisceau tubulaire, système BelleviUe. Toutefois on construit encore en Angleterre des chaudières cylindriques allongées, ayant les faces de côtés planes, ce qui donne des facilités pour l'installation de trois fourneaux par chaudière ; mais ce système exige des consolidations très-robustes et très-encombrantes, et la forme pleinement cylindrique nous paraît préférable.

En marine, les chaudières doivent être considérées aux trois points de vue suivants : économie de combustible; poids des chaudières, eau comprise; durée et facilités d'entretien et de réparation.

Economie de combustible. — L'expérience a montré que l'utilisation du combustible est à peu près indépendante du type de chau-

dière. L'économie doit être cherchée dans Tamélioration des conditions de la combustion. Cette amélioration peut être obtenue : 1° par l'élévation de la température du foyer; 2** par la réduction de la houille en morceaux suffisamment uniformes pour constituer une masse homogène sur la grille, et par l'obtention d'une combustion aussi complète que possible avec un minimum d'air ; enfin, 3° par la réduction de la longueur de la grille en augmentant au besoin sa largeur.

L'élévation de la température du foyer peut s'obtenir par un tirage forcé (n** 57 J ; mais nous avons vu que ce tirage absorbe le bénéfice résultant d'une meilleure combustion. Il ne reste, par suite, que la ressource de séparer le foyer de la chaudière, afin que la chaleur ne soit pas absorbée par la surface de chauffe directe au fur et à mesure de sa formation. On pourrait obtenir ce résultat en construisant les foyers en briques réfractaires, et cette modification est applicable à toute espèce de chaudière. Il en est d'ailleurs de même de la réalisation des conditions 2" et 3°. Par suite, la production de vapeur, en supposant que les gaz s'échappent par la cheminée à une même température 'dans tous les cas, peut être estimée proportionnelle au poids de charbon brûlé par mètre carré de grille et par heure.

L'installation d'un foyer extérieur à la chaudière, au moins en pai-tie, serait une cause d'augmentation d'encombrement dans le sens de la profondeur de la chaudière, et conduirait, sur beaucoup de bâtiments, à installer des chaufferies transversales, ce qui est une assez mauvaise condition pour l'arrivée de l'air dans les cendriers ; il faudrait par suite faire usage d'un tirage forcé. Mais, d'un autre côté, la chaudière pourrait être réduite dans le sens de sa hauteur, ou bien l'on pourrait installer pour les types tubulaires, un double jeu de tubes à fumée; le premier, en retour de flamme, ayant les diamètres des tubes assez grands pour que la combustion des gaz puisse encore se continuer dans leur intérieur ; le second, superposé au premier et ramenant les produits de la combustion sur l'arrière de la chaudière, ayant des tubes d'un diamètre beaucoup plus petit, afin d'augmenter la surface de chauffe et d'abaisser le plus possible la température des gaz. Cet abaissement de température n'aurait aucun mauvais effet sur le tirs^e si le diamètre des premiers tubes était suffisamment grand. .

11 est de règle, en pratique, de faire les courants de flamme aussi directs que possible afin de diminuer la résistance que les produits de

la combustion éprouvent dans leur parcours ; mais, eu égard à ce que la combustion s'effectue avec une quantité notable d'air en excès, cet air ne pouvant être employé à cause de la présence de Tazote, de Tacide carbonique, de la vapeur d'eau, et surtout du parallélisme de marche des veines gazeuses, il y aurait intérêt à installer après le fourneau une chambre de combustion des gaz, dans laquelle, par une disposition convenable de retours, ou même simplement de tubes bouilleurs, le parallélisme dont il s'agit serait détruit. On pourrait ainsi bénéficier d'une meilleure combustion et d'une moms grande quantité d'air introduite dans le foyer.

Poids. — La comparaison des poids devrait être établie par rapport à la production de vapeur par unité de temps. A défaut de cette dernière donnée, qui n'est bien connue que pour nos anciennes chaudières à moyenne pression, nous rapporterons les poids au mètre carré de grille, en supposant par suite que la combustion se fait sensiblement dans les mêmes conditions pour tous les types de chaudières. En nous reportant au tableau D de VAtlds^ on a :