OIL

Ai A, k^

De la grande infériorité de r- par rapport à r- "+T » ^ résulte que

les variations que l'on pourrait faire subir à r- ne se feront sentir

que très-faiblement sur le coefficient K. En construisant les chaudières avec un métal dont le coefficient A, serait double de celui du fer, on aurait :

et par suite

d'où l'on déduirait K"= 102, au lieu de 100 qui est sa valeur pour le cas du fer. On ne gagnerait donc que 2 p. 100 sur la valeur de K, en employant un métal deux fois meilleur conducteur. C'est d'ailleurs ce que confirme l'expérience : deux chaudières, lune en fer et l'autre en cuivre, donnent en pratique les mêmes résultats, bien que la conductibilité du cuivre soit environ deux fois et demie plus grande que celle du fer.

L'augmentation de la production de vapeur dans un temps donné doit par suite être recherchée en dehors de la nature du métal, et même de son épaisseur. En pratique, Ton peut considérer les deux faces, l'une externe et l'autre interne, de la pai'oi comme étant à la même température, pourvu que le métal ne soit pas isolé de l'eau par une couche de calcaire de plus de 1 millimètre d'épaisseur, et l'on doit chercher à rendre plus facile le passage de la chaleur du foyer aux parois, et des parois à l'eau et à la vapeur. Or les liquides et les gaz sont mauvais conducteurs, et ne s'échauffent que par circulation ; et à ce point de vue, le seul moyen à employer pour augmenter la conductibilité des chaudières consiste à trouver des dispositions qui

lU. 5

facilitent le renouvellement de Teau qui vient au contact des surfaces de chauffe. Tous les essais tentés dans ce sens n'ont pas donnée jusqu'à présent, des résultats d'une supériorité marquée sur ceux que Ton obtient avec les chaudières tubulaires construites et proportionnées, quant aux espaces réservés à Teau, comme le sont ordinairement celles de la marine.

Il est évident que, sans augmenter la valeur du coefficient de conductibilité, on accroîtra la quantité de chaleur transmise par unité de surface et dans Tunité de temps, en élevant la température T^ de la source de chaleur. C'est ce qui a lieu lorsque le tirage est activé (n** 57J soit par un jet de vapeur ou ^'air dans la cheminée, soit par l'injection d'air sous la grille. On peut ainsi accroître dans de trèsgrandes proportions (n** 57J la quantité de vapeur obtenue dans un temps donné. Mais ce moyen impose aux parois du foyer une augmentation de fatigue dont il faut tenir compte dans la construction, en proscrivant d'une manière absolue les coutures rivetées qui comportent une double épaisseur de tôle, et en construisant les foyers comme dans les chaudières cylindriques (n® 59 J.

N° 58, Rôle et rendement de la snrfiBuse de ehAuffe. Distinction entre les différentes parties de cette sortece; moyens d'obtenir le meilleur rendement. — La surface de chauffe ne joue en quelque sorte qu'un rôle indirect : elle n'a qu'à transmettre par heure la quantité de dialeur nécessaire à la produc tion du poids déterminé de vapeur que la chaudière est appelée à fournir dans ce temps. Or la surface de chauffe ne reçoit pas la chaleur de la même manière sur toute son étendue. Il y a bien partout contact des gaz chauds formant les produits de la combustion ; mais les ciels et les côtés des foyers, ainsi que les parois de la boîte à feu forment des parties soumises en outre au rayonnement direct, soit du combustible incandescent sur la grille, soit de la flamme ; ces surfaces se désignent sous le nom de surface de chauffe directe. Pour les tubes et la boîte à fumée, que l'on désigne sous le nom de surface de chauffe indirecte, ce rayonnement est presque toujours très-faible, car la flamme se développe très-peu dans ces parties des conduits.

Le point où le rayonnement est le plus intense est le foyer ; les quantités de chaleur rayonnées qui sont absorbées par unité de surface, sont inversement proportionnelles à la distance des surfaces

considérées au combustible ; mais avec les foyers intérieurs, la quantité de chaleur rayonnante reçue par le foyer peut être considérée comme proportionnelle à l'étendue de la grille.

Dans la boite à feu, le rayonnement est déjà moins intense; la partie inférieure du fond reçoit encore un peu de la chaleur rayonnée par le foyer ; mais tout le reste de la surface ne reçoit que le rayonnement de la flamme.

Les quantités de chaleur rayonnante reçues par mètre carré de la surface de chauffe diminuent à mesure que Ton s'éloigne du foyer, et il doit en être de même du rendement, c est-à-dire de la quantité de chaleur que cette même surface transmet à Teau. — Sur un même point du parcours des produits de la combustion, le rendement varie suivant la position des surfaces que Ton considère. Ainsi, dans le foyer lui-même, le rendement du ciel du foyer est plus élevé que celui des côtés, parce que le ciel est exposé à un rayonnement plus direct. — Dans la boîte à feu, la plaque du fond et la plaque de tête ont un rendement plus élevé que les côtés. — Dans le faisceau tubu- Ifidre, les tubes du haut sont plus échauffés que ceux du bas, que traverse de préférence la fumée en raison de sa plus grande densité relative. Enfin, dans un même tube, la partie haute a un rendement plus élevé que les côtés, et ceux-ci ont un rendement plus élevé que le bas.

Au point de vue de l'absorption du calorique rayonnant, les grands foyers à ciel plat sont les plus avantageux; mais cette forme est inadmissible pour les hautes pressions, et la forme cylindrique convient seule. L'étendue de la surface de chauffe directe, par rapport à la surface de grille, est à peu près indifférente, du moins dans des limites assez larges. Ainsi, d'après les expériences faites à Indret et citées par M. Audenet, on a obtenu avec une chaudière 4^',77 et avec une seconde 4^*,80 de vapeur par kilogramme de charbon brûlé, les surfaces de chauffe étant directes dans les deux cas, et valant 5 fois la surface de grille dans le premier appareil, et 10 fois cette même surface dans le second. Il n'est question ici que de la surface exposée directement au rayonnement du foyer ; et l'on voit que le coefficient de conductibilité piatique de cette surface est deux fois plus grand dans le premier cas que dans le second, et qu'on ne peut avoir de terme de comparaison sérieux qu'en prenant ce pouvoir de conductibilité par rapport à la surface de grille au lieu de le prendre par rapport à la surface de chauffe. — Du résultat de ces expériences,

68 THÉORIE DES CHAUDIÈHES. — N» 58,

M. Audenet a conclu que le coefficient de conductibilité de la surface de chauffe directe exposée au rayonnement du foyer, est de 500 calories par heure et par mètre carré de grille.

Si pour une valeur donnée de la surface de grille, Tétendue de la surface de chauffe directe a peu d'importance, il n'en est pas de même du volume libre au-dessus de la grille et du volume de la boîte à feu. Il faudrait en effet, pour la meilleure utilisation du charbon, que la combustion des gaz fût complète avant leur introduction dans les tubes ; or cette combustion n'est jamais achevée dans le fourneau, même en donnant de très-grandes dimensions à la chambre au-dessus de la grille, et c'est dans la boîte à feu qu elle doit se terminer. Malheureusement il n'en est jamais ainsi en pratique, et une bonne partie des gaz combustibles passe dans les tubes avant d'être brûlée.

Les tubes à fumée d'un petit diamètre, comme ceux des chaudières, ont l'avantage de présenter, sous le même encombrement total, une surface de chauffe plus grande; mais ils n'absorbent pas autant de chaleur que pourraient le faire supposer leur étendue totale et la valeur élevée du pouvoir de conductibilité de leur métal. Les gaz qui pénètrent dans les tubes cheminent en filets parallèles jusqu'à la sortie ; les portions de ces gaz en contact avec les tubes se refroidissent bien ; mais couune elles forment toujours la partie extérieure de la veine gazeuse, elles constituent une gaîne mauvaise conductrice pour la chaleur des gaz qui sont dans Taxe des tubes ; et finalement la masse totale arrive à la cheminée sans s'être dépouillée d'une quantité suffisante de chaleur. C'est ce qui explique la valeur si faible du coefficient de conductibilité de la surface de chauffe indirecte, qui, d'après M. Audenet^ n'est que de 23 calories par heure et par mètre carré de cette surface.

M. Graham a fait des expériences, en Angleterre^ avec trois chaudières cylindriques à bouilleurs placées Tune sur le foyer et représentant la surface de chauffe directe, les deux autres à la suite et représentant les surfaces de chauffe indirecte à diverses distances du foyer. On a ainsi trouvé que les pouvoirs vaporisateurs de ces chaudières, par mètre carré de surface de chauffe et par heure, étaient :

Nombres proportionnels.

Pour la première 74^«,50 lUO

Pour la seconde 25^,85 35

Pour la troisième 11^,92 1G

THEORIE DES CHAUDIERES. — iN° 58, 69

On voit combien la décroissance est rapide et quel intérêt il y a à augmenter la surface de chauffe directe, et par suite l'étendue de la grille, puisque, en fin de compte, la quantité de chaleur transmise à cette surface de chauffe est proportionnelle à cette étendue.

Inllnenoe de la surface de. la gorille sur la production de vapeur. — Voici le résumé des expériences faites par M. Joëssel à Indrety sur la chaudière d'essai avec tirage activé par un jet de vapeur.

Les charges par mètre carré qui ont donné la plus grande utilisation ont été :

Avec la grille entière. . • • 172^>.

Avec la grille réduite à moitié 125^*.

Avec la grille réduite au tiers 100^*.

Ces nombres indiquent la puissance normale de la chaudière dans les trois cas (la surface de chauffe restant la même).

Ces résultats ont été formulés géométriquement comme suit : En augmentant ou en diminuant Vétendue de la grille, sans toucher à la surface de chauffe^ aux sections de passage de l'air et de la fumée ^ la puissance de la chaudière augmente ou diminue proportionnellement à la racine carrée de la surface de grille.

Influence de la surflncNs de chauffe. — Avec la même chaudière, la grille réduite au tiei*s, on a disposé dans les tubes à feu et à fumée des écrans transversaux, de manière à obliger les gaz à faire un double retour à travers les tubes, ce qui doublait la longueur de leur parcours total dans la chaudière. Comme précédenament, le tirage étant activé pai* le même jet de vapeur, on a constaté une augmentation notable de Tutilisation du combustible, mais une diminution bien plus grande de la puissance de la chaudière.

Ainsi, par rapport au cas de la grille réduite au tiers, mais sans écrans dans les courants de flamme,

l'utilisation est devenue XâG"^ ^'^^'

7 05 la puissance est devenue 8^^^'^*

Cette augmentation d'utilisation et cette diminution de puissance résultent évidemment de la plus faible vitesse de translation des gaz, résultant de la plus grande longueur des courants de flamme.

N^ 58; Chambre à eau ; meilleurefs dispositions â adopter.

— La chambre à eau, c'est-à-dire la partie de la chaudière qui renferme Teau à vaporiser, doit être considérée au point de vue de sa contenance et au point de vue de sa disposition.

Le volume de la chambre à eau doit être tel que toute la surface de chauffe étant couverte, le niveau s'élève d'une certaine quantité audessus des parties les plus hautes de cette surface de chauffe. Cela est nécessaire afin que la moindre dénivellation accidentelle n'expose pas à rougir les tôles et à les brûler. D'autre part, le volume total de l'eau doit être tel, par rapport à la quantité de vapeur à fournir, que le renouvellement de cette eau ne se fasse pas trop rapidement ; on prévient de cette façon les alternatives d'abaissement et d'élévation de température, d'où résulterait une vaporisation très-irrégulière, voire même des ébuHitions et des projections d'eau.

Au point de vue de sa disposition, la chambre à eau doit présenter une surface de niveau aussi grande que possible afin de diminuer, pour un même poids de vapeur à fournir, la vitesse d'émersion de cette vapeur, et par suite les chances d'entraînement d'eau. D'autre part, les lames d'eau doivent être disposées pour que le renouvdlement du liquide en contact avec les surfaces de chauffe se fasse avec facilité, et qu'il en soit de même du dégagement de la vapeur; on évite ainsi la formation des chambres de vapeur, et par suite la bmlure des tôles.

Rapporté au mètre carré de grille, le poids des chaudières marine réglementaires du type haut est de 5.000^* en nombre rond, tant pour les chaudières à moyenne pression que pour les chaudières cylindriques à haute pression. Le poids d'eau y vaut 2.000''* dans les premières chaudières et s'élève à 2.400''« dans les secondes; tandis que dans les chaudières à tube d'eau système Belleville^ le poids de la chaudière étant de 4.200''', celui de l'eau s'élève seulement à 250*« par mètre carré de grille.

A raison de 90''' de charbon brûlé par heui'e et par mètre carré de

grille et avec une production de vapeur de 8^* par kilogramme de

charbon, la dépense totale d'eau par heure est de 90 x 8 = 720'«.

Il en résulte que dans les chaudières à moyenne pression Teau est

renouvelée toutes les -^^q = ^ 46", et toutes les ^g- = 3** 20-

dans les chaudières cylindriques. Pour les chaudîèi*es BeUeifUle, le

renouvellement de l'eau est effectué toutes les «^ =0''21",

THÉORIE DES CfiAUDIÈRES. — N<^ 58» 71

Les chambres à eau volumineuses ont l'avantage de servir de volant, pour modérer les variations de pression qui résultent forcément des irrégularités de la chauffe, parce que la température de Teau augmente ou diminue en même temps que la pression de la vapeur. Dans le premier cas, l'eau absorbe de la chaleur en même temps que la pression s'élève ; dans le second cas, cette eau restitue de la chaleur à mesure cpie la pression diminue, et le calorique devenu libre forme de la vapeur. Dans les deux cas, la masse d'eau est un modérateur des variations de la pression. Les grandes chambres à eau peimettent en outre de fonctionner pendant un certain temps sans alimentation, et sans courir le risque de découvrir les surfaces de chauffe. Par contre, elles ont rinconvénlent de rendre les chaudières plus encombrantes et plus louities, et d'exiger beaucoup plus de temps pour la mise en pression.

Avec les chambres d'eau réduites, on obtient plus rapidement la pression lors de l'allumage, et les chaudières sont moins encombrantes et moins lourdes ; mais les variations de température et par suite de pressioD sont beaucoup plus fréquentes et beaucoup plus accentuées ; enfin l'alimentation doit être continue, sous peine de découvrir les surfaces de chauiTe. — Un grand volume donné au rései'voir de vapeur ne corrigerait pas les variations de pression résultant d'un faible volume d'eau : car la différence des quantités de chaleur absorbées par 1^ de vapeur pour une différence de pression atteignant même une atmosphère, n'est pas considérable ; elle ne vaut en effet que les 0,305 de la différence des températures qui conespondent aux pressions que l'on considère (n* 7,).

A ces divers points de vue, le poids d'eau des chaudières à tubes d'eau système Belleville est certainement mi peu faible; aussi ce poids a-t-il été récemment augmenté par l'adjonction d'un réservoir cylindrique qui l'a plus que doublé ; mais, d'un autre côté, le poids de â.OOO^^ d'eau par mètre carré de gi'ille des chau(^ères tubulaires est certainement élevé, et il y aurait tout intérêt à le réduire. Toutefois cette diminution est subordonnée à certaines conditions de conservation et même de sécurité. Ainsi, avec nos chaudières ordinaires, il est nécessaire de pouvoir fonctionner un certain temps sans alimenter ; il faut donc que le niveau puisse baisser pendant ce temps sans découvrir les surfaces de chauffe les plus élevées. Si l'on fixe à un quai't d'heure, au maximum, le temps de ce fonctionnement sans alimentation, le poids de l'eau disparue, par uiëtre carré de grille, aura pour

Qig X 90 valeur , = ISO^ ; et en tenant compte de la bande possible,

on reconnaît qu'à bord il ne faut pas moins de 250^« d'eau par mètre carré de grille au-dessus des surfaces à protéger.

D'un autre côté, il faut que les lames d'eau soient assez laides nonseulement pour faciliter le renouvellement de l'eau, mais surtout pour que l'on puisse effectuer les nettoyages.

Dans les chaudières tubulaires ordinaires, la surface de chauffe totale est d'environ 30 fois la surface de grille, et 1/6* de cette valeur constitue la surface de chauffe directe : on ne peut guère compter avoir moins de 500^» d'eau pour recouvrir toute cette surface, ce qui donne 1 décimètre d'épaisseur autour de la surface de chauffe directe et 1 centimètre autour de la surface de chauffe tubulaire. Le chiffre de 500 + 250=750^« d'eau par mètre carré de grille est, par suite, un minimum correspondant aux chaudières tubulaires ordinaires. Avec ce volume, l'eau des chaudières serait renouvelée toutes les heures, et ce volume serait suffisant pour éviter de grandes oscillations de pression, surtout avec des feux bien conduits. Il résulterait d'une pareille réduction de la chambre à eau une diminution de 1.200^8 par mètre carré de grille, et une dimmution correspondante du volume total de la chaudière ; soit, en fin de compte, une diminution d'environ 20 p. 100 sur le poids total.

Avec les chaudières à tubes renfermant l'eau, comme les chaudières Bellevilley le poids d'eau peut être moins élevé, parce qu'il y a dans chaque tube ou dans chaque série de tubes entraînement d'eau par la vapeur sur des surfaces de chauffe situées bien au-dessus du point qu'accuse le niveau. Toute la question consiste d'abord à bien régler l'alimentation pour qu'elle se fasse d'une manière uniforme, et d'autre part dans la répartition régulière de cette eau entre tous les tubes.

N"" 58^ Chambre à, Tapeur et orllloe da tayaode vapeur; meilleiires dispositions à, adopter. — La chambre & vapeur a pour but de réduire à de faibles valeurs les variations de pression qui résultent de l'introduction intermittente dans les cylindres. La capacité de la chambre à vapeur n'est limitée que par les restrictions d'encombrement et de poids imposées à la chaudière. En principe, plus la chambre à vapeur est grande comparativement au volume de vapeur à dépenser par heure, plus elle est avantageuse. Avec une chambré à vapeur réduite, les différences de pression correspondant au commen-

THÉORIE DES CHAUDIÈRES, - No 58^ 75

cernent et à la fin de Tintroduction dans les cylindres, peuvent être assez sensibles pour déterminer des ébuUitions et même des projections d'eau. Rapporté au mètre carré de grille, le volume total du réservoir de vapeur est de 1"-^"**, 70 pour les chaudières à moyenne pression type haut, de !"•"'*, 51 pour celles dutype bas, et de l"-^"^65 pom- les chaudières cylindriques à haute pression, type haut. Ce volume est un peu faible pour les chaudières du type bas qui desservent des machines à allure rapide, car il s'y produit des entraînements d'eau toutes les fois qu'il faut pousser les feux un peu activement. En admettant une production de 8*' de vapeur par kilogramme de combustible, et en brûlant 90^» de charbon par mètre carré de grille et par heure, les chaudières fonctionnant à 3" de pression absolue fournissent par heure (table I du tome premier) :

0^-*\bSlkx Sx 90=^22" "\Q2S de vapeur.

Les chaudières fonctionnant à 5'* fournissent par heure :