PD

76 THÉORIE DES CHAUDIËRES. — N« 58.

Pour les chaudières type haut de la marine, on a D=:360'", P=r4 ^t, et par suite :

«•-=0,00133 X 360 X 4 4- 0,3=2-,215, soit 32 millimètres, qui est Tépaisseur adoptée par Tusine dlndrel.

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 Texécution du travail. Les inégalités de résistance prévenant des variations dans l'épaisseur du métal, ou de la mauvaise confection des coutures, déterminent d'abord la déformation, puis Técrasement ; or ces eHets 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 épsdsseurs seront proportionnelles aux carrés des diamètres et Ton pourra poser:

PD»= K« e*; d'où en posant * = g» «ssikD^P,

K* étant le rapport —5- pour un fourneau connu.

En partant de ce qui se fsdt en Angleten^e, 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'Indretpour 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 pai* 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 certame longueur, avec couture par un seul rang de rivets, on peut poser :

Et pour les fourneaux cylindriques construits comme ceux d'Indret (n* 60.).

««;^o,oo45Dv'P-f 0,3.

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

Tinuits et entretoises. Parois planes. — Lorsque les parois sont planes, comme dans les chaudières à moyenne pression, ou comme la façade et l'arrière 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, conrnie si la tôle n'avait par elle-même aucune résistance. — Soient:

/ l'espacement des tirante en centimètres.

d le diamètre des tirants en centimètres.

R l'effort en Kg par cm.c qae l'on peut faire supporter au tirant ayec sécurité.

P la pression exercée en Kg par cm.c,

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=500i« comme pour la tôle, on déduit de Tégalité cidessus :

Pour tenir compte de l'usure 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 V^ + 1 •

11 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, Tépaisseur 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 / est comprise entre 30*" et 40*" pour les tuants et entre 15"" et 20'^" pour les entretoises qui sont dans des lames d'eau étroites.

Les deux formules ci-dessus, appliquées aux chaudières cylindriques d'Indret,

n THÉORIE DES aUiaNÊRIS. - N» 58.

type haut^pour lesquelles l^s=iZk x 35 pour les tirants, IrsSO pour les entretoises et PsM, donnent :

Pour les tirants i?=;V%û5; le oonstructeur a fait <fs=5*%û. Pour les entrotoises (f=3*",00 \ le constructeur a fait cf= 3'",0.

Le diamètre donné aux entretoîses eorrespond bien aux résultats de la formule ci-des3us ; mais il y a un écart coasMécable pour les tirants. D*après le diamètre de ô"",0, et en supposant que Ton ait aîouté 6»" pour Fusure, la formule employée par Indret serait ; rf-^ss 0,064 /^P 4- 0,6^ c'est-à-dire que la résistance des tirants a été prise inférieure à celle 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 Tespacement des points d'appui par la pression exercée sur l'unité de longueur de cet espacement, ce qui se traduit par la relation :

/•P = e*K«; d'où en posant A«=^,, e-=/f/\/P»

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 i^ésistance réelle de la tôle que de la manière dont elle travaille sous l'influence de la pression de la vapeur. Dans des expériences faites 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 cmx. Il fut constaté qu'aucune entretoise ne s'était rompue; mais que la tôle, qui s'était bombée de l'une à l'autre, avsùt 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'effort qui produit la rupture ; la valeur

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de k à employer devra donc être de 0,01 v/7 =0,026 ; par suite, «n ajoutant 3"" pour l'usure, on aura :

épaisseur des faces planes e""=0,026lV^P + 0,3.

Cette formule appliquée aux chaudières cylindriques ôHIndret 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 Ton ait ajouté 3'"" pour l'usure.

HT 58^ Conditions d'établissement des chaudièpes 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 résistance de la chaudière ; il faut, par suite, que la tension de la vapeur s'élève au delà 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.

S» En apportant le plus grand soin à la construction ^es chaudières, et principalement à la confection des coutures, et en ne condant, 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.

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

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

ù'' 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*étre baignées, lors même que des causes accidentelles viendraient momentanément suspendre l'alimentation.

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

çon que le reDouvellement de l'eau en contact avec les surfaces de chauffé se 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.

lO"" 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 Grand 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 tubulaire, comme les chaudières BellevUle^ sont dans les meilleures conditions. On ne pourrait s'en rapprocher, avec les chaudières tubulaires ordinaires, 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.

N^ 58^ Résumé de» disposltioiui les plus aTaatan^eiises a adopter pour les chaudières. — 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 cylindiiques tubulaires ordinaires, ou bien aux chaudières à tubes renfermant l'eau, ou enfin aux chaudières à faisceau tubulaire, système BellevUle. 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 ramélioration 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* 51^) ; 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*lie, 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 tirage si le diamètre des premiers tubes était suffisamment grand. Il 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 moins 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 VAilas^ on a :