Chandiàres à tubes de lamée. — Créé par Séguin en

1827 pour la locomotive (voy. % 10), le générateur à tubes de fumée est, en outre, d'un usage fréquent dans la marine; on l'emploie aussi dans les locomobiles et dans des installations fixes.

Les parties essentielles de la chaudière ordinaire de locomotive [fig. 215) sont le foyer, en cuivre ou en acier (construction américaine) , la boite à feu, qui l'enveloppe, le corps cylindrique, traversé par les tubes, qui débouchent dans la boite à fumée. Grâce au tirage forcé produit par la vapeur d'échappement, on arrive à brûler 500 kg de houille, et même davantage, par heure et m' de grille, et on obtient une

PRODUCTION DE LA VAtStH 349

abondante production de vapeur dans une chaudière dont

la surlace de grille est généralement comprise entre 2 et

3 m^ et dont la surface de chauffe dépasse rarement 220 m* ^. Les formes et les proportions des diverses parties de la

chaudière sont commandées par les nécessités de leur installation sur la locomotive.

Les faces parallèles du foyer et de la boîte à feu sont reliées par des entretoises en cuivre ou en acier doux ; ce dernier métal est employé surtout en Amérique. C'est la consolidation du ciel de foyer qui donne lieu aux détails de construction les plus variés ; il est raidi par des armatures longitudinales ou transversales, rattachées ou non au berceau cylindrique de la boîte à feu, ou bien il est directement entretoisé avec la boîte à feu 2.

Les locomobiles et les machines demi-fixes ont souvent une chaudière analogue à celle des locomotives. On emploie aussi ce même type de générateur pour des installations fixes. La mise en place en est commode mais la complication de formes n'est pas alors bien justifiée. Aussi des types d'exécution plus facile sont en général préférés, notamment la chaudière à bouilleurs dite semi-tubulaire (fig. 216); les deux bouilleurs sont directement chauffés par le foyer, puis par les gaz chauds, qui circulent ensuite autour du grand corps cylindrique, et enfin à travers les tubes.

La figure 217 représente une chaudière du type Tischbein, très répandu en Allemagne, à foyer intérieur et surmontée d'un corps tubulaire. Parfois, comme c'est le cas de la figure, il y a deux niveaux d'eau différents, le corps inférieur n'étant pas complètement rempli. La règle qui consiste à soustraire à l'action de la chaleur les tôles en contact avec la vapeur n'est pas observée : mais le corps inférieur est chauffé extérieurement par les gaz qui ont traversé les tubes et se rendent à la cheminée, gaz qui doivent être suffisam-

* Il s'agit ici des proportions courantes en Europe. Certaines locomotives américaines ont des dimensions bien plus grandes.

Pour plus de détails sur la chaudière de locomotive et ses dispositions diverses voir « La machine locomotive », par Ed. Sauvage,

4 éd. (Paris, 190i, Déranger).

PItODUCTION DE LA VAPEUR 351

ment refroidis pour que cette dérogation â la règle n'ait pas d'inconvénients.

Il d'alimentation eat envoyée dans le corps supérieur;

352 MAKDBL DB LA UACHIKK A VAPEUB

dès qu'elle y dépasse son niveau normal, elle tombe, par un tube vertical, dans le corps inférieur, où une alimentation de accours permet l'envoi direct de l'eau. Un gros tube vertical donne issue à la vapeur produite dans le corps infé-

Pig. HT. — Chaudière du type Tischbein, a'

d'ea

rieur. Le corps supérieur sert principalement de réchauffeur et la vaporisation y est pou active.

On peut aussi installer des lulics dans le prolongement du foyer cylindrique d'une chaudière de Cornouailles, en raccourcissant d'autant ce foyer. Une combinaison analogue se voit dans la chaudière Farcot {fig. 218), disposée pour per-

mellre le retrait aasez facile du foyer et des tubes, en démontant les boulons de deux grands joints à bride, poP" tant sur des cornières aux deux extrémités du corps cylindrique inférieur.

Le foyer intérieur peut aussi communiquer avec une chambre, d'où les tubes parlent en retour, {fig. 219) : une boite à fumée en tôle entoure la porte de chargement. Tout le système interne adhère seulement au fond antérieur de la chaudière, de sorte que les dilatations en sont assez libres.

3S4 HANVGL DE LA UAGHIKE A VAPBITR

En rattachant le fond de H ch ludiere iu corps cylindrique par un grand joint à brides facile a démonter, on

permet la visite et le nettoyage du faisceau intérieur, sujet à l'enta rtrement.

PRODUCTION DB LA TAFBtTIt

quelque aorte classique, avec foyeracylindriques intérieurs, surmontés de tubes en retour, le tout placé dans un grand cylindre avec deux fonds plats; la dislance entre les faces

planes est souvent inférieure au diamètre. Cette chaudière est parfois désignée par le nom de chaudière écossaise.

Le foyer et les tubes s'emmanchent sur des boites à feu ou chambres de combustion, dont les parois sont entreloiaées entre elles, avec la surface cylindrique extérieure et avec le fond plat de la chaudière.

De petites chaudièrea peuvent n'avoir qu'un foyer; sou-

à5& MAMIEL de la ÛACHIKE a VAPEUIl

vent elles en ont deux (flg. 220) et trois (fig. 221); quelquefois une seule chaudière contient quatre foyers [fig. 222). Ces foyers, pour les hautes pressions, sont à profil ondulé du système Fox ou autre analogue, beaucoup plus résistant que le cylindre uni.

En accolant dos à dos deux de ces chaudières, on peut supprimer les fonds qui se touchent, et même les parois voisines des boites à feu (fig. 323). On obtient ainsi les chaudières doubles, avec portes de chargement sur les deux faces

Le diamètre des chaudières marines atteint et dépasse 5 m. Aussi, avec les fortes pressions de 12 et 14 kg par cm*,

arrive-t-on à des épaisseurs de tôle de 30 et 40 mm, bien qu'on fasse travailler le métal à une charge assez forte par mm'. Pour les foyers intérieurs, ce n'est pas sans inconvénient qu'on dépasse le diamètre de 1 m; c'est pourquoi on préfère souvent quatre foyers de petit diamètre à trois plus grands.

Les boites â fumée, munies de portes de visite, sont rapportées devant le débouché des tubes, sur la façade de la chaudière, au-dessus des portes de foyer [fig, 224). Des conduits en tôle raccordent les boites à fumée à la cheminée.

109. Tubes de fumée. — Le diamètre intérieur des tubes est de 40 à 45 mm dans les chaudières de locomotives, et de 60 à 80 dans les chaudières marines et les grandes chaudières fixes. Ils sont en for ou en acier doux. Pendant longtemps on a employé le laiton, souvent avec un bout soudé en cuivre rouge du côté du foyer.

Fig. 225. — Coupe d'un tube à ailettes.

Gomme c'est la surface de chauffe en contact avec les gaz du foyer, beaucoup plus que celle baignée par l'eau, qui détermine la quantité de chaleur absorbée par la chaudière,

on a augmenté la première surface en munissant les tubes d'ailettes intérieures (fig. 225).

Certaines expériences ont montré que la surface de chauffe ainsi obtenue avec des ailettes était aussi efficace que la même surface de tubes lisses. Il convient que le diamètre intérieur de ces tubes à ailettes ne descende pas au-dessous de 60 ou 65 mm, pour éviter l'obstruction par les escarbilles.

Sur la plaque tubulaire, les centres des tubes sont rangés en lignes droites; les centres de deux rangées voisines sont alternés de manière à former une série de triangles équilatéraux (c'est du moins la disposition usuelle dans les locomotives). L'épaisseur de métal ne doit pas être trop réduite entre deux trous (par exemple ne pas descendre audessous de 20 mm pour des trous de 50 mm). Les rangées de tubes sont horizontales ou verticales, cette dernière disposition paraissant faciliter le dégagement de la vapeur. Dans les chaudières marines, les tubes forment souvent à la fois des rangées verticales et horizontales.

Les tubes doivent être ramonés très fréquemment, soit avec un écouvillon, soit à l'aide d'un jet de vapeur envoyé par une lance à tuyau flexible.

L'assemblage des tubes dans les deux plaques tubulaires est une opération d'importance capitale : on a heureusement pu obtenir des joints étanches par des moyens très simples. On applique fortement le tube, en l'évasant, contre la paroi du trou percé dans la plaque. Cette opération se fait à l'aide de l'outil appelé, du nom de son inventeur, dudgeon; il consiste en galets entraînés par une broche centrale, légère-

ment conique, qu'on fait tourner, tout en l'enfonçant progressivement pour écarter les galets. Pour correspondre exactement au dudgeon, le trou est également conique. Toutefois, quand la tenue des tubes n'est pas exceptionnellement difficile, on obtient un montage suffisant avec un trou cylindrique.

Fig. 226. — Montage de tube de chaudières des locomotives des chemins de fer de l'Est ; le tube, rétréci du côté du foyer, est agrandi du côté de la boîte à fumée. La bague ou virole est appliquée habituellement du côté du foyer (à gauche) seulement.

Le montage est complété d'habitude par une rivure ou un sertissage du tube formant un bourrelet extérieur (fig. 226). Une bague ou virole conique enfoncée à l'entrée du tube, consolide l'assemblage et permet de le resserrer au besoin. On peut souvent se dispenser d'en placer, surtout à l'extrémité de sortie des gaz.

Les tubes sont des tirants qui entretoisent les plaques tubulaires; dans les chaudières marines, certains tubes, plus gros que les autres, sont vissés dans les plaques ou serrés par des écrous; on les nomme tubes-tir ajits. Il faut remarquer que les tubes se dilatent plus que l'enveloppe extérieure et commencent par pousser les plaques avant de les maintenir : ce n'est qu'après le bombement de ces plaques qu'ils peuvent travailler comme tirants.

Les tubes Bérendorf, employés dans certaines chaudières fixes, ont un simple emmanchement conique aux deux bouts, de manière à être facilement démontables, les cônes des deux

extrémités étant dirigés dans le même sens. Une plaque de sûreté les maintient en place quand la chaudière est en pression.

110. Chaudières à tnbes d'eau : tubes rectilignes. — En plaçant Teau à Tintérieur des tubes, on rend inutile le grand corps de chaudière que traversent les tubes à fumée. Par contre, les pièces qui raccordent les extrémités des tubes d'eau sont souvent compliquées. Le volume d'eau peut être réduit, ce qui active la mise en pression et diminue les effets mécaniques d'une explosion *.

Les dispositions de ces chaudières sont très variées; on peut ranger dans une première catégorie celles qui sont composées de tubes rectilignes, généralement assez gros (8 à 10 cm de diamètre extérieur).

Les tubes de la chaudière Bellevilie (fig. 227) font communiquer le collecteur inférieur G et le collecteur supérieur G. Ils sont assemblés en un certain nombre d*éléments. Chacun de ces éléments se compose de deux rangées verticales de tubes, formant une conduite unique repliée sur elle-même. Le premier tube part du collecteur inférieur; les différents tubes de l'élément communiquent par des boîtes de raccord, dans lesquelles ils sont vissés; le dernier tube débouche dans le collecteur supérieur. Un certain nombre d'éléments pareils sont disposés au-dessus de la grille, aussi longue que les tubes. La grille et les tubes qui la recouvrent sont installés dans une enceinte en cornières et en tôles garnies de briques. Les communications des tubes se trouvent en dehors du courant chaud.

Les deux collecteurs sont réunis extérieurement par un conduit vertical. En outre, un récipient vertical communique par de petits tuyaux avec le haut et le bas de la chaudière. Ce récipient porte un tube indicateur au niveau de l'eau, et renferme un flotteur qui règle automatiquement l'alimenta-

* Ces chaudières à tubes d'eau sont parfois dites multitubulaires.

Fii( 227 — Générateur Belleville, avec réchaufleur d'eau d'alimentation La chaudière propremeni dite est formée des éléments AA, entre les collecteurs G et 6, réunis en outre par un tube de communication extérieur, non visible sur la figure, qui montre le récipient perlant le (ube de niveau d'eau et contenant le flotteur régulateur d'alimentation. Les tubes supérieurs BB consiituenl un rëchaulfeur. Le tuyau d peut donner des jets de vapeur pour mélanger l'air et les gaz combustibles.

tion . Le niveau de Peau dans ce récipient est en dessous des rangées supérieures de tubes.

Le conduit vertical qui réunit les deux collecteurs est prolongé à sa partie inférieure pour former un déjecteur, destiné à recueillir les dépôts solides abandonnés par l'eau d'alimentation, qui pénètre au milieu de la vapeur, dans le collecteur supérieur. Un robinet d'extraction permet de faire écouler les dépôts boueux. Il importe, en effet, de réduire autant que possible les incrustations dans les tubes. Des bouchons démontables, montés sur les boîtes de raccord, permettent de racler l'intérieur des tubes pour enlever ces incrustations.

La vapeur, qui se forme surtout dans les tubes inférieurs, les plus chauffés, doit parcourir tous les tubes de l'élément avant de se dégager dans le collecteur supérieur. La présence de la vapeur dans les tubes les expose à souffrir de la chaleur, quand on force par trop la production. Cependant les générateurs Belleville sont très répandus et fonctionnent depuis longtemps d'une manière satisfaisante.

Des chicanes en tôle, dans le collecteur, sont destinées à séparer de la vapeur l'eau entraînée. En outre, on réduit la pression à l'aide d'un détendeur; souvent aussi la vapeur traverse un faisceau de tubes sécheurs, sur le parcours des gaz chauds.

Pour activer la combustion, on fait usage de petits jets de vapeur entraînant une lame d'air au-dessus de la grille. Des ouvertures dans les parois extérieures permettent le ramonage des tubes à l'aide d'une lance à jet de vapeur. Un registre automatique, commandé par un piston pressé par la vapeur, modifie Je tirage suivant la pression.

Dans les autres chaudières formées de gros tubes rectilignes, les tubes ne sont pas réunis de manière à constituer des circuits; ils sont traversés par des courants parallèles et distincts. Dans chaque élément du générateur Belleville, les tubes sont montés en temiony tandis que les collecteurs

de la plupart des autres types sont réunis par tubes groupés en quantité. Par suite de cette disposition, les tubes sont tous inclinés dans le même sens; ils sont habituellement plus longs que dans le générateur Belleville ; la grille n'existe que sous la partie antérieure du faisceau de tubes; des chicanes dirigent les gaz chauds autour des tubes, en empêchant l'écoulement direct vers la Cheminée.

Les pièces, qui établissent la communication entre les tubes, sont tantôt de petits raccords séparés, comme dans le générateur Belleville, tantôt des conduits sur lesquels se branchent tous les tubes d'une rangée verticale; enfin tous les tubes peuvent s'assembler, à chaque extrémité, sur une sorte de caisse plate en tôle, dont les deux faces planes sont entretoisées.

Des tampons démontables permettent la visite intérieure de chaque tube; des ouvertures dans l'enveloppe extérieure en maçonnerie servent au ramonage de leurs surfaces extérieures à l'aide d'un jet de vapeur.

Souvent la dimension du collecteur supérieur est assez grande : il constitue un corps cylindrique à moitié plein d'eau; tantôt il est complètement soustrait à l'action des gaz chauds; d'autres fois il est chauffé par les gaz qui ortt traversé le faisceau de tubes.

On désire généralement obtenir dans ces générateurs une circulation d'eau active, qui augmente la production de vapeur et maintient toujours les appareils à une température relativement basse. Si au contraire l'eau ne circule pas d'une manière continue, la vapeur forme des sortes de poches et se dégage difficilement par les communications souvent étroites des tubes; l'eau vient remplacer la vapeur par intermittences, tandis qu'un courant d'eau rapide se charge de bulles de vapeur en proportion régulière. Beaucoup de chaudières de ce genre peuvent se ramener à deux types principaux : dans le premier type (fîg. 228), les tubes inclinés communiquent, par leur extrémité la plus

basse, avec un collecteur inférieur, et par leur autre extrémité, avec le collecteur supérieur; les deux collecteurs sont reliés en outre par un ou deux gros tubes de retour, non chauffés. Dans le second type, le collecteur inférieur n'existe plus (fig. 229); les tubes communiquent de même par leurs deux bouts avec le collecteur supérieur. La pre-

Fig. 228. — Chaudière à tubes d'eau avec collecteur inférieur et tube de retour.

Fig. 229. — Chaudière à tubes d'eau sans collecteur inférieur ni tube de retour.

mière disposition a pour objet de mieux assurer l'arrivée de l'eau dans les tubes inférieurs, les plus chauffés.

La circulation de l'eau dans les chaudières a donné lieu à de nombreuses discussions. En général, l'eau et la vapeur s'élèvent dans les parties chauffées, et le courant d'eau descendant se fait par des communications peu ou pas chauffées. Il convient que les sections de passage soient en chaque point suffisantes, mais sans excès. On doit éviter autant que possible les coudes brusques, qui opposent une résistance au mouvement des fluides.

Dans certains cas, la circulation se fait bien tant que la production n'est pas forcée au delà d'une certaine limite; mais avec une vaporisation plus active, la circulation

PnODUCTION DE LA VAPEUR 367

s'arrête, la vapeur se dégage en sens inverse du courant,

et certains tubes momentanément vides d eau sont exposes à atteindre une température beaucoup trop élevée

La figure 230 donne un exemple de chaudière avec lecteur inférieur et tubes de retour extérieurs.

Les tubes du générateur Babcock et Wilcox (fig. 23() c muniquent directement par leurs lieux bouts avec le col

e 4>,9ao m sur 90 n

leur supérieur. Il en est de même dans le générateur Heine (lig. 232), où fa communication se fait par deux caisses plates ou lames d'eau; les deux grandes faces parallèles de chaque caisse sont réunies par des entretoises placées entre les tubes-

Les chaudières de cette catégorie sont employées sur mer, principalement par les marines militaires, qui recherchent surtout la légèreté des appareils, avec des pressions

XCBL DB LA :

très élevée», atteignant 30 kg par cm*. La chaudière Belleville notamment a été appropriée â cet emploi.

. 111. OundUrH â tabn d'un : tobea cintrA*. — Des tubes

de petit diamètre (25 mm â l'intérieur dans certaines chau-

Fig. S33. — Chaudière Normand; coupe longitudinale.

dières) se cintrent facilement, et le cintrage évite les coudes avec raccords spéciaux; ces tubes sontmandrinés dans des corps en tôle. Les marines militaires ont fait récemment d'importantes applications de ces chaudières express. La chaudière Normand (fig. 233 et 23fc) est formée d'un corps cylindrique supérieur et de deux corps inférieurs réunis par une série de tubes minces et par de gros tuyaux exté-

rieurs de retour. En cintrant convenablement les tubes des rangées extrêmes, on les amène au contact, de manière à former des cloisons autour du faisceau, sur la face extérieure et du côté de la grille- Ces cloisons et des murs en briques

Fig. 234. — Chaudière Normand; coupe Iransversale. !e de ^|]e - . . . . . 3fi0 m* Poids de Tappareil, avec toute

Ptesaion eirectiiE

boite i fumés. bHqi»

Poids totïl aviM: eau

ramènent les gaz chauds du côté des portes de chargement en les faisant circuler autour des tubes. Les derniers types de chaudières Dutemple présentent des dispositions analogues. Les tubes vaporisateurs de la chaudière Thornycroft (fig. 235) débouchent au-dessus du plan d'eau du collecteur supérieur, ce qui n'empêche pas la circula' tion. Le tube de retour est indispensable pour que l'eau

puisse accéder à ces tubes, tandis que, dans certaines

autres chaudières, il a pu être supprimé, le retour d'eau

36 faisant par la portion du faisceau la moins chauffée. Certains générateurs fixes ont des dispositions analogues,

F g 236 — Chaud ère St rllng

pir exen pie celu de St ri ng (f g 36] ma s les tubes ont un plus gros d ametre 8^ mm

La plus petite section de tube se trouve dans le cuneux générateur Serpollet ( fig. 231) dont la capacité est extrêmement faible, l'eau circulant dans une fente étroite au milieu

d'un gros tuyau chaurTé. Une pompe alimentaire y refoule

l'eau, qui se vaporise immédiatement; un excès de pression assez considérable est nécessaire pour ce refoulement La vapeur est surchauffée a la sortie du tube Cette chaudière est empiojee pour des voi-

tures automotrices, sur

routes ordinaires et sur rails.

113- Cbandiàrea à tubes concentrique B. — Le tube Field [Sig. 239), fermé ii une extrémilé, ne présente qu'un seul assembla{,'e, conique, avec la plaque qui le porte : cet assemblage est simple, et la pression de la vapeur le resserre. Un petit tube intérieur, ouvert aux de

mplace la vapci

Fi g. 338. — Chaudière Field.

>outs, est destiné à amener formée. L'accès de l'eau par le tube central peut être gêné par le dégagement de la modifié pour séparer les courants (fig. 239).

La chaudière Field (fig. 238) est cylindrique et verticale, avec un foyer intérieur : les tubes pendent verticalement au-dessous du ciel de foyer. Les gaz s'échappent par une cheminée centrale.

Malgré l'obturateur suspendu au centre pour diriger les gaz autour des tubes, ils sont souvent encore très chauds dans la cheminée, qui se trouve portée à une température trop élevée dans la partie qui traverse la vapeur.

Le générateur Niclausse (fig. 240), employé à terre et sur mer, a des tubes concentriques presque horizontaux, qui débouchent dans deux lames d'eau verticales, séparées par une cloison, de manière à diviser les courants ; ces deux lames aboutissent au collecteur placé à la partie supérieure.

113. Réchanffeurs. — La température de l'eau d'alimentation des chaudières est généralement de 30 à 40S si elle est prise dans un condenseur, et de 5 à 20®, quand elle vient de l'extérieur. Elle doit être chauffée, puis vaporisée. En la faisant circuler dans un réchauffeur, c'està-dire dans une sorte de chaudière supplémentaire placée dans le courant des gaz encore chauds qui se rendent à la cheminée, on commence réchauffement de l'eau aux dépens de chaleur autrement perdue. Mais si la chaudière proprement dite a une grande surface de

Fig. 239. — Tube Field, avec séparation des courants, de Montupet ; l'eau entre dans le tube central par une ouverture latérale ; la petite plaque placée à la partie inférieure est destinée à empêcher l'entrée de vapeur dans le tube central.

chauffe, les gaz qui la quittent sont

déjà assez fortement refroidis, de sorte que le réchauffeur,

dont l'installation est coûteuse, tout en produisant un cer-