NUEL DE LA UACHINE

tain effet utile, n'est pas très efficace. Quand on fait les Trais de l'installation du rechauffeur, on peut en profiter pour diminuer la surface de la chaudière proprement dite.

; coupe ioTiRiludïiiale (d'après le

s dispositions prévut'S pour

ischaque tube etledËgaKCment de la vapeur).

Certains types de chaudières comportent des bouilleurs qui constituent de véritables réchauffeurs, et réalisent la circulation méthodique de l'eau, en sens inverse du courant

L'installation la plus logique, pour la bonne utilisation de la chaleur, comprendrait successivement, à partir du foyer, une chaudière proprement dite ou vaporisateur, avec une surface de chauffe relativement restreinte; un surchauffeur, s'il y a lieu; un réchauffeur d'eau; enfin un réchauffeur de l'air servant à la combustion. Les gaz rejetés seraient alors trop froids pour le tirage naturel, et on devrait employer un ventilateur.

Les réchauffeurs sont habituellement formés de tubes d'eau; ces tubes sont parfois en fonte (économiseurGreen).

Pendant la marche normale, il ne doit pas se former de vapeur dans un réchauffeur; mais cette formation est toujours possible, quand la consommation des machines s'arrête ou se ralentit. Pour éviter les accidents, le réchauffeur doit être muni de soupapes de sûreté, à moins qu'aucune fermeture ne permette de l'isoler de la chaudière; même sans production de vapeur, la dilatation de l'eau suffirait pour causer la rupture d'un récipient clos hermétiquement.

Ordinairement le réchaufifeur peut être mis hors circuit par un jeu de registres, pour le cas de réparation.

Avec les machines à échappement dans l'atmosphère, on échauffe facilement l'eau jusqu'à une température voisine de 100®, à l'aide d'une partie de la vapeur d'échappement. On la condense directement dans l'eau à chauffer, ou mieux, pour éviter l'entrée dans la chaudière des matières grasses, dans un faisceau tubulaire, analogue à un condenseur à surface. L'injecteur à vapeur d'échappement (§ 69) chauffe l'eau par condensation directe.

Lorsqu'on ne juge pas opportune l'installation d'un réchauffeur, au lieu d'envoyer directement dans la chau. dière l'eau relativement froide, on peut la chauffer au préalable aux dépens de vapeur prise à la chaudière. Au point de vue du nombre de calories dépensées, il n'y a pas de différence dans les deux modes de procéder : c'est toujours l'eau chaude ou la vapeur de la chaudière qui échauffent l'eau. Mais le chauffage préalable est avantageux, en

évitant aux tôles de la chaudière le contact momentané de Teau froide, qui produit des contractions nuisibles; il semblerait même que, dans certains cas, il augmente la production de la chaudière, sans que la raison en soit bien apparente. L'emploi de Tinjecteur produit de même un chauffage préalable de l'eau à l'aide de la vapeur.

Les chaudières marines doivent être alimentées à l'eau douce, d'où nécessité, quand on a épuisé la réserve d'eau douce du bord, de distiller l'eau de mer pour réparer les fuites, toujours plus importantes qu'on ne le supposerait. Dans Vévaporateur Weir, l'eau de mer à distiller est chauffée par iin faisceau tubulaire qui reçoit de la vapeur prise au premier réservoir intermédiaire de la machine (à triple expansion). L'eau qui provient de la condensation de cette vapeur retourne à l'alimentation. La vapeur que donne l'eau de mer est envoyée au second réservoir intermédiaire de la machine, et entre ainsi dans le circuit général. Quand l'eau soumise à la distillation devient trop riche en sels, on la rejette au dehors. Cette combinaison produit une vaporisation économique : on arrive à ne pas brûler plus de 35 kg de houille pour obtenir un mètre cube d'eau douce.

114. Snrchanffeors. — Les surchauffeurs consistent en faisceaux de tubes dans lesquels circule la vapeur. Us sont montés dans les carneaux des chaudières, et parfois au-dessus d'un foyer spécial, auprès de moteurs très éloignés des générateurs, ou quand l'installation en est faite après coup. Pour bien fonctionner, ils doivent être placés dans un courant de gaz encore suffisamment chauds, vers le milieu de leur parcours. En les mettant trop près du foyer, on risquerait de les avarier. Il convient qu'ils puissent être mis hors circuit en cas de fuite.

115. Essais de chaudières. — Seuls des essais permettent d'apprécier exactement la valeur d'un type de générateur, les meilleures conditions de marche, les soins apportés à

la conduite. Suivant le degré de précision qu'on désire obtenir, ces essais exigent des précautions plus ou moins grandes.

Pour un essai complet, il faut non seulement peser le combustible brûlé, mais en déterminer le pouvoir calorifique : on sait ainsi quel est le nombre des calories que dégagerait dans le foyer une combustion parfaite. Si on mesure d'autre part la quantité d'eau vaporisée, en relevant la température de l'eau d'alimentation, et la pression de la vapeur produite, on connaît le nombre des calories utilisées. Si la vapeur n'est pas sèche, il faut savoir quelle proportion d'eau elle entraîne : avec certains types de générateurs, qui donnent de la vapeur très humide, on commettrait une erreur importante en la supposant sèche. Si la vapeur est surchauffée, on en mesure la température.

En rapprochant les deux quantités ainsi relevées, le nombre des calories disponibles et celui des calories utilisées, on connaîtra le rendement pratique de l'appareil ; mais il est intéressant de savoir ce que deviennent les calories non utilisées.

D'abord une partie du combustible peut échapper à la combustion : on retrouve dans les cendres de petits morceaux non consumés, et la cheminée reçoit des gaz combustibles, oxyde de carbone et hydrocarbures. Surtout avec le tirage forcé, le combustible solide peut aussi être entraîné dans la cheminée. Le nombre des calories produites se troïive ainsi réduit.

La chaleur perdue se trouve surtout dans les gaz chauds rejetés dans la cheminée ; en jaugeant le poids ^ et en relevant la composition et la température de ces gaz, on peut calculer le nombre des calories ainsi emportées. 11 convient aussi de tenir compte de la chaleur employée pour vaporiser l'eau mélangée au combustible, parfois en notable pro-

* Le débit en poids se déduit du débit en volume, estimé d'après la vitesse des gaz.

380 MANUEL DE LA MACHINE A VAPEtR

portion. Enfin des calories, en nombre assez important, se

Flj;. 2il, — Représentation des résullals des essais de plusieurs chaudi&res, exécutés à l'exposition de Francfort en 1894. Le diagramme montre, pour aept essais, la division, en cenliémes, du pouvoir caloriliqui! du combustible en quatre parles : celle qui est utilisée (6i à 79 p. 100) : celle qui est emportée dans la cheminée; celle qui correspond au combustible non brûlé ; enGn celle qui est perdue extérieurement. La partie Inférieure du diagramme fait voir l'excËs d'air mélangé aux gaz de la combustion & la sortie du foyer et dans la cheminée ; on voit que certaines chaudières donnent lieu a de fortes rentrées d'air, La vaporisation moyenne par mètre carré de surface de chauffe et par heure est aussi donnée.

dissipent par rayonnement et par conductibilité : la quantité de chaleur ainsi perdue est difficile à mesurer ; on la calcule généralement par différence.

Des représentations graphiques, comme celle de la figure 241, montrent clairement remploi de la chaleur disponible dans le combustible. On a représenté, sur cette figure, les excès d'air à la sortie du foyer, et dans la cheminée : on voit qu'il se produit dans le trajet des rentrées d'air importantes.

La chaudière doit se retrouver à la fin de l'essai dans le même état qu'au commencement, c'est-à-dire avec la même quantité d'eau, la même pression, le même poids de combustible sur la grille, au même état d'ignition. L'appréciation du poids et de l'état du combustible risque d'être peu précise : il convient donc que la durée de l'essai soit longue pour que les erreurs d'estimation n'aient pas une trop grande influence.

En donnant les résultats des essais de chaudières, on indique le plus souvent le poids vaporisé par un kilogramme de combustible ; parfois on indique un poids fictif, en supposant que Peau est prise à 0<* et vaporisée à 100** ou bien prise à 100** et vaporisée sous cette même température : on calcule ces poids fictifs en admettant que le nombre de calories reçues par l'eau reste le même que dans l'opération effectivement faite. 11 importe de ne jamais omettre la mention exacte de la manière de compter qu'on adopte.

116. Comparaison des générateurs. — Des chaudières de types différents peuvent être considérées comme presque équivalentes, si elles sont bien proportionnées, et il est assez rare de trouver des formes qu'on puisse déclarer en principe nettement supérieures. La production d'un générateur dépend avant tout de l'appareil de combustion, caractérisé, avec les dispositions usuelles, par l'étendue de la grille, pourvu que le régime de la combustion soit connu. Le foyer doit être disposé pour que la combustion soit com-

3S2 MASUKL DE LA MACHI5E A TAPKCB

pléte et se fasse à température élevée sans être excessive.

Une fois la chaleur produite, elle doit être recueillie sur une surface de chauffe suffisante; toute la surface de chauffe n'est d'ailleurs complètement utilisée que si le courant gazeux la parcourt effectivement ; il importe aussi d'éviter la rentrée de Tair froid, qui absorbe inutUement la chaleur.

A rintérieur même de la chaudière, il convient que la vapeur se dégage facilement, et soit immédiatement remplacée par l'eau : sous ce rapport, certains générateurs laissent à désirer. Une circulation rapide de l'eau est avantageuse.

Les volumes d'eau et de vapeur, pour une même surface de chauffe, varient beaucoup d'un type à l'autre : un grand volume d'eau rend la production régulière, et la conduite facile; un faible volume permet une mise en pression rapide.

L'emplacement occupé et le poids du générateur sont des éléments qui ont parfois une grande importance. Les prix varient souvent d'un type à l'autre pour des appareils équivalents.

117. Alimentation. — Alimenter une chaudière, c'est remplacer Teau qui s*y vaporise. Dans certains cas, on emploie pour ralimeniation Teau tiède rejetée par la pompe à air du condenseur, eau qu'on débarrasse difficilement de toute trace de matières grasses nuisibles dans les chaudières.

Pour pénétrer dans la chaudière, l'eau doit en surmonter la pression effective. Avec une pression effective de 10 kg par cm', le travail nécessaire élèverait l'eau à la hauteur de 100 m ; c'est une dépense de 100 kgm par kilogramme d'eau. Si la machine motrice desservie par cette chaudière dépense 10 kg de vapeur pour produire un cheval-heure ou 270.000 kgm, le travail utile correspondant de l'alimentation sera de 1000 kgm, c'est-à-dire 0,37 p. 100 du travail produit. En réalité, à cause des frottements de l'eau et des appareils, l'alimentation consomme un travail plus grand.

Elle est continiAe lorsque la vapeur qui sort de la chaudière est constamment remplacée par un poids d'eau égal, et discontiniœ lorsqu'elle se fait par intermittences. L'alimentation à peu près continue est nécessaire pour les générateurs qui ne contiennent qu'un très petit volume d'eau : en ce cas, elle peut être régularisée par un appareil automatique, comme dans le générateur Belleville. L'alimentation discontinue exige des appareils capables de donner par moments un débit supérieur à la dépense moyenne : il est d*ailleurs utile que la puissance des appareils d'alimentation soit, dans tous les cas, largement calculée.

L'alimentation des chaudières se fait au moyen de pompes, de bouteilles alimentaires ou d*injecteurs.

Une soupape de retenue (obligatoire en France) est utile au point où le tuyau d'alimentation pénètre dans la chaudière.

L'eau d'alimentation est le plus souvent envoyée au milieu de la masse d'eau contenue dans la chaudière ; mais on peut aussi la faire pénétrer dans la vapeur, qui l'échauffé plus rapidement.

La commande directe d'une pompe alimentaire par un moteur est facile, lorsque la vitesse de rotation n'est pas grande. La pompe est à piston plongeur, avec soupapes métalliques. Pour des rotations rapides, comme celles des essieux de locomotives, le fonctionnement de la pompe devient difficile, et les chocs sur les soupapes sont parfois très forts; on les réduit en donnant aux soupapes une très faible levée : afin d'obtenir une section de passage suffisante, il faut alors en augmenter le diamètre et les multiplier.

La marche de la pompe devient encore plus difficile quand elle doit prendre de l'eau portée à une température élevée par la vapeur d'échappement : l'eau bouillante ne peut être aspirée, puisqu'elle dégage de la vapeur qui a la tension de l'atmosphère, et la pompe doit être montée en charge, de sorte que l'eau y coule par son poids.

La commande directe de la pompe alimentaire par le

moteur principal, outre la difficulté de fonctionnement aux grandes vitesses, ne permet pas Talimentation pendant les arrêts, et la pompe marche inutilement quand la chaudière n'a pas besoin d'eau; dans ce cas, Teau aspirée est renvoyée à la bâche, ou bien le conduit d'aspiration est fermé par un robinet. Ces motifs font préférer généralement, pour les grands appareils, la commande de la pompe par un moteur spécial ou petit cheval. La commande rectiligne, sans mouvement de rotation, est commode pour ces machines; mais souvent elles consomment beaucoup trop de vapeur. Si le travail de Talimentation, frottements compris, exige 0,6 p. 100 du travail total produit, et si le petit cheval consomme par cheval-heure cinq fois plus de vapeur que le moteur principal, l'alimentation dépense 3 p. 100 de la vapeur produite : et on trouve souvent des consommations plus élevées. On évite cette perte en employant la vapeur, qui actionne le petit cheval, à échauffer l'eau d'alimentation.

La bouteille alimentaire est d'un emploi fréquent sur les générateurs qui servent au chauffage par la vapeur : c'est un récipient installé au-dessus de la chaudière : à l'aide d'un jeu de robinets, on le remplit d'eau, puis on le met en communication avec la chaudière.

Le principe des injecteurs a été examiné au § 69.

118. Épuration des eanz; désincrnstants. — L'eau qui alimente les chaudières est rarement pure ; les diverses substances qu'elle renferme ont presque toutes une action nuisible : les unes corrodent les tôles, d'autres les couvrent de dépôts solides, quelques-unes forment des émulsions visqueuses.

L'air dissous dans l'eau peut attaquer lentement le fer; toutefois cette attaque ne paraît se produire, d'une manière appréciable en pratique, que si l'eau contient aussi de l'acide carbonique (voir § 124).

On a quelquefois supposé que l'eau privée d'air pouvait se surchauffer dans les chaudières, puis donner lieu subite-

ment à une vaporisation abondante, ainsi qu'on le constate dans certaines expériences de laboratoire. Mais aucun fait n'est venu justifier cette supposition.

Les eaux extraites de certaines mines et celles de quelques sources naturelles cpntiennent de Tacide chlorhydrique ou sulfurique; si on doit les employer à Talimentation des chaudières, il convient d'en neutraliser Tacide au préalable par l'addition d'une base telle que la chaux ou la soude.

Les matières grasses d'origine animale ou végétale se décomposent à la chaleur des chaudières, et forment de l'acide oléique et d'autres acides, qui attaquent les tôles. Ces matières, ayant servi au graissage des cylindres, se retrouvent dans les condenseurs. L'emploi de l'huile minérale n'a pas le même inconvénient. Dans tous les cas, d'ailleurs, il convient de séparer autant que possible de l'eau d'alimentation les matières grasses,^qui sont nuisibles même quand elles n'ont pas d'action corrosive.

Dans les chaudières alimentées avec l'eau provenant des condenseurs à surface, on réduit beaucoup la proportion de graisse entraînée en filtrant l'eau. On emploie souvent à cet effet, sur les navires, des filtres composés d'épongés. L'eau, versée à la partie supérieure du filtre, coule facilement à travers les éponges, dont les cellules retiennent les matières grasses.

On ajoute quelquefois à l'eau de la soude ou de la chaux, après la traversée du filtre, dans la bâche où puise la pompe alimentaire. On introduit même quelquefois la chaux directement dans les chaudières. Elle doit être en quantité suffisante pour que l'eau des chaudières, essayée au papier de tournesol, ait toujours une réaction basique.

A la température de l'eau des chaudières, le chlorure de magnésium, qui existe dans les eaux de la mer et de certaines sources, se décompose en magnésie et en acide chlorhydrique, qui attaque le fer.

Les dépôts solides dans les chaudières sont formés par

Sai'vagk. — Machink a vapeur. 25

les matières que les eaux bourbeuses tienuent en suspension, et plus souvent par les sels de chaux dissous. Le bicarbonate de calcium, soluble dans l'eau froide, abandonne la moitié de l'acide carbonique dès que l'eau est chauffée, et donne un précipité de carbonate insoluble. L'eau froide peut dissoudre une certaine quantité de sulfate de calcium, qu'elle abandonne en partie quand elle est chauffée.

Souvent on essaye rapidement les eaux au moyen d'une dissolution titrée de savon dans l'alcool, qui ne produit de mousse que lorsque les sels dissous ont été neutralisés par le savon. On mesure ainsi le degré hydrotimé trique de l'eau. Pour chaque degré hydrotimétrique, un litre d'eau peut contenir :

Soit 0,0057 g de chaux;

Soit 0,0114 de chlorure de calcium;

Soit 0,0103 de carbonate de calcium ;

Soit 0,0140 de sulfate de calcium;

Soit 0,0090 de chlorure de magnésium;

Soit 0,0120 de chlorure de sodium.

Les eaux très pures, que donnent certaines sources de terrains granitiques, ont un titre hydrotimétrique inférieur à W et même à 5^. Dans beaucoup de sources et de rivières, on trouve des titres de 10° à 20°; le titre des eaux très chargées est compris entre 20<' et 30° et dépasse même 30°.

La nature physique des dépôts a une grande importance : bourbeux ou pulvérulents, il sont facilement extraits des chaudières ; mais souvent ils forment des croûtes dures et cristallines, qui adhèrent aux tôles. 11 est nécessaire de débarrasser de temps en temps les chaudières de ces dépôts, en les lavant avec des jets d'eau et en raclant les parties entartrées.

Les matières grasses, qui sont amenées dans les chaudières par l'eau de condensation, forment à la surface du liquide des écumes qui s'émulsionnent avec la vapeur : cette émulsion donne lieu à des entraînements d'eau. Le même effet peut se produire avec certaines matières vis-

queuses, qui sont quelquefois refoulées accidentellement dans les chaudières des sucreries, des féculeries, et avec les dissolutions de sel marin, qui se concentrent par Tévaporation.

Les matières grasses peuvent aussi former sur les tôles des enduits qui ralentissent la transmission de la chaleur : la température du métal risque alors de s'élever beaucoup trop.

Le moyen le plus sûr d'éviter ou du moins de beaucoup réduire les dépôts dans les chaudières consiste à purifier au préalable Teau d'alimentation par décantation ou filtrage, si elle tient des matières solides en suspension, et par précipitation des sels dissous.

Parmi les nombreux procèdes d'épuration chimique des eaux, les plus simples et les plus employés pour l'eau des chaudières consistent en additions de chaux et de soude : la chaux précipite le bicarbonate de calcium, en le transformant en carbonate simple; avec le sulfate de calcium, le carbonate de sodium donne du carbonate de calcium insoluble et du sulfate de sodium qui reste dissous.

La chaux ajoutée est dissoute dans l'eau, dont la quantité doit être assez grande, ou bien elle est en suspension, formant un lait de chaux.

Le précipité de chaux doit être séparé par décantation ou par filtrage. La formation du précipité est souvent assez longue : certaines eaux, chargées de matières organiques, demeurent troubles très longtemps.

Plusieurs appareils ont été construits pour l'épuration continue des eaux des générateurs : les réactifs (chaux et carbonate de sodium) sont ajoutés à l'eau en proportions convenables; des chicanes sont disposées pour recueillir les dépôts.

Le chauffage préalable de l'eau par la vapeur d'échappement des machines dépourvues de condenseur, joint à l'action des réactifs, permet une séparation des sels dissous.

Lorsque l'eau n'est pas épurée au préalable, on cherche

souvent à éviter les dépôts en croûtes dures à l'aide de désincrustants. Ces désincrustants ont des compositions diverses; souvent ils contiennent des substances inertes, ou même nuisibles; leur action est d'ailleurs très variable selon la nature des eaux.

Des matières organiques, telles que les pommes de terre, l'amidon, la fécule, le tannin et divers bois de teinture, rendent les dépôts pulvérulents, et, par suite, d'une extraction facile. Ces matières ont parfois le défaut de faire mousser l'eau et de donner lieu à des entraînements avec la vapeur.

Dans les chaudières entartrées, les désincrustants font parfois détacher les croûtes formées par les dépôts : avec certaines formes de chaudières, il est alors à craindre que l'accumulation de ces croûtes sur les tôles chauffées ne les expose à des coups de feu.

Le carbonate de sodium, qui décompose le sulfate de calcium, est la base de nombreux désincrustants.

Le zinc est employé surtout pour éviter l'attaque du fer : c'est la plaque de zinc, plus attaquable que le fer, qui se combine à l'oxygène. Les dépôts adhèrent moins aux tôles qui restent lisses.

Avec les sels très solubles, tels que le chlorure de sodium, on empêche la concentration indéfinie du liquide par Vextraction d'une fraction de l'eau introduite, extraction autrefois employée pour les chaudières marines alimentées à l'eau de mer; par exemple, en extrayant constamment le cinquième de l'eau d'alimentation, la proportion de sel ne dépasse pas cinq fois la proportion initiale. La chaleur de l'eau extraite, et rejetée à la mer, peut n'être pas perdue entièrement, si on l'utilise pour un chauffage méthodique de l'eau d'alimentation, formant un courant inverse,

117. Indicateurs de niveau. — Il est nécessaire de connaître à tout instant le niveau de l'eau dans les chaudières. Les règlements français prescrivent, à cet effet, deux îndi-

PRODDCTION DE LA VAPRUB 389

cateurs distincts, dont l'un doit être un tube transparent. Ce tube, en verre ou en cristal, est tenu par deux tubulures en bronze fixées sur la chaudière (Pig. 2i3). Deux robinets permeltentde fermer les communicationsavecla chaudière; un troisième robinet sert à \apurge du tube et des communications. L'appareil est disposé pour qu'on puisse remplacer, pendant la marche, un tube brisé, et nettoyer lea conduits des tubulures, quand la chaudière est hors feu. Il est bon que les robinets d'isolement soient manœuvres à l'aide d'une tige assez longue pour être tournée sans danger, lorsqu'un tube vient à se rompre.

Le tube en verre donne une indication commode, mais quelquefois trompeuse. Il importe que les communications avec la chaudière soient courtes et directes, et que rien ne vienne les obstruer.

La figure 242 montre, comment une garniture élastique, mal disposée, peut venir boucher le tube.

Un montage convenable (fig. 243) supprime ce danger d'obstruction.

Des tuyaux de communication U sur la iîgure 244, faussent l'indication du tube de niveau. L'eau qui remplit les tuyaux est moins chaude que dans la chaudière : cette action tend à abaisser le niveau apparent dans le tube au-dessous de la surface de l'eau dans la chaudière : mais la dépression qui résulte de la condensation de la vapeur et les résistances au mouvement de l'eau condensée, qui redescend â la chaudière, relèvent le niveau, comme le montre la figure. Il suffît, du reste, d'étrangler le passage supérieur, en manœuvrant le ro-

s et courbés, comme

XCEL DE LA HiCHIXE I

TtPECR

binet, pour élever le niveau dans le tube de verre

On doit vérifier l'état de l'appareil par des purges fréquentes : une vériGcaiion complète exige la fermeture

Tig. 243. — Montage tures de lubes de niveau evilanl l'obstruction ; la matière plastique est logée dans une gorge â quelque distance de l'eilrémité du tube ; un presse garniture, serré par un écrou, la comprime. La figure montre le robinet de communication infËrieur avec la chaudière, le robinet de purge, et, à gauche, la tête de la vis qui bouche une ouverture placée dans le prolongement de la communication avec la ctiaudiËre pour le nettoyage. La monture supérieure en bronze n'est représentée que partieliemeot.

être utiles lorsque la fuite d

successive de chacune des deux communication s avec la chaudière, pendantia purge.

Divers systèmes de fermeture automatique arrêtent les jets d'eau chaude et de vapeur qui se produisent quand le tube se brise. Avec ces appareils, les fermetures intempestives sont toujours à craindre, surtout au moment des purges. Ils peuvent eau et de vapeur, en cas de

rupture du tube, se produit dans une chambre close où elle serait dangereuse.

On se protège aussi contre le danger des ruptures par des enveloppes formées de grillages ou de glaces épaisses.

L'ouverture d*un robinet de jauge donne un jet d'eau ou de vapeur, qui permet de vérifier si le niveau est à peu près à la hauteur convenable. Il y a deux ou trois robinets étages.

Les flotteurs transmettent, hors de la chau.dière, l'indication du niveau, au moyen d'une tige traversant une garniture, généralement trop ou trop peu serrée, ou mieux par l'action attractive d'un aimant sur une aiguille d'acier à travers un tube en bronze, ou bien en tordant ou en faisant fléchir un tube de métal élastique.

Les flotteurs peuvent aisément commander des sifflets ou des sonneries, quand le niveau descend trop bas ou s'élève trop haut.

Pendant la marche d'une chaudière, le niveau de l'eau est relevé par les bulles de vapeur qui se forment constamment au sein de la masse liquide, et même, avec certains types de générateurs, par les poches de vapeur qui subsistent par places. Lorsqu'on ferme la prise de vapeur, la vaporisation cesse et le niveau s'abaisse aussitôt. Cet effet s'observe aisément sur les chaudières de locomotives,

120. Soupapes de sûreté. — Une soupape de sûreté doit se soulever dès que la pression de la vapeur atteint une limite déterminée. Une fois soulevée, elle devrait laisser échapper toute la vapeur produite, quelle que soit l'activité du feu. Devant la difficulté de réaliser ce programme, le décret du 30 avril 1880, relatif aux appareils à vapeur en France, ajoute « en étant soulevée ou déchargée au besoin ». Mais, pour cet usage, un appareil automatique est préférable à celui qui exige une manœuvre; ce qu'il est possible de réaliser, c'est que la surpression, pendant le dégagement de la vapeur, ne dépasse pas une limite convenable.

Il convient en outre, pour l'économie et pour la bonne marche des machines, que la soupape se referme sans laisser la pression s'abaisser beaucoup au-dessous de la limite fixée par le timbre.

La soupape doit être simple ; Tentretien doit en être facile et le fonctionnement certain. On attache encore une certaine importance à ce que les conducteurs des chaudières ne puissent aisément gêner ou paralyser le fonctionnement des soupapes.

Pour calculer la charge que doit porter une soupape, on multiplie la surface pressée par la vapeur, en cm*, par la pression effective, en kg par cm*. On obtient ainsi la charge en kilogrammes.

La soupape repose sur une portée étroite, dont le diamètre intérieur définit la surface circulaire pressée par la vapeur. Elle doit être en contact avec le siège sur toute rétendue de la portée prévue, sinon la vapeur presserait une surface plus grande qu'on ne le suppose.

La surface de portée est plane ou conique. La première forme offre une plus large issue à la vapeur, pour une même levée, généralement très petite, de la soupape, car la largeur de la fente est égale à la levée même si la portée est plane, tandis qu'elle est moindre avec une portée conique.

Le contact de la soupape et du siège s'obtient en rodant les deux pièces l'une contre l'autre, avec interposition d'un peu d'huile et de poudre fine d'émeri.

La soupape est guidée verticalement par un téton central ou par des ailettes. 11 est essentiel que ces guides ne donnent pas naissance à un frottement notable et surtout qu'ils ne puissent se coincer.

La soupape peut être chargée directement par une masse métallique.

Plus fréquemment, on fait usage d'un poids moindre, agissant à l'extrémité du grand bras d'un levier, dont le petit bras charge la soupape; le calcul du poids, en fonction des bras de levier, est des plus simples; dans ce cal-

cul, on peut t«nir compte du poids du levier, qu'on suppose concentré au centre de gravité. La construction doit réaliser avec précision les bras de levier prévus dans le calcul ; l'articulation sur un tourillon laisse incertaine la position du point d'appui du levier : l'emploi des couteaux fait disparaître cette incertitude (%. 245).

Sur les chaudières des locomotives, des bateaux, et en général sur toutes celles qui se déplacent, le mouvement fait danser les soupapes chargées par des poids, qui sont avantageusement remplacés par des ressorts, agissant directement, ou par l'intermédiaire d'un levier.

En France, comme dans beaucoup d'autres pays, chaque chaudière doit porter deux soupapes au moins. La dimension des appareils est établie empiriquement. Il n'est pas dilTicile de régler une soupape de manière qu'elle se lève avec précision, quand la pression de la vapeur atteint la limite supérieure, pourvu qu'elle soit bien construite et bien rodée; mais dès que la soupape fonctionne, la force qui la soulève change. Elle est pressée par une nappe de vapeur en mouvement, et la pression dans les diverses seclions de cette nappe ne reste plus la même. En somme, dès que la soupape s'ouvre, elle tend à se refermer, et la pression dans la chaudière peut s'élever au-dessus de la limite

supérieure, avant que !a soupape débite toute la vapeur produite. On a observé des surpressions de plus de 2 kg par cm', avec les appareils tels qu'ils sont ordinairement établis; pour un même appareil, ces surpressions soni d'autant plus grandes que la pression de marche est plus élevée. Avec un diamètre convenable, la soupape usuelle, malgré le défaut qui vient d'être ■^igrialé, suffit dans bien des cas; et il ne semble paa qu'en pratique ce défaut ait eu de conséipionces fâcheuses. La soupape ordinaire peut lijutefois devenir inauflisante si la vaporiaalion est extrêmement fictive, et s'il existe des raisons spéciales pour soustraire la chaudière a toute cause de fatigue anormale, si légère qu'elle soit.

On améliore le fonctionnement de ces appareils, en les disposant de telle sorte que la force qui les soulève augmente, ou au moins reste constante, lorsqu'ils laissent échapper la vapeur. Tel est le rôle de la gorge de la soupape Adams (fig. 246), du cône de la soupape Dutac.

II est facile d'accroître ainsi la force qui soulève la soupape ; mais alors on risque d'en retarder la fermeture, qui ne se produit qu'après un abaissement excessif de la pression dans la chaudière : c'est le défaut de certains types à

grand débit; et on ne l'évite que grâce à une construction très précise, conformément aux formes déterminées par tâtonnements, et grâce à un entretien très soigné.

La pression dans les chaudières est indiquée continuellement parle manomètre métallique décrit § 14.

121. Tuyauterie. — Les tuyaux de vapeur sont composés de tronçons terminés par des brides assemblées par boulons, sauf pour les très petits diamètres, dont la réunion se fait souvent par raccords filetés. 11 est nécessaire de tenir compte des effets de dilatation, qui pourraient amener des ruptures, soit en ménageant des coudes de grand rayon, présentant une certaine flexibilité, soit en emmanchant l'extrémité du tuyau dans un presse-étoupes, qui en permet le glissement. Avec ce montage, il est indispensable que des dispositions efficaces s'opposent au déboîtement sous l'action de la pression intérieure.

On a souvent employé le cuivre, facile à travailler et peu altérable, pour les tuyaux de vapeur, mais la résistance du cuivre diminue beaucoup vers la température de 200<>. L'acier est préférable au cuivre pour les tuyaux destinés à la vapeur sous forte pression ou surchauffée, qui atteint et dépasse cette température.

Le procédé usuel de brasure des brides aux extrémités des tuyaux ne présente pas toujours une solidité sufîisante pour les fortes pressions. En outre l'opération même, si elle n'est pas très habilement faite, risque de détériorer le métal du tuyau.

Les tuyaux de grande longueur sont exposés à des coups d'eau, qui se produisent au moment où on y laisse entrer la vapeur et qui sont assez violents pour provoquer des ruptures. Aussi est-il important de purger soigneusement les tuyaux, et de n'y faire pénétrer la vapeur que très lentement.

Outre le tuyau principal de prise de vapeur, les grandes installations de machines et de chaudières exigent beaucoup

HANUBL DE LA

d'autres tuyaux pour l'eau, la vapeur, le graissage. Les plans de tuyauterie des puissantes machines marines montrent une complication é

132. Prises de vapeur — La prise de vapeur, montée sur la chaudière, est le plus souvent fermée par une soupape. /^ Lorsqu'elle atteint une

grande dimension, une petite soupape supplémentaire, qui peut donner une admission préliminaire de vapeur {fig- 247), rend la manœuvre plus facile et évite la mise en pression trop brusque de

Une soupape automatique, se refermant quand le débit devient excessif, empêche la chaudière de se vider, si la conduite de vapeur vient à se rompre, a en cas de déd'une autre chaudière branchée sur la même conduite. Un décret du 29 juin 1886 rend ces appareils automatiques de retenue obligatoires en France, lorsque plusieurs générateure (dépassant certaines dimensions) sont groupés.

L'installation de ces clapets présente parfois quelques inconvénients, parce que les fermetures intempestives, difficiles à éviter toujours, sont gênantes, et même dangereuses dans les machines d'extraction, dont le frein est commandé par la vapeur.

Fig 247 ~ Soupape de prise de \ peur, avec pelil clapet d admission preUminaire les tliches indiquent la \apcur sortant de la chaudiÉre.

Les types de ces appareils sont assez variés : ce sont des soupapes, ou des clapets à charnière, ou une sphère mobile, dont l'entraînement se produit quand la vitesse du courant de vapeur dépasse la limite fixée : cet entraînement les applique sur leur siège. Il est utile que la fermeture ait lieu dans les deux sens, de manière à isoler une chaudière rompue aussi bien qu'une chaudière intacte.

Les détendeurs abaissent, jusqu'à une limite déterminée, la pression de la vapeur : un excès de pression est fréquemment prévu dans les générateurs à tubes d'eau. Le détendeur assèche légèrement la vapeur et fait disparaître les variations de pression qui se produisent dans le générateur.

Le détendeur consiste en une soupape ou en un appareil d'obturation analogue, que commande un piston, soumis d'un côté à la poussée d'un ressort, et, de l'autre côté, à la pression de la vapeur détendue. Lorsque cette pression s'élève, le piston manœuvre la soupape, de manière à réduire Torifice de la prise de vapeur; lorsqu'elle diminue, au contraire, le ressort augmente cet orifice. La vapeur détendue n'a donc pas une tension rigoureusement constante : la variation correspond à celle de la poussée du ressort dans toute l'étendue de sa course, variation qui peut être minime.

On dispose ces appareils de manière qu'ils soient également chauffés de tous côtés par la vapeur, pour éviter les coincements dus aux dilatations inégales.

123. Isolants. — On doit revêtir soigneusement, avec des matières isolantes, l'extérieur des chaudières, des tuyaux de vapeur et des cylindres des machines, pour atténuer la déperdition de chaleur.

La quantité de chaleur, transmise à Tair par une paroi non enveloppée en contact avec la Vapeur, varie avec la nature de la paroi : si la paroi est polie, cette quantité de chaleur est moindre que si elle est rugueuse. Le nombre de calories transmises, en une heure, par mètre carré, dans un air calme, varie de 6 à 12 pour chaque degré de différence des

températures de la vapeur à l'intérieur et de l'air extérieur. Avec ua'isolant qui recouvre le métal, on réduit cette perte à la moitié et même au tiers.

Les isolants employés sont très variés; on se sert de bois, de liège en bandes, de corde, de tresses en paille, de terre argileuse avec de la paille hachée, de scories filées, de briques en déchets de liège aggloméré, de bien d'autres substances peu conductrices. Outre ses qualités intrinsèques pour réduire la transmission de la chaleur, on demande à un isolant de se mettre en place facilement, de ne pas trop charger les tuyaux, de ne pas se désagréger à la chaleur, et de pouvoir se démonter et se remonter ; il faut encore que le prix n'en soit pas trop élevé. C'est d'après des résultats d'expériences qu'on apprécie la valeur isolante des diverses substances.

Dans certains cas, on se contente d'une enveloppe en tôle mince emprisonnant une couche d'air.

124. Accidents. — Les chaudières donnent lieu à des accidents plus ou moins graves, depuis l'explosion foudroyante, qui ruine les constructions voisines, jusqu'aux petites déchirures, toujours à craindre parce que les brûlures par l'eau chaude et la vapeur sont dangereuses. En général, l'explosion est d'autant plus redoutable que la masse d'eau chaude sous pression mise subitement en liberté est plus grande. Aussi la rupture d'un tube de chaudière produira peu d'effets destructeurs ; mais elle est dangereuse pour le personnel qui dessert l'appareil.

La gravité de ces ruptures de tubes peut être atténuée si les portes, qui enferment les faisceaux de tubes, sont solides et toujours bien fermées, de manière à ne pas s'ouvrir en cas d'avarie, sous la poussée de la vapeur, qui s'échappera en soulevant une trappe d'expansion, ménagée à la partie supérieure du massif. 11 convient que les portes des foyers et des cendriers se ferment automatiquement du dedans vers le dehors.

Dans les salles closes, et surtout à bord des navires, la rupture des tuyaux de vapeur est extrêmement dangereuse : de telles ruptures ont causé d'épouvantables désastres ^

Certains accidents prennent une effrayante gravité, lorsqu'ils se produisent au milieu d'ateliers remplis d'ouvriers. Plusieurs des catastrophes les plus graves sont dues à des chaudières de forges à flamme perdue. Le voisinage des habitations augmente aussi les conséquences désastreuses de certaines explosions.

Les locomobiles employées pour les travaux de l'agriculture donnent lieu à des accidents assez fréquents.

Un phénomène curieux est celui des explosions simultanées de générateurs d'une même batterie (27 sur 32, à Shamokin, Pennsylvanie, le 11 octobre 1894; 22 à Friedenshûtte, Silésie, le 23 juillet 1887).

La rupture des chaudières tient au défaut de résistance de certaines parties, pour les efforts qu'elles supportent, soit que ces efforts deviennent excessifs par suite d'une augmentation anormale de pression ou par des effets de dilatation, soit que la résistance soit ou devienne trop faible. Un phénomène remarquable est l'extension des ruptures, qui intéressent quelquefois la chaudière entière; il se produit sans doute dans le métal, surtout s'il est quelque peu fragile, des actions moléculaires qui propagent les cassures. Peut-être aussi, la masse d'eau, qui remplit la chaudière, transmet-elle des chocs violents, capables de briser les tôles au moment où se produit l'explosion.

La projection, à grandes distances, de fragments de la chaudière, s'explique, une fois la rupture produite, par la production subite d'une grande quantité de vapeur qui résulte de la chute brusque de pression 2. Lorsqu'une chaudière s'ouvre à une extrémité, elle est parfois lancée tout

* Les précaations nécessaires pour évîU;r ce» accidentu ont été mentionnées au § 121.

• 4000 kg d'eau â iJiO» /pression ab.vJue, i(),iT, kg par cm*; hnihquement soamiâ a la prch-.'ion de ratrriosfihere, donneron*. err.îrorj

entière à distance par la réaction de la vapeur qui s'échappe par l'ouverture.

Les accidents se rattachent à trois causes d'espèces différentes :

En premier lieu, l'appareil peut avoir des défauts originels : quelquefois les formes sont mal étudiées et les différentes parties ne sont pas proportionnées aux efforts qu'elles subissent en service; la qualité des tôles employées est défectueuse, ou bien le travail de chaudronnerie est mal exécuté.

En second lieu, si bien construite que soit une chaudière, elle est soumise à l'usure, comme tout autre appareil, plus même que d'autres appareils.

Enfin, on se sert maladroitement ou imprudemment des générateurs, en négligeant l'entretien courant, en élevant outre mesure la pression, en oubliant l'alimentation, en laissant s'accumuler les dépôts de tartre.

Lorsqu'un accident se produit, il arrive fréquemment qu'il est dû à l'action combinée de plusieurs causes. Ainsi l'usure est surtout à craindre sur une chaudière dont la résistance est à peine suffisante quand elle est neuve. Un léger excès de pression, qui serait sans danger sur une bonne chaudière, peut être funeste si elle est mal construite, ou affaiblie par l'usure. Il est souvent difficile d'attribuer à chaque cause sa juste part; suivant la tournure d'esprit de ceux qui jugent les responsabilités, une part prépondérante est donnée aux causes de telle ou telle espèce.

Le manque de résistance, par vice d'étude, est moins rare que ne seraient tentées de le croire les personnes étrangères à la construction. Il est difficile de calculer avec précision la fatigue des diverses pièces d'une chaudière, à moins que les formes n'en soient extrêmement simples ; les dilatations inégales des différentes parties produisent des

850 kg d'eau à 100» et 150 kg de vapeur à la pression atmosphérique, occupant un volume de 250 m^

poussées et des tiraillements, dont les effets sont loin d'être toujours négligeables. Lorsqu'une chaudière s'écarte des formes consacrées par une longue expérience, il faut l'examiner avec grande attention pour s'assurer qu'elle est solide, et encore on risque de laisser passer inaperçue quelque funeste erreur. Et même quand on reproduit des formes bien connues, de légères modifications, une simple augmentation de grandeur, une élévation du timbre, peuvent fatiguer jusqu'à un point dangereux certaines parties, qui étaient déjà un peu trop chargées, sans qu'on s'en doutât, dans les anciennes constructions.

La présence de chambres d'air et de vapeur, dans les parties chauffées, qu'on remarque parfois à la partie supérieure des bouilleurs, tient aussi à un vice d'étude ; la tôle est sujette à une altération rapide au-dessus de ces chambres.

Dans l'exécution des chaudières, on constate trop souvent de graves défauts : la qualité de bien des tôles employées pour les constructions est défectueuse. Quand on voit combien les tôles de certaines chaudières sont cassantes, on s'étonne qu'elles aient jamais pu résister en service.

Le forgeage des tôles est souvent une cause d'altération, malheureusement peu apparente, quand il est exécuté à une certaine température du métal (au bleu, vers 300°).

A remploi de mauvaises matières premières s'ajoute l'exécution défectueuse : tôles mal assemblées, trous de rivure ne se correspondant pas, et ramenés en regard par la funeste opération du brochage, rivets mal posés, cassures entre les trous de rivets.

Un défaut assez fréquent des tôles, et surtout des tôles fines, est la présence de pailles ou dédoublures, par suite du manque de soudure des mises qui la composent. Si elle se trouve fortement chauffée, la paille produit le soulèvement d'une bosse qui se détruit rapidement. Dès que la paille ou la bosse a quelque étendue, il faut remplacer la tôle ou du

Sauvagk. — Machine a vapelii. 2G

moins y mettre une 'pièce, qui se trouve placée dans de mauvaises conditions, la rivure et la double épaisseur de métal étant à l'endroit le plus chauffé.

La seconde cause de danger se trouve dans l'usure des tôles, parfois très rapidje ; des corrosions locales se développent en peu d'années, soit à l'intérieur, soit à l'extérieur des chaudières.

La corrosion intérieure est quelquefois due à l'emploi des eaux acides, qui proviennent de certaines mines ; en outre, des chlorures, tels que le chlorure de magnésium, se décomposent à une température peu élevée, en formant de l'acide chlorhydrique. Mais la corrosion intérieure se produit aussi avec les eaux d'alimentation ordinaires, parfois même, d'une manière surprenante, avec des eaux très pures. Elle ne tient pas [du reste uniquement à l'action de l'eau chaude, car elle se produit souvent pendant le chômage des générateurs : l'air humide attaque les tôles. Cette attaque se produit surtout quand il reste un peu d'eau dans les chaudières après la vidange, comme dans le fond d'une virole de grand diamètre, comprise entre deux autres plus petites. Lorsque le chômage d'un générateur doit se prolonger, il importe de l'assécher soigneusement, et de prendre quelques précautions pour le maintenir bien sec.

Parfois la corrosion débute par des piqûres isolées, ou pustules. Plusieurs piqûres voisines, par leur extension progressive, finissent par amincir la tôle sur une surface étendue.

Les tubes en fer et en acier sont le siège d'attaques analogues.

Il est vraisemblable que ces corrosions sont dues en partie à l'action de l'oxygène de l'air. Dans les chaudières en service, l'air est amené par l'eau d'alimentation qui le tient en dissolution.

C'est souvent dans le voisinage de l'arrivée d'eau d'alimentation que se produisent les corrosions; c'est dans cette région que l'air se dégage. Toutefois les eaux qui

paraissent surtout corrosives sont celles qui renferment, outre de Tair, de l'acide carbonique en dissolution.

Quand des pustules sont déjà formées, on peut en arrêter le développement en grattant les cavités qu'elles ont creusées dans le métal, afin d'y enlever toute trace de rouille, et en y appliquant plusieurs couches de goudron.

Les corrosions produisent aussi des sillons allongés, qui peuvent devenir fort dangereux, surtout le long des pinces, à l'endroit où une tôle cesse de porter contre la tôle contigué, et dans les parties embouties. C'est ainsi que dans les chaudières de locomotives le bord arrondi des plaques tubulaires de boite à fumée, se corrode parfois en peu d'années. De même des sillons se creusent dans les arrondis concaves en contact avec l'eau.

Ces effets se produisent dans les parties où la tôle est soumise à des efforts répétés de flexion. Toutefois, dans les parties qui ne sont en contact qu'avec la vapeur, les tôles restent en général intactes. Quelques attaques isolées de ces parties, qu'on a constatées dans des chaudières marines, sont attribuées à des projections de chlorure de magnésium. Quelquefois des sillons se produisent en lignes horizontales à l'afileurement du niveau moyen de l'eau.

Les corrosions extérieures sont déterminées principalement par l'action des fuites de l'eau de la chaudière, action destructive dès qu'elle se prolonge. Elle s'exerce le long des pinces, autour des rivets et de tous les joints mal faits, autour des bouchons autoclaves fréquemment démontés. Ces corrosions ne doivent pas exister sur une chaudière bien construite et bien entretenue. Si la fuite se produit au contact de la maçonnerie, qui forme alors comme un emplâtre toujours humide sur la tôle, la corrosion s'étend sur toute la surface couverte (fig. 248).

Un autre genre de corrosion extérieure a été constatée dans les réchauffeurs, quand ils ne reçoivent que des gaz déjà fortement refroidis et quand ils sont placés dans des carneaux humides : la corrosion peut alors tenir à l'attaque

par l'acide sulfurique, qu'on trouve dans la suie qui recouvre ces réchauffeurs. Cet acide vient de Toxydation du gaz sulfureux, produit de la combustion des pyrites (sulfure de fer),

vW/'

es

es

Cw