CHAPITRE TE

DES FOIitNEÀEX.

Quand nous avons traité des chaudières, nous avons eu l'occasion de recommander d'employer à leur construction des matières dont le pouvoir conducteur du calorique na fût pas à même de disperser sans fruit celui de la yapeur; la même attention doit présider à la construction des fourneaux, avec cette distinction essentielle que, quand les fourneaux sont en maçonnerie et adaptés à l'extérieur des chaudières, ils doivent Être construits en briques réfractaires, tandis que quand ils sont disposés dans l'intérieur des masses liquides qu'ils sont destinés à chauffer, il convient au contraire de les fabriquer en matière qui possèdo un pouvoir conducteur très grand. Les qualités essentielles d'un bon fourneau sont i« de bien concentrer la chaleur et de la diriger de la manière la plus convenable contre les vases sur lesquels elle doit agir; a- d' empêcher la dissipation du calorique quand il a ét* produit;.

,5i DES FOORSEAtIX.

3. d'obtenir la plus grande quantité de Valeur arec une somme donnée de combustible; 4- d'avoir les moyens de graduer la chaleur.

Dans la construction des fourneaux, deschaudières, toutes ces conditions doivent se combiner et s'ajouter pour augmenter l'efficacité du Teu et pour en modérer à volonté l'activité. Mais sans quelques connaissance»

spéciales , il est difficile de ne pas s'égarer en pareille matière.

L'air est nécessaire i l'œuvre de la combustion, et cette dernière opération donne lieu à la production de substances gaieuies qui s'échappent par la cheminée avec une certaine portion d'air échauffé, De ces substances, le gas acide carbonique, produit par la combinaison de l'origène de l'air avec le carbone, forme la majeure partie.

Pour qu'une combustion marche bien, iï eBt nécessaire que l'air trouve un libre accès sur toutes tes parties du feu, afin qu'il soit convenablement échauffé, il en est de même du combustible, dont la température doit être suffisamment élevée , pour que tous ses élémens puissent se combiner avec l'oxigène de l'air.

DES FOURSEàCX. iS3 Les avantages d'un feu alimenté arec régularité sont évidens. Si on place sur la grille une grande masse de combustible, beaucoup d'hydrogène s'échappe à l'état gazeux sans être brûlé et en emportant une portion considérable de chaleur; tandis que si ce même combustible est uniformément étendu de manière à former une surface qui présente des jours convenablement divisés, l'hydrogène s'échauffe, se consume et produit de l'eau qui, se mettant en contact avec les fragmens des charbons inGandesccns , produit de la vapeur dont la chaleur latente s'utilise contre les tubes conducteurs en métal ou les galeries qui dirigent la fumée et la flamme ou l'air échauffé a la cheminée. Quand l'hydrogène bu ses combinaisons passent au travers d'un feu lent et mou , il produit un effet plus nuisible que favorable, tandis que quand le feu est actif -t bien nourri, que le charbon contient en abondance de l'hydrogène, ce gai se consume avec beaucoup d'avantage.

La qualité de l'air destiné à alimenter la combustion est également 6 considérer, et on » remarqué qu'une légère humidité n'est pas toujours nuisible. Il est vrai qu'une trop grande quantité de vapeur aqueuse emporta

iÏ4 DES FOURNEAUX,

une certaine portion de calorique qui n'est pas toute utilisée; mais on a aussi observé que, quand le tirage est mou, un peu d'eau jetée A' propos dans le cendrier, l'augmente par suite de sa conversion en vapeur, et de son mélange avec la Jumée qui s'échauffe, devient transparente et beaucoup plus légère que l'air commun.

L'ouverture du fourneau qui donne l'admission a l'air, doit être suffisamment large pourproduire laplus grande quantité possible de chaleur , mais elle ne doit pas l'être trop ; les côtés doivent s'élargir a mesure qu'ils s'approchent du feu. Le jour à maintenir entre les barreaux des grilles , doit être évidemment plus grand que la surface entière de l'ouverture par où l'air est admis dans le fourneau.

Le feu doit être disposé immédiatement audessous de la chaudière qu'il doit échauffer, et son plus grand effet se produit contre ses fonds ; la flamme et la fumée passent ensuite dans un carneau qui doit être large et bas :

large afin d'étendre autant que possible son action, sur une plus grande surface du fond de la chaudière; bas, parce que, passant au travers avec une grande vitesse, on aug-

DES FOURNEAUX. iSS mente ainsi le frottement de la chaleur contre les surfaces.

En faisant, selon l'usage ordinaire, circuler la flamme autour des parois latérales des chaudières, la chaleur ne s'étend pas assez loin pour être utile pendant tout le tems de son trajet, et son action devenant oblique, l'effet produit s'amoindrit beaucoup. Les retours de flammes trop longs n'offrent pas non plus un avantage qui puisse compenser les difficultés de construction, et la diminution de tirage qui en résulte.

L'épaisseur du combustible sur les grilles doit être telle que le charbon frais puisse s'embraser, sans donner lieu en même terris à une diminution d'activité sensible sur la chaudière. H. Tredgold recommande que cette épaisseur soit trois ou quatre fois aussi grande que celle du charbon frais qui doit alimenter le fourneau: trois fois quand on alimente souvent, quatre dans le cas contraire; selon la nature du chauffage,on doit laisser un plus ou moins grand espace entre la grille et la chaudière.

Nous avons dit que, dans la construction des fourneaux, quand ils sont extérieurs, on doit avoir soin de n'employer autant que pos-

iS6 DES FOURNEAUX,

sible que des matières refractaires, ou mauvaises conductrices de calorique; la grille seule exigé l'emploi de métaux; on peut même se passer de porte, pourvu qu'on bouche l'issue avec le charbon frais qui doit ensuite alimenter le fourneau. Le rrste du fourneau est fabriqué en briques rèfractaires. En vue d'emmagasiner la chaleur audessous de la chaudière , on peut laisser quelques cavités dans la maçonnerie. La forme la plus usitée et recommandée par Morvcau serait un canal divisé en deux parties par une muraille. Enfin on doit autant que possible isoler le fourneau de tout contact de matière propre a conduire et disperser sans utilité le calorique. Entre la porte du fourneau et le commencement des grilles, on ménage un espace plein, destinée à contenir l'approvisionnement de charbon qui doit être jeté plus tard sur le feu. Par son voisinage de ce même feu , il s'échauffe et abandonne l'excès de gaz qu'il contient et qui va se réchauffer ou même s'enflammer en passant au-dessus de la masse en combustion.

Les barres des grilles ont ordinairement une hauteur de 1,5 à 3 pouces sur une épaisseur variable de o,;r5 à i,a pouces. Leurloii-

DES FOURNEAUX. 1Ï7 gueur est d'environ trois pieds , et quand l'étendue du fourneau en requiert davantage, une traverse de fer sert à appuyer un second rang de barres semblables , qui se correspondent alors bout a bout. L'espace laissé vide entre cbaque barre est de \ à \ pouce. La surface entière de la grille doit avoir environ un huitième de la surface du fond de la chaudière. Chaque pied carré de la grille peut suffîre a la combustion de 5 kilogrammes de charbon par heure. La même grille peut fourntrun feu lent ou actif, maïspourun feulent l'épaisseur du charbon doit Être plus grande; elle peut aussi s'adapter a tout autre combustible, cependant on doil toujours prendre pour règle que la surface qui peut produire un égale quantité de vapeur est inversement proportionnelle à la puissance du combustible. Un registre placé devant le cendrier sert à modifier la quantité d'air envoyée à la grille, et ses fonctions sont rendues faciles au moyen d'un contre-poids. La porte du fourneau doit s'appliquer avec exactitude Surson ouverture, de manière à la bien boucher. Cette porte étant exposée à l'action d'un feu violent , est susceptible de s'endommager avec facilité ; mais on y a pourvu en lui adaptant à l'in-

térieur et à quelques pouces de distance, une surface métallique qui laisse un espace vide entre le fcu et cette même porte. Le système déportes à coulisse et à contrepoids présente beaucoup d'avantages, en ce qu'il permet de n'ouvrir que partiellement ou d'une manière graduée le fourneau.

L'invention du procédé par suite duquel on parvient à consommer entièrement la fumée est généralement attribué, en Angleterre, à James "Watt; cependant il résulte des mémoires de l'Académie des Sciences de Paris, 1699, que M. De ta Haye fit plusieurs essais heureux d'un moyen proposé par un ingénieur français, M. Delasmes, et qui tendait au infime but. Ce dernier exposa son fourneau fumivore à la foire de St. -Germain en i685.

Il consistait en un long tube en forme de syphon renversé, dont la plus longue branche était destinée à servir de cheminée, tandis que la plus courte recevait le fourneau. Le combustible était placé sur une grille adaptée à l'ouverture de la plus courte des deux branches, et il était alimenté par là. Aussitôt après l'igniliondu combustible, la chaleur se communiquait au tube plus long qui servait de cheminée, et par ce moyen, un courant d'air se

DES FOCRSEAUX. i5 9 produisait au travers du combustible et ensuite de la grille ; il en résultait la combustion complette de la fumée (1).

La fig. 33 donne une idée du procédé employé par Watt pour obtenir la combustion de la fumée. Il plaçait d'abord le cbarbon frais sur une grille ordinaire, a; ensuite, un peu à côté ou dans le courant de flamme voisin , il disposait une autre petite grille b, sur laquelle ilmaïnlenait un feu de cbarbon de bois, de cooke ou de houille qui avait été préalablement dépouillée de fumée par la combustion, et qui par sa chaleur intense et par l'admission d'une certaine quantité d'air frais, consumait la fumée du premier feu.

M. Thompson prit une patente en 1796, pour un fourneau construit dans le même but.

Il différait des constructions ordinaires en ce que les grilles étaientpluslongues que d'habitude d'environ un tiers , et qu'aux deux tiers de leur longueur, à partir de la porte du fourneau, il installait une espèce d'arceau

(1) Dans le* "dispositions ordinaires de fourneaux , l'air passe d'abord au Ira vers de la grille, et ensuile an travers du charbon frais ; il est brûl* avant d'airi* ver a ce derpier.

i6« DES FOURNEAUX,

très bas au-dessous duquel la fumée passai!

pour arriver 4 la seconde portion de la grille; elle était ainsi mise en contact avec un feu très intense , et consumée en grande partie avant d'arriver à la cheminée.

La fig. 54 représente le moyen employé par AI. Gregson pour consumer la fumée.

Le fourneau G et sa porte F, n'ont rien qui s'écarte des formes habituelles; la fumée passe au-dessous de la cloison D, dans une ouverture resserrée qui donne lieu à une accumulation de. chaleur. En outre une ouverture c f donne issue à une certaine quantité d'air qui se dirige sur le courant de la fumée, et ces deux effets réunis produisent sa combustion. Le conduit Z, adjacent à la cheminée, envoie l'air nécessaire a la combustion de la fumée dans le sens indiqué par les Bêches Il est remarquable que le procédé de M. Gregson peut être considérablement bonifié, en construisant eu métal la cloison qui sépare les deux tubes Z et A, qui servent, à l'introduction de l'air et à l'expulsion de la fumée ou des gaz, au lieu de les fabriquer en briques (1). Une économie de combustible

(0 On vient de construire tout récemment 11a fourneau nni atre; l'inlrodnetioode .!'•« et l'expubiou

DES FOURNEAUX. i«i ne peut que résulter de l'échange de température entre les courans opposés. )On peut, dans ce defniercas, faircabstractton de la perte de calorique et de tirage qui résultera dupou- Toir conducteur des métaux employés. La colonne ascendante aura toujours une température suffisante peur fournir a" tirage (1).

Une autre installation consiste a placer la grille aussi près que possible au-dessous du milieu de la chaudière, et d'avoir les ouvertures destinées à l'échappement de l'air dilaté et de la fumée au-dessus de la porté qui sert à l'introduction du combustible dans le fourneau, de telle façon que Pair et les gai échauffés, par leur force expansive et leur pesanteur spécifique amoindrie, contrarient incessamment la pénétration dé l'air froid atmosphérique audessous du fond de la chaudière, de telle fade* gai échauffé» t'opèrent par la cheminée même , qui csttrèa large, et qui n'est point munie de cloisons. Mai» i! est nécessaire que la température du fourneau soit préalablement tri» élevée avant quo l'effet se produise. On a aussi essayé de placer deux cheminées l'une dans tau Ire. Le lube concentrique ■«fait au tirage , et l'espace annulaire à 1'eipuUUn» de la fumée et de* gai..

(i)Un tirage trop ad if n'est pas toujour» arant*jeux. Mais il tat facile de le modérer par ud registre.

iRi DES FOURNEAUX,

f'on aussi que l'air froid admis par la porte qui sert également à l'introduction du charbon ne puisse dans son passage à la cheminée, se mêler arec l'air échauffé ou les gaz, jusqu'à ce que ces derniers aient cessé d'agir sur les parties convenables de la chaudière.

Une plaque de fonte s'étend au-dessus du feu, à partir de l'origine de la grille, derrière la porte du fourneau, sépare le feu du conduit aspirateur de l'air, et pourvoit à ce qu'aucune autre portion d'air passant dans le fourneau , ne pénètre au travers du combustible enflammé. Une autre particularité attachée aux systèmes de M. Losh, a qui est dû celui que nous venons de décrire , consiste à employer deux feux que nous désignerons par A et B , avec un mur intermédiaire qui supporte le milieu delà chaudière; chacun de ces feux a son tubcdeeonduitqui se termine a, la cheminée, et ils communiquent l'un ù l'autre par une arcade pratiquée à la muraille intermédiaire. Chaque feu est alternativement alimenté de combustible, et l'arrangement du registre est tel, que le gaz provenant du feu nouveau en A est sollicite a descendre pour passer sons l'arceau et ensuite au travers de la seconde grille du feu B, où la fumée est consumée.

Lci deux courans d'air échauffé se réunissent alors dans un tube qui les conduit à la cheminée. Quand le feu en A est entièrement incandescent, on renouvelle celui en B, les registres sont alors convenablement tournés pour déterminer le courant vers la cheminée.

Le gaz du feu nouveau en B descend au-dessous de l'arceau sus-mentionné, passe au travers de la grille en A et y étant enflammé , est ensuite conduit vers la cheminée. Par cette méthode d'opérer alternativement, il n'y a joint d'interruption par suite de l'alimentation du combustible.

On a aussi construit des grilles circulaires <jui s'alimentent d'elles-mêmes au moyen d'une trémie adjacente. La grille était animée d'un mouvement de rotation très lent, et la trémie à charbon était munie intérieurement d'un rouleau en fer également animé d'un mouvement circulaire ; ces deux mouvemens étaient obtenus plus ou moins rapides selon le besoin, par des moyens ordinaires d'engrenages dépendans de la machine à vapeur. Le rouleau de fer placé dans la trémie était muni d'une denture particulière, afin que dans son mouvement, les fragment trop gros de charbon puissent être hriséi et réduit* à la ii-

mension la plus eonvenable pour produire une bonne combustion, il servait en outre & graduer la quantité qui devait tomber sur la grille par le tube de communication. Le mouvement de la grille circulaire était également gradué, dételle sorte qu'A chacune de ses révolutions, le charbon correspondant sur la grille a l'ouverture du tube de la trémie, fût déjà convenablement incandescent: On est parvenu ainsi A obtenir sur la grille une répartition de charbon très uniforme; chaque partie du combustible reçoit à chaque instant la même quantité d'air et de chaleur, les courans d'air se maintiennent constamment dans la "même direction, ot la consommation de charbon est amoindrie. On évite aussi l'inconvénient grave d'ouvrir incessamment les portes des fourneaux pour le* alimenter de combustible, et l'air frais n'a plus la faculté de s'introduire, comme, dans les autre» procédés, au-dessus du feu, et d'aller rafraîchira contre-tems les surfaces de chauffe, lia outre l'introduction du combustible est entièrement gouvernée par- la machine à vapeur, detelle façon qu'on peut en graduer la quantité pour le travail à produire; 'l'appareil est tout. û-fait indépendant des soins' des chauffeurs-

DES F0URME4UX. i65 En observant les fonctions des cheminées, on a dû remarquer sans doute, que la fumée ne se produit d'une manière très apparente qu'à l'époque où on charge de nouTeau les fourneaux, et qu'elle est encore visible quelques minutes après celte opération. Ensuite l'air trouvant un libre passage au travers du combustible, la fumée finit par disparaître près qu'entièrement. JI. Muray a imaginé un procédé ingénieux pour alimenter d'air les fourneaux, pendant l'opération de leur rechargement. Il consiste k adapter à l'extrémité d'un large tube correspondant à la partie supérieure du combustible enflammé, une légère roue à vanne destinée à y envoyer la quantité d'air nécessaire pour la combustion de la fumée. Cette vanne est mise en mouvement par le courant d'au; qui se produit, et par suite de l'ouverture même de la porte. Tout le mécanisme s'arrête quand, après avoir rechargé le fourneau , on referme sa porte.

M. Muray estime que la quantité d'air nécessaire à la combustion de la fumée, doit être, par puissance de cheval, égale à celle qui serait susceptible de Js'écouler par une ouverture de quatre pouces, carrés.

iC6 DES FOCRtfEAUX.

Beaucoup d'essais ont été faits pour obtenir la combustion de la fumée , et presque tous les constructeurs ont pensé que l'introduction d'une certaine quantité d'air audessus de la houille en combustion , était capable d'en opérer la réduction. Yoici leurs raisonne mens à cet égard.

Quand on recharge un fourneau, la houille fraîche jetée sur le charbon incandescent, bouche la plus grande partie des interstices qui sont indispensables au passage de l'air.

En second lieu, le charbon s'échauffe d'abord sans se brûler, et il se distille en partie de là même manière que dans des vases clos. Une grande portion du gai hydrogène qui en résulte, passe ainsi a la cheminée sans avoir pu se combiner avec une quantité suffisante d'oxïgène, et ce gai entraîne avec lui sans les brûler, les particules de charbon infiniment divisées qui constituent la fumée; tandis que si on ajoute dans ce moment une certaine quantité d'air et par conséquent «Voxigène à cette portion d'hydrogène qui s'échappe par dessus le combustible frais, il en résultera deux circonstances favorables à h disparition de la- fumée ; d'abord l'infiam-

DES FOURNEAUX.. i*, matioQ du gai hydrogène qui brûlera les particules de charbon divisées dont nous avons parlé plus haut, et ensuite la formation d'une certaine quantité d'eau ou de vapeur, qui a la propriété de condenser la fumée, ou de la rendre transparente. Le tirage n'en est pas pour cela affaibli, car on verra plus tard que par un procédé à peu près semblable, on est parvenu à obtenir un très grand tirage dans les machines à vapeur locomotives.

Voici encore plusieurs procédés essayés pour obtenir de pareils résultats. , •

On a fixé , dans une partie contiguë du fourneau un petit cylindre muni d'un piston destiné à circuler de haut en bas dans sa capacité intérieure. Une chaîne fut attachée à l'extrémité supérieure de la tige du piston , elle passait ensuite sur une poulie et allait s'attacher a la porte du fourneau. Far suite d'une pareille disposition, quand la porte du fourneau était ouverte, le piston abandonné à son propre poids s'abaissait; il s'élevait dans le cas contraire. Uo tube adapté aux extrémités du cylindre mettait en communication le haut et le bas de cette capacité. Un autre tube d'embranchement était adapté au milieu du premier,ct ce tube était muni d'une

i63 DES FOURNEAUX,

soupape qui , ouverte d'une certaine quantité, ne permettait à l'air refoulé par le piston de s'écouler que lentement et d'une manière graduée au-dessus du combustible. Le piston même ne pouvait descendre qu'avec une vitesse proportionnée à la dépense d'air. Cette invention est due a M/WilliamPritchard.

Un autre procédé appartenant à M. Stanley et que nous avons vu fonctionner avec succès , consiste a adapter sur le front du fourneau une caisse en tôle capable de contenir une provision de charbon réduit en petits morceaux, pour une heure environ. Ce charbon passe au travers d'une ouverture pratiquée au fond de la caisse, et tombe entre deux rouleaux en fer à rainures, qui tournant dans un sens opposé , réduisent les trop gros fragmens à une dimension convenable. Après cela, le charbon est rejeté sur la grille du fourneau au moyen d'une roue â van qui, dans son mouvement de révolution, entraîne arec elle une quantité suffisante d'air atmosphérique. Par suite de cette disposition, le charbon se disperse uniformément sur la grille, et la fumée se trouve consumée au moyen de l'air qui s'est introduit en même tems que le charbon.

DES FOURNEAUX- 189 Le dernier procédé que nous ayons a décrire, est une invention de M. Chapman. Les barres des grilles de son fourneau sont creuses , et elles se débouchent dans deux boites disposées à chaque extrémité de la grille. La boîte de devant est munie d'un registre destiné à s'ouvrir plus ou moins, a volonté.

L'autre boîte ou plutôt l'autre extrémité de ia grille se débouche derrière la cloison du fourneau , celle qui est percutée par la flamme. Entre cette cloison et la maçonnerie, un intervalle d'environ un pouce a été ménagé,ppur que l'air puisse passer entre deux. Il est évident que par suite de cette disposition, quand on ouvrira le registre de la face avant de la grille, l'air passera au. travers des barres de grilles creusea, se dirigera ensuite derrière lacloison du fourneau, pour rencontrer ensuite la flamme et la fumée à son passage au-dessus de cette même cloison. Pour que l'effet soit plus grand , l'auteur fait percuter l'air à ea sortie de derrière la cloison, contre un plan incliné de la maçonnerie contiguë, et qui forme l'intervalle dont nous avoas parlé plus haut. Le courant d'air s'établit ainsi contrairement à la direction de celui de la fumée, et celle-ci se trouve dan» i5

tfo DES FOURNEAUX,

les circonstances favorables pour être consumée. Pour recharger le fourneau, voici le moyen qu'emploie M. Chapman.

Fig. 35. Celte figure représente une section du fourneau et de la chaudière. La fig.

36 donne une idée de la disposition des barres de grilles creuses qui se débouchent dans la boîte i . «, est la chaudière ; b, le fourneau ; c, la caisse à charbon avec son couvercle d; e, est un contre-poids adapté à une valve à bascule, par le moyen duquel on obtient l'écoulement du charbon dans le fourneau, /", est un ringard qui sert a re pousser le charbon incandescent sur le derrière de la grille quand il est question de recharger le fourneau. En g\ il y a un trou ou regard par où on examine l'état du feu. il, est laboîledans laquelle se débouche l'extrémité antérieure des barreaux creux de la grille. Sur son front est le registre dont nous avons parlé plus haut et qui règle l'admission de l'air, k est une des barres de la grille dont on voit l'assemblage et la disposition dans ki fig. 36. t, est l'intervalle mince dont nous avons également parlé, où passe avant d'aller rencontrer 4a fumée , l'air qui a été aspiré par la boite i. Cette disposition nous paraît la plus avanta-

geuse de celles que nous avons décrites, quoiqu'on prétende que les barreaux des grilles soient plus durables que solides, l'avantage qui résulte de ce que l'air s'échauffe par son passage au travers des grilles, nous parait d'une haute importance.

Enfin, un autre mécanicien anglais a modifié l'idée principale de l'appareil que nous venons de décrire, en faisant passer l'air entre des plaques de métal disposées sur les flancs du fourneau, au lieu de lui faire parcourir l'intérieur même des barres creuses. Cet air s'échauffe ainsi avant d'arriver au contact de la fumée.