CHAPITRE VI

DB8 POVKHEAVX.

Quand noas aVons traité des chaudières, nous ayons eu Toccasion de recommander d'employer à leur construction des matières dont le pouTOir conducteur du calorique na fût pas à même de disperser sans fruit celui de la Tapeur ; la même attention doit prèsidfir à la construction des fourneaux, ayec cette distinction essentielle qu^, quand- les fourneaux sont en maçonnerie et adaptés^ à Texr térieur des chaudières ,^ ils doiyent être construits en briques réfractaires,. tandis que quand ils sont disposés dant l'intérieur des masses liquides qu'ils sont destinés à chauffer, il conTÎent au contraire de les fabriquer en matière qui possède un pouToir conduc-* teur très g^rand. Les qualités essentielles d'un bon fourneau sont i* de bien concentrer la chaleur et de la diriger de la manière la plus cooTenable contre les rases sur lesquels elle doit agir; a* d*empêoher la dissipation d« calorique quand il a été produit^

1 551 Dfes foueubaitx.

3* d'obtenir la plus gvainde quantité de cbalenr ayec une somme donnée de combustible; 4* d'aroir les moyeas de graduer la cha* leur.

Dans la constructioa des fburneaux, des chaudières 9 toutes ces conditions doitent se combiner et s'ajouter pour augmenter l'eflioacité du feu et pour en modérer i yolonté Tactivité. Mais sans quelques connaissance»

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

L'air est nécessaire à TœuTre de la combustion, et cette dernière opération donne lieu à la produQjtion de substances gazeuses qui s'é- ^chappent par la cheminée arec une certaine portion d'air échauffé. De ces substances, le gaz acide carbonique, produit par la combinaison de l'oxigène de f air avec le carbone, forme la majeure partie.

Pour qu'une combustion marche bien , il est néces5aire que l'air trouve tfn libre accès sur toutes les parties du feu, afin qu'il soit couTenablement échauffé, il en est de même du combustible, dont la température doit être suffisamm-ent élevée , pour que tous ses flémens puissent se combiner ayec Toxigène de l'air.

DES FOURN£ÀUX. i53

Les avantages d'un feu alimenté -avec régularité sont évidens. Si on place sur la grille une grande masse de coipbu&tible, beaucoup d'hydrogène s*échappe à Tétat 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'échaufife^ se consume et produit de l'eau qui, se mettant en contact aveo les fragmens des charbons inoandesccns } produit de la vapeur dont la chaleur latente s'utilise contre les tubes conducteurs en métal où les galeries qui dirigent la fnmée et la flamme ou l'air échauffée la cheminée. Quand l'hydrogène DU ses combinaisons passent au travers d'un feu lent et mou , il produit un effet plus puii^ible que favorable, tandis que quand le feu est actif et bien nourri, que le charbon contient en abondance de l'hydrogène, ce gaz se consume avec beaucoup d'avantage.

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

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une certaine portion de calorique qui n'est pas toute utilisée; mais on a aussi observé que 5 quand le tirage est mou , un peu d'eau jetée à propos dans le cendrier, l'augmente par suite de sa' conyersion en Tapeur, et de son mélange avec la lumée qui s'échauffe, devient transparente et beaucoup plus légère que l'air commun.

L'ouverture du fourneau qui donne l'admission à l'air, doit être suffisamment large pour produire la plus grande quantité possible de chaleur , mais elle ne doit pas l'être trop ; les côtés doivent s'élargir à 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-

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mente aiasi le frottement de la chaleur contre les surfaces.

En faisant^ selon Tusage ordinaire, circuler la flamme autour des parois latérales des chaudières 5 la chaleur ne s'étend pas assez loin pour être utile pendant tout le tems de son trajet^ et son action deyenant oblique^ Feffet produit s'amoindrit beaucoup. Les retours de flammes trop longs n'offrent pas non plus un ayantage 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 tenais à une diminution d'actirité sensible sur la chaudière. M. 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 souTent, 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 ayons dit que, dans la construction des fourneaux^ quand ils sont extérieurs, on 4oit ayoir soin de n'employer autant que pot*

s\h\é que des matières refractaires, ou mauyaises conductrices de calorique; la grille seule «exige Temploi de métaux; on peut même se passer de porte, pouryu qu*on bouche l'issue ayec le charbon frais qui doit ensuite alimenter le fourneau. Le reste du fourneau est fabriqué en briques ré fractaires. En Tue d'emmagasiner la chaleur au^ dessous de la chaudière , on peut laisser quelques caTÎlés dans la maçonnerie. La forme la plus usitée et recommandée par Morreau sc-« rait un canal ditisè en deux parties par une muraille. Enfin on doit autant que possible isoler le fourneau de tout contact de matière propre à 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'approTisionnement de charbon qui doit être jeté plus tard sur le feu. Par son Toisinagc de ce même feu 5 il s'échauffe et abandonne l'excès de gaz qu'il contient et qui Ta se réchauffer ou même s'enflammer en passant au-dessus de la masse eu combustion.

Les barres de^ grilks ont ordinairement, une hauteur de 1,5 à 3 pouces sur une épaisseur variable de o^^S à i^a pouces. Leur Ion—

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gueur est d'environ trois pieds , et quand Tétendue du fourneau en requiert davantage 5 une traverse de fer sert à appuyer un second rang de barres semblables , qui se correspondent alors bout à bout. L'espace laissé vide entre chaque 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 suffire à la combustion de 5 kilogrammes de charbon par heure. La même grille peut fournir un feu lent ou actif, mais pour un feulent l'épaisseur du charbon doit être plus grande; ' elle peut aussi s'adapter à tout autre coiihbustible, cependant on doit 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 sur son 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 ea lui adaptant à l'in—

teneur et à quelques poQCes de distance^ une surface métallique qui laisse un espace vide entre le feu et cotte même porte. Le système de portes à coulisse et à contrepoids présente beaucoup d'ayantages^ en ce quMl permet de n'ouTrir que partiellement ou d'une manière graduée le fourneau.

L'inyention du procédé par suite duquel on paryient à consommer entièrement la fumée est généralement attribué, en Angleterre, à James Watt; cependant il résulte des mémoires de r Académie des Sciences de Paris ^ 1^999 ^^ M* D« la Haye fit plusieurs essais heureux d'un moyen proposé par un ingénieur français, M. Delasmes, et qui tendait au même but. Ce dernier exposa son fourneau fumiTore à la foire de St. -Germain en i685.

n consistait en un long tube en forme de syphoo 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'ignition du combustible , la chaleur se communiquait au tube plus long qui servait de •heminée, etpar ce moyen, un courant d'air se

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produisait au trayers du combustible et enduite de la grille ; il en résultait la combustion complette de la fumée (i).

La fig. 55 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. Toisin , il disposait une autre petite grille h, sur laquelle il maintenait un feu de cbarbon de bois ^de cooke ou de bouille qui ayait été préalablement dépouillée de fumée par la combustion, et qui par sa cbaleur 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 étaient plus longues que d'habitude d'enyiron 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 les'dispositions ordinaires de fourneaux , Tair passe d'abord an travers de la grilie , et ensuite au trarars du charbon frais ; il est brûlé avant d'arri^ fer à et dernier.

i6o DES FOURNEAUX.

très bas au-dessous duquel la fumée passait pour arrirer à la seconde portion de la grille; elle était ainsi mise en contajct aTec un feu très intense , et consumée en grande partie ayant d'arriyer à la cheminée.

La fig. 34 représente le moyen employé par M. 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 ouTerture resserrée qui donne lieu à une accumulation de chaleur. En outre une ouverture c, 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 à la combustion de la fumée dans le sens indiqué par les flèches. Il est remarquable que le procédé de M. Gregson peut être considérablement boniflé, en construisant en métal la cloison qui sépare les deux tubes Z et À, 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). 13 ne économie de combustible

(t) On Tient de conslraîre tout récem nient un fourneau sans Âtre; l'introduction de l'air et rexpulsioo.

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ne peut que résulter de réchange de température entre les courans opposés. On peut, dans ce dernier cas, faire abstraction de la perte de calorique et de tirage C[ai résultera du pouvoir conducteur des métaux employés. La colonne ascendante aura toujours une température suffisante pour fournir au tirage (i).

Une autre installation consiste à 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 porte qui sert à l'inj^duction du combustible dans le fourneau, '^JrtcUe façon que l'air et les gaz échauffés, par leur force expansive et leur pesanteur spécifique amoindrie, contrarient incessamment la pénétration de l'air froid atmosphérique audessous du fond dé la chaudière, de telle fades gaz échauffés s'opëreot par la chemioée même , qui est très large, et qui n'est point munie de cloi« sons. Mais il est nécesèaire qne la température du fourneau soit préalablement très élevée avant quo l'effet se produise. On a aussi essayé de placer deux xrberoinécs l'une dans l'autre. Le tube concentrique , servait au tirage , et l'espace annulaire à l'expulsion 4le la fumée et des gaz.

(i)Ua tirage trop actif n'est pas tonjoars avantagcux. Mais il est facile de le modérer par un registre.

t6a DBS FOURNEAUX.

çoD aussi qae 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 avec l'air échauffé ou les gaz^ jusqu'à ce que ces derniers aient cessé d'agir sur les parties conyenables 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 â ce qu'aucune autre portion d'air passant dans le fourneau , ne pénètre au travers du combustible enflammé. Une autre particularité attachée auz^ systèmes de M. Losh, àquiestdûceluiquencMJ Tenons de décrire , consiste à employer deui feax que nous désignerons par A et B , avec un mur intermédiaire qui supporte le milieu de la chaudière ; chacun de cos feux a son tube de conduit qui se termine A la cheminée, et ils communiquent l'un à 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 sollicité à descendre pour passer sous l'arceau et ensuite au travers de la seconde grilU du feu B, où la fîimée est «onsuméc^

DES FOURNEAUX. i63

Lei deuxcourans d'air échauffé se réunissent alors dans un tube qui les conduit à la cheminée. Quand le feu en A est entièrement incandescent^ on renouyelle celui en B^ leû registres sont alors conrenablement tournés pour déterminer le courant yers la chepiinée. Le gaz du feu nouyeau en B. descend au-dessous de l'arceau sus-mentionoé, passe au trayers de la grille en A et y étant enflanuné, est ensuite conduit yers la cheminée. Par cette méthode d'opérer alternatiyement , il n'y a point d'interruption par suite de l'alimentation du combustible.

On a aussi construit des grilles circulaires qui s'alimentent d'elles - mêmes au moyen d'une trémie adjacente. La grille était animée d'un mouyement de rotation très lent^ et la trémie à charbon était munie intérieurement d'un rouleau en fer également animé d'an mouyement circulaire ; ces deux mouyemens étaient obtenus plus ou moins rapides selon le besoin^ par des moyens ordinaires d'engrenages dépendans de la machine à yapeur. Le rouleau de fer placé dans la trémie était muni d'une denture particulière , afin que dauA son mouyement^ les fragmens trop gros de charbon puiil^nt être brisés et réduits à la di^

i64 DES FOURNEAUX.

mension la plus convenable pour produire 'ane bonne combu«tion , îl 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*à chacune de sesrévolutions, le charbon correspondant sur la grille à l'ouverture du tube de la trémie^ fût déjà convenablement incandescent On est parvenu ainsi à 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 tlans la'^même direction , et la consommation de charbon est amoindrie. On évite aussi l'inconvénient grave d'ouvrir incessamment les portes des fourneaux pour les alimenter de combustible , et Tair frais n'a plus la faculté de s'introduire, comme, dans les autres procédés, au-dessus du feu, et d'aller rafraîchira contre-tems les surfaces de chauffe. En outre l'introduction du combustible est entièrement gouvernée par la machine à vapeur, de telle façon qu'on peut en graduer la quantité pour le travail à produire; l'appareil est toutà-fedt indépendant des soins' des chaufleurs.^

DES FOURREAUX. i65

En obserTant les fonctions des cheminées, on a dû remarquer sans doute, que la fumée ne se produit d'une manière très apparente qu'à répoque où on charge de nouYeau les tbumcaux, et qu'elle est encore Tisible quelques minutes après cette opération. Ensuite Tair trouvant un libre passage au travers du combustible, la fumée finit par disparaître presqu 'entièrement. M. Muray a imaginé un procédé ingénieux pour alimenter d'air les fourneaux, pendant l'opération de leur rechargement. Il consiste à adapter à l'extrémité d*un large tube correspondant à la par* tie 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'air 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 |s'ccouler par une ouverture de quatre pouces carrés.

Beaucoup d'essais ont été faits pour obtenir la combustion de la fumée , et presque tous les constructeurs ont pensé que Tin* t réduction d'une certaine quantité d*air audessus de la bouille en combustion , était capable d*en opérer la réductiqn. Voici leurs raisonnemens à cet égard.

Quand on recharge un fourneau, la bouille 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 la même manière que dans des Tases clos. Une grande portion du gaz hydrogène qui en résulte, passe ainsi à la cheminée sans aToir pu se combiner avec une quantité suffisante « d'ozigène, et ce gaz entraîne ayec lui sans les brûler, les particules de charbon iofioiment divisées qui constituent la fhméc ; tandis que si on ajoute dans ce moment une certaine quantité d*air et par conséquent d'ozigène à cette portion d'hydrogène qui s'échappe par dessus le combustible frais , il en résultera deuz circonstances favorables à h disparition de la fumée ; d'abord l'inflam-^

DES FOURNEAUX. tî-j

matioQ du gaz hydrogène qui b]*ûlera le? par« ticules de charbon diyisées dont nous avons parlé plus haut^ et ensuite la formation d'une certaine quantité d*eau ou de Tapeur^ qui a la propriété de condenser la fumée^ ou de la rendre transparente. Le tirage n'en est pas pour cela affaibli^ car on Terra plus tard que par un procédé à peu près semblable, on est parrcnu à obtenir un très grand tirage dans les machines à Tapeur locomotiTes.

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 à la porte du fourneau. Par 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. Un tube adapté aux extrémités du cylindre mettait en conmiunication le haut et le bas de cette capacité. Un autre tube d'embranchement était adapté au milieu du premier,et ce tube était muni d'une

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soupape qui, ouTerte d*uoe certaine quan-« Uté, ne permettait à l'air jrefoulé par le pistou de s'écouler que lentement et d'une manière graduée au-dessus du combustible. Le piston même ne pou¥ait descendre qu'avec une vitesse proportionnée à la dépense d'air. Cette invention est due à M.William Pritchard. . Un autre procédé appartenant à M. Stanley et que nous avons vu fonctionner avec succès 9 consiste à 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 à van qui, dans son mouvement de révolution, entraîne avec elle une quantité sulEsante 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.

Le dernier procédé que nous ayons à décrirc, est une inTention de M. Ghapman. Les barres des grilles de son fourneau sont creuses ^ et elles se débouchent dans deux boîtes disposées à chaque extrémité de la grille. La boîte de devant est munie d'un registre destiné à s'ouyrir plus ou moins, à yolonté.

L'autre boîte ou plutôt l'autre extrémité de la 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 mé-.

nagé, pour que Tair 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, Pair passera au travers des/ barres de grilles creuse6, se dirigera ensuite derrière la cloison du fourneau, pour rencontrer ensuite la flamme et la fumée à son passage au-dessus de cette même cloison. Pour ' que reffet soit plus grand , l'auteur fait percuter l'air à sa sortie de derrière la cloison, contre un plan incliné de la maçonnerie contiguë^ et qui forme l'intervalle dont nous avons parlé plus haut. Le courant d'air s'établit ainsi contrairement à la direction de celui de la fiuuée, et celle-ci se trouve dans

t^o DES FOURNEAUX.

]e9 circonstances fayorables pour être cotisu-* mée. Pour recharger le fourneau , yoici le moyen qu'emploie U. Ghapmaù.

Flg. 55. Cette figure représente une sec-* tion 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 boite i. a, est la chaudière ; b^ le fourneau ; c, la caisse à charbon avec son couvercle d ; e, est un contre-poids adapté à une TalTe à bascule, par le moyen duquel on obtient Técoulement du charbon dans le fourneau, f, est un ringard qui sert à repousser le charbon incandescent sur le derrière de la grille quand il est question de recharger le fourneau. En ^, il y a un trou ou regard par où on examine l'état du feu. i i, est la boîte dans 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'as* semblage et la disposition dans ki fig. 56. ty est l'interYalle mince dont nous avons égale* ment parlé^ où passe avant d'aller rencontrer ' la fumée , l'air qui a été aspiré par la boîte L Cette disposition nous paraît la plus avanta- ,

geuse de celles que nous ayons décrites^ quoiqu'on prétende que les barreaux des grilles soient plus durables que solides , ' Tayantage qui résulte de ce que Tair s'échauffe par son passage au trayers des grilles^ nous paraît d'une haute importance.

Enfin, un autre mécanicien anglais a modifié l'idée principale de l'appareil que nous yenons 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 ayant d'arriyer au contact 4q la fumée.