CHAUDIÈRES FIXES ORDINAIRES

Tout-venant ordinaire, combustion modérée.

Gailleterie k longue flamme

Tourbe

Bois ,

Coke

Hauteur de la chambra de chaaffe.

0«30 à O^AO 0m40 à OmSO 0™50 à 0">75 0n»60 k Om75 0"»60 k 0n>80

La grille est horizontale ou légèrement inclinée (1/6 à V*^) vers l'arrière, ce qui facilite le service et le dégagement des flammes.

On donne k Touverture du cendrier au moins le 1/5 de la surface de la grille.

îd^O. Détails de constr action. — Les barreaux de grille (flg. 1) repo-

ïï

sent à leurs extrémités, et quelquefois au milieu, s'ils sont très longs, sur des sommiers en fonte ou en fer avec le jeu nécessaire pour la dilatation :

Ils sont en fonte (fig. 164) à section trapézoïdale, avec renforts en deux ou trois points pour maintenir Técartement.

Largeur des vides, suivant que le combustible est plus ou moins menu ou décrépitant 6 à 15 mm.

Largeur^^des pleins 10 à 20 mm.

Les barreaux minces sont quelquefois fondus par groupes de 4 ou 5.

Les. barreaux pour locomotives sont souvent en tôle, assemblés en paquets de 4 ou 5 ; Tespacement est tenu par des bagues ou des tètes de rivet saillantes.

La porte de foyer (fig. 1) est en fonte ou en tôle forte, renforcée par des nervures ; elle est à un ou deux vantaux, suivant sa dimension, et rattachée par des gonds à la devanture ; elle ferme sur de bonnes portées ; on la tient un peu en arrière du foyer et on la garantit contre ie rayonnement par un écran de tôle, tenu à quelques centimètres par des rivets.

L'autel n'a que la hauteur nécessaire pour maintenir le combustible ; il ne doit pas créer d'étranglement au passage de la flamme.

Le cendrier forme poche ; on y maintient une couche d'eau pour rafraîchir la grille et éteindre les escarbilles ; cette eau sert au chauffeur de mi-

Fig. 164.

roir pour bien voir le feu ; la porte en tôle du cendrier sert,concurremmenl avec le registre, à régler le tirage.

9^±. Dispositions diverses des «rlUes. — A la Compagnie parisienne du gaz, on emploie pour les grilles de chaudières, des barreaux ronds creux (fig. 165) percés de trous, Tair arrive par Taxe et par les trous inférÎQiirs ; le décrassage s'opère en faisant tourner les barreaux autour de leur axe. Ce système convient bien pour des combustibles très cendreux et une combustion lente : on l'emploie pour brûler des agglomérés de poussier de coke.

La fig. 166 représente un foyer de locomotive.

Fig. 166.

a Barreaux de grille, supportés par les deux sommiers bb ; ^'^^' *^^-

c Jette-feu, portion de grille pivotant autour de Taxe d et que le chauffeur peut abaisser pour vider le foyer en cas de danger ;

E Cendrier, fermé par le bas, afin d'éviter la projection des escarbilles;

/*, g Portes d'avant et d'arrière du cendrier ; on ouvre plus ou moins Tune ou l'autre suivant le sens de la marche et l'activité qu'on veut donner au tirage (1).

La grille de MM. de Marsilly et Chobrzinski (fig. 167) permet de brûler les fines sans déchet ; le combustible, chargé dans le haut, est repoussé méthodiquement par le chauffeur de gradin en gradin; les cendres se rassemblent sur la petite grille a d'où on les retire facilement.

(<) L'influence des grandes vitesses sur le tirage n*est nullement négligeable ; une vitesse de 90 kilomètres à rheure correspond à une charge d'eau

de plus de 2 centimètres 1/2 et représente une F'?« 167.

cheminée de plus de 50 mètres de hauteur.

Dans la grille Langen (fig. 168), les gradins sont plus espacés et formés

de barreaux inclinés ; chaque gradin est précédé d'une plate-forme sur laquelle le chauffeur dépose le combustible et le laisse s'échauffer avant de le repousser sur la grille proprement dite en dessous du coke précédemment formé.

Z^9, De la riimivorlté. — La fumée qui se dégage des cheminées est souvent fort Fig. 168. gênante pour le voisinage ; des ordonnances

de police en prescrivent fréquemment la suppression. Il est clair d ailleurs que le noir de fumée est du carbone emporté en pure perte ; mais cette perte est toujours très petite.

On a essayé, par bien des moyens, de rendre les foyers fumivores ; ce résultat serait évidemment obtenu par une combustion bien complète ; nous citerons les plus répandus des systèmes fumivores. Ils procèdent de Tun des principes suivants : V Chargement méthodique ;

2** Brassage des produits gazeux dans une enceinte à haute température ; 3° Admission d'air au-dessus du combustible.

Z49, Appareil» à eliarsement métliodlciae. — Si la houille fraîche est introduite en dessous du combustible en partie brûlé et passé à Télat de coke incandescent, les hydrocarbures provenant de la distillation s^échauffent en traversant ce coke et se brûlent pluâ complètement. Tel est le principe de la grille Langen {f\g. 168).

Il existe un grand nombre de dispositifs mécaniques ayant pour objet de le réaliser.

Dans celui de M. Juches, connu en France sous le nom de système Tailfer

Fig. 169.

(fig. 169), la houille est distribuée par une trémie A sur une grille animée d'un mouvement très lent de translation d'avant en arrière.

FOYERS ET CHEMINEES

L'épaissear du chargement, réglée par la hauteur de la porte mobile B, est combinée avec la vitesse de translation, de telle sorte que le combustible soit complètement brûlé quand il arrive en C, à Tautel. Il y a donc mélange des hydrocarbures, distillés près de la trémie, avec l'air chaud en excès passant k travers le coke incandescent qui garnit l'extrémité opposée de la grille.

La grille a, dans son ensemble, la forme d'une chaîne continue, portée par deux grands tourteaux E et F, dont le premier E est mû par la machine au moyen d'une transmission ; dans Tintervalle^ la grille repose sur des rouleaux. Tout l'appareil peut être retiré en roulant sur un petit chemin de fer. S'il est bien proportionné et bien conduit, et moyennant un tirage suffisant, il donne de bons résultats.

244. BraMBttsedes flammes. — Le système Thierry (fig. 170), sous sa forme la plus simple, consiste en un tube horizontal percé de trous qui donnent issue à de nombreux jets de vapeur remplissant la chambre de combustion et brassant énergiquement les gaz combustibles avec Tair en excès.

Employé sur les locomotives, il permet de faire disparaître la fumée qui se produit dans les stationnements. La dépense de vapeur de cet appareil est assez importante.

Avec les combustibles à longue flamme, on peut faire disparaître la fumée en empêchant, par une chemise réfractaire, le contact de la flamme avec le fond de la chaudière, et disposant dans les carneaux des chicanes en briques réfractaires, qui complètent le brassage à haute température ; ce moyen a l'inconvénient de réduire l'efficacité de la surface de chauffe.

:^45. Admission d'air sur le eombustible. — Ce n'est pas, d'ordinaire, la quantité d'air qui fait défaut dans un foyer ; il y a presque toujours un excès d'oxygène présent, qui ne se combine pas avec les gaz combustibles, faute de les rencontrer dans des conditions favorables ; si l'on amenait de l'air au-dessus de la grille en ouvrant, par exemple, la porte, on augmenterait fortement la fumée en même temps que la déperdition de chaleur. Il faut que lair admis se mélange aux gaz à haute température, c'est-à-dire très près de la surface du combustible.

Ces conditions sont bien remplies par les foyers Ten-Brink,

(Fig. 171) Foyer Ten-Brink appliqué à une chaudière de locomotive.

A Grille, fortement inclinée; B Jette-feu ;

C Trémie de chargement, fermée par un clapet c ; elle occupe presque toute la largeur du foyer ;

D Bouilleur en cuivre rouge relié aux parois du foyer par deux tubulures en cuivre rouge d\ d" qui permettent aux dilatations de s'opérer librement ; on garnit avec quelques briques réfractaires Tintervalle d'entre le bas du bouilleur et la paroi du foyer ; ^*^* *^*' b Clapet d'admission d'air,

de môme largeur que la trémie, et dont on règle à volonté Touverture ;

F Porte du foyer, presque inutile avec ce système. L'air, appelé par le tirage de la cheminée, s'élance sous forme de lame mince par l'ouverture du clapet, rase la surface incandescente du combustible et tourbillonne avec les flammes dans l'espace compris entre la grille et le bouilleur.

Ce dispositif rend de fort bons services au chemin de fer d'Orléans, où il a été appliqué à un grand nombre de locomotives.

La fig. 172 représente un foyer Ten-Brink appliqué à une chaudière fixe :

A Corps de chaudière ; D Bouilleur à foyer intérieur ; F F Foyer ; G Grille ;

a Trémie de chargement du combustible ;

c Clapet pour régler l'admission de l'air, par le couloir 6, au-dessus du combustible ;

J Clapet pour régler l'arrivée de l'air sous la grille ; K Portes du cendrier, p. ^^2 Les flammes s'échappent par la

large ouverture H, les deux tuyaux L L établissent une circulation active entre la chaudière et le bouilleur. Le fonctionnement est analogue à celui du foyer pour locomotive.

FOYERS ET CHEMINEES

La proportion entre Fair admis sous la grille el celui envoyé au-dessus du combustible se règle par les clapets c et J.

2MO. OlMuervationfi sur lem cllvers P«ysièiiie« do foyers. — Les divers foyers que nous venons de décrire, ainsi que beaucoup d'autres des systèmes les plus variés, ont donné de fort bons résultats entre les mains de leurs inventeurs et souvent d'assez médiocres dans la pratique courante. Il est certain que n'importe quel système de foyer est insuffisant à produire une bonne combustion, si la construction, les proportions ou la conduite du feu sont défectueuses. Il semble même, en l'état des choses, que ces dernières conditions soient prépondérantes ; les foyers les plus simples, lorsqu'ils sont bien agencés, bien proportionnés, eu égard à la nature du combustible et à. l'activité du tirage, et conduits surtout par un chauffeur habile, sont peut-être les meilleurs dans la plupart des cas.

94V. Oamoi^ènes. — Si Ton charge sur une grille une très grande épaisseur de combustible, la plus grande partie de Tacide carbonique sera transformée en oxyde de carbone ; on obtient ainsi un gaz combustible formé d'un mélange d'azote, d'oxyde de carbone et des produits de la distillation de la houille crue ; on peut commodément le diriger sur divers points d'une usine et le brûler dans des chambres de combustion appropriées.

Fig. 173.

La fig. 173 représente la coupe d'un gazogène de Siemens :

A Grille ;

B Trémie de chargement ;

C Trou de travail ; D Regard ; E Registre.

Le combustible distille d'abord en descendant sur la partie pleine niym ; une fois transformé en coke, il arrive sur la grille A où se produit Toxyde de carbone ; le gaz inflammable se réunit dans la chambre F d*où il est puisé par la cheminée G. Souvent on répand de Teau sur la sole H H du cendrier ; la vapeur qui s'en dégage se décompose au contact du charbon, en hydrogène et oxyde de carbone, ce qui ajoute à la richesse du gaz. Voici une analyse de gaz ainsi fabriqué avec de la houille demi-grasse :

Oxyde de carbone 23.7 volumes

Hydrogène 8.0 »

Carbures d'hydrogène 2.2 »

Acide carbonique -i.i »

Azote 61.5 »

Oxygène Q-^ »

Un kilogramme de houille brûlée ainsi en deux fois donnera-t-il plus de chaleur que dans un foyer ordinaire ? Evidemment non. La somme des quantités de chaleur dégagées dans le gazogène et dans la chambre de combustion est précisément égale à la chaleur que dégagerait le combustible brûlé directement.

Dans Tappareil de Siemens, la température des gaz au sortir du gazogène est d'environ 600^ ; elle ne peut descendre plus bas, car au-dessous du rouge, le carbone cesse de se dissoudre dans l'acide carbonique. La chaleur sensible correspondant à cette température est employée uniquement pour produire le tirage du gazogène ; elle est perdue pour le chauffage proprement dit.

Cet appareil ne saurait donc économiquement être appliqué à la production de la vapeur. On l'emploie dans les forges, les verreries, etc., pour obtenir des températures élevées. La chaleur perdue des fours est emmagasinée dans de vastes chambres remplies de briques réfractaires, et appelées régénérateurs ou récupérateurs ; celte chaleur est reprise par Tair et les gaz sortant du gazogène, qui arrivent ensuite, séparément et fortement échauffés, se combiner dans la chambre de combustion ; la température ainsi produite na d'autre limite que celle que la dissociation empêche de franchir.

Le système Siemens, en permettant d'obtenir pratiquement de très hautes températures, a amené une transformation profonde dans un grand nombre d'industries.

MM. Muller et Fichot, pour le chauffage des chaudières, produisent les gaz dans un gazogène a (fig. I7i) qui se charge par une trémie à sas 6 ;

FOYERS ET CHEMINEES

ces gaz, très chauds, arrivent dans la chambre d et se distribuent, par une série de fentes /", en lames verticales dans Ja chambre de combustion g ; d'autre'part, Pair échauffé dans son parcours ^ A A au contact de la maçonnerie chaude du massif, est lancé en veines horizontales dans la chambre ^, dans laquelle la température devient fort élevée. De là, les produits cifculent sous la chaudière.

La chaleur rayonnée par la grille tombe sur une porte à double paroi e, et est recueillie par Tair qui traverse cette porte pour arriver au gazogène.

Co^& surAB

Fig. 174.

Les proportions de Vair et du gaz se règlent par le registre de la cheminée et par un registre placé sur la conduite d'amenée de Tair, de sorte qu'on peut obtenir une combustion presque parfaite dans la chambre g.

Avec cet appareil, la chaleur rayonnante est moins directement utilisée qu'avec les foyers ordinaires. Mais son plus grave inconvénient est la nécessité de le tenir en feu jour et nuit.

1M8. Proeédé» divers de eombustlon. - On emploie, pour le chauffage des chaudières, les gaz des hauts-fourneaux, qui contiennent une assez forte proportion d'oxyde de carbone.

Ces gaz, comme du reste ceux des gazogènes, sont dilués de beaucoup d'azote et d'acide carbonique, ce qui en rend l'allumage difficile et l'utilisation assez imparfaite.

Quelquefois, pour tirer parti de combustibles de rebut, escarbilles, fraisil, etc., on les transforme en gaz dans des gazogènes soufûés, qui sont de véritables hauts-fourneaux de dimensions réduites.

M, Perret brûle des combustibles contenant jusqu'à 75 0/0 de cendres, en les étalant sur une série de tablettes réfractaires disposées en étages superposés. Pour faire une charge, on fait descendre le combustible de chaque tablette sur la tablette inférieure, et l'on place du combustible frais sur la tablette la plus élevée ; quand l'appareil est en régime régulier, la tablette inférieure ne contient que des cendres chaudes, et la richesse du combustible va en croissant de bas en haut.

L'air arrive par le bas, se réchauffe au contact des cendres, dont il emporte la chaleur, puis lèche successivement les charges de toutes les tablettes ; sa température s'élève d'étage en étage.

Cet appareil doit être maintenu à une allure lente et rester en fonction nuit et jour ; il convient bien pour le chauffage des serres.

M, Cramplon lance dans un four métallurgique un mélange d'air et de houille finement pulvérisée et obtient ainsi une combustion complète.

999. Brûlear» pour combiuiCIbles divers. — Le bois et la tourbe se brûlent dans des foyers analogues à ceux pour la houille, mais on donne plus de hauteur à la charge et plus d'espacement aux barreaux de grille.

Pouf la paille, le chargement à bras est très pénible, à cause du volume énorme de ce combustible ; on emploie quelquefois deux cylindres mus mécaniquement, comme des cylindres de laminoir, pour pousser la paille dans le foyer.

La sciure de bois se brûle d'habitude en mélange avec de la houille. On est arrivé, cependant, à utiliser ce combustible seul, malgré son faible pouvoir calorifique.

Les huiles lourdes de gaz, qui se vendaient naguère à bas prix et pos~

Fig. 175.

sèdent un pouvoir calorifique considérable, se brûlent dans l'appareil de M. Sainte-Claire Deville, L'huile (fig. 175) est amenée lentement par des

entonnoirs dans une série de rigoles a a fortement inclinées et creusées dans des pièces de fonte massives ; celles-ci laissent arriver Tair par ,les fentes b b.

Après avoir été essayé sur une locomotive et sur le yacht Le Puebla, ce système a rendu dés services sérieux pendant le siège de Paris.

MM. Agnellel brûlent les huiles lourdes en les pulvérisant au moyen d'un jet d*air comprimé, qui entraîne la poussière inflammable dans la chambre de combustion.

En Amérique, la même méthode est employée pour brûler les pétreles bruts ; mais Tair comprimé est remplacé par un jet de vapeur.

L'usage du gaz d'éclairage pour produire de la chaleur devenant chaque jour plus général, disons un mot sur l'emploi de ce nouveau combustible.

Pour supprimer la partie éclairante de la flamme, et par conséquent, les dépôts de suie, il sufflt de mélanger préalablement un peu d'air au gaz. On y arrive au moyen du bec Bunsen, très usité dans les laboratoires et dans les ménages : le gaz, sous une pression de quelques millimètres d'eau, est lancé par une petite buse dans Taxe d un tuyau ouvert aux deux bouts, et ce jet détermine, par entraînement, un appel d'air ; le mélange gazeux est alors dirigé vers des ouvertures, de formes variées selon les besoins, où il brûle avec une flamme bleue. Si la quantité d'air entraînée est trop forte, la vitesse d'inflammation devient supérieure à la vitesse d'écoulement du mélange et la flamme remonte jusqu'à la buse. L'accès de l'air est réglé par un petit registre placé à la buse du bec.

Dans le chalumeau Schlœsing, une buse centrale, alimentée d'air comprimé sous une pression de quelques décimètres de mercure, détermine dans un tuyau un appel d'air très vif ; cet air se mélange dans le tuyau même avec du gaz d'éclairage,arrivànt par une tubulure latérale.Ici les proportions d'air et de gaz sont à. peu près celles qui conviennent, pour une combustion complète ; toutefois, le mélange ne saurait s'enflammer au bec du chalumeau, à cause de sa grande vitesse ; il faut, pour pouvoir l'allumer, le lancer dans un petit fourneau, dont la section est beaucoup plus grande que celle du chalumeau. La température ainsi obtenue est suffisante pour fondre le fer très rapidement.

Nous avons cru devoir mentionner ces deux derniers appareils, à cause de la netteté des phénomènes qui s'observent dans leur fonctionnement.

;^50. Glieiiiiiiée». — L'appel de l'air à travers les foyers s'obtient le plus souvent au moyen d'une cheminée. Les gaz chauds qui remplissent la cheminée étant moins denses que Pair froid extérieur, déterminent le mouvement connu sous le nom de tirage.

L'activité du tirage doit constamment varier pour suivre les circonstances, très variables elles-mêmes, de la combustion. Dans la plupart des

chaudières fixes, le tirage se règle à l'aide d'un registre^ placé au bas de la cheminée.

Pour que le registre ait toute son efficacité, il faut que la résistance qu il oppose au mouvement du courant gazeux soit prépondérante ; c'està-dire que la vitesse des gaz, au passage de fétranglement soit beaucoup plus grande que dans le reste du parcours; ce qui conduit à donner de graodes dimensions è la cheminée, aux carneaux et à la grille.

Alors le chauffeur est tout à fait maître de son tirage ; il marche à regis- Ire presque fermé, et le débit d'air est sensiblement proportionnel à l'aire d'ouverture du registre.

Pour réaliser ces conditions, avec une cheminée de hauteur moyenne (20 k 30 m.), on donne à la cheminée et aux passages de fumée une section égale au 1/5 ou au 1/6 de la surface de la grille, ce qui correspond à une consommation par heure d'environ 3 à 4 kilog. de houille par décim. carré do section de la cheminée ; on réduit un peu la section ainsi calculée, s*il s*agit de cheminées hautes, on l'augmente un peu pour les cheminées basses.

Si la combustion est active, c'est-à-dire la vitesse de l'air très grande en traversant la grille, c'est surtout au passage dans les interstices du combustible que se produit la perte de charge ; l'ouverture plus ou moins grande du registre a dès lors moins d'influence, et le feu est moins facile à bien conduire.

Avec les chaudières ordinaires, le service devient difficile quand la vitesse des gaz chauds dans les carneaux et la cheminée dépasse 5 à 6 m.

Quand les circonstances sont telles qu'il faille accepter des carneaux et uoe cheminée de petites dimensions (locomotives, locomobiles, etc.), on a recours au tirage artificiel,

»54. Calcul du tirage. — Reprenons le cas où le registre règle, à peu près à lui seul, la quantité d'air appelée :

Soit H la hauteur de la cheminée ;

T la température absolue des gaz dans la cheminée et au passage

du registre ; To la température absolue de l'air ambiant.

On peut admettre sans erreur sensible, que les gaz de la fumée ont, dans les mêmes conditions de température et de pression, la môme densité que ! air atmosphérique.

La charge motrice, exprimée en hauteur du fluide à mettre en mouvement (gaz chauds), sera donc :

Et si S est la section rétrécie du registre, corrigée par un coefficient

de contraction convenable, le volume de gaz chauds débité par seconde, sera :

gaz froids :

S correspondant à un débit de gaz froids

On voit qu*il n'y a pas intérêt, au point de vue du tirage, à pousser la température T^ des gaz au delà d'une certaine limite : car l'expression cidessus est maxima pour T^ = 2 To , et elle décroît quand Ti dépasse cette valeur (1).

Il en est tout autrement si la section étroite est traversée, non par des gaz chauds, mais par des gaz froids, si, par exemple, le tirage est réglé par la porte du cendrier ; la charge motrice est alors représentée par la hauteur d'une colonne de gaz froid :

et le débit en volume, proportionnel au débit en poids :

s/2gH(l-A)

croît de plus en plus, à mesure. que la température intérieure s'élève.

Dans les deux cas, le débit croît proportionnellement à (/îï ; mais d'autre part, le prix d'une cheminée croît presque comme le cube de H ; aussi quand on le peut, convient-il de limiter la hauteur des cheminées à. 15 ou 20 mètres ; mais les règlements de police, ou les questions de salubrité et de convenance, obligent souvent à donner aux cheminées d'usine des hauteurs bien plus grandes.

9&9. Construction des elienilnées. — Les petites cheminées se font souvent en tôle ; on les assemble sur un socle et on les haubanne solidement.

Les grandes cheminées sont ordinairement en briques, à section circulaire. L'épaisseur au sommet est de 0 m. 11 (une demi-brique) ou mieux de 0 m. 22 {une brique) ; elle croît jusqu'à la base. Le fût présente à l'extérieur un fruit de 0,025 à 0 m. 04, suivant l'aspect à donner.

L'épaisseur des parois croît à l'intérieur par redans successifs d'une demibrique. Le chapiteau est en pierre ou en fonte, quelquefois en briques protégées par une feuille de cuivre contre la pluie ; souvent il détermine dans

(I) La température centigrade extérieure t*^ étant 15», on aurait pour la température dans la cheminée, correspondant au maximum de débit, ti = 303*.

A cette température, la charge motrice correspond aune colonne d'eau d'environ 6 mm. pour 10 m. de hauteur de la cheminée.

la colonne gazeuse un rétrécissement qui nuit peu au tirage, s*il n'est pas trop prononcé, et atténue Teffet des coups de vent.

A rintérieur de la cheminée, on dispose une échelle verticale en fer, en ayant soin déménager des joints de dilatation.

La base de la chemmée est percée d'ouvertures pour Tarrivée de la fumée ; d'autres ouvertures, fermées par un briquetage^ servent à la visite. Quand plusieurs foyers sont desservis par une même cheminée, on les fait déboucher dans des games séparées, pratiquées au moyen de cloisons dans

le bas de la cheminée , et ayant quelques mètres de hauteur, afin que les courants gazeux ne se contrarient pas. Les parties exposées à rougir se font en briques et mortier réfractaires. Le mortier réfractaire est de Targile sableuse, délayée dans de l'eau, et qui durcit sous Faction du feu. On l'emploie même, avec les briques ordinaires, dans les points où la température doit dépasser 2 à 300**. Partout ailleurs, le mortier de chaux est suffisant.

Les cheminées en briques sont souvent armées de cercles de fer, que Ton place, soit dans le massif de la maçonnerie, ce qui peut en compromettre la solidité, à cause des dilatations inégales, soit à l'extérieur.

La fondation doit être très solide :

une fois le soubassement construit, on monte le fût au moyen d'un échafaudage volant qui s'élève en même temps que la maçonnerie et porte un petit treuil pour le montage des matériaux.

On a construit au Creusot de grandes cheminées en tôle, non haubannées, et qui se tiennent par leur poids et par un solide ancrage dans la maçonnerie de fondation .

La fig. 177 représente un registre ordinaire. C'est une plaque de tôle ou de fonte glissant entre deux rainures ; ce système

Fig. 176.

Fig. 177.

Fig. 178.

FOYERS ET CHEMINEES

est fort simple ; ilarinconvénient de laisser pénétrer Tair froid par la fente supérieure du carneau .

Pour ce motif, dans les constructions soignées, on préfère le registre tournant (fig. 178).

Le levier de manœuvre du registre doit toujours être sous la main du chauffeur.

dS3. Appel pareotrainemeot. — Dans les locomotives, la cheminée est trop petite pour produire la combustion extrêmement intense qui est ici indispensable ; le tirage résulte de Tentraînement exercé sur la colonne d'air qui remplit la cheminée par la vapeur d'échappement lancée par la buse d'échappement A (fig. 179) ; Teffet est d'autant plus énergique que la détente est moins prolongée et le mouvement des pistons plus simple. On active encore le tirage en serrant les deux valves, a a, de manière à réduire Torifice de la buse et, par conséquent, accroître la vitesse du jet de vapeur.

La fig. 179 représente la coupe de la boîte à fumée d'une locomotive.

B B Plaque tubulaire ;

C C Prise de vapeur ;

D A Culotte d'échappement ;

G G Cheminée ;

F F Obturateur de la cheminée, fermé quand la machine est au repos ;

H Porte de la boîte à fumée ;

J J Grille pour arrêter les flammèches.

Le soufflage du foyer par l'échappement est, on peut le dire, la partie vitale de la locomotive.

Dans les anciennes machines, brûlant du coke sous fortes épaisseurs, on avait besoin d'un tirage extrêmement actif, que Ton réglait en serrant plus ou moins les valves, ce qui avait l'inconvénient de créer de fortes contre-pressions derrière le piston.

Dans les nouvelles machines, à grand foyer, avec faible épaisseur de houille, ^*^* ^^'

les valves sont presque toujours ouvertes, et l'on modère le tirage par la porte du cendrier (flg. 166).

Généralement, au centre de la buse, qui est l'appareil de soufflage en

marche, on place un petit tuyau appelé souffleur^ qui peut lancer dans la cheminée de la vapeur prise directement à la chadière : le souffleur sert pendant les stationnements, soit à faire disparaître la fumée, soit à activer la montée en pression.

Des expériences nombreuses ont été faites pour apprécier numériquement la puissance du tirage par jet de vapeur ; les résultats en sont assez contradictoires et il est difficile d'en tirer des conclusions bien nettes.

Depuis 1867, à la suite des travaux de M. de Mondésir, à TExposition universelle, les applications du système d'appel par entraînement se sont multipliées. On emploie aujourd'hui avec succès les jets d'air ou de vapeur, soit pour mettre en mouvement de grandes masses d'air, soit pour produire une compression ou un vide qui peut aller jusqu'à plus de 60 centimètres de mercure.

Dans quelques cas, on souffle de l'air sous le foyer soit par un ventilateur, soit par un jet de vapeur agissant par entraînement (appareils Kœrting).

CHAUDIÈRES

9&4. Traïuunlsslon de la chaleur. — La chaleur, dégagée dans le foyer, se communique aux parois de la chaudière, et, de là, à l'eau qui y est contenue.

Les lois physiques de la transmission de la chaleur sont mal connues. On possède cependant quelques données générales applicables aux chaudières et que nous allons rappeler.

1*» La quantité de chaleur transmise croit rapidement avec Técart entre la température du corps chauffé et celle du corps chauffant.

Cette loi est vérifiée par Texpérience de chaque jour.

20 Dans les chaudières à vapeur ordinaires, l'épaisseur et la conductibilité du métal ont peu d'influence sur la vaporisation.

Ce résultat, complètement confirmé par la pratique, s'explique comme il suit :

Pour passer du foyer k l'eau, la chaleur a successivement à franchir les deux surfaces et l'épaisseur de la tôle, c'est-à-dire que la conductibilité extérieure entre deux fois en jeu et la conductibilité intérieure une fois seulement. Les expériences de Péclet ont démontré que le passage de la chaleur du métal au liquide, et surtout des gaz chauds au métal s'opère très lentement (i).

Mais un exemple simple le prouvera nettement :

La vaporisation d*un morceau de chaudière plongé dans un feu ardent ne dépasse pas 150 kilogrammes d'eau à l'heure et par mètre carré, ce qui correspond à peu près à

150 + 650 = 98.000 calories.

Or, en vertu des lois sur la conductibilité, la quantité de chaleur transmise par unité de temps et de surface par une plaque est donnée par

l'équation :

c coefficient de conductibilité intérieure ; /£, tQ températures des faces de la plaque ; / épaisseur de la plaque.

(1) Voir Péclet, Traité de ta clmleur, 4» édition, G. Masson, 1878, p. 509 et Buiv.

Si nous supposons la paroi en tôle de 12 mm. d'épaisseur, il faudra prendre : / = 0m.0i2, c = i9(l).

On aura alors :

^«^ = ^^èï^ '.-'0=62-

Ainsi, tandis qu'entre le foyer et Teau, l'écart de température est d'au moins 1500O, il n'est que de 62<* entre les deux faces de la tôle. La conduclibilile interne ne joue donc qu'un rôle insignifiant au cas actuel.

;355. Clreoii«CaDce« €|àl Inllneot «ur la transoiltisloD. — Dans une chaudière bien nettoyée, la transmission de la chaleur entre le métal et Teau se fait beaucoup plus rapidement que du foyer au métal ; la tôle prtjiid une température voisine de celle de l'eau et ne se détériore pas, même au feu le plus ardent, lorsqu'elle est mouillée sur une de ses faces.

Il en est tout autrement si la tôle est encornbrée de dépôts ; la vaporisation se fait mal et le métal reçoit facilement des coups de feu ;

Lu suie recouvrant l'extérieur de la chaudière gêne considérablement la transmission de la chaleur. La suie ne s'accumule guère dans les parties voisines du foyer, où elle est promptement brûlée par les gaz chauds et oxydants ; elle se dépose surtout sur les points de la chaudière éloignés du foyer.

Une portion de paroi horizontale transmet bien la chaleur si elle est couverte d'eau par dessus et chauffée par dessous ; les bulles de vapeur se dégagent rapidement et les parties les plus chaudes du gaz, en vertu de lyur légèreté relative, s'élèvent constamment en s'éloignant de la tôle.

Une partie de paroi horizontale mouillée en dessous et chauffée par dessuîn, est fort dangereuse si la vapeur ne peut s'échapper facilement ; le mati lus de vapeur qui se forme promptement au contact de la tôle, l'isole du cuntact de l'eau, et le métal rougit et se détériore.

H semble certain que des mouvements rapides dans le liquide et dans ivs ^Rz chauds facilitent beaucoup la transmission de la chaleur ; de là TidGe des chaudières à circulation (fîg. 493-194).

25e. Différentes parties de la surAiee de ciiauflto. — La chaleur dû cumbustion se dégage sous deux formes : 1° chaleur rayonnante ; 2^ chaleur emportée par les gaz chauds se communiquant par contact.

La radiation est beaucoup plus active avec les combustibles à courte flamme, coke, charbon de bois, anthracite. Toutefois, la distinction entre ces deux formes de la chaleur manque de précision. Certaines flammes, Icft Mammes éclairantes, celle de l'hydrogène, rayonnent très fortement; d'au Ire part, les gaz chauds échauffent, par contact, les parois des carneaux, qui rayonnent à leur tour sur la chaudière.

(!) C'est le nombre proposé par Pécletpour le fer ; il est fort discutable, et pèche plutôt par Eléfaut que par excès.

CHAUDIERES

Au point de vue qui nous occupe, on distingue dans la surface de chauffe deux parties :

l'* La surface de chauffe directe, c*est la partie de la surface de chauffe qui voit la grille ; on admet qu'elle est chauffée à la fois par rayonnement et par le contact des gaz chauds.

2o La surface de chauffe indirecte^ qui ne voit pas la grille et n'est chauffée que par contact.

Cette division est assez arbitraire : la radiation du foyer est indépendante de rétendue de la surface qui voit le feu ; elle est la même que cette surface soit grande ou petite ; les dimensions de cette surface ne sauraient lui servir de mesure.

Quoi qu'il en soit, au fur et à mesure que l'on s'éloigne du foyer, la température baisse, par le fait même de l'absorption de la chaleur par la chaudière ; l'écart entre la température des gaz et celle de l'eau va en décroissant, par conséquent, les dernières parties de la surface de chauffe donnent lieu à une vaporisation de moins en moins active.

Ces faits sont bien connus ; ils ont été étudiés et précisés dans des expériences faites par M. Geoffroy au Chemin de fer du Nord.

La chaudière d'une locomotive (i\fi;. 180) fut divisée par quatre cloisons

Fig. 180.

étanches, A, B, C, D, en cinq tronçons, parcourus successivement par le courant de gaz chauds produit dans le foyer E ;

G, grille ;

H, cheminée ;

t, tube souffleur ; la quantité d'eau vaporisée par heure dans chaque compartiment était mesurée directement.

Voici quelques-uns des résultats :

comp' 7ml4

corap.

3« comp.

comp.

se comp.