EXPÉRIENCE
Corabustible (briquettes) brûlé par ' heure : 444 kil.
\ aporisation par heure :
Totale kil.
l^ar m* de surface de chauffe
Ainsi, la puissance vaporisante décroît très rapidement à partir du loyer ; les derniers compartiments n'apportent qu*un contingent très faillie et d'autant plus faible qu'ils sont plus éloignés ; le fait est général pour toutes les chaudières.
::3y. Proportion» de la «urfieico de choiiflte. — Si donc on veut pousser un peu loin le refroidissement des gaz, il faut développer beaucoup les dernières parties de la surface de chauffe, c'est-à-dire, les moins efficuces : et par suite la vaporisation moyenne par mètre carré baissera d'autant. Il y a d'ailleurs des limites spéciales à chaque cas, et qu'il convieoL de ne pas dépasser.
Dans les bonnes chaudières fixes ordinaires, il ne convient pas que la vaporisation moyenne descende au-dessous de 12 à 15 k. par heure et par lïii' ire carré de surface de chauffe ; si l'on veut pousser plus loin le refroidissement de la fumée, il vaut mieux l'employer à réchauffer Teau d'aliiiienlation. Une vaporisation de 15 à 20 k. est une bonne allure courante.
Dans les locomotives, on va jusqu'à 40 et 50 k. ; mais ici la question de it'^g*M'eté prime toutes les autres.
Le chiffre de 20 k. dans une bonne chaudière correspond à une con- H^mmiation d'environ 3 k. de houille par heure et par mètre carré de surface di' chauffe ; suivant donc que Ton brûlera sur la grille 0 k. 50 ou 1 k. par htnire et par décimètre carré, la surface de grille sera 1/17 ou 1/33 de la surface de chauffe.
Indépendamment des pertes par la cheminée, que Ton atténue par un il evoloppement convenable de la surface de chauffe, il y a les pertes de chaleur par rayonnement ; on les combat par de bonnes enveloppes, et mieux
CHAUDIÈRES 225
encore, en plaçant le foyer dans Tintérieur de la chaudière ; mais cette disposition a l'inconvénient de conduire le plus souvent à des grilles étroites et des chambres de combustion basses.
Les pertes par rayonnement sont d'autant plus faibles que le volume extérieur de la chaudière est lui-même plus petit, ce qui donne, à ce point de vue, une certaine supériorité aux chaudières tubulaires ou autres analogues.
96S. Ban eniruoéeet réservoir de vapeur. — Le niveau de l'eau dans la chaudière doit être maintenu à 0 m. 10 environ au-dessus des parties les plus élevées de la surface de chauffe. La capacité de la partie de la chaudière au-dessus de ce niveau est le réservoir de vapeur.Le volume plus ou moins grand de ce réservoir a une grande influence sur les entraînements d'eau.
Les bulles de vapeur, en crevant à la surface du liquide, projettent deFeau en poussière, qui reste plus ou moins longtemps en suspension dans le réservoir, est en partie entraînée dans les cylindres, et occasionne une consommation de chaleur qui peut devenir notable (Voir chap. V).
Cette eau se dépose en partie dans le réservoir de vapeur, s'il est assez grand pour que les courants gazeux ne soient pas trop rapides.
Dans les chaudières fixes ordinaires, on lui donne 4 à 8 fois le volume de l'eau à vaporiser par heure. Il est relativement bien plus petit dans les locomotives, mais souvent aussi la cheminée crache : on dit alors que la machine prime.
Les circonstances principales qui favorisent les entraînements d'eau sont:
Réservoir de vapeur trop petit ou prise de vapeur trop basse ;
Eau visqueuse, grasse ou saturée de sel ;
Trop faible surface du niveau libre du liquide.
Quand la vaporisation est trop active par rapport au volume de Teaa, celle-ci se tuméfie et est entraînée en grande quantité dans les cylindres.
Pour diminuer les entraînements d'eau, on a essayé de créer des chicanes sur le parcours de la vapeur ; on a proposé aussi diverses dispositions de la prise de vapeur. Ces moyens ne semblent pas avoir donné de résultats bien favorables. Le seul artifice qui réussisse consiste à mettre la vapeur humide en contact avec de vastes surfaces chauffées ; c'est le système de la surchauffe, dont nous aurons à reparler.
Du reste, il faut que l'eau entraînée soit fort abondante pour exercer une influence notable sur le rendement des machines.
On calcule quelquefois comme il suit la proportion d'eau entraînée : on
mesure Teau introduite pendant un temps déterminé, dans la chaudière.
D'autre part, on calcule le volume de vapeur dépensé dans le même
temps d'après le volume à l'admission et le poids spécifique de la vapeur ;
la différence entre ces deux chiffres est considérée comme représentant Teau entraînée .
Ce calcul est tout à fait inexact; il porte au compte de Teau entraînée toute la vapeur condensée à l'admission. C'est ainsi qu'on est arrivé à des proportions de 60 et 80 0/0 d'eau soi-disant vésiculaire.
On ne connaît jusqu'ici qu'une méthode satisfaisante pour doser l'eau entraînée : c'est la méthode calorimétrique de M. Hirn, sur laquelle nous aurons à revenir.
Entre les mains des expérimentateurs habiles de Mulhouse, elle a donné, pour de grandes chaudières de manufacture, une proportion d'eau de 3 à 7 0/0 du poids du fluide.
95&« Réservoir €l*ea a. ~ L'admission de la vapeur dans le cylindre a lieu d'une manière intermittente ; à chaque bouffée envoyée au cylindre, la pression baisse un peu dans la chaudière ; il y a donc vaporisation d'une partie de l'eau, et par conséquent, abaissement de température promptement restituée par le foyer.
Ces variations sont extrêmement faibles dans la pratique.
Exemple : soit une chaudière contenant 1 ™-^ d'eau à la pression de 5 k. (temp. 158**); pour fournir une admission de 75 litres, l'action du foyer étant supprimée, il suffirait d'un abaissement de température de 1/8 de degré, correspondant à une diminution de pression de moins de 2/iOO d'atmosphère.
Le réservoir de vapeur joue ici un rôle tout à fait accessoire ; si, dans l'exemple précédent, au réservoir d'eau de 1 m.* on substitue un réservoir de vapeur de même capacité, la pression pour une même admission de 75 litres, baisserait de plus d'1/3 d'atmosphère.
C'est donc le réservoir d'eau qui constitue le véritable magasin de travail. Suivant les conditions de la production et de la dépense de la vapeur, il devra être plus ou moins considérable.
Exemples de grands réservoirs d'eau : locomotive sans foyer du IK Lamm, employée en Amérique pour la traction sur les tramways (1) ; c'est une locomotive dont le réservoir d'eau est assez considérable (1600 litres) ; on met le réservoir en communication avec une chaudière fixe qui en élève la température jusqu'à 195° (13 atm. environ) ; la locomotive est alors chargée, et peut ainsi parcourir plusieurs kilomètres.
Artifice analogue employé au chemin de fer Métropolitain de Londres, pour traverser les souterrains sans les encombrer de gaz irrespirables.
Grues à vapeur ayant à produire un travail intermittent, très considérable pendant quelques instants et interrompu pendant plusieurs minutes ; ici la chaudière doit être grande et le foyer petit.
(1) Voir une étude sur ce sujet de M. Piarron de Moûdésir, Annales des Ponts et Chaus* êées, 1875, 2* semestre.
CHAUDIÈRES 227
Exemples de petits réservoirs d'eau : Pompes à incendie à vapeur ; ces machines doivent être légères et monter très rapidement en pression : donc très petit réservoir d'eau, grand foyer ; il n'est nullement nécessaire d'avoir une surface de chauffe en rapport avec les dimensions du foyer, car la question d'économie de combustible est complètement négligeable.
Les canots à vapeur sont à peu près dans le même cas.
La conduite d'une chaudière est beaucoup plus facile quand le réservoir d'eau est considérable ; le chauffeur a tout le temps de prévenir les variations de pression.
Dans les chaudières fixes, on donne souvent au réservoir d'eau 10 à 15 fols le volume de l'eau vaporisée par heure. Cette proportion est beaucoup plus faible dans les chaudières marines et de locomotives.
;M0 Du réfiiervoir d'eau dans le» exploslonii. — Le volume du réservoir d'eau joue un rôle important au point de vue des explosions. S'il est considérable, les explosions ont des conséquences plus graves : la force vive emmagasinée dans Teau, sous forme de chaleur, se dégage 'brusquement au moment de l'explosion, en lançant au loin les débris de la chaudière et du massif.
Le décret du 25 janvier 1865 classe les chaudières en trois catégories d après le produit du volume (en mètres cubes) de la chaudière par la pression (absolue en kilogrammes par centimètres >) :
l'« catégorie produit > 15.
V — . produit compris entre 5 et 15. 3« — produit < 15.
Des précautions, spéciales à chaque catégorie, sont imposées, dans le but de prévenir les conséquences des explosions.
Il faut remarquer que, lorsque le réservoir d'eau est petit, la conduite du feu exige plus d'attention, et que le chauffeur peut être trompé sur la hauteur réelle du niveau de l'eau par le fait d'ébullitions tumultueuses ; les explosions ont donc peut-être plus de chance de se produire dans ce cas ; mais leurs conséquences sont bien moins désastreuses.
98i. néatotance dea ehaudlèrea* — Les chaudières sont faites en feuilles de tôle rivées ; on donne,autant que possible, à leurs différentes parties les formes de solides de révolution, qui répartissent le mieux les efforts sur la section totale du métal ; la forme cylindrique est choisie de préférence, parce qu'elle s*obtient sans travail de forge et sans déchet, au moyen de feuilles de tôle rectangulaires, telles que les livre le laminoir.
La limite d'élasticité à la traction pour la tôle ordinaire, correspond à un travail de 12 à 14 k. par millimètre ^ et la résistanceà la rupture par traction est de 28 à 42 k. par millimètre >.
D'après d'anciennes expériences faites en Amérique, la ténacité du fer serait, à 250®, d'environ 15 0/0 supérieure à la ténacité à la température
228 CHAPITRE xni
ordinaire; au delà, elle diminuerait rapidement avec Télévation de température.
:962. Corps cylln<li*i<iae.— Le corps d'une chaudière ou d'un bouilleur étant considéré comme un cylindre mince pressé à l'intérieur et tendant à s'ouvrir suivant une génératrice, le travail du métal est donné par la formule:
2 Re = pd
p pression ;
d diamètre ;
e épaisseur du métal ;
R travail du métal par unité de surface.
L'ordonnance du 22 mai 1843 (abrogée par celle du 25 janvier 1865), prescrivait de donner au corps cylindrique des chaudières une épaisseur: e = l,8(n-l)éi-+-3°»/m.
e épaisseur en millimètres ;
d diamètre intérieur en mètres ;
n nombre d'atmosphères absolues ;
Le 2« terme du second membre (3 ""/m) est introduit en prévision de l'usure. Si l'on n'en tient pas compte, cette formule conduit à un effort de 2 k. 80 par ™/,n * . Dans les constructions de pont, on admet un travail de 6 k. par "/m* . Mais, dans les chaudières, la tôle est soumise à l'action du feu, et fort affaiblie par les lignes de rivure.
Le corps cylindrique des chaudières de locomotives n'est pas exposé à l'action du feu ; une décision ministérielle du 30 novembre 1852 en a fixé l'épaisseur aux 2/3 de celle donnée par la formule ci-dessus, soit
e = 1,2 (w-l) rf + 2 formule ne s'appliquant, bien entendu, qu'à la tôle de fer, et à la condition qu'elle soit d'excellente qualité.
A la suite d'expériences sur une chaudière en acier fondu, une nouvelle décision ministérielle du 26 juillet 1861 accorda une tolérance de moitié sur l'épaisseur ci-dessus, pour les chaudières « construites en acier fondu, lorsqu'il sera constaté que ce métal possède à la fois une résistance à la rupture par traction de 60 k. par millim. * et un allongement proportionnel de 1/15 au moins (1) et que les rivures longitudinales seront faites à deux rangs de rivet ».
Pour les chaudières de locomotives en acier fondu, les décisions ministérielles de 1852 et de 1861 combinées conduisent à des épaisseurs qui ne sont que le tiers de celles prescrites par l'ordonnance de 1843, ce qui
XI) Sans qu*il soit fait meation de la longueur initiale de réchantillon essayé, ce qui est une lacime sérieuse.
CHAUDIÈRES 229
correspond (abstraction faite du terme constant) à un travail de 8 k. 5 par m/m '.
L^ordonnance de 1843 a été abrogée, sauf en ce qui concerne les appareils de navigation, par décret du 25 janvier 1865/qui laisse aux constructeurs toute liberté dans le choix des épaisseurs, sous réserve d'épreuves et de responsabilité déterminées.
Néanmoins, sauf pour les locomotives, les constructeurs sont restés assez généralement fidèles aux sages prescriptions de Tordounance de
Les appareils de navigation sont encore soumis au régime de cette or« donnance.
On peut aussi considérer un corps de chaudière comme tendant à se rompre suivant une section droite ; le travail du métal R, est alors donné par la formule :
Il est égal à la moitié du travail R dans le cas de rupture suivant une arête.
de3. Autres parties des ehauillèrefl. — « Les épaisseurs de la tôle devront être augmentées s'il s'agit de chaudières formées, en partie ou en totalité, de faces planes, ou bien de conduites intérieures, cylindriques ou autres, traversant Teau ou la vapeur. Ces chaudières et conduits devront, de plus, êlre, suivant les cas, renforcés par des armatures suffisantes » (Ordonnance de 1843).
Ces prescriptions sont assez vagues ; mais il serait impossible d'apporter plus de précision dans un sujet pareil.
Les surfaces cylindriques pressées de dehors en dedans reçoivent souvent une épaisseur égale à 1 1/2 fois l'épaisseur qu'on leur donnerait si la pression s'exerçait à Tintérieur. Il semble préférable de ne pas exagérer les épaisseurs et de raidir le tube par des contreforts circulaires appliqués de distance en distance.
Les fonds plais doivent être raidis par des armatures et soutenus par des tirants ou des équerres.
Les fonds emboutis sphériques ont une épaisseur donnée par la formule
2fl
p pression par unité de surface ;
r rayon de courbure ;
R travail du métal par unité de surface. Pour un corps cylindrique se terminant par un fond sphérique embouti eu tôle de même épaisseur que celle du cylindre, si l'on veut que la fatigue du métal soit la même dans toute la surface de la chaudière, il faut que le
rayon de la sphère soit égal au diamètre du cylindre, ou, ce qui revient au même, que la calotte sphérique sous-tende un cône de 60** d'ouverture. Il y a dans les chaudières certaines parties affaiblies par des assemblages et dont il faut surveiller la construction :
L'ouverture sur laquelle se fixe le dôme de vapeur devra être renforcée.
S'il y a plusieurs bouilleurs, on aura soin que les cuissards n'aboutissent pas, sur le corps de chaudière, en des points trop rapprochés ; ces ouvertures presque contiguës diminueraient dans une forte proportion la résistance.
264. Observations dl verses. — Il y a, dans la disposition des chaudières,à observer certaines précautions, dont Toubli a amené des accidents graves :
On ménagera de larges passages à Teau et à la vapeur (cuissards, etc.). On évitera que le niveau de Teau descelide au-dessous des parties léchées par la ûamme et qui seraient ainsi exposées à rougir.
Il faut faire attention qu'il ne puisse pas se former de chambres de vapeur le long des parois en contact avec la flamme ; la tôle, isolée de l'eau, rougirait promptement. On aura grand soin de ménager des accès faciles pour nettoyer la chaudière dans toutes ses parties, tant intérieures qu'extérieures : il y a là une question capitale, non seulement de sécurité, mais encore d'économie. Un gamin peut entrer avec peine dans un bouilleur de 0 m. 40 de diamètre ; il s'introduit plus facilement dans un carneau n'ayant que 0 m. 30 de hauteur et une largeur de 0 m. 50.
Au point de vue du nettoyage, les chaudières tubulaires laissent beaucoup à désirer.
Veiller à ce que la dilatation de la chaudière puisse se faire librement.
Il arrive quelquefois que, par suite de tassements, une partie de la chaudière est en porte-à-faux et même surchargée par la maçonnerie ; il en résulte des ruptures dangereuses. C'est un point sur lequel l'attention doit être éveillée.
265. i;iinaciléres À foy^er extérieur.— Nous allons passer rapidement en revue les principaux types de chaudières, en commençant par les chaudières k foyer extérieur.
a. Chaudière de Watt ou à tombeau (fîg 181). — C'est une chaudière à basse pression. La flamme suit le parcours A 6 C D E F, les formes concaves données aux parois ont pour but d'augmenter la surface de chauffe et la section des carneaux. G registre ; le tuyau H forme manomètre ; quand la pression s'élève, le flotteur I est soulevé et le registre se ferme. Le petit réservoir K, alimenté par le tuyau L, est fermé dans le bas par une soupape qui se soulève et laisse pénétrer l'eau d'alimentation quand le flotteur M,
CHAUDIERES
qui suit le niveau dans la chaudière, vient à s'abaisser ; N soupape de sûreté ; 0 soupape du vide, qui s'ouvre quand la pression dans la chaudière est inférieure à la pression atmosphérique; p, p', robinets de jauge.
La chaudière de Watt ne peut convenir que pour des pressions dépassant peu la pression atmosphérique.
b. Chaudière à bouilleur dite française. — Cette chaudière a été déjà complètement décrite (flg. 1) et nous a servi de type pour les études générales qui précèdent.
La Gg. i représente une chaudière à deux bouilleurs. La chaudière dessinée fig. 182 comporte trois bouilleurs ; la surface de chauflFe est d'environ 65 mètres.
La grille représentée sur la figure est à une distance d'environ 0 m. 35 des bouilleurs et disposée pour une combustion modérée, de 50 à 70 k. par décimètre carré et par heure.
Une pareille chaudière peut donner, en bonne marche, 9 à 1200 k. de vapeur à l'heure.
On ne fait guère de chaudières à bouilleurs de plus de 75 m. de surface de chauffe ; au delà, on emploie plusieurs corps de chaudière.
Ces chaudières sont faciles à construire, à entretenir, à visiter et à nettoyer. D'après les expériences de Mulhouse, leur rendement par kilogramme de combustible est le même que celui des chaudières à foyer intérieur et tubulaires, quoique les pertes par rayonnement soient un peu
plus fortes. Les bonnes dimensions que Ton peut donner k la grille et aux passages de flammes expliquent bien ce résultat.
te
On remarquera sur la figure les dispositions des supports du corps de la chaudière et des bouilleurs, celles des voûtes et carneaux, ainsi que la
CHAUDIÈRES
répartition des cuissards et les moyens de visite et de ramonage.
c. Chaudière cylindinque, — Lorsqu'il s'agit de chaudières de petites dimensions, ayant moins de 8 à 10 m. de surface de chauffe, on supprime les bouilleurs et la chaudière se réduit à un simple corps cylindrique à un ou trois parcours de flammes.
d. Chaudière verticale, — Dans les forges, on utilise les flammes perdues des fours pour la production de la vapeur ; le générateur doit donc être tout près du four, et comme la place est précieuse, on pose la chaudière debout.
La fig. 483 représente une des chaudières verticales du Creusot, placée à la suite d'un four à puddler A ; elle occupe le centre d'une gaîne en ma-
çonnerie réfractaire, qui forme à la fois cheminée et carneau ; le tirage se fait par deux cheminées B, munies de clapets mis à portée du puddleur. La fondation doit être solide ; elle consiste en une plaque de fonte a a, réunie à la chaudière par des goussets et tenue par des boulons à la maçonnerie ; la partie attaquée par la flamme très corrosive du four est protégée par un masque b b réfractaire ; le fond de la chaudière,où se réunissent les dépôts, est placé au-dessous du coup de feu ; c'est par là qu'arrive l'eau alimentaire.
c, trou d'homme ; D D, prise de vapeur.
Les chaudières verticales laissent à désirer comme utilisation de la chaleur ; mais au cas particulier, c'est le bon service du four qui est la question principale.
S«6. Clmudlère0 à foyer Intérieur. — Dans les chaudières à foyer intérieur, la déperdition par rayonnement est plus faible et le volume du fourneau plus petit ; par contre, la nécessité de donner au corps de la chaudière un grand diamètre conduit à de fortes épaisseurs de tôle ; d'autre part, la grille et la chambre de^ombustion sont un peu à Tétroit.
a. Chaudière à un seul foyei* (fîg. 184). — Dans cette disposition, le plan d'eau doit être assez élevé et, par suite, le réservoir de vapeur un peu faible.
Quelquefois on met un bouilleur à Tintérieur même du tube qui contient le foyer et à la suite de celui-ci.
La chaudière ci-contre est à quatre parcours de flammes (4 , % 3, 4) avec retour en dessous (5) allant à la cheminée.
b. Chaudière Lancashire (fig. 185).— Très usitée en Angleterre, elle comporte deux foyers renfermés dans une seule et grande enveloppe à fonds plats ; celle-ci, ayant un grand diamètre, est fort épaisse.
Fig. 184.
Fig. 185. Fig. 186.
Le nettoyage est facile ; le trou d'homme A permet de pénétrer entre les deux bouilleurs.
c. Chaudière Fairbairn {ï\j^ 186).— Cette forme de chaudière n'exige pas des corps aussi volumineux que la chaudière Lancashire et se prête à un grand développement de surface de chauffe sous un volume assez restreint.
CHAUDIERES
L'alimentation se fait par le bas des corps cyli ndriques inférieurs, parcourus par le 2^ retour de flammes, et qui servent ainsi, dans une certaine mesure, de réchauffeurs d'eau d'alimentation.
d. Chaudière Galloway (fig. 187). — Cette chaudière, bien étudiée et bien exécutée, a eu beaucoup de succès depuis quelques années.
Les deux foyers intérieurs A A viennent aboutir k un carneau unique B B, déforme ovale, traversé par un grand nombre de tubes CGC placés en quinconce. Ces tubes, appelés tubes Galloway, sont la partie caractéristique du système ; ils sont soudés et non pas rivés : on les introduit dans le haut du carneau elliptique par leur extrémité inférieure, plus étroite, et on les rive sur les parois de ce carneau.
Vj ElfVîfion js yjCouj^XX CoupsïY.
Coupe longiludinale .
Fig. 187.
La flamme suit les parcours (I, 2, 3, 4, 5, 6) et rencontre sur son trajet les bouilleurs réchauffeurs D D, inclinés et parcourus par Feau froide, en sens contraire du mouvement des flammes.
Cette chaudière participe à la fois des propriétés des chaudières à foyers
intérieurs et de celles des chaudières tubulaires ; elle est, bien plus que ces dernières, d*un nettoyage facile dans toutes ses parties.
^6*7. Chaudières tabulaires. — Dans un bouilleur cylindrique, Tépaisseur du métal est à peu près proportionnelle au diamètre, et la section proportionnelle au carré du diamètre.
Si on remplace un bouilleur par deux autres de diamètre moitié moindre, la surface de chauffe restera la même, mais le poids et le volume seront réduits de moitié.
En poussant plus loin le raisonnement, on arrive à la chaudière tubulaire. Elle est composée d*un faisceau de tubes de petit diamètre. Ces tubes sont traversés par les gaz de la combustion et plongés dans l'eau à vaporiser. Ils sont soudés à leurs extrémités à deux plaques tubulaires parallèles qui, avec un corps cylindrique entourant le faisceau tubulaire, constituent Tenveloppe de la chaudière.
Telle est la chaudière tubulaire imaginée en 1828 par Marc Séguin (4) appliquée presqueimmédiatement à la première locomotive à grande vitesse, The Rocket (la Fusée), de Robert Stephenson, qui remporta, en octobre 1829, le prix au célèbre concours de Liverpool.
Les applications de l'invention de Séguin sont aujourd'hui innombrables; la chaudière tubulaire, et le soufflage par la buse d'échappement, qui se trouvaient l'un et l'autre dans The Rocket, sont restés les éléments essentiels et vitaux de toutes les locomotives.
Chaudières de locomotives. — Les tubes B des chaudières de locomotives (fig. 488) sont en laiton, quelquefois en fer; leur diamètre est de 5 centi-
Fig. 188.
mètres, leur épaisseur est de 2 «"/m environ, leur nombre de 100 à 200 et (1) Le^brevet est du 22 février 1828.
CHAUDiinss 237
même plus, ils présentent une surface do chauffe de 100 à 200 mètres carrés.
A foyer, entièrement enveloppé d'eau ;
a grille;
b ciel du foyer ;
c porte du foyer ;
d d plaque tubulaire du foyer ;
C boîte à fumée ;
e e plaque tubulaire de la botte à fumée
D corps cylindrique extérieur ;
ff niveau de l'eau ;
g g réservoir de vapeur ;
h h prise de vapeur ;
Kl échappement;
E cheminée.
908. Kcmarqne» 0ur les chaudières tabulaires. — Les qualités essentielles de la chaudière tubulaire sont la puissance et la légèreté portées à un très haut degré.
Accessoirement, son installation n'exige ni fourneau ni massif. Le volume extérieur étant faible et le foyer bien enveloppé, les perles par rayonnement sont peu importantes ; la combustion peut être rendue complète dans une grande chambre comme celle figurée en A. Cette chaudière est donc bonne, comme production économique de vapeur, sans qu'à ce point de vue, sa supériorité sur les chaudières ordinaires semble bien notable.
Ses inconvénients principaux sont :
Le grand nombre de joints à tenir étanches ;
La difficulté du nettoyage ;
Et accessoirement, le faible volume des réservoirs d'eau et de vapeur, ce qui favorise les entraînements d'eau et rend la conduite du feu assujétissante.
Il faut accepter la chaudière tubulaire quand la légèreté, la puissance, le faible volume de l'appareil vaporisateur sont de première nécessité ; on doit s'attendre alors à un entretien coûteux, délicat, à des chômages fréquents ; et ces inconvénients s'accroissent très rapidement si les eaux d'alimentation sont corrosives ou incrustantes.
La chaudière de locomotive est employée comme chaudière fixe ; réduite comme dimensions et comme nombre de tubes, elle constitue le générateur de la plupart des locomobiles et des machines demi-fixes.
Le faisceau tubulaire a été disposé de bien des manières, debout, incliné, l'eau en dedans ou en dehors des tubes. Ne pouvant passer en revue toutes ces applications variées d'un même principe, nous nous arrêterons seulement aux plus importantes.
:^60.Varlété« prlnelpalea Aem chaudières ttibnlalres.— a. Chaudières de la marine à basse pression. — L'on s'est tenu longtemps, dans la marine, aux chaudières d galeries ; la galerie est formée par deux parois en tôle parallèles et fortement entretoisées, renfermant entre elles une lame d'eau mince ; ces parois infléchies suivant des contours variés, forment une série de carneaux parcourus par les flammes et les gaz chauds.
Quand, les vitesses des navires devenant plus grandes, la puissance des machines a dû être augmentée, on en est venu au système tubulaire, que Ton a appliqué sous difl'érentes formes.
Voici Tun des types adoptés pour la marine militaire (fig. 189).
Cheminée
Fig. 189.
CHAUDIERES
Le corps de chaudière ABCD est rectangulaire en plan ; en coupe, la paroi E F qui regarde la chambre de chauffe (c'est-à-dire l'emplacement où se tiennent les chauffeurs) est à peu près verticale, et le dos E G H de la chaudière épouse les formes de la coque ; le dessus K F est arrasé audessous'de la flottaison. Dans ce gabarit, imposé par les conditions d'emplacement, se trouve inscrite la chaudière ;
II, grille, placée dans un foyer en tôle enveloppé d'eau de toute part ;
J J, chambre à feu;
L L, chambre à fumée, fermée par des portes / / ;
MM, faisceau tubulaire ;
00, prise de vapeur à la partie supérieure de la chaudière. Cette prise de vapeur, en forme de galerie, contourne le haut de la boîte de fumée, et aboutit, en Q, à la soupape à vis conduisant la vapeur aux machines.
Les tubes sont un peu inclinés pour éviter qu'ils n'émergent quand le navire donne de la bande.
Un pareil corps de chaudière renferme quatre foyers et quatre faisceaux tubulaires ; il présente unesurfacede grille d'environ 6 mètres carrés et une surface de chauffe d'environ 200 mètres carrés. Pour fournir la vapeur à une machine, on groupe 4, 6 ou 8 corps pareils et môme plus ; pour marcher sous petite vapeur, on ne met en feu qu'une partie de ces chaudières.
Malgré les nombreuses armatures dont sont encombrées les chaudières de ce type, on ne les emploie que pour de basses pressions (2 at. 75 absolues, soit 4 k. 80 effectif).
b. Chaudièrei de la marine à haute pression. — Pour les pressions élevées, jusqu'à 4 et 5 k., on donne [Rg. 190) à l'enveloppe de la chaudière la
forme d'un cylindre de grand diamètre ^(3 m. 50) ; les foyers intérieurs ont
la forme cylindrique, toutes les parties plates sont fortement entretoisées et soutenues.
Ces chaudières à haute pression sont d'un arrimage moins commode et occupent plus de place, à égalité de volume ; néanmoins la haute pression est de plus en plus en usage, depuis que les condenseurs par surface en ont permis introduction dans les appareils marins.
Les tôles de l'enveloppe doivent être très fortes, et tous les assemblages étudiés avec un grand soin.
c. Chaudières mixtes, — Entre les chaudières de manufacture, qui exigent un grand volume d'eau, et les chaudières de locomotives, qui ont besoin avant tout de légèreté, il y a place pour tous les intermédiaires ; c'est ainsi qu'on a été amené à construire des chaudières mixtes^ composées d'une chaudière ordinaire accompagnée d'un faisceau tubulaire.
d. Chaudières à foyer démontable. — Le plus grave inconvénient des chaudières tubulaires est la difficulté de bien les nettoyer.
Dans les chemins de fer, on accepte cette difficulté ; la locomotive est munie d'un grand nombre d'ouvertures par lesquelles on peut introduire des grattoirs et des jets d'eau ; de plus, à chaque nettoyage, pour faciliter le travail, on retire un certain nombre de tubes, dont on doit, pour cela, buriner les extrémités ; ces tubes doivent être remplacés à neuf ; les tubes raccourcis sont réemployés dans d'autres locomotives. De pareils procédés ne sauraient être généralisés ; on a cherché à y suppléer en rendant mobile le faisceau tubulaire.
Dans la chaudière Thomas et Laurent (fig. 191), les fumées parcourent d'abord un bouilleur intérieur A B, puis une série de tubes c c réunissent les deux plaques tubulaires C et D. La plaque tubulaire D est réunie au corps extérieur de la chaudière par un grand joint F F, obtenu par bride et boulons, avec interposition d'une lame de caoutchouc. Ce joint peut se
défaire, et alors on retire d'une seule pièce le foyer, le bouilleur A B, le faisceau tubulaire et les deux plaques tubulaires ; les tubes sont ainsi accessibles dans toutes leurs parties et peuvent être facilement nettoyés. Différentes maisons ont aussi construit des chaudières tubulaires démon*
CHAUDIERES
tables. Malgré les artifices employés pour faciliter le démontage, cette manœuvre est délicate, et exige des soins particuliers.
:wo. ChaudIèrcM diverses. — En plaçant Teau à Tintérieur d'un faisceau tubulaire et le chauffant par Textérieur, on obtient un ensemble présentant une grande surface de chauffe sous un très petit volume ; telle est ridée appliquée sous des formes très variées.
Elle a été poursuivie avec persévérance et succès par la maison Belleville, La chaudière Belleville (fîg. 172) se compose d'une série de serpentins verticaux placés côte à côte ; chaque serpentin est constitué par deux plans parallèles de tubes inclinés en sens inverse et réunis deux à deux, de telle sorte qu'il n'y ait point de poche de vapeur.
Tout le système est chauffé par un foyer inférieur.
Fig. 492.
L'eau arrive par le bas, au moyen d'une conduite communiquant avec tous les serpentins. Ceux-ci versent leur vapeur dans un collecteur supérieur. ♦
Les divers organes de la chaudière Belleville sont étudiés avec soin, dans le but d'atténuer les inconvénients inhérents au système' : incrustations rapides, variations brusques du plan d'eau, insuffisance du réservoir de vapeur, ébullilions tumultueuses résultant de la très petite surface de dégagement de la vapeur, etc.
Le caractère essentiel de cette chaudière, c'est le très faible volume du réservoir d'eau, ce qui rend la montée en pression très rapide, avantage du plus haut prix dans certains cas (pompes à incendie, chaloupes à vapeur, etc.).
La chaudière Field (fig. i93) procède d'une idée différente et fort ingénieuse. Le plafond a a du foyer est percé d'un grand nombre de trous par lesquels pendent des tubes b b fermés par le bas ; à l'intérieur de chaque tube est suspendu un tube mince c c ouvert aux deux bouts ; la chaleur agissant sur la surface extérieure du tube fermé détermine un mouvement
de Teau dans le sens des flèches, mouvement qui s'accélère, et qui devient très rapide lorsque l'ébullition se produit dans la zone annulaire comprise entre les deux tubes.
C'est ce qui a fait donner à ce système le nom de chaudières à circulation,
La grande vitesse de l'eau facilite la transmission de la chaleur et empêche la formation des incrustations ; les dépôts se forment surtout en ni, où Teau est relativement tranquille.
Les tubes sont en fer forgé, sans rivures ; ils sont simplement emmanchés par une partie conique drf, ajustée, de sorte que la pression de la vapeur serre le joint ; pour les démonter, il suffît de quelques coups de marteau appliqués par dessous. Le tube central ^^^' *^- repose simplement par deux
ailettes ff. Un obturateur, ^, en terre réfractaire, suspendu à la cheminée A, sert de chicane au courant de flammes.
Dans la chaudière Field, les conditions d'une bonne utilisation de la chaleur semblent suffisamment réunies ; le nettoyage est facile, la surface du plan d'eau assez grande ; la construction est simple et robuste. Si la hauteur d'eau au-dessus du plafond a a est faible, le réservoir d'eau devient très petit, et, avec la très grande surface de chauffe offerte, sous un petit volume, on a ainsi une chaudière tout à fait convenable pour les pompes à incendie.
Si, après un service un peu prolongé, on vient à éteindre le feu, l'eau, très boueuse, dépose dans les tubes, les bouche, et ils peuvent crever lors de la mise en feu. Tel est l'inconvénient que l'usage de ces chaudières a révélé.
On peut, du reste, dans une chaudière ordinaire, obtenir la circulation, comme dans les tubes Field ; il suffit, comme Ta proposé M. Schmitz, de placer Fig. 194. à l'intérieur de la chaudière et des bouilleurs (Og.
194) des portions de cylindres en tôle, excentrés afin d'obtenir un échauf-
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fement plus rapide d'un côté que de Tautre; le courant, une fois établi, se continue, et les dépôts sont rejetés à Tintérieur de ces bassins, où règne un repos relatif, et d'où il est facile de les retirer. Ce système a donné de bons résultats à la Compagnie du gaz.
2^t . Reiiiar<|ue0 0ar lem divera aystémes de chaudières. — Au point de vue de l'économie du combustible, il semble résulter des faits connus que tous les systèmes de chaudières sont à peu près équivalents. Ici, comme pour les foyers, ce sont surtout les bonnes proportions, eu égard à Tallure du générateur et à l'habileté du chauffeur, qui exercent une influence prépondérante.
On peut dire qu'une bonne chaudière, de n'importe quel système, bien conduite,bien proportionnée, doit, en mairhe industrielle, y diipoT\ser 7 k. d'eau froide, par kilogramme de houille ordinaire. Dans les essais de quelques heures, ce chiffre peut être dépassé de 20 ou 30 0/0 sans qu'il en doive résulter une présomption en faveur du système essayé.
Dans chaque cas particulier, le choix d'un système de chaudière, les proportions relatives de la surface de grille, de la surface de chauffe, du réservoir d'eau, du réservoir de vapeur résulteront de l'étude attentive du service à faire : comme exemples extrêmes, disons qu'une chaudière à bouilleurs ne saurait convenir pour pompes à. incendie; la spécialisation des types résulte ici de l'extrême variété des services auxquels la machine à vapeur est adaptée. Nous reviendrons sur ce sujet important.
Voici quelques chiffres résumant les proportions habituelles de quelquesuns des types de chaudières les plus usitées, dans les conditions ordinaires d'une bonne allure.
Chaudière cylindrique . . . .
Chaudière à nou illeurs . . . .
Chaudière ordinr* de la Marine Chaudière de locomotive . . .
Chaudière Belleviile
