Tentative de déduire des effets d'une explosion de chaudière à vapeur, la pression par pouce carrée sous laquelle la chaudière à cédé [microforme]

Etude lue par M. C. Bailluirgé devant la Section LIT de la Société Royale du Canadu,

à sa séance aanuelle du 27 mai 1891, à Montréal,

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Le 12 février dernier, l’une d’un nid de trois chaudières, de la filature de lainages de Québec, sur la rue Dorchester, fit explosion avec une violence peu ordinaire, causant la mort de 22 personnes, en blessant d'antres, avee démolition complète des bâtisses contenant les bouilloires, l'engin, les ateliers de teinturerie, ete, couvrant une superficie collective de quelques 2500 p eds ; y compris aussi une partie considérable de la filature elle-même, bâtisse de 300 pieds de longueur, 50 pieds de largeur et d'une hauteur de trois étages.

Non seulement la boulloire centrale des trois a sauté, se déchirant en lambeaux pour ainsi dire, pojetant de ses fragments à des distances variant de 100 à 500 pieds et davantage ; mais son irruytion contre les deux autres chaudières fut telle qu'elle en a lancé une à une distance de 46 pieds, entraînant avec elle la bâtisse à une distance de 20 pieds vers le Sud ; l'autre bouilloire à une distance de 22 pieds, passant dans ce trajet à travers le :‘ur en brique de 16 pouces d'épaisseur du bout de a filature, et à une distance de 10 pieds au Nord de celui-ci, déterminant la chute du mur et d’une étendue considérable de la toiture, y supportée, soit une superficie de 1500 pieds, ensemble avec parties des troisième et second étage de la bâtisse, diminuant de surface de haut en bas dans le rapport des diverses coupes horizontales du trone de pyramide ou de paraboloïde renversée dont la base supérieure ou . toiture de l'édifice, d'une superficie de 1500 pieds, tel que déjà dit ; pendant que la base ou coupe inférieure peut être estimée à 300 pieds avec des distances de 10 pieds en hauteur entre les planchers où plans intermédiaires; et sur ces planchers étaient supportés force lourds métiers eb autres machines apportant le contingent de leurs poids, comme le faisaient la. toiture, les planchers, les poutres et poteaux de support et autres ouvrages en bois, à celui du mur démoli par l'enlèvement de sa base par la bouilloire pro‘etée contre et à travers le mur,

Aux effets dynamiques ci-dessus relatés de l'explosion, iv a à ajouter la projection à distance, de tous les murs d'entourage da groupe &e chaudières sun parallélépipède de quelques 6000 pieds eubes, et la démolition de la base de la cheminée, suivie de l'effondrement complet de cette derniere.

Puis aussi, partie de la force mise en jeu, a été dépensée à fracturer et démolir l'engin avec sa lourde roue-d'air, dont chacun des rais où bras de pas moins de 25 pouces carrés de coupe où section à été cassé vif comme si eut été autant de ervstal.

L'on peut se faire une idée de la force de projeetion développée, enconsidérant que chacune des chaudières en fer de # de pouce d'épaisseur, double rivée sur joints se recouvrant de 4 pouces, était d'une longueur de 16 pieds et d'un diamètre de 6 pieds, avee chacune 88 tubes de + pouces de diamètre et F4 pieds de longueur en fer de [de pouce d'épaisseur ; que chacune de ces chaudières pesait 15,009 livres, lea pesant encore 15,000, ensemble 30,000 livres par bouilloire.

Maintenant, prendre une masse d'un pareil poids et la jeter dans un cas à une distance de 46 pieds, entrainant avec elle la bâtisse tout entière ; l'autre d'un poids égal, et

simultanément à une distance de 22 pieds à travers le bas et par conséquent le partie la plus

lourde du mur solide ea brique de la filature et à dix pieds audelà du dit mur: doit être une

NU

preuve convaincante de l'immense pression de la vapeur à l'intérieur de la bouilloire centrale au moment où elle a fait explosion.

L'on soumet d'ordinaire ces chaudières à une pression hydraulique, à froid, de quelques 150 livres au pouce carrée, ou jusqu’à ce que l’eau commence à suinter par les joints et autour des rivets ; et l'on ajuste à 90 livres ou aux ÿ à peu près de cette pression, celle à laquelle il y a à charger la soupape de sureté ; et la soupape ainsi appelée est de fait une soupape de sureté sous toutes les conditions ordinaires ; c’est-à-dire lorsque la vapeur se forme graduellement et qu'en atteignant la pression prescrite, elle force la soupape à s'ouvrir et s'échappe par un tuyau dans l'atmosphère,

Mais une semblable soupape n'offre aucune garantie contre les explosions, lorsque par négligence l'on permet à l’eau dans la chaudière de baisser au point que les surfaces métalliques deviennent rouge-feu, et lorsque sur l'introduction en ce moment d’une eau venue trop tard, cette dernière est si instantanément réduite en vapeur, que si même Ja soupape de sureté avait deux pieds de diamètre au lieu de quelques pouces, la soupape ouverte et ln vapeur s'échappant par un trou de cette grandeur ; la vapeur continuant à se former plus rapidement dans la chaudière, qu’elle ne peut en sortir par l'ouverture de Ja soupape, continue à acquérir de plus en plus de pression jusqu’à ce que la rupture de Ja bouilloire s'en suive.

L'on peut se faire une faible idée de cette force formidable de la vapeur, et de la vitesse avec laquelle elle peut être produite dans des bouilloires de ectte dimension où la surface de l'enveloppe cylindrique exposée à l'effet direct du feu et des gaz incande<cents est de 300 pieds en superficie, et elle des tubes de 1400 pieds a‘lditionnels,—ensemble 1700 pieds carrés ; et le phénomène a sans doute été observé dais l'occasion par chacun, lorsque par exemple une simple goutte d’eau, tombant sur un poële chauffé au rouge, se réduit en vapeur presque avec la même instantanéité, et revèle les mêmes effets que le ferait autant de poudre à canon soumise à la même épreuve.

Et lorsque la vapeur devient ainsi chauffée au rouge, elle peut se décomposer en ses éléments constitutifs : gaz hydrogène et oxygène, et vient ainsi ajouter à la force de l'explosion. Mais il n'y à pas iei à s'arrêter à traiter cette question : le seul but de cette étude étant de déterminer la force de la vapeur au dedans de la ehaudière, et soit de la vapeur ou de ses gaz constituants, qui à amené l'explosion ; et de Le faire, tel que proposé par l'en-tête de ce mémoire, en coneluant de l'effet à la cause : comme on peut le faire, mais plus facilement et avec plus d'exactitude dans le cas du cylindre d’un engin à vapeur, où il est possible de déduire la pression sur le piston des résultats dynamiques obtenus,

Réduisant les etlets dynamiques produits par l'explosion à des livres pesant lancées à une distance d'un pied, nous obtenons.

Nou de l'objet. Poids de l'objet. ur ra RE EE Chaudière du Nord..... : 30,000 Ibs. 22 pieds 660,000 Mur Sud de la filature,

planchers, toitures, ete.. 220,000 “ 10 “ 2,266,625 Bouilloire du Sud....... 30,000 4aG “ 1,380,000 Entourage en brique des

trois chaudières, ...... 300,000 20 6,000,000 Maison des chauilières, etc.

à l'exclusion des murs

extérieurs. ..,........ 150,000 “ 12 1,800,000 Murs extérieurs des ate-

liers, ete. .... sattes e 312,000 * Te 2,187,500

La cheminée qui pesait 337,750 Ibs, s'est élevé dans les airs d'une moyenne de 24 pieds, estimé de 2 à 3 pieds par des témoins oculaires, donnant 843,750 pieds-livres,

Maintenant si l'on admet, qu'un objet que l’on ne fait point rouler, mais que l'on soulève et que l'on projette ou qu'on lance à une distance horizontale, cette distance comme l'indique l'expérience est du double près de celle à laquelle une force égale peut lancer le même objet verticalement ; il y a à doubler les 843,750 pieds-livres de la cheminée, pour les assimiler au même poids lancé horizontalement, ce qui donne 1,687,500 livres à ajouter au 14,294,125 livres, ensemble 15,981,625 1bs, lancées à une distance de un pied —- ce qui équivaut approximativement à la projection par la poudre, d'un boulet de canon de 1000 Ibs. pesant à une distance de 3 milles : une lieue,

Mais il y a en plus à déterminer la force développée, mise en jeu dans la destruction des chaudières, c'est-à-dire, employée à les crever.

Quelques-unes des déchirures ont eu lieu suivant les lignes de rivets parallèles aux têtes où bouts des chaudières, c'est-à-dire les lignes de moindre résistance ; comme dans les deux bouilloires extérieures, qui furent chacune d'elles séparée dans sa longueur de 16 pieds en trois bouts où parties — pendant que la bouilloire du centre a été mise en pièces, tant suivant les lignes de rivets, que par des déchirures dans toutes les directions possibles,

Faisant la somine des trous de rivets des déchirures, additionnant et déduisant leur longueur collective ; il nous reste y compris les cassures dans les têtes de la chaudière crevée, les trous des tubes déduits, une longueur totale de feuillard de } de pouce rompue, de 130 pieds linéaires ; ce qui est équivalent à quelques 50 pieds linéaires de fer de un pouce d'épaisseur, et par conséquent à 600 pouces currés de fer.

Mettant à 18 tonnes, 36,000 1bs., la force de cohésion du fer laminé par pouce carré, et réduisant de 25 par cent que les expériences de Hodginson font voir être la diminution de résistance du fer lorsqu'assujetti à une force à angle droit de la direction des fibres produites par le laminage ; nous arrivons à une force totale employée à rompre les chaudières, de 600 x 27,000 ou de 16,200,000 livres.

Les aires de surfaces collectives des trois chau lières, c'est-à-dire de leur coquille extérieure, est de 1009 pieds carrés on de 144,000 pouces carrés ; de sorte que si nul autre effet n'avait été produit, ou plutôt aucun effet capable d'être soumis au calcul (ce qui eut été le cas, pour des bouilloires à ciel ouvert où non emmuraillées, non hangarés, non dans le voisinage de la cheminée ou d'aucune chose pouvant accuser un résultat dynamique ; c’est-à-dire où il n'y aurait eu que le bruit de l'explosion et la commotion de l'air, l'effet sur l’aumosphère ambiant, pour permettre de juger de la force de l’explosion) lon pourrait assumer que la pression en dedans des chaudières, si on la suppose égale dans les trois, était égale au quotient de 16,200,009 Ibs. par 144,000 poucss carrés où de soit 1124 1bs. au pouce carré ; ou a 3374 1bs. au pouce, si l’on suppose toute la pression exercée, l'avoir été dans la chaudière du contre, et que les déchirures dans les chaudièrss latérales aient été produites par l'effet du choc de ces dernières en tombant sur et heurtant le sol où le pavé environnant, où en se heurtant à quelque corps résistant enpable d'arrêter la fuite de li bouilloire en certains endroits de sa longueur, laissant ainsi à la force vive, où mouvement acquis par les parties non empéchées, la tendance à se séparer des parties arrêtees, dans leur effort à continuer leur mouvement de progression,

Cette théorie, je crois, n'est pas absolument tenable, enr il peut y avoir un doute motivé, à savoir si le simple fait de lancer tne bouilloire à une distance: de 20 à 30 pieds ferait plus que laplatir où le déformer et comme les trois chaudières étaient en eommunication l’une avec l’autre et chautfaient simultanément, il v à lieu de supposer qu'une partie de la vapeur en active formation dans la bouilloire centrale où l’eau était devenue basse, est passée dans les bouilloires latéraies, et se précipitant vers les bouts où têtes opposées, à

exercé l'effort nécessaire, quel qu'il soit, pour séparer ces deux chaudières, tel que déjà dit,

chacune en trois parties dans la direction de sa longueur.

D Os

Ce que pouvait être la pression relative dans les chaudières centrale et latérales, peut à peine être soumis au caleul si le choc, le heurt des chaudières en tombant a été de la partie en en opérant la rupture, et à moins de savoir pour combien l'effet produit a été dû à

l’un ou à l'autre des deux causes,

Mais si d’un autre côté la rupture des chaudières extérieures est due à la pression de la vapeur seule, alors on peut arriver au rapport approximatif de cette pression, mise en regard de celle dans la chaudière centrale, en comparant les effets produits.

Les aires ou surfaces des coupes ou sections des plaques déchirées des bouilloires extérieures, déduction faite des trous de rivets, comme auparavant, est des deux cinquièmes pour les deux ou d’un cinquième pour l’une d'elles et de 5 pour celle du centre. Ceci donnerait 674 livres de pression dans les chaudières extérieures et 202} livres dans la chaudière du centre,

Mais 674 Ibs. de pression ne creveralt pas une chaudière soumise à une pression, à froid, de 150 1bs. et il s'en suit que, ou la pression dans les bouilloires latérales avait à celle de la bouilloire centrale, un rapport plus rapproché de l'égalité, comme par exemple de 90 à 160 lbs, ou le heurt, le choc des houilloires latérales en frappant le sol, a matériellement assisté à amener le résultat produit ; ce qui est extrêmement probable si non certain.

Mais nous n'avons fait jusqu'à présent que nous occuper de la question de la force dépensée en rupturant les chaudières, et il reste encore à aïriver à la force de pression qui à rompu la chaudière centrale, l'a déchirée en lambeaux, démoli la cheminée, lancé les deux autres chaudières à des distances et de manière à produire les effuts déjà coustatés et en un mot détruit la structure entière. |

L'on a vu que l'effet conjoint produit est de 16,000,000 de livres à très près lancées à la distance horizontale d'un pied, ou soit de 8 millions de pied-livres, et comme l'effet peut être considéré instantané, le temps de mouvoir la masse à travers la distance d’un pied d'espace étant inappréciable ou quelque chose comme la vitesse initiale d'un boulet de canon ; ces pieds-livres peuvent être pris comme livres pesant, et ajoutés aux 16 millions de livres, force requise pour rompre les chaudieres ou leur faire faire explosion ; et en divisant maintenant ces 8+16—=24 millions de livres par les 144,000 pouces carrées des trois chaudières, nous arrivons à 1663 Ibs. de pression de vapeur dans chacune des trois chaudières, si cette pression y était égale; 500 livres de pression dans la chaudière centrale, si tonte la force y était concentrée, et finalement et probablement 67} livres de pression ou moins, tel que déjà calculé, pour les chaudières latérales, pendant que la pression de la vapeur dans la chaudière centrale s'est peut être élevée à 365 livres par pouce carré ct en à amené l'explosion avec

les résultats relatés.