IV

l3o SIXIÈME PARTIE. — CH1P1TBH III,

pratique, en raison des exigences du travail, on est obligé d'augmenter ce rapport, que l'on porte au minimum à 2,5 ( ' ).

Sur deux viroles consécutives, l'une a un diamètre inférieur à l'autre du double de l'épaisseur de la tôle, de telle manière qu'on puisse l'emmancher dans cette dernière. La réunion s'opère par une ligne circulaire de rivets disposés de la même manière que pour les lignes longitudinales {'). Les fonds s'adaptent également de la même manière aux viroles extrêmes du corps cylindrique.

Lorsqu'un fond est hémisphérique {fig. 65), il est formé

Fig. 65.

d'une calotte sphérique emboutie formant sommet à l'extérieur, correspondant à une ouverture de 6o degrés. A cette calotte se trouvent rivés six tronçons de fuseaux sphériques également rivés entre eux et qui complètent le fond.

(') Lorsque les centres de deux trous correspondants ne coïncident pas, il faut bien so garder, comme on le fait quelquefois, de chercher à les ramener à la coïncidence en y introduisant une broche en acier, sur laquelle on trappe à coups de marteau, car on tendrait, Burtout lorsqu'on emploie des tôles aigres, à désagréger la matière entre deux trous consécutifs et à créer ainsi une ligne de rupture. Dans ce cas, pour donner passage au rivet, il faut donner un coup de burin du coté où le rivage doit avoir lieu ; on emploie alors un rivet un peu plus long que les autres, de manière a bien remplir l'excès du vide produit.

(') Quelques constructeurs jugent convenable d'employer des viroles légèrement coniques, de manière que chacune d'entre elles emboîte la précédente. On ne doit voir en cela qu'une affaire de convenance particulière de fabrication.

DES CHAUD1ÈRI

Les fonds de cette forme exigeant beaucoup de travail, on n'emploie plus guère malmenant que des fonds méplats, qui résultent de l'emboutissage d'une seule pièce [jig. 66). Le rap-

port de la flèche au diamètre ne varie généralement qu'entre { Le trou de l'homme {fig. 67 et 68) est surmonté d'un cylindre

en tôle cloué suivant une de ses génératrices, rivé après la chaudière et qui est très-court lorsqu'il ne doit pas servir de dôme de vapeur. Ce cylindre est surmonté d'une pièce de fonte pénétrant dans son intérieur (') sur une certaine longueur, de manière à pouvoir l'y fixer par une ligne circulaire de rivets. Cette pièce est percée à son sommet d'un trou ovale assez grand

(') En vue de pouvoir

■ 33 SIXIÈME PARTIE

pour servir de passage â un homme de dimensions ordinaires. Lorsque la chaudière doit fonctionner, on ferme cet orifice

par une plaque de fonte de même forme, mais de dimensions légèrement plus grandes (■), dételle manière qu'en l'obliquant convenablement on puisse la faire pénétrer dans l'orifice tout en opérant la fermeture du dedans au dehors. Deux tiges de fer sont fixées normalement à cette plaque suivant son grand axe et h égale distance du centre, par suite de la coulée de la fonte sur deux troncs de cône qui les terminent d'une part. Les autres extrémités des tiges, traversant deux chevalets en fer qui s'appuient sur les bords de l'orifice, sont filetées de manière à recevoir des écrous que l'on serre contre les chevalets pour produire l'obturation complète, à laquelle vient en aide la pression dans la chaudière à mesure qu'elle s'élève au-dessus d'une atmosphère. Ce genre de fermeture a reçu le nom de fermeture autoclave.

Lorsque le dôme ne sert pas de trou d'homme, on le termine par un fond sphérique ou par un siège en fonte destiné

(') A la garniture en chanvre employée autrefois on a substitué une garni-

DES CHAUDIÈRES A VAPEUR. l33

à recevoir les soupapes de sûreté, dont nous nous occuperons plus loin.

13. Chaudières à bouilleurs. — Ces chaudières, qui sont également comprises dans un massif en maçonnerie, se composent d'une chaudière semblable à celle que nous venons de décrire, reliée inférieurement à un, deux ou trois cylindres creux [bouilleurs) parallèles à son axe (le plus souvent deux), par des bouts de tuyaux appelés cuissards.

Dans le cas d'un bouilleur unique, son diamètre est souvent égal à celui de la chaudière. Dans les autres cas, il est beaucoup plus petit et les bouilleurs ont souvent une longueur différente de celle de la chaudière.

Une voûte, qui est traversée par les cuissards, sépare le corps cylindrique des bouilleurs, qui reçoivent ainsi Faction des gaz les plus chauds, ce qui préserve le générateur des coups de feu et en prolonge la durée, mais impose aux bouilleurs des réparations plus fréquentes. Il y a nécessairement autant de robinets de vidange qu'il y a de bouilleurs; chacun de ces robinets est adapté à l'extrémité antérieure du bouilleur par rapport au foyer, extrémité qui sort du massif et qui est munie d'une fermeture autoclave pour permettre le nettoyage. Les autres extrémités sont fermées par des fonds sphériques. Une chaudière à bouilleurs est souvent munie de réchouffeurs.

Fig. 69.

Fi{j. 70.

La partie principale de la chaudière est chauffée par des carneaux en retour de flamme, semblables à ceux de la chaudière précédente et dont le sol est formé par l'extrados de la voûte.

Les figs 69, 70, 71, 72, 73, 74 se rapportent à un type de chaudière à deux bouilleurs. La première représente l'éléva-

Fig. 71

Fig. 72.

s-îHWNq======a=P====

— ir

lion du massif vu de face ; la seconde une coupe suivant GH de la fig. 71 ; cette dernière une coupe suivant MN de la précédente ; les^Êg-. 72, 73, 74, des coupes suivant AB, EF, CD.

Fig. 73.

Fig. 7 4

Il y a avantage à augmenter autant que possible la somme des sections des cuissards, en vue de rendre plus facile l'écouîement, dans la chaudière, de la vapeur formée dans les bouilleurs. Lorsqu'elle est trop faible, l'eau de la chaudière descend difficilement dans les bouilleurs, la vapeur s'y accumule en grande quantité, l'eau ne les remplissant plus qu'incomplètement n'enlève pas aux parois une quantité de chaleur suffisante ; certaines parties de la surface peuvent dépasser la température à laquelle l'eau cesse de mouiller le fer et peuvent atteindre la température rouge. Le danger d'explosion apparaît, et, s'il ne se réalise pas, le métal est exposé à une oxydation énergique qui l'amincit rapidement, au point d'exiger en

DBS CHAUDIÈRES A VAPEUR. l35

peu de temps une réparation urgente. Un bouilleur ne doit avoir que deux cuissards respectivement situés dans les régions d'avant et d'arrière; car autrement les inégalités de dilatation du bouilleur, dues au décroissement de température de l'avant à l'arrière, gênées par l'installation de trois ou quatre cuissards, donneraient lieu à des fuites aux joints de ces derniers avec les pièces qu'ils réunissent.

Pour satisfaire à la condition relative à la grandeur de la section, il faut que les cuissards aient la forme circulaire et qu'ils aient le plus grand diamètre que comporte le mode de fixation au bouilleur. M. Guillemin (de Casamène) donne ainsi o m ,4° de diamètre aux cuissards correspondant à des bouilleurs de o m ,5o.

Un grand nombre de chaudières du commerce ont des cuissards en fonte de forme elliptique, dont le grand axe de la section est parallèle aux génératrices des bouilleurs et du corps cylindrique. Ce système est doublement défectueux : d'abord la section est trop faible pour un même périmètre, puis les inégalités de température de la tôle et de la fonte sont hostiles au maintien des joints. Si, de plus, le corps de la chaudière ou un bouilleur est à réparer, il faut sortir tout le générateur du massif. Il convient donc de supprimer l'emploi de la fonte pour les cuissards, de leur donner une forme circulaire, enfin de les former de deux parties, respectivement clouées à la chaudière et au bouilleur, que l'on puisse facilement séparer en cas de réparations.

M. Guillemin (de Casamène) a adopté la disposition suivante, qui est beaucoup plus simple qu'elle ne paraît au premier abord et qui remplit les conditions ci-dessus énoncées.

La jig. 75 représente une coupe passant par les axes du bouilleur et de la chaudière :

BB, B'B', bouts de cuissard de même longueur, respectivement rivés à la chaudière C et au bouilleur C, le diamètre du premier étant inférieur d'une double épaisseur de tôle du diamètre du second pour que l'emboîtement puisse avoir lieu;

AÀ, cercle en fer placé à chaud sur le premier bout, à sa jonc tion avec l'autre, ayant l'épaisseur de la tôle;

l36 SIXIEME PARTIE. — CIIAPITBE III.

DD, collier en fonte rivé à B'B', déterminant avec BB un espace annulaire EE dans lequel on introduit du mastic de fonte pour faire le joint {' ) ;

FF, F'F', étriers en fer en forme de coulisse, placés le long de C, C, au-dessus et au-dessous de la communication ;

Fig. ;5.

G, G, boulons placés aussi près que possible de DD, traversant les rainures des étriers FF, F'F' et tendus par des écrous ayant le premier pour appui.

Ces boulons établissent la solidarité entre la chaudière et le bouilleur, solidarité que l'on peut détruire avec la plus grande facilité en desserrant les écrous de l'intérieur du corps cylindrique.

14. Chaudières à foyer intérieur. — Une chaudière à foyer intérieur se compose de deux enveloppes cylindriques à axes parallèles, excentriques, l'une extérieure à l'autre. L'enveloppe intérieure reste ouverte aux deux bouts, est reliée à l'enveloppe extérieure par une cornière et des rivets, à deux plaques fer-

Ci Mélange à chaud, en proportion convenable, de limaille de fonte et de soufre , ou limaille de fonte humectée avec du vinaigre étendu d'eau.

DBS CHAUDIÈRES A VAPEUR. I 37

niant l'intervalle compris entre les deux enveloppes et où se trouvent l'eau et la vapeur.

La grille est dans le cylindre intérieur que parcourent, en premier lieu, les gaz de la combustion. Ces gaz chauffent ensuite le cylindre extérieur, renfermé dans un massif de maçonnerie, en suivant des carneaux semblables à ceux des chaudières précédentes. *

Dans les chaudières dites de Cormvall (Jîg. 76), l'enveloppe

Fig. -6.

intérieure renferme un bouilleur commençant à l'extrémité postérieure de la grille et qui se termine d'autre part audelà du massif. Le bouilleur communique respectivement vers ses extrémités antérieure et postérieure avec la partie inférieure et la partie supérieure de la chaudière-

On construit aussi des chaudières formées de deux corps cylindriques placés l'un au-dessus de l'autre; le corps cylindrique inférieur, qui joue le rôle de bouilleur, renferme le foyer.

15. Chaudières lubulaires. — Ces chaudières (Jlg. 77) sont ainsi nommées parce que les gaz de la combustion circulent dans des tubes qui traversent la masse d'eau. La partie du générateur qui renferme les tubes se termine par deux fonds plats reliés l'un à l'autre, lorsque leur surface dépasse une certaine limite, par des tirants en fer; ces fonds sont percés de trous sur les bords desquels viennent s'ajuster les extrémités des tubes. Les fonds, plies en forme de cornière, sont cloués au corps de la chaudière.

Les tubes, que l'on faisait exclusivement en laiton autrefois, sont maintenant le plus généralement en fer étiré.

Dans certains générateurs cylindriques avec ou sans bouilleurs, les tubes remplacent les carneaux latéraux.

On fait aussi des chaudières à foyer intérieur avec bouilleur tubulaire.

Mais le système tubulaire, qui offre l'avantage de donner sous un faible volume du générateur une surface de chauffe (') considérable, reçoit surtout son application dans la construction des chaudières des locomotives, auxquelles nous allons nous arrêter quelques instants.

La chaudière se compose d'un foyer intérieur, fermé à la partie inférieure par la grille et enveloppé d'eau sur toutes ses parois; il communique avec une série de tubes horizontaux, traversant la masse d'eau, dans lesquels passent les gaz de la combustion pour se rendre dans la cheminée : le tout est compris sous une enveloppe extérieure.

La partie du foyer qui reçoit-le combustible {botte à Jeu) a la forme d'un parallélépipède rectangle; elle est le plus généralement en cuivre rouge, quelquefois en fer; mais ce dernier métal s'altère facilement au contact du combustible en ignilion, surtout sous l'action de l'eau dont les suintements

(') On désigne ainsi, d'une manière générale, la surface de la partie du gé-

biislioii.

DES CHAUDIÈRES A VAPEUR. l3g

déterminent une rapide oxydation. Le cuivre rouge, au contraire, ne s'use que lentement et sans perdre ses propriétés physiques; il est d'un emploi plus sûr et moins coûteux au point de vue des réparations. Une seule feuille forme le ciel ou plafond et les parois latérales; deux autres feuilles de même épaisseur, dont les bords sont plies en forme de cornière, forment respectivement la paroi postérieure ou la plaque tubulaire qui reçoit les tubes, et la paroi antérieure, dans laquelle est percée la porte du foyer. Ces trois plaques sont assemblées au moyen de rivets en cuivre ou en fer. On donne à la plaque tubulaire un surcroît d'épaisseur dans la région des tubes, pour que l'assemblage de ces derniers, qui s'opère par pression, ait une base suffisante.

A l'exception de la partie qui reçoit les tubes, les parois verticales de la boîte à feu sont percées de trous taraudés, distribués symétriquement sur toute la surface, et correspondent à des trous pareils pratiqués dans l'enveloppe extérieure ou botte à feu extérieure; ces trous reçoivent les extrémités d' entretoises filetées, en cuivre rouge, qui relient les deux boîtes à feu, et qui sont rivées à l'extérieur et à l'intérieur. Le plafond est soutenu par de fortes armatures en fer forgé ayant la forme d'un solide d'égale résistance, disposées dans le sens de la longueur de la machine, venant s'appuyer sur la tranche des parois verticales; elles sont reliées à vis, au ciel, par de forts boulons en cuivre. De celte manière, ce sont les armatures qui supportent surtout les efforts dus à la pression de la vapeur.

A la porte du foyer, la jonction entre les deux boîtes à feu s'opère au moyen d'une virole en fer, fixée par des entretoises également en fer, rivées à leurs deux extrémités. A la partie inférieure, un cadre en fer opère la fermeture de l'espace réservé à l'eau et à la vapeur. La porte du foyer est aussi en fer; elle est de forme ovale et mobile sur deux gonds fixés à la chaudière. Elle est garnie intérieurement d'une autre plaque qui en est maintenue à une distance de o m ,o6 à o m ,o7, par des tiges en fer. Cette plaque, recevant l'action directe du foyer, concourt à empêcher le refroidissement et à préserver la porte.

l4o SIXIÈME PARTIE. — CHAPITRE III.

Les tubes, disposés en quinconce, sont fixés dans la boîte à feu et dans la botte à fumée, sur laquelle nous reviendrons, au moyen de bagues ou viroles en acier, cylindriques à l'intérieur, légèrement coniques à l'extérieur et amincies au bout qui pénètre dans le tube. Les tubes sont enfilés dans les trous correspondants des deux plaques tubulaires par la porte de la boîte à fumée. On chasse fortement les viroles au marteau, d'abord dans la boîte à fumée, puis dans la boîte à feu.

La partie supérieure de l'enveloppe du foyer affecte généralement la forme d'un demi-cylindre.

Le corps cylindrique de la chaudière s'assemble aux deux plaques tubulaires au moyen de cornières en fer affiné au bois. On l'enveloppe, pour éviter autant que possible la déperdition de la chaleur, de matières peu conductrices, feutre, douves en bois, maintenues par une enveloppe extérieure en tôle de faible épaisseur. Nous n'avons rien à ajouter à ce que nous avons dit plus haut sur le trou d'homme.

La boîte à fumée, partie postérieure de la chaudière, a la même forme que l'enveloppe extérieure de la boîte à feu; mais elle descend moins bas et forme un cylindre complet. La cheminée est placée à son sommet.

Pour consolider la chaudière, on relie l'une à l'autre les deux plaques tubulaires par des tirants en fer.

Les chaudières des machines locomobiles présentent des dispositions analogues; mais le plus souvent la boîte à feu est cylindrique, ce qui la rend moins coûteuse.

16. Chaudières verticales. — Par suite d'exigences spéciales relatives à l'emplacement, on est quelquefois obligé d'avoir recours à des chaudières à axe vertical.

La plus simple de ces chaudières (fig. 78) se compose d'un corps cylindrique vertical terminé par deux fonds méplats ou hémisphériques. Le foyer se trouve à la base. Les gaz provenant de la combustion se rendent, soit dans une enceinie limitée par une maçonnerie dans laquelle est placée la chaudière, soit dans un carneau hélicoïdal entourant le générateur.

Lorsque la chaudière est à foyer intérieur, les deux enveloppes sont concentriques; l'eau doit recouvrir le fond supé-

DES CBAUDIÈBS9 A VAPEUR. 1^1

ir du foyer, pour des motifs que nous ferons connaître Fig. j8,

plus loin. La chaudière à foyer intérieur, représentée par la

l4?. SIXIÈME PARTIE. — CHAPITRE III.

fis- 19' esl munie de trois bouilleurs BBB; est ta porte du foyer, C la cheminée.

Fis- 79-

Enfin le système lubulaire s'applique [fig. 8o) facilement aux chaudières verticales.

Les chaudières verticales exigent, au point de vue de l'alimentation, des soins particuliers; car, comme la surface du niveau de l'eau est peu étendue, le moindre excès de dépense de vapeur peut, faute d'une attention soutenue de la part du chauffeur, amener ce niveau en contre-bas de la limite supérieure de la surface de chauffe, ce qui crée un danger d'explosion. D'autre part, lorsque ces chaudières ont une hauteur notable, la tension des bulles de vapeur formées à la base, étant supérieure à celle qui a lieu au sommet, se dégage en produisant dans la masse liquide des soubresauts qui se transmettent à la chaudière et tendent à la disloquer.

Enfin, en cas d'explosion, les projections, pouvant avoir lieu dans toutes les directions sur une grande surface, peuvent entraîner des conséquences bien plus graves que si la chaudière était horizontale.

DES CHAUDIERES A VAPEUR. l43

Les chaudières verticales offrent encore ces autres inconvénients :

î" La production de vapeur par mètre carré de surface de chauffe est plus faible que dans les chaudières horizontales.

Fi B . 80.

2" Le refroidissement extérieur est beaucoup plus considérable.

3" Les dépôts, dans le fond de la chaudière, atteignent rapidement de grandes épaisseurs et obligent à des nettoyages très-fréquents.

l44 SIXIÈME PARTIE. — CHAPITRE 111.

4° La surface liquide étant beaucoup plus restreinte que dans les autres, les variations de niveau sont bien plus grandes, l'ébullition plus tumultueuse projette de grandes quantités de poussière d'eau dans la vapeur, en sorte que celle-ci est trèshumide et donne des eaux de condensation très-abondantes dans les conduites et dans les machines.

5° La surveillance et le service sont moins faciles, à cause des* grandes hauteurs de ces appareils.

Aussi ne doit-on faire usage de chaudières verticales que lorsqu'il y a toute impossibilité de faire autrement.

17. Des effets destructeurs des eaux acides sur les chaudières. — Souvent on ne peut se dispenser d'alimenter les chaudières employées dans les exploitations de mines avec des eaux tenant en dissolution des sulfates de fer et d'alumine, matières qui constituent une cause de destruction de l'enveloppe. Il est, en effet, impossible d'éviter que la hauteur du niveau de l'eau n'éprouve des variationsqui peuvent atteindre o, 20; une zone de la surface intérieure du générateur se trouve ainsi tantôt émergée, tantôt immergée. Lorsqu'elle est émergée, la couche d'eau qui la recouvre, d'abord très-peu acide, se concentre déplus en plus, par l'évaporation jusqu'à siccité, et corrode la tôle; la zone subit un décapage lorsque le niveau vient à s'élever et se trouve ainsi toute préparée à être corrodée de nouveau, à la suite de l'abaissement suivant du même niveau.

Cette zone pourrait être protégée par une lame de tôle que l'on remplacerait en temps voulu.

Si l'on neutralisait l'acidité par un lait de chaux, on retomberait sur les inconvénients et les dangers que présentent les eaux, dites séléniteuses, qui renferment de la chaux sulfatée (sélénite), dont il sera question ci-après. L'emploi d'un carbonate alcalin serait, pour arriver à la neutralisation des eaux, trop dispendieux.

Mais on peut éviter l'emploi des eaux acides dans l'alimentation des chaudières, en ayant recours à la disposition adoptée dans la navigation maritime et dont nous nous occuperons en temps et lieu.

18. Pes dépôts et incrustations. — Les eaux des terrains calcaires renferment en dissolution, en faveur d'un excès d'acide carbonique, et souvent en suspension, du carbonate de chaux auquel vient se joindre quelquefois du carbonate de magnésie.

Les eaux qui traversent les terrains gypseux dissolvent du sulfate de chaux dans une proportion qui peut atteindre — .

Lorsque l'eau d'alimentation d'une chaudière est calcaire, son excès d'acide carbonique se dégage dès qu'elle entre dans le générateur : ce gaz et les bulles de vapeur entraînent à la surface le carbonate de chaux qui était retenu en dissolution; les particules calcaires, obéissant à des forces moléculaires, se groupent en masses spongieuses; ces masses se contractent graduellement, deviennent bientôt plus denses que l'eau et se précipitent au fond de la chaudière.

Le sulfate de chaux se comporte de la même manière, mais uniquement sous l'influence de la vaporisation.

Les eaux calcaires et calcaréo-magnésiennes ne produisent généralement que des boues.

Les eaux séléniteuses, qui sont toujours calcaires, donnent lieu à des incrustations.

Les boues n'offrent d'aulres inconvénients que ceux d'exiger un nettoyage plus ou moins fréquent, et de diminuer, à mesure qu'elles augmentent d'épaisseur, la transmission de la chaleur du foyer à l'eau de la chaudière et par conséquent la production de vapeur par kilogramme de combustible.

Les incrustations présentent, en outre, l'inconvénient d'être souvent très-adhérentes à la paroi et de ne pouvoir être enlevées qu'en s'exposant à endommager la chaudière ; de plus, elles exposent la paroi, qui n'est plus en contact avec l'eau, à des surchauffes qui favorisent leur destruction par oxydation, d'autant plus rapidement que les dépôts sont plus épais et la paroi plus fortement chauffée. Enfin les incrustations peuvent occasionner des accidents; car, si elles se détachent subitement sur une certaine étendue et mettent en contact avec l'eau une portion rougie de la paroi, il peut en résulter une production spontanée de vapeur déterminant une pression capable de produire la rupture et l'explosion de la chaudière.

Un grand nombre de tentatives ont été faites en vue d'em-