IV
l46 SIXIÈME PARTIE. — CHAPITRE III.
pêcher les incrustations de se produire, en mettant dans l'eau certaines substances, telles que des matières chargées de tannin, qui se fixent sur les éléments solides et les empêchent de se réunir.
L'argile et les matières amylacées s'opposent également à l'agrégation de la matière, mais offrent l'inconvénient de rendre les eaux mousseuses et de favoriser l'entraînement de l'eau par la vapeur.
On diminue l'adhérence des matières terreuses avec la chaudière en enduisant sa surface intérieure de plombagine après chaque vidange.
On peut rejeter au dehors, à mesure qu'elles se produisent, les matières terreuses, au moyen de dispositions basées sur leur mode de formation et sur ce que les remous, dans un liquide en mouvement, ont pour effet de provoquer le dépôt des matières solides qu'il tient en suspension. On se débarrassera donc des matières dont il s'agit en créant dans la masse d'eau des mouvements qui les entraîneront dans des chambres disposées de manière à créer des tourbillonnements, où elles se déposeront et d'où l'on pourra facilement les enlever. C'est ce que M. Dumery est parvenu, le premier, à réaliser avec son déjecteur; c'est ce que réalisent également les chaudières dites à circulation.
19. Déjecteur Dumery. — Soit (fîg. 81) A un réservoir renfermant de l'eau à T degrés, d'où partent deux tuyaux C, C, aboutissant d'autre part à une capacité inférieure B ; la section commune de C et C est supposée très-petite par rapport à celles de A et B.
Supposons que, par un procédé quelconque, on soit parvenu à maintenir à la température T l'eau contenue dans les tuyaux C, C jusqu'aux sections ab, a!b'> la première se trouvant à un niveau supérieur à l'autre; que le reste de l'appareil soit maintenu à la température £<CT. L'eau descendra de A dans B par C et y remontera par C. En admettant qu'il en soit ainsi, nous allons vérifier le fait par le calcul.
Soient
h la hauteur verticale de ab au-dessus de a'b' ;
DES CHAUDIÈRES À VAPEUR. l/f]
V, v les vitesses de l'eau dans les parties du tuyau à T° et à /*; a le coefficient de dilatation de l'eau ;
Fig.8i.
et T° étant
II le poids spécifique du liquide à zéro, les poids semblables à P
i -4- at i -4-aT '
P, p les pressions en ab, a'b';
K, k les proportions de la charge perdue dues aux élargissements brusques entre ab, a'b' et au frottement lorsque l'eau se rend dans A et B.
Nous aurons, d'après les principes de l'Hydraulique,
— ^- i+an -h h — A* — = o:
n x ' ie?
d'où, par l'élimination des pressions,
*(i+«T)p'-+-K(i-haQV = h , T t)
Mais, en raison de la permanence du mouvement, on a
i -ha/ i+aT'
I/f8 SIXIÈME PARTIE. — CHAPITRE 111.
par suite y*
j K [«-7^r] + KJ(i-HaO = A«(T-0.
V ~ y 2 *" (K-H*)(i-f-aO
ou, en remarquant que - - ' est toujours une fraction négligeable devant l'unité,
(i) r ( K + X-)(,-t-aO = Aa(T-0,
d'où
(a) et
La valeur de V ne sera nulle que si Ton a/t>oen même temps que T>> t, comme nous l'avons supposé.
Si aux environs de B les tuyaux C et C sont respectivement vertical et horizontal, le carré de la vitesse perdue dans cette capacité sera 2t>% et, en négligeant la contraction à l'entrée dans C et le frottement, on peut prendre k = i ; la force vive de l'eau à son retour dans A étant à peu près perdue, on aura K=i.
Cette conception théorique a été réalisée ainsi qu'il suit par M. Dumery (Jig. 82) :
A représente la chaudière;
C est un tuyau extérieur au massif, partant de la chaudière un
peu en contre-bas du niveau limite inférieur. B est une caisse cylindrique en fonte, terminée à sa partie
inférieure par un cône ayant un robinet R à son sommet; C est un tuyau partant latéralement de la caisse et aboutissant
au fond de la chaudière.
Par suite de la présence d'un ménisque maintenu à distance du débouché de C dans la capacité B, l'écoulement du fluide a lieu par filets horizontaux dans cette capacité.
Le tuyau C débouche dans la capacité B, au centre d'une
DES CHAUDIÈRES A VArEUR. ifa
cloison spiraloïde verticale formée par une feuille de tôle et qui se termine à la paroi de la caisse, vers l'embouchure de C
Fig. 82.
L'eau descend par ce tuyau C refroidi par le contact de l'air, forme dans B des remous régularisés par la cloison, se dépouille des matières en suspension, formées au niveau du liquide dans la chaudière, entraînées dans le mouvement, et rentre par C dans A.
Le chauffeur purgera de temps en temps l'appareil des matières solides qu'il reçoit en ouvrant le robinet R.
Dans le département du Doubs, où les eaux sont très-calcaires, nous avons constaté que des chaudières étaient, au bout de six mois de marche, aussi propres que lors de la mise en feu; tandis que, avant qu'on leur adaptât le déjecteur, il était urgent de les nettoyer au moins tous les mois.
l5o SIXIÈME PARTIE. — CEI APURE III.
20. Des chaudières à circulation d'eau, — Chaudière de M. Guillemin, — Supposons que, T étant inférieur à t, h soit négatif, ou qu'au lieu de la fig. 81 on ail la fig. 83; d'après
les formules (1) et (2), la circulation aura encore lieu de C vers C, et les dépôts se formeront en B.
C'est sur ce principe que reposent les systèmes de chaudières imaginées par MM. Howard,... Guillemin (de Casamène).
Nous bous bornerons à décrire le dernier de ces générais- 34.
leurs, qui est bien certainement celui qui remplit les meil-
DES CHAUDIÈRES A VAPEUR. l5l
leures conditions de durée et d'entretien. Il est représenté par'lesyïg-, 84, 85, 86, et se compose d'un corps cylindrique A relié par des cuissards partant de ses extrémités, dans le voisinage du niveau, à un faisceau de tubes situés dans le foyer et inclinés de l'avant à l'arrière.
L'extrémité inférieure des tuyaux étant la partie de la chaudière la plus échauffée, il se produit un mouvement de circulation et les matières boueuses viennent se déposer dans la capacité 1), d'où on les expulse en ouvrant un robinet.
RR est un système de tubes {réchauffeur) placés dans le parcours de la fumée et dans lesquels circule l'eau d'alimentation; U et T désignent respectivement les tuyaux d'arrivée et de sortie de l'eau.
lafig. 86 représente le massif vu de face, et la^ïg-. 85 une coupe suivant ET.
Kg. 8S. Fie- S6.
Les chaudières à circulation ont* été imaginées en vue de régulariser autant que possible la température dans les différentes parties de la chaudière. Les ingénieurs anglais seuls attachent quelque importance à cette condition : c'est pourquoi nous ne dirons rien des générateurs à circulation qu'ils ont imaginés, mais qui ne se décrassent pas d'eux-mêmes.
2J. Générateur de M. Belleville. — Ce générateur, qui est à circulation, a reçu de son inventeur la qualification A'inexplosible, parce que, la quantité d'eau et de vapeur qu'il renferme étant très-faible par rapport à celle d'une chaudière à bouilleurs de même surface de chaurTe, le seul accident que l'on
l5a SIXIÈME PARTIE. — CHAPITRE III.
puisse redouter est la rupture de l'un des lubes qui la composent.
La chaudière (Jig. 87 ei 83) est formée d'une série A'élé-
ments ou serpentins T, dont la partie inférieure communique avec un tube A dit collecteur inférieur, et la partie supérieure
avec un lube B appelé collecteur supérieur. Chaque élément puise l'eau dans le collecteur inférieur et déverse la vapeur
Fis- fc8-
produite dans le collecteursupérieur. La vapeur, qui est chargée de particules liquides au moment de sa production, se
l54 SIXIÈME PARTIE. — CHAPITRE III.
dessèche et se surchauffe même en circulant dans les tubes de la partie supérieure du générateur.
Les tubes sont en fer forgé et soudés à recouvrement sur mandrin ; ils ont 7 à 8 centimètres de diamètre extérieur et peuvent supporter une pression considérable. Le nombre des tubes est en raison de la surface de chauffe que Ton veut obtenir. L'extrémité antérieure de chaque tube est munie d'une fermeture autoclave qui permet de procéder au nettoyage.
Le tuyau de prise de vapeur, appelé tube diviseur, est adapté à l'intérieur du collecteur supérieur et percé de petits trous par lesquels pénètre la vapeur fournie par chacun des éléments; il se raccorde avec la tubulure de sortie.
La chaudière, qui est placée dans un massif en maçonnerie, se met rapidement en pression, ce qui est un avantage considérable pour certaines applications, la mise en mouvement de pompes à incendie, des canots de la marine militaire, etc.
§ II. — Des foyers et du combustible.
22. Des grilles. — Les grilles (Jig. 89) sont généralement for-
Fig. 89.
mées de barreaux en fonte dont le profil longitudinal rappelle celui des solides d'égale résistance. Leur section transversale est un trapèze dont la petite base est en bas, en vue de faciliter la chute des cendres et des schistes que renferme la houille. Ils sont terminés par des saillies latérales qui maintiennent leur écartement.
On laisse, dans le sens longitudinal, un jeu de ~ de la longueur pour faire la part de la dilatation (*).
(*) Le plus ordinairement les barreaux ont 24 à 3o millimètres de largeur; quelquefois cette largeur est réduite à i5 millimètres. Dans tous les cas leur intervalle varie entre le tiers et le quart de la largeur.
DES CHAUDIÈRES A VAPEUR. l55
Les barreaux en fonte offrent l'inconvénient de se fausser et sont inadmissibles pour les hautes températures. Dans ce dernier cas, on leur substitue des barreaux en fer. En donnant à ces derniers une hauteur de o m ,o3, ils échauffent l'air d'alimentation qui, en même temps, les refroidit.
La porte du foyer est en fonte ou en fer; elle a de o m ,*5 à o m ,3o de hauteur et une largeur suffisante pour effectuer facilement le chargement et le décrassage. C'est dans le même but que le seuil est élevé de o m ,8o au-dessus du sol.
L'ouverture du cendrier doit être assez grande pour laisser passer le volume d'air nécessaire à la combustion ; ordinairement on la prend égale à la section de la cheminée ou des cameaux, ce qui est plus que suffisant.
11 convient, au point de vue de l'économie du combustible, de munir le cendrier d'une porte, que l'on ferme pendant les interruptions de travail.
23. Consommation du combustible par heure et par mètre carré de surface de grille. — Cette consommation dépend, pour un combustible déterminé, de l'énergie de l'appel de l'air dans la masse de combustible et de l'épaisseur de cette masse.
Il est clair que, toutes choses égales d'ailleurs, cette épaisseur doit être d'autant plus faible que les fragments du combustible sont plus petits ou qu'ils laissent entre eux des intervalles plus faibles pour que, avec le même tirage, on appelle la même quantité d'air.
Distance Consommation entre la grille
par heure Épaisseur et le
et par du oombustlble point le plus bas
Nature du combustible. mètre carré. aur la grille. du générateur.
Houille ordinaire ioo à 2oo ke o,o5 à 0,08 0,60 à 1 ,00
Houille sèche 4o 0,20 o,5o
Coke 3oo à 400 0,20 à o,3o o , 60
Bois 333 » 0,60 à 0,75
Tourbe, tannée en miettes. 333 » o,5o à o,55
24. Relation entre la surface de la grille, la section des carneaux et de la cheminée. — Règle pratique. — La section de la
l56 SIXIÈME PARTIE. — CHAPITRE III.
cheminée doit être égale à la section totale des carneaux el ne doit pas être inférieure au quart de la surface de la grille.
25. Température du gaz provenant d'une combustion. — Comme la température du gaz, résultant de l'introduction dans un foyer d'un poids donné d'air pour un combustible d'une nature déterminée, varie avec la composition de ce combustible, nous ne considérerons que les types moyens des combustibles les plus employés dans l'industrie.
Nous rappellerons les éléments numériques suivants :
Chaleur spécifique Pouvoir sous
Nature dei corpi. calorifique pression constante. Équivalents.
Oxygène »
Hydrogène 34462
Azote »
Carbone 8080
Oxyde de carbone (CO) 2403
Hydrogène protocarboné (C 2 H* ) 1 3o63
Hydrogène bicarboné (C J H 2 ) 2 1 1858
Air (23, 130-4-76,87 Az) »
Vapeur d'eau »
Anthracite 8000
Acide carbonique »
Coke tenant 4 pour 100 de cendres. . . 7700
Coke tenant i5 pour 100 de cendres. . 6800
Houille moyenne 8000
Anthracite. — Ce combustible peut être considéré, à peu de chose près, comme du carbone pur.
Le poids d'oxygène nécessaire pour en transformer 1 kilogramme en acide carbonique est —r ^,67
Le poids d'azote correspondant renfermé dans l'air est 2 ,67 x ' ^ 8 kg , 84
Poids de l'air strictement nécessaire à la combustion 1 i kf ,5i
Poids de l'acide carbonique produit 3^,67
Supposons que Ton introduise dans le foyer K -h 1 fois le poids d'air strictement nécessaire el soit x la température du
ii2,5
DES CHAUDIÈRES A VAPEUR. ïS']
gaz de la combustion; nous aurons, en prenant i5 degrés pour la température ambiante ,
. * i x( 3,67 x o,2i63-4-8,84 xo,a438 -+- Ki i,5i xo,2377) *' \ — (K-+- 1)0,2377 x i5 x n, 5i =
Pour K = o , on a x = 2733
La chaleur spécifique c des gaz de la combustion est donnée par la formule
(12, 5i -+- u,5iK) c = 3,67.0,2163 •+■ 8,84 .0,2438 -+■ K. ii,5i .0,2377,
d'où
c 2,949 -h 2,736 K 12, 5i -+- ii,5iK
Pour K = 1, on a c = o,236.
Proposons-nous maintenant de déterminer la densité ô des mêmes gaz par rapport à celle de l'air; les densités de l'acide carbonique et de l'azote étant respectivement 1,529, 0,971, on a
3,67 + 8,84 ■+■ n,5iK i2,5i h- n,5iK
3,67 [ 8,84 • 5lK n,5o4-f- ii,5iK 1/529 0,971 '
PourK = o, on a £ = 1,087; » K= 1 , » S = i,o43.
Coke. -T- Si e est la proportion de cendres que renferme le coke, on voit, d'après le tableau ci-dessus, que le pouvoir calorifique du coke est très-sensiblement égal à
l58 SIXIÈME PARTIE. — CHAPITRE 111.
Comme les cendres absorbent peu de chaleur pour se transformer en mâche-fer, on peut en faire abstraction ; de sorte que, pour obtenir la formule équivalente à la formule (i), il suffirait de multiplier les deux membres de cette dernière par (i — e). On voit, par suite, que les formules (2), (3), (4) s'appliquent au cas actuel.
Houille. — Nous prendrons comme type de composition moyenne le suivant :
! 82,04 pour 100 de carbone.
5,27 » d'hydrogène.
9,12 » d'oxygène et d'azote.
3,57 » de cendres.
Pouvoir calorifique 8006
On déduit de là :
Poids d'oxygène nécessaire pour brûler le carbone de 1 kilogramme de houille — r x 0,8204 2,188
Poids d'oxygène nécessaire pour brûler l'hydrogène — . x o ,0527. o ,422
Total 2,610
76 87 Poids correspondant d'azote 2,610 x ' ' 8,717
Poids de l'air utilisé 1 1 ,327
Poids de la vapeur d'eau formée 0,475
Poids de l'acide carbonique produit 3,oo8
Nous n'avons pas fait intervenir dans la combustion le mélange d'oxygène et d'azote qui entre dans la proportion de 9,12 pour 100, parce que l'analyse n'a pas fait connaître sa composition ; nous pouvons cependant en tenir compte approximativement dans l'équation des échanges de chaleur, en supposant que sa chaleur spécifique soit la moyenne o,23io de celle de ces gaz.
Nous aurons ainsi
#(3,oo8 x o,2i63 -+- 8,717 x o,2438 -+- 0,475 x 0,475
0,0912 x o,23io -+- 11,327 x a >^77K)
DES CHAUDIÈRES A VAPEUR. l5g
d'où
(5) x = 8o 4 6 ^ oK
v ' 3,oa3 h- 2,692 K
Pour K = o, on trouve x = 2660 .
On peut donc, sans une grande erreur, supposer que la température maximum des gaz d'un foyer chauffé à l'anthracite, au coke et à la houille, est sensiblement la même et égale en chiffres ronds à 2700 degrés.
La densité des gaz de la combustion, par rapport à l'air, a pour valeur
* 3,oo8 -f- 0,475 -+- 8,717 -+- 0,0912 -+- n,327K __ 12,291 •+- n,327K
~~ 3,oo8 o,475 8,717 „ ~~ ii,8q3 -hii,327K'
-4 h -^--t-- IiL - - -t- 0,091 i-h 11, 327 K ' * ' '
en assimilant à de l'air ordinaire le mélange d'azote et d'oxygène
Pour K = o on a = 1 ,o34 ; » K = 1 » £ = i,oi3.
En rapprochant ces résultats de leurs similaires de l'article cidessus, on voit que l'on peut sans grande erreur considérer les gaz de la combustion comme ayant le même poids spécifique que l'air à égalité de pression et de température.
Péclet a trouvé, en opérant de la même manière que plus haut, pour les températures maximum de la combustion :
Bois chauffé à 140 degrés 2436°
Bois renfermant 25 pour 100 d'eau 2237
Charbon de bois avec 7 pour 100 de cendres et 7 pour 100 d'eau. 2774
Tourbe sèche à 5 pour 100 de cendres 2755
Tourbe à 20 pour ïoo d'eau 235o
On ne doit pas chercher à obtenir dans la pratique le maximum de la température des gaz de la combustion, car il serait assez difficile de trouver des matériaux suffisamment réfractaires pour la construction des foyers. D'après Péclet, on se trouve dans de bonnes conditions en introduisant dans le foyer le double du poids d'air qui serait strictement nécessaire pour obtenir la combustion complète, en admettant qu'il n'en
l6o SIXIÈME PARTIE. — CHAPITRE 111.
échappe pas à cette combustion, ce qui porte la température des gaz à i4<>o degrés environ.
26. Pouvoirs calorifiques réduits. — Pour produire le tirage dans les cheminées, on s'arrange de manière que les gaz, à leur sortie des carneaux ou tubes, aient encore une température de 200 à 3oo degrés. On fera la part de cet élément et des pertes dues au rayonnement, en réduisant dans la proportion de 7 à | les chiffres qui représentent les pouvoirs calorifiques des combustibles. C'est ainsi que nous supposerons dorénavant que le pouvoir calorifique de l'anthracite et de la houille est de 7000 et celui du coke de 6000 calories.
