Les décrets administratifs exigent que chaque chaudière
«oit pourvue de deux soupapes de sûreté, chaînées de manière
« se soulever et à donner issue à la vapeur aussitAt que la près-
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sion fifTective atteint la limite fixée par le timbre réglementaire.
Chacune des soupapes doit présenter une section de sortie suffisante pour que toute la vapeur qui se forme, même avecle feu le plus poussé, puisse s'échapper sans que la pression limite soit dépassée.
La circulaire ministérieUc du 21 juillet 1880 spécifie que « la soupape de siireté doit être considérée non comme un appareil automatique limitant au degré voulu la tension de la vapeur, mais comme un appareil indiquant matériellement que cette tension a atteint le maximum qui ne doit pas être dépasse et qui le serait la plupart du temps, si la soupape n'était pas déchargée ou soulevée de manière à ouvrir à la vapeur un écoulement suffisant. »
Ce commentaire signifie qu'il y a danger lorsque les soupapes soufflent à la pression limite masima, et qu'il faut, soit en ouvrant un échappement direct, soit par tout autre moyen, faire redescendre la pression au-dessous de cette limite extrême. 800. Une soupape de sûreté (fig. 4^9) se compose d'un clapet en bronze reposant sur un siège également en bronze qui est porté par une petite colonne creuse .
généralement en fonte, appliquée sur la chaudière; If clapet est muni d'ailettes qui le guident dans son mouvement. Ces ailettes peuvent fig. jjy. être remplacées par un petîl
cylindre creux, appelé lanterne et percé de trois ou quatre orifices (fig. 460).
Le clapet est maintenu en place par un poids convenablement calculé agissant soit directement, soit par l'intermédiaire d'un levier.
La surface de contact entre le siège et le clapet est une zone annulaire qu'il convient de réduire autant que possible, et dont
la largeur De dépasse généralement pas i à 3 millimèlres ; car si le clapet vient à se coller, l'adhérence est d'autant plus difficile à vaincre, au moment du soulèvement, que les surfaces en contact sont plus grandes.
En outre, lorsque la vapeur s'échappe par une soupape à large contact, on a remarqué que l'écoulement n'est pas régulier, qu'il se produit des intermittences et par suite des chocs.
Le siège des soupapes doit être horizontal et non conique afin d'éviter tout coincement.
L'emploi des soupapes à levier (fig. 409) est presque nécessaire sur les chaudières à haute pression parce qu'il permet de réduire dans le rapport des bras de levier te poids à appliquer, maïs il y a dans ce cas plusieurs précautions à prendre. Le levier doit agir sur la soupape par l'intermédiaire d'un pointeau ou petit cylindre à deux pointes dont l'une s'appuie sous le levier et l'autre sur le clapet, de façon que l'action
du contrepoids s'exerce en des points nettement déterminés. On dispose de préférence l'axe de rotation du levier & la hauteur
de rexirémité supérieure du pointeau (fig. 46o), pour que la composante horizontale du mouvement de rotation soit aussi faible que possible.
Dans les appareils mobiles, on ne peut guère appliquer un poids à l'extrémité du levier, car les trépidations faisant osciller le poids et pouvant même le déplacer sur le levier, modifieraient les conditions de fonctionnement de la soupape.
On remplace alors le poids par un ressort à boudin. Nous représentons (fig. 46 1 ) la disposition généralement adoptée sur les locomotives. Le ressort agit dans une gaine rattachée à la chaudière.
801. Calcul des dimensions d'une soupape. — Une chaudière produit comme nous Tavons vu de 12 à 25 kilogr. de vapeur par mètre carré ; mais, si elle était entièrement plongée dans la flamme, ce chiffre pourrait s'élever à 100 kilogr., soit à 0,100 tonne; c'est dans cette dernière hypothèse que, par prudence, on calcule les soupapes.
Le poids P de vapeur, exprimé en tonnes, produit par seconde sera donc, en désignant par S la surface de chauffe
Appelons :
Q le volume en mètres cubes de ce poids de vapeur; d sa densité;
s la section de la soupape en mètres carrés ; V la vitesse d'écoulement de la vapeur en mètres. On a
?=Qd=zsvd. (2)
Nous allons calculer les différents termes de cette équation. La vitesse v est donnée avec une approximation suffisante par l'expression :
dans laquelle
9 est le coefficient de contraction à l'origine du tuyau d'écoulement ;
t la température de la vapeur ;
n la tension absolue de la vapeur évaluée en atmosphères ;
/Iq, la pression du milieu dans lequel la vapeur s'écoule. Dans le
cas actuel /io= i, puisque l'écoulement se fait dans l'atmosphère .
Les pressions n et w^, mesurées en atmosphères, pourraient aussi bien être évaluées en unités d'une autre espèce, puisque dans l'expression de v il n'entre que le rapport des pressions,
Nous prendrons :
= 5oooy/îî^(i-+-a0 (3j
Exprimons maintenant la valeur de d; c'est la densité de la Tapeur qui s'écoule à t degrés et à n atmosphères, elle est donnée par la formule
rf = o, 001293 X 0,622 X - X (4)
En portant dans l'équation (2) les valeurs de P, (^ et ^ fournies par les relations ( i ) (3) et (4) on a :
o.iooS ^ 4 /n — I, . r. ty n
-— — =5 X oooo\/ ( I -han X 0,001293 X 0,022 X :•
oboo ^ y n ^ ' ^ iH-at
En prenant ç = 0,70 (au lieu de o,6d, coefficient appliqué pour Técoulement en mince paroi) on trouve en effectuant
^ = o,oooiS\/ -7 1
ou, en désignant par 5^ la section de la soupape en centimètres carrés :
Des ingénieurs des mines ont fait des expériences pour établir 4ine formule administrative, et ils sont arrivés à
dans laquelle :
D est le diamètre de l'orifice en centimètres ; n la pression absolue en atmosphères ; Sla surface de chauffe de la chaudière en mètres carrés.
Cette formule donne les mêmes résultats que la formule (5) que nou3 venons d'obtenir, maison ne s'en est pas conteotéet on a pris
ce qui donne une section quatre fois plus grande.
Quoique les ordonnances de 1880 ne contiennent aucune prescription relative à la détermination du diamètre des soupapes, on se sert encore généralement de cette dernière formule.
802. Soupape A gorge LethuUIler et Pinel. — Les soupapes de sûreté du type ordinaire laissent bien échapper la vapeur dès que la tension atteint la valeur pour laquelle elles ont été réglées, mais elles ne se lèvent pas sensiblement tant que cette pression n'est pas notablement dépassée ; ceci tient à ce que la pression exercée sur la face inférieure du clapet est moindre que celle existant dans la chaudière, dès que l'échappement commence à se produire.
La soupape de MM. Lelhuillier et Pinel (fîg. 4^^) a pour but de parer à cet inconvénient, et en même temps d'obtenir un soulèvement progressif pour éviter la déiion toujours dangereuse produite par un soulèvement brusque.
Le siège de la soupape est entouré d'un cylindre de quelques centimètres de hauteur, rétréci à sa partie supérieure. Le clapet se compose de deux disques superposés laissant entre eux un espace libre dans lequel sont disposées quatre aileties servant de guides. Le disque inférieur repose sur le siège del'appareil. Lorsque la pression de la vapeur dans la chaudière est sur le point d'atteindre sa tension limite, le clapet commence à se lever légèrement et la soupape « souffle ». Le clapet continuant à se soulever la vapeur s'échappe de plus en plus. Une partie s'écoule directement dans l'atmosphère et le reste agit sous le disque
APPARErLS ACCESSOIRES DE SÛRETÉ. 167
supérieur de la soupape, ce qui force celle-ci à continuer son mouvement ascensionnel. Si le débit de la vapeur augmente, l'action sur le disque supérieur croit aussi, de sorte que le clapet se soulève de plus en plus. Dès que le clapet est assez levé, la pression baisse, l'action de la vapeur sur le disque supérieur diminue, le clapet redescend doucement et son mouvement se règle sur la décroissance de la pression. En réalité, le jeu du clapet n'est pas aussi régulier qu'il vient d'être dit; on observe une série d'oscillations dont l'amplitude et la durée variables (lépeudent en partie de l'allure de la chaudière.
803. M- Dnlac a établi une soupape à levée progressive que Dous représentons figure 463.
Elle se compose des éléments d'une soupape ordinaire, auxquels s'ajoute un compensaif.tir formé d'un tronc de cône dont la petite base constitue la soupape et dont la grande émerge au-dessus d'un ajutage ^. ,^^
conique de manière qu'il reste
eulrc celui-ci et la soupape un espace annulaire & section croissaote. Quand la pression est voisine de la limite fixée par le timbre de ta chaudière, la soupape commence & se soulever et, grâce àta force vive de la veine fluide qui agit sur le cône estérieurdu clapet, le soulèvement s'accentue graduellement jusqu'à ce que la section d'écoulement soit suffisante pour limiter la pression.
La figure ci-dessus représente une soupape pourvue d'une enveloppe qui porte une tubulure permettant d'évacuer hors de la chambre de chauS'e la vapeur qui se dégage.
Par des essais très intéressants, M. Walckenaer, ingénieur des mines, a montré que, dans une chaudière de 34 mq munie d'nne soupape Dulac de 3fi mm, la pression intérieure n'avait dépassé que de o',5 la pression initiale de soulèvement, tandis qu'une soupape ordinaire de 60 mm permettait un excès de 0^,9.
804. Soupape Haftaer. — Elle se compose (fig. 464) d'un siège surmonté d'un rebord évasé, d'une soupape proprement dite, présentant sur toute sa circonférence et un peu au-dessus
de sa base une légère saillie, et enfin d'un manchon mobile guidé par le prolongement supérieur de la soupape.
Les autres pièces rappellent celles d'une soupape ordinaire à levier ou à ressort.
Quand un excès de pression
se produit, la soupape se soulève,
glisse comme un piston dans le
manchon et présente alors à l'ac-
„• ,y, lion de la vapeur une surface plus
grande que celle pour laquelle le
contrepoids a été calculé; le soulèvement se continue jusqu'à
ce que la soupape s'applique contre le redan du manchon.
Celui-ci est alors entraîné à son tour et l'ensemble se maintient
soulevé de la quantité nécessaire pour assurer le dégagement de
la vapeur en excès. Lorsque la pression normale est rétablie, les
diiïérents organes reprennent leur position première.
