PURGEURS AUTOMATIQUES

925. Le retour de Teau condensée dans un récipient communiquant avec l'atmosphère présente, comme nous l'avons vu, le grand avantage de faciliter la circulation dans le sens voulu et d'assurer la régularité dans le fonctionnement des appareils de chauffage, mais il a un inconvénient qui pourrait être grave si on ne prenait certaines précautions.

Si les robinets qui distribuent la vapeur aux appareils, ainsi que ceux placés sur le retour, sont trop ouverts, la vapeur introduite n'étant pas entièrement condensée, l'excédent se rend avec l'eau de retour au récipient collecteur, et, par le tuyau d'échappement, elle se répand librement dans l'atmosphère. Il suffit de la négligence d'un ouvrier ou d'un mauvais réglage des robinets pour perdre de cette façon et pendant des journées entières des quantités considérables de vapeur.

Pour éviter cet inconvénient, on a imaginé des appareils accessoires désignés sous le nom de purgeurs automatiques qui laissent écouler Teau condensée mais retiennent la vapeur.

On place ces appareils sur le tuyau de retour avant l'arrivée au récipient collecteur des eaux de condensation, et ménie, quelquefois, on en met un à la sortie de chaque appareil de chaulTage pour empêcher complètement la vapeur de pénétrer dans le tuyau de retour.

Ces appareils peuvent se répartir en deux classes, ceux de la première agissant par l'efTet de la dilatation et ceux de lu deuxième agissant sous l'action d'un flotteur; nous n'étudierons ici que ceux de cette dernière catégorie ; les autres étant plus spécialement employés dans le chauffage des habitations par la vapeur seront décrits plus loin dans le chapitre spécial réservé à cette étude.

9JB6. Purg:eur Péolet. — Le purgeur Péclet (fig. 5io) esl constitué par un récipient cylindrique à fonds bombés muni à sa partie inférieure d'une soupape qui ferme l'orllice supérieur d'une tubulure raccordée avec la canalisation de retour d'eau. Cette soupape est reliée par une lige à un flotteur creux; lorsque le récipient est vide d'eau la soupape repose sur son siège et les appareils de chauffage ne sont pas en communication avec les retours.

L'eau de condensation venant des conduites

j.- 3|^ de vapeur entre dans le récipient par une

tubulure latérale et s'accumule jusqu'à ce

qu'elle détermine le soulèvement du flotteur; la soupape s'ouvre

alors et l'eau s'écoule tant que son niveau reste suflïsant pour

maintenir le flotteur soulevé.

On voit ainsi qu'il y a toujours une couche de liquide entre la vapeur et l'orifice d'évacuation. Ce purgeur a surtout été employé dans les sucreries et en général dans les usines où l'on utilise au chauffage la vapeur d'échappement des machines.

Lorsque la tension de la vapeur atteint une valeur assez élevée, il arrive souvent que la force ascensionnelle du flotteur immergé est insuffisante pour vaincre la pression qui maintient la soupape sur son siège et alors l'appareil ne fonctionne pas.

Cette éventualité peut également résulter de ce que le flotteur creux se déforme et s'écrase même sous l'action de la pression.

937. Purgeur Oeneste et Hersoher. — MM. Geneste et Herscher évitent les inconvénients que nous venons de signaler en construisant un appareil (fig. 5ii) formé d'un récipient métallique dans lequel oscillent deux contre-poids cylindriques pleins fixés aux extrémités d'une tige calée en son milieu sur un axe qui lui est perpendiculaire et qui se termine par deux tourillons. Cet axe porte une petite manivelle qui entraine une bielle actionnant un tiroir; celui-ci glisse sur un siège incliné et peut, suivant les cas, démasquer ou couvrir i'orifice de sortie ré- ^ F* '^PTV^ serve au bas du purgeur. J ^^1 ^^d^^Hk

Les deux contre-poids sont de /"""' -^J"" ^^ÀX volume, de densité cl de poids I ^^ (^^^^^^(^^ ^ différents. Le plus petit est en ^\^^^^^y^\^ |

plomb, le plus gros est en pierre %^H^^^^^^P^^ ou autre matière analogue de ^J^^"^ ^^^^C

faible densité. Le poids de ce der- .J»^^ "^^J^NtiL-,

nier est, dans l'air ou la vapeur, y\%, Sn.

supérieur à celui du premier,

tandis que, dans l'eau, c'est le poids en plomb qui l'emporte.

En versant de l'eau dans le récipient et en la laissant ensuite s'écouler, on détermine le mouvement d'oscillation des contrepoids. On utilise ce mouvement pour provoquer automatiquement le va-et-vient du tiroir et, par suite, l'ouverture ou la fermeture de Torifice d'écoulement.

Les dimensions relatives des deux poids sont calculées pour que le maximum de la force qui sollicitera le tiroir à monter soit égal et de sens contraire à celui de la force qui tendra à le faire descendre.

L'effort nécessaire pour provoquer le mouvement du tiroir est moindre que dans le purgeur Péclet, parce que le frottement qui représente la résistance à vaincre n'est qu'une fraction ' i/4 environ) de la pression totale s'exerçant sur le tiroir.

L'eau de condensation à extraire arrive dans le purgeur par

Ser. 11. — 19

une tubulure réservée à son sommet et traverse avant d'entrer dans le récipient une crépine en toile métallique facile à visiter et destinée à retenir les corps étrangers. Un. bouchon à vis placé sur la tubulure permet de nettoyer la capacité située en avant de la crépine sans démonter les joints de l'appareil.

Au repos, le contre-poids en pierre, c'est-à-dire le plus lourd et le plus volumineux, est toujours au bas de la course. Lorsqu'on met ta vapeur dans la conduite, l'eau de condensation descend dans le purgeur où elle s'accumule, vient noyer ce contrepoids et diminue son poids apparent.

Il arrive un moment où le conlre-poids en plomb l'emporte; il se produit une oscillation, et le tiroir se déplace dans le sens voulu pour démasquer l'orilice d'écoulement. L'eau s'écoule et le niveau du liquide baisse dans l'appareil jusqu'à ce que le contre-poids en pierre, redevenu prépondérant, détermine une oscillation inverse de la première. Le tiroir revient couvrir l'orifice de sortie et l'écoulement cesse. La même série de phcnomënes se reproduit indéfiniment et, l'oriBce d'écoulement restant toujours noyé, on voit que l'appareil permet d'estraire l'eau condensée sans perdre de vapeur.

928. Ballon allemand. — Cet appareil (rig;. 5 12), se compose en principe d'une caisse cylindrique A dans laquelle débouchent deux tuyaux : l'un fi servant à l'arrivée de l'eau de condensation, l'autre C à son évacuation.

Ce dernier descend presque jusqu'à la partie inférieure du réservoir et peut être obturé à son extrémité par le fond d'une sorte de ba- Fig. Su. quet flottant. L'eau de condensation

arrivant dans l'appareil soulève la caisse flottante qui se trouve arrêtée dans son ascension par le tuyau D contre lequel elle vient buter ; le liquide continuant à arriver passe à un moment donné par-dessus les bords de la caisse qui s'enfonce et démasque l'orilice d'évacuation par lequel Veau est chassée en vertu de la pression existant dans l'appareil. Dès

que le baquet est suffisamment vidé, lise relève de nouveau, Torifice du tuyau D se ferme et les phénomènes que nous venons de décrire se reproduisent de nouveau.

Dans les purgeurs de ce type récemment construits, la tubulure B est remontée jusqu'au dessous de la bride d'attache du couvercle, de manière à rester constamment au-dessus de Teau.

Il arrive fréquemment, lorsque les pressions sont un peu élevées et même à basse pression lorsque le liquide contient des matières grasses ou poisseuses, que le fond du cylindre D se colle contre l'extrémité de la trompe ; alors l'appareil ne fonctionne plus. On cherche à remédier à cet inconvénient en faisant à la lime, sur l'extrémité de la trompe, une petite entaille dirigée suivant un diamètre. Grâce à cet artifice, on parvient à empêcher l'adhérence, mais l'entaille crée une fuite de vapeur permanente.

929. L'air qui remplit les tuyaux et les appareils au moment de la mise en marche est très nuisible à la transmission de la chaleur ; aussi est-il de toute nécessité de l'évacuer le plus rapidement possible.

Pour cela on ménage à l'extrémité des conduites de vapeur ou dans les couvercles des purgeurs des robinets appelés souffleurs que Ton ouvre au moment de la mise en marche pour ne les refermer que lorsque la vapeur arrive franchement.

Il est même bon de rouvrir ces robinets de temps en temps pendant le travail pour se débarrasser de l'air qui peut s'être accumulé de nouveau dans les conduites.

Aujourd'hui les souffleurs sont fréquemment remplacés par les purgeurs d'air à fonctionnement automatique dont nous parlerons plus loin lorsqu'il sera question du chaufi^age à vapeur.

930. Compteur de vapeur Parenty. — En terminant ce chapitre, nous croyons utile de faire connaître sommairement un appareil nouveau et très ingénieux, dû à M. Parenty, ingénieur des manufactures de l'État. Cet appareil, désigné sous le nom de compteur de vapeur^ permet de mesurer directement le poids de vapeur d'eau débité par une conduite ; il a fonctionné

292 CUALDIËRES A VAPEUR.

dans le pavillon de MM. Bon et Lustremant pendant toute h durée de l'Exposition universelle de 1889.

Les Fournitures d'eau et de gaz se mesurent en général au moyen de compteurs pourvus d'un totalisateur à cadrans surles-

Fig.

quels on peut relever, à un moment quelconque, le volume total débité.

Ce procédé convient très bien pour l'eau, qui est incompressible, et pour le gaz d'éclairage, qui arrive au compteur avec une pression sensiblement constante; mais on ne saurait l'ap-

pliquer à la vapeur d*eau, qui est généralement débitée sous des pressions fréquemment variables et, par suite, avec des densités fort différentes dans des espaces de temps très limités. Dans ce cas, pour rendre comparables entre elles les constatations faites^ c'est non pas le volume de vapeur écoulé, mais le poids de vapeur débité que le compteur doit faire connaître.

Quand l'écoulement de la vapeur se fait sous Tinfluence d'une faible différence de pression, la densité de ce fluide varie très peu, et il peut dès lors être considéré comme sensiblement soumis aux lois de l'écoulement des fluides incompressibles.

Si Ton appelle Û la section d'écoulement, p^—Pi la perte de charge d'un côté à l'autre deroriiice exprimée en hauteur d'eau, l la densité de la vapeur par rapport à l'eau à la pression p^^ le poids écoulé en une seconde est donné approximativement par la formule :

P~mÛv/0K?o-Pi)5.

C'est le produit sJipQ—p^)^ que le compteur de M. Parenty a pour but de résoudre et d'intégrer atout instant. L'appareil comprend comme parties principales : i"* Un rhéomètre Â, dans lequel se produit une faible perte de

charge /?o — /'r 2"^ Deux réservoirs C, accolés et remplis d'eau jusqu'au même

niveau et servant à la transmission des pressions p^ et p^.

y^ Un manomètre différentiel D servant, à l'aide d'un levier G et d'une came I, à fournir le premier facteur \1 Pq—Px*

4* Un manomètre M à piston ist à ressort qui, par l'intermédiaire d'un levier N déplaçant une goupille X, fait intervenir la racine carrée de la densité dans l'évaluation du compteur.

o"* Un compteur totalisateur à diagramme, fournissant en poids le débit de vapeur pendant un temps donné.

Nous allons reprendre avec quelques détails la description de ces organes et indiquer comment ils sont reliés entre eux.

Le rhéomètre  est pourvu de deux cônes renversés; l'ajutage convergent donne lieu à la perte de charge Pq — p^ qu'il s'agit de mesurer et le cône qui lui fait suite sert à rétablir

autant que possible la pression statique initiale dans la conduite.

Les réservoirs de condensation C reçoivent la vapeur, l'un à la pression p^ par le tube i, branché en amont du premier cône, et l'autre à la pression ;?, par le tube a venant de la chambre A qui enveloppe les deux cônes. La vapeur se condensant au contact des parois des réservoirs C, ceux-ci, pendant la marche normale, sont toujours remplis d'eau jusqu'au niveau de l'orifice supérieur des tubes i et 2, et, comme les réservoirs ont une grande surface, le niveau supérieur du liquide reste à très peu près invariable.

Le manomètre différentiel à mercure est composé d'un récipient D formant le pied de l'appareil et dans lequel se trouve une cuvette mobile E. Le couvercle F du récipient, intérieurement évasé, est pourvu d'un prolongement en forme de pavillon de trompette terminé par une partie cylindrique plongeant dans le mercure que contient la cuvette mobile. L'évasement est établi de telle sorte que, sous l'influence d'une pression différentielle quelconque p^ — p^j l'abaissement du niveau du mercure delà cuvette soit toujours égal à la racine carrée de cette pression

Ainsi, une pression p^ — pi égale à 9*" de mercure donne lieu à une dénivellation de 3^" dans la cuvette mobile. 11 résulte de là que cette cuvette perd de son poids une quantité proportionnelle à la racine carrée de p^^ — p^y c'est-à-dire piroportionnelle au débit.

Les réservoirs C et le manomètre D communiquent par l'intermédiaire des tubes i et 2 qui transmettent, le premier la pression p^ dans l'espace annulaire au-dessus de la cuvette mobile^ et le second la pression /;, dans la chambre supérieure du tube évasé.

L'ensemble forme un siphon renversé contenant deux liquides, eau et mercure, et dont les extrémités supérieures situées au même niveau sont soumises à des pressions différentes p^ ei pi. Lorsque ces deux pressions sont égales, p^=p^, le mercure est au même niveau dans les deux branches du siphon, c'est-à-dire dans la cuvette mobile et dans le tube évasé.

Aussitôt que les pressions sont différentes, il faut, pour l'équilibre, que le niveau du mercure s'élève d'une quantité correspondante à Pq — p^ dans la branche où s'exerce la pression la moins élevée. La surface des réservoirs C est telle que, malgré les variations de la différence p^—f^^, la hauteur des colonnes dans les deux branches du siphon renversé soit sensiblement constante. La différence passagère qui pourrait exister disparaitrait d'ailleurs bientôt par suite de la condensation de la vapeur dans C.

La cuvette mobile F est portée par une tige verticale T guidée dans deux petits cylindres bien alésés situés l'un sous le récipient D, l'autre sur son couvercle ; la tige T présente au droit de chaque cylindre une série de rainures circulaires qui forment un piston cannelé assurant une étanchéité suffisante des joints, tout en réduisant considérablement les frottements. L'extrémité supérieure de la tige T est portée par la petite branche du levier G, tandis que la longue branche de ce dernier supporte un poids déterminé Z. Un poids auxiliaire Y dont l'effet se retranche de celui du poids Z agit sur une came I solidaire du levier G. Le moment de l'ensemble Z et Y par rapport à l'axe de suspension du levier G varie de manière à faire, à chaque instant, équilibre au moment variable de la cuvette mobile par rapport au même axe. Les variations de poids de la cuvette résultant de l'ascension ou de la descente du mercure dans la trompe F sont proportionnelles à \ Po — Pr Les ordonnées de la came I croissent proportionnellement à l'angle qu'elles font avec l'ordonnée de la position initiale; il en résulte que pour une position quelconque d'équilibre les déviations angulaires du levier G mesureront le facteur ^Po — Pi-

Le compensateur de densité se compose essentiellement d'un second levier L reposant sur le premier par l'intermédiaire d'une goupille X dont la position est déterminée par la valeur depQ fournie par un manomètre à piston M.

Les axes de suspension des deux leviers G, L sont choisis et la trajectoire décrite par la goupille X est déterminée de telle façon que, pour chaque position de cette goupille X, la déviation

angulaire du levier L soit à celle du levier G dans le rapport V8; par conséquent les déviations angulaires du levier L sont proportionnelles à Vf^o""/'! V^, donc aussi au poids de vapeur écoulé.

L'enregistreur N et le totalisateur S sont mis en mouvement par le levier L dont nous venons de définir le mouvement. L'enregistreur trace sur un cylindre tournant une courbe dont l'ordonnée est proportionnelle au débit en poids, le totalisateur fournit à chaque instant au moyen des cadrans de son compteur la dépense de vapeur, en poids, pendant un temps déterminé.

L'appareil fonctionne de la manière suivante : La vapeur passant dans la conduite à une pression p^ traverse l'ajutage de section Q; la pression dans la chambre A est alors p^. Les deux pressions p^ et p^ sont transmises au manomètre différentiel D. De la variation de poids de la cuvette E résulte une inclinaison du levier G et un mouvement correspondant du poids Z. L'action de ce poids Z se trouve modifiée en raison de la variation du bras de levier du contre- poids Y, variation produite par la rotation de la came L Le mouvement de G se continue jusqu'à ce que le moment des poids Z et Y fasse équilibre à celui de la cuvette mobile Ë. Le déplacement du levier G entraîne celui de l'index X et, par suite, le mouvement du levier L qui commande l'enregistreur. Les déplacements de l'index X sont en outre déterminés par le mouvement du levier L dont la position dépend à chaque instant de la pression p^.

Si l'on suppose que la conduite remplie de vapeur ne dépense rien à un moment donné, les pressions dans le manomètre différentiel seront toutes deux égales à Pf^^ et le levier G restera immobile; mais la goupille X occupera une position dépendant delà pression p^ dans la conduite. Pour que le compteur n'indique aucune dépense de vapeur, les deux leviers G et L sont parallèles sur une certaine longueur, et les déplacements de la goupille X, résultant des changements de pression dans la conduite, n'entrainent aucun mouvement relatif des deux leviers G et L; G restant fixe, L demeure également immobile.

Dans le cas où le ressort du manomètre à piston M aurait

varié de puissance, le déplacement de la goupille ne permettrait plus d'obtenir le débit réel sur le compteur, qui fournirait seulement un nombre proportionnel au débit. Le déplacement de Taxe fixe o permet de régler l'appareil à nouveau et de le ramener à fournir le poids vrai.

La graduation de l'appareil peut se faire très simplement par une détermination expérimentale, au moyen des indications d'un manomètre différentiel à eau placé sur Tappareil, indications concordant avec celles du manomètre différentiel à mercure.

L'appareil de M. Parenty ne mesure pas l'eau entraînée par la vapeur.