CRAUDIËRES A UN SEUL CORPS

675. Les chaudières construites en Angleterre, à l'époque des premières applications de la machine à vapeur, se composaient d'une grande hassine cylindrique & fond concave, surmontée d'une coupole hémisphérique. Elles étaient placées dans un fourneau en briques et de forme cïirrée ; le fond directement au-dessus de la grille du foyer et la coupole à l'extérieur de la maçonnerie.

Le chauffage s'effectuait exclusivement, ou à peu près, par le rayonnement du combustible incandescent. Les gaz chauds se rendant directement à la cheminée, les pertes de chaleur étaient très considérables.

Si l'on conserve la coupole hémisphérique, on no peut augmenter la surface de chauffe qu'en donnant à la chaudière un volume qui devient bientAt exagéré. Pour obvier à cet inconvénient. Watt et Boulton imaginèrent une disposition de chaudière cylindrique, que sa forme fil désigner sous le nom de « chaudière en tombeau » en France, et sous celui de «waggon-boiler » en Angleterre.

La chaudière de Watt et Boulton (lig. 363) consistait ea un cylindre en tôle, dont la directrice curviligne était formée de trois courbes concaves raccordées entre elles parle bas et surmontées d'une demicirconférence. Le cylindre était fermé à ses extrémités par des fonds plats.

Le foyer était placé à une extrémité du fourneau, au-dessous du corps cylindrique. Les produits de la combustion circulaient d'abord sous la paroi concave inférieure, revenaient à l'avant du fourneau, par un carneau latéral, passaient de l'autre côté de la

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chaudière, et, de là, par un second carneau placé symétriquement au premier, ils se rendaient à la cheminée construite à Tarrière du fourneau. Un registre établi dans la conduite reliant le fourneau à la cheminée servait à régler le tirage.

Toutes les surfaces exposées au rayonnement du foyer ainsi qu'au contact des gaz chauds affectaient une forme concave, dans l'idée que cette courbure était favorable à l'absorption de la chaleur.

676. Pendant très longtemps cette chaudière fut employée, d'une manière à peu près exclusive, en France et en Angleterre. Mais ses parois, planes ou concaves, sont trop facilement déformables et résistent difficilement à de fortes pressions. L'usage de la vapeur à haute tension se répandant de plus en plus, on essaya d*abord, pour utiliser les appareils existants, dé les munir de tirants transversaux et longitudinaux; mais ce mode d'armature fut insuffisant, des fuites d'eau et de vapeur se produisirent fréquemment.

On fut obligé de renoncer à ces générateurs et on en arriva, par la force des choses, à faire usage de cylindres à section circulaire, indéformables sous l'action d'une pression intérieure.

Les chaudières de ce nouveau type étaient d'abord munies de fonds hémisphériques, c'est-à-dire de la forme la plus favorable à la résistance. Mais ces fonds, composés d'une série de pièces de tôle embouties et rivées, étaient d'une construction délicate; on les fait actuellement d'une seule tôle, également emboutie, dont la section suivant l'axe de la chaudière, est une anse de panier.

Le foyer est placé à une extrémité du fourneau et les gaz circulent comme dans la chaudière de Watt : d'abord sous une portion de la, surface inférieure, puis dans un carneau latéral, et enfin, pour se rendre à la cheminée, dans un second carneau parallèle au premier, de l'autre côté du corps cylindrique.

Les chaudières à un seul cylindre n'ont pour surface de chauflFe

que la moitié environ de la surface totale, de sorte que, pour de

grandes puissances, ces appareils sont lourds et par suite leur

prix est élevé; de plus ils sont très encombrants, aussi a-t-on

Ser. 11. — 2

été conduit à chercher d'autres dispositions plus commodes et plus économiques.

677. La chaudière ordinaire à bouilleurs (fig. 364-365) se compose de trois cylindres parallèles. Le plus grand, qui forme le corps principal de la chaudière, est placé au-dessus des deux autres appelés bouilleurs et dont le diamètre est environ moitié de celui du premier. Les deux bouilleurs ont leurs axes dans un même plan horizontal ; ils sont réunis au corps do

• /«ri.» jf

Fig. 364.

chaudière par de larges tubulures appelées cuissards, qui mettent les trois cylindres en communication. La vapeur formée dans les bouilleurs peut ainsi se dégager et être remplacée par de l'eau venant du corps principal de la chaudière.

Le foyer extérieur dont nous avons donné les détails (n* 244) est placé à une extrémité du fourneau sous les bouilleurs, dont une partie reçoit le rayonnement direct du combustible en ignition. Les gaz de la combustion, après avoir franchi Tautel, circulent autour de toute la partie arrière des bouilleurs, au contact de la totalité ou de la presque totalité de leur surface ; i]s reviennent vers Tavant, paruncarueau latéral, en chauffant un quart environ du grand cylindre supérieur, passent de Tautro côté du fourneau et se rendent à la cheminée par un second car-

neau latéral en chauffant le deuxième quart inférieur du corps cylindrique principal. La circulation générale des gaz est la même que dans la chaudière de Watt et Boulton.

La maçonnerie des carneaux latéraux vient se bloquer sur le corps cylindrique de la chaudière, à peu près à la hauteur du diamètre horizontal, de sorte que le demi-cylindre supérieur n est pas en contact avec les gaz et n'est pas utilisé comme surface de cliauITe. Ce mode de construction est imposé par Tobligation de laisser à l'abri du chauffage des gaz de la combustion toute paroi métallique dont l'une des faces n'est pas au contact de l'eau. Si on ne prenait pas cette précaution, la' vapeur pourrait se surchauffer, la tôle se brûler, et il se produirait des accidents sur lesquels nous reviendrons plus loin. D'après les règlements administratifs (^), il faut laisser une distance verticale de o",o6 au moins entre la partie supérieure des carneaux et le niveau minimum de l'eau dans le générateur.

Si le diamètre des bouilleurs est moitié de celui du corps cylindrique (on s'écarte en général assez peu de ce rapport) on reconnaît facilement que la surface en contact avec les gaz et qui constitue la surface de chauffe est environ les trois quarts de la surface totale de la paroi métallique de la chaudière. En se reportant à ce qui a été dit de la chaudière formée d'un simple tube cylindrique, qui n'utilise comme surface de chauffe que la moitié de la surface totale, on voit que la disposition avec bouilleurs est plus avantageuse.

En effet, à égalité de diamètre et de longueur du corps cylindrique et pour la même surface de chauffe, les chaudières à un seul cylindre occupent sur le sol, en projection horizontale, une surface triple de celle des chaudières à deux bouilleurs. Il y a donc avantage à employer ces dernières qui permettent de diminuer Tencombrement, les dimensions du fourneau et les frais généraux d'installation. Aussi, du moins pour des appareils d'une certaine importance, ne fait-on jamais usage de générateurs à un seul cylindre. 678. Le fourneau en maçonnerie dans lequel on établit

(«j Voir §XI1.

les foyers et les cameaux doit être étudié de manière à assurer, le mieux possible, le cootact des gaz avec la surface de chauffe et réduire les pertes de chaleur. On doit le constituer d'après les principes généraux que nous avons développés {n" «os et suiv,). Les deux cameaux supérieurs gui longent le corps cylindrique de la chaudière sont séparés du carneau inférieur contenanties bouilleurs par une voûte en briques qu'on peut disposer de diverses manières.

Assez souvent, on construit, comme le montre la figure 366, une voùle unique s'appuyant sur les deux murs latéraux du fourneau. Cette voùle doit être peu cintrée et s'écarter assez peu des parois métalliques, sans quoi, une partie notable des gaz chauds circuloraioiit dans la section libre sans venir au contact des bouilleurs et sans les chauf- *■ fer d'une manière suffisante.

Une disposition assez fréquemment employée est représentée figure 365. Elle consiste en trois petites voûtes portées par les murs latéraux du fourneau et deux raurettes de retombée reposant sur la partie supérieure de chaque bouilleur. Ces mureltes, de o",ii d'épaisseur seulement, ne couvrent qu'une faible partie du métal, de sorte que la surface des bouilleurs est presque totalement utilisée pour le chauffage.

La largeur des cameaux doit être réduite au minimum pour forcer, autant que possible, les gaz chauds à venir au contact de la surface de chauffe. On se contente souvent de laisser des intervalles de o,o8 à o,io entre les corps cylindriques et la maçonnerie. Il conviendrait cependant de laisser un peu plus, afin de pouvoir vérifier, de temps en temps, l'état des tôles sans trop de difficultés.

Quelquefois, pour ta simplicité de la construction, on se

borne (Bg. a53) à faire la séparation entre les carneaux par une sorte de plancher formé de briques appuyées sur les murs latéraux et sur les corps cylindriques un peu au-dessus du diamètre borîzonlal de ces derniers. Près de la moitié de chaque bouilleur se trouve ainsi dans le bas des carneaux supérieurs, alors que les gaz les plus chauds circulent toujours dans le haut des conduits ; en outre, la partie supérieure des bouilleurs se recouvre de cendres. Pour ces deux causes, la transmission de la chaleur est beaucoup diminuée; c'est une disposition qu'il convient d'éviter.

La murette qui sépale les carneaux supérieurs longeant le corps cylindrique de la chaudière se construit le plus souvent dans Taxe du fourneau. On la rejette cependant quelquefois dans Taxe d'un des cuissards, ce qui' a l'avantage de faciliter la circulation des gaz sous la chaudière, si l'on a soin de faire passer dans le carneau le plus large les gaz se dirigeant vers l'avant, c'est-à-dire ceux qui sont les plus chauds et dont le volume est le plus considérable.

Certains constructeurs placent la chaudière et les bouilleurs dans une chambre unique, relativement vaste, dont les parois latérales montent jusqu'au milieu du corps cylindrique. Les gaz qui s'échappent du foyer se répandent librement dans cette enceinte et se rendent directement à la cheminée. Leur contact avec les différentes parties du générateur est beaucoup moins bien assuré que dans les dispositions précédentes.

Quand on est conduit à recourir à ce procédé peu favorable à la transmission de la chaleur, il faut avoir soin d'établir, conformément aux principes exposés dans le premier volume (n** 40S), l'ouverture de départ des gaz à la partie inférieure des carneaux; malgré cette précaution, il arrive presque toujours que les gaz chauds de la combustion se rendent trop directement du foyer à l'oriflce de sortie et que leur refroidissement est très incomplet. Aussi préfère-t-on généralement construire le fourneau avec trois circulations.

679. Nous avons vu que les bouilleurs étaient réunis à la chaudière par de larges tubulures nommées cuissards. C'est par ces communications que la vapeur formée dans les bouilleurs se

rend dans le corps principal et, qu'à Tinverse, Teau de celui-ci pénètre dans les bouilleurs pour remplacer la vapeur dégagée. Il est d'une grande importance que cette double circulation puisse se faire très librement. Si la vapeur était gênée dans son dégagement, ou si l'eau ne venait pas la remplacer facilement, certaines parties du bouilleur se trouvant en contact d'un côté avec la vapeur et de l'autre avec la flamme, risqueraient fort d'être brûlées.

En général on met deux cuissards pour chaque bouilleur; l'un est placé au-dessus du foyer à l'endroit où la vapeur se produit en plus grande abondance, le second, qui sert au passage de l'eau venant de la chaudière, est ordinairement rejeté vers l'autre extrémité, afin d'établir, autant que possible, une circulation générale dans toute la masèe. Toutefois, il y a des inconvénients à ce que les cuissards soient trop éloignés l'un de l'autre. En effet, par suite de la différence de dilatation des bouilleurs et du corps cylindrique inégalement chauffés, il se produit aux attaches des cuissards des mouvements qui fatiguent les rivures et amènent des fuites. On préfère souvent, pour ce motif, rapprocher les cuissards et les mettre sur une même virole du bouilleur.

Quand les chaudières sont très longues, pour assurer la rentrée de l'eau à l'extrémité des bouilleurs, on a quelquefois établi à l'arrière, entre leurs fonds et celui du corps cylindrique, une communication de grande section, constituée par un tuyau en cuivre de forme cintrée, qui peut subir sans inconvénient une certaine déformation.

Il convient de ne pas donner aux bouilleurs un diamètre inférieur à o",5o, afin qu'un ouvrier puisse pénétrer dans leur intérieur sans trop de difficulté pour opérer la visite, le nettoyage et faire au besoin les réparations nécessaires.

Les bouilleurs, exposés à la radiation intense du foyer, sont plus sujets à la destruction que le corps cylindrique, et on est assez souvent obligé de les remplacer ou tout au moins de changer la tôle de coup de feu. A cause de la grande longueur des bouilleurs, ce travail n'est pas sans présenter quelques difficultés; pour le rendre plus commode, on a fait usage, en Alsace

surloul, de bouilleurs de quelques mètres seulement de longueur. Celte disposition réduit considérablement la surface de chauffe.

On a remédié à cg( inconvénient en mettant sur la longueur de la chaudière deux bouilleurs dans le prolongement l'un de l'autre, mais indépendants, de manière à ce qu'on puisse les enlever séparément. Il faut alors réserver, à chaque tête, des autoclaves pour la visite, ce qui n'est pas toujours facile quand l'arrifere du générateur n'est pas abordable.

680. Quand on n'a besoin que d'une* surface de chauffe relativement faible, il vaut mieux ne mettre qu'un bouilleur au lieu (le deux et donner plus de longueur à la chaudière afm que les gaz restent assez longtemps en contact avec les parois avant d'atteindre la cheminée.

Si, au contraire, il faut produire de très grandes quantités de vapeur, on peut faire des chaudières à trois bouilleurs. La circulation des gaz se fait en général comme dans les chaudières à deux bouilleurs ou, parfois, simultanément au contact des bouilleurs et du corps principal (fig. 367), lorsque la chaudière estcomplétée par des réchauffeurs. Kig. se^.

Les chaudières le plus fréquemment employées en Alsace sont h trois bouilleurs. Ceuxci traversent généralement le fourneau de part en part et sont alors pourvus d'un autoclave & chaque extrémité, ce qui permet d'accéder plus facilement Ji l'intérieur.

Toutefois les bouilleurs dont la longueur ne dépasse pas cinq mètres n'ont qu'une ouverture.

Voici, d'après M. Walther-Meunier,. Tingénieur en chef de r Association alsacienne des propriétaires d'appareils à vapeur, les dimensions les plus usuelles des diverses parties constituant les chaudières d'Alsace.

Le corps cylindrique principal a d'ordinaire i",2o de diamètre, sa longueur varie de lo à 8 mètres et quelquefois même descend à 7 mètres.

Les bouilleurs ont généralement 0*^,60 de diamètre et leur longueur est comprise «entre 11 et 8 mètres. Elle est habituellement supérieure de i à r^ mètres à celle du corps principal. Autrefois on employait, dans certains cas, trois bouilleurs de o™,4^ de diamètre ; quand ils sont hors d'usage, on les remplace aujourd'hui par deux de o™,6o, ce qui ne change pas la surface de chauffe, mais facilite les nettoyages et les réparations.

Lorsque l'on construit des chaudières de plus petites dimensions, on donne un diamètre de i"',!^ au corps principal et de o",5o à chacun des trois bouilleurs,

681. Afin d'augmenter la surface de chauffe sans accroître l'espace occupé, on a quelquefois disposé dans le corps principal du générateur un tube cylindrique rivé sur les deux fonds. Le parcours des gaz chauds est alors quelque peu modifié. Après avoir circulé autour des bouilleurs, ils viennent à l'avant par le tube intérieur et retournent à l'arrière en passant à la fois par les deux carneaux latéraux. Ou bien, au contraire, on fait arriver les gaz à l'avant simultanément par les deux carneaux latéraux et ils se rendent à la cheminée par le tube intérieur. L'adjonction de ce tube a l'inconvénient de gêner l'enlèvement .des incrustations.

On remplace parfois le tube intérieur par un faisceau tubulaire présentant une plus grande surface de chauffe. Les gaz suivent le même parcours que dans le cas précédent; mais, en traversant les tubes, ils abandonnent une plus grande partie de la chaleur qu'ils renfermaient encore.

Nous donnerons un exemple de ce générateur lorsque nous étudierons les chaudières tubulaires.

CHAUDIÈRES A GRAND VOLUME. t!5