CALCUL DES DIMENSIONS D'UNE CHAUDIÈRE A BOUILLEURS
682. Les dimensions d'une chaudière se déterminent d*aprës la quantité de vapeur qu'il est nécessaire de pouvoir lui faire produire par heure ; c'est la donnée principale. Connaissant le service que la chaudière doit faire, c'est-à-dire la puissance de la machine qu'elle doit alimenter ou bien le nombre et la nature des appareils qu'il s'agit de chauffer, on peut facilement savoir quel poids d'eau on doit vaporiser en une heure.
Nous avons vu (n"" 892), en parlant d'une manière générale des récepteurs de chaleur, que le poids de vapeur produit par mètre carré de surface de chauffe allait rapidement en diminuant à mesure qu'on s'éloignait du foyer, et que, à partir d'une certaine limite, le rendement total augmentait peu avec l'accroissement de surface et pouvait même diminuer.
Pour utiliser convenablement la chaleur sans exagérer les dimensions des chaudières et les dépenses d'installation, les tables du n"" (aei) montrent qu'il convient de limiter la surface de chauffe de telle sorte que la production moyenne de vapeur par mètre carré soit de 12 à i8 kilogrammes par heure. En prenant comme production i5 kilogrammes, on trouve immédiatement la surface de chauffe S nécessaire h la production du poids dé vapeur, par l'équation
La surface de chauffe d'une chaudière à bouilleurs s^obtient, en mètres carrés, en divisant par i5 le nombre \V de kilogr. de vapeur à produire par heure. La production de i5 kilogr. de vapeur correspond en nombre rond à la transmission de 10,000 calories par mètre carré et par heure.
Si, au lieu de prendre i5 kilogr. comme production moyenne, on avait pris seulement 12 kilogr., le tableau montre que le rendement se serait* élevé seulement de 0,622 à o,63i ; et il aurait fallu, pour ce léger accroissement, augmenter la surface de
chauffe ot par suite la dépensera peu près dans le rapport de i5à 12, soit de 25 p. loo.
Si, au contraire, on avait pris ^8 kilogr. de vapeur comme production moyenne par mètre carré, le rendement aurait diminué de 0,622 à o,6o3 et la dépense de premier établissement se serait réduite d'environ 25 p. 100.
683. La surface de chauffe S étant ainsi déterminée, il faut en déduire les dimensions du corps cylindrique et des bouilleurs. On conçoit, a priori, que le problème est indéterminé et qu'on peut trouver une infmité de diamètres et de longueurs de cylindres satisfaisant à la condition d'avoir une surface totale de chauffe donnée, mais les conditions pratiques réduisent considérablement le nombre des solutions.
Désignons d'une manière générale par rf et /le diamètre et la longueur de chaque bouilleur, par D et L le diamètre et la longueur du corps cylindrique.
La surface de chauffe se compose à peu près de la surface totale des bouilleurs et de la moitié de la surface du corps cylindrique. On trouve, en négligeant les fonds, pour l'expression de la surface de chauffe
Pour la meilleure utilisation de l'espace en longueur et en largeur, il convient que la longueur des bouilleurs soit à peu près égale à celle du corps cylindrique et que leur diamètre soit à peu près la moitié, les deux bouilleurs se plaçant alors facilement au-dessous du corps cylindrique, entre les deux murs latéraux.
Si on pose en conséquence /=L et 2rf=D il vient
S = -7:DL=:4,7iDL.
Le diamètre du corps cylindrique s'écarte en général assez peu de I mètre ; c'est le double du diamètre minimum des bouilleurs. Avec un diamètre plus faible, on ne trouverait pas l'espace suffisant pour une chambre de vapeur de dimensions convenables.
D'un autre côté comme Tépaisseur des tôles, et, par suite, le poids et le prix augmentent avec le diamètre, il y a intérêt à ne pas exagérer ce dernier, qui en pratique est limité à i'",25 ou i",3o.
Si comme première donnée on prend D= i , on a
c'est-à-dire qu'en divisant la surface de chauffe par 4*71 on obtient la longueur de la chaudière. Cette dimension ne doit guère dépasser 10 mètres, bien qu'on construise quelquefois des générateurs de 12 à i5 mètres de long, mais ceux-ci sont très encombrants. Si le calcul donne un chiffre supérieur à 10 mètres, on peut, s'il n'y a qu'un léger excès, réduire la longueur en augmentant le diamètre; lorsque cet excès est très considérable, il faut prendre plusieurs chaudières.
Une chaudière de i mètre de diamètre et de 10 mètres de long, avec deux bouilleurs de o"*,5o de diamètre, a une surface de chauffe de 47? 10 mètres carrés. En augmentant le diamètre, on peut arriver jusqu'à 60 et même 65 mètres carrés, ce qui est presque un maximum.
684. Faisons quelques applications. Supposons d'abord qu'on ait à établir une chaudière k vapeur capable de produire 5ookilogr. de vapeur à l'heure;
W=5oo.
En admettant une production moyenne de 1 5 kilogr. par mètre carré, on trouve pour la surface de chauffe
i5 et pour longueur, avec un diamètre de i mètre
Ainsi on aurait la surface demandée, en prenant une chaudière de I mètre de diamètre et de 7^,07 de long, et deux bouilleurs de même longueur et de o"*,do de diamètre.
Considérons maintenant le cas d'une grande quantité de vapeur à produire, soil W=3,ooo, on trouve
3 000 S= — r-^aoo"*^
et
C'est une longueur impossible à réaliser; mais comme elle ne dépasse pas beaucoup quatre fois la longueur maximum de 10 mètres, cela indique qu'il faut prendre quatre chaudières ayant chacune une surface de chauffe égale
^^^ - ma
En conservant le diamètre de i mètre au corps cylindrique, la longueur devrait être de
. -— io",6o.
Si on veut réduire cette longueur, on peut prendre D = i,2o et rf=o,6o, ce qui, d'après la relation S = 4>7ïI)Li> conduit à L = 8",8o.
Ces exemples suffisent pour faire voir la marche à suivre dans un cas particulier quelconque.
Les calculs des dimensions de chaudières à trois bouilleurs ou à un seul bouilleur se feront d'une manière analogue.
CHAUDIÈRES A RÉCHAUFFEURS.
685. Dans les chaudières simples à bouilleurs, la température de l'eau est, à très peu près, la même dans toutes les parties, par suite de la circulation active qui s'établit, et du mélange de toute la masse qui en résulte. A la pression de 4 à 5 kilogr. effectifs, la température de l'eau est de i5o à 160° environ, et les gaz de la combustion en quittant les parois de la chaudière sont
msuflisammeiit refroidis. En fait, dans une chaudière à bouilleurs, les gaz s'échappent rarement au-dessous de aSo"* et le plus souvent au-dessus. Un refroidissement plus complet des gaz ne pourrait être réalisé que par un accroissement considérable de la surface de chauffe, ce qui augmenterait en proportion les dépenses d'installation.
On obtient un plus grand refroidissement en appliquant le chauffage méthodique dont nous avons fait ressortir les avantages (i3o). Les nombres du tableau et la courbe (aos) font voir que, par un chauffage méthodique, on peut abaisser la température des gaz à i6o** et porter le rendement à 0,66, avec une surface de chauffe égale à 38, 14 fois celle de la grille, tandis que, sans chauffage méthodique, une surface de 00 fois la grille refroidirait seulement les gaz à 180** et porterait le rendement à 0,632 (aei).
686. Ces résultats avantageux du chauffage méthodique sont réalisés pratiquement pour les chaudières à vapeur au moyen de la disposition dite à réchauffeurs.
Le principe de ce système est de faire circuler en sens inverse, au contact d'une portion de la surface de chauffe, l'eau d'alimentation et les gaz de la combustion. La disposition la plus simple consiste à placer dans le carneau qui conduit les gaz à la cheminée un appareil de chauffe composé d'un ou de plusieurs tubes par lesquels on fait arriver l'eau froide d'alimentation en sens inverse du courant des gaz (413). Une portion de la chaleur de ces derniers est ainsi utilisée à chauffer cette eau avant son introduction dans la chaudière. Nous allons indiquer quelques-unes des dispositions ordinairement employées.
