CALCUL DES DIMENSIONS D'UNE CHAUDIÈRE A BOUILLEURS

688. Les dimensions d'une chaudière se déterminent d après 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° 39*), 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 labiés du n° (301) 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 18 kilogrammes par heure. En prenant comme production id kilogrammes, on trouve immédiatement la surface de chauffe S nécessaire à la production du poids de vapeur, par l'équation

La surface de chauffe d'une chaudière à bouilleurs s'obtient, en mètres carrés, en divisant par i5 le nombre W 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 et par suite la dépense, à peu près dans le rapport de i5à 12, soit de 25 p. ioo.

Si, au contraire, on avait pris 18 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 20 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 infinité 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 d et / le diamètre et U 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 tolah 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 ci largeur, il convient que la longueur des bouilleurs soit à pei près égale à celle du corps cylindrique et que leur diamètre soi à peu près la moitié, les deux bouilleurs se plaçant alors facile ment au-dessous du corps cylindrique, entre les deux mur latéraux.

Si on pose en conséquence l=L et id=D il vient

S— 7zDL=4,7iDL.

. Le diamètre du corps cylindrique s'écarte en général asse peu de 1 mètre; c'est le double du diamètre minimum des bouil leurs. Avec un diamètre plus faible, on ne trouverait pas l'espac suffisant pour une chambre de vapeur de dimensions convenables

D'un autre côté comme l'épaisseur 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 im,25 ou i"t3o.

Si comme première donnée on prend D== i , on a

c'est-à-dire qu'en divisant la surface de chauffe par 4>7* 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 peat, s'il n'y a qu'un léger excès, réduire la longueur en augmentant le diamètre; lorsque cet excès est très considérable, il fout prendre plusieurs chaudières.

Une chaudière de 1 mètre de diamètre et de 10 mètres de long, avec deux bouilleurs de oB,5o de diamètre, a une surface de chauffe de 47,'° 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 à vapeur capable de produire 5ookilopr. de vapeur à l'heure ;

\V=5oo.

En admettant une production moyenne de 1 j kilogr. par mètre ctrré, on trouve pour la surface de chauffe

S = ^? = 33,33mi i5

et pour longueur, avec un diamètre de 1 mètre , 33,33 m 4>7!

Ainsi on aurait la surface demandée, en prenant une chaudière de 1 mètre de diamètre et de 7", 07 de long, et deux bouilleurs de même longueur et de om,5o de diamètre.

Considérons maintenant le cas d'une grande quantité de vapeur à produire, soit W=3,ooo, on trouve

3ooo

et

C'est une longueur impossible à réaliser; mais comme ell no dépasse pas beaucoup quatre fois la longueur maximum <L io mètres, cela indique qu'il faut prendre quatre chaudières ayan chacune une surface de chauffe égale

-~--DOmq.

En conservant le diamètre de i mètre au corps cylindrique, 1 longueur devrait être de

?— — -iora,6o.

Si on veut réduire cette longueur, on peut prendre D = i,a et rf=o,6o, ce qui, d'après la relation S=4>7!DL, conduit L = 8m,8o.

Ces exemples suffisent pour faire voir la marche à suivre dai un cas particulier quelconque.

Les calculs des dimensions de chaudières à trois bouilleurs c à un seul bouilleur se feront d'une manière analogue.

CHAUDIÈRES A RÉCBAUFFEURS.

685. Dans les chaudières simples à bouilleurs, la températu de l'eau est, à très peu près, la même dans toutes les partie par suite de la circulation active qui s'établit, et du mélange i toute la masse qui en résulte. A la pression de 4 à 5 kilog effectifs, la température de l'eau est de i5o à i6o° environ, et 1 gaz de la combustion en quittant les parois de la chaudière so

insuffisamment refroidis. En fait, dans une chaudière à bouilleurs, les gaz s'échappent rarement au-dessous de 25o° 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 (is«). Les nombres du tableau et la courbe (395) font voir que. par un chauffage méthodique, on peut abaisser la température des gaz à 1600 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 5o fois la grille refroidirait seulement les gaz à 1800 et porterait le rendement à o,632 (soi).

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'alimentalion 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 («a). 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.

687. La chaudière & réchauffeurs de M. Farcot (voir 1" partie, fig. a54, 255) du type primitif se compose d'un corps cylindrique placé directement au-dessus du foyer et de quatre tubes réchauffeurs disposés les uns au-dessus des autres, dans une chambre latérale divisée en quatre carneaux superposés. Les gaz de la combustion, après avoir chauffé la chaudière, circulent dans le carneau supérieur au contact du premier tube, de l'arrière à l'avant du fourneau. Ils plongent à l'avant dans

le deuxième carneau qu'ils parcourent en chauffant le deuxième tube sur toute sa longueur, descendent dans le troisième carneau, puis dans le quatrième qu'ils suivent successivement er sens inverse. Un conduit partant du point le plus bas les amène ensuite jusqu'à la cheminée.

L'eau d'alimentation arrive dans le réchauiTeur inférieur, ai point où les gaz le quittent; elle circule dans toute sa longueur en sens contraire de la fumée, monte dans le corps supérieu: par une tubulure placée du côté opposé à l'arrivée et parcour ainsi, successivement, les quatre réchauffeurs avant de pénétre dans le corps cylindrique. On a soin d'incliner alternative me n en sens inverse les tubes réchauffeurs afin que la vapeur qu peut se former se dégage librement.

688. Les réchauffeurs de ce système, en raison du faibl diamètre qu'on est obligé de leur donner, ont l'inconvénient d ne pouvoir être débarrassés facilement de leurs incrustation! De plus on a constaté que les tôles des réchauffeurs inférieur étaient très exposées à la corrosion, notamment lorsque les ga de la combustion se trouvaient trop refroidis. Aussi M. Farce a-t-il été conduit à reprendre la chaudière à deux bouilleui ordinaires, à laquelle il n'ajoute plus qu'un ou deux réchau feurs latéraux dans l'intérieur desquels on peut pénétrer.

Dans cette nouvelle disposition, les gaz, après avoir circul autour des bouilleurs et du corps cylindrique, parcourent suece si vement les deux carneau x des réchauffeurs et se rendent ensuit à la cheminée.

Une application de ce genre est représentée plus loi Jig. 3i)(>).

689. MM. Gail et G", pour réduire la hauteur du fou ncau sans cesser d'obtenir un chauffage méthodique, ont tran formé les deux bouilleurs ordinaires des chaudières, en r chauffeurs placés dans l'espace qui se trouve derrière le foy et qui est ordinairement utilisé comme poche à cendres.

Les ligures ^368-3di)': montrent la disposition des deux réchau feurs logés dans deux carneaux séparés par une murette. L têtes de ces cylindres viennent affleurer le mur qui forme le foi

du cendrier et portent un tampon autoclave pour la visite. Les gaz après avoir chauffé la chaudière descendent dans un des carneaux, circulent autour du réchauffeur qu'il renferme, puis passent derrière le mur du cendrier dans le second carneau et,

Fig. 3Ô8.

SB

Fig. 3(»<j.

de là, se rendent à la cheminée. L'eau d'alimentation arrive simultanément dans les deux réchauffeurs et passe dans le corps cylindrique. On a quelquefois disposé les deux réchauffeurs dans un même carneau. On est alors obligé de faire audessous un conduit spécial pour ramener les gaz à l'arrière du fourneau et à la cheminée. Dans l'un et l'autre cas le chauffage ne s'effectue pas d'une manière absolument méthodique.

690. Quand une chaudière à bouilleurs est déjà établie, on peut augmenter son rendement, par l'addition, dans une construction séparée, d'un ou de plusieurs réchauffeurs. Cette disposition conduit parfois à modifier quelque peu la circulation des S'dz de la combustion. Lorsque ce cas se présente, on supprime simplement la murellc placée sous le corps cylindrique, et les gaz. après avoir passé autour des bouilleurs, comme dans la disposition ordinaire, reviennent à l'avant du fourneau simultanément des deux côtés de la chaudière. De là ils se rendent à lacheminéc par le carneau latéral qui entoure le réchauffeur.

L alimentation de l'eau se fait à l'extrémité de ce dernier, du côté de la sortie des gaz.

691. On a fait depuis longtemps, en Alsace, de nombreuses applications des chaudières à bouilleurs pourvues de réchauf-

UIArMÉKËS À VAPEUR.

Eeurs. On ajoutait à la chaudière ordinaire à trois bouille soit six réchauffeurfi, placés deux à deux» dans des rameaux maçonnerie disposés Tun au-dessus de lautret soit comme ds le type de Wesserîing, plusieurs séries de tubes liorizonla de offl,iu h om,ia de diamètre, réparties dans une chambre briques divisée en quatre carneaux superposés su moyei chicanes mobiles en fonte.

Ces deux dispositions de chaudières sont très encombrai*! les corps inférieure des réchauffeurs sont exposés ù la corrO el se détruisent plus vite que le reste de la chaudière.

Aujourd'hui dès qu'un réchauiïeur de l'un de ces deux ! devient défectueux on le supprime et on le remplace par t appareil formé de tubes réunis en faisceaux el qu'on désigj SOU8 le UOm tiftCOttomispr. Nous verrons plus loin divn pies de ces réchauiïeurs tubulaires.

692, Chaudières Artlge. — M- Àrtige s'est appliq réaliser te chauffage méthodique el à rendre apparentes les communications qui relient entre eux les divers corps c; driques de sa chaudière. Les cuissards ordinaires sontsuppri cl remplacés perdes tuyaux en fonte, ou mieux en cuivre, posés à l'extérieur des maçonneries du fourneau.

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La chaudière de ce type (lig. 370-371) se compose de d vaporisateur* placés directement au-dessus du foyer quatre réchauffeurs,

É&AU&t&tittt A GRAND VOL V ML. 3:'

1)» dx 4e ces derniers sont installés au*dessous des vaporisa- - et les deux autres sont superposés et se trouvent sur le côté du fourneau.

Los gaz chauds passent d'abord au contact des vaporisateurs,

circulent ensuite successive-

ftlt autour fa chacun des ré*

iuiïears avant de se rendre h la cheminée.

Lini de la chaudière suit I m- '-me chemin, mais un sens mv^e. Le chauffage méthotiqué ne trouve ainsi réalisé.