CONSIDÉRATIONS GÉNÉRALES SUR LES DIVERS SYSTÈMES DE CHAUDIÈRES

750. Dans l'étude d'une chaudière à vapeur, de nombreux éléments sont à considérer.

Après les conditions de sécurité qui doivent venir en première ligne, il faut se préoccuper de l'utilisation du combustible, de» facilités de service et d'entretien, de la stabilité de la marche, de l'entraînement de l'eau par la vapeur, du nettoyage extérieur elj intérieur, du poids, de l'espace occupé, des dépenses d'installation, etc. Chacun des systèmes, que nous venons de passer e» revue, a ses avantages et ses inconvénients à ces divers points d* vue, et le même type ne saurait convenir dans toutes les circonstances; le choix à faire dans chaque cas dépend donc des conditions particulières iï remplir.

Les chaudières à bouilleurs et à réchauilcurs, composée! uniquement de cylindres 11 section circulaire dans lesquels 11 pression agit à Tinté-rieur sont dans d'excellentes conditions d< résistance et peu sujettes aux déformations.

La construction en est des plus simples; les feuilles de tôle qu les constituent sont réunies par des rivurcs, c'est-à-dire par 1 mode d'assemblage le plus solide, qui présente peu de chance

CBAUD1ÈRES A VAPEUR. 117

ie fuites quand il est bien exécuté et qu'on a soin de ne pas l'exposer au coup de feu.

La conduite et l'entretien de ces chaudières sont des plus faciles et elles conviennent particulièrement pour les usines éloignées d'ateliers et d'ouvriers spéciaux.

Le nettoyage des carneaux et des conduits de fumée se fait facilement quand on a eu soin de ménager des tampons et des j portes de visite aux points convenables.

' L'enlèvement des incrustations à l'intérieur des corps cylindriques ne présente pas non plus de sérieuses difficultés si, comme nous lavons recommandé, les cylindres sont assez grands pour qu'un ouvrier puisse y pénétrer.

751. Un des avantages du type de chaudières à bouilleurs est la stabilité dans le fonctionnement. Les variations qui se produisent inévitablement dans la consommation de vapeur et dans l'ilimenlation du foyer ont moins d'action sur la pression que dans la plupart des autres systèmes de chaudières. Celle stabilité tient à la masse d'eau relativement considérable que ces générateurs renferment. Le volume d'eau qui se trouve dans une chaudière à bouilleurs est de 8 à 12 fois plus grand que celui qui tslraporisé par heure; dans ces conditions, la pression peut se maintenir d'une manière assez régulière sans nécessiter des soins incessants de la part du chauffeur.

Calculons d'une manière approximative et pour une chaudière quelconque le temps nécessaire pour que la pression tombe d'une quantité déterminée.

Soit \Y le poids de vapeur, en kilogrammes, à produire par fcenre; WV est le nombre de calories à fournir, r étant la chaleur latente de la vapeur.

Supposons que le feu, momentanément négligé par le chauffeur, diminue d'activité et ne produise qu'une fraction n de la chaleur moyenne Wr; la température de l'eau va s'abaisser profressivcnient et au bout d'un certain temps z, elle sera tombée de r à r', la pression ayant baissé en proportion.

Si Q est le poids de l'eau renfermée dans la chaudière, la chaleur abandonnée par cette eau est Q (* — *') et la chaudière

continuant à fournir le poids W de vapeur, on doit a

wWr*-t-Q(/-e')=Wr* d'où

Ceci suppose que l'alimentation est interrompue pendan temps z considéré.

Le temps du refroidissement est proportionnel au rappor

du poids de l'eau qui se trouve dans la chaudière au poids v« risé par heure; plus ce rapport sera grand, plus il y aura stabilité dans la marche.

En prenant ^ -- i 2 et si l'activité de la combustion est réd

aux ?, on trouve que pour abaisser la pression dans une cl

dière de 6 à 5 atmosphères, soit de i5g°,22 à i520,2a (diffère / — *'=7°) la chaleur latente r étant de 5oo calories enviroi faut un temps z donné par la relation

2=12 — z — --0,84 soit 5o',4

et pour abaisser de 5 atmosphères à 4 atmosphères soit de i5a à i44° (différence t— t'=%°,ii) il faut, comme r = 5oî

Z = 12 ^-r = 0,Q7 SOlt5o ,2.

0,20Xi>0J JJ

Ainsi il faudrait près d'une heure pour que dans ces condit la pression s'abaissât de 5 à 4 atmosphères. En réalité, ce te serait beaucoup plus long parce que la chaleur considéi accumulée dans la maçonnerie se transmet par rayonnement chaudière aussitôt que la température de celle-ci tend à bai ce qui contribue à ralentir l'abaissement de pression.

On conçoit d'après cela que des variations momentai même très marquées, dans le degré d'activité de la combua ne produisent pas d'effet très sensible sur la pression qui e dans une chaudière à bouilleurs, ou, en général, dans une c

itère renfermant un grand volume d'eau; c'est un avantage marqué au point de vue de la régularité de la marche.

La grande quantité de chaleur accumulée dans l'eau et dans la maçonnerie constitue une espèce de volant de chaleur qui compense les irrégularités de la combustion et de l'alimentation.

Par contre il faut, à la mise en train, plus de temps pour monter en pression. La chaleur dégagée dans le temps z, avec une activité moyenne du foyer, étant Vfrz. on aura sensiblement :

Vfrz = Q(t-t')

elle temps nécessaire pour élever la température de / à tf est

Qt-t'

co supposant qu'on ne consomme aucune quantité de vapeur.

Si l'eau d'une chaudière s'est refroidie à ioo° pendant une interruption de service, la nuit par exemple, il faudra, pour la remonter le matin à 6 atmosphères, soit à i5()023, un temps z

z - la :< -41 — = iS-S', soit près d'une heure et demie.

Il est vrai qu'à la mise en train on peut pousser le feu plus : activement, mais comme d'un autre côté il faut chauffer la maçonnerie, le temps nécessaire pour remonter en pression sera ; ordinairement plus long que celui donné par la formule.

Les conditions sont tout à fait différentes pour les chaudières

à faible volume d'eau. Si par exemple ^7 = », comme dans cer-

• laines chaudières à petit volume, le temps nécessaire pour que ■ Il pression s'abaisse de (i atmosphères à 5 atmosphères est seulement

soit environ i',2 au lieu de 5o'vf qu'il fallait avec une chaudière à bouilleurs.

Par contre, le temps nécessaire pour remonter en pression de 1 atmosphère à 6 atmosphères est

W /" 5oo

soit environ 7', 08 au lieu do ih25\

Ce temps est naturellement augmenté par suite de la nécessité d'échauffer les maçonneries du fourneau, mais il est beaucoup plus faible que pour une chaudière à bouilleurs.

Pour les chaudières tubulaires, le rapport m est souvent

compris entre 3 et 5.

Le volume de la chambre de vapeur, c'est-à-dire de l'espace occupé par la vapeur au-dessus du niveau de l'eau dans la chaudière est également à considérer au point de vue du maintien de la régularité de la pression, surtout quand la prise de vapeur se fait d'une manière intermittente.

On conçoit, en effet, que si la prise de vapeur, au lieu de se faire régulièrement, s'effectue par intervalles, d'une manière brusque, et seulement pendant un dixième du temps, par exemple, comme dans certaines machines à détente, il y aura dans la chaudière, h chaque coup de piston, une variation de pression brusque mais qui sera d'autant moins sensible que le volume de vapeur en réserve sera plus grand.

Le volume de la chambre de vapeur est généralement compris entre 2,5 et 4 fois le volume d'eau vaporisé par heure. Si la chaudière est employée à alimenter une machine à détente faisant N tours par minute, le poids de vapeur pris à chaque admission est -: *T dont le volume en litres est -; ct-,

2XO0XN 2Xt>oXhf

Y étant le poids en kilogrammes de 1 mètre cube de vapeur, à la pression considérée.

Le volume de la chambre de vapeur étant </, et la pression baissant à chaque coup de piston à peu près dans le rapport des

volumes, la variation sera ^ — c est-à-dire en raison

q 1 20 JN y,

inverse du rapport ^, du nombre de tours N par minute et du poids spécifique y de la vapeur.

Si on a N = 4<>, X = 3 et y=2,7D, pour 5 atmosphères on

trouve environ — pour la variation de pression.

Cette proportion pour la chambre de vapeur paraît convenable pour éviter l'ébullition tumultueuse et l'entraînement d'eau qui résultent d'une variation trop brusque de pression.

Dans le même but, il convient de donner une étendue assez grande à la surface de dégagement des bulles de vapeur. L'ébullition sera d'autant plus calme que ce dégagement se fera sur une plus grande surface et sera mieux réparti.

En désignant par cr cette surface, par v la vitesse de dégagement de la vapeur par seconde, on a :

^jy36oo=:W.

Dans les chaudières à bouilleurs on a pour le rapport — des

nombres compris entre 80 et 120 ; c'est-à-dire que par mètre carré de surface de niveau, il se dégage environ 100 kilos de vapeur par heure. Avec des chaudières tubulaires, ce rapport atteint et dépasse même 200 kilos.

Pour — = 100 et y = 2,7^ correspondant à j atmosphères, on

trouve i'=o,oii environ 1 centimètre. C'est le double pour les chaudières tubulaires.

Il est à remarquer que celte vitesse de dégagement de la vapeur, qui mesure en quelque sorte l'activité de l'ébullition, est en raison inverse de y» c'est-à-dire du poids et par suite de la pression de la vapeur. Pour la même chaudière et le même foyer, et pour un même poids de vapeur produit par heure, l'ébullition est d'autant plus vive et tumultueuse que la pression est plus faible. Ceci explique pourquoi les entraînements d'eau sont plus considérables à basse qu'à haute pression.

Dans les chaudières verticales, la surface (l'ébullition est relativement très réduite, et il peut se dégager jusqu'à 1000 kilos de vapeur par mètre carré. Aussi l'ébullition est-elle plus vive dans les générateurs de ce système et les entraînements d'eau

beaucoup plus h craindre. Nous reviendrons sur celte queslio en parlant de l'eau entraînée.