VIII

55. Tôles. — Les chaudières sont formées de feuilles de ? cintrées ou embouties suivant la forme qui convient et lies ensemble au moyen de rivets posés à chaud. La fonte ert que pour certaines pièces d'une forme compliquée, telles les trous d'homme, les tètes de bouilleurs, etc.; aujourd'hui ?ndance est de renoncer complètement à la fonte et de lui stituor le fer et l'acier.

.a forme cylindrique, qui résiste le mieux à la pression, est

Fig. 43o.

esque seule employée pour les corps de chaudières. Ceux-ci composent d'un certain nombre de viroles, soit cylindriques, et ors Je deux diamètres différents pour pouvoir entrer de deux i J»?ux les unes dans les autres, soit légèrement coniques, pour emboîter toutes dans le même sens. Celte dernière disposition applique surtout dans la construction des bouilleurs. Au point de réunion des coutures longitudinales et transver- Jes.onpeut avoir quatre tôles à river ensemble, ce qui oblige battre des pinces aux angles pour diminuer l'épaisseur totale

et faciliter l'assemblage. Pour éviter une partie de cette difficulté, on a le soin de ne pas mettre en prolongement les coutures longitudinales de deux viroles successives (fig. 43o).

L'épaisseur de la tôle doit être déterminée pour résister à la pression que la chaudière doit supporter dans les conditions particulières de construction et de température où elle fonctionne.

L'ordonnance du 22 mai i843 qui a régi longtemps rétablissement des chaudières à vapeur en France, imposait une épaisseur déterminée pour la tôle des chaudières ; dans le cas de la plus grande pression à l'intérieur et pour des cylindres celte dimension était donnée par la formule administrative :

e= 0,00 1 8(/i — 1 )rf-f- o,oo3.

e est l'épaisseur de la tôle en mètres ;

n la pression absolue dans la chaudière en atmosphères;

d le diamètre du tube cylindrique en mètres ;

o,oo3 est une épaisseur supplémentaire ajoutée pour tenir compte des défauts et des irrégularités de fabrication de la tôle.

L'ordonnance de i843 portait en outre, que pour le cas où la plus grande pression s'exercerait de l'extérieur vers l'intérieur, on emploierait des tôles d'une plus grande épaisseur munies d'armatures, et une instruction ministérielle du 17 décembre 1848 imposa une épaisseur une fois et demie plus grande que celle donnée par la formule ci-dessus.

Le décret du 25 janvier i865, et celui plus récent da 3o avril 1880, ont supprimé toute prescription administrative relativement à l'épaisseur à donner aux tôles des chaudières et ont laissé les constructeurs libres, sous leur responsabilité, do choisir l'épaisseur qu'ils jugent convenable, d'après la nature des matériaux qu'ils emploient, à la condition de soumettre la chaudière à une épreuve faite par les agents de l'administration. Nous reviendrons plus loin sur ces prescriptions (n° 910).

En raison de la gravité des accidents que peuvent occasion. ner les explosions et de la responsabilité qui incombe au constructeur de chaudières et à l'industriel qui les emploie, il est d'une grande importance de déterminer l'épaisseur des tôles de

nanière à se trouver dans les meilleures conditions de sécurité.

Nous renvoyons pour l'étude détaillée de cette question à

l'excellent traité sur la résistance des matériaux de M. Contamin,

professeur à l'École Centrale des Arts et Manufactures, et nous

bous bornerons à en résumer les conclusions.

Pour un tube cylindrique, l'effort transversal qui tend à rompre le tube suivant deux génératrices diamétralement opposées et à le séparer en deux demi-cylindres est par unité de longueur

j># et pétant les pressions intérieure et extérieure par unité de surface et D le diamètre du tube.

R étant la tension que supporte la tôle par unité de surface et e l'épaisseur, on a pour la condition d'équilibre

2eR=(/>0-p,)D

en no tenant pas compte de la légère différence entre les diamètres intérieur et extérieur du tube.

D'où Ton lire pour l'épaisseur

En calculant l'effort qui tend à rompre le cylindre suivant un cercle et à le séparer en deux autres cylindres, on trouverait une épaisseur ei donnée par la formule :

c'est-à-dire la moitié de e\ c'est donc par la première formule

qu'il faut calculer l'épaisseur.

Soit n la pression effective en atmosphères ; lorsqu'on remplace dans l'équation (i) p0 — pt par io33o n et R par 6 X io6, tension par mètre carré en kilogrammes à laquelle la tôle ordilaire peut être soumise avec sécurité, on trouve

e = o,ooo86//D.

Sh. II. — 9

g est ici exprimée en mètres.

A la constante près, celle formule semble indiquer qu il M tirait de donner aux parois des chaudières moins dis la moit de l'épaisseur qui résulte de la formule administrative. Cet! conclusion ne sérail pas exacte parce que pour établir la for mule (1) on a supposé que la chaudière était parfaitcylindrique. Or on démontre qu'une légère déformation (et en existe toujours dans les chaudières par suite du mode d\ semblage par rîvures avec recouvrement) augmente le coefl cient 0,00086 dans le rapport de 2,79 a 1, en admettant un apla tissement de -48 millimètres de flèche sur un cylindre de 1 mèlr de diamètre.

M. Conlamïn pense qu'on peut supprimer la constante el il donne, en résumé, pour déterminer l'épaisseur des tôles de ctiau dières, dans le cas d'une pression intérieure et pour des loi' qualité ordinaire, la formule

e = ofooaobW

n étant la différence exprimée en atmosphères des pressioi exercées sur les deux faces de la tôle, d le diamètre en mètre e l'épaisseur également en mètres.

L'effort auquel la tôle se trouve soumise est de akl,t5 millimétré carré,

Pour un cylindre pressé de l'extérieur yers l'intérieur, l'épai seur s'obtient en multipliant par ir5 les résultats fournis par 1< formules précédentes,

756. Tubulures. — Pour éviter que la résistance d'un chaudière ne soit très altaiblie par un trop grand nombre d ou verturee percées sur sa surface, on est dans l'usage de groupe sur sa génératrice supérieure les orifices nécessaires aux appa reils qui peuvent s'établir à ce niveau, en s' arrangeant de ma nicre qu'une même tubulure puisse être utilisée pour plusieur d'entre eux ; trois à quatre ouvertures convenablement répai lk sur la longueur de la chaudière peuvent suffire le plus souvei

757. Rivure. — Les rivets qui réunissent les loles doivei être en fer de bonne qualité et posés à chaud» Il en résulte p,

ile refroidissement une contraction qui applique Tune contre Vautre les deux feuilles à réunir assez fortement pour que le seul frottement les empêche de se disjoindre; on évite ainsi le travail des rivets au cisaillement.

Les trous percés pour le passage des rivets ont nécessairement an diamètre un peu plus grand que celui du rivet, mais il convient que la différence des sections soit assez faible, afin qu'après sa pose le rivet remplisse bien complètement les trous percés dans les tôles à réunir. S'il pouvait se produire un glisse- ■eot relatif de la tôle et du rivet avant que le corps de ce derîier put porter, le déplacement faciliterait beaucoup le cinillement. Le diamètre du rivet est en général le double de l'épaisseur des tôles qu'il sert à réunir. I Les trous de rivets se percent dans la tôle à la mèche ou au T poinçon. Le premier procédé est préférable, parce qu'il évite les f criques sur les bords des trous. Quand on remploie, on commence par percer les trous à la poinçonneuse en leur donnant 3 millimètres de moins que le diamètre définitif qu'ils doivent : avoir; on les- alèse ensuite lorsque les tôles sont cintrées et en place pour la rivure.

En prenant pour diamètre des rivets en fer d=ie et pour la tension R = a,5x io6par mètre carré, M. Contamin trouve que la distance S d'axe en axe des rivets qui réunissent deux viroles consécutives d'une chaudière doit être

soit, en nombre rond, trois fois le diamètre du rivet; relation qui est consacrée par l'expérience.

L'effort tangentiel d'arrachement que subissent les tôles par mité de surface étant double de l'effort longitudinal, le nombre des rivets devra être doublé pour les coutures longitudinales. Il est donc impossible de les mettre sur la même ligne; on est f obligé de les placer sur deux rangs et la disposition généralement adoptée est indiquée dans la figure 4^>-

En pratique, les coutures transversales se font, d'ordinaire, ivec une ligne de rivets et on emploie deux lignes pour l'assem-

blage longitudinal* Quelquefois on ne met qu'une seule Iîjltu de rivets dans chaque sens; la résistance de l'attache kongitud uale n'est alors que la moitié de colle de la couture transversal*

758. L'assemblage des feuilles de tflie par recouvreraent pro doit toujours une déformation dans le tube, ce qui, cornu l'avons vu, diminue notablement la résistance.

Pour conserver exactement la forme circulaire, surtout dai les L'rands diamètres, on fait quelquefois l'assemblage au raoyei d'une plate- bande rapportée et d'une double ligne de rii

Les fonds des chaudières étaient autrefois sphériques; "ii 1 faisait au moyeu de feuilles de tôle embouties et rivées. Cell construction est un peu compliquée et comme la résistance d le sens longitudinal est, ainsi que nous l'avons dit, deux foi plus grande que clans le sens transversal, ou se contente aiqoti d'hui de taire Le fond en un seul morceau embouti en anse panier dont le grand rayon est double de celui de la chaudièi et on le rive sur les bords de la première virole.

On trouvera des renseignements très étendus sur les divei dispositions des assemblages des tôles de chaudières dans I' * bum d'éléments et organes de machines n de M. Krmcl. anci professeur à l'Ecole Centrale.

11 importe, comme nous l'avons dit, d'éviter les rivures coup de feu et pour cela il faut donner à la tôle qui forme dessus du foyer la plus grande longueur possible, aussi bic dans les chaudières à foyer extérieur que dans celles à foye intérieur, et reporter la première ligne transversale de ri moins un mètre après l'autel. 11 convient en nuire de dispos le recouvrement de manière que le courant de flamme ne l pas à pénétrer dans le joint.

Pour les chaudières h foyer extérieur, il faut se garder placer les rivures longitudinales au-dessus du feu; on doit reporter du côté opposé au rayonnement.

Pour les chaudières cylindriques à foyer intérieur, il fa placer les rivures au-dessous de la grille et la meilleure positi< est a peu près à égale distance entre la généralrice inférieure cylindre et le foyer.

CONSTRUCTION DES CIUrJDH

de mettre la rivure sur la génératrice îuféde rivets généraient pour retirer 1rs îcarbilles et qu'il resterait toujours des depuis qui j aient la corrosion.

dont la construction est tri-s soignée on

pilles lobée du foyer sans rivures. en soudant bord a bord 1rs

»t ils sont formés» ce qui permet d'obtenir une section

usement circulaire,

Dans les chaudières à foyer intérieur (type Cornwall et ana-

n emploie quelquefois pour réunir les viroles un mode

ikmlier d'assemblage. On rabattes deux extrémités de chaque

manière à former une grande bride à chaque bout; on

ho ers bords rabaltus en interposant un anneau plat eu

ensem-

; on mate ensuite contre

Beau plat les bords ra-

Ce h assembla

ce remploi d<> tôles

ne qualité, es)

ployé dans la nia-

Die plusieurs avantagea : il supprime toute rivure dans

du foyer; ^\r plus les appendices métalliques que forment

les bords rabaltus plongent dans l'eau de la cliau-

favorisent la transmission de la chaleur en même temps

sconstiluentdrsnrrv ni es augmentant beaucoup la résistance»

pour que cet assemblage reste élancke, il imporir

is de la chaudière contre lesquels s' appuie le tube du

«hissent pas trop sous la pression; car s'il \ avait

un allongement marqué du tube, chaque assemblage

irait à s'ouvrir et, sous l'action répétée des variations de

qui le feraient successivement ouvrir et fermer, il ne

y produire des fuites.

:»e du foyer plus fortement chauffé que l'enveloppe e\i<-

ti-nd I su dilater davantage; pour permettre cette dila-

i, au Hou d'assembler le tube normalement sur les fonds

chaudières k vapeur.

on lui donne quelquefois par emboutissage une forme qui permet une légère déformation.

Dans le ménie but, M. Fairbairn a construit le luhe rieur du foyer avec des viroles assemblées au moyen de pi bandes cintrées comme l'indique la figure 4-3i [bt c)7 qui jutent les mouvements de dilatation.

759- On emploie beaucoup maintenant, surtout dans l,i rine, les foyers ondulés du système Fox (fig. 385), en ader soudé, sans rivurc; ils présentât une grande résistance d. sens transversal et facilitent la dilatation longitudinale. On aussi des foyers pourvus d'ondulations dis; suivant <

hélices. On a reproché à ces deux systèmes de foyer de favori le dépôt des incrustations dans le fond des rainures, mais V périenca semble prouver qu'avec les précautions ordinaires défaut est bien atténué.

760. Goussets. — Les fonds plats des chaudières à Eo intérieur ne résisteraient pas à la pression de la vapeur si n'avait le soin de les munir de fortes armatures; celles-ci co: sislent en goussets ou plaques de tôle triangulaires appliqué et rivées par l'intermédiaire de cornières, d'un côté sur le foi plat de la chaudière, et de l'autre le long d'une général i cylindre extérieur. Il faut se garder de les river sur le cylind du foyer, car les dilatations de ce dernier étant différentes celles du gousset, des fuites se produiraient alors au bout fa de temps.

11 faut également, pour la même raison, avoir soin de plac< rivure d'assemblage du fond d'avant avec le tube du foyer as* loin du feu; pour cela on allonge suffisamment la plaque fonte qui précède la grille, de telle sorte que le commencent des barreaux se trouve au moins à io centimètres de la ri

Toutes ces précautions sont la conséquence du même cipe : éloigner le plus possible les rivures du feu.

761. Tubes. — Les tubes des chaudières tabulaires se f< en fer, en cuivre ou en laiton et parfois même en acier. Us < le plus souvent, pour les chaudières fixes à tirage par chemini de 7 à io centimètres de diamètre; pour les locomotives

asi e nu

^XÀTRUCTÏON DES CHAUDIÈRES, i3?i

flières à tirage forcé, on peut réduire leur diamètre à 5 coures et même moins.

s tubes sont fixés sur les plaques tabulaires de diverses &res<

'origine, une fois les tubes mis en place, on enfonçait dons n d'eux un mandrin tronc-conique. On ouvrait ainsi Pex- :é du tube et on rappliquait contre les paroi* du trou de la B tabulaire; ce serrage formait un joint que Ton conipléir un matage sur les bords.

perfectionnement a consisté à se servir d'un mandrin Mi ? pièces maintenues par des goupilles intérieures, mais nt s'écarter de quelques millimètres de manière à augr le diamètre extérieur du mandrin, enfonçant à coups de marteau, dans un trou ménage au

du mandrin, une tige de forme carrée, dont les faces sont ment inclinées, on écarte les quatre pièces mobiles qui •ni appuyer et serrer le tube contre les parois du trou de ]ue tabulaire. Par cette opération, le bord du tube est tre refoulé contre la face extérieure de la plaque, tandis 5 nervure faisant saillie sur le mandrin s'incruste h Pinr et produit un bourrelet de Pautre côté de la plaque tue.

Qode de tubage présente un inconvénient : les violents coups rteau nécessités par la mise en place d'un tube ébrans autres assemblages, font desserrer les joints et il arrive souvent qu'en mandrinant un tube pour arrêter une fuite détermine dans les tubes voisins.

se sert presque exclusivement aujourd'hui d'un outil né par M. Dudgeon et qui fonctionne sans choc avec une 3 énergie.

I. Trou d'homme. — On ménage d'ordinaire sur la supérieure de la chaudière, ou plus souvent sur le dôme, uverture appelée trou d'homme, présentant une section

suffisante pour permettre le passage d'un ouvri site, nettoyage ou réparation.

Par Bitension ou désigne encore sous le nom de trou d' la tubulure en fonte (fig. 43a) ou mieux en tôle emboutie

sommet est perce de l'orifice vrs dans la chaudière ei d< base porte un collet cintré I s'appliquer et se river sur le cylindrique. On ferme le d'homme au moyen d'un ta de dimensions plus grandes que Fondée et placé Intel ment, qu'on appelle u autoclave » parce que la pression vapeur tend toujours à l'appliquer sur son siège. Ce la porte sur sa hœ extérieure un rebord qui permet de le c sans tâtonnement et qui l'empêche de glisser lorsqu'il es eu place ; il est en outre pourvu de deux boulons prisoi traversant deux arcades qui s'appuient elles-mêmes sur les de l'ouvert Lire. Les extrémités des prisonniers sont fil H reçoivent des écrous qu'il suffit de serrer pour fixer le tai Le joint se fait avec du masli* de minium ou avec un< detle de caoutchouc. Le tampon est retenu par les bords rieurs du Irou d'homme et la pression de la vapeur tend toi à rappliquer sur son siège.

763. Têtes de bouilleurs, — Alin de pouvoir peu les bouilleurs, ouemploic une disposition analogue. L'extrém

cylindre est termin une tète en fonte p une ouverture ellî| (fig. 343-i3/{) connu d'un trou d'homme Ton ferme de la manière par un tl autoclave. Les pie fonte ayant occai des accidents^on emploie de préférence aujourd'hui lai 6le» m pour la construction des trous d'homme et dos tètes de boui

Hg. 1

764- Trou de bras. — Quand l'espace dont on dispose sur S corps cylindrique n'est pas assez grand pour loger un If ou L'homme, ou quand il n'est pas possible soit d'entrer dans la chaudière, soit d'accéder à certaines parties, on en est réduit à se contenter d'un trou de dimensions restreintes, et suffisant seulement pour introduire le bras et an besoin un outil; on l'appelle trou de bras ou trou tfa se/ parce qu'il sert le plus souvent à enlever les matières salines formant les incrustations.

La disposition de ces trous est la même que celle des Irous d'homme et ils se ferment également par un tampon autoclave.

765. Cuissards. — On désigne sous le nom de cuissards les gros tubes qui mettent en communication |*a bouilleurs avec le corps principal de la chaudière (fig. 4^).

Ces cuissards sont formés d'un Uibe de o,3o à o,4o de diamètre ayant aux deux bouts des colle ls emboutis qui viennent s'appliquer eL se river sor les cylindres qu'ils réunissent. Ce sont des pièces de forge assez compliquées mais que, dans les bons ateliers, on fait couramment d'un seul morceau et sans rivures.

Comme on est quelquefois obligé d'enlever un bouilleur et qu'il faut pour cela démonter les cuissards, on a essayé de rendre ce travail plus facile en faisant chaque cuissard on fonte et en deux pièces pouvant se séparer (iro partie, fig. 152). La pièce inférieure rivée sur le bouilleur porte une longue tubulure d'emboîtement dans laquelle vient se loger la pièce supérieure rivée sur le corps cylindrique.

Après Femboitement on remplit l'espace annulaire avec du mastic de fonte, et comme ce joint ne présente pas une garantie suffisante contre le déboîtement sous la pression de la vapeur, on a soin de le maintenir par un boulon d'assemblage passant dans Taxe du cuissard et reliant deux arcades ou traverses en fer placées l'une dans le bouilleur, l'autre dans le corps cylin-

drique. (Sotte disposition est peu employée, car il est aucilc de défaire le joint au mastse de fonte que de dérive* collet d'un cuissard ordinaire,

766. Chandeliers. — Ou désigne sous ce nom dos pi» en fonte (fig« {36) reposant sur le radier des carneaux et su

7fr\

«fiy*

Hg, j&

portant les corps cylindriques des chaudières. Comme 1 à soutenir est généralement considérable, il faut donner au ■apports une hasr suffisante, afin d'éviter l'écrasement de maçonnerie. Dans certains cas, on renforce les assises sous chandeliers; souvent même, pour répartir la pression sur ur plus gronde surface, on interpose une plaque de fonte entre I chandeliers et le radier.

La face supérieure do chandelier doit présenter exactement même courbure que le cylindre qu'elle supporte; s'il en était ; trement, la tôle ne porterait que sur deux arêtes, suivant le quelles une déchirure tendrait à se produire, ou bien ne s'ap paierait que sur le fond du chandelier et le corps cylindrique déformerait.

De même, si Ton a besoin de mettre des cales, il faut toujoi les placer sous la base du chandelier, et non entre ce dernier < la tolc de la chaudière.