CHAPITRE II
«ÉMtRATEl'RS.O
I.TS générateurs, appelés aussi ehaudirres a viipmr, sont des capacités fermées dans lesquelles ont lieu, d'une part, la transformation de l’eau en vapeur ; d’autre part, l’agglomératioa de cette dernière « quantité proportionnelle à la dépense qui s’en fait sous une pression déterminée. A cet effet, ils doivent être munis de parais Imperméables aux fluides pondérables, conductrices de la chaleur et suffisamment résistantes pour ne pas se déformer ou rompre sous l’influence de la pression intérieure.
Pour ces divers motifs, les générateurs sont des vases métalliques dont les formes, dimensions et épaisseurs varient suivant la nature du métal employé, la pression intérieure u supporter et la quantité de vapeur à produire dans un temps donné.
.Avant d'entrer dans tes détails de construction de ces appareils, nous allons, comme nous l’avons fait |Miur les fourneaux, dire quelques mots sur la théorie de ia vaporisation.
TMéoME DK IJk VSrOUISATIOS.
La vaporisation est le passage de l’état liquide à l’état gazeux. Ce changement d’état des corps est sollicité par deux causes agissant soit isolément, soit simultanément, savoir : f’éfémfio» de la températvre; la dimimtHmi de la pression. Il résulte de la que plus la température d’un liquide est élevée, plus ce liquide est voisin de son point d’ébuUition ; plus, au contraire, la pression est élevée, plus il en est éloigné. Si donc on veut retarder le point d’ébullition d’un liquide, il suflit d’augmenter la pression à laquelle il est soumis.
Il e.viste deux moyens pour augmenter la pression, l’un, mécanique, qui consiste dans la diminution d’un volume donné par la compression, l’autre, physique, qui consiste dans le chauffage d’un volume donné du liquide en vase clos, plein ou non plein. Dans ce dernier cas, il y a d’abord ébullition sous la pression initiale, puis la v apeur produite venant ajouter sa force élastique à celle qui existait primitivement, le point d’ébullition est successivement retardé et la pression sucressivement augmentée jusqu'au
VAPOBISATION. GENERATEURS.
moment ou ud orifice d’éooalemeot étant ouvert à la vapeur, il s'échappe a chaque Instant une quantité de cette deraiere exactement éfîale à celle qui se forme dan» le vase ; alors la pression et la tempéraUin* restent constantes.
Si a ce moment, au lieu de h*!*»» échapper cette vapeur dans l’air, on la fait circuler dans un serpentin suffisamment long et ploDgé dans un poids déterminé d'eau froide, on trouve que la quantité de chaleur emportée par un poids donné de cette vapeur, que nous supposons être de la vapeur d'eau, est infiniment plus considérable que celle qu'il faudrait pour élever un même poids d eau a la même température. Ainsi, l’wiiiïé de ^ kttleuf éisnX la quantité de chaleur nécessaire pour élever un kilogramme d’eau de un degré, on trouve que : un kilogramme de vapeur sortant d’un vase fermé, a une pression et une température correspondanU* quelconque , peut élever 650 kilogrammes d'eau de un degré ou un kilogramme d’eau de 650 degrés, ce qui est la même chose.
Cette quantité de chaleur absorbée par l’eau en se convertissant en vapeur, et rwn accusée par le thermomètre, porte le nom de chaleur Inicnie.
Ün voit, d'apres ce que nous venons de dire sur la quantité totale de chaleur que possédé un kilugrajnme de vapeur, que la chaleur latente de la vapeur est d'autant plus cousidérable que son point d'ebuUitlon est moins eleve ; ainsi, pour la vapeur produite à 0«, la chaleur latente est 650 unités de chaleur par kilogr. ; a 1 0o« rile est 550, car le thermomètre accuse 100 unités de chaleur sensible ; a 650“ elle est zéro unités de chaleur, car le thermomètre accuse tout. Il s’ensuit que, a 650 degrés, toute Tenu renfermée dans un vase est a l'état de vapeur, car il n’y a pas de chaleur a dépenser pour la convertir en cette demlere '.
On ne connaît pas la loi suivant laquelle ont lieu les acennssements successifs de la température et de la pression de la vapeur d’eau soumise a l'action du calorique en vase ck>s. \ défaut de cette loi, l'Institut avait chargé M. Dulong de les délerminer par e.\périence, et ce savant physicien a formé le tableau suivant dout M. Régnault est chargé, en ce moment, de vérifier l'exacUtude.
TARKEVI l>F.S TF.UPhaATt KKS, VOLI MSS RT DR?«S1TES DB LA VAPRI R A niFFfeBFATES PRESSIONS.
PHMaioira dk la vapsuk
A HA HAlaSAM'E
TeiDperal.
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par lo^liv carre.
üani aux diTcrBca (irtaanwe.
prrMi.ia indM{. A sa toap. rtidk.
a»Hre >1 cube de Tupeur. il
2,0fi
ICO, 42
3«fi,82
0,451 il
* n ré>nl(i‘ ti*etpérienoa« réesaWs. par M. K«gnaMi1i <tor ootlr loi, dite de CfémrNt Mtormti. nV*t pju |i«rfitiUrmcBl
cXAcie; tt^uunomB, comme eîle c»t enfriiAnte pour U pmiiqui*, aoiu crojrotu qs'eUe peut être <vn«er>dc. quant à aar)» inci>n«éQi«tit.
Ivaj-'ém.* Vr|*en. lit
COMPOSITION DVS PARTIES DES MACHINES A VAPEUR
Les deux dernières coloanes de ce tsblenu ont été calculées au moyen des premières, sachant que, a 100«» et sons la pression n*,76 de mercure, un kilogramme de vapeur donne du-sept cents litres d'enu.
dilatation de» \npcurs éUint la même que celle de» gaz en général, on obtient le volume de 1 kilogramme à une pre&sion qticlcoiique et température correspondante en posant :
Et en faisant dans cette équation :
ve qui donne :
O>nnoissant le volume V de vapeur com‘S|tondnnt a i kilogramme d*eau pour une pression A' et une tmperature t\ on obtient le poids du OMHrc ndK* en divisant mille kilogrammes par le volume en métré cuIm* (correspondant à ce poids, pour les température et pression considérées.
I. PlUrtClPKS RRI.ATtPK A LA COMPOSITION DBS CHAl DlèRES A VAPBl'R.
De« emplojé* Ur préférence dinn» In ronslmctlon Mrs elinndlérrs à vapeur.
De tous les métaux, trois seulement ont été appliques a la construction des chaudières à vapeur, savoir : la /ontf dr. yêr, la tôle de fer^ la /d/e de cwirre rouge. Il y a bien encore la téfe de laiton., mais elle ne s'emploie que pour les tubes, comme nous le verrxms plus tard.
Chaudières m jonte. Dans les premiers temps des nuichlnes à vapeur, la chaudronnerie éprouvait quelques difllcultés A travailler les tOles de l'épaisseur qu'exigent les appareils à vapeur ; la fonderie, au contraire, se prêtait facilement à leur execution, moyennant certaines modifications Ingénieuses et fort simples. M ci\ n^sulta que, pendant plusieurs années, il se fit un grand nombre de chaudières à vapeur en foute. Ces chaudières , qui depuis ont été complètement abandonnées, présentaient plusieurs avantages ; elk^ étalent d’une exi^tion prompte et facile; plus homogènes que les autres, elles ne perdaient jamais et ne se brûlaient pas ; elles transmettaient parfaitement le calorique ; mais, en compensation , elles étaicut sujettes à se fendre, comme le font les poteries, par suite de dilatations inégales, et ou ne pouvait jamais compter sur un service régulier, à moins d’avoir une on plusieurs chaudières de rechange.
11 existe encore à Paris quelques chaudières en fonte qui, bien que fonctionnant depuis vingt ou vingtcim] ans, subissent facilement chaque année l'épreuve à l'eau, sous la presslou quintuple, que leur a imposée rordoniiancc rurale du 23 mai 1843.
En présence de ce fait, on est tenté de supposer qu'une chaudière en fonte de bonne qualité, refroidie lentement après In coulce, réchauffée même comme les vases dans les cristalleries, et conflit* à un chauffeur soigneux, doit être plus avantageuse que toute autre en télé. Il en est, eu effet, de la fonte oppllquée aux chaudières, comme des \erreries et poteries appliquées aux ustensiles de ménage : tant qu’elle n’est pas <‘usaée, elle est aussi bonne que neuve. Aussi pensons-nous que l'on s’est un peu trop hâté d’abandonner ce système de construction des chaudières a vapeur, et que peut-être un jour H reviendra en faveur pour les cas ou le poids de l’apiMireü est indifférent. <
Chnndihes en tôle de fer. l,cs chaujlièrcs en I6!e de fer, bien qu'inférieures à celles de cuivre, sont presque exclusivement employées, uniquement parce qu’elles coûtent moins cherd'aequisition. Autrefois on n’employait a leur confection que de» tûles de première qualité ; aussi elles se vendaient jusqii’à I fr. 50 c. le kilogramme ; aujourd’hui, on les fait en toute espèce de tûle, et la main d'œuvre a tellement diminué, qu'on en trouve de neuves a o fr. 80 c., et même o fr. 75 c. le kilogramme ; lorsque la têle est de première qualité, le prix peut aller Jus(|a'a 1 fr. 20 c. le kilogramme; mais c’est le maximum, (’.her. les bons chaudronniers, les parties des chaudières non exposées au coup de feu se font en tûle de
VAPOBISATIO>. GEMERATEUUS.
frr au bois, laminro. Dans ce cas, les chaudières se payent a raison de I fr. le kilogramme en moyeime.
Le plus grand défkut des tôles de fer pour chaudières a vapeur, c’est de se dédoubler et de produire ainsi ce que l'on appelle des soufflures ; ce défaut se rencontre malheureusement dans les bonnes comme dans les mauvaises télés, attendu qu'il est le résultat d’une fabrication peu soignée, et provient de ce que les plaques qui, par leur réunion deux b deux, forment une feuille, n'étaient pas assez chaudes lors de leur passage an laminoir.
Outre les soufflures, on remarque quelquefois, aux parties des chaudières exposées a l'action directe du combustiblr, des fissures, tantôt transversales, tantôt tongitudinales, par lesquelles se manifestent des fuites plus ou moins considérables , qui rendent indispensable le renouvellement de la feuille endommagee. Ces fissures sont généralement l'indice de la mauvaise qualité de la tôle employée ; ce|)endant elles peux eut se rencontrer, mais accidentelleiiient, dans des tôles de bonne qualité. Leur apparition est quelqui^ fois accélérée par les dépôts intérieurs qui, empêchant le cnloriquede passer, font brûler le métal ; il ne faut pas en conclure, pour cela, que les dépôts peuvent engendrer ces tissures, attendu que, dans ce cas, si elles n'existaient pas cachées dans l'iotérieur du métal , ce dernier s'eu irait en écailles, mais ne sc fendrait pas.
C/utvdieres rn evivre. Le enivre rouge est le métal par excellenoe pour chaudières à vapeur, comme il l'est pour tous les objets de chaudronnerie, en général. Excellent conducteur de la chaleur, moins oxydable et plus homogène que la tôle de fer, il ne donne lieu qu'a de très rares réparations. Malheureusement il coûte si cher qu'on ne l'emploie gnére que pour locomotives. Il existe cependant dans la marine royale quelques rhaudierts en cuivre rouge. Si le nombre de oes chaudières n'est pas plus cooshkeablo, cela ne provient pas de ce qne l'on veut faire de l'économie en employant la tôle de fer, attendu qu’tl n’y en a pas, eu égard a la durée comparative des appareils, mais de ce que, en cas de guerre. In )>crtc d’un navire serait beaucoup plus sensible. On peut se faire une Idée de la différence des prix de rev ient, en remarquant que les chaudières des batiments à vapeur de 4S0 chevaux , qui ont été construites en France pour la marine royale, pèsent 1 10,000 kilogramme, et représentent, en tôle de fer, une somme de 100,000 fr. environ , tandis qu’elle représenteraient , en cuivre , une somme de 300,000 fr. an moins ; différenec ; 300,000 fr., qu’il vaut tout autant ne pas aventurer.
S — Oes prcMlons 4e 1* vapenr 4nas les ehanaiéres.
Dana l’origine de maebinesa vapeur, les chaudières étaient toute S btusf pression, c'et-a-dire a pression intérieure ne dépassant pas la pression extérieure de plus d'une demi-atmosphère. Aujourd’hui, on fait tm peu usage de chaudière à basse pression , on abandonne même de plus en pins , tous le jours, le chaudière dites à moyenne pression , dans lesquelle In pression intérieure est comprise entre I ,S et 3 atmosphère. Ce sont le chandiéres dite a haute pression, qui s’emploient le pins i dans ces chaudière, la presion intérieure et au moins de 4 atmephère, et s'élèv e jusqu'à 7 ; rarement on dépasse ce chiffre. Sur 100 ehaudière ô haute pression que l'on construit, il s'eu timbre environ 1$ S 4 atmosphère, 60 a 3, 34 à 6 et 1 a 7 ; encore ce dernière ne sont-elle généralement detioées que poor bateaux S vapeur.
K III. — Des auatlsé* 4e vepeor pro4aite 4ene an tempe 4eaaé, c«rrcepen4ent à nne earfoee 4eanée 4e ehnmltère.
Un nomme surface de chauffe d'une chaudière la portion de la surface de cette derniere en contact avec le foyer et les canaux dans lesquels circule la fumée pour se rendre à la cheminée.
Lue loi de physique générale dit que ffuond une plac/ue de matière homogène a ses deuj: surfaces en contact avec des mitieuj' dont les températures sont differentes, les çuantités de chaleur qui Iracerseiil celle plaque sont proportionnelles aux différences des températures des milieux opjiosés, et en rnison inverse de fépaisseur de la plaque.
COMPOSITION DES PARTIES DES MACHINES A VAPEUR
n résulte de cette loi que tonte l'eau renrermée dans une chaudière pouvant être ooosidérée comme a la même température, en quelque point que l’on mesure cette dernière, et les gaz chauds qui sortent du foyer, abandonnant successivement é la chaudière une portion de la chaleur qu'ils possèdent, au fur et a mesure qu'ils approchent de la cheminée, les différences entre la température de l'eau dans la chaudière et celle de la fumée diminuent graduellement depuis le foyer jusqu'à l'extrémité des carneaux et les quantités de chaleur, passant par une même étendue de surface de chauffe, sont d'autant moindres que eea surfaces sont plus éloignées du foyer.
On a fait des expériences pour déterminer les quantités de chaleur passant par heure et par mètre carrés de surface en contact, d’une part, avec de l’eau, et de l'autre avec les gaz se dégageant d'un foyer.
D’après M. Christian, un mètre carré de surface de fonte, exposée au feu le plus violent et entièrement plongée dans la flamme, peut produire par heure loo kilogrammes de vapeur.
D'après M. Clément Dtèormes, le même résultat a tien avec une chaudière en cuivre de trois millimètres d’epaisseur, placée dans les mêmes conditions.
Il résulte de la que l'on peut admettre, en général, que la quantité de vapeur produite par heure et por métré carré de surface de chauffe directe, c'est-a-dirc en contact avec la flamme du foyer, est d'environ 100 kilogrammes. Nous avons trouvé, par le calcul, pour la locomotive, 90 kilogrammes. Il est probable que ce dernier chIfIVc est plus exact que le premier ; nous dirons même que pour chaudières à foyer extérieur et a houille, on sera plus près de la vérité en comptant 80 kilogrammes que 90 ou lOO; ce n’est, d'ailleurs, pas un mal de supposer plutôt moins que plus.
En ce qui concerne la portion de la surface en contact avec les carneaux, on n’a pas d'expériences bien concluantes. M. Stephenson a trouvé dans les locomotives pour faculté conductrice de odte sur&ce, un tiers de la surface directe, c'est-a-dire ao kilogrammes por mètre carré. Il résulte d'autres expériences sur cbaudiéres ordinaires que, en y comprenant la surface directe, la quantité de vapeur produite en moyenne par mètre carré de surface de chauffe, varie entre 10 et 20 kilogrammes, la Année entrant dans la cheminée a 300 degrés.
EnQn, nous avons résumé soixante et une des intéreasantes expériences de M. Gavé, et noos en avons déduit le tableau suivant, savoir :
Tabltau rttvmi dtt dê M. Caté «vf cl^a^^d4irf^ arre ou fdiM fiOKittnri.
iWàCIt
grille 1
;{ déciiD.
|l ctrr^.
mrictt
de
chaoffe
en
mèîrvfl
CIITT^«
BAPPOBT8
entre
1 1<M nnrriicea de grille et
de cliaaffe. |
MODES
d’ali menu* tUm.
de beat beat
tnaaliU
AMTITI^.1 Ile briftt N! eu kilt
4Mwè«. 1 «»n4 !
4»a«itf.
dnerJU.
* per >«
BBMra «nr?4 «a
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QOAKTtr
produites
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eu kilngrei
Bre et
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enrHdvassxf.
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moee,
per kii.
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bouille
brûiee.
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