PUISSANCE DE VAPORISATION DES CHAUDIÈRES

Avant d'aborder la description des différentes espèces de chaudières, Il est nécessaire d'indiquer les procédés à suivre pour mesurer les surfaces de chauffe totales, afin de rapporter la puissance d'é\ aporaüon d'une chaudière à une certaine unité de sa surface de chauffe. Sans nous préoccuper, quant à présent, du cas exceptionnel de la chaudière du Cornouailles, que l'on a considéré, A tort, suivant nous, comme présentant une anomalie, nous dirons, conformément aux données les plus positives, étnblirs par l’expérience, que, dans les circonstances ordinaires, il faut de 15 A i R mètres carrés de surface de fond, exposée au feu, pour vaporiser 1 métré cube d’eau par heure ' . Nous admettons ici que l’aire de la surface de l’eau dans la chaudière soit toujours proportionnelle et, A peu de chose près, égale A Ia surface de chauffe du fond ; et nous ajoutons A la surface de chauffe que nous considérons l’aire du dessus du tube ou carneau intérieur, lorsqu'il y en a un.

Cette évaluation cofnckle avec les résultats numériques que nous retrouvons chei la plupart des auteurs qui ont écrit plus spécialement sur les chaudières, y compris Karey, Tredgold, Lardner, Armstrong, qui different, d’ailleurs, si souvent sur d'autres points. Mais son principal mérite, suivant nous, est d'avoir été admise dans les données pratiques de Boulton et VS att ; et nous n'héaltons pas A la considérer comme susceptible de l'application la plus générale. Dans le fait, la plupart des Ingénieurs pratiques admettent comme base absolue de leurs calculs le chiffre que nous venons de donner. Aussi, rien de pins ordinaire que de voir des chaudières dont les dimensions de la surfacr de chauffe du fond sont déterminées en raison de j mètre carré de surface par force de cheval ; ce qui, en supposant qu'il y ait SO litres d’eau vaporisée par force de cheval, cas le plus général, donne l« j mètres carrés environ de surface, pour la vaporisation de l mètre cube d'eau \

Quelques écrivains ont critiqué avec beaucoup d’injustice les élèves de Watt , A l'occasion même de leurs recherches sur les chaudières et fourneaux des machines A vapeur. D’après ces écrivains, les Ingénieurs se seraient préoccupés de mesurer des surfaces et des capacités dans leur ignorance que la question qu'ils voulaient traiter était une question purement chimique, et quand ils n’auraient dû songer qu’A étudier le rûle de l’oxygène, de l'hydrogene, et de l’oxvde de carbone. Il n'est pas douteux que les phénomènes chimiques qui s’opèrent dans le foyer et dans la chaudière, ne soient les éléments principaux auxquels on doive avoir égard ; mais il n'est pas moins constant que, pour une quantité donnée de combustible , une certaine surface de chaufTe est aussi nécessaire A la production de la vapeur, qu'une certaine surface de piston pour utiliser la force provenant de la vapeur ainsi engendrée.

Au risque de nous voir accusés d'ètre des preneurs sans réserve des données pratiques de Boulton et Watt, nous répéterons ici que le dessous des carneaux intérieurs ne saurait être considéré, en aucun cas, comme une surface de chauffe effective ; et la preuve en est que, lorsque nous écartons cet élément do nos calculs, tes résultats que nous obtenons eoneordent avec l'expérience d’une manière beaucoup plus satisfaisante que lorsque nous agissons autrement. Nous ajouterons encore que cette prohibition doit s'étendre A la totalité de la partie inférieure des tubes, soit circulaires, soit elliptiques, qui constituent les carneaux. C'est d’ailleurs dans cette hypothèse seulement qu'on peut se rendre compte des nombreuses anomalies que paraissent présenter, an premier abord, les chaudières du Cornouailles et leurs diverses variétés.

l-e seul point sur lequel nous éprouvions quelque difficulté A nous prononcer d'une manière absolue,

1 Ktl mesure* anglaise* , c’uet dru» le* limites de l i/2 à 5 4/2 pieds carrée que 1,1 rlrran CMi indique In proportion le plu* contenable S donner à lu eurfuce de chauffe du fond, pour tu vaporisation de i pied cube d'eau par heure.

1 Cette proportion . en mesure* anglaise* , e*t de & pied* carrés da surface de fend per force de cheval, en admettant qu’U y ait t pied cnbe d’eau vaporisée pour un citerai vapeur.

CHAI JMERKS.

car il est encore diversement apprécié suivant les Ingénieurs, c’est le calcul des surfaces verticales ou approchant de la verticale, quant a leur évaluation comme surfaces do chauffe. Cependant, en considérant que Boulton et Watt, ainsi que tous les autres constructeurs, qui ont réussi dans l'etablissement des chaudières, ont évité, avec le plus grand soin, une grande proportion de surfaces de chauffe plates ou verticales; en considérant, d’un autre côté, que tous ceux qui ont voulu tenter l'emploi de ees surfaces n’ont obtenu que de mauvais résultats, nous proposons de n'admettre comme élément de calcul que la moitié de cette portion, aussi petite que possible, de surface verticale indispensable à la construction d’une bonne chaudière, c’est-à-dire d’en considérer la moitié comme présentant un même degré d’efficacité que la surfats» de chauffe du fond de la chaudière, et l’autre moitié comme n'ayant aucun effet sur la production de la vapeur. Tranchant ainsi la difficulté, en l'absence de tout autre moyen de résoudre la question, il nous dev ient possible d’établir une loi que nous verrons concorder d’une maniéré très satisfaisante avec les résultats prntiqv.es obtenus par les ingénieurs les plus célébrés.

Mesure de Ut surface de chauffe des chaudières fie. machines à caftent .

Toute surface de chauffe horizontale, et toute portion de surface de chauffe se présentant au feu sous un angle d'inclinaison suffisant pour permettre à la vapeur de se dégager avec facilité de la paroi génératrice, intérieure a la chaudière, doit être estimée comme surface de chuuffe dans toute son étendue.

Toute surface de chauffe verticale, et toute portion de surface de chauffe qui se rapproche tellement de la verticale que la vapeur ne puisse se dégager avec facilite des petites aspérités de la paroi génératrice, ne doit être estimée que comme demi-surface de chauffe effective seulement, et l’on ne doit ajouter ainsi que la moitié de son aire totale a la surface de chauffe complètement effective, déterminer comme ci-dcssui. Nous avons à peine besoin de mnarquer que la surfaix» inferieure , horizontale ou a peu près horizontale , des carneaux intérieurs a la i haudière, ainsi que toutes les autres parties de la surface de chauffe qui s'inclinent du foyer vers l'eau de la chaudière, de manière a recouvrir cette eau, doivent être complètement mises de c6te dans le calcul de la surface de chauffe.

II est d'usage, dans les chaudières en chariot, de considérer le fond comme le tiers environ, et les côtes comme le» deux autres tiers de la surface totale de la chaudière. Ainsi, si l’ensemble de la surface de chauffe est calculé en raison de I à mètre carré par force de cheval, nous aurons £ mètre pour la surface du fond, et I métré pour celle des côtés, cette dernière surface ne représentant, d’après la règle que nous avons donnée, que J métré carré de surface de chauffe effective. L’ensemble de ees deux surfaces constitue donc i mètre carré de surface de chauffe pur force de cheval. Boulton et Watt donnent, comme on le sait, le rapport des nombres 7 et 3, pour exprimer la proportion de la surface latérale à la surface du fond, et leur surface totale de chauffe mon compris le fond du carneau intérieun est d'environ ! ~ mètre carré par cheval-vapeur. D'antres ingénieurs donnent un nombre plus grand, qui va quelquefois jusqu'à I — mètre carré (y compris le fond du carneau]. En prenant la moyenne entre ces deux données, nous trouvons le chiffre 1,25 ou l J métré carré, que l’on peut considérer comme le résultat des expériences les plus sérieuses. Si nous appliquons a ce chiffre le même inode de calcul que ci-dessus, en adoptant le rapport de 2 a 1 pour les surfaces de côtés et de fond, nous trouvons 85 décimètres carrés environ, ou ’ J de métré carré de surface de chauffe effective par cheval-vapeur'.

1 Kn mesure» anglais**, l'évaluation de 1h * tir face de chauffe, par cheval-vapeur, est de fi pied» csttcs, d'après Boulton et Watt, et de 15 pied* carrés, d'après !<•» expériences d'autre» ingénieurs. La movenne que V Artisan Cluti trouve un nombre convenable à adopter dans la pratique, est de 13 t/2 pieds carrés. Kn appliquant a ce dernier nombre, qui représente l'ensemble les snrfucr» de côtés et de fond . le mode de calcul indiqué dan» le texte , on trouve 9 pied* ca-rrs de »nrfac • de* chauffe effective, par force de chenal.

FOURNEAUX

Noua sommes donc portés a recommander de prendre ce nombre comme diviseur. Ainsi, apres avoir calculé l’ensemble de la surface de chauffe effective, d’ après le mode que nous avons indiqué ci-dessus, il faudra prendre les {-*, ou approximativement les 9 dixièmes de cette surface, pour avoir le nombre de chevaux-vapeur correspondant de la machine, bien que l’on n’arrive ainsi qu'a une moyenne ; car il est de toute évidence qu'il y a de nombreuses variations suivant la qualité du combustible et suivant les autres circonstances. Il n’en est lias moins vrai que, quel que soit le nombre adopté pour diviseur, on peut toujours s’en servir pour déterminer la surface effective de chauffe, d’après In règle que nous avons donnée plus haut. Et, en effet, ainsi que nous l’avons déjà dit, Il n’existe encore aujourd’hui aucune autre méthode qui conduise à des résultats aussi uniformes, lorsqu'on l'applique aux différentes espèces de chaudières. Il est indispensable, dans l’application de cette règle, de discerner avec soin de la surface de chauffe la partie inférieure de tous les carneaux qui peuvent traverser l'eau de la chaudière, cette dernière surface ne devant compter pour rien dans le calcul de la surface de chauffe effective.

FOI RXEAIX.

Il est naturellement impossible que nous donnions une énumération détaillée de toutes les especes de fourneaux de machines à vapeur qui ont paru à différentes époques. Les variétés en sont considérables ; mais ce n'est que dans un très petit nombre qu’on reconnaît des modifications d’une véritable utilité. Noua nous contenterous de donner un aperçu rapide de queiques-uus des principaux systèmes.

Ce fut surtout dons le but de consumer la fumée, qui se produit dans tous les fourneaux ordinaires alimentés avec de la houille bitumineuse, que les plus importantes recherches ont été entreprises. Quoique les procédés présentes à cet effet soient très nombreux et fort divers, un peut cependant les comprendre tous dans les deux classifications suivantes. Ou bien on a cherché à faire brûler la fumée en l’obligeant à passer soit a travers, soit sur le combustible incandescent ; ou bien on s'est proposé d'obtenir le même résultat, au moyen de l’admission dans le carneau ou conduit de la cheminee, et quelquefois dnus le foyer lui-méme, d’un courant d’air destiné a compléter la combustion des parties inflammables de la fumée. Chacune de ces méthodes suppose la présence d'une quantité d’oxygène assez considérable pour la combustion de la fumée ; mais, dans le premier cas, l’air, qui doit fournir la quantité voulue d'oxygène, est obligé de se frayer passage a travers le feu, ce qui peut se faire aisément, si la couche du combustible est peu épaisse et le tirage considérable ; et, dans le second cas, l’admission de l’air a lieu par le moyen d'un ou de plusieurs orifices ménagés tout exprès.

L’un des projets les plus anciens, et que l’on doit ranger dans ceux de la première classification, est celui de Papin, qui proposa de faire descendre la fumée u travers le feu au moyen d'un tirage pcrmanctit, obtenu a l’aide de son ventilateur a force centrifuge. Ce projet était fort exécutable, et il eût été, sans nul doute, l’un des plus efficaces, si l’on avait su en faire une application judicieuse. Mais jusqu a présent, on n’a pu faire disparaître les inconvénients présentés par l'agglutination de la bouille, ni se procurer un aspirateur suffisant. Le projet de Papin fut remis eu vigueur par Uelasme, et appliqué plus tard par Frank lin aux poêles des appartements. L'usage des poêles de Franklin se répandit fort peu a cause de certaines difficultés de detail, et principalement a cause de la difficulté d'allumer le feu.

En 1 786, AV ntt prit une patente pour obvier aux inconvénients de la fumée des machines a vapeur. Son procédé consistait a introduire le combustible par un tube conique, en forme de trémie, fixe dans le massif en briques de la chaudière, immédiatement derrière la porte du foyer, et u faire passer un courant d'air a travers cette porte pour alimenter la combustion. Sou appareil ne comporte point de barreaux de grille ; la houille est disposée sur une voûte en briques, et a mesure qu elle tombe de la trémie n’étant encore qu ‘échauffée, elle est traversée par le courant d'^jjfc Par ce moyeu, les gaz que la chaleur fait déga-

première Stciicn. 15

FOURNEAUX

«er se mêlent avec l'air et traversent, dans toute sa profondeur, la partie incandescente du combustible que l’on doit pouvoir pousser avec le ringard au fur et à mesure qu'il entre en ignition. Cette disposition de fourneau, quoique ingénieuse et avantageuse même, sous un rapport, fut abandonnée par Watt, à cause de la difficulté de conduire le feu avec de ta houille collante, qui, en s'agglutinant, obstruait le passage de l'air. Il eut alors recours A une plaque Axe en fer ou plateau qu'il disposa entre les barreaux de la grille et la porte du fover. La grille et le plateau se trouvent dans une direction inclinée, à partir de la porte , suivant un angle d'environ 35». Le charbon est d'abord placé sur ie plateau, où il s'échauffe et dégage les gaz qu’il coutieot, puis il est repoussé sur les barreaux pour y subir une combustion complète. Ce procède, encore employé par MM. Boultou,Watt et comp., est extrêmement efficace pour prévenir ia fumée, quand on entretient le feu avec un grand soin. On trouvera quelques pages plus foin, à ia figure as, une représentation graphique de cet appareil, tel qu’il fonctionne aujourd'hui.

En 1 796, William Thompson, de fiow Lane, prit une patente pour l'admission d'un courant d'air derrière l'autel, à l’effet de brûler la fumée. C’est le premier projet, fondé sur ce principe, qui paraisse avoir ete mis à exécution. Des patentes forent accordées plus tard a Sheffield, Gregson et autres, pour diverses modifications insignifiantes apportées au système de Thompson ; et, durant ces dernières années, une foule de nouvelles patentes furent encore prises pour le même objet ; mais bien que l'on voie figurer, dans cette nombreuse liste de brevetés , des noms assez célèbres, on peut dire qu'aucun progrès réel n’a ètr réalise dans l’application de ce système.

Un des principaux obstacles provenait de ia difficulté de proportionner la quantité d'air a admettre avec celle, très variable, que réclamait l'alimentation du feu. En effet, quand le fourneau venait d'étre chargé de charbon, il se produisait plus de fomée, et une admission d’air plus considérable devenait nécessaire pour sa combustion. Si donc le registre dn soupirail a air était réglé de manière à fournir la quantité d'air voulue, l'ouverture du registre n'était plus cnnveuable quand la fumée avait diminué. Ainsi, a moins que le chauffeur ne ffit capable d'une attention plus soutenue qu'on ne peut l’espérer dans la pratique, la quantité d’air admise dans le foyer était généralement nu trop grande ou trop petite, ce qui entravait la marche de la combustion.

Nous avons déjà fait connaître les inconvénients que présente l'admission d'on courant d'air pour la combustion de ia fumée ; mais 11 était nécessaire de les rappeler ici, afin de foire comprendre tonte l'importance de l’appareil alimentaire de Stanley, ou de tout autre mécanisme rendant uniforme la production de la fumée, et permettant ainsi de régler l'entrée de l'air dans la proportion qne comporte un entretien convenable du feu. lorsque la production de la fomée n’est pas rendue uniforme, on peut encore parvenir a régler l'ouverture du soupirail pour faire varier l'admission de l'air, dans les proportions nécessaires, au moyen d’un mécanisme extrêmement Ingénieux inventé par M. Murray, de Leeds, et décrit dans le London Journal de l'aimée 1831. Dans ce système, l’air nécessaire à la combustion de la fomee pénètre par un tube muni d'une valve a étranglement. Cette valve s’ouvre lorsqu'on ouvre la porte du fovev par suite d'une liaison convenablement établie ; elle se ferme au moyen d’unc roue à girouette, remplissant l’office d'un régulateur a fomée, et disposée a l’ortüce du tube. Cette girouette est mise en mouvement par le courant d’air qui traverse le tube pour se rendre dans le foyer; et, en tournant, elle tend a fermer la valve. Lorsque la porte du foyer est ouverte et la grille chargée de cliarbon, la valve s'ouvre, comme nous l'avons dit, et livre passage a une quantité d'air suffisante ; mais l’air, en entrant, fait tourner la roue, et ferme graduellement la soupape a mesure que la fumée diminue ; de sorte que, au moyen d’un mécanisme bien approprié à la qualité du charbon employé et a la quantité introduite a chaque fois, ou peut arriver à régler l'admission de l'air avec un assez grand degré d'exactitude. Nous devons dire, en même temps, que les fourneaux qui laissent arriver l’air, soit dans le carneau ou dans ie conduit de cheminée, soit dans le foyer lui-même, lors même qu'ils sont pourvus d'un mécanisme de cette espece, n'ont jamais bien réussi dans la pratique. M. Prltehard, de Leeds, se proposa, en 1831, d'atteindre le même

FOYERS FUMIVOBES.

.1 là

résultat que M. Murray, au -moyen d'un piston descendant, sous l'action de In gravite, dan» un cylindre a air, muni d'un petit orifice qui laissait sortir l'air. Il existe plusieurs autres dispositions susceptibles de résoudra la question mécaniquement, et que nos lecteurs peuvent aisément prévoir ; U est donc inutile de nous y arrêter plus Ion stem ps.

On a fait récemment des expériences a Soho, afin d'eprouver l’efficacité d’un fourneau de M. C. \\ Williams, dit fourneau d'Argand. Ce fourneau était destiné à produire la combustion de la fumée au moy en de l'admission d'un courant d'air dans le conduit de la cheminée, percé à cet effet d’un certain Domhrc d’ouvertures ; ou bien, pour nous servir des terme* de la définition pompeuse de M. W illianis, ce fourneau devait servir a l'accomplissement de la combinaison chimique des gaz constituants de la houille avec l’oxygène de l’air. La chaudière ordinaire qui était en usage a Soho, fut chauffée avec de la bouille d'une certaine qualité, pendant une période de quatre mots ; on nota avec soin l'effet obtenu et la consommation du combustible. On appliqua ensuite les perfectionnements de M. Williams, en employant lu même espèce de houille, en conservant le même chauffeur, et en rendant toutes les autres circonstances aussi identiques que possible. Ce fut à la suite de cet essai comparatif, que MM. Iloulton et W att constatèrent que la consommation du combustible, loin d'avoir diminué, s'était accrue d'un demi-kilogramme par heure pour un cheval-vapeur. Le fourneau primitif qui était muni d'un plateau en avant de la grille du foyer, d'apres le plan ordinaire de MM. Iloulton ut W att, ne produisait pas de fumee ; dans le système de M. Williams, au contraire, Il se produisait quelquefois une assez grande quantité de filmée, bleu que cette circonstance ne fût qu'exceptionnelle.

Une méthode très Ingénieuse pour brûler la fumée aussi complètement que possible, consiste a allumer le charbon par le haut. Il y a quelques années qu'on Introduisit dans les foyers des appartements une grille, dite grille de Culler , disposée de manière a ce qu'on pût y appliquer cette méthode. L'inconvénient principal de ce système est la difficulté que l’on éprouve a Introduire la houille nouvelle au-dessous de la masse enflammée. Eu 1815, M. William Moult établit uu fourneau d'apres ce principe, et sou perfectionnement consistait A faire passer la flamme au-dessus de la houille nouvel!*, que l'on plaçait sur tan plateau. Ce perfectionnement ne parait pas avoir obtenu un grand succès.

Dans la même année, M. William Losh, de Newcastle, prit une patents pour une ingénieuse combinaison de deux fourneaux. Au moyen d'oue disposition convenable de registres, la fumée, provenant d’un des foumeuux, était obligée de traverser le cendrier de l'autre, ou elle se mélangeait avec l'air atmosphérique ; elle remontait ensuite à travers la masse enflammée, et se trouvait ainsi complètement bruire. Les foyers devaient être alternativement incandescents, et, tandis que l'un contenait la matière en ignition, l’autre 11e faisait que produire la Aimée. Cette méthode est une des plus efflcaces que l’on ait encore employées pour consumer la fumée, mais le remplacement des registres est fort incommode, d'autant plus qu’ils doivent avoir une grande épaisseur pour résister a l'action de la chaleur.

Nous passons sous silence les projets de Roberton, Jnnhson, Parkca, Coombs, Stretton, et d'une foule d'autres qui ne présentent rien de bien nouvenu ni de bien utile. Dons le rapport fait en 1819, par une commission spéciale de la chambre des communes, ou trouve la description d'un projet de fourneau de machines, combiné avec un four à coke de M. iolm W ulker Junior. Le système de M. John Wulkcr consistait a réduire la bouille à l'état de coke, avant de la faire passer sur la grille du foy er, ou elle devait être consumée. Ce projet n'est pas très praticable; mais 11 parait qu'un ingénieur français a apporté quelques modifications de détail au plan primitif, dans uu fourneau établi à Manchester, et il est possible que ces modifications soient de nature à lai assurer une plus grande chance de succès.

Les deux procédés les plus efficaces que l'on ait encore inventés pour arriver a In combustion de la fumée, paraissent être les appareils d'olimentatiou connus sous le nom d'appareils de Brunton et Stanley, et dont le principe repose sur l'emploi d'une grille toumnutc. Ces foyers ftunivorrs sont ceux qu'on emploie généralement aujourd'hui dans les districts manufacturiers. Le système des fourneaux a grille