FORME ET VOLUME DBS CONDENSEURS

Les condenseurs ont généralement des formes simples, ne présentant aucune difficulté pour leur construction, ils sont parallélipédiques le plus souvent; ils forment un tout compact avec la bâche et la pompe à air; ils sont reliés aux cylindres par des bâtis intermédiaires; ils portent les glissières des traverses des tiges des pistons dans les machines horizontales ; ils font partie du ;bâti qui porte une partie des cylindres dans une machine à pilon, et dans ce cas, ils sont fixés aux carlingues. La forme peut varier avec telle ou telle exigence de construction de machine ; mais quelle que soit leur forme, ils doivent être spacieux et offrir un grand réservoir pour les gaz qui s'y dégagent sous Taction du vide produit par la pompe à air, ou qui y sont introduits, et présenter des surfaces étendues pour activer la condensation de la vapeur. Le condenseur doit avoir un volume capable de contenir l'eau provenant de la vapeur condensée, de Teau d'injection et l'air renfermé dans ces deux fluides augmenté de la quantité qui s'introduit par les différents joints et surtout par les presseétoupe. On estime que cette dernière quantité est cinq fois plus grande que la première. L'air arrive des chaudières avec la vapeur, celui d'eau d'injection se sépare de l'eau sous la faible pression du condenseur, il leur faut donc un certain volume pour se détendre. Or, connaissant le poids de vapeur dépensé, par conséquent celui d'eau d'alimentation à fournir, dépense de vapeur et extractions, puis celui de l'eau d'injection et l'air introduit; à l'aide de ces données, on pourra arriver à une formule donnant des résultats suffisamment exacts pour la pratique.

Représentons par V le volume d'eau introduit par l'injection,

comme l'air qui y est contenu est égal au -^ de ce volume et

qu'il s'en introduit cinq fois plus par les presse-étoupe ; le volume

A *» V fi *i

total d'air sera donc de — V + -^^^p = — V ou ~ en divisant

par 2 les deux termes de la fraction — ou 0, 3 V. Représentons

par v' le volume qu'occuperait cet air s'il était soumis à la pression de 0. 76 centimètres de mercure et part) le volume qu'il occuperait sous la pression p du condenseur ; comme le poids reste le

même nous aurons vp=: v' x 0,76 ; d'où V = ' — l et comme

P la valeur de p dans les machines actuelles ne dépasse pas

6 centimètres, soit 9 centimètres alors pour la vapeur d'eau»

pour une pression totale de 15 centimètres. En remplaçant p

v' X 76 par sa valeur 6 dans l'équation précédente on aura v =

0 3 V X 0 76 et comme v'= 0,3 V (d'eau d'injection) il vient v = '■ ■ — î—

Le volume total V'du condenseur se composera donc du volume

y d'eau d'injection plus -^ de vapeur condensée, plus 3,80 de

V espace donné à l'air. Ce coefficient 3,80 de V devrait être augmenté de la quantité d'air introduit par l'excédent de l'alimentalion pour pratiquer les extractions, dont l'air est laissé libre dans les chaudières et s'écoule avec la vapeur ; le volume du conden*

seur V = V + -^7 + 3,80 V sera donc trop petit de la quantité

d'air — puisque l'extraction enlève i /2 litre d'eau et laisse son air

qui est venu se mélanger à la vapeur, et arrive avec elle. En réduisant l'équation précédente, on obtient: V'=:V(l-t--^+ 3,80 j

= 4,84 V. Cette expression représente le volume minimum du condenseur. Dans les machines bien proportionnées et à moyenne pression, ce volume est calculé d'après celui du cylindre et est en moyenne de 1 fois 1/2 à deux fois ce volume.

COKDENSBUa PAR SURFACE

Gomme nous l'avons déjà dit, on appelle condenseur par surfiace des récipients de forme parallélipipédique^ou cylindrique renfermant un faisceau tubulaire dans lequel circule l'eau d'injection, la vapeur l'enveloppant extérieurement et se condensant par un contact avec ce faisceau et avec les surfaces, enveloppes formant le corps du condenseur. Ce genre de condenseur et de condensa-^ tion est le seul actuellement employé pour les machines à haute pression ; il permet de marcher à l'eau douce si l'étanchéité des tubes est assurée. Les pertes de vapeur et les dépenses d'eau faites par les extractions ' de surface sont compensées sur les cuirassés et les croiseurs par une certaine quantité d'eau d'approvisionnement renfermée dans des réservoirs spéciaux et par des bouilleurs sur les torpilleurs qui envoient leur vapeur produite dans le tuyau d'évacuation au condenseur. Sur certains croiseurs ces bouilleurs sont très puissants et permettent d'avoir

MACHIKES UARINKS. 25

en permanence un approvisionnement d'eau suffisant pour subvenir à toutes les dépenses.

Les condenseurs par surface présentent plusieurs dispositions qui seront représentées par les figures 294-295, etc., de différents constructeurs.

Quelle que soit la disposition employée, il faut que la vapeur arrive librement et qu'à son arrivée dans le condenseur elle puisse facilement s*épanouir et prendre contact avec le plus grand nombre de tubes ; mais d'un autre côté, il ne faut pas qu'à son arrivée elle les choque directement; car, par la vitesse et le choc de l'eau qu'elle entraîne, les tubes en face de l'arrivée seraient vite percés. On est donc obligé de mettre un masque protégeant les tubes à cet endroit, mais de telle forme et de telle façon qu'il ne gène en rien l'épanouissement de la vapeur; sur de longs tubes les vibrations produites par l'échappement au moment où commence l'évacuation, seraient suffisantes pour produire des fêlures longitudinales. Ce masque est en cuivre et percé d'une multitude de petits trous, ou simplement une espèce de demi-cylindre sans trous et ouvert à ses deux bouts.

Dans ces condenseurs, la surface réfrigérante et la quantité d'eau de circulation et sa température, sont les éléments essentiels à déterminer pour établir un condenseur par surface; la nature du métal, son épaisseur entrent également en ligne de compte.

Si dans une chaudière la quantité de vapeur produite dépend de la surface de chauffe, de la surface de grille, c'est-à-dire de la quantité de charbon que l'on peut brûler dans un temps donné, par conséquent de l'activité du foyer qui est la source de la chaleur, dans un condenseur l'effet inverse à celui d'une chaudière sera également proportionnel aux surfaces réfrigérantes et au .volume d'eau réfrigérante qui circulera dans les tubes, pendant un temps donné et à la température de cette eau.

La relation entre la surface réfrigérante et le volume d'eau de circulation doit être établie de façon à permettre la condensation d'un certain poids de vapeur dans un temps donné et maintenir une température finale constante au condenseur. Dans le fonctionnement d'une machine, la quantitéde vapeur affluente au condenseur est maximum lorsque le piston va arriver à la fin de sa course et que le tiroir va démasquer en grand l'orifice d'évacuation ; elle est donc variable de ce moment à celui où s'opère la fermeture de l'orifice d'évacuation; la pression au condenseur suit donc les mêmes variations, elle n'est donc jamais nulle. Il faut donc pour prévenir les écarts trop grands dans ces variations, donner un volume suffisant au condenseur, présentant sous ce volume la plus gAnde surface réfrigérante. La vapeur à condenser s'est

détendue dans le condenseur et a déjà perdu par ce fait une certaine quantité de calories qui facilite sa condensation.

Comme la température finale du condenseur reste constante, et que Peau de la bâche prend cette température, n us prendrons cette dernière comme point de départ pour établir la valeur des surfaces réfrigérantes et le volume d'eau à introduire.

Prenons le cas où il s'agit de condenseï^ un kilogramme de vapeur s'étant déjà détendue et ne possédant plus que 630 calories, représentons par K le coefficient de conductibilité des parois qui sont généralement, soit en cuivre rouge, soit en laiton ; c'està-dire la quantité de calories qui peut passer dans un mètre de surface de ce métal par seconde et pour une épaisseur de 1 millimètre et une différence de !<>.

D'après M. Péclet, un mètre carré de cuivre laisse passer dans 1", 19,11 calories pour une différence de i^ entre les faces des deux surfaces, dont ici, l'une est en contact avec la vapeur à condenser et l'autre avec l'eau de circulation. Dans ce cas, le coefficient K de conductibilité de un mètre carré serait pour une heure de 60 x 60 X 19,11 = 68 000 calories. Si l'on admet que la vapeur en arrivant au condenseur ne renferme plus que 630 calories et que la température de l'eau de condensation soit de 40<*, il ne restera donc à prendre que 590 calories à chaque kilogramme de vapeur;

on pourra donc condenser par mètre carré — =110 litres. Mais

cette quantité est loin d'être atteinte dans la pratique ; car, lorsque l'on condense de la vapeur par un contact avec une surface, il s'attache sur les tubes une rosée qui nuit à la transmission de la chaleur, ce qui change sensiblement le coefficient K de transmission du cuivre. Ainsi, si l'on accepte une expérience directe qui a été faite par l'usine d'indret sur un tube en cuivre rouge en forme de serpentin, Tair étant complètement expulsé, on est arrivé à condenser 8"^, 70 et 9^^,3d par heure et par mètre carré pour une différence de 1^ ce qui correspond pour la valeur de K à 4 800 à 5 000 colories.

Pour déterminer par une formule générale d'une part, le poids d'eau de circulation et d'autre part la surface réfrigérante :

Supposons que la vapeur renferme seulement 630 calories au moment où elle entre dans le condenseur, et représentons par K le coefficient de conductibilité des tubes qui sont en cuivre rouge, c'est-à-dire le nombre de calories traversant par heure une surface de 1 mètre carré pour une différence de !*>, par T la température provenant de la condensation de la vapeur, par P"*» le poids d'eau réfrigérante, par t^ la température de cette eau à l'entrée et par t'^ celle à sa sortie, par S la surface réfrigérante. Par l'acte du contact de l'eau avec cette surface, la chaleur qu'elle gagne est égale à celle perdue par la vapeur, d'où :

38S MACHINES A VAPEUB MARINES

!« P X t* — « = 630 — T. Mais cette quantité de chaleur a dû forcément passer par la surface S proportionnellement à K et en

raison de la moyenne des températures — 5 et T.

^ d'où KS [ m — ^'^^' ) I = 630 — T«; éliminons t' dans les deux équations 1* et 2®, il vient : 10 ,,^630-T