1932 ca Galopin chaudières 20111015

D'ENSEIGNEMENT

BIBLIOTHQUE

VIRTUAL MUSEUM

polytechnique:

Publie sous la direction de M. J. G A L O P I N

P R E M I R E 14"

P A R T I E EDITION

P r o f e s s e u r : M. J.

GALOPIN

EDITION

ET PROPRIT152, AVENUE

DE L'COLE

DU

GNIE

CIVIL

DE W A G R A M ,

PARIS

(17)

Tlphone : Wagram 27-97

DE MECANICIENS ET DE NAVIGATION1 5 2 , Avenue de W a g r a m , PARIS DIRECTEUR:

COLE

DE GNIE

CIVIL

M. J . G A L O P I N S ,

INGNIEUR CIVIL,

EX-OFFICIER

MCANICIEN

COURS SUR PLACE ET PAR C O R R E S P O N D A N C E

COURS DE CHAUDIRES(PREMIRE14

PARTIE)DITION

PROFESSEUR : M. J .

GALOPIN

DITION DE L'COLE DE GNIE CIVIL,

ET

PROPRIT ET DE MCANICIENS

DE NAVIGATION

TOUS DROITS RSERVS

VIRTUAL MUSEUM

COLE DE GNIE CIVIL, DE MCANICIENS ET DE NAVIGATIONEnseignement O r a l et par Correspondance

Cours de ChaudiresPREMIERE LEON

Happe! de quelques [lotions de Physique et de McaniqueLes chaudires sont des appareils dans lesquels on transforme l'eau sous l'action de la chaleur en un fluide nomm vapeur. Cette vapeur acquiert une certaine force lastique susceptible de produire du travail. Des expriences ont t faites pour mesurer la quantit de chaleur dgage par un travail donn et, inversement, la quantit de chaleur qu'il faut dpenser pour obtenir un certain travail. On mesurait pour cela rchauffement d'une masse de plomb sous le choc d'un poids tombant d'une certaine hauteur ; on mesurait aussi, dans une machine vapeur, la temprature de la vapeur avant son admission au cylindre et avant son arrive au condenseur, et, d'autre part, l'indicateur de W a t t donnait le travail excut ; on a trouv un rapport constant et le mme dans les deux cas : 1 calorie quivaut un travail de 425 de chaleur bien plus considrable. hihgrammetrcs. On verra plus tard que, dans la pratique, pour des causes diverses, il faut dpenser une quantit

GAZ

ET

VAPEUR

GAZ. Corps^fluide ariforme restant tel sous la temprature ordinaire. Les gaz permanents sont ceux que l'on n'a pu encore liqufier. Les gaz n'ont pas de cohsion apparente ; mais ils sont d'une trs grande compressibilit. La force vive totale des particules d'une niasse gazeuse varie avec la temprature et non avec I a pression. VAPEUR. Corps qui prend naissance par changement d'tat.

Le phnomne physique en vertu duquel un liquide passe l'tat de vapeur prend le nom d'vaporation ou de vaporisation, suivant que le changement d'tat se produit l'air libre ou en vase dos. L'vaporation a lieu sous l'influence de causes atmosphriques. La vaporisation est provoque par une augmentation de temprature ou par une diminution de pression.

ULT'.MHEAT VIRTUAL MUSEUM 1 -

LOI DE MARIOTTE.

4

-I

Les volumes occups par une mme masse de gaz, temprature

constante, sont inversement proportionnels aux pressions qu'elle supporte (1) V H = V ' H' = V " H " ... etc.

(V, V', V"... volumes et H, H', H"... pressions correspondantes ; ce qui s'crit aussi pv constante ou pv = C te ).

Cette loi de Mariotte n'est qu'approche, mais nous pourrons dans la pratique l'admettre comme exacte. LOI DE GA Y-LUSSAC. Les volumes occups par une mme masse de gaz pression constante

sont proportionnels aux binmes de dilatation correspondant aux diverses tempratures auxquelles peut tre porte cette masse de gaz V 1 + at DES DEUX --= V" = . . . . etc. 1 + alnrs la snnrre ~M T

froide une quantit de chaleur Q 0 , fermons enfin le cycle par une compression adiabatique faisant(1) 1,40 est le rapport des chaleurs spcifiques pression constante et volume constant.

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22 remonter la temprature T et ramenant le volume V 0 , on aura produit un travail reprsent par la surface du quadrilatre curviligne M M , M , M 3 e t exprim par la formule (Q Q 0 )425. Le cycle de Carnot est un cycle purement thorique dont il faut, dans la pratique, chercher se rapporcher autant qu'on le peut. Il est d'ailleurs, on peut dire, uniquement utilis dans les machines vapeur o il est d'une importance considrable. D'aprs les principes prcdents le cycle de Carnot est rversible. On conoit en effet que le corps puisse passer de M en M s suivant l'adiabatique M, M;, sans qu'il y ait apport ou cession de chaleur, la temprature diminuant de T /. Le long de l'isotherme M3M2 (temprature constante /) le corps emprunte de la chaleur la source froide qui est la mme temprature que lui. Soit Q o la quantit de chaleur emprunte. De M2 M! il y a compression adiabatique de la temprature t T. Enfin de M, M le cycle se termine suivant l'isotherme M Mj temprature constante T. II faut pour cela cder la source une quantit de chaleur Q plus grande que Q 0 . Donc il a fallu crer une certaine quantit de chaleur pour la transporter sur la source chaude, ce qui ne peut se faire qu'en dpensant du travail d'aprs le principe de Mayer. PRINCIPE DE CARNOT. Lorsqu'un corps volue entre deux tempratures T et t (temp-

rature des deux sources chaudes t < T) le rapport du travail accompli la quantit de chaleur fournie, ou rendement du cycle, est indpendant de la nature du corps qui volue. Il est uniquement fonction des tempratures T et /, t gal r = Le cycle de Carnot est rversible. Remarque 1. Le rendement du cycle s'crit aussi : T t ,

,

T T -/ -

Q - ) Q {

Remarque 2. Le rendement exprim par le cycle de Carnot est plus grand que dans tout autre cycle voluant entre les deux mmes tempratures. Remarque 3. L.es formules prcdentes expriment que le rendement est indpendant de la nature du corps qui a volu. Il n'est fonction que des tempratures limites entre lesquelles se fait l'volution. PRINCIPE DE CLAUSIUS. Il est impossible de transporter directement de la chaleur d'un

corps froid sur un corps chaud sans dpense de travail, Ce principe peut encore s'noncer ainsi qu'il suit : Il est impossible de faire fonctionner une machine thermique avec une seule source de chaleur, PROPRITS DES ISOTHERMES ET DES ADIABATIQUES. Du principe de d a u s i u s

dcoulent un certain nombre de proprits,

1

23 1 Une isotherme et une adiabatique ne peuvent se couper qu'en un seul point. Si en effet elles se coupaient en deux points, la surface comprise entre ces deux courbes constituerait un- cycle ferm correspondant 1111 travail produit en empruntant de la chaleur seulement une source. De cette proprit on dduit encore : 2 Une adiabatique et une isotherme ne peuvent tre tangentes. 3 Deux adiabatiques ne peuvent se 'couper. (La dmonstration est la mme que dans le premier cas.) 4 Suivant une adiabatique la temprature varie toujours dans le mme sens. Dans tout autre cas en effet, on pourrait, partant d'une isotherme de temprature donne, rencontrer un second point appartenant la mme isotherme. 5 Suivant une isotherme la quantit de chaleur fournie au corps et correspondant . un lment, a toujours le mme signe. Si en effet cette quantit de chaleur pouvait changer de signe, il y aurait forcment un lment pour lequel sa valeur serait Q = 0. En ce point l'isotherme et l'adiabatique seraient tangentes, ce qui est contraire la seconde proprit dcoulant du principe de Clausius. Remarque. De ces diffrents principes et proprits on dduit que le cycle de Carnot doit tre un quadrilatre curviligne.PROBLME

a) Dans une machine thermique parfaite (de rendement maximum), la source chaude est la temprature 0 centigrades, la source froide 27 centigrades. La machine emprunte par seconde 63.OOO calories la source chaude. On demande de calculer, en fonction de 0 : 1 La quantit de chaleur cde, par seconde, la source froide ; 2 La quantit de chaleur convertie en travail mcanique ; 3 La puissance P 0 de la machine (quivalent mcanique de la calorie : 4 joules, 187). Applications numriques : 1 0 = 77 centigrades; 2 o = 177 centigrades.

b) Entre les deux mmes sources, dans le cas o 0 = 177, fonctionne une machine thermique dont la puissance est 0,797 Po- Cette machine puise de l'eau dans un grand bassin et la projette avec une vitesse de 10 mtres par seconde. L'orifice de sortie d'o jaillit l'eau est au niveau du bassin. On demande quelle est la masse d'eau projete par seconde par la machine, en ngligeant les frottements. Si l'eau est lance verticalement, quelle hauteur maxima le jet peut-il atteindre ? Nota. On rappelle que. dans une machine thermique parfaite, le rapport de la quantit de chaleur prise la source chaude (temprature centigrade y froide (temprature centigrade /,) est gal a 273 +ly

la quantit de chaleur cde la source

.

2 7 3 H

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J

24 SOLUTIONS

a) 1 Le rapport de la quantit de chaleur prise la source chaude 273 + t. cedee la source froide L tant -, on a 273 + 463.OOO

la quantit de chaleur ?

x Si 0 = 77, x =

=

273 +

9

273 + 27

,

d'o

x =

63.000X300

273 + 0

189 X 10 3 273 + 77 189 X 10 s 273 + 177

= 54.000 calories ;

Si 8 = 177,

x =

= 42.000 calories.

2 La quantit de chaleur convertie en travail mcanique est donc 77 177 63.OOO 54-000 = 9-000 calories,

63.000 42.000 = 21.000 calories

3 La puissance P 0 de la machine est : Dans le premier cas, 4,187 x Dans le second cas, 9-000 = 37.683 watts. 4,187 x 21.000 = 87-927 watts.

' b) La puissance de la machine qui projette l'eau est : (87-927 X 0,797) watts, ou (87-927 x 0,797) x 10" ergs-seconde. 1 Elle fait acqurir la masse d'eau m projete par seconde la vitesse v une force vive, - nar, telle que \ - m X 10 6 = 87-927 X 0,797 X 10 7 ;

2on en dduit en kilogrammes m =

2 X 87.927 X 0,797 X 10!

10007,2

= 1401 kg. 556.

La hauteur e laquelle s'lve un projectile lanc verticalemnt avec une vitesse v est donne-

par la relation v = V2eg.

Elle est donc e = - . En prenant pour g la valeur 9,8, on voit que la hauteur 2g maximum que peut atteindre 1 jet d'eau est e= 10 X 10 2 X 9,8 = 5 m. 10.

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D E U X I M E

L E O N

JVItau*NOTIONS SOMMAIRES SUR LES DES PRINCIPAUX CHAUDIRES MTAUX & DES EMPLOYS DANS LA FONTE. CONSTRUCTION MACHINES

La fonte est le produit obtenu directement au haut-fourneau par le traitement du

minerai de fer. Le minerai (auquel on a ajout un fondant destin transformer sa gangue en un silicate fusible, subit les ractions suivantes : 1 dessication ; 2 rduction par l'oxyde de carbone emprunt du charbon ou du coke incandescent, ce qui donne lieu formation de fonte et de laitier ; 3 fusion de la fonte et du laitier. Le laitier, plus lger que la fonte, surnage, ce qui permet de l'extraire par une sorte d'crmage. On recueille la fonte dans des canaux en sable creuss dans le sol, o elle se solidifie sous forme de gueuses ; Celles-ci sont fondues une seconde fois pour donner les pices moules. La fonte renferme de 2, 5 % 4,5 % de carbone ; sa charge de rupture varie de 12 18 kilog. par millimtre carr. A u point de vue industriel, on distingue : la fonte d'affinage, la fonte de moulage. Les fontes sont des composs de fer et de carbone. Elle ses divisent en deux catgories : 1 Fonte grise. Cette fonte se produit lorsque la temprature du haut-fourneau a t vailler. Sa densit est de 7 environ. 2 Fonte blanche (appele aussi fonte froide). Contrairement la prcdente, celle-ci se produit lorsque la temprature n'a pas t trs leve dans le haut-fourneau. Elle est dure, cassante et difficile travailler. Elle fond vers 1.100 degrs mais en restant pteuse, ce qui la rend impropre au moulage. FONTE TRUITE. On appelle ainsi un mlange de fonte grise et de fonte blanche. Cette trs

leve. Elle fond vers 1.200 degrs, est trs fluide et trs propre au moulage ; elle se laisse bien tra-

fonte est excellente pour le moulage, mais difficile travailler. FONTES M AN GAN ESI F RES. Ces fontes contiennent de 1 5 % de carbone et des propor-

tions variables de manganse. Ce genre de fonte est trs recherch pour la fabrication de l'acier. FONTE MALLEABLE. C'est une fonte qui ressemble beaucoup au fer. Elle se lime et se

polit bien, se forge basse temprature, mais ne peut se souder. Proprits de la fonte. D'une faon gnrale, la fonte ne peut se souder ni elle-mme, ni au fer. Elle est trs difficile tarauder, les filets s'arrachant ou se formant mal. Elle est peu rsistante, sauf aux efforts de compression, ce qui la fait rechercher pour les btis de machines.


26 En raison de la curieuse proprit dont elle jouit d'augmenter de volume en se solidifiant, on l'emploie surtout pour les pices de forme complexe, telles que cylindres, plateaux, tiroirs, etc. Par sa solidification, en effet, elle- pouse exactement toutes les formes du moule. A noter cependant qu'en se refroidissant aprs solidification elle diminue de volume. C'est ce qu'on appelle le retrait de la fonte. Elle est d'environ 1 centimtre par mtre, ce qui fait que les modeleurs ont gnralement des mtres faisant l o i centimtres. Affinage de la foule. Fer proprement dit. L'affinage de la fonte a pour but d'enlever la fonte

le carbone qu'elle contient, de faon obtenir du fer. L'opration consiste en principe oxyder ce carbone, soit par un courant d'air, soit par des battitures. L'opration qui consiste brasser la fonte liquide avec des battitures se nomme puddlage ou mthode anglaise. C'est la mthode la plus employe. La fonte se brise en clats quand on lui fait subir l'preuve de la trempe. FER. Poids atomique : 56. Le fer est le mtal peu prs pur, obtenu en enlevant la fonte le carbone, le silicium et le manganse. Le fer s'obtient par oxydation et forgeage de lingots de fonte qui ont pralablement subi un traitement les dbarrassant de ces corps trangers ; il ne prend pas la trempe, mais il se soude bien. Le fer pur ne garde pas l'aimantation. La charge de rupture du fer varie de 25 kilog. 35 kilog. 11 est attir par les aimants, s'aimante leur contact, mais perd cette proprit ds que le contact cesse. Proprits chimiques. Inaltrable l'air sec, le fer est au contraire rapidement attaqu au contact de l'air humide. Il se recouvre alors d'une couche d'oxyde appel rouille. Tles. Le fer rduit en feuilles au laminoir, donne les tles de fer variant, comme paisseur, de 1 /2 6 millimtres. Qualits du fer. On reconnat pratiquement la qualit d'un fer la cassure ou par le travail la forge. Si la cassure est fine et rgulire, le fer est bon. Si elle est granuleuse, il est mauvais. En le forgeant, le fer de mauvaise qualit devient pailleux : on peut en outre reconnatre la qualit d'un fer de la manire suivante : on en prend un barreau de faibles dimensions que l'on entaille la tranche suivant une section transversale. On place ce barreau en porte faux contre un tas ou une enclume et on frappe dessus un coup sec avec un marteau devant. Le fer de bonne qualit se plie, mais le mauvais fer se rompt immdiatement. La rsistance du fer la rupture est d'environ 35 kilog. par millimtre ACIER. carr.

L'acier est du fer carbur 10 ou 15 pour 1000.

On l'obtient soit en carburant le fer, soit en dcarburant partiellement la fonte, soit en dcarburant totalement la fonte par l'insufflation d'un violent courant d'air, pour recarburer partiellement le fer obtenu par des fontes mangansifres dont on connat la composition. Ce. dernier procd porte le nom de procd Bessemer, C'est actuellement le plus employ,

E


ACIER

MOULE.

Cet acier remplace la fonte pour certaines pices de machines. Son retrait

est de deux centimtres par mtre. ACIER FONDU. L'acier fondu est trs homogne. 11 est susceptible d'une trs bonne trempe

e t sert surtout la fabrication des outils. L'acier fondu qui ne prend pas la trempe est dit acier doux ou extra-doux. ACIER CMENTE. On le prpare en faisant agir du carbone sur le fer, temprature leve

et l'abri de l'air. L'acier obtenu est peu homogne, la surface des barres tant plus acire que le centre. De nombreuses pices de machines, en particulier les gros crous, sont cments la surface de faon ne pas se dformer sous les chocs pendant les dmontages. Tles cl'acier. Ces tles s'obtiennent comme les tles de fer. Elles peuvent tre planes, ou ondules, ou nerves. Proprits gnrales des aciers. et s'aimanter demeure. La rsistance de l'acier la rupture par traction varie de 40 kilog. plus de 100 kilog. Conditions de recette des aciers, La Compagnie Gnrale Transatlantique exige, pour les aciers doux qu'on lui fournit, une rsistance de 42 47 kilog. et un allongement minimum de 22 p. -100 mesur sur 200 millimtres, barrettes tournes au diamtre de 20 millimtres. Ployage bloc aprs trempe sur barreaux de 15 x 30. CUIVRE (CM). Poids atomique ; 65. Se trouve le plus frquemment dans la nature l'tat de sulfures qu'on nomme minerais de cuivre ou pyrites de cuivre. Les pyrites sont grilles dans des fours spciaux de faon liminer le soufre qu'elles renferment, et on obtient des oxydes que l'on fait chauffer additionns d'un fondant. On obtient alors un minerai nouveau que l'on appelle matte et auquel on doit faire subir encore plusieurs oprations de grillage avant d'obtenir le cuivre brut . Ce dernier est enfin affin soit dans un convertisseur genre Bessemer soit par un procd lectrolytique. Proprits physiques. Sa densit est 8,9 ; il est de couleur rouge-rose, excellent conducteur de la chaleur et de l'lectricit, ductile et mallable. 11 fond vers 1,100 ; s'crouit au laminage et se ramollit la trempe. Proprits chimiques. Inaltrable l'air sec, l'air humide il se recouvre de vert-de-gris. Il jouit de la proprit d'tre peu attaqu par l'acide chlorhydrique, mme chaud. Usages, Le cuivre a servi longtemps la confection des tubes de chaudires, mais il est aujourd'hui remplac par l'acier tir et sans soudure, sauf sur les locomotives, Actuellement, il sert surtout Ils sont d'un gris clair ; leur grain est rgulier. Moins ductiles

que le fer, ils sont en revanche beaucoup plus mallables. Ils fondent vers 1.400, peuvent se tremper

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28 la confection des tuyautages, au doublage des navires et rentre dans la composition d'un grand nombre d'alliages. ZINC (Zn). Poids atomique : 65. desquels on

Il se rencontre dans la nature sous forme de minerais appels blende ou calamine,

l'extrait par les deux oprations successives du grillage et de rduction de l'oxyde par le charbon. Proprits physiques. D'une couleur blanc-bleutre ; cassant la temprature ordinaire.

Sa densit est de 7 environ. Il fond vers 410 et se lime trs difficilement tant trop mou. Proprits chimiques. Usages. Il ne s'oxyde pas dans l'air sec. Dans l'air humide* il se recouvre d'une couche d'oxyde qui lui sert ensuite d'enduit protecteur. Il est trs attaquable par le courant lectrique, ce qui le fait rechercher pour la confection des piles, et pour empcher, dans les chaudires et les condenseurs, l'action des acides sur le mtal de ces appareils. Il s'emploie galement dans plusieurs alliages et sert la confection d'un mastic appel blanc de zinc utilis en peinture et pour la confection de divers joints. PLOMB (Pb). Poids atomique : 207.

Le plomb se trouve dans la nature l'tat de minerai ou galne. Dans ce cas encore, le minerai est grill, puis du corps obtenu on extrait le plomb, soit par raction, soit par rduction, soit par prcipitation ; le plomb obtenu dans chaque cas doit d'ailleurs tre affin. Proprits physiques. Il est'd'une couleur gris-bleutre. Sa cassure, lorsqu'elle est frache,

est trs brillante. Il est mou, ductile et mallable. Sa densit est de 11,35. Il fond vers 330. Proprits chimiques. Le plomb s'oxyde trs rapidement l'air. L'eau pure et prive d'air n'exerce aucune action sur le plomb, mais si elle est are, le mtal se recouvre d'un sel de plomb trs toxique. Il n'est presque pas attaqu par les acides. Usages. Il sert confectionner des joints, des fils, pour reprendre le serrage des articulations, des tuyaux, des fusibles pour circuits lectriques, rentre dans la composition de certains mastics, des accumulateurs, de certaines soudures. ET A IN [Sri). Poids atomique : 118. Comme les mtaux prcdents, l'tain se trouve dans la nature sous forme de minerai, qu'on nomme cassitrite . Le minerai, aprs avoir t tri, broy et lav, est encore soumis un grillage, puis rduit par le charbon. Proprits physiques. De couleur blanche, assez brillant, l'tain est un mtal mou, peu ductile, mais mallable. Sa densit est de 7,3 ; il fond vers 340. Il fond donc une temprature trs basse ; en oprant avec prcaution, on peut mme le fondre si on le chauffe sur une feuille de papier. Lorsqu'on plie une barre d'tain, on entend un bruit particulier d la rupture des cristaux, et qu'on appelle cri de l'tain.

I

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29 Proprits chimiques. L'tain s'oxyde trs peu la temprature ordinaire ; mais, par contre, chaud il s'oxyde trs rapidement. Usages. Il est employ dans l'opration qu'on appelle tamage et qui a pout bur de recouvrir les mtaux oxydables d'une faible couche d'tain pour les prserver de l'oxydation. galement dans un grand nombre d'alliage et de soudures. FER-BLANC. C'est de la tle de faible paisseur que l'on a tame. On l'obtient en plongeant Il s'emploie

la tle bien dcape dans un bain d'tain fondu recouvert de graisse. NICKEL (Ni). Poids atomique : 51.

Le nickel se rencontre l'tat de minerai. C'est un mtal blanc, trs dur, de densit 8.5Il est inaltrable l'air la temprature ordinaire. 11 est surtout employ pour recouvrir et prserver de l'oxydation, tout en leur donnant cette belle couleur argente que l'on connat, une foule d'appareils de prcision fabriqus avec des mtaux oxydables. ALUMINIUM (Al). Poids atomique : 27.

Ce mtal se trouve dans la nature l'tat de combinaison avec un oxyde ou alumine et avec certaines qualits d'argiles. On extrait aojourd'hui l'aluminium de ces corps par des procds lectriques. Proprits physiques. Mtal blanc, de densit 3,5. 11 fond vers 600. A rsistance gale il pse trois fois moins que l'acier. Proprits chimiques. Il ne s'oxyde pas l'air, mais est dsagrg par l'eau de mer. Son prix de revient est d'ailleurs trs lev. Aussi n'est-il gure employ dans la marine que dans certains alliages de bronze. ALLIAGES BRONZES. DIVERS

Les bronzes sont des alliages de cuivre et d'tain dans des proportions variables,

suivant leur usage. Le bronze ordinaire contient environ 80 parties de cuivre pour 20 d'tain. Sa densit est 8,5. Il est susceptible d'un beau poli et possde une grande douceur de frottement. Aussi est-il employ pour les coussinets d'un grand nombre d'articulations. Le bronze ordinaire acquiert cependant des proprits nouvelles lorsqu'on l'additionne d'environ 0,7 p. 100 de phosphore. Il est alors moins attaquable par les acides et les agents atmosphriques. Il prend alors le nom de bronze phosphoreux. 11 est surtout employ dans la confection des hlices. Un autre bronze spcial est le bronze d'aluminium employ dans la confection des appareils de prcision. Il renferme 90 p. 100 de cuivre pour 10 d'aluminium. LAITON (appel aussi cuivre jaune). C'est un alliage de cuivre et de zinc en proportions

variables. D'une couleur jaune, susceptible d'un beau poli, il a servi autrefois la confection des tubes

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de chaudires cause de sa haute conductibilit, 11 sert encore aujourd'hui la confection des tubes de condenseur, de la robinetterie, des masques et enveloppes pour cylindres et tuyautage, Il se travaille froid et sans tre recuit. A chaud, il se ramollit et devient cassant. Quand on doit le travailler au tour, on lui ajoute Un peu de plomb et d'tain, pour qu'il lie graisse pas les outils. LAITON FORGEABLE. C'est un alliage de cuivre et de zinc spcialement rserv pour la

fabrication des axes, des charnires, des garde-corps ; il a une rsistance la rupture de 40 kilog. sous un allongement de 20 25 p. 100. MTAL ANTIFRICTION. C'est un alliage renfermant 89 parties d'tain, 7 d'antimoine et

4 de cuivre. (L'antimoine est un mtallode, l'aspect mtallique, fondant vers 425), L'alliage ainsi obtenu a un frottement trs doux. Cette proprit l'a fait employer pour garnir les coussinets. Il a aussi sur le bronze l'avantage d'tre assez mou pour se laisser pntrer par les corps durs; en outre, lors d'un chauffement il fond, permettant la machine de continuer tourner, tandis que les coussinets en bronze se referment et peuvent bloquer la machine. On s'en sert galement pour garnir les patins de glissires, les bagues de pistons, etc. MAILLECHORT. Alliage form de 50 parties de cuivre, 30 de zinc et 20 de nickel. Il est blanc,

trs dur, peu altrable. Sert la fabrication de nombreux appareils de prcision, la confection des rsistances lectriques, etc. SOUDURES. Les principales soudures employes pour runir deux mtaux sont (en mettant

part les soudures homognes et autognes) : 1 Soudure des ferblantiers. Elle se compose de deux parties d'tain et une partie de plomb. Elle sert souder le fer blanc, le zinc et le cuivre. Sa rsistance la rupture est d'environ 3 kilogrammes par millimtre carr. Aussi 11e doit-on l'employer que pour de trs faibles efforts. Son point de fusion trs bas l'a fait d'ailleurs rejeter pour tout ce qui concerne la rparation des conduits de vapeur. 2 Soudure des plombiers. Elle se compose de deux parties de plomb et une de zinc. Employe dans la soudure des tuyaux de plomb, sa rsistance la rupture n'est que de 2 kilogrammes par millimtre carr. BRASURES. Les brasures sont des alliages base de cuivre. Elles servent, comme les soudures,

runir les mtaux entre eux. En particulier, le fer se brase avec du cuivre pur. 1 Brasure forte. Sert braser le cuivre roUge. Renferme 50 p. 100 de cuivre et 50 p. 100 de zinc. Sa rsistance la rupture atteint 12 kilogrammes. 1

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2 Brasuie tendre. -

Sert braser le laiton. Contient 25 p. too de cUivte et 7S p. 100 de zinc.

Rsistance 8 kilogrammes pat millimtre carr. Les charges de scurit sont environ 1 /5 e des chiffres prcdents; ALLIAGE DE L'ALUMINIUM. On obtient un excellent alliage en fondant ensemble, dans

des proportions convenables, les six mtaux suivants : aluminium, antimoine, cuivre, tain, plomb et zinc. Non seulement un tel alliage diminue le frottement, mais son grain est tel qu'il est beaucoup plus rsistant que les bronzes ordinairement employs; Pour obtenir cet alliage, on fait d'abord fondre le cuivre et l'on y ajoute successivement les autres mtaux. A chaque addition d'un nouveau mtal, on brasse nergiquement le mlange au moyen d'une barre de fer et on laisse peu peu tomber le feu. Vers la fin de l'opration, on brasse non plus avec une barre de fer, mais avec une tige en saule ou en sureau qui, par les gaz qu'elle dgage, rduit les oxydes qui se sont forms. Les proportions donnant le meilleur alliage sont les suivantes : cuivre 1,20 p. 100, tain 12 p. 100, plomb, 0,80 p. 100, antimoine 14 p. 100, aluminium 35 p. 100, zinc 37 p. 100. On peut modifier ces quantits selon l'emploi auquel l'alliage est destin. Les limites extrmes du mlange sont : cuivre 0,40 1,25 p. 100, tain 10 15 p. 100, plomb 0,60 0,85 p. 100, antimoine 6 20 p. 100, aluminium 15 35 p. 100, zinc 30 55 p. 100.

TROISIME

LEON

Gnralits sur les ChaudiresLes chaudires actuelles appartiennent aux deux grands systmes existants : 1 Systme dans lequel la flamme est intrieure aux tubes ou systme tabulaire : 2 Systme dans lequel la flamme est extrieure aux tubes oit systme flamme directe, ainsi que leurs drives. Dans le second, les chaudires iNiclaUsse, Belleville. Babcock et Wilcox, Lagrafel et d'Allest, Yarrow, Thornycroft, Du Temple, Guyot. Normand et quelques autres types. Quelle que soit la chaudire laquelle on puisse avoir affaire, toutes ont des dtails communs, que nous allons examiner avant d'entreprendre l'tude spciale chaque type. Chacune des chaudires prcdentes comprend essentiellement une enveloppe, un foyer, un faisceau lubulaire, une chemine, une chambre eau, une chambre vapeur, des appareils accessoires. ENVELOPPE. Toutes les enveloppes des chaudires sont en acier extra doux, provenant des avantage aquaiubuktire. Dans le premier systme, nous tudierons les chaudires flamme en fetolir et les chaudires

fours Siemens-Martin. Cet acier donne des tles de qualit suprieure et qui 011 l'immense de ne pas prendre la trempe. FOUR SIEMENS-MARTIN-.

Le four Siemens-Martin a pour but de convertir la fonte en

32 acier dur ou doux. Ce dernier cas est celui qui concerne les tles de chaudires. Le four est chauff au gaz pauvre (l'oxyde de carbone produit par un gazogne), avec mlange d'air. Il se compose (jig. 9) de deux chambres gaz identiques A et A ' et deux chambres air galement identiques B et B', toutes ces chambres tant intrieurement revtues de briques rfractaires. Ces chambres peuvent tre mises deux deux (airC *

L ,1 :

et gaz), alternativement en communication avec les arrives et avec les vacuations de la chemine. Ainsi par exemple, dans une premire opration, on fera arriver le gaz en A et l'air en B. Le mlange enflamm chauffera le four proprement dit C puis les chambres A' et B' et de l, les gaz de la combustion iront la chemine. Imaginons alors un systme qui puisse mettre maintenant les chambres A' et B' en communication avec les arrives, et A et B en communication avec la chemine. On pourra alors chauffer de la mme manire que prcdemment, A et B.

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C s >Fig. 0.

O

Mais, tandis que A' et B' sont chaudes (temprature d'environ 1 000), 011 introduit dans le four des gueuses de fonte chauffes au rouge. La chaleur du gaz en porte rapidement la temprature 1.500, point de fusion de la fonte. On introduit alors des morceaux de fer trs oxyds dans la masse en fusion, morceaux de fer que l'on a pralablement chauffs au rouge, pour ne pas trop diminuer la temprature du bain. Puis 011 brasse le mlange. L'oxyde de fer dcarbure la fonte. On s'arrte quand on a un acier contenant deux pour mille environ de carbone. On se rend d'ailleurs compte du degr de l'affinage en prlevant de temps en temps quelques chantillons qui sont soumis des essais. Le plus souvent mme 011 pousse l'opration jusqu' complte oxydation de toutes les impurets, et la masse liquide est ensuite raffine par l'addition de ferromanganse qui rduit l'oxyde de fer et recarbure le mtal. On coule ensuite l'acier dans des moules spciaux ou lingotires dans lesquels on le laisse refroidir jusque vers 300. Puis on le dmoule et on le conserve chaud jusqu' l'opration du laminage. Dans cette opration pour laquelle plusieurs trains de laminoirs sont ncessaires, on est oblig de chauffer constamment l'acier. INVERSION DU COURANT. Divers systmes d'inverseurs du courant des gaz existent.

La figure 10 reprsente schmatiquement un moyen d'arriver ce rsultat : a est l'arrive du gaz ; b la communication avec la chemine. Dans deux cylindres c et c' se meuvent solidairement deux pistons p et p' qu'on peut volont placer dans la position 1 ou dans la position 2 (indique par 1111 pointill). Dans la position 1 011 voit trs clairement que le courant se fait suivant a A C A ' et b. 1

-

33

-

A

C

A'

/ f

rFig. io.

- )

Dans la position 2 au contraire le courant suit le chemin aA'CAb, la position 1 la position 2, on a bien invers le courant. Un mme dispositif peut exister simultanment pour l'air. TOLES. auquel elles

c'est--dire qu'en passant de

Les tles employes sont de dimensions et d'paisseur variables, suivant l'usage sont destines. surtout dans les parties de formes sinueuses ou lorsqu'on a besoin

1 Tles fines.S'emploient

d'une forte rsistance ou d'une grande ductilit. 2 Tles ordinaires. S'emploient dans les parties planes (par exemple dans les cloisonnements) n'ayant pas de pression supporter. 3 Tles suprieures. S'emploient dans toutes les parties soumises la pression de la vapeur. Ces dernires tles, en acier doux, doivent pouvoir supporter une rsistance minima de 35 kilogrammes par millimtre carr, cette rsistance ne devant pas, d'ailleurs, dpasser 48 kilogrammes. L'allongement sur une barrette de 200 millimtres de long de 30 p. 100 (35 kilogrammes) 20 p. 100 (48 kilogrammes). La qualit de l'acier est dtermine par un essai de traction sur la barrette prcdente et par des essais de trempe. On prend pour cela une bande de tle de 40 50 millimtres de largeur dont on aura bien dress les diverses artes. Cette bande est chauffe au rouge sombre et plonge dans de l'eau 28 centigrades ; puis elle

I

-

34

-

sera replie en forme de fer cheval branches parallles et telle que le rayon de courbure intrieure soit infrieur une fois et demie l'paisseur de la bande. Aprs ce travail, on ne devra relever sur la tle aucune trace de gerure, CALCUL DE L'PAISSEUR D'UNE TOLE DE CHAUDIRE. De nombreuses formules

sont actuellement en usage ; toutes sont bonnes car elles sont fort souvent dtermines empiriquement par les constructeurs eux-mmes. Nous nous contenterons d'en donner une, prise parmi les plus simples et que nous avons eu maintes fois employer. L'effort qui tend rompre une chaudire vapeur cylindrique suivant une gnratrice par milliPD mtre de longueur est exprim par (P tant la pression effective en kilogrammes par millimtre carr et D le diamtre de la chaudire en millimtres). L'effort tendant produire la rupture des fonds de la chaudire est PD

Si l'on dsigne par / la rsistance par millimtre carr de mtal la traction (6 8 kilogrammes en moyenne) on aura l'paisseur e en millimtres par la formule : PD e pour les tles du contour.

2/

et

PD e = pour paisseur des tles de fond.

ASSEMBLAGE doux.

DES

TOLES.

Les tles sont assembles au moyen de rivets en acier extraau poinon, puis alss en [cne et de

Les trous doivent

tre percs au foret et non

faon juxtaposer les petites bases. Les rivets sont en fer ou eu acier extra-doux ; les types les p l i e employs ont la forme des

\

' L^SLV

V.

I

^

K

:

Fig. n .

Fig. 12.

Fig. i

F i g . 14.

figures 1 1 , 12, 13 et 14: (fig. 11) tte demi-fraise ; (fig. 12) tte normale ; (fig. 13) tte entirement fraise ; (jig. 14) tte conique. L'tude de la rsistance des matriaux apprend calculer les diffrentes dimeastees ctes rivets. En pratique, H bous suffira de savoir que k daamtfe du rivet doit tre pris gal V paisseur des

35 deux tles runir pour des tles moyennes ; il est plus faible que ^'paisseur pour de fortes tles etplus fort pour des tles plus faibles (fig. 15). Le Board of Trade donne les rgles suivantes : (d, diamtre du rivet et e, paisseur d'une tle) pour les chaudires : Rivure 1 rang de rivets d = 1,8 e.

JV

23

d = 1,7 e. d =1,3

e.Fig. 15. Rivet employ pour l'assemblage des tles de carne. h = 0,4 D D ' = 1,5 D

Le rivetage des tles peut se faire froid ou chaud ; ce dernier est prfrable parce que plus rapide ; en outre le rivet en se refroidissant diminue de longueur, ce qui assure un rapprochement nergique des tles. Au-dessus d'un diamtre, gal 2 4 m m , le rivetage ne doit plus tre fait la main. NOTA. Les figures 11, 12, 13 et 14 donnent les dimensions gnrales d'un rivet de 30 de diamtre. rivetage fasse accorder les tles. Pour effectuer la rivure, le corps du rivet doit dborder la tle de une fois et demie son diamtre. DIFFRENTES FAONS D'ASSEMBLER LES TOLES DE CHAUDIRES. 1 Assem-

La hauteur de la fraisure doit tre infrieure de 1 ou 2 m m l'paisseur de la tle pour que le

blage clin. Les deux tles runir viennent recouvrir l'une sur l'autre, et on les jonctionne au moyen d'une ou plusieurs ranges de rivets. La figure 16 indique une rivure un rang, la figure 17 une rivure plusieurs rangs en quinconce

Fig. 16.

Fig. 17.

Fig. 18.

et la figure 18 une rivure plusieurs ranges rectangulaires. Sur ces figures, sont galement portes toutes les cotes concernant l'espacement des trous et leurs distances respectives au bord de a tfte,

-

36

2 Assemblage franc-bord.

Dans ce genre d'assemblage (fig. 19) les deux bords de la tle sont rapprochs jusqu' l'effleurement et le jonctionnement se fait grce une bande de tle A ou couvre-joint rive sur les deux partiesFig. 20

de tle assembler. Assemblage tionnes 90. On peut alors oprer comme l'indique la figure 20. C'est--dire couder l'une des tles 90 et la river sur l'autre. Le procd de la figure 21 est rectangulaire. Dans

certains cas, les tles doivent tre jonc-

"^Îlllpllll |I1|L.v.. xMsiliR^sspâFlg. 21. Flg. 22.

prfrable parce qu'il permet de ne cou(jer q u e partiellement chaque tle. Le mtal de cette faon a moins de tendance s'aigrir ou se gercer pen-

dant'le travail de coudage. Enfin dans la figure 22, aucune des tles n'est coude. La jonction est tout simplement faite au moyen d'une cornire 90. M AT AGE DES TOLES. Le matage est une opration extrmement dlicate ; il doit tre fait

trs lgrement avec un burin fin et un petit marteau. Un matage mal fait ou trop fort est mauvais ; aprs le premier dcrassage, il fait reparatre la fuite plus importante qu'avant le refoulement de la tle. On se sert alors d'appareils appels matoirs (fig.23,

24, 25).Fig. 2 ; .

La tle est d'abord chanfreine suivant un angle de 45 60, puis au moyen de l'un de ces appareils et autant que possible en dedans de la chaudire, on rabat l'une des tles sur l'autre. Cette opration ncessite un tour de main spcial et doit tre extrmement bien faite, car c'est d'elle que dpend l'tanchit de la chaudire. Le matoir de la figure 23 a un bout carr, celui de la figure 24 un bout rond et celui de la figure 25 un bout rond avec paulement. galement, mais donne de bien meilleurs rsultats que le prcdent.

Fig. 24.

Fig. 2,'.

Le premier rafle et affaiblit la tle, le second comprime le mtal sans l'rafler et le troisime

FO YER. Le foyer est la partie de la chaudire dans laquelle se fait la combustion. Il est termin par une partie qu'on appelle chambre feu o se rassemblent les gaz avant leur passage travers les

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- 3 7

faisceaux tubulaires. Le foyer proprement dit comprend deux parties : une partie suprieure o se place le combustible et une partie o tombent les scories et rsidus divers de la combustion. Ces deux parties sont spares par un plan de grille et un autel. PLAN DE GRILLE. Cette partie se compose d'un certain nombre de barreaux en fer forg

reprsents en lvation, profil, plan et perspective dans les figures 26, 27, 28. Il y a trs souvent plusieurs ranges de barreaux. La premire range repose l'avant de la chauLVATION

U

4|Y

GPLAN Fig. 26.

Fig. 30.

PROFIL CoupeXY

Fig. 28.

m

^

D

Fig. 29.

Fig. 31.

dire sur une partie en fonte appele sole (fig. 29). L'arrire de cette range ou l'avant de la suivante repose sur des poutres en fer s appeles sommiers (fig. 30), et la partie arrire de la dernire range s'appuie sur-une savate mtallique appartenant l'autel (fig. 31). Les barreaux sont percs de trous pour augmenter la surface refroidissante due l'air frais. La sole ou les sommiers sont tenus par des supports g ou galoches, rivs sur les parois de la chaudire et les sommiers sont runis par des boulons avec interposition de bloc mtalliques pour maintenir l'cartement. Les intervalles qui existent entre les barreaux d'aprs leur construction mme (fig. 26), permettent l'air d'arriver au centre de la masse combustible, et aussi aux cendres de tomber dans le cendrier. Le vide est gal aux 4 /10 e de la surface totale de la grille ; le plan de grille est inclin 10.

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- 3 8 Les gros barreaux en fer (fig. 26) ont des ttes forges qui en dterminent l'cartement. Les barreaux minces en fer sont rivs par groupes de deux ou piusieurs lames spares par des cales. La fonte forme galement des groupes de plusieurs barreaux (fig. 32). Une partie mobile ou jette-feu (fig. 33), place l'avant de la grille, facilite le nettoyage sur certaines chaudires. Les barreaux ne garnissent pas toujours compltement les angles ou les cts de la grille ; les vides qu'ils laissent ont une influence fcheuse, en permettant la chute du combustible et en laissant passer des courants d'air frais qui refroidissent la tle de la chaudire. JEU Fig. 52. DES BARREAUX.

1] Oil j ta

Entre deux ranges de barreaux, on doit laisser un jeu a variant de 1 2

centimtres suivant les dimensions des barreaux, afin de laisser toute libert la dilatation longitudinale, sous peine de voir se produire la dformation des barreaux, leur chute, et peut-tre, la destruction totale du plan de grille. De mme entre chaque barreau d'une range, il doit exister un certain jeu. Ce dernier se dtermine pratiquement de la faon suivante : on met en place sur le plan de grille autant de barreaux qu'il est possible d'en mettre, puis on en enlve un. Le jeu rsultant est alors rparti entre tous les autres barreaux (fig. 26). Remarque. Il convient que la grille distribue l'air uniformment travers toute la masse du combustible, dont la nature commande la grosseur et dicte l'cartement des barreaux. Les barreaux minces accoupls prsentant une double surface refroidissante l'air qui traverse leurs interstices ; ils conservent toute leur rigidit parce qu'ils ne rougissent pas. Une paisseur de 8 10mm,

avec un em-

vide gal, parait convenable pour les combustibles, souvent menus, ploys en France. Pour viter que les mchefers n'emptent les barreaux, on construit des grilles dont les barreaux sont mobiles (grilles secousses, grilles oscillantes) ; ces appareils ne sont gure employs en France. On peut en citer l'emploi sur les locomotives Pacific, de l'Orlans.Fig. H -

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39 AUTEL (fig, 31). L'autel forme en quelque sorte le fond du cendrier et du foyer. 11 est form

de briques rfractaires tenues au moyen d'armatures en fonte ou en acier moul. Son but est de retenir le charbon et de guider les gaz et les flammes. Il soustrait les emmanchements des tubes au rayonnement direct de la flamme. Il est le plus souvent perc de trous coniques appels trous Williams, destins livrer quan*M 0

passage une certaine

tit d'air venant du cendrier, air qui se mlangeant avec les gaz du fourneau provoque l'in-

J p.,g

flammation de ces gaz dans le corps du faisceau tubulaire (fig. 34). Quelquefois (fig. 35) l'air peut-tre renvoy dans le fourneau au moyen d'une porte manuvrable du cendrier. PORTES DE FOURNEAU. Formes de deux ou trois tles entretoises montes sur un cadre permettent une circulation d'air, et vitent le rougissement de la porte intrieure. Elles s'ouvrent du dehors en dedans et se ferment automatiquement.

(fig. 36) et supportes par deux tourillons horizontaux. La tle extrieure est perce d trous qui

PORTES

DE CENDRIER

(fig. 37). 6mm

Sont

constitues par une tle de 5

monte sur un

axe horizontal plac au-dessus de leur centre de gravit. En cas d'avarie, elles doivent se fermer automatiquement sous l'action e la pousse de la vapeur qui s'coule de l'avarie. FAISCEAU TUBULAIRE. Les anciennes

TT^vFig. 36.

chaudires, qu'on nommait chaudires bouilleurs, comprenaient un seul gros cylindre que traversaient Fig.17

les gaz de la combustion et travers lequel leur chaleur se transmettait l'eau de la chaudire.

On a aujourd'hui abandonn presque totalement ce systme dit bouilleur pour le remplacer par un trs grand nombre de petits tubes dont l'ensemble porte le nom de faisceau tubulaire. Pourquoi donc cette transformation qui naturellement augmente la difficult du travail et les soins de conduite et d'entretien ? C'est que, galit d'encombrement, la surface de chauffe, reprsente par la surface latrale de plusieurs petits tubes, est suprieure celle d'un seul.

40 En effet : Soit D, le diamtre d'un gros tube et d, celui d'un petit. Soit x, le nombre de petits tubes qu'il faudrait pour que leur section totale galt celle du tube de diamtre D. On a : d'o On a d'autre part : Surface latrale du gros tube = - D l , l tant la longueur. Surface latrale des x petits tubes de mme longueur que le prcdent = Pour comparer xr.dl comparer x d et dVx x-dl. on peut - D/, il suffit de comparer xd et D. Or, puisque (t) D = d \/x 71 D 2 -Kd2 = x x 4 4 D 2 = xcP et D d Vx (1 )

. L a premire de ces quantits est visiblement la plusgrande, ce quirevient dire

que la surface de chauffe des x petits tubes est suprieure celle du tube bouilleur de mme section. NATURE DU MTAL DES TUBES. Les tubes ne se font aujourd'hui que de deux faons :

1 Pour la plus grande partie, ils sont en acier extra-doux tirs et sans soudure. Ils peuvent ainsi rsister toutes les pressions, ne prennent pas la trempe et sont d'un prix de revient modr. 2 En laiton, pour des pressions non suprieures 6 kilogrammes. Encore est-on souvent oblig de les rabouter en cuivre rouge du ct de la bote feu, le laiton se ramollissant et perdant une notable partie de sa rsistance aux tempratures leves. L'avantage du laiton sur l'acier est qu'il est meilleur conducteur de la chaleur, mais son prix de revient lev et l'impossibilit qu'il y a de l'employer pour toutes pressions le font abandonner peu peu. CARNEAUX, CONDUITS DE FUME ET CHEMINE. Aprs avoir lch les tubes, les

flammes pntrent dans une partie de la chaudire qu'on appelle bote fume. Les produits de la combustion traversent parfois des conduits de fume ou carneaux avant d'tre vacus par la chemine. La chemine, dans la Marine et les Chemins de fer, est un tuyau en tle section cylindrique ou elliptique plac verticalement sur la calotte de la chaudire. La chemine dtermine l'appel de l'air. A ce double point de vue, la hauteur de la chemine prsente une grande importance. La section et la hauteur de la chemine sont trs variables ; celle-ci varie de 8 10 mtres, elle se compte partir du plan de grille. Pour les paquebots, ellle augmente considrablement. Ainsi la France, un des paquebots de la Compagnie Transatlantique les plus rcemment construits, a 4 chemines ayant chacune 34 mtres de haut et 5m ,30

de diamtre.

Son cloisonnement intrieur divise la section droite de la chemine en autant de conduits indpendants qu'il y a de groupes de chaudires. Les trous de rivetage des cloisons doivent tre ovaliss pour permettre une libre dilatation des tles sans amener leur gondolement. TIRAGE. C'est l'action plus ou moins nergique en vertu de laquelle l'air est attir dans les

cendriers, s'lve travers la couche de combustible, franchit le faisceau tubulaire pour tre vacu

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41 dans l'atmosphre en passant dans la chemine. Toutes choses gales d'ailleurs, le tirage est d'autant plus considrable que la chemine S est plus haute, sa section plus grande, la temprature des gaz de la combustion plus leve et celle de l'air extrieur plus basse. Soit (jig. 38) une chemine de section s et de hauteur h. Appelons H la hauteur de la couche d'air atmosphrique de densit d au-dessus du plan de grille et soit d'la densit des gaz chauds. Le tirage est visiblement la rsultante de deux forces F et F' agissant en sens contraire suivant l'axe de la chemine et sur la base de cette dernire (plan des grilles). La force F reprsente le poids d'une colonne d'air ayant pour hauteur l'atmosphre et pour base la section de la chemine. F SI h / d c S h h d h d ' l a ' ' u " a i a d . r : 1 1 ! 1

La force F' est gale la somme d'une colonne s'exerant la partie suprieure de la chemine, donc hauteur H h augmente du poids d'une colonne de gaz reprsente par le volume de la chemine : soit F' = S (H h) d + S On aura donc Tirage = SH d [S(H h) d + S M ' ] T = S H ^ [S Hd S hd + T = SHd SHd + S M Shd' T = Shd - S M ' = Sh (d d') formule qui montre que le tirage est proportionnel S et h, ainsi qu' (dd'). Or dd' plus chaud. S

M

'

]

1

s

Fis-

est d'autant plus grand que d est plus grand et d'plus

petit et d'autre part la densit

d est d'autant plus grande que l'air est plus froid et la densit d' d'autant plus petite que l'air est Cependant on est limit par tous ces facteurs. Ainsi une chemine trop haute serait difficilement utilisable cause de la prise qu'elle donnerait aux vents et d'ailleurs les refroidissements des gaz augmentant avec sa longueur, le tirage finirait par diminuer. Il y a galement lieu de tenir compte de la vitesse d'coulement, proportionnelle la racine carre de h et inversement celle de d'.

v = V proportions.

V d'

Cette vitesse, en effet, pouvant diminuer par une obstruction des grilles (couche de charbon trop paisse), ferait augmenter la temprature il est vrai, mais diminuerait la vitesse dans les plus grandes Remarque. D'aprs certains auteurs, les formules ne sauraient donner avec prcision les dimensions d'une chemine, parce que les coefficients importants de frottement des gaz et de rayonnement y sont loin d'tre exactement exprims. Ces dimensions paraissent dpendre de quatre causes : 1 De la quantit d'air qui traverse le foyer.

42 2 De la temprature laquelle l'air pntre la base de la chemine. 3 De la quantit de chaleur perdue par rayonnement. 4 De la hauteur de la chemine. . Cette dermere dimension parait rsulter exprimentalement du rapport le tirage est maximum. Un bon tirage ne saurait tre obtenu qu'autant que les produits de la combustion conservent une temprature de 300 350. La formule de Peclet donne /20PD Vitesse = V = V/ hauteur diamtre 7 pour lequel

V

10

P est la pression que produit l'coulement, D est la racine carre de la section. TIRAGE FORC. On nomme ainsi le tirage produit par des moyens mcaniques.

On en connat plusieurs catgories : 1 Tirage par jet de vapeur dans la chemine. Ce systme est trs efficace mais trs coteux. Un systme de buse envoie la vapeur dans la chemine, ce qui fait succion et active le tirage. Il n'est gure employ que sur les canots et locomotives. Ce tirage a permis de diminuer la hauteur des chemines et d'augmenter la chaudire. Chemins de fer du Nord (Peclet). 2 Tirage en vase clos. Ce tirage est surtout employ dans la Marine de l'Etat sur les torpilleurs. Mettons la chaudire dans un compartiment ferm d'o sort seule la chemine H. Un ventilateur V refoule de l'air par un conduit D dans la chambre de chauffe o se tiennent les chauffeurs ; on obtient ainsi dans ce vase clos une pression plus leve que la pression extrieure ; l'air refoul s'chappe par C, travers la grille et le foyer, et de l dans la chemine. On peut arriver ainsi envoyer la quantit d'air que l'on veut et brler jusqu' 500 kilog. par mtre carr de grille et par heure (torpilleurs). Avec le tirage forc, il n'est pas ncessaire d'avoir de hautes chemines. On mesure la pression d'air dans la chaufferie au moyen d'un manomtre air libre ou anmomtre, contenant de l'eau, T ; une branche communique avec l'intrieur, l'autre avecl'air libre ; l'eauFig- 19-

remonte dans la branche extrieure et on value la pression par la diffrence des niveaux h (jig. 39).

On ne dpasse pas une pression de 120 m m d'eau sur les torpilleurs, o la chauffe est extrmement intense. L'inconvnient de ce procd est de produire une pression sur toutes les parois du compartiment,


-43

-

en particulier sur les portes ; il en rsulte la ncessit d'employer des sas, pour pntrer dans la chaufferie. 3 Tirage en cendrier clos, dit tirage Howden. Trs en faveur dans la Marine du Commerce > le dispositif gnral reprsent schmatiquement (fig. 40), donne l'ensemble d'une installation. Dans la chambre C, un faisceau de tubes R en laiton de l m m d'paisseur autour desquels circule l'air refoul par un ventilateur V. Les tubes T, placs dans la bote fume, sont traverss par les gaz de la combustion. L'air chaud passe du rchauffeur dans le cendrier par un conduit adoss la faade de la chaudire. Sa pression est donne par le manomtre air libre m. Deux registres papillon permettent d'intercepter la communication du conduit d'air chaud avec le cendrier et le fourneau. Le rendement calorique total est, dit-on, augment de 7 % . L'air arrive dans le cendrier avec une temprature de 80 100. Le rendement thermique peut tre valu, thoriquement, de la faon suivante. Sans rchauffeur : TjTo Ti T x = 1770, temprature absolue du foyer : T 0 = 570, temprature absolue des gaz leur sortie la base de la chemine. 1770-570 1770 Avec rchauffeur :P=:

0,67

1770470 1770

=

0,73

Cet appareil n'est pas sans inconvnients : La conduite de la chauffe est plus dlicate. Il faut spcialement veiller la rgularit de la couche de combustible. Il augmente la temprature de la chambre de chauffe. Les conduits en tlerie s'usent assez rapidement.Fig. 40.

4 Tirage par aspiration dans la chemine. Ce genre de tirage a donn lieu autrefois quelques mcomptes, mais semble trs digne d'intrt. Il consiste aspirer au moyen d'un ventilateur-aspirateur les gaz de la chemine. Le rendement est comparable celui du foyer Howden. Les ventilateurs sont plus sujets avaries et l'encrassement. Une nouvelle disposition prvoit l'emploi de deux ventilateurs, l'un aspire les gaz chauds la base de la chemine, 37mm d'eau ; l'autre refoule l'air pur dans le rchauffeur, 2 5 m m d'eau. Cette complication rgle mieux le tirage, vite la tendance aux retours de flamme.

44 POIDS DE COMBUSTIBLE DE GRILLE BRULE ET PAR PAR MTRE CARR

HEURE

1 Surface de grille. C'est la surface gnralement value en mtres carrs de toute la partie de la grille sur laquelle se trouve tal le combustible. La surface de grille se dtermine de la faon suivante : A bord des paquebots ayant de hautes chemines et dont la chauffe est bien conduite, on peut brler au tirage naturel jusqu' 90 kilogrammes de charbon par heure et par mtre carr de grille. Pour les navires plus petits, il ne faut pas compter sur plus de 60 70 kilogrammes. La surface de grille varie environ de 0 m2 ,01 0 m2 ,0140 par cheval. 2 Surface de chauffe. On appelle ainsi toute surface mtallique d'une chaudire, qui se trouve en mme temps en contact par une de ses faces avec l'eau ou la vapeur et par l'autre face avec la flamme ou les gaz chauds. Dans la Marine et l'Industrie, on prend ordinairement comme rapport entre la surface de grille et la surface de chauffe Sg Se=

l_ 27

c'est--dire que la surface de chauffe est environ 27 fois plus grande que la surface de grille. Avec le tirage forc, elle est quelquefois 60 fois plus grande et mme 75 fois dans les locomotives. Dans ce cas-l, d'ailleurs, la combustion peut s'lever 600 kilogrammes par mtre carr de grille et par heure et la production de la vapeur peut atteindre 50 kilogrammes par mtre carr de surface de chauffe et par heure. Remarque. Une tle d'un mtre carr, baigne d'un ct par l'eau de la chaudire, et de l'autre ct, en contact avec les gaz chauds de la combustion, laisse passer pendant chaque minute une quantit de chaleur limite, ou, en d'autres termes, ne peut vaporiser pendant chaque minute qu'une quantit d'eau limite. Cette quantit dpend des tempratures de l'eau et des gaz : elle est d'autant plus grande que les gaz qui communiquent la chaleur sont plus chauds. Ainsi un mtre carr du foyer, un mtre carr l'entre des tubes auprs du foyer, tant en contact avec la flamme mme ou les gaz trs chauds, vaporise beaucoup plus d'eau qu'un mtre carr pris plus loin dans les tubes, sur lesquels passent des gaz dj refroidis ; si les tubes sont trs longs, la dernire partie, auprs de la bote fume, en est peu active. On appelle surface de chauffe directe celle du foyer, expose la chaleur rayonnante du combustible, ainsi qu'au contact des gaz trs chauds produits par la combustion. La surface de chauffe indirecte est celle des tubes, soumise seulement l'action des gaz, de moins en moins chauds, mesure qu'ils s'avancent du foyer vers la bote fume. On compte comme surface de chauffe, tantt la surface intrieure des tubes, celle qui touche les gaz chauds, tantt la surface extrieure, en contact avec l'eau : la diffrence entre les deux nombres est assez forte, cause du petit diamtre des tubes et de leur paisseur relativement grande. Le mieux est de choisir la surface en contact avec les gaz, puisque c'est celle qui reoit la chaleur. Avec les tubes ailettes on ne peut gure compter autrement.

/

_

4*5

Des expriences ont dtermin le poids de vapeur que peut fournir, en une minute, d'une part le foyer, et, d'autre part, le faisceau tubulaire, suppos partag en plusieurs tronons successifs par des plaques intermdiaires : la fig. 41 (chaudire de locomotive) reprsente approximativement les poids vaporiss en une minute, quand la combustion est active ; elle montre au-dessus de la surface de l'eau la quantit qui se vaporise dans chaque tranche de la de vapeur chaudire. Les proportions

ainsi produites par les diverses parties d'une chaudire varient avec ses dimensions et, dans un mme appareil, avec l'activit de la combustion. On voit sur le diagramme que c'est au-dessus de l'embouchure des tubes que une surface de chauffe bien plus grande que le foyer. La quantit de chaleur cde par la surface de chauffe sert chauffer l'eau d'alimentation, puis la vaporiser ; seulement le chauffage de l'eau est en partie indirect : dans l'injecteur, la vapeur commence la porter une temprature voisine de 100, puis elle se mlange l'eau chaude qui remplit la chaudire. Une surface de chauffe trop petite laisse perdre beaucoup de chaleur ; trop grande, elle alourdit peu utilement l'appareil. En outre, des tubes trop longs nuisent l'activit de la combustion.Fig. 41.

la production est la plus vive. Par mtre carr, le foyer produit davantage, mais les tubes prsentent

ORGANES

ACCESSOIRES

COMMUNS

A TOUTES

LES

CHAUDIRES

MANOMTRES.

Les manomtres sont des instruments destins indiquer d'une faon

prcise et en tout temps la pression qui existe l'intrieur d'un rcipient clos. Toutes les chaudires doivent en tre munies. On distingue trois sortes de manomtres : les manomtres air libre, air j comprim, mtalliques. Les deux premiers genres sont tudis dans les cours de physique. Nous dirons cependant quelques mots du premier qui, sous le nom d'anmomtre, est souvent employ. Le troisime est exclusivement rserv pour toutes les pressions de vapeur. MANOMTRE A AIR LIBRE OU ANMOMTRE. Employ pour

indiquer la pression d'air dans les chambres de chauffe, dans les cendriers des chaudires marchant au tirage forc et dans les scrubbers des installations de gazognes. C'est un tube en verre recourb en U (fig. 42). L'une des branches communique avec le rcipient dont on veut connatre la pression, l'autre avec l'atmoFig, 42-

sphre ; le tube est fix sur une planchette.


46 Dans le tube on verse de l'eau colore avec du vin ou du permanganate, par exemple, de faon que le niveau des deux branches corresponde avec les zros de deux graduations en sens inverse marques sur la planchette. Cette graduation est faite en millimtres ou centimtres d'eau. Quand la pression agit, le liquide descend dans la branche A et monte dans la branche B. Pour avoir la pression du moment, il faut donc faire la somme des deux graduations, la pression tant mesure par la diffrence des deux niveaux. Dans le tirage par aspiration, et dans les scrubbers des gazognes, c'est le phnomne inverse qui se produit. Mais dans les deux cas, il faut avoir bien soin de mesurer la pression par la difference des deux niveaux. MANOMTRE Le manomtre BOURDON. mtallique

Bourdon

(fig. 43) se compose d'une bote mtallique B contenant tout le mcanisme. Une tubulure T, fixe sur cette et communiquant avec MNOP la bote chau-

dire par un tuyau fix sur un robinet R, porte un tube section P. Cette d'une aplatie ferm l'extrmit

extrmit est relie au moyen

petite bielle CD une pice D E perce d'une mortaise rectangulaire. Dans cette mortaise passe librement l'axe S supportant un secteur dent. Une vis V, se vissant dans le secteur, le runit la pice D E . Ce dispositif permet de faire varier la distance D S pour rgler l'appareil. Le i secteur engrne avec une roue dente monte sur un axe A portant une aiguille simplement emmanche frottement dur. Cette aiguille peut se mouvoir sur un cadran dont la graduation indique les pressions exerces en kilogrammes par centimtres carrs.L'instrument marque les pressions effectives lorsque la graduation part de zro. La vapeur arrive de la chaudire par le tuyau t. pour former poche d'eau et aboutit dans le tube de l a i t o n ! contourn et tourn en spirale ; ce tube de section elliptique est libre de se mouvoir dans sa

47 bote par son extrmit ferme ; l'extrmit ouverte est relie d'une faon tanche au tuyau t. Le tuyau T est lui-mme coud, pour qu'une certaine quantit d'eau s'y condense et que ce soit elle qui transmette les pressions l'appareil. La vapeur en effet tant haute temptature finirait par aigrir le mtal du petit tube t et dtruirait son lasticit. En outre l'appareil est gnralement gradu froid, la pression hydraulique. Si donc la vapeur agissait directement sur ce tube, l'instrument prendrait avec les diverses pressions des tempratures diffrentes Les pices du mcanisme se dilateraient avec les augmentations de pression et toutes les indications seraient fausses. L'eau condense dans le tube conserve une temprature uniforme et assez basse, ce qui remdie aux inconvnients ; cependant s'il est bon que de l'eau se trouve dans le manomtre, il faut avoir soin qu'elle n'y sjourne pas trop longtemps, afin d'viter qu'il se produise des dpts dans les tubes, ce qui les altrerait et pour cela il faut le purger environ une fois par jour. Fonctionnement de l'appareil. Quand la pression agit dans le manomtre, le tube de laiton

se droule entranant avec lui le secteur ; l'aiguille se dplace sur le cadran qui a t gradu par comparaison avec un manomtre-talon, indiquant par suite la pression exacte du moment. Mais pourquoi le tube se droule-t-il ? Ce tube en laiton a une section elliptique [fig. 44) dont le grand axe varie peu et dont le petit dcrot depuis l'orifice d'introduction du fluide, jusqu' l'extrmit libre. Or la pression, dans ce tube, agit avec plus de force sur les parties aplaties que sur les parties bombes, la surface des premires tant plus grande que celle des secondes, la section tend prendre une section circulaire. Dans ce mouvement, le rayon moyen R x du tube augmente et par suite le tube se droule. En effet, soit (/*? 45), le tube it', R et r les rayons extrieur et intrieur du tube et 2 d le petit diamtre. D'aprs un thorme connu de gomtrie, on a : Arc mn " qu'on peut crire : Arc mn + Arc pq _ R + r Arc mnArc o F'g- 45arc mn + arc pq arc tun arc pq or : pq Rr 2RX 2d R2 d Arc pq R rpj

' ~ ' v Js _ - ' ^

. , , _ ., Rj , ., A, , , j est une quantit rigoureusement constante. Par suite doit l'etre et comme a d

augmente ainsi que nous l'avons vu plus haut, Ri aussi doit augmenter. Le rayon moyen augmentant il s'ensuit bien que le tube se droule. Voici une autre mthode plus rigoureuse : Considrons une portion omn de ce tube vue en plan et l'aiguille fixe au point o. Supposons, pour le moment, le point o invariable. Introduisons la pression dans le tube ; l'axe horizontal mn de la section elliptique deviendra tn'n', l'arc om se sera allongi ow > O J , l'arc oh se sera raccourci

48 on < on. Les rsultantes de chacun des efforts molculaires que subissent om' et on', se transmettent au point o, lequel ragit suivant o /tangentiellement om', et, suivant og tangentiellement on'. Ces deux ractions ont pour rsulttante op (fig. 46). Si nous librons le point o, le tube sous l'action de op s'ouvrira, et l'aiguille indicatrice aura un dplacement correspondant la pression exerce intrieurement par la vapeur sur les parois aplaties du tube. Pour la graduation et la vrification des manomtres euxmmes ou pour les essais des chaudires chaque manomtre doit rglementairement porter une bride d'essai de 4 centimtres de diamtre et 5 millimtres d'paisseur (Jig. 47 et 48). Le manomtre-talon est adapt sur la bride d'essai au moyen d'un trier spcial (fig. 49). De plus, le manomtre doit toujours porter sur son cadran

Fig. 46.

une marque de couleur trs apparente, indiquant la pression qui ne doit jamais tre dpasse en service. Retnarque t . Le secteur est en deux parties pouvant coulisser l'une sur l'autre et tenues par une vis (fig. 50), ce qui a pour but de faire varier les amplitudes du levier pour remdier une inexactitude possible des indications de l'aiguille.F i g . 47-

Fig. 48.

Remarque 2. A moins d'avoir faire une exprience particulire, on ne doit jamais placer la prise de vapeur d'un manomtre sur la prise de vapeur de la machine et encore moins sur la bote tiroir. La vitesse irrgulire de la vapeur qui s'y produit par le fait de la dpense irrgulire dans le cylindre due au mouvement du tiroir donne lieu des augmentations et des diminutions de pression trs rapproches et, parFig- 49-

Fig. 50.


49 suite, des oscillations et des soubresauts continuels de l'aiguille du manomtre. Remarque 3. Pour les pressions un

leves, on emploie gnralement appareil du genre de la fig. 51. ENREGISTREURS SION. DE

PRES-

Nous ne terminerons pas ce

que nous avions dire sur les manomtres, sans parler des enregistreurs de pression qui ont pour but de reprsenter graphiquement la marche des pressions de vapeur dans les chaudires, chose trs utile en cas d'accidents pour savoir qu'elle tait la tension au moment o la catastrophe s'est produite. Il existe plusieurs appareils qui rpondent cet objet ; le manomtre enregistreur Bourdon nous semble un exemple bien choisi, car sa simplicit qui n'exclut aucunement l'exactitude, le rend facilement comprhensible. Cet appareil se compose des diffrentes pices (tube, aiguille, cadran divis) d'un manomtre ordinaire, dans la bote duquel se trouve plac un mouvement d'horlogerie entranant dans sa rotation un cadran horaire, sur lequel une pointe traante vient dcrire une courbe. Celle-ci permet de contrler les diffrentes pressions indiques par le manomtre et de connatre les instants o les variations se sont produites. La figure 52 nous montre : 1 Que le cadran se trouve d'une part divis en circonfrences concentriques reprsentant les pressions de 0 7 kilogrammes correspondantes celles du manomtre, et d'autre part, en arcs de cercle perpendiculaires aux circonfrences dont nous venons de parler et qui figurent les diffrentes heures du jour et de la nuit avec leurs subdivisions. 2 Que l'aiguille indicatrice du manomtre et la pointe traante du cadran tant fixes sur un mme axe, tous leurs mouvements sont solidaires et, par suite, les pressions indiques sur l'arc gradu sont exactement transcrites sur le cadre horaire. La figure 53, qui reprsente la courbe de pression d'une journe de vingt-quatre heures, fait bien voir le travail du gnrateur pendant ce temps ; le cadran ayant t mis en place 3 heures, A est le point de dpart ; il indique que la pression tait alors de 4 kilogrammes 3 /4 ; B correspond l'arrt de la machine 6 heures 1/2 et ce moment la pression est au plus bas 2 kilogrammes 1 14, on voit qu'en raison de la chaleur accumule dans le fourneau de B en C (priode de nuit) la pression s'est leve 1

50 graduellement pour redescendre ensuite 6 heures du matin, c'est--dire au point C. Le feu ayant t rallum aussitt, la pression qui tait alors de 2 kilogrammes 1/2, a augment jusqu' 6 heures 1/2 (4 kilogrammes 3 /4), heure de la mise en marche de la machine de C en D (priode de travail), la courbe montre toutes les variations qu'asubies la tension de la vapeur dans la chaudire. Le cadran horaire, dont les courbes sont visibles travers un verre est ferm clef, de manire ce que personne ne puisse fausser les indications du contrleur.

IQljl^flijfliP^^ ^^îBiv

PYROMTRES.

11 est souvent

utile de conna.tre la temprature des gaz, soit dans les carneaux et particulirement dans les carneaux rchauffeurs,soit la base de la chemine. On se sert pour cela d'appareils connus sous le nom de pyromtres et qui ont pour but de mesurer les hautes tempratures, pour, lesquelles le thermomtre ordinaire ne serait pas suffisant. Les figures 54, 55, 56, 57 reprsentent un pyromtre Ducomet. Cet appareil se compose d'un tube A en mtal ou en terre rfractaire, dans lequel se trouve une tige pleine en mtal B, qui se termine dans le botier M, par une crmaillre L qui actionne un pignon cal sur l'axe d'une aiguille se mouvant sur un cadran indicateur. Un ressort E, plac dans le tube A, sollicite constamment la tige B vers le haut. Cette tige B porte sa partie infrieure des disques G K , K G , etc., qui sont fusibles des tempratures dtermines ; et quand on fait descendre celle-ci vers le bas, l'aide de la manivelle H, on bande le ressort qui emprisonne et comprime les disques. On maintient le ressort dans sa nouvelle position, par une goupille F ; on retire la manivelle ; et


51 on place le pyromtre, au moyen d'un plateau coulisse, dans l'endroit dont on veut mesurer la temprature. Voici comment fonctionne l'appareil : Ds que le point de fusion d'un disque arrive, il se disperse et la tige B sollicite par le ressort, monte la hauteur de ce disque, et comme elle est solidaire avec la crmaillre et le pignon et par suite avec l'aiguille, cette dernire parcourt la premire division du cadran. Lorsque le degr de fusion du deuxime disque est atteint, l'aiguille parcourt la deuxime division, et ainsi de suite pour un nombre quelconque de disques, Quand on veut faire une nouvelle opration, on fait descendre la tige B au moyen de la manivelle H, jusqu' ce que son pied soit bien dgag et on lui remet une nouvelle srie de disques fusibles spars chacun par un disque mince en fer ou en acier. INDICATEUR DU VIDE. C'est un appareil

destin indiquer les pressions plus faibles que la pression atmosphrique, il est semblable au manomtre, mais le tube elliptique est enroul en sens inverse. Les indications sont gnralement donnes en centimtres de mercure de 0 76 ou 80. INDICATEURS DE NIVEAU D'EAU, Fig. 56. Rondelle fusible

Chaque chaudire doit tre munie de deux appareils indicateurs de niveau indpendants l'un de l'autre, et suffisamment espacs, et placs de faon rester constamment visibles pour l'agent charg de l'alimentation. L'un au moins de ces appareils est un tube en verre ou est muni d'une lame de verre, la lame et le tube tant disposs de faon pouvoir tre nettoys ou changs facilement. Des prcautions doivent tre prises contre le danger provenant des clats de verre en cas de bris des tubes au moyen de dispositifs qui ne fassent pas obstacle la visibilit du niveau. Ce genre d'indicateur doit en outre tre clair de tout temps. L'autre appareil indicateur de niveau peut tre un systme de trois robinets tages, ou de deux seulement pour les petites chaudires. Sur les chaudires fonctionnant une pression suprieure 8 kilogrammes, ces robinets dits robinets de jauge sont munis d'un dispositif permettant de les fermer distance,Fig. 57.


52 Les chaudires qui ont des foyers sur plusieurs faades sont pourvues, pour chacune de celles-ci, des appareils indicateurs du niveau de l'eau. Les indicateurs de niveau,sont munis de robinets permettant de remplacer le verre sans danger pour l'oprateur. Ces robinets doivent pouvoir tre manuvrs distance, sauf le cas o l'indicateur est muni d'un dispositif de fermeture automatique. MONTURES chaudire (fig. 58). Une colonne T en bronze fixe la faade communique par deux t u y a u x avec la partie suprieure du coffre vapeur et avec la chambre eau. Deux montures en bronze A et B sont fixes sur cette colonne au moyen de goujons et chacune d'elles porte un robinet. Les clefs de ces robinets a et b sont relies par une tringle poigne qui permet de les manuvrer ensemble ou sparment. Trs souvent cette tringle est manuvrable de la chaufferie et distance. La tringle est parfois remplace par un fil d'acier guid par des ras. Quoi qu'il en soit, la position d'ouverture des robinets doit correspondre la position la plus basse de cette tringle et par suite des queues des robinets. On conoit en effet que sans cela, les trpidations de l'appareil et le poids du systme suffiraient parfois occasionner une fermeture complte du tube de niveau, 1 insu de mcanicien. Il est toujours possible cependant de s'apercevoir rapidement de cette fermeture, mais il n'en est pas moins vrai qu'on augmenterait ainsi notablement les chances d'accidents. Un tube t en verre trs dur (1) (silicate double de potasse et de chaux) runit les deux montures, il repose sur un grain g rapport dans celle du bas ; l'extrmit suprieure du tube doit tre un peu plus basse que le conduit et libre ; l'tanchit du passage du tube est assure par deux presse-toupes vis P et Q. Un bouchon vis V permet d'introduire le tube et un robinet de purge sert le dbarrasser des matires graisseuses et s'assurer que les montures ne sont pas obstrues. Deux bouchons UU permettent, dans le cas o elles le seraient, de les dgager. Remarque. En vertu du principe des vases communiquants, on aura ainsi thoriquement dans DE TUBES DE NIVEAU. Le tube de

niveau sert indiquer chaque instant le niveau de l'eau dans la

(i) L e verre se dissout dans l'eau la temprature de 400 et le cristal (silicate double de potasse et de plomb) tant attaqu par l'eau bouillante contenant des alcalis, il devenait opaque cause du plomb.


53 le tube en verre le mme niveau que dans la chaudire. Nous disons thoriquement, car pratiquement l'eau du tube du niveau est de l'eau distille. L'eau de la chaudire, au contraire, a toujours une densit un peu plus leve cause des sels qui y sont dissous. Aussi le niveau dans le tube indique-t-il toujours un niveau un peu suprieur celui qui existe dans la chaudire. Cette inexactitude est cependant corrige grce aux diffrences de temprature de l'eau dans le tube et de celle dans la chaudire ; l'eau du tube tant en effet plus froide augmente de densit. En ralit, on peut se fier sans crainte aux indications du tube de niveau, d'autant qu'on doit toujours faire en sorte qu'il y ait constamment de l'eau jusqu' mi-tube, ce qui correspond un niveau trs normal dans les chaudires.

DISPOSITIFS

DE

SCURIT

SYSTME laiton.

KLINGER.

Autour du tube, pour protger les

chauffeurs en cas de rupture, on place un masque ou grillage en fil de Mais ce systme de protection a pour effet de rendre le niveau trs incertain. Le systme Klinger est prfrable (fig. 59). L'apparence du niveau est donne dans ce cas par une glace strie verticalement g formant le devant d'un rcipient dont la partie arrire est forme d'une plaque mtallique section arrondie p et dont la face intrieure est compltement noire (fig. 60). L'angle des stries est de 90 et le degr de visibilit est rendu trs puissant par suite d'un phnomne d'optique qui se produit. Ce phnomne est le suivant : Dans la vapeur ou dans l'air un rayon lumineux est rflchi, tandis que dans l'eau il est rfract. L'angle tant de 90, la rflexion est totale (voir l'appendice la dmonstration thorique). C'est pourquoi le rayon lumineux 1 considr par exemple vers la surface du niveau revient rflchi (sens des flches) du ct de l'observateur, tandis que le rayon l' rentre dans l'eau et va se perdre dans le fond noir de la plaque p. 11 s'ensuit donc que tous les rayons au-dessus du niveau font apparatre trs claire cette partie tandis que tous ceuxFig. 60.

cf-V -H

L

mFig- 59-

m

qui sont au-dessous nous la montrent absolument noire. Par suite de cette transition de couleurs, le niveau sera toujours d'une apparence trs vive. En outre, les chances de rupture sont beaucoup plus faibles que dans le cas d'un tube, en raison de l'paisseur de la glace. Cependant ces accidents ne sont pas impossibles. Aussi le plus haut degr de scurit est-il atteint grce aux appareils munis d'un systme de fermeture automatique. Nous en dcrirons deux, le systme boules et le systme piston.

MONTURE

LOUPPE.

Dans la monture Louppe (fig. 61), le tube en verre t est enferm dans


54 une gaine en bronze G portant une place g de 12 millimtres d'paisseur, faisant joint sur la gaine et travers laquelle on peut voir le niveau. Le tube passe dans deux presse-toupes pp dont les grains sont prolongs par des tubes en bronze bb s'emmanchant eux-mmes dans les montures A et B semblables celles dcrites plus haut. Si le tube se brise, l'eau, la vapeur et les clats de verre restent l'intrieur de la gaine G et l'on peut fermer sans danger les robinets des montures.

FERMETURE

AUTOMATIQUE

A

BOULES. - Ce systme a le grand avantage de pouvoir tre adapt toutes les montures existantes (fig.62). Aucune modification n'a t apporte la monture ordinaire dcrite fig. 58. Un cylindre O en bronze, vid en e a t rapport. Dans son videment est enferme une sphre en bronze S qu'une goupille empche de s'introduire dans la tubulure b. La pice D est munie d'un presse-toupes p dans lequel passe une tige /. L'videment e communique, en fonctionnement normal, avec l'intrieur du tube / par l'orifice o. Le tige / sert dcoller la sphre lors de la mise en communication du tube. Fonctionnement. En temps ordinaire,

la pression de la vapeur agissant de part et d'autre de la boule, celle-ci se trouve en quilibre dans la vapeur, et son poids l'empche par suite de remonter le plan inclin form par la surface conique de l'orifice. Supposons que le tube vienne casser. La pression alors n'agit plus que derrire la boule. Celle-ci se trouve chasse violemment et vient fermer l'orifice E. Par suite la vapeur ne peut aller dans la fermer les robinets. ie. On peut d'ailleurs, sans crainte de se brler,

SYSTME ture R R \

A PISTON.

Ce systme est reprsent schmatiquement par la fig. 63.

Il se compose de deux pistons P P ' relis par une mme tige et relis aux deux robinets de fermeChaque piston est en communication par ses deux faces avec la chaudire grce aux conduits C, D, C D'. etc., en communication galement avec le tube de niveau T. Cette disposition permet aux


\

55 pistons d'tre en quilibre dans la vapeur, c'est--dire compenss, et, condition que dans la position d'ouverture, ils se trouvent placs en bas comme dans la figure, ils ne bougeront pas de place. Leur manuvre s'effectue mains par les poignes M. Fonctionnement. est bien tablie. Supposons que le tube vienne casser. La pression n'agissant plus que du ct c et c' les pistons sont pousss vers la partie suprieure oprant la fermeture des robinets R et R'. ROBINETS-JAUGES (fig. 64). Les robinets-jauges sont desti On voit qu'actuellement la communication

ns contrler les indications du tube de niveau, en cas de mauvais fonctionnement ou de la rupture de celui-ci. Ils sont au nombre de trois, fixs sur la tle de la chaudire au moyen d'crous intrieurs E. Une vis permet de dboucher le conduit lorsqu'il est obstru. Les becs des trois robinets sont runis par un tuyau T qui dbouche au-dessus du parquet de la chaufferie. Le robinet M est la hauteur du niveau normal, celui suprieur L 10 centimtres au-dessus, et celui infrieur N 10 centimtres audessous. Les robinets sont le plus souvent du modle de la jig. 65. Dans la premier cas en effet l'agent qui veut se rendre compte du niveau en utilisant ce robinet peut se brler en purgeant, tandis que dans le second cas un pointeau ouvre l'orifice de communication avec la chaudire, et la vapeur s'coule par un petit orifice perc par ct. Remarque. Trs souvent (fig. 66) une mme clarinette porte les robinets de jauge et le tube de niveau. RGULATEURS ALIMENTAIRES. Le niveau dansF 'g- 6 h

les chaudires devant rester pendant la marche une hauteurFig. 64.

sensiblement constante, et les pompes ne pouvant pas distribuer exactement la quantit d'eau voulue chaque chaudire d'un groupe ou mme une seule chaudire, on a t amen disposer sur chacune d'elles un organe spcial (appel rgulateur alimentaire) par appareil d'alimentation. La plupart des rglements administratifs spcifient d'ailleurs que chaque appareil d'alimentation doit tre muni d'un rgulateur, soupape ou clapet fonctionnant automatiquement et plac au point d'insertion du tuyau d'alimentation qui lui

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56 est propre. Ces rgulateurs doivent porter un robinet intermdiaire permettant de les visiter pendant la marche. En outre, lorsque plusieurs corps de chaudires sont en communication, le rgulateur d'alimentation est obligatoire W /M^WMP pour chacun d'eux. Le tuyau d'alimentation dbouche aujourd'hui dans le coffre vapeur. Cette disposition avait donn lieu quelques critiques parce qu'elle produisait des chocs qui dtruisaient rapidement les tuyaux et les joints. Or on a pu remdier cet inconvnient par un meilleur trac du tuyautage et par une plus grande rgularit dans le fonctionnement des pompes. Ces chocs taient attribus une certaine condensation de la vapeur au contact de l'eau froide d'alimentation. L'emploi du robinet est peu pratique vu la difficult qu'il y a rgler le dbit dans des proportions souvent trs faibles. Aussi emploie-t-on frquemment le rgulateur avec clapet de retenue, surtout dans l'industrie et les chemins de fer. Le rgulateur d'Indret est trs employ dans la marine de guerreFig. 66.

et le rgulateur robinet dans la marine de commerce. (fig. 67). Ce rgulateur se compose d'un robinet dont le boisseau

RGULATEUR

D'INDRET

B est ferm la partie suprieure par un plateau P semblable celui du rgulateur ordinaire. Ce boisseau porte deux tubulures A et R places angle droit et des hauteurs diffrentes. La noix est creuse, ouverte la partie suprieure et perce de deux orifices pouvant correspondre avec les tubulures A et R du boisseau. Ces orifices sont spars par une cloison au centre de laquelle on a mnag un sige sur lequel vient reposer un clapet C. La leve de ce clapet est limite, comme dans le rgulateur ordinaire, par une tige filete T manuvre par un croisillon. La noix est maintenue par un crou E viss sur la queue V. Un deuxime crou F vissFig 67


57 sur le boisseau sert d'appui au premier lorsqu'on veut dcoincer la noix. Enfin, pour faire tourner celle-ci, on a mnag une partie carre l'extrmit de la queue V. Manuvres effectuer pour visiter le clapet. Il faut d'abord fermer le robinet. Pour cela, il faut desserrer la tige T , serrer l'crou F, desserrer l'crou E jusqu' ce que la noix soit dcoince ; on peut alors la faire tourner au moyen d'une clef fixe sur la tige V. On lui fait faire un quart de tour, puis on serre l'crou E. On peut ensuite dmonter le plateau et retirer le clapet l'aide d'un tire-fond. Lorsque l'appareil aura t remis en tat, le remonter et faire les mmes oprations pour amener la noix dans la position d'ouverture. RGULATEUR A ROBINET (fig. 68). Trs employ dans la marine de commerce, cet appareil

se compose d'un rgulateur proprement dit, muni d'un clapet et rglable en leve par la tige b. 11 est accol du ct de la pompe un robinrt ordinaire c fix sur la chaudire. En marche, le robinet c est ouvert ; pour visiter le clapet du rgulateur, il faut fermer c. Seulement le plus grand soin doit tre pris du robinet c, de faon assurer son tanchit parfaite. CLAPETS TION. DE RETENUE D'ALIMENTAWA - i , ' ' TilFi # 68

Ces appareils complmentaires, comme

nous l'avons dit des appareils d'alimentation, sont destins parer aux dangers que peut produire la rupture d'un conduit d'amene de l'eau, en emp-

chant les chaudires de se vider ; ils doivent fonctionner automatiquement et tre placs aux points d'insertion des tuyaux d'alimentation dans les gnrateurs. Il existe plusieurs types de clapets de retenue : celui que la figure 69 reprsente est de la maison

Fig.

Lethuillier et Pinel, celui de la figure 70 est de laFig. t>9.

maison Herdevin.

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Le premier se compose simplement d'une bote, dans laquelle se trouve une soupape, guide en haut et en bas par une tige cylindrique : l'eau d'alimentation arrive par la droite, soulve la soupape, et passe gauche, pour s'introduire dans le gnrateur. Sitt l'alimentation termine, le clapet retombe sur son sige, et il devient impossible l'eau de la chaudire de revenir en arrire. Dans le second type, le disque, sa position de repos, est vertical ou plutt fortement inclin ; il prend la position horizontale, lors du passage de l'eau, pour retomber ensuite sur son sige. SOUPAPES DE SRET. Ce sont des appareils destins se soulager automatiquement en

cas d'excs de pression dans la chaudire pour en laisser chapper la vapeur dans l'atmosphre. Elles doivent ensuite pouvoir retomber d'elles-mmes et doucement sur leur sige. Elles sont absolument rglementaires. Chaque chaudire doit tre munie d'au moins deux soupapes de sret, convenablement installes, calcules et charges de manire : 1 Que chacune d'elles puisse suffire pour vacuer elle seule toute la vapeur produite, quelle que

Fig. 71.

soit l'activit du feu, sans que la pression effective dpasse de plus d'un dixime la pression indique par le timbre ; 2 Qu'elle se soulve avant que la pression excde d'un vingtime celle qui est indique par le timbre. Les mesures ncessaires doivent tre prises pour que l'chappement de la vapeur ou de l'eau chaude ne puisse pas occasionner d'accident. Sur les chaudires dont la surface de grille est infrieure 45 dcimtres carrs, il n'est exig qu'une seule soupape. Seule la soupape de sret ressorts doit tre employe dans la marine. Dans l'industrie et les chemins de fer, on emploie des soupapes de sret ressorts dites balances, mais le type contrepoids tend de plus en plus disparatre. Nous donnons simplement {fig. 71) le schma d'une soupape contrepoids. SOUPAPE A RESSORTS BALANCE. Cet appareil est dsign par le nom de balance. Des

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59 ressorts agissent l'extrmit du levier {fig. 72). En desserrant l'crou molette qui appuie sur le levier on diminue la tension du ressort, et par suite, la charge de la soupape. Un fourreau gradu en laiton indique, en kilog. par centimtre carr, les pressions qui soulvent la soupape pour les diverses tensions donnes au ressort. Une bague d'arrt, de hauteur dtermine, place sous l'extrmit du levier, limite la tension qu'on peut donner avec l'crou molette. On prfre aujourd'hui la charge directe par ressort la charge par levier : le montage de la soupape est plus simple, et il est moins facile d'en modifier le rglage qui doit tre fait l'atelier seulement. SOUPAPE A RESSORTS. Le systme utilis se compose (fig. 73), d'une bote en acier portant

deux tubulures semblables D et qui se fixent sur la chaudire, autant que possible directement. Quand il existe un tuyau de raccordement, celui-ci doit tre aussi court que possible. Au-dessus des tubulures D se trouvent des siges rapports en bronze b, ailettes, sur lesquelles viennent appuyer des clapets a en bronze portage plan et extrmement rduit (plus petit que 2 millimtres). La pratique a en effet appris que plus le portage d'un clapet est petit, mieux se fait le rodage et meilleure est l'tanchit. Comme la soupape de sret doit tre parfaitement tanche, on est donc conduit diminuer autant que possible le portage du clapet. Ce dernier a d'ailleurs un autre diamtre plus grand. Ceci a pour but de lui permettre de rester soulag, jusqu' ce que la pression soit notablement diminue. On vite ainsi des battements du clapet sur son sige qui, autrement, seraient invitables. (Voir portage des soupapes).


60 Chaque clapet est appuy sur son sige grce un ressort R que l'on bande volont au moyen des crous E et du plateau F. Lorsque le ressort a t calcul exactement, on interpose sur les tiges t des tubes / qui empchent toute main maladroite ou mal intentionne de caler la soupape. Aucune soupape de sret place sur les chaudires n'a un diamtre infrieur 32 millimtres et la leve ne doit pas tre limite moins du quart du diamtre pour les soupapes simple sige.T.d2

En effet, si nous appelons b la leve de la soupape, dont la section est gale , i l faudrait pour 4 que la section annulaire de sortie de vapeur soit gale l'introduction circulaire que l'on ait : 7 ( TX -db(b 4 tant la leve) ou h = T.d* 4-nd d 4

On peut prendre pour le chapet 5 6 centimtres carrs par mtre carr de surface de grille ou utiliser la formule :

dans laquelle

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1932 ca Galopin chaudières 20111015