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type Pacific; et l'uniformité des différences entre les températures du foyer et de la boîte à fumée pour toutes les vitesses de chauffe permet de supposer que les surfaces de chauffe de la chaudière absorbent une quantité fixe de chaleur de chaque mètre cube ou de chaque kilogramme des gaz qui les balayent et que, par conséquent, l'accroissement de la vaporisation est dû à une augmentation du poids ou de la quantité de ces gaz, et non à leur température. Pressions de vapeur. À part quelques exceptions, les deux chaudières ont maintenu, pendant toute la durée de tous les essais,
ont maintenu, pendant toute la durée de tous les essais, la pression de régime de 205 livres par pouce carré (14 kg par centimètre carré). Pour la locomotive Pacific, la plus haute pression moyenne fut de 206.6 livres (14 kg 52) et la plus basse de 196.4 livres (13 kg 81); à cette dernière pression, la chaudière vaporisait son poids maximum d'eau de 64 711 livres (29 353 kg) (vaporisation équivalente) par heure et la vitesse de combustion était de 146.7 livres de charbon par pied carré (716 kg par mètre carré) de grille et par heure. La vitesse de
mètre carré) de grille et par heure. La vitesse de marche était (à 240 tours par minute) de 55 milles (88 km. 5) à l'heure; le régulateur était ouvert en grand, l'admission était de 50 % et la puissance développée de 2 443 chevaux indiqués. Pour la machine Atlantic la plus haute pression moyenne fut de 205.9 livres (14 kg 48) et la plus basse de 183.1 livres (12 kg 87). À la plus haute vaporisation atteinte, de 52 084 livres (23 625 kg) d'eau à l'heure, la vitesse de chauffe fut de 115.5 livres (564 kg) de charbon; la
chauffe fut de 115.5 livres (564 kg) de charbon; la pression de valeur fut maintenue à 205.5 livres (14 kg 45). Dans ce cas, la vitesse fut de 360 tours par minute = 84 milles (135 km.) à l'heure, l'admission de 25 % et le régulateur était ouvert en grand. La puissance développée fut, dans ces conditions, de 2 381 chevaux indiqués. L'essai n° 2839 fut fait à la même vitesse de 135 km. à l'heure, mais avec une admission de 30 %, et il est intéressant de noter comment une tentative ayant pour but d'augmenter la puissance développée amena
une tentative ayant pour but d'augmenter la puissance développée amena une réduction de la pression de vapeur maintenue qui, dans ce cas, fut de 192.5 livres (13 kg 53). La vaporisation équivalente obtenue fut de 51 241 livres (23 243 kg) par heure, avec une vitesse de chauffe de 142 livres de charbon par pied carré (693 kg par mètre carré) de grille, et la puissance indiquée fut de 2 386 chevaux. La vitesse de chauffe était de 24 % plus grande, mais la vaporisation équivalente n'avait augmenté que de 0.016 %. Le changement d'admission causa un appel d'air plus
0.016 %. Le changement d'admission causa un appel d'air plus violent à la plaque tubulaire de la boîte à fumée, comme on pouvait s'y attendre, et la dépression fut de 8.2 au lieu de 7.9 pouces (208 mm. au lieu de 200), mais l'augmentation de la vitesse de chauffe eut pour résultat une réduction de la vaporisation équivalente par kilogramme de combustible chargé sur la grille de 8 kg. 16 à 6 kg. 53 et, d'autre part, le rendement de la chaudière descendit de 55.9 à 44.7 °fo. L'accroissement de la puissance produite ne fut que de 5 chevaux indiqués.
la puissance produite ne fut que de 5 chevaux indiqués. On l'obtint, comme nous l'avons dit, en allongeant l'admission, ce qui eut pour effet de porter la vaporisation de 16.0 livres à 16.27 livres (7 kg. 26 à 7 kg. 38) par cheval-heure indiqué. Vaporisation et consommation de combustible. La figure 5 montre la vaporisation équivalente par pied carré de surface de chauffe combinée (côté feu des tubes) à différentes vitesses de chauffe (charbon sec par pied carré de grille et par heure). On remarquera que la capacité de vaporisation de chaque pied carré de surface de chauffe de la
de chaque pied carré de surface de chauffe de la chaudière typée Atlantic dépasse de beaucoup celle obtenue avec le type Pacific. La première de ces chaudières atteint sa plus grande vitesse de vaporisation pour une consommation de 115 livres de charbon par pied carré (561 kg. par mètre carré) de grille; la vaporisation équivalente atteint alors 16.8 livres par heure et par pied carré (82 kg. par heure et par mètre carré) de surface de chauffe de la chaudière et du surchauffeur. De plus grandes vitesses de chauffe ne donnent pas de vaporisation plus élevée; le charbon chargé en
donnent pas de vaporisation plus élevée; le charbon chargé en plus sur la grille n'est évidemment pas brûlé. La chaudière type Pacific peut arriver à vaporiser 15.1 livres d'eau par pied carré (73 kg. 7 par mètre carré) de surface de chauffe et par heure; la vitesse de chauffe est alors de 146 livres de charbon par pied carré (713 kg. par mètre carré) par heure. Lorsque cette dernière atteint 181 livres par pied carré (884 kg. par mètre carré), soit près de 10 000 livres (4 500 kg.) de charbon par heure, la vaporisation n'est que d'environ 13.5 livres
charbon par heure, la vaporisation n'est que d'environ 13.5 livres (66 kg.) d'eau. La vaporisation par mètre carré de surface de chauffe est donc moins bonne dans ce cas que dans celui de la chaudière type Atlantic. À ce propos, nous rappellerons qu'il faut considérer le rapport de la surface de grille à la surface de chauffe totale. Pour la Pacific, ce rapport est 1 : 80.2, et pour l'Atlantic 1 : 55.8. Cette dernière vaporise le plus d'eau par mètre carré de surface et est donc, pour ses dimensions, la plus puissante des deux chaudières; mais la première, ayant
la plus puissante des deux chaudières; mais la première, ayant une plus grande surface de chauffe proportionnellement à la surface de grille, est, pour une vitesse de combustion donnée quelconque, la chaudière la plus économique, et sa supériorité à cet égard s'accentue à mesure que la vitesse de chauffe devient plus grande. Pour la chaudière type Pacific, la vitesse de combustion maximum nécessitait la consommation d'un poids total de 9 764 livres (4 430 kg.) de charbon par heure, tandis que pour l'Atlantic le poids maximum consommé était de 7 800 livres (3 538 kg.). Les chaudières furent chauffées à
800 livres (3 538 kg.). Les chaudières furent chauffées à cette allure pendant quinze minutes. Aux vitesses de chauffe supérieures, il fallut, dans l'un et l'autre cas, laisser la porte du foyer ouverte. Si on la fermait, il se produisait toujours une chute immédiate de la pression, accusant une diminution de la vaporisation. Pour obtenir les meilleurs résultats avec ce mode de conduite du feu, on reconnut utile de marcher avec du charbon frais près de la porte du foyer, afin que la flamme pût chauffer l'air à mesure qu'il affluait dans le foyer. Si cette méthode n'était pas suivie,
affluait dans le foyer. Si cette méthode n'était pas suivie, on ne pouvait pas maintenir la pression de la vapeur. Lorsque les chaudières étaient poussées à l'extrême limite de leur production de vapeur, il ne pouvait pas être aspiré assez d'air à travers la grille. La difficulté semble consister en ce que l'air qui arrive ne peut pas être distribué convenablement dans la couche en ignition. Le tableau ci-après donne les détails des rentrées d'air pour chaque chaudière. Sections des rentrées d'air, en pieds carrés (en mètres carrés). Type Type Pacific. Atlantic. Par les côtés du foyer. 0.017 0.02 (0.0016)
Pacific. Atlantic. Par les côtés du foyer. 0.017 0.02 (0.0016) (0.0019) Par la grille 15.19 16.34 (1.41) (1.52) Par la porte du foyer. 0.06 0.07 (0.0056) (0.0065) Par le cendrier 10.8 8.3 (1.003) (0.771) Surface de la grille. 53.72 55.23 (4.99) (5.13) 15.19 X 100 16.34 X 100 10.8 X 100 8.3 X 100 C'est dans la réduction très sensible de la vaporisation, accusée par la courbe relative à la chaudière type Pacific, qu'il semble probable que l'on peut trouver l'explication de la diminution des escarbilles sortant par la cheminée aux vitesses de chauffe élevées. On remarquera que la plus
aux vitesses de chauffe élevées. On remarquera que la plus forte vaporisation atteinte fut de 15.1 livres (73 kg. 7), représentant une vaporisation équivalente totale d'environ 94 000 livres (29 000 kg.) par heure. À ce moment, la dépression à la plaque liminaire de la boîte à fumée fut, d'après la figure 1, d'environ 15 pouces (380 mm.) d'eau. Une augmentation de la vitesse de chauffe ne produisit pas un accroissement correspondant de la vaporisation et lorsqu'elle atteignit 181 livres (884 kg.), la vaporisation équivalente obtenue ne fut que d'environ 13.7 livres par pied carré (66 kg. par mètre carré)
13.7 livres par pied carré (66 kg. par mètre carré) de surface de chauffe, soit environ 57 000 livres (26 000 kg.) par heure. La quantité plus faible de vapeur évacuée par la colonne d'échappement abaissa la dépression dans la boîte à fumée à 13.3 pouces (338 mm.) et, l'action sur le feu étant diminuée, eut apparemment pour effet de réduire le poids d'escarbilles rejetées par la cheminée. La figure 6 montre comment le poids équivalent d'eau vaporisée par livre de charbon sec introduit dans le foyer par pied carré de grille et par heure varie avec la vaporisation équivalente
de grille et par heure varie avec la vaporisation équivalente par pied carré de surface de chauffe. Ici l'Atlantic, dont le rapport de la surface de chauffe à la surface de grille est plus petit, a l'avantage au point de vue de la production économique de vapeur, bien que, quand la vitesse de vaporisation augmente, la consommation d'eau par kilogramme de charbon chargé sur la grille diminue plus rapidement que dans le cas de la chaudière type Pacific qui, comme nous l'avons déjà noté, peut être poussée à une plus grande vitesse de consommation de charbon. Il est évident que
grande vitesse de consommation de charbon. Il est évident que l'avantage de la locomotive type Atlantic est dû à ce que pour une vaporisation par mètre carré de surface de chauffe sa consommation de combustible par mètre carré de surface de grille et par heure est moins élevée. Pour revenir à la figure 5, on remarquera que, par exemple, pour une vaporisation équivalente de 13 livres d'eau par pied carré (63 kg par mètre carré) de surface de chauffe, la chaudière type Atlantic ne brûle que 76 livres par pied carré (371 kg par mètre carré) de surface de grille
carré (371 kg par mètre carré) de surface de grille par heure, contre environ 109 livres (532 kg) pour le type Pacific; ces chiffres correspondent, respectivement, à 1.360 et 1.355 livre par pied carré (6 kg 640 et 6 kg 615 par mètre carré) de surface de chauffe. Pour une vitesse de combustion donnée, la chaudière dont le rapport des surfaces de chauffe à la surface de grille est le plus grand a été, comme nous l'avons montré plus haut, la plus économique; mais sur la base d'une vaporisation donnée par mètre carré de surface de chauffe, c'est la chaudière
par mètre carré de surface de chauffe, c'est la chaudière ayant le plus grand rapport de la surface de grille à la surface de chauffe qui mérite la préférence. Les deux lignes en traits interrompus de la figure 6 permettent de rapprocher la vitesse de vaporisation et la vaporisation par kilogramme de charbon des résultats obtenus avec deux locomotives du même type que K2 s a et E6 s, mais sans surchauffeur. La K2 est une machine type Pacific dont la chaudière a une surface totale de 4156.91 pieds carrés (386 m² 18) (côté feu des tubes), avec 53.3 pieds
(386 m² 18) (côté feu des tubes), avec 53.3 pieds carrés (4 m² 95) de surface de grille, contre 4 312.4 pieds carrés (400 m² 62) de surface de chauffe totale, surchauffeur compris, pour la K2 s a, et la machine E6 a une surface de chauffe totale (côté feu des tubes) de 3197.02 pieds carrés (297 m²), avec 54.75 pieds carrés (5 m³ 09) de grille, contre 3 089.49 pieds carrés (287 m² 02) de surface de chauffe, chaudière et surchauffeur, pour la locomotive E6 s. La locomotive à vapeur saturée K2 a donc — 590 — Une surface
vapeur saturée K2 a donc — 590 — Une surface de chauffe légèrement inférieure à celle de la K2 s a munie d'un surchauffeur, tandis que l'Atlantic E6 a environ 108.5 pieds carrés (10 m²) de plus que la E6 s. Au point de vue de la vaporisation équivalente, le rendement des chaudières sans surchauffeur est meilleur que celui des chaudières à surchauffe ayant les mêmes dimensions générales et à peu près les mêmes surfaces de chauffe combinées de vaporisation et de surchauffe. L'addition d'un surchauffeur du type Schmidt entraîne une réduction de la surface de chauffe baignée par l'eau;
une réduction de la surface de chauffe baignée par l'eau; de plus, les éléments surchauffeurs absorbent une partie de la chaleur qui serait transmise à travers les surfaces de chauffe de vaporisation. Ces deux faits, joints à celui que les surfaces de surchauffe absorbent moins bien la chaleur que la surface baignée par l'eau, expliquent le rendement inférieur des chaudières munies d'un surchauffeur dans les tubes. Rendement des chaudières. La figure 7 montre les rendements comparatifs des chaudières, en centièmes. La chaudière type Pacific a un meilleur rendement que celle du type Atlantic pour toutes les vitesses de chauffe, et
du type Atlantic pour toutes les vitesses de chauffe, et le rendement de l'Atlantic fléchit plus rapidement quand la vitesse de combustion augmente. De plus, pour un rendement donné quelconque, la plus grande des deux chaudières peut être poussée à une vitesse de combustion plus élevée. Des lignes en traits interrompus indiquent le rendement des deux chaudières K2 et E6, dépourvues de surchauffeur. Leurs rendements thermiques sont plus élevés que ceux accusés pour les chaudières à surchauffeur, ayant les mêmes dimensions générales. S'il est incontestable que les chaudières à vapeur saturée ont le meilleur rendement, il est non moins vrai
saturée ont le meilleur rendement, il est non moins vrai que toutes les pertes des chaudières à surchauffeur sont plus que rachetées par l'amélioration importante réalisée dans le rendement du moteur. Action de la surface de chauffe de vaporisation et rapports de la surface de chauffe à la surface de grille. Des chapitres qui précèdent, et en particulier de ceux relatifs aux températures du foyer et de la boîte à fumée et aux vaporisations obtenues, on peut dégager les conclusions suivantes en ce qui concerne l'action des surfaces de chauffe de vaporisation dans l'absorption de la chaleur utilisée. Sur la
de vaporisation dans l'absorption de la chaleur utilisée. Sur la base d'une vitesse de combustion donnée pour la chaudière ayant la plus grande surface de chauffe, la quantité de combustible chargée sur la grille par mètre carré de surface de chauffe est moindre, ce qui veut dire qu'il est formé une moins grande quantité de gaz proportionnellement à la surface de chauffe; par conséquent, chaque mètre cube ou chaque kilogramme de gaz passe sur une plus grande partie de la surface de chauffe dont chaque mètre carré absorbe une quantité donnée de chaleur. Plus la surface de chauffe est grande,
donnée de chaleur. Plus la surface de chauffe est grande, plus sera grande la quantité de chaleur transmise à l'eau qui sera vaporisée en plus grande quantité pour la même quantité de combustible brûlé, et la température des gaz rejetés par la cheminée est abaissée en conséquence. Si la quantité de combustible chargée sur la grille est plus grande par mètre carré de surface de chauffe, comme cela serait le cas si la chaudière avait une plus grande grille relativement à la surface de chauffe, il se forme un plus grand volume de gaz relativement à la surface de chauffe,
grand volume de gaz relativement à la surface de chauffe, de sorte que chaque mètre cube ou chaque kilogramme de gaz passe sur une moins grande surface partielle et que, si chaque mètre carré de surface de chauffe absorbe une certaine quantité de chaleur des gaz, le fait qu'il y a plus de gaz, en volume ou en poids, relativement à la surface de chauffe ou, en d'autres termes, moins de surface de chauffe proportionnellement aux gaz formés, signifie que la chaleur totale n'est pas réduite, comme elle le serait s'il y avait eu de plus grandes surfaces absorbant la
s'il y avait eu de plus grandes surfaces absorbant la chaleur, ce qui a pour conséquence que la vaporisation d'eau pour un poids donné de combustible est moindre et que les températures des gaz perdus sont plus élevées. Néanmoins, la vaporisation par mètre carré de surface de chauffe est considérable, par suite de la plus grande quantité de gaz produite par mètre carré et de l'augmentation correspondante de la transmission de chaleur par mètre carré de surface de chauffe. Pour une vitesse donnée quelconque de vaporisation par mètre carré de surface de chauffe, toutes choses égales, d'ailleurs, il faudra des
surface de chauffe, toutes choses égales, d'ailleurs, il faudra des quantités égales de combustible par mètre carré de surface de chauffe; par exemple, lorsqu'on compare des chaudières sur la base de la "vaporisation équivalente", le charbon nécessaire sera inversement proportionnel à son pouvoir calorifique. Par conséquent, si une chaudière a plus de surface de grille que l'autre, celle qui a la plus grande grille devra brûler une quantité donnée de combustible à un régime plus lent, et de ce fait elle sera plus économique. Pour une chaudière quelconque, la vaporisation par kilogramme de houille chargée sur la grille diminue quand
par kilogramme de houille chargée sur la grille diminue quand la vitesse de combustion augmente non parce que les surfaces de chauffe n'absorbent pas une certaine quantité fixe de chaleur des gaz, mais parce que à mesure que la quantité de charbon introduit dans le foyer augmente, il en est brûlé une quotité moindre et il s'en perd une plus grande quantité par escarbilles et combustion imparfaite, cette dernière due surtout à la difficulté de faire passer suffisamment d'air par la couche de combustible. A ce sujet, la figure 8 est intéressante, car elle montre le rapport entre le poids
est intéressante, car elle montre le rapport entre le poids total de charbon consommé par heure et la puissance développée. Pour la machine Atlantic, elle indique une augmentation rapide de la consommation de combustible quand la puissance développée augmente. La machine type Pacific, en raison du travail plus économique de sa chaudière, accuse une augmentation plus progressive de la consommation de combustible, mais il n'en est pas moins évident qu'à des vitesses de chauffe plus élevées la vaporisation et, par suite, la puissance développée n'ont pas augmenté; le combustible introduit dans le foyer n'était pas brûlé. On pourrait penser qu'avec
dans le foyer n'était pas brûlé. On pourrait penser qu'avec une consommation de charbon de 8 000 livres (3 630 kg) ou 150 livres par pied carré (732 kg) de grille par heure, il doit se produire des pertes très considérables dues à la combustion incomplète. La figure 5 montre que la vaporisation commence à fléchir à partir de ce point et la figure 3 que le poids d'escarbilles évacuées atteint son maximum aux environs de la même vitesse de chauffage. Cependant, la différence entre les températures du foyer et de la boîte à fumée est d'environ 1 700° F.
de la boîte à fumée est d'environ 1 700° F. (940° C), ou ce qu'elle était quand la vitesse de combustion ne s'élevait qu'à 75 livres de houille sèche par pied carré (366 kg) de surface de chauffe, ce qui indique, comme nous l'avons déjà fait remarquer en discutant les températures du foyer et de la boîte à fumée, que chaque mètre cube ou kilogramme de gaz produit abandonne une certaine quantité de chaleur à la surface de chauffe. Il semble donc que si la vaporisation n'augmente pas proportionnellement à une augmentation donnée de la vitesse de chauffage, ce n'est
une augmentation donnée de la vitesse de chauffage, ce n'est pas que les surfaces de chauffe soient incapables d'absorber le supplément de chaleur que leur apporte la masse de gaz plus considérable, mais plutôt parce que le foyer ne brûle pas en réalité tout le combustible chargé sur la grille. Tubes de chaudière longs et courts. Lorsqu'on étudie les résultats relatifs au tirage, tels que les montrent les figures 1, 2 et 9, pour une vitesse donnée quelconque de consommation de combustible, il faut faire entrer en ligne de compte l'influence de la longueur des tubes et celle de la
l'influence de la longueur des tubes et celle de la section de passage des gaz par les tubes. En examinant le tableau des principales dimensions des deux chaudières d'essai, on remarquera que la principale différence est dans la longueur des tubes; en effet, ceux de la locomotive du type Pacific ont 21 pieds (6 m. 400) de longueur, tandis que ceux du type Atlantic ne mesurent que 13 pieds 8 pouces (4 m. 105). Le rapport entre les sections de passage de l'air à travers les tubes et les surfaces de grille est à peu près le même, et l'on
de grille est à peu près le même, et l'on peut en conclure que si le tirage nécessaire pour produire une vitesse de combustion donnée est plus grand dans le cas de la machine Pacific, la cause en est la résistance opposée par les longs tubes au passage des produits de la combustion; en effet, le rapport de la longueur au diamètre intérieur est 125, tandis qu'il n'est égal qu'à 94 pour l'Atlantic. La figure 9 montre les dépressions à la plaque tubulaire de la boîte à fumée pour les deux chaudières, dont l'une a des tubes longs et l'autre
deux chaudières, dont l'une a des tubes longs et l'autre des tubes courts. Aux faibles vitesses de combustion, la différence n'est pas sensible, mais elle devient considérable à mesure que cette vitesse augmente. C'est ainsi qu'à la vitesse de combustion de 130 livres (635 kgr.), la chaudière type Pacific exige près de 2 pouces (50 mm.) de dépression de plus que l'Atlantic, tandis qu'à 70 livres par pied carré (342 kgr. par mètre carré) de grille, la différence est de moins d'un pouce. En outre, pour un tirage donné, la chaudière Atlantic brûle plus de combustible et la différence augmente
chaudière Atlantic brûle plus de combustible et la différence augmente de nouveau avec la vitesse de combustion. Entre certaines limites, la vaporisation augmente avec la vitesse de combustion, de sorte que, pour un tirage donné, la chaudière type Atlantic produit plus de vapeur par mètre carré de surface de chauffe. Par la figure 4 on a vu qu'à toutes les vitesses de chauffe la différence de température entre le foyer et la boîte à fumée était plus grande pour la chaudière type Pacific ayant les plus longs tubes, d'autre part, nous avons montré que la vaporisation était meilleure par kilogramme
nous avons montré que la vaporisation était meilleure par kilogramme de charbon chargé sur la grille, et que par suite le rendement de la chaudière est plus élevé, la quantité de charbon absorbée étant plus grande. En conséquence, lorsqu'il s'agit de décider quelle longueur il faut donner aux tubes d'une locomotive, les autres caractéristiques connexes restant les mêmes, la question à résoudre paraît être celle de savoir — .594 — jusqu'à quel point ou dans quelle mesure il convient de sacrifier la production économique de vapeur dans l'intérêt d'une plus grande vaporisation ou d'une production abondante de vapeur. A ce
grande vaporisation ou d'une production abondante de vapeur. A ce sujet, et afin qu'on puisse se faire une idée de la longueur utile probable d'un tube de diamètre donné, nous avons tracé la figure 10 qui montre la température des produits de la combustion pendant qu'ils s'écoulent à travers les tubes. Dans les essais, on a obtenu les températures à l'aide d'un long couple thermo-électrique inséré dans un tube de 9 m. de longueur, de sorte qu'il traversait la boîte à fumée et les tubes jusqu'à leur extrémité arrière. Dans le tube dont il s'agissait de mesurer la température, le