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de vaporisation complètement en-dessous du plan d'eau, les secondes où le circuit tubulaire commence en-dessous du plan d'eau pour aboutir au-dessus. Nous représentons ici schématiquement Figure 9. une chaudière tubulaire dans laquelle le faisceau est placé entre deux lames d'eau communiquant avec le ballon supérieur. (Fig. 10.) Dans un pareil système, les partisans de la circulation par différence de densité et par courant de convections vous diront que, grâce à ces courants de convections et à la différence de densité de la lame d'eau arrière et de la lame d'eau avant, la circulation se fera de droite à gauche. Il n'en est rien; on peut considérer un pareil ensemble comme un régime des eaux comprenant un versant droit et un versant gauche séparés par la ligne de plus basse pente qui est le point de liaison des tubes avec la lame d'eau de droite. Si on fait une prise d'eau sur le versant de droite, ce n'est pas le versant de gauche qui viendra compenser ce prélèvement, mais c'est bien le versant droit sur lequel on a fait cet emprunt et ce n'est que par le rétablissement du plan horizontal supérieur que se fera la compensation; de même si l'on fait un prélèvement sur le côté gauche ce ne sera pas de l'eau du côté droit qui servira à ce prélèvement, mais bien de l'eau prise sur ce côté gauche. En un mot, les réparations en eau seront distinctes sur chaque côté et se feront aux dépens des côtés sur lesquels ces réparations auront lieu. Ceci étant posé, il est évident que c'est le côté gauche qui subit seul pendant la vaporisation des pertes de liquide puisque c'est dans son sein seulement que naissent les bulles de vapeur; c'est donc sur lui-même que se fera ce remplacement; les bulles de vapeur monteront verticalement comme nous l'avons vu le long de la génératrice supérieure et viendront s'accumuler en poches de vapeur à l'extrémité des tubes d'où elles s'échapperont par la lame avant pour remonter au ballon; l'eau nécessaire à rétablir ces pertes dues à l'évaporation se fera également par le même
fait un prélèvement sur le côté gauche ce ne sera pas de l'eau du côté droit qui servira à ce prélèvement, mais bien de l'eau prise sur ce côté gauche. En un mot, les réparations en eau seront distinctes sur chaque côté et se feront aux dépens des côtés sur lesquels ces réparations auront lieu. Ceci étant posé, il est évident que c'est le côté gauche qui subit seul pendant la vaporisation des pertes de liquide puisque c'est dans son sein seulement que naissent les bulles de vapeur; c'est donc sur lui-même que se fera ce remplacement; les bulles de vapeur monteront verticalement comme nous l'avons vu le long de la génératrice supérieure et viendront s'accumuler en poches de vapeur à l'extrémité des tubes d'où elles s'échapperont par la lame avant pour remonter au ballon; l'eau nécessaire à rétablir ces pertes dues à l'évaporation se fera également par le même côté et par la section inférieure de ces tubes. La masse d'eau de la lame d'eau arrière restera stagnante ou du moins à peu près; si à un moment donné la vaporisation est poussée et que par suite les bulles soient plus abondantes, la poche de vapeur de la partie haute prendra plus d'importance; il arrivera même un moment où elle occupera toute la section de débouché du tube s'opposant ainsi au retour de l'eau par la section inférieure. La masse d'eau arrière du tube sera alors refoulée dans la lame d'eau de droite jouant ainsi, en quelque sorte, le rôle d'un fond mobile animé d'un mouvement d'oscillation plus ou moins rapide. Le tube, dans ces conditions, ne contenant plus que de la vapeur et cette vapeur étant cantonnée dans sa partie supérieure, sera inégalement chauffée les génératrices supérieures du tube qui ne seront pas refroidies par l'évaporation se dilateront; celles du bas qui auront au contraire un peu d'eau se dilateront moins et il en résultera que le tube se cintrera en arc avec convexité vers le haut. C'est ce qu'on remarque du reste dans toutes les chaudières tubulaires qui ont été poussées, et dans l'expérience représentée (fig. 9)
haute prendra plus d'importance; il arrivera même un moment où elle occupera toute la section de débouché du tube s'opposant ainsi au retour de l'eau par la section inférieure. La masse d'eau arrière du tube sera alors refoulée dans la lame d'eau de droite jouant ainsi, en quelque sorte, le rôle d'un fond mobile animé d'un mouvement d'oscillation plus ou moins rapide. Le tube, dans ces conditions, ne contenant plus que de la vapeur et cette vapeur étant cantonnée dans sa partie supérieure, sera inégalement chauffée les génératrices supérieures du tube qui ne seront pas refroidies par l'évaporation se dilateront; celles du bas qui auront au contraire un peu d'eau se dilateront moins et il en résultera que le tube se cintrera en arc avec convexité vers le haut. C'est ce qu'on remarque du reste dans toutes les chaudières tubulaires qui ont été poussées, et dans l'expérience représentée (fig. 9) quand le tube est rouge. C'est parce que la vapeur débouche à pleine section par le tube qu'elle empêche l'eau de rentrer et que ce tube rougit. Ne voulant pas examiner nommément les chaudières de nos concurrents, nous n'examinerons pas en détail chacune d'elles, nous vous laissons le soin de les rattacher à l'un ou l'autre type que nous analysons et nous allons maintenant voir comment se fait la circulation dans les chaudières de la seconde catégorie où le circuit évaporatoire a son point de départ sous l'eau et son point de débouché au-dessus du plan d'eau. Presque toutes ces chaudières ont des circuits de vaporisation de section inégale, et en général la section du circuit qui sert à l'arrivée de l'eau est de petite dimension par rapport à celle où se fait la vaporisation et le dégagement de vapeur, ce sont soit des tubes Field inclinés plus ou moins sur l'horizon, soit au contraire des serpentins branchés sur un collecteur d'alimentation; la vapeur qui naît dans ce faisceau tubulaire tend à refouler, comme nous le disions, l'eau aux deux extrémités du circuit et comme, en général, d'après ce que nous venons de dire la résistance en amont du circuit
les rattacher à l'un ou l'autre type que nous analysons et nous allons maintenant voir comment se fait la circulation dans les chaudières de la seconde catégorie où le circuit évaporatoire a son point de départ sous l'eau et son point de débouché au-dessus du plan d'eau. Presque toutes ces chaudières ont des circuits de vaporisation de section inégale, et en général la section du circuit qui sert à l'arrivée de l'eau est de petite dimension par rapport à celle où se fait la vaporisation et le dégagement de vapeur, ce sont soit des tubes Field inclinés plus ou moins sur l'horizon, soit au contraire des serpentins branchés sur un collecteur d'alimentation; la vapeur qui naît dans ce faisceau tubulaire tend à refouler, comme nous le disions, l'eau aux deux extrémités du circuit et comme, en général, d'après ce que nous venons de dire la résistance en amont du circuit est plus grande qu'en aval et que cette prise en aval contient de l'eau et surtout de la vapeur, il en résulte que la circulation a une tendance à se faire dans un sens déterminé. Si on ne pousse pas trop ces appareils ils arrivent encore à donner un service assez régulier mais, si, au contraire on active les feux, la résistance en amont devient alors insuffisante, il y a alors vidange d'eau par les deux extrémités du faisceau tubulaire, puis coup de feu, et par conséquent cintrage des tubes. Vous voyez donc, Messieurs, que la fameuse circulation d'eau à pleine section que revendiquent beaucoup de nos confrères pour leurs appareils n'existe pas en pratique et je dirai plus elle est même incompatible avec un coefficient élevé de vaporisation. Or, c'est surtout cette grande vaporisation qu'il faut chercher car c'est elle qui est la principale cause de refroidissement des tubes. Nous avons quelquefois entendu dire à des gens peu familiarisés avec la question des chaudières, lorsque nous leur parlions de vaporisation de 40 kilos par mètre carré de surface de chauffe que c'était une marche forcée qui fatiguait les tubes. C'est l'inverse au contraire qu'il faudrait dire; un tube qui
assez régulier mais, si, au contraire on active les feux, la résistance en amont devient alors insuffisante, il y a alors vidange d'eau par les deux extrémités du faisceau tubulaire, puis coup de feu, et par conséquent cintrage des tubes. Vous voyez donc, Messieurs, que la fameuse circulation d'eau à pleine section que revendiquent beaucoup de nos confrères pour leurs appareils n'existe pas en pratique et je dirai plus elle est même incompatible avec un coefficient élevé de vaporisation. Or, c'est surtout cette grande vaporisation qu'il faut chercher car c'est elle qui est la principale cause de refroidissement des tubes. Nous avons quelquefois entendu dire à des gens peu familiarisés avec la question des chaudières, lorsque nous leur parlions de vaporisation de 40 kilos par mètre carré de surface de chauffe que c'était une marche forcée qui fatiguait les tubes. C'est l'inverse au contraire qu'il faudrait dire; un tube qui vaporise 10 kilos par unité de longueur est moins refroidi qu'un tube qui en vaporise 20, à feu égal, bien entendu. C'est du reste ce qui existe également pour la réfrigération des condenseurs à surface. Dans les condenseurs à surface immergée en pleine eau, on a besoin de surfaces beaucoup plus considérables que dans les condenseurs à surface refroidis par une pluie parce que dans les uns l'eau s'échauffe par contact tandis que dans les autres les tubes se refroidissent par évaporation. Ce qu'il faut donc rechercher, c'est obtenir la plus grande vaporisation possible sans s'inquiéter de ce que sera la circulation d'eau et nous allons voir que cette condition d'une grande circulation d'eau et d'une grande production de vapeur sont exclusives l'une de l'autre. En effet, considérons un tube rempli d'eau, considérons une tranche d'une épaisseur quelconque et supposons que le débit dû à la circulation dans ce tube représente 200 fois l'épaisseur de cette tranche par seconde; si, par hypothèse, nous admettons la vaporisation instantanée de cette tranche considérée à 10 kilos par exemple, elle va prendre 200 fois son volume, c'est-à-dire qu'elle va occuper dans le tube une longueur 200 fois plus grande. Si on admet que,
plus considérables que dans les condenseurs à surface refroidis par une pluie parce que dans les uns l'eau s'échauffe par contact tandis que dans les autres les tubes se refroidissent par évaporation. Ce qu'il faut donc rechercher, c'est obtenir la plus grande vaporisation possible sans s'inquiéter de ce que sera la circulation d'eau et nous allons voir que cette condition d'une grande circulation d'eau et d'une grande production de vapeur sont exclusives l'une de l'autre. En effet, considérons un tube rempli d'eau, considérons une tranche d'une épaisseur quelconque et supposons que le débit dû à la circulation dans ce tube représente 200 fois l'épaisseur de cette tranche par seconde; si, par hypothèse, nous admettons la vaporisation instantanée de cette tranche considérée à 10 kilos par exemple, elle va prendre 200 fois son volume, c'est-à-dire qu'elle va occuper dans le tube une longueur 200 fois plus grande. Si on admet que, en amont de cette tranche vaporisée il y ait une résistance telle qu'il n'y ait presque pas de recul de l'eau contenue dans le tube, il faudra que la partie en aval avance dans le tube pour engendrer derrière elle l'espace 200 fois plus grand que celui de la tranche d'eau considérée, et pendant ce temps l'eau d'amont devra rester stagnante; or, comme nous avons supposé que la vitesse d'écoulement représentait par seconde 200 fois l'épaisseur de la tranche, l'écoulement en amont cessera pendant une seconde. Permettez-moi de prendre une comparaison un peu moins scientifique, mais qui frappe davantage l'esprit: supposons une file de voitures toutes d'égales longueur et supposons qu'on fasse sortir une de ces voitures de la file pour intercaler à sa place 200 voitures de même longueur; il faudra que la voiture qui se trouve derrière celle retirée s'arrête jusqu'à ce que les 200 véhicules se soient insérés dans la file; or, la file de voitures en marche, peut être assimilée à l'eau circulant dans le tube et la voiture enlevée est la tranche vaporisée et les 200 véhicules intercalés correspondent à l'augmentation du volume de cette tranche portée à 10 kilos de vapeur. Il faut donc
d'eau considérée, et pendant ce temps l'eau d'amont devra rester stagnante; or, comme nous avons supposé que la vitesse d'écoulement représentait par seconde 200 fois l'épaisseur de la tranche, l'écoulement en amont cessera pendant une seconde. Permettez-moi de prendre une comparaison un peu moins scientifique, mais qui frappe davantage l'esprit: supposons une file de voitures toutes d'égales longueur et supposons qu'on fasse sortir une de ces voitures de la file pour intercaler à sa place 200 voitures de même longueur; il faudra que la voiture qui se trouve derrière celle retirée s'arrête jusqu'à ce que les 200 véhicules se soient insérés dans la file; or, la file de voitures en marche, peut être assimilée à l'eau circulant dans le tube et la voiture enlevée est la tranche vaporisée et les 200 véhicules intercalés correspondent à l'augmentation du volume de cette tranche portée à 10 kilos de vapeur. Il faut donc pour que cette opération se fasse le plus rapidement possible c'est-à-dire pour que l'évaporation soit la plus rapide possible que l'évacuation de la vapeur se fasse le plus facilement possible: il y a donc intérêt, par conséquent, à faciliter ce dégagement en aval pour qu'au fur et à mesure de sa production la vapeur soit conduite dans le dôme où elle s'emmagasine. Au fond le problème est assimilable un peu pour rester toujours dans notre comparaison de voitures à un service d'ordre sur la voie publique. C'est du reste cette comparaison que nous avons relevée dans un article de vulgarisation paru l'année dernière dans « l'Illustration » au sujet de notre chaudière. Le rédacteur comparait notre tuyère ou diaphragme à un tourniquet placé à l'entrée d'un corridor étroit dans lequel il voulait faire passer un grand nombre de personnes. Si on les laissait s'engouffrer à pleine section les gens s'écraseraient et obstruraient le passage; si, au contraire, on les faisait stationner à la porte du corridor et si on ne laissait passer que une par une en les forçant à traverser rapidement le corridor demeuré libre, on pouvait, dans ces conditions évacuer un grand nombre de personnes dans un temps
sa production la vapeur soit conduite dans le dôme où elle s'emmagasine. Au fond le problème est assimilable un peu pour rester toujours dans notre comparaison de voitures à un service d'ordre sur la voie publique. C'est du reste cette comparaison que nous avons relevée dans un article de vulgarisation paru l'année dernière dans « l'Illustration » au sujet de notre chaudière. Le rédacteur comparait notre tuyère ou diaphragme à un tourniquet placé à l'entrée d'un corridor étroit dans lequel il voulait faire passer un grand nombre de personnes. Si on les laissait s'engouffrer à pleine section les gens s'écraseraient et obstruraient le passage; si, au contraire, on les faisait stationner à la porte du corridor et si on ne laissait passer que une par une en les forçant à traverser rapidement le corridor demeuré libre, on pouvait, dans ces conditions évacuer un grand nombre de personnes dans un temps relativement court. C'est en effet ce que nous préconisons pour la circulation dans les chaudières; régler l'entrée de l'eau, dégager la sortie de la vapeur. Indépendamment des deux classes de chaudières que nous venons d'examiner il faut encore dans chacune de ces classes faire une sous-division entre les chaudières à petits tubes et les chaudières à gros tubes. On considère comme chaudières à petits tubes celles qui ont des sections inférieures à 30 et comme chaudières à gros tubes les sections au-dessus. Dans les chaudières à petits tubes et à pleine section, la circulation ne se fait plus tout à fait comme nous venons de le supposer. Il n'y a pas à proprement parler une séparation entre l'eau et la vapeur comme nous l'avons vu dans les chaudières prises entre deux lames d'eau ni un mélange plus ou moins riche en eau ou en vapeur comme nous l'avons supposé dans les chaudières à circuit annulaire. Ici, la vapeur et l'eau se séparent en une suite de tronçons de vapeur et d'eau formant une sorte de chapelet comme l'indique la figure ci-jointe, La circulation ici est due en grande partie à la pesanteur; en effet, la colonne de retour d'eau H
petits tubes et les chaudières à gros tubes. On considère comme chaudières à petits tubes celles qui ont des sections inférieures à 30 et comme chaudières à gros tubes les sections au-dessus. Dans les chaudières à petits tubes et à pleine section, la circulation ne se fait plus tout à fait comme nous venons de le supposer. Il n'y a pas à proprement parler une séparation entre l'eau et la vapeur comme nous l'avons vu dans les chaudières prises entre deux lames d'eau ni un mélange plus ou moins riche en eau ou en vapeur comme nous l'avons supposé dans les chaudières à circuit annulaire. Ici, la vapeur et l'eau se séparent en une suite de tronçons de vapeur et d'eau formant une sorte de chapelet comme l'indique la figure ci-jointe, La circulation ici est due en grande partie à la pesanteur; en effet, la colonne de retour d'eau H qui n'est pas soumise à la chauffe intense est composée presque uniquement d'eau, tandis que la partie des tubes chauffés est parcourue comme nous venons de le dire par des tronçons alternés d'eau et de vapeur. Si on calcule la pesanteur des deux colonnes, on voit que celle chauffée se réduit à la somme des tronçons d'eau en négligeant le poids des tronçons de vapeur, tandis que celle non chauffée représente sa hauteur totale en eau. Si on remonte l'eau juste au niveau du plan d'eau de la chaudière et que, par exemple, la longueur des tronçons de vapeur soit équivalente à la longueur des tronçons d'eau, la colonne chauffée à une poussée moitié de celle qui s'exerce sur la colonne de retour et par conséquent il y a là une cause de circulation efficace surtout si l'on ajoute que la résistance au frottement de la colonne tronçonnée sera de moitié dans ces conditions de celle de la colonne à pleine eau; il semble donc que entre les deux systèmes, ce serait les petits tubes qui donneraient les meilleures chances de circulation et on s'étonnerait que dans ces conditions, ils n'aient pas supplanté dans l'Industrie les chaudières à gros tubes
réduit à la somme des tronçons d'eau en négligeant le poids des tronçons de vapeur, tandis que celle non chauffée représente sa hauteur totale en eau. Si on remonte l'eau juste au niveau du plan d'eau de la chaudière et que, par exemple, la longueur des tronçons de vapeur soit équivalente à la longueur des tronçons d'eau, la colonne chauffée à une poussée moitié de celle qui s'exerce sur la colonne de retour et par conséquent il y a là une cause de circulation efficace surtout si l'on ajoute que la résistance au frottement de la colonne tronçonnée sera de moitié dans ces conditions de celle de la colonne à pleine eau; il semble donc que entre les deux systèmes, ce serait les petits tubes qui donneraient les meilleures chances de circulation et on s'étonnerait que dans ces conditions, ils n'aient pas supplanté dans l'Industrie les chaudières à gros tubes et qu'on ait borné leur emploi aux générateurs de marine et encore dans des cas où la question de légèreté primait toute autre considération. C'est qu'on reproche aux petits tubes plusieurs inconvénients graves. Ils sont d'un nettoyage difficile, leur usure est, dit-on, plus rapide que celle des gros tubes. Comme pour une surface de chauffe donnée, on est obligé d'avoir un bien plus grand nombre d'attaches avec des petits tubes qu'avec les gros; leur multiplicité est un inconvénient pour l'entretien et la conservation. Enfin, on leur reproche un mauvais rendement. Au fond, tous ces défauts sont la conséquence du premier. C'est la difficulté de nettoyage qui entraîne au bout de très peu de temps de marche ce mauvais rendement. C'est ce faible rendement qui oblige à avoir des grandes surfaces de chauffe qui ne seraient pas nécessaires si ces tubes fonctionnaient toujours comme au début car si on pouvait diminuer la surface de chauffe nécessaire, on diminuerait du même coup la multiplicité des tubes. Enfin, l'usure est encore due au mauvais rendement lorsqu'un tube est entartré, il n'absorbe plus aussi facilement les calories disponibles dans la flamme et par conséquent il se surchauffe en vertu du principe que nous citions
pour une surface de chauffe donnée, on est obligé d'avoir un bien plus grand nombre d'attaches avec des petits tubes qu'avec les gros; leur multiplicité est un inconvénient pour l'entretien et la conservation. Enfin, on leur reproche un mauvais rendement. Au fond, tous ces défauts sont la conséquence du premier. C'est la difficulté de nettoyage qui entraîne au bout de très peu de temps de marche ce mauvais rendement. C'est ce faible rendement qui oblige à avoir des grandes surfaces de chauffe qui ne seraient pas nécessaires si ces tubes fonctionnaient toujours comme au début car si on pouvait diminuer la surface de chauffe nécessaire, on diminuerait du même coup la multiplicité des tubes. Enfin, l'usure est encore due au mauvais rendement lorsqu'un tube est entartré, il n'absorbe plus aussi facilement les calories disponibles dans la flamme et par conséquent il se surchauffe en vertu du principe que nous citions tout à l'heure, que moins un tube vaporise plus il se surchauffe. Si les petits tubes pouvaient être maintenus toujours dans l'état de propreté initiale, ils donneraient de meilleurs rendements que les gros. En effet, dans un gros tube, par exemple, dans un tube de 10 centimètres de diamètre, le mélange d'eau et de vapeur ne se maintient pas homogène; il se fait une séparation, l'eau se réunit sur les génératrices inférieures du tube et la vapeur se cantonne dans la partie supérieure et chaque tube est à peu près dans les mêmes conditions qu'un petit bouilleur ayant un dôme de vapeur et une masse d'eau. De plus, on ne profite pas de la faible résistance au frottement que donne un mélange homogène, mais l'on crée des poches de vapeur qui sont un obstacle à la circulation. Dans un petit tube, au contraire, comme nous l'avons vu, si l'on n'a pas un mélange absolument homogène, on a du moins une série de tronçons de vapeur et d'eau qui s'en rapproche davantage et toutes les parois du tube se comportent à peu près également, mais en admettant même que l'on ait pu conserver à l'intérieur du tube ce mélange homogène ou