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Union Industrielle et Maritime |
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Chaudières cylindriques
Les chaudières qui équipaient les navires des Armateurs Français, puis de l'Union Industrielle et Maritimes étaient des chaudières cylindriques. Les premières chaudières cylindriques à tubes de fumée était équipée de deux ou trois foyers...
La chauffe au charbon fut le seul moyen de générer de la vapeur au cours de la première guerre mondiale et de nombreuses années après. On en trouvait pratiquement partout bien que dans certains ports la qualité fut médiocre. La chauffe au charbon posait de nombreux problèmes, elle n'était pas toujours stable, le mâchefer pouvait se coincer entre les barreaux des grilles, il fallait des heures pour l'enlever et assurer une bonne circulation de l'air de combustion.
En 1939, au début de la Seconde guerre mondiale, 40% de la flotte marchande mondiale s'alimentait encore en charbon avec généralement des machines à vapeur à triple expansion.
Une chaudière est un récipient clos à parois métalliques résistantes, destiné à transformer en vapeur l'eau qu'il contient, à l'aide de la chaleur du foyer.
Elles sont de forme cylindrique qui est celle qui résiste le mieux aux pressions intérieures et extérieures, avec le minimum d'épaisseur.
Les chaudières marine sont à foyer intérieur et peuvent être à foyers multiples, toute la chaleur absorbée par les parois qui entourent le foyer est utilisée par l'eau. La surface de chauffe est la surface des parois de la chaudière directement au contact des flammes, c'est d'elle que dépend la production de vapeur. Dans le but d'augmenter cette surface de chauffe sans augmenter l'encombrement, on divise le courant de fumée en obligeant les gaz à passer dans un faisceau de tubes placés dans la masse d'eau. Les tubes sont alors appelés tubes de fumée et la chaudière est dite tubulaire.
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Une chaudière comprend donc :
Un corps cylindrique de grand diamètre (pouvant dépasser 5 mètres dans les chaudières à 4 foyers), terminé par deux fonds plats, chaque fond étant en plusieurs parties.
Des foyers cylindriques au nombre de 2, 3, 4, qui débouchent dans des boites à feu distinctes pour chaque foyer.
Un faisceau tubulaire (tubes lisses ou ondulés) fixés d'une part sur la plaque tubulaire de boite à feu et d'autre part sur le fond AV de l'enveloppe.
Une boite de fumée commune à tous les foyers et fixée au fond AV.
La figure de droite représente une chaudière marine à 2 foyers (chaudière H. Sâtre) pour un bâtiment de faible tonnage (surface de chauffe de 80 m2 et le timbre de 7 kgr. Sur cette chaudière, la pression étant peu élevée, on a employé des foyers lisses moins coûteux que les foyers ondulés.
Il y a des chaudières à foyers lisses et fonds plats formés de viroles soudées et des chaudières à foyers ondulés et fonds emboutis d'une seule pièce à profil sphérique. Les foyers ondulés ayant une meilleure élasticité permettant les dilatations différentes de l'enveloppe et des foyers sans fatigue des joints et une plus grande résistance aux déformations, le foyer travaillant par compression. Enfin, ils offrent une plus grande surface de chauffe.
L'avantage des fonds sphériques sur les fonds plats, c'est de pouvoir résister à la pression intérieure sans armatures et des simplifier les assemblages.
Les foyers lisses sont employés pour de petites chaudières avec des pression de vapeur jusqu'a 10 at. au maximum. Pour les chaudières plus grandes, on emploie des tubes ondulés.
On peut aussi diviser la masse d'eau en composant la chaudière d'un certain nombre de tubes réunis à leurs extrémités par des pièces de raccord de formes diverses, les tubes sont alors appelés tubes d'eau et la chaudière est dite multitubulaire ou à éléments multiples. Les chaudières multitubulaires présentent plus de sécurité que les chaudières à grand volume d'eau et que les chaudières tubulaires, parce qu'elles sont, en général, établies avec une faible quantité d'eau et que la masse d'eau est très divisée.
La pression d'une chaudière s'évalue en kilogrammes par centimètres carrés. Le timbre de la chaudière donne la pression effective : les calculs de résistance des tôles se font en tenant compte de cette pression qui est l'excès de la pression absolue sur la pression atmosphérique, cette dernière ayant pour valeur 1 kg 033 par cm2.
Les pressions habituelles de marche sont :
pour les chaudières marines cylindriques, de 8 à 15 kgr.
pour les chaudières marine multitubulaires, de 10 à 20 kgr.
Guillot, Cours de mécanique, programme des Ecoles Nationales des Arts et Métiers, Librairie Polytechnique Ch. Béranger, Paris, 1918.
Combustibles
Les combustibles employés pour le chauffage des chaudières peuvent être à l'état solide, liquide ou gazeux.
Le charbon de terre est le combustible qui est le plus employé à cet usage. On l'utilise directement comme houille ou anthracite, et quelquefois à l'état de coke.
Les houilles qui conviennent le mieux pour le chauffage des chaudières sont les houilles maigres ou demi grasses à courtes flammes et les houilles sèches à longue flamme.
Elles sont caractérisées par une proportion relativement faible de matières volatiles et un grand pourcentage de charbon fixe.
Par leur charbon fixe, elles donnent aux foyers qui les brûlent un volant de chaleur suffisant pour transformer en oxyde de carbone, puis en acide carbonique, la faible proportion d'hydrocarbures qui constitue leur partie volatile. Elles brûlent en donnant relativement peu de fumée, et leur emploi se recommande tout particulièrement dans les foyers que l'on veut rendre fumivores en utilisant seulement le tirage naturel des cheminées.
Les meilleurs combustible pour le chauffage des chaudières sont les Houilles maigres Cardiff-Charleroi, suivies des Houilles demi grasses.
Les charbons contenant des pyrites ne conviennent pas parce que, en stock, ils s'échauffent et risquent de mettre le feu à la masse, et que, en brûlant sur la grille, ils donnent de l'acide sulfurique qui, transformé en acide sulfurique, attaque les tôles des générateurs.
La valeur d'un charbon dépend non seulement de son pouvoir calorifique, mais aussi de la grosseur de ses morceaux.
On classe les charbons à ce point de vue en : Tout venant, Gailletterie, Menus [Criblés, Schlamms (résidus provenant des lavages de charbons), Lavés]. Les briquettes et boulets sont des poussières de charbon mélangées à 6 à 9 % de brai sec.
F. Cordier, Encyclopédie Scientifique, Chaudières et Condenseurs, Bibliothèque de Mécanique Appliquée et Génie, Paris, 1909.
Beaucoup de chaudières furent par la suite adaptées au chauffage à l'huile. Dans ces chaudières, le diamètre des tubes de flammes nécessaire est presque toujours aussi grand que pour les foyers chauffés au charbon, dans le cas de chaudières cylindriques de même puissance. Si l'on peut par conséquent produire 30 à 40 kg de vapeur par m2 de surface de chauffe avec un foyer chauffé à l'huile, et environ 20 kg seulement en moyenne avec le charbon, cet avantage du chauffage à l'huile n'a pas une grande influence sur le poids ni les dimensions des chaudières cylindriques.
Hütte, Manuel de l'Ingénieur, Librairie Polytechnique, Ch. Béranger, Paris, 1926.
