ALIMENTATION DES CHAUDIÈRES À VAPEUR

Les pompes à vapeur

107 — A quoi sert la pompe à vapeur?

La pompe à vapeur est un appareil qui, actionné par la vapeur, sert à alimenter une chaudière à vapeur ou à pomper l'eau pour d'autres fins.

108 — De quelle profondeur une pompe peut-elle aspirer Veau?

Aucune pompe ne peut aspirer l'eau d'une profondeur de plus de 34 pieds parce qu'au-delà de cette profondeur le poids de la colonne d'eau neutralise la pression atmosphérique et ne permet plus au piston de la pompe d'agir directement sur l'eau.

109 — Dans quelles conditions une pompe peut-elle élever l'eau d'une profondeur de 34 pieds ou moins?

Il est essentiel que cette pompe soit en parfaite condition et qu'il n'existe aucune fuite dans son tuyau d'aspiration.

 La plus petite fuite dans ce tuyau réduit l'efficacité de l'aspiration. En pratique, aucune installation de pompe aspirante — à vapeur ou autre — ne devrait tirer l'eau d'une profondeur de plus de 24 pieds.

110 — Est-ce qu'une pompe aspirante peut aspirer Veau chaude aussi bien que V eau froide?

Non

Si la température de l'eau atteint ou dépasse 140°F. la vapeur qui s'en dégage réduit l'effet du vide dans le corps de la pompe et le tuyau d'aspiration.

Il s'ensuit que les pistons à eau ne peuvent aspirer celle-ci. Pour pomper une eau dont la température excède généralement 140° on se sert plutôt d'une pompe foulante dans laquelle l'eau pénètre par gravité.

111 — Quelle pression de refoulement une pompe à vapeur peut-elle produire?

Une pompe foulante, à vapeur ou autrement actionnée, peut refouler les liquides contre des pressions considérables.

 Ainsi, pour actionner certaines presses hydrauliques, on utilise des pompes foulantes très robustement construites qui produisent des pressions allant jusqu'à 30,000 livres au pouce carré.

112 — Pourquoi les pistons à vapeur d'une pompe alimentaire à mouvement alternatif (re-ciprocating water boiler pump) doivent-ils être plus gros que les pistons qui servent au déplacement de Veau?

Parce qu'en vertu du principe que nous expliquons à la section Généralités sur la Physique voir LES PRESSIONS et les suivantes, si les pistons étaient d'égal diamètre, la résistance offerte par l'eau que l'on veut faire pénétrer dans la chaudière serait égale à la pression de la vapeur, et la pompe ne pourrait pas fonctionner.

Pour vaincre cette résistance ainsi que la friction du mécanisme de la pompe, il est nécessaire que les pistons à vapeur soient d'un plus grand diamètre que les pistons à eau.

Fig. 22.— Principe scientifique mis à profit par la disposition des cylindres d'une pompe alimentaire.

Fig. 23.— Organes internes d'une pompe alimentaire Duplex munie d'une chambre d'air pour chaudière à vapeur.

113 — Comment fonctionnent les pompes jumelées?

Les pompes jumelées (duplex) comportent deux cylindres à vapeur et deux pistons à eau. Elles sont alimentées en vapeur au moyen de tiroirs coulissants comme les machines à vapeur ordinaires.

114 — Comment sont disposés les tiroirs d'une pompe jumelée?

Lorsqu'il s'agit de remonter la pompe, après un nettoyage ou pour d'autres raisons, on commence par disposer les tiges de manières à ce que les pistons de la pompe se trouvent vers le milieu de leur cylindre. (Fig. 24 et 15).

Fig. 24.— Diagramme illustrant les alignements et la position respective des tiroirs et des pistons d'une pompe alimentaire Duplex qui est réglée comme il faut.

Dans cette position, les deux leviers servant à faire mouvoir les tiroirs tomberont verticalement entre les bourrelets ou crossettes qui les font mouvoir sur les tiges de pistons.

On pose alors les tiroirs de manière qu'ils couvrent entièrement deux des ouvertures d'admission. Les tiges du tiroir, les culbuteurs ou leviers et les crossettes sont alors raccordés de façon à répartir également le jeu (lost motion) et les tiroirs se trouvent en mesure de fonctionner normalement.

115 — Que doit-on faire lorsque les tiroirs d'une pompe alimentaire à vapeur ne sont plus étanches?

On doit les enlever et leur faire subir un rodage (grinding) afin qu'ils puissent s'ajuster parfaitement à leur siège. Ces derniers doivent aussi, au besoin, être judicieusement nettoyés et polis.

116 — A quoi sert la chambre à air dont certaines pompes sont munies?

Cette chambre à air permet de régulariser l'aspiration de l'eau. Toute pompe qui doit aspirer l'eau d'une profondeur supérieure à 8 pieds devrait être munie, sur son tuyau d'aspiration, d'une telle chambre à air. (Fig. 23a)

117 — Comment doit-on disposer la tuyauterie des pompes alimentaires?

Elle doit être agencée de manière à ce qu'il y ait le moins possible de coudes et raccordements à angle droit afin
d'éviter que la circulation du liquide soit ralentie. Il est préférable de cintrer ou courber les tuyaux au lieu de les raccorder au moyen de T ou de coudes à 90°.

118 — Quelle est la fonction du régulateur de pression installé sur les pompes alimentaires de chaudières à vapeur?

Cet appareil sert à faire cesser la pompe de marcher et à la remettre en mouvement. C'est une sorte de soupape automatique à ressort qui est intercalée sur la tuyauterie à vapeur et dont le diaphragme est actionné au moyen d'un raccordement avec le tuyau de refoulement de la pompe.

Fig. 25.— Disposition et alignement du tiroir, du piston et des organes articulés d'une pompe simplex (à piston unique) qui est réglée comme il faut.

Fig. 26.— Vue montrant la disposition d'un piston à double action sur une pompe alimentaire de chaudière à vapeur.

Fig. 27.— Agencement des garnitures d'étanchéité autour du piston lisse ou plongeur d'une pompe à double action, c'est-à-dire aspirante et foulante à l'aller comme au retour.

119 — De quelle manière ce régulateur de pression opère-t-il?

Lorsque la soupape de la pompe qui contrôle l'admission de l'eau à la chaudière se ferme, il se produit une augmentation de 5 à 10 livres dans la pression de ce tuyau. Cet excédent de pression se communique au diaphragme du régulateur par le petit conduit installé à cette fin et provoque

immédiatement la fermeture de la vapeur qui sert à actionner la pompe. Celle-ci est remise en mouvement dès qu'une des soupapes d'alimentation en eau de la chaudière se rouvre et fait disparaître l'excédent de pression agissant contre le diaphragme du régulateur.

Fig. 28.— Autre agencement des garnitures autour des plongeurs jumelés d'une pompe à double-action.

120 — Dans quels cas utilise-t-on surtout les régulateurs de ce type?

Les régulateurs à diaphragme sont principalement employés dans les installations où deux chaudières ou plus sont alimentées en eau par une seule canalisation.

LES INJECTEURS

121 — Qu'est-ce qu'un injecteur et à quoi sert cet appareil?

Un injecteur est un ingénieux appareil qui permet de faire pénétrer l'eau d'alimentation dans une chaudière à vapeur par l'emploi d'un jet agissant sous pression.

Certaines installations de chaudières à vapeur ne sont alimentées en eau qu'à l'aide de ces appareils. D'autres utilisent un ou plusieurs injecteurs comme auxiliaires des pompes d'alimentation.

122— Expliquez comment fonctionne un injecteur. (Fig. 24).

En pénétrant dans l'injecteur, la vapeur suit un tuyau dont le diamètre interne va en diminuant ; vis-à-vis l'embouchure de ce tuyau s'en trouve un autre de forme évasée.

Une courte distance sépare ces deux tuyaux afin de permettre à l'eau d'alimentation d'être entraînée par le jet de vapeur sous pression. La vapeur de ce jet, arrivant de la chaudière, se trouve comprimée par le tube conique à mesure qu'elle s'approche de son extrémité.

En pénétrant dans la partie évasée, elle crée un vide qui aspire alors l'eau par l'espace qui sépare les deux extrémités.

Fig. 29.— Détails de construction des injecteurs Pemberty.

Fig. 30.— Figure schématique d'une installation d'injecteur.

123 — D'après quel principe de physique fonctionne un injecteur?

L'injecteur force l'eau à pénétrer dans une chaudière sous pression en vertu du principe qu'un jet de vapeur possède une énergie cinétique beaucoup plus grande qu'un jet d'eau poussé avec la même force.

124 — Peut-on alimenter une chaudière en eau chaude grâce à l'injecteur?

À condition que sa température ne dépasse pas 140°F. dans lequel cas sa capacité se trouve néanmoins réduite en proportion du degré de température. On obtient les meilleurs résultats lorsque la température de l'eau est d'environ 50°.

125 — Est-il préférable d'alimenter une chaudière à vapeur avec un injecteur ou au moyen d'une pompe?

L'injecteur offre l'avantage de n'entraîner aucune perte de chaleur. La vapeur qui sert à le faire fonctionner revient immédiatement dans la chaudière et la seule déperdition d'énergie possible est celle qui résulte du refroidissement très minime subi au contact de l'air extérieur par cet appareil.

126 — Quelle est la meilleure méthode pour raccorder un injecteur à l'approvisionnement d'eau?

De préférence, l'injecteur doit recevoir son eau d'un réservoir indépendant et non en étant directement raccordé au branchement d'amenée de l'aqueduc. On utilise à cette fin un réservoir muni d'une soupape automatique à flotteur qui permet d'en maintenir le niveau pendant que l'injecteur entre en action.

127 — Lorsque l'injecteur fonctionne mal, quelle peut en être la cause?

Il se peut que le tuyau d'aspiration soit obstrué ou qu'il soit percé. Un copeau, une écaille d'incrustation ou quelqu'autre objet peuvent pénétrer dans ce tuyau et boucher le tuyau à rétrécissement de l'injecteur ou en bloquer la soupape contre son siège.

128 — Quelle pression de vapeur permet à l'injecteur de fonctionner?

Une trentaine de livres suffisent. Certains injecteurs sont construits de manière à fonctionner avec seulement 20 livres de pression.

129 — A quelle hauteur un injecteur peut-il élever l'eau?

Un injecteur bien construit peut facile1 ment élever l'eau à une hauteur de 15 pieds et plus.

130 —Quel avantage y a-t-il à maintenir toujours le même niveau d'eau dans une chaudière à vapeur?

On estime qu'en maintenant l'eau à un niveau constant on peut réaliser une économie allant jusqu'à 8% dans le chauffage.

LES RÉCHAUFFEURS ET LES ÉPURATEURS D'EAU

131 — Quel7 est le rôle du réchauffeur d'eau (feed water heater)?

C'est un appareil qui sert à réchauffer l'eau d'alimentation avant que celle-ci soit introduite dans la chaudière par la pompe ou l'injecteur.

132 — Quel est le but visé en utilisant un réchauffeur d'eau?

On économise le combustible d'abord. Ensuite on ménage les parois de la chaudière qui ne se trouvent pas soumises à des changements brusques de température par l'introduction de l'eau froide.

Fig. 31.— Réchauffeur d'eau utilisant la vapeur d'échappement et construit sur le principe des échangeurs de température.

133 — Quels sont les principaux types de réchauffeurs utilisés?

Il y a les réchauffeurs en vase clos et les réchauffeurs à l'air libre.

134 — Quelles sont les particularités du réchauffeur en vase clos?

C'est une sorte de chaudière tubulaire qui utilise, pour réchauffer l'eau d'alimentation, soit les gaz chauds sortant du foyer, soit — et plus généralement — la vapeur d'échappement de la machine à vapeur.

Fig. 32.— Schéma d'un épurateur chimique pour l'eau d'alimentation.

135 — Quelle économie peut-on réaliser en réchauffant ainsi l'eau d'alimentation?

On peut réaliser facilement de 15 à 20% d'économie dans le combustible.

Fig. 33.— Trajet suivi par l'eau dans un élément d'économiseur à tubes verticaux qui s'installe à la sortie
des gaz chauds.

136 — Qu'est-ce qu'un épurateur d'eau {water purifier)?

C'est un réchauffeur d'eau d'alimentation qui sert en même temps à débarrasser l'eau des substances incrustantes qu'elle contient.

Les épureteurs à froid utilisent des produits chimiques pour arriver à ce résultat, tandis que les épurateurs à chaud, par l'action de la chaleur et parfois d'ingrédients chimiques, dégraissent l'eau et en soustraient les substances incrustantes.

137 — A quoi sert un économiseur {econo-mizer)?

C'est un réchauffeur d'eau qui, pour réchauffer l'eau d'alimentation, utilise les gaz chauds produits par le foyer avant qu'ils ne s'échappent par la cheminée. (Fig. 14).

138 — Qu'est-ce qu'un séparateur de vapeur (steam séparât or)?

C'est un dispositif construit de telle façon qu'il peut soustraire de la vapeur l'eau, l'huile, les saletés et toute autre impureté qu'elle peut contenir. (Fig. 34).

Fig. 34.—Séparateur de vapeur et d'huile (déshuileur) utilisant la force centrifuge.

139 — Qu'appelle-t-on purgeurs de vapeur (steam traps)?

Les purgeurs de vapeur (traps) (Fig. 35) servent à séparer de la vapeur l'eau de condensation qui s'y trouve. En débarrassant la vapeur de l'eau qu'elle produit en se condensant, on réalise une économie et on prévient les accidents.

La vapeur peut se comprimer, mais l'eau est incompressible. Lorsque l'eau s'accumule dans un appareil destiné à utiliser de la vapeur, elle peut causer la rupture des organes mobiles ou des parois de l'appareil.

Fig. 35.— Purgeur automatique à flotteur.

140 — Quel dispositif doit-on installer sur la tuyauterie en avant d'un détendeur^ d'un contrôle thermostatique ou d'un purgeur d'eau?

Dans les installations bien faites, il faut placer un intercepteur de résidus (scale trap) qui empêche les incrustations et autres débris de se coincer entre les sièges et autres organes de ces appareils.

DISPOSITIFS DE SÛRETÉ

141 — Nommez les soupapes, robinets, vannes et autres dispositifs et organes indispensables d'une chaudière à vapeur ordinaire.

La soupape de sûreté (safety valve), le manomètre à vapeur (steam gauge) et le niveau d'eau à tube de verre (water glass gauge) ;

les robinets de purge (try cock) et de vidange (blow-of cock) ;

les soupapes d'arrêt (stop valves), les soupapes auxiliaires ou de dérivation (by-pass valves), les soupapes de retenues et d'alimentation de l'eau (stop and feed check valves), le sifflet d'alarme ;

enfin les soupapes de la pompe ou de l'injecteur et les vannes de prise de vapeur (steam supply valves).

142 — Parmi toutes les soupapes d'une chaudière à vapeur, quelle est la plus importante?

C'est la soupape de sûreté. (Fig. 36)

Fig. 36.— Détails de construction d'une soupape de sûreté à ressort conforme aux exigences de la loi provinciale.

143 — A quoi sert la soupape de sûreté?

Elle empêche la vapeur de dépasser une pression déterminée d'avance en s'ouvrant d'elle-même et en laissant la vapeur s'échapper dès que le niveau prévu de ladite pression a été atteint.

144 — Qu'elle attention doit-on apporter à une soupape de sûreté?

On doit la tenir parfaitement propre et en faire l'épreuve chaque jour.

145— Pourquoi doit-on faire chaque jour l'épreuve de la soupape?

C'est afin d'empêcher que le disque de la soupape ne colle à son siège et de lui permettre ainsi de s'ouvrir sans manquer en cas d'urgence.

146 — Comment peut-on connaître les dimensions à donner à une soupape de sûreté?

En moyenne, un pouce carré de soupape doit correspondre à deux pieds carrés de surface de grille.

147 — Quels sont les types de soupapes de sûreté les plus en usage?

Autrefois, il y avait les soupapes à levier et poids à bascule et les soupapes à ressort, mais aujourd'hui ces dernières sont employées à l'exclusion de toutes les autres.

148 — De quelle manière la soupape de sûreté doit-elle être raccordée à la chaudière?

Elle doit être raccordée à une prise de vapeur distincte de celle qui se dirige vers l'engin et aussi près que possible des parois de la chaudière même. Aucune autre soupape ne doit être intercalée entre la chaudière et la soupape de sûreté.

149 — Comment détermine-t-on la pression de déclenchement d'une soupape à levier?

Lorsqu'on éloigne le poids de l'articulation du levier, il exerce une pression plus forte sur le disque de la soupape qui, de ce fait est plus difficile à détendre et exige une plus forte pression de vapeur pour s'ouvrir.

Inversement, si l'on rapproche le poids de l'articulation, le disque s'ouvrira sous une poussée moindre de pression.

150 — Comment détermine-t-on la -pression de déclenchement d'une soupape à ressort?

Sur ces soupapes, on règle la pression de déclenchement en serrant ou en desserrant l'écrou qui sert à régler la tension du ressort.

151 — Quels soins particuliers doit-on donner aux divers appareils de sûreté d'une chaudière à vapeur?

a) La soupape de sûreté doit être tenue en bon état.

Au moins trois fois par semaine, cet appareil doit être déclenché à la main et l'on doit veiller à ce qu'il puisse remplir en tout temps ses importantes fonctions;

b) Tous les jours, on doit faire le soufflage de l'indicateur de niveau d'eau à tube de verre.

Une fois qu'il a été vidé et qu'on a refermé le robinet de purge, il devrait se remplir rapidement dès que les robinets du haut et du bas ont été rouverts; s'il se remplit avec lenteur, c'est que le raccordement et le tuyau du bas sont partiellement obstrués.

c) Lorsque la pression de sécurité est atteinte d'après le manomètre, la soupape de sûreté doit immédiatement s'ouvrir d'elle-même.

Afin que le manomètre fournisse une indication précise de la pression, il faut veiller à ce qu'un siphon à col de cygne intercepte toute condensation d'eau pour que la vapeur ne pénètre pas dans le mécanisme interne du manomètre, sans quoi il ne pourrait fournir d'indication précise;

d) On doit veiller à ce que la pompe alimentaire ou l'injecteur soient en parfait état de fonctionnement et aussi à ce que toutes les soupapes et clapets de retenue remplissent leurs fonctions;

e) Enfin, l'épuration de la chaudière doit avoir lieu une fois par jour en ouvrant le robinet de vidange — de préférence le matin, avant que la pression soit trop haute.

Ce nettoyage garde la chaudière propre et prolonge son existence. De même, le tampon fusible de sûreté doit être tenu propre au dedans comme au dehors faute de quoi il refusera de fonctionner au moment opportun.

152 — A quel endroit d'une chaudière horizontale le tuyau d'alimentation pénètre-t-il généralement?

A l'opposé du foyer et sous la ligne d'eau.

Ce tuyau est d'ordinaire placé aux 3/5 de la longueur de la chaudière et lorsqu'il est installé par le dessus, dans les chaudières entourées d'une maçonnerie, une section se continue à l'intérieur de la chaudière jusqu'au-dessous de la ligne d'eau. (Fig. 12).

153 — Où se trouve généralement placée la soupape de sûreté?

On la place sur le dessus de la chaudière, sur la dernière section de l'enveloppe d'acier.

154 — Ou place-t-on généralement la prise de vapeur?

Sur le dessus de la chaudière ou sur le sommet du dôme.

155 — Pourquoi certaines chaudières sont-elles pourvues d'un dôme pour la prise de vapeur?

Un dôme existe sur les chaudières du type locomotive principalement; il sert à emmagasiner la vapeur sèche.

156 — Qu'appelle-t-on soupape de retenue (check valve)?

C'est une soupape construite de manière à ne laisser circuler le fluide qu'en un seul sens.

Fig. 37.— Coupe d'une soupape de prise de vapeur.

157 — A quoi sert la soupape d'accélération ou de mise en train (throttle valve)?

C'est la soupape qui sert à contrôler l'admission de la vapeur dans l'engin afin d'en régulariser la marche. Cette soupape est actionnée à la main, tandis que celle du régulateur l'est automatiquement par les balanciers qui la surmontent.

158 — Quelle est l'utilité d'une soupape de dégagement {relief valve)?

Une soupape de dégagement sert à libérer automatiquement la vapeur lorsque la pression de celle-ci atteint un niveau dangereux.

159 — Qu'est-ce qu'un détendeur de vapeur (steam reducing valve)?

On appelle détendeur un dispositif à ressort et diaphragme qui sert à fournir la vapeur à une pression moindre que celle produite par la chaudière.

160 — De quelle manière peut-on connaître la pression de la vapeur dans une chaudière ou une conduite?

En consultant le manomètre.

161 — Qu'est-ce qu'indique le manomètre?

Il indique la pression au pouce carré de la vapeur, soit dans la chaudière, soit à un endroit quelconque des canalisations.

D'habitude, dans les installations ordinaires, le seul manomètre installé indique la pression qui existe à l'intérieur de la chaudière.

162 — Comment peut-on savoir que le manomètre est précis?

L'aiguille d'un manomètre en bon état se déplace dès que la pression varie; du moment que la soupape qui le sépare de la chaudière est fermée, l'aiguille doit revenir à 0.

De temps à autre, la précision des manomètres à vapeur doit être vérifiée à l'aide d'appareils spéciaux, par un inspecteur attitré.

163 — D'après quel principe fonctionne un manomètre à vapeur?

Les manomètres à vapeur sont essentiellement constitués des parties suivantes: un boîtier rond, renfermant un tube creux replié en forme de fer à cheval, et diverses articulations, ainsi qu'une aiguille, un cadran et un verre. Le tube creux, dit tube Bourdon, est fait d'un alliage spécial.

L'une de ses extrémités est scellée au moyen d'une garniture à laquelle est raccordée l'articulation qui actionne l'aiguille ; l'autre est agencée de manière à recevoir la vapeur directement de la chaudière.

Du moment que la vapeur exerce une pression dans le tube Bourdon, celui-ci se distend et actionne ainsi l'aiguille dont la position, sur le cadran gradué, indique le nombre de livres de pression par pouce carré.

Afin que l'action directe de la vapeur humide ne déforme pas le tube, on intercale entre la chaudière et le manomètre un siphon en forme de spirale, qui favorise la condensation de l'eau. (Fig. 4, Généralités sur la Physique).

Fig. 38.— Détails du mécanisme interne d'un manomètre.

164 — Lorsqu'aucune pression n'existe dans la chaudière à vapeur quelle indication le manomètre doit-il donner?

L'aiguille doit pointer à 0 (zéro).

165 — Quelle est la pression indiquée par le manomètre?

Le manomètre indique la pression au-dessus de la pression atmosphérique. Il y a une différence avec la pression absolue qui se compte à partir du vide complet ou intégral. (Voir tableau).