Elucubrations et calcul de chaudière
Réflexion sur une chaudière Blackstaff
Données du problème :
• Partir de plans et d’une expérience existante pour limiter les risques et ne pas réinventer la roue!
• Avoir une puissance de chauffe capable d’alimenter un monocylindre ou un bicylindre capable de propulser une chaloupe d’environ 7 m de longueur.
• Avoir un ensemble permettant une maintenance facile.
• Pouvoir alimenter la chaudière de manière pratique, bien que l’axe de chargement soit dans le même plan que l’arbre d’hélice, et donc que le chargement soit gêné par la machine.
• Faciliter la construction de l’ensemble.
• Prévoir la prise vapeur de manière à éviter le primage
• Prévoir des dispositifs de sécurité simples et efficaces
Approche de solutions :
• Utiliser les plans de la chaudière réalisée par Pierre, Jean-Jacques et Laurent que j’appellerai maintenant la Blackstaff 1 comparativement à la Blackstaff 2 que je vais essayer de définir.
• Pour avoir une puissance de chauffe suffisante pour nos besoins, j’ai essayé d’extrapoler les caractéristiques techniques de la Blackstaff 1, en respectant les points suivants : Volume max < 25 litres, surface de chauffe comprise entre 2,5 m² et 3 m², (cette surface est tirée des données du Sba register, pour des chaudières à tubes d’eau et équipant des bateaux de 7 m environ), une surface de grille égale au 20ème de la surface de chauffe (donnée fournie par David le spécialiste chaudière de la Sba)
• Des constructions du corps de chauffe différentes de celle de la Blackstaff 1 ont été envisagée, avec des extrémités des tubes principaux seront non pas soudées, réalisés par des tampons boulonnés et éventuellement avec un tirant reliant les deux tampons.
Ces deux solutions ont été abandonnées, selon les conseils d’Albert, la première (Tampons boulonnés) non autorisée, la seconde (Tampons avec tirant) compliquant le casing , car les tampons doivent rester visibles de l’extérieur (comme sur la chaudière Lune Valley).
Finalement les fonds seront soudés (fonds bombés).
Pour éviter la surchauffe des brasures à l’argent des serpentins sur le tube principal, l’arrivée des serpentins se fera sous le niveau minimum de la chaudière, donc plus bas que ceux de la Blackstaff 1.
L’habillage sera réalisé pour pourvoir accéder facilement aux serpentins sans être obligé de déposer la chaudière du bateau.
• Pour pouvoir alimenter la chaudière de manière facile, l’accès au foyer est prévu des deux cotés de la chaudière, avec éventuellement des portes différentes, coulissantes coté machine, normale à l’avant. Le principe est que sur un bateau de grande taille, un chauffeur indépendant est indispensable, celui-ci sera donc, posté à l’avant, la porte arrière est un accès de secours pour le conducteur de la machine et barreur. Cette double possibilité impliquera de doubler le niveau, le manomètre, une partie de la robinetterie.
• Pour faciliter la construction de l’ensemble, deux mesures envisagées, d’autres viendront!: un casing plus simple, probablement un demi cylindre et deux joues verticale, facile à démonter (maintenance), un angle plus ouvert au niveau des tirants, pour éviter un usinage difficile du tube principal, et pour augmenter la surface de grille.
• Pour éviter le primage, après avoir pas mal étudié la littérature, il apparaît qu’il est important de garder un volume vapeur significatif, il faut également prévoir une prise vapeur qui élimine au maximum l’admission d’eau, diverses solutions sont possibles , mais si l’on ne veut pas se lancer dans des accessoires complexes, la prise de vapeur par tube Crampton me parait la plus indiquée.
Le tuyau de prise de vapeur pénètre dans le dôme et descend perpendiculairement à la surface de l’eau pour se raccorder à un log tube horizontal, fermé aux deux bouts et occupant la presque totalité de la longueur de la chambre de vapeur. Ce tube est percé de trous sur la génératrice opposée à la surface de l’eau. La vapeur ne peut se rendre dans le tuyau de prise qu’après avoir pénétré par ces trous, ce trajet compliqué qu’on l’oblige à faire la débarrasse de la majeure partie de l’eau qu’elle entraine.
L’eau qui réussi à pénétrer dans le tube, se trouve, de facto, au milieu du réservoir de vapeur et se vaporise à nouveau et s’échappe par le tube de prise.
Je pense que l’on peut également souder deux ailettes parallèlement à la surface de l’eau, comme c’est le cas sur la chaudière de type Yarrow appartenant à Sylvère, pour limiter encore les effets de projections d’eau.
Enfin, je prévois un ou deux tours de serpentins du tuyau d’alimentation machine dans la cheminé pour réchauffer la vapeur avant l’admission machine. L’emploi d’un surchauffeur de vapeur est par contre exclu, car il conduit à des problèmes majeurs de lubrification machine.
• Dispositifs de sécurité: j’ai deux pistes à l’étude, les boulons fusibles, il s’agit de boulons contenant un métal qui fond à une température donnée, placé au bon niveau, ils vont fondre lorsqu’ils ne seront plus au contact de l’eau, la chaudière va perdre sa pression, il faut prévoir une sortie sécurisée pour éviter les brulures, l’extinction des feux d’urgence devient obligatoire et permet d’évier une surchauffe pouvant conduire à l’explosion. La deuxième piste que j’ai également trouvé dans la littérature est basée sur le principe d’un purgeur à flotteur, en cas de baisse de niveau d’eau, le flotteur descend et pars le biais d’un pointeau laisse échapper un jet de vapeur, celui-ci est envoyé vers un sifflet qui alerte le chauffeur. On peut également imaginer un capteur de température immergé calibré pour la température max donné ci-dessous dans les caractéristiques de la chaudière, un dépassement de la température indiquant soit une surpression soit un manque d’eau.
Calcul de la chaudière :
Dans mes calculs , j’ai tenu compte des remarques de David et d’Albert, j’ai donc limité mes velléités d’agrandir la surface de chauffe de manière trop importante, j’ai donc évité de trop allonger les serpentins, et j’ai gardé un volume significatif du tube principal, l’augmentation de la surface de chauffe a été principalement réalisée par augmentation du diamètre du tube des serpentins: de 12/14 à 14/16, et je n’ai rajouté qu’une seule spire.
Il me reste une vérification à faire celle de la tenue des tubes cuivre (température et pression)
Le volume pourra être ajusté, après mesure, à une valeur proche de 25 litres, par un petit dôme vapeur.
J’arrive ainsi à une chaudière qui aurait les caractéristiques suivantes:
Blackstaff 2:
Volume: 24,25 litres
Surface de chauffe: 2,95m²
6 serpentins de chaque coté, 3 de 11 spires et 3 de 10.
Pression d’utilisation max: 8 bars (norme européenne=PU*Vol<200)
Surface de grille: 0,15m²
Production vapeur: 144 Kg/heure soit à 6 bars: 42580 litres/heure
Température maximum de l’eau à la pression de 8 bars : 175°C
A comparer à la Blackstaff 1:
Volume: 21,2 litres
Surface de chauffe: 2,4 m²
Pression d’utilisation max: 9,4 bars
Surface de grille: 0,125m²
Production vapeur: 114 kg /heure soit à 6 bars : 33750 litres/heure
Température maximum de l’eau à la pression de 8 bars : 182°C
Données du problème :
• Partir de plans et d’une expérience existante pour limiter les risques et ne pas réinventer la roue!
• Avoir une puissance de chauffe capable d’alimenter un monocylindre ou un bicylindre capable de propulser une chaloupe d’environ 7 m de longueur.
• Avoir un ensemble permettant une maintenance facile.
• Pouvoir alimenter la chaudière de manière pratique, bien que l’axe de chargement soit dans le même plan que l’arbre d’hélice, et donc que le chargement soit gêné par la machine.
• Faciliter la construction de l’ensemble.
• Prévoir la prise vapeur de manière à éviter le primage
• Prévoir des dispositifs de sécurité simples et efficaces
Approche de solutions :
• Utiliser les plans de la chaudière réalisée par Pierre, Jean-Jacques et Laurent que j’appellerai maintenant la Blackstaff 1 comparativement à la Blackstaff 2 que je vais essayer de définir.
• Pour avoir une puissance de chauffe suffisante pour nos besoins, j’ai essayé d’extrapoler les caractéristiques techniques de la Blackstaff 1, en respectant les points suivants : Volume max < 25 litres, surface de chauffe comprise entre 2,5 m² et 3 m², (cette surface est tirée des données du Sba register, pour des chaudières à tubes d’eau et équipant des bateaux de 7 m environ), une surface de grille égale au 20ème de la surface de chauffe (donnée fournie par David le spécialiste chaudière de la Sba)
• Des constructions du corps de chauffe différentes de celle de la Blackstaff 1 ont été envisagée, avec des extrémités des tubes principaux seront non pas soudées, réalisés par des tampons boulonnés et éventuellement avec un tirant reliant les deux tampons.
Ces deux solutions ont été abandonnées, selon les conseils d’Albert, la première (Tampons boulonnés) non autorisée, la seconde (Tampons avec tirant) compliquant le casing , car les tampons doivent rester visibles de l’extérieur (comme sur la chaudière Lune Valley).
Finalement les fonds seront soudés (fonds bombés).
Pour éviter la surchauffe des brasures à l’argent des serpentins sur le tube principal, l’arrivée des serpentins se fera sous le niveau minimum de la chaudière, donc plus bas que ceux de la Blackstaff 1.
L’habillage sera réalisé pour pourvoir accéder facilement aux serpentins sans être obligé de déposer la chaudière du bateau.
• Pour pouvoir alimenter la chaudière de manière facile, l’accès au foyer est prévu des deux cotés de la chaudière, avec éventuellement des portes différentes, coulissantes coté machine, normale à l’avant. Le principe est que sur un bateau de grande taille, un chauffeur indépendant est indispensable, celui-ci sera donc, posté à l’avant, la porte arrière est un accès de secours pour le conducteur de la machine et barreur. Cette double possibilité impliquera de doubler le niveau, le manomètre, une partie de la robinetterie.
• Pour faciliter la construction de l’ensemble, deux mesures envisagées, d’autres viendront!: un casing plus simple, probablement un demi cylindre et deux joues verticale, facile à démonter (maintenance), un angle plus ouvert au niveau des tirants, pour éviter un usinage difficile du tube principal, et pour augmenter la surface de grille.
• Pour éviter le primage, après avoir pas mal étudié la littérature, il apparaît qu’il est important de garder un volume vapeur significatif, il faut également prévoir une prise vapeur qui élimine au maximum l’admission d’eau, diverses solutions sont possibles , mais si l’on ne veut pas se lancer dans des accessoires complexes, la prise de vapeur par tube Crampton me parait la plus indiquée.
Le tuyau de prise de vapeur pénètre dans le dôme et descend perpendiculairement à la surface de l’eau pour se raccorder à un log tube horizontal, fermé aux deux bouts et occupant la presque totalité de la longueur de la chambre de vapeur. Ce tube est percé de trous sur la génératrice opposée à la surface de l’eau. La vapeur ne peut se rendre dans le tuyau de prise qu’après avoir pénétré par ces trous, ce trajet compliqué qu’on l’oblige à faire la débarrasse de la majeure partie de l’eau qu’elle entraine.
L’eau qui réussi à pénétrer dans le tube, se trouve, de facto, au milieu du réservoir de vapeur et se vaporise à nouveau et s’échappe par le tube de prise.
Je pense que l’on peut également souder deux ailettes parallèlement à la surface de l’eau, comme c’est le cas sur la chaudière de type Yarrow appartenant à Sylvère, pour limiter encore les effets de projections d’eau.
Enfin, je prévois un ou deux tours de serpentins du tuyau d’alimentation machine dans la cheminé pour réchauffer la vapeur avant l’admission machine. L’emploi d’un surchauffeur de vapeur est par contre exclu, car il conduit à des problèmes majeurs de lubrification machine.
• Dispositifs de sécurité: j’ai deux pistes à l’étude, les boulons fusibles, il s’agit de boulons contenant un métal qui fond à une température donnée, placé au bon niveau, ils vont fondre lorsqu’ils ne seront plus au contact de l’eau, la chaudière va perdre sa pression, il faut prévoir une sortie sécurisée pour éviter les brulures, l’extinction des feux d’urgence devient obligatoire et permet d’évier une surchauffe pouvant conduire à l’explosion. La deuxième piste que j’ai également trouvé dans la littérature est basée sur le principe d’un purgeur à flotteur, en cas de baisse de niveau d’eau, le flotteur descend et pars le biais d’un pointeau laisse échapper un jet de vapeur, celui-ci est envoyé vers un sifflet qui alerte le chauffeur. On peut également imaginer un capteur de température immergé calibré pour la température max donné ci-dessous dans les caractéristiques de la chaudière, un dépassement de la température indiquant soit une surpression soit un manque d’eau.
Calcul de la chaudière :
Dans mes calculs , j’ai tenu compte des remarques de David et d’Albert, j’ai donc limité mes velléités d’agrandir la surface de chauffe de manière trop importante, j’ai donc évité de trop allonger les serpentins, et j’ai gardé un volume significatif du tube principal, l’augmentation de la surface de chauffe a été principalement réalisée par augmentation du diamètre du tube des serpentins: de 12/14 à 14/16, et je n’ai rajouté qu’une seule spire.
Il me reste une vérification à faire celle de la tenue des tubes cuivre (température et pression)
Le volume pourra être ajusté, après mesure, à une valeur proche de 25 litres, par un petit dôme vapeur.
J’arrive ainsi à une chaudière qui aurait les caractéristiques suivantes:
Blackstaff 2:
Volume: 24,25 litres
Surface de chauffe: 2,95m²
6 serpentins de chaque coté, 3 de 11 spires et 3 de 10.
Pression d’utilisation max: 8 bars (norme européenne=PU*Vol<200)
Surface de grille: 0,15m²
Production vapeur: 144 Kg/heure soit à 6 bars: 42580 litres/heure
Température maximum de l’eau à la pression de 8 bars : 175°C
A comparer à la Blackstaff 1:
Volume: 21,2 litres
Surface de chauffe: 2,4 m²
Pression d’utilisation max: 9,4 bars
Surface de grille: 0,125m²
Production vapeur: 114 kg /heure soit à 6 bars : 33750 litres/heure
Température maximum de l’eau à la pression de 8 bars : 182°C
posted by Midship at 12:11 AM
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