une chaudière pour des essais, quelques généralités sur les chaudières

Il devient vite lassant pour essayer un moteur de démonter une chaudière déjà installée ! Il est beaucoup plus simple d'en réserver une à cet effet ... Voici un modèle très simple .

Cliquez pour agrandir l'imageJ'ai finalement revu ma copie en allant vers plus de simplicité en ce qui concerne le chauffage : il suffira de partir d'un réchaud "camping-gaz" qui fournira le réservoir, la vanne et le brûleur ...

La chaudière et ses accessoires : réservoir de gaz avec sa vanne,  manomètre, graisseur, vanne vapeur et pour le "service" : un allumeur à gaz, une pipette pour l'eau et  ... des baguettes de bois !
C'est le modèle le plus simple à construire : un tube de cuivre avec deux fonds solidarisés par une tige filetée, des tubes bouilleurs sans  cintrage , chauffage par champignon, ... Il faudra cependant pouvoir braser à l'argent ou le faire faire.

Accessoires achetés : vanne vapeur et soupape mais ... on peut les fabriquer.
On pourra l'améliorer : niveau, dôme plus perfectionné avec vanne, régulateur de pression, sécurité, ...

Une petite chaudière très performante qui monte à 2 bars en quelques minutes  ! Un bon recyclage pour la chaudière du FAAROA ...

le support

La chaudière sera "enfermée" dans une boîte fabriquée en alu de 4 d'épaisseur et de tôle de 0.5. Le tout est fixé par des vis M2.
Cette boîte sera vissée sur une plaque d'alu qu'on munira de 4 pieds (vis à tête fraisée et écrou).
A une extrémité, un support pour le réservoir à gaz découpé dans de l'alu; de l'autre, une vis supporte le graisseur.
Implantation en fonction des éléments fabriqués.
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la chaudière

C'est vraiment du costaud : tube épais de 60 x 63 ; fonds également épais maintenus par une tige filetée M6.
Les tubes bouilleurs sont fabriqués à partir de coude du commerce (intérieur de diamètre 8).

"Il y a lieu de respecter les cotes A et B, le côté B amenant l'eau froide dans le bouilleur et le côté A délivrant l'eau chauffée, selon un circuit de convection relativement efficace." (Vaporismes de Pierre Dubarry de Lassalle)

La différence adoptée pour cette chaudière est de 5 mm.
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La chaudière sur son support avec, au-dessous le champignon qui assure la chauffe : ça monte très vite en pression et il faudra prendre des repères pour conserver la même flamme ...
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tubes bouilleurs et séchage de la vapeur


Une petite vue de dessous pour montrer la facilité de la construction : coudes en cuivre du commerce notamment.
On a largement la place de placer un long serpentin qui va contribuer au séchage (partiel !) de la vapeur.

dôme vapeur

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Cliquez pour agrandir l'imageEncore de la simplicité ...

Partir d'un rond de 16, percer à 7. En haut, perçage et taraudage en fonction de la soupape; en bas filetage M10; sur le coté, un départ de vapeur. Pour ce dernier, si on ne veut pas braser, il faut fileter puis souder à l'étain : solidité garantie du montage.

L'eau va bouillir et de fines gouttelettes vont passer dans la tuyauterie. Pour en limiter le nombre il suffit de rajouter une petite pièce percée de trous de diamètre 1.
Cette pièce, ajustée , n'est pas enfoncée à fond pour permettre de placer un petit congé de soudure à l'étain ... sans boucher les trous !


On peut aussi prévoir deux plats en bas du dôme et sur une hauteur de 6 pour le serrage avec une clé de 13.

Pour le perçage du trou qui sera fileté à  M4 et devant recevoir le départ de vapeur, il faut mettre le joint (ici tout bêtement un joint de plomberie en fibres), serrer puis repérer sinon on risque d'avoir un décalage pas très esthétique ...

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réservoir


Il suffit de garder ce qui restera après le sciage de la tête du réchaud (récupération du brûleur et de son porte gicleur), d'y installer un raccord et de souder un tube : une excellente réserve et une vanne parfaite !

On doit trouver facilement ce petit réchaud dans les brocantes ...

Je viens seulement d'y penser en retrouvant sur le haut d'une étagère ce montage qui a dû me servir autrefois.
Cliquez pour agrandir l'imageUn petit exemple avec la partie haute d'un autre réchaud :
. scier à ras en 1, et on récupère le champignon et la vanne
. la partie sciée en 2 : porte gicleur, gicleur et prise d'air
. le dessus 3 qui comporte un filetage M6  (pas fin) dans lequel on vissera un embout (ici récupération d'un gicleur de gazinière que l'on reperce à 3 pour souder un tube).
Cliquez pour agrandir l'imageUn petit montage provisoire  : petit cadran devant lequel va se déplacer une tige de laiton fichée dans le bouton de réglage de l'ouverture du gaz. Il sera ainsi possible de régler l'ouverture pour obtenir avec un moteur donné, la même chauffe et ... la même pression à un moment donné !

Ainsi, quand on passera aux essais d'un moteur, le nombre de tours que l'on déterminera correspondra à des valeurs fixes que l'on pourra noter.  
Une petite modification au niveau du socle que je n'ai pas voulu refaire par manque de matière première : le réservoir de camping-gaz se trouve coincé dans un fond de boîte de 10 de diamètre avec une fixation excentrée par boulon. Tiens il y avait un trou bien placé !

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gérer l'arrivée de gaz


La seule manière de modifier la pression obtenue avec nos chaudières et de gérer l'alimentation en gaz et d'obtenir un chauffage plus ou moins fort. Voici comment j'ai réglé le problème avec cet ensemble modifié.
Un cadran permet de repérer la position fermée de la cartouche et de noter le moment où on atteint la pression souhaitée (moteur en marche). "Cerise sur le gâteau", les annotations peuvent être personnalisées pour chaque moteur en changeant -et en conservant- un petit feuillet  ...
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En se servant du gabarit, traçage et découpe à la cisaille d'une tôle de laiton de 5/10ème. Perçage à 4 et découpe d'une encoche.
Un petit truc pour scier de la tôle fine : coller au-dessous avec de la cyano une planchette qui va éviter les vibrations et donner une coupe qui n'aura pas besoin de retouches.
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Préparation à la soudure à l'étain d'une petite équerre : serrer en plaçant une tôle d'alu de 2 ou 3/10èmepuis souder. 
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Ce montage permettra de placer des disques en papier où on tracera l'endroit où la pression souhaitée est atteinte.
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Pas besoin de filetage pour la fixation dans les trous qui servaient à maintenir le réchaud : un peu de collant d'électricien autour des vis M4.

le brûleur

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On obtient un excellent chauffage avec ce champignon (modèle de diamètre 40). Pour en voir le montage, il suffit d'aller dans l'album cité ci-dessous. 
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Petite amélioration du système : une bague en 1  dont les extrémités aplaties maintiennent le brûleur bien à plat et à la bonne hauteur; une petite vis en 2 pour bloquer le porte-gicleur ( plus de recherches oiseuses pour trouver le bon positionnement par rapport à l'embout vissé ci-contre).
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Montage du tube sur le porte-gicleur : rond de laiton avec épaulement et 3 vis M 1.6 pour la fixation sur la bague en alu (joint téflon).
Pour le dernier montage, on peut encore se simplifier la vie : en y regardant de plus près, on voit qu'il reste suffisamment de filets pour y placer un embout vissé, quitte à réduire un peu la longueur du gicleur ...

accessoires

vanne vapeur

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Elle a été achetée dans le commerce (Steam le Hobby - extrait d'un vieux catalogue) et fonctionne très bien. J'en ai fabriqué deux sur le même principe pour d'autres montages ... il faudra que je pense à en dessiner un !

le graisseur et son support

Le support est nécessaire car sinon le graisseur, qui supporte à une extrémité la vanne-vapeur, va flotter. Une simple vis de laiton à tête plate trouvée chez un brico-truc et deux écrous pour le réglage de la hauteur et le serrage dans un trou percé sur le socle.
Pour fixer le graisseur, petit taraudage dans le fond (si on perce, un coup d'étain !) et goujon fileté ....
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principe de fonctionnement (croquis de Roger Klein)
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exemple d'une réalisation facile
Vous savez déjà que ma préférence va aux coupelles de téflon à cause de mes problèmes d'usinage mais aussi parce que les tubes vendus ne sont pas toujours parfaitement ronds. J'ai lu, sur un forum que, dans ce cas, le graisseur était inutile !
Je en suis pas d'accord pour avoir fait tourner mes moteurs avec ou sans huile. La première solution est la bonne d'autant que la vapeur chargée d'huile va huiler les parties en mouvements : tige du piston, glace, liaisons mécaniques, ...

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bouchons


J'ai un peu honte de vous présenter ce procédé de fabrication ... mais, il est tellement facile à mettre en oeuvre. Et, pour faire plus joli, on peut après soudure, tourner l'écrou !

Un petit truc pour le rond de 2 qui sert au serrage.
Si on le soude à l'étain, on aura des bavures du plus mauvais effet au polissage. Alors, avant de passer le rond dans le trou, lui donner un petit coup de marteau au centre : ça "gonfle" un peu le diamètre et ça le plie légèrement ... d'où blocage !
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manomètre, arrivée et départ de la vapeur


Un montage qui en vaut un autre fait à partir d'un bout de carré de 10 x 10 avec 3 piquages.
Pour assurer une bonne résistance, fileter puis souder à l'étain.

On peut aussi,  après perçage, souder un bouchon au lieu d'en visser un !
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essais



Un premier essai avec le moteur de 3.6 cm3 :  la vanne vapeur est calée aux 3/4 et on joue sur la vanne du réservoir pour stabiliser la pression à 1 bar. Même expérience positive en réduisant l'ouverture du gaz pour descendre à 0.5 bar ... Ce petit moteur permet ce genre de fantaisie.

Il y en aura d'autres à faire en changeant le gicleur. Une petite commande en cours pour obtenir les forets convenables ... 

construction du réservoir et du brûleur

Si on ne veut pas utiliser le réchaud, il est possible de tout fabriquer ...
Un réservoir  surdimensionné car construit avec le même tube que celui de la chaudière. Mais c'est un avantage pour les essais car on n'a plus besoin de le remplir à chaque fois !
Et plutôt que d'utiliser la vanne du commerce qui n'est absolument pas faite pour l'usage que je lui attribue et qui est difficile à stabiliser, il vaut mieux, soit en acheter une spécifique ou encore la fabriquer selon le plan suivant.
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un brûleur comme celui-ci  par exemple ...



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... ou encore celui-ci avec son porte-gicleur

les "trucs" qui me passent par la tête ...

réglage de la pression

Il est vrai que cette chaudière va monter très vite en pression et, parfois, vous en donner plus que souhaité, par exemple pour tester un moteur de 1 ou 2 cm3 dont on aimerait voir le rendement à 1 bar.

Dans ce cas, il faut jouer avec le brûleur : monter rapidement en pression puis diminuer le niveau de la flamme ...Voir les premiers essais ci-dessus.

eau

Habitant une île volcanique, je n'ai pas de problème avec l'eau du robinet que j'utilise car elle n'est pas calcaire.
Ce n'est pas le cas dans ben des régions et il est alors conseillé d'employer de l'eau déminéralisée comme pour les fers à repasser à vapeur : le calcaire va entartrer la tuyauterie et le siège de la soupape ...d'où mauvais fonctionnement.

Je pense qu'en utilisant de l'eau de pluie ce doit être tout bon. J'en mettais bien dans ma batterie ! On peut aussi, de temps en temps mettre un produit anti-calcaire vendu pour les cafetières électriques.

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niveau

Cette chaudière n'en possède pas et il  faudra, avant chaque essai - à limiter dans le temps -  penser à l'alimenter.

Comment évaluer la consommation d'eau ?

Un truc que j'utilise encore pour cette chaudière : on dessine la chaudière en coupe et on dessine des lignes horizontales tous les 1 ou 2 mm. Réglet et calculette permettent de déterminer le volume à chaque niveau des traits.
Remplissage de la chaudière, utilisation, refroidissement ... On plonge une baguette de bois exotique (le seul qui garde la trace du niveau d'eau), et on mesure . Il suffit alors de regarder le tableau qu'on s'est composé et qui va donner en fonction de la mesure faite la consommation réalisée.

Pas très orthodoxe mais suffisamment précis pour avoir une bonne idée de la consommation..

Pour les matheux, des calculs intéressants en allant sur cette page : http://www.maths.ac-aix-marseille.fr/debart/ts/volume_integrale.html

Une remarque importante de Paul : "Pendant les essais avec un moteur déterminé, il est intéressant de noter le temps de marche en gardant un niveau minimum ; ceci pour éviter de tourner sans eau !"


on peut aussi, et encore se faciliter la vie :

remplir la chaudière à ras du trop-plein, fonctionner, laisser refroidir puis refaire le plein avec la pipette (celle qui sert aux "avionneurs" et qui est graduée) : la quantité d'eau ajoutée correspond à celle utilisée.
Petit inconvénient : on est obligé à remplir la chaudière à chaque essai et au démarrage, on a toujours beaucoup de condensats ce qui fausse la lecture ...

J'aime bien quand je m'aperçois que je n'écris pas pour rien. Ce paragraphe ajouté il y a peu n'était pas encore en ligne et Philippe n'a pas manqué de me donner sa méthode :
"Pour ma part j'utilise une méthode plus simple et sans calcul pour trouver la consommation  d'eau :
1* je remplis la chaudière jusqu'au débordement du trop plein
2* je fais l'essai et après refroidissement...
3* ... je complète le plein avec une "grosse" seringue médicale et, quand il y a à nouveau débordement, je connais aussitôt la consommation.""



"petites" considérations  sur les chaudières


C'est peut-être le moment de placer quelques considérations générales sur les chaudières car, là aussi, on sera vite amené à vouloir les concevoir en fonction de la place disponible, de l'implantation, de la cylindrée du moteur, de l'autonomie espérée, du mode de chauffage, ... Là encore, je me contente de vous livrer le fruit de mes lectures.

Mes sources principales : l'ouvrage VAPORISMES, des articles de MRB dont celui, indispensable et très complet, du n° 245 de novembre 1983 écrit par Adrien Sentz ; ainsi que quelques échanges sur les forums ou avec Paul Fonlupt .

les chaudières horizontales

Il en existe un certain nombre de types dont voici les principaux utilisés en modélisme vapeur (source MRB n° 245) :
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chaudière à tubes d'eau
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autre chaudière à tubes d'eau
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chaudière de type Scott
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chaudière à tubes de flamme
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chaudière à foyer central
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chaudière à retour de flamme



pour le plaisir ...
à voir aussi la galerie de Paul Fonlupt...

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Photo de l'Escarbille
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Revue anglaise

Mon ami Eric Gauthier, le "bon dessinateur" du site, a écrit un excellent article sur les chaudières, notamment sur les verticales que je n'ai pas évoquées. A consulter sur :
http://pagesperso-orange.fr/maquettes.ge/article/pages/page6n10.htm

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les matériaux


Pour nos petites chaudières, il est aisé d'utiliser le cuivre ou le laiton que l'on peut braser.

le tube de la chaudière:
Il doit avoir une épaisseur en rapport avec le diamètre pour diminuer les risques générés par la pression. On admet que pour une pression de moins de 3 bars, l'épaisseur doit être du diamètre / 100 ; de 3 à 7 bars, il faudra 2 diamètres / 100 et de 7 à 10 bars, ce sera 3 diamètres / 100.
Comme je me contente de pressions inférieures à 3 bars, des tubes dont l'épaisseur est de 1 mm conviennent très bien. Mais, problème !
Alors que le cuivre est le meilleur des conducteurs, il devient pratiquement impossible d'en trouver de cette épaisseur dans les dimensions souhaitées. Alors va pour le laiton (voir TARTAIX qui livre au cm !) dont la résistance dans le temps sera moins bonne.

Sinon, bien outillé, on peut faire comme Jean-Paul Bourdillat qui va décolleter un tube de cuivre de 2mm d'épaisseur pour le ramener à 1.2 ! (MRB n°544) : "les parois d'échange doivent être le plus mince possible." (A.S)

Je suis d'ailleurs très content de son travail puisque lors d'une rencontre à Paris, il m'a fait cadeau de la chaudière ...!

les tubes d'eau sont pour les amateurs comme moi, les plus utilisés. Ils seront obligatoire en cuivre.


chaudière à tubes d'eau

Comme cette chaudière pour les essais, c'est le type de chaudière qui est plébiscitée par les constructeurs débutants. Mais pourquoi cette disposition particulière des tubes avec une entrée plus haute que l'autre ?

"Pour favoriser la circulation de l'eau, les tubes doivent être inclinés sur l'horizontale, et la sortie du tube dans la chaudière doit être plus élevée que son entrée pour provoquer une circulation par thermo-siphon (eau chaude plus légère que l'eau froide). Adrien Sentz

Ainsi, on fait circuler l'eau et, ce faisant, les échanges entre gaz chauds du foyer et eau à vaporiser sont améliorés.
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même pour la toute petite chaudière de la voiturette, ce principe a été respecté


la surface de chauffe

Cliquez pour agrandir l'imageUne formule barbare qui permet de la calculer (S) mais ...
... mais qui m'a bien ennuyé car, il me manquait toujours une donnée pour l'appliquer , notamment le nombre de tours ... Ce problème vient d''être réglé avec la fabrication d'un compte-tours simple mais efficace.

Evaporation retenue de 4 g d'eau par dm2.



Cliquez pour agrandir l'imagea et b sont des extraits de "VAPORISMES" de Pierre DUBARRY de LASSALLE, que l'on peut se procurer chez Steam Le Hobby.

Si on considère la formule ci-dessus et le tableau ci-contre, connaissant le nombre de tours de notre moteur à une pression donnée, on va pouvoir calculer la surface de chauffe nécessaire.

La parole à Paul :

'La surface de chauffe est toujours la même , soit toutes les surfaces qui sont soumises à la flamme directe , au rayonnement et aux gaz très chauds ...
Pour calculer la surface de chauffe , on calcule la surface de tous les tubes qui sont soumis à la chaleur . 
Pour modifier la surface de chauffe , il faudrait isoler des tubes d'eau ou de fumée mais à ce moment pourquoi les construire .

Dans les chaudières réelles, on change les pastilles des brûleurs, on modifie un peu la pression de fuel, on augmente le nombre de brûleurs, une pompe de circulation d'eau de chaudière améliore considérablement les échanges ainsi qu'une circulation forcée d'air et des récupérateur de calories pour les gaz d'échappement .





"Pour nous, on régule la pression de gaz ( ou son débit )"

Je pense aussi à un autre truc : faire des essais avec des gicleur de différents diamètres (0.2, 0.3); cela devrait donner un déplacement plus important donc plus fiable au robinet de gaz ... Forets en commande !

Attention : pour le tableau b, il s'agit de la pression absolue, celle obtenue au niveau de la mer. Pour nos manomètres, il s'agit de la pression mano qui est supérieure de 1 : si on lit une pression de 1 sur le manomètre, la pression absolue est de 2 !
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Quant à "réguler la pression du gaz (ou son débit)", le robinet du réservoir le permet d'une façon plutôt sûre si j'en crois les premiers essais...
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Voici toute la surface qui va recevoir la chaleur (on ne compte pas le serpentin qui sert à "sécher la vapeur").
un exemple concret avec la chaudière pour essais

Cette chaudière a un tube de diamètre extérieur 63 sur 130 de long. Si on calcule la surface exposée à la chaleur, soit la moitié du tube, on obtient 12858,3 mm².
3 tubes bouilleurs de 8 de diamètre extérieur et de 100 de long donnent une surface exposée de 753.6 mm².
La surface de chauffe est donc de 13612 mm² ou 1,36 dm²


Mais, si elle convient pour la plupart des essais effectués, il n'en sera peut être pas de même pour d'autres moteurs car alors, il faudra calculer la surface de chauffe nécessaire à un fonctionnement particulier (cylindrée, nombre de tours), de la pression envisagée et du temps d'utilisation escompté ... Dans ce cas, il faut appliquer la formule notée ci-dessus !

Exemple d'un tableau à confectionner où on peut entrer ses propres données : Modifiez les données en plaçant le moteur de 3.6 cm3 tournant à 1000 tours par minute. On voit que la surface de chauffe est largement suffisante ... un peu trop même, mais cela permet de multiples essais !

calcul de la surface de chauffe

tester la chaudière


Une chaudière est une bombe emplie d'eau à très haute température. Il faut donc la tester pour voir 'il n'existe pas de problème d'étanchéité.
Pour être sûr de soi et ne pas représenter un danger, la tester à 2 ou 3 fois la pression d'utilisation prévue.

Cliquez pour agrandir l'imageJusqu'à ce jour, je faisais comme j'avais lu, notamment chez André Lecomte : chauffage de la chaudière à la lampe à souder.

Tous les accessoires sont démontés et on ferme leurs ouvertures, on remplit entièrement la chaudière d'eau en chassant l'air et on place un gros manomètre. Ensuite, on approche la flamme du chalumeau et ... après un bref instant, la pression monte très vite. Dès qu'on va arriver à la pression voulue, écarter la flamme, puis revenir, puis écarter, ... pendant au moins un quart d'heure.
Si une soudure est ratée, la pression ne montera pas. Par contre avec une micro-fuite la pression peut monter sans qu'on s'en aperçoive. Il fat donc tester plusieurs fois.

La seule photo qui me reste de ce type de test est celle des essais de la chaudière de la voiturette (pas prudent pour le mano !) . Là, j'avais utilisé le manomètre à monter et atteint et maintenu la pression de 4 bars (fonctionnement prévu à 1 bar pour un démarrage à 1.5 ou 2)...
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Finalement, je ne suis pas très fier quand je procède à ce genre d'essai et j'ai décidé de construire cette pompe qui me servira à tester l'étanchéité à froid grâce à cette pompe qui reste à ... construire !
album en construction
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naviguez sur le site et ... rêvez


J'ai découvert, depuis que je me suis remis à la vapeur, qu'il existe des gens exceptionnels.

Il y a ceux qui construisent des merveilles où le moindre détail est soigné, léché, peaufiné. C'est tellement beau qu'on se demande comment on peut oser mettre, par exemple, une telle oeuvre à l'eau !

Il y a ceux qui dessinent, construisent, bichonnent des moteurs plus performants et plus sophistiqués les uns que les autres sans compter leur beauté à l'état pur !

Et, il y a ceux, moins connus, qui ont la passion des chaudières et qui en conçoive et fabrique comme ce n'est pas pensable. Ainsi fait mon ami Paul qui va se demander ce que vient faire une de ses réalisations au bas de cette page ! 


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