Une chaudière pour Der Seekadett

Bonjour,

Avec l’aide du tableur VapCalc, j’ai donc essayé de dessiner la chaudière pour ma "Der Seekadett".

Les besoins issus du tableur pour une navigation de 20mn à plein régime :
- Capacité utile entre 115 & 127cm3
- Surface de chauffe entre 1,44 & 1,59dm3
- Un brûleur de 75gr/h

Pour respecter les proportions de cette petite chaloupe et pouvoir facilement la loger dans l’espace prévu je suis parti sur une cuve de Øext 80mm (88 avec isolation) et de longueur 132mm. J’avais d’abord sélectionné un tube foyer de Øext 28mm mais les experts consultés m’ont fortement conseillé, avec un brûleur de 75 voire 100gr/h, de le passer à 32mm.
Je suis parti sur 9 tubes bouilleur de Øext 6mm.
En entrant ces données de base sur la feuille « Chaudière » de VapCalc et en positionnant le niveau mini en fin de navigation au haut du tube foyer j’obtiens :
- Une surface de chauffe de 1,92dm2 en début de navigation et 1,83 en fin.
- Une capacité utile de 121cm3.
Très suffisant côté surface de chauffe, un peu juste en capacité.

Mais, toujours ces mêmes experts m’ont dit qu’il n’y avait aucun problème à accepter un niveau mini en fin de navigation en dessous du haut du tube foyer, que l’on pouvait parfaitement descendre à la moitié sans risque (à condition tout de même de souder le tube foyer au cuivre et non à l’argent).
Passage par le tableur avec cette condition extrême, niveau Min à 50% du tube foyer :
- Une surface de chauffe de 1,92dm2 en début de navigation mais seulement 0,91 en fin.
- Une capacité utile de 220cm3 ce qui donnerait 37mn à plein régime…
Résultat : En fin de navigation, bien au-delà de mon objectif de 20mn, la chaudière ne débitera plus assez pour permettre la pleine vitesse… Un indicateur qu’il est grand temps de rentrer au port…

Dernière passe sur le tableur avec cette fois un niveau Min à 80% du tube foyer :
- Une surface de chauffe de 1,92dm2 en début de navigation 1,46 en fin.
- Une capacité utile de 166 cm3 ce qui donnerait 27mn à plein régime…

Ces résultats couvrent largement mes besoins définis et me plaisent bien ! Je valide donc ces données géométriques.

Sur cette base, j’ai dessiné une petite chaudière. A noter que le tube de retour des fumées (pour centrer la sortie cheminée) est logé dans le ciel de la cuve pour ne pas pénaliser la capacité utile.

Voilà ce que ça donne :

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Je ne suis pas expert en chaudronnerie, mais ça me paraît réalisable sans trop de difficultés avec simplement deux ou trois cotes critiques pour assurer le montage sous le toit et la cheminée existants …

Marcel.
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Bonjour ,

Très intéressant tes calculs ,j'attends avec impatience de voir si la réalité les confirme ,a nos échelles c'est pas toujours facile.
Juste pour simplifier ta chaudière et gagner un peu de volume d'eau pourquoi ne pas utiliser des coudes du commerce comme sur mon shéma?
Je trouve aussi dommage d'avoir le tube de retour de flamme dans le ciel ,cela fait perdre une grande surface de contact pour la chauffe.
Je pense que je rempli un peu plus mes chaudières en gros jusqu'au trait rouge que j'ai rajouté sur ton shéma



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Eric

Salut scyllias91,

- On verra effectivement si la réalité confirme les calculs. mais je ne suis pas trop inquiet... Finalement les dimensions auquelles j'arrive colle assez bien avec celles des modèles standards pour un 3cc en surface de chauffe et en capacité... Je croise les doigts...
- Le coup des coudes simplifieraient effectivement les choses. J'ai essayé, mais dans un diamètre de cuve de 80mm, y a juste pas la place de les mettre tout au moins d'après les infos que j'ai pu trouver... je laisserai le choix au constructeur sur la méthode...
- L' idée n'était pas de faire un retour de flamme. Le dessin est dicté par l'impératif de sortir la cheminée au milieu de la cuve. Je ne peux vraiment pas mettre le tube retour plus bas, sinon je perds trop en capacité utile. La place est comptée et en diamètre et en longueur. Mais la surface de chauffe ne semble pas être un problème.. En théorie....

Merci de suivre le projet.

Marcel.
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Bon après moult consultations d'experts et longue recherche (pas si simple de trouver du tube de 80mm en longueur raisonnable, 5m ça fait beaucoup...) le dessin a pas mal évolué.
- j'ai finalement trouvé le tube de cuve et les fonds chez JMC: Øext83mm Øint81mm. Idéal.
- Grâce aux 5mm gagnés sur le diamètre Int par rapport à la première version, il semble que l'assemblage avec coudes courts Ø22 soit possible, ce qui est sûrement beaucoup mieux pour l'écoulement des fumées.
- Grâce à ces mêmes 5mm gagnés, le volume utile est beaucoup plus confortable et je suis repassé en tube foyer de Ø32mm
- Le reste, viroles, bouchons, dome,etc... est dispo chez Anton.
- Et j'ai trouvé une âme charitable (merci à lui!!) pour faire le brasage pour lequel je n'ai ni les connaissances ni le matériel.

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J'ai repassé ces nouvelles caractéristiques dans le tableur VapCalc. Sur le papier c'est très généreux. Il me fallait:
- Une capacité utile autour de 120cm3. J'en ai 162 en arrêtant en haut du tube foyer ce qui devrait me donne une demi-heure à pleine puissance (et 270 en milieu de tube = 45mn).
- Une surface de chauffe autour de 1,6dm2. J'en ai 2,08 en début de chauffe et 1,97 en fin de navigation.
- Et le tube de chauffe et cheminée doivent pouvoir accepter un brûleur de 100g/h.

Tout baigne! Y a plus qu'à...

Marcel.
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Trouver tous les bouts de tube dans le bon diamètre et en longueur raisonnable est une vraie galère!!! Y a plus grand monde à proposer grand chose... Je suppose que la loi de l'offre et la demande s'applique plein pot: Plus grand monde ne travaille à la vapeur, donc pas de demande, donc pas de fournisseurs...

Heureusement, il y a encore Tartaix ... ET les copains... !!!

Bon je crois que j'ai tout...

Marcel.

Hello!
He oui!
Faut vivre avec son temps et acheter des chaudières à condensation!

C'est un peu con ce que je dis, parce que nous , dans notre métier, la condensation on n'aime pas trop!!
Je ne fais que passer!

Il y a aussi l'anglisherie... mais c'est vrai que chez nous hum!

Salut,

Bon les choses progressent!

La chaudière "custom"est en bonne voie. Modèle et assemblage des plus classiques réalisés par un copain.

• Préparation du tube foyer:
- Perçage des passages pour les tubes d'eau et montage à blanc. Tout colle avec les dessins...

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• Brasage du tube foyer.

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• Préparation des fonds:
Les fonds ont été acheté emboutis et détourés. Il faut percer les emplacements des viroles et du tube foyer.

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• Préparation du tube de la cuve:
Le tube a été acheté détouré, prêt à l'emploi... Juste le perçage à faire. Pas trop difficile, si l'on a un atelier bien équipé... (pas mon cas!)

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• Assemblage de la chaudière:
Un bon brasage....

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• Test:

La chaudière est nettoyée et testée en pression à 8 bars max, puis laissé 48h à 7bars... Pas fuites, bonne pour le service!

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Voilà la bestiole avec sa cheminée inclinée et positionnée au bon endroit pour respecter le look de Der Seekadett. Il reste à poser isolation, lattage déco et à l'équiper avec vannes, soupape, niveau, etc... Va falloir passer des commandes. Le travail pour début 2020...

Marcel.
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Bonjour
Intéressant ce savoir faire
Merci pour le partage
Alain

Belle réalisation Si seulement je savais faire ça !

Hello,
Joli travail ! A quoi servent les rebords sur le dessus des viroles ?

Salut,

Je ne suis pas trop sur de ce que tu veux dire...
Si ce sont les rebords des deux viroles montées sur la cuve (et non celles sur les fonds), elles reçoivent la soupape de sécurité et le bouchon de remplissage.
Ces deux éléments doivent être démontables et l'étanchéité est faite par joints toriques. Ce sont donc les deux gorges/épaulements recevant ces joints que l'on voit.

Si ce, n'est pas la question, merci de préciser...

Tous mes voeux pour 2020...

Bonsoir Rookie,
Effectivement si ce sont des joints toriques, les rebords s'imposent. Cela ne m'était pas venu à l'esprit car j'utilise des joints métallo-plastiques pour les organes qui sont fréquemment démontés. Les joints toriques sont une bonne solution si l'on choisit une matière qui résiste à la température.
Meilleurs vœux également pour 2020

Hello!
En règle générale, je mets aussi un bouchon moleté avec un joint torique de 8 ou 10 mm pour le remplissage de la chaudière. Avec une gorge en travers du bouchaon quand il faut s'aider d'un tourne-vis.
Ca permet de la remplir en dévissant à la main.
Par principe je fais la mème chose pour le tank à gaz lorsque celui-ci n'est pas démontable.
Un joint permet un serrage étanche à la main en toute sécurité. Le nitrile ne présente pas de problème compte tenu de nos températures qui ne dépasse pas les 130°C dans les bons jours!
Tout ce qui ne doit plus être touché dans l'installation est monté avec un joint laiton et contre-écrou quand nécessaire (niveau, vannes, ...).
Jamais de joint torique sur le bruleur.

Le problème ; la plupart des constructeurs de chaudières les fournissent avec un bouchon de 5 mm (Regner) ou 6 mm pour les autres.
Miniature Steam fait mieux: c'est la soupape de sécurité qui sert de bouchon!!
Bref, une galère à remplir!

Allez! Triglicérides, acide urique et autres joyeusetés caractérisées du septuagénaire normalement constitué ayant retrouvées leurs chiffre de croisière, on peut y retourner ............. à l'atelier!

Bonne journée!

Well this boiler build is excellent and fits well within the calculations.....well dome Rookie  

The only point is the flat faced tappings on the steam dome [discharge] & the boiler shell [for filling] must not be Nitrile.....[this elastomer is only suitable to ~~95 degrees C in a dynamic application. One may consider this joint as static, but due to deformation and the potential for extrusion it is dynamic

In reality, Nitrile [NBR] is really only suitable for say 100 degrees C

What do Anton & JMC use, Viton or Silicone?......but are suitable for your 130 degrees C application

Having said these materials are suitable for temperature as noted, they are soft elastomers and deform easily. the preferred sealing method is to use an angular sided cavity so the gentle tightening of the plug seals the O shaped section into a triangular sided section which cannot extrude. These cavities are universally termed as SAE joint.......do you not use them in other engineering fields?....[example drawing below]

Derek

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Hello,
L'utilisation de bagues bs peut également être une solution (de luxe, je l'admet). Utilisées en hydraulique où les pressions atteignent fréquemment 250 bars, il n'y a aucun risque d'extrusion.

Yes JPA, BS Rings or as marketed in the UK and USA as Dowty Sealing Rings could be used, however their Standard range of production for the bonded elastomer is Nitrile [NBR]........ the manufacturers will quote for Viton.....after a quantity of 5000 [per size] is offered

So if used for the boiler water filler, each time it was opened after steaming to 130 degrees C, the Nitrile element would be cooked and not seal again

The other disadvantage is even with M8, the thickness of the metal external is probably 2.0 mm......so the fittings would grow outwards by that same amount

Pour répondre à Derek,
Effectivement la bague interne d'une bague bs ne convient pas aux hautes températures en fabrication standard. Mais peut être utile en flash steam pour les raccords de pompe alimentaire (raccords banjo notamment). On trouve sur internet des bagues bs avec bague extérieure en inox, diamètre interne 6 ou 8, épaisseur 1 mm pour moins de 2 euros pièce.
Hello Derek,
As you said, bs rings are not fit for high temperature in standard build. However, it could be used in flashsteam for the feed pump fittings. In France some suppliers are selling bs rings with stainless steel outer ring, internal diameter 6 or 8 mm and 1 mm thickness for less than 2 euros per unit.

Hello Derek!
You get a point.
Normally Nitrile is limited in temperature . Silicone or other material is required for obvious safety reasons.
Shame on me, I use Nitrile because I have some and with boilers working @ 2/3 bar I am close to the limits but that works.

Salut Derek!
Un point pour toi !
Le nitrile est limité en température et pour des raisons évidentes de sécurité, il est préférable d'utiliser du silicone.
Honte à moi! Je mets des joints nitrile parce que j'en ai et qu'avec une pression de 2 ou 3 bars je suis à la limite mais ... ça passe!.

Cordialement.

Hello,

No problems, on the Anton equipment I use Viton... And where an o'ring is used it is not on a flat face but lodges itself in a gorge. No risks of extrusion.
Should be perfectly OK.

Pas de soucis, sur le matériel Anton on utilise des joints toriques en Viton. Et lorsqu'il ya joint torique il se loge dans une gorge et donc sans risque d'extrusion.
Ca devrait être bon...

Salut,

Redémarrage des travaux après les fêtes de fin d’année…  Tout doucement… Un peu difficile de se motiver et ce fichu temps gris, humide et froid qui dure ne m’encourage pas trop à descendre à la cave…
Bon, ça avance quand même :

• Nettoyage des éléments :
La chaudière, le tank à gaz et le déshuileur ont été rincés à l’acide intérieur et extérieur, puis copieusement à l’eau avant d’être passé à la toile émeri 240.

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• Peinture :
Application de peinture haute température noir mat:

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Et séchage de durcissement au four 2h à 300°C. Prend son air mat et poudré... Moins glosssy mais très dure.

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Il va falloir maintenant les équiper avec vannes, soupapes, niveau, bouchons, etc… La majorité de ces accessoires est en commande chez Anton et le tout devrait être prêt pour fin janvier (avec le moteur, j’espère…)

En attendant on peut s’intéresser à l’isolation de la chaudière, approvisionner la tuyauterie et se poser quelques questions supplémentaires…

• Isolation :
Elle sera faite avec deux couches superposées de toile fibre de verre recouverte d’un film d’aluminium (1,5mm +0,5mm) donnée pour 500°C, le tout sous des lattes alternées poirier /tilleul de 2mm, cerclage laiton. Classique.

• Tuyauterie :
- Le choix du diamètre du tube d’admission est le résultat (comme beaucoup d’autres choses en vapeur) d’un compromis sur la vitesse du fluide dans le tube :
. Elle ne doit pas être trop élevée pour éviter des pertes de charge importantes (la vitesse joue au carré dans les formules).
. Elle ne doit pas être trop faible pour éviter un temps de refroidissement trop important.
Une valeur entre 15 et 25m/s semble être généralement recommandée (même si certains montent à 40m/s…). Les calculs ci-dessous sont très approximatifs mais permettent de dégrossir le problème.
Au régime maximum du moteur j’avais calculé un débit vapeur de 4800cm3/mn (via mon calculateur VapCalc). La formule liant débit, vitesse et section est simple et en arrangeant les unités pour avoir un truc facile à utiliser on a :
Dmini (mm) = Racine carrée(Débit(cm3/mn) x 0,022/V(m/s))
. En prenant une vitesse moyenne de 20m/s à l’admission, j’obtiens une section mini de 2,3mm. Un tube Øext 3,5mm, épaisseur 0,5mm sera donc parfait.
. A l’échappement, Il faut que le diamètre soit suffisant pour ne pas freiner la vapeur mais on ne veut pas non plus trop détendre et condenser dans le tuyau ou le déshuileur (qui n’est pas prévu comme un condenseur…). Une vitesse entre 10 et 15m/s est recommandée. En appliquant la même formule avec disons une vitesse de 12m/s on obtient cette fois un diamètre mini de 2,9mm. Donc un tube de Øext 4mm, ep.0,5mm devrait faire l’affaire.
Renseignements pris auprès du fabricant du moteur, cela colle avec ses recommandations. OK, tout baigne…

- Reste le choix du matériau. Cuivre ou laiton ?
. Le laiton a l’avantage d’être rigide permettant d’obtenir des tubulures bien droites et nettes. Il a l’inconvénient d’être plus difficile à cintrer… Il faut le recuire au niveau des coudes.
. Le cuivre (en petit rouleau) est recuit et mou : facile à cintrer, mais les tubulures sont difficiles à faire bien droites…
. Une autre considération est la conductivité thermique du matériau. Plus elle est élevée et plus rapide sera la transmission (perte) de chaleur à travers la paroi du tube. Or Ctcuivre=390Kcal/m2/h et Ctlaiton=86Kcal/m2/h… On a donc intérêt à mettre du laiton côté admission et du cuivre côté échappement. Isolation par enroulement de fil coton côté admission, rien côté échappement.
Je ne suis pas sûr de l’impact réel à notre échelle, mais autant mettre toutes les chances de mon côté…
Ce sera donc laiton à l’admission et cuivre à l’échappement.
- Toute la tuyauterie « gaz » sera en laiton Øext 2mm

• Diamètre de la cheminée :
Le tube foyer a un Øint de 30mm et la cheminée de 17mm, dimensions imposées par le design de la chaudière. Je n’ai pas trouvé de recommandations sur l’adéquation entre ces deux diamètres. Il faut certes freiner un poil les fumées mais pas trop pour éviter que le brûleur ne refoule… A noter qu’avec les brûleurs à gaz il n’y a pas de notion de « tirage » à considérer… Les « experts » consultés m’ont dit : « Tu essayes et si ça refoule tu mets plus gros… ». Bof….
J’ai donc essayé de faire quelques calculs pour me conforter, sur la base de la fameuse formule PV/T=cste (T en °K). Pour ce que ça vaut…
En ignorant royalement les changements de pression pour me concentrer sur volume et température je devrais avoir en tout point du chemin des fumées des sections telles que S1/T1=S2/T2.
Les sections sont de 707mm2 pour le tube foyer, 180mm2 pour un tube d’eau et 227mm2 pour la cheminée.
- Première approche : La section moyenne utile de foyer vue par les fumées peut être estimée à la section brute du foyer moins 1,5 fois celle d’un tube d’eau. Ce qui donne 707 -1,5x180=437mm2 de foyer « utile ». En admettant une température moyenne dans le foyer à 800°C(1073°K), de 300°C(573°K) à l’entrée de la cheminée et en appliquant la formule ci-dessus j’obtiens :
Section cheminée = 437 x 573/1073 = 233mm2
- Deuxième approche : Pour éliminer l’inconnu de la section utile du foyer et de la température moyenne on peut partir sur la base du volume de gaz au sein de la partie « flammes » qui voit la totalité du tube foyer. La température théorique de combustion parfaite est de 1900°C. Dans nos conditions se sera sûrement moins… Disons 1600°C ?? Dans ce cas et en suivant la même méthode :
Section cheminée = 707 x 573/1873 = 216mm2
Rien de très « scientifique » dans tout ça, mais au final je tombe sur des valeurs comparables à la section de mon tube cheminée. Encourageant… On verra ce que donneront les essais, mais je suis sans doute proche d’une section mini acceptable.

• Surchauffe or not ?
Certains experts m’ont dit à juste titre : « Tu devrais faire une surchauffe » …
La seule façon que je vois de le faire sur cette petite chaudière serait de réaliser deux piquages à la base de la cheminée et d’y faire passer deux ou trois boucles du tube d’admission. Une simple traversée sur 17mm ne donnerait pas le temps de surchauffer quoique ce soit. Techniquement possible, mais :
- Je vais réduire considérablement le diamètre utile de la cheminée. Une boucle horizontale de tube Ø3,5mm dans un tube de 17 occupe une section d’environ 150mm2 !! A soustraire des 227mm2 de la section brute… Impossible à envisager. Faire des aller-retours verticaux, disons 4, consomme environ 40mm2 de surface. Nettement plus acceptable mais encore beaucoup sur 227mm2…
- Les boucles verticales seront forcément avec de très petits rayons. On ajoute aussi de nombreux coudes entre la sortie du dôme, l’entrée dans la cheminée, la sortie et le moteur. Et on double au minimum la longueur de la tuyauterie d’admission. Donc on augmente considérablement les pertes en ligne.
Au final, je ne pense pas que l’on gagne grand-chose… On risque même d’y perdre.
Ce sera donc sans surchauffe comme initialement prévu.

Voilà pour les cogitations (divagations ???) d’un dimanche après-midi…
Bon je retourne passer des commandes... Un passe-temps de "luxe" la vapeur...

Marcel.
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Hello!
Bien joli travail pour quelqu'un qui n'est pas motivé.
Rien n'est laissé au hasard et peut servir à tous.
Bonne journée.

Hello,
Dommage de se passer de la surchauffe ! Il est vrai que sur nos petites machines il n'y a pas de régulation et la température de la vapeur va monter considérablement quand le débit va être nul (machine stoppée) et va peut-être être insuffisante quand le débit va être maximum (machine en avant toute). Il aurait peut-être été possible de loger le surchauffeur dans le gros volume du foyer qui se trouve au dessus de la surface de l'eau, mais c'est un peu tard maintenant. Il reste la possibilité de faire un surchauffeur à tubes multiples mais connectés en parallèle pour éviter des coudes trop pénalisants en perte de charge.

JPA a écrit: Il reste la possibilité de faire un surchauffeur à tubes multiples mais connectés en parallèle pour éviter des coudes trop pénalisants en perte de charge.

Bonne idée pour éviter de couder les tubes à de très petit diamètres. Par contre côté pertes de charge ce serait assez catastrophique, le coef pour un "T" est 3 ou 4 plus élevé que pour un coude... On en avait discuté là:
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Donc je crois que je vais m'en tenir là pour le moment au moins...

Hello,
Il est toujours possible d'augmenter (dans des valeurs raisonnables) la pression chaudière pour compenser les pertes en charge.Le faisceau de tubes fins peut également déboucher dans un collecteur de plus fort diamètre, ce qui est différent d'un T de canalisations de diamètre égal. Mais tu n'as pas l'air convaincu par les avantages que pourraient procurer la surchauffe par rapport aux complications que cela implique.