Fissure de la bouilloire

2 février 1850 sur le York, Newcastle and Berwick Railway , Darlington : 3 morts

Actæon le 7 février 1855 après l'explosion

1862 Westbourne Park, Great Western Railway

Un bang de chaudière (également appelé explosion de chaudière ) décrit l'éclatement d'une chaudière à vapeur et est une forme d' explosion physique . Les causes les plus fréquentes de l'explosion d'une chaudière sont la surchauffe due à un manque d'eau, une pression de vapeur excessive et un entretien inadéquat ou insuffisant.

Afin d'éviter de tels accidents, des associations régionales de surveillance des chaudières à vapeur (DÜV) ont été fondées en Allemagne ; les précurseurs du TÜV .

Bases physiques

Une chaudière à vapeur est utilisée pour générer de la vapeur au-dessus de la température d'ébullition atmosphérique de l'eau, qui est de 100 ° C. Dans la section vapeur saturée de la chaudière, il y a toujours une température de vapeur saturée assignée à une certaine pression de vapeur, qui peut être tirée des tableaux de vapeur. A une pression de 15,5 bar (absolu), la température de vapeur saturée associée est de 200°C. L'énergie est stockée dans la chaudière à vapeur ; d'une part sous forme de vapeur d'eau et d'autre part sous forme de chauffage de l'eau jusqu'au point d'ébullition. L'énergie libérée lorsque la bouilloire se fissure à partir de l'eau chauffée jusqu'au point d'ébullition est considérablement plus élevée qu'elle ne le serait avec de la vapeur d'eau (gazeuse) du même volume, de la même pression et de la même température. Ce fait est essentiel pour le montant des dommages causés par le bang.

Lorsqu'un corps de chaudière est déchiré, de la vapeur s'échappe, ce qui entraîne une réduction de la pression dans la chaudière endommagée. L'eau de chaudière chauffée à température de vapeur saturée ayant une température supérieure à 100°C, une partie de la phase liquide s'évapore immédiatement en raison de la chute de pression. Ce processus conduit à l'échappement de quantités supplémentaires considérables de vapeur de la chaudière éclatée. Jusqu'au point de relaxation à la pression atmosphérique, 20 % de l'eau s'évapore alors que la pression d'origine était de 15,5 bars (absolus). Cet effet est appelé post-évaporation.

Si la paroi de la chaudière est endommagée sur une grande surface en raison d'une surchauffe ou d'une corrosion , des microfissures peuvent induire une croissance de fissures qui réduit localement la résistance du matériau de la chaudière. Favorisée par des charges de pression alternées, la propagation de fissure stable se transforme en propagation de fissure instable . La vitesse à laquelle la fissure se propage est exponentielle et lorsque la fissure a pénétré la paroi, le composant affecté se déchire en quelques fractions de seconde. La réévaporation de l'eau dans le corps de la chaudière a pour conséquence que la réduction de pression se fait plus lentement et que les dommages aux composants sont énormes. Souvent, lorsque les tambours de chaudière sont déchirés, les plaques d'enveloppe ont été complètement déroulées à nouveau.

cause

Manque d'eau

Locomotive 44 du WEG en gare de Schleusingen (2 novembre 1890)

Mobiles des machines à vapeur ( locomotive à vapeur , autorail vapeur , locomobile , voiture à vapeur , bateau vapeur , bateau à vapeur ) ont refroidi à l' eau boîte à feu , qui est relié à la chaudière longue. Le transfert de chaleur est le plus important dans le foyer, car ici le transfert de chaleur s'effectue notamment par rayonnement. Depuis le foyer, les fumées pénètrent dans les conduits de fumée et la chaleur est transférée à l'eau par convection.

La surchauffe des surfaces chauffantes est évitée s'il y a un niveau d'eau suffisant dans la chaudière, qui recouvre le foyer et les conduits de fumée du véhicule même sur des pentes raides . L'eau évaporée doit être renouvelée en quantité suffisante avec la pompe d'alimentation ou l'injecteur. En cas d'appoint d'eau insuffisant, les surfaces chauffantes ne sont plus recouvertes d'eau. La chaleur ne peut être transférée à la vapeur que dans ces zones. Le coefficient de transfert de chaleur pour le transfert de chaleur à la vapeur par rapport à l'évaporation est inférieur de plusieurs ordres de grandeur. Les surfaces chauffantes, qui en fonctionnement normal sont au maximum 50 °C plus chaudes que la température de la vapeur saturée, acquièrent des températures nettement plus élevées et peuvent être mises à briller. La résistance de l'acier diminue fortement avec l'augmentation de la température, de sorte que les surfaces chauffantes sèches, par ex. B. la chambre de combustion, sont déformés plastiquement (pressés) et finalement déchirés.

Si les composants surchauffés sont à nouveau recouverts d'eau en raison du mouvement du véhicule ou en raison de l'appoint d'eau, il existe un risque de génération soudaine de grandes quantités de vapeur pour lesquelles la soupape de sécurité n'est pas conçue. Cette augmentation rapide de la pression et les dommages aux surfaces dus à la température élevée peuvent provoquer la rupture de la chaudière. Lorsqu'une fissure se forme, la vapeur s'échappe à grande vitesse et la fissure continue de se développer. Lorsque la pression dans la chaudière baisse, l'eau encore présente s'évapore, c'est ce qu'on appelle la post-évaporation. À mesure que la taille de la zone ouverte déchirée augmente, la force de recul augmente , de sorte que la bouilloire est généralement jetée.

Le dernier crash en Allemagne s'est produit le 27 novembre 1977 à Bitterfeld .

Pression de la chaudière trop élevée

Normalement, la pression de la chaudière ne peut pas être trop élevée du fait des soupapes de sécurité, de leur entretien et de l'affichage d'un manomètre. Cependant, il y aurait eu des cas où des vannes ont été falsifiées, par ex. B. gagner des courses ou battre des records. La fissure de la chaudière à Meiningen se serait produite parce que la pression de la chaudière était trop élevée en raison d'un manomètre défectueux. Vraisemblablement, les soupapes de sécurité n'étaient pas non plus en bon état.

Entretien insuffisant

Certains intervalles de maintenance et tests sont prescrits pour qu'une chaudière à vapeur puisse fonctionner en toute sécurité à tout moment. Lors de l' entretien , la chaudière est toujours complètement exposée de l'extérieur. Toutes les coutures sont vérifiées. Dans la zone du foyer, la zone la plus critique d'une chaudière à vapeur, tous les goujons sont vérifiés pour détecter les fissures et , en cas de doute, remplacés par des neufs. Habituellement, un test de pression d'eau froide avec 1,5 fois la pression de fonctionnement est effectué une fois les travaux terminés. Ici, la chaudière est complètement remplie d'eau et portée lentement à la pression d'essai. Il ne doit pas y avoir de déformations ou de fuites dans la chaudière. Comme il n'y a que de l'eau dans la chaudière lors de cet essai, qui ne peut pas être comprimée, il n'y a pas de risque de fissuration, puisque, par exemple, déchirer un joint n'entraîne qu'une chute de pression immédiate, mais pas la génération de vapeur qui affluer de manière incontrôlable. Un test de pression à chaud avec 1,2 fois la pression de service est alors prévu. Enfin, les soupapes de sécurité, qui limitent la pression de fonctionnement de la chaudière, sont réglées par un testeur de chaudière et étanches contre tout réajustement. Dans le cas d'essais ultérieurs, la chaudière est également complètement exposée de l'intérieur ; tous les tuyaux sont retirés à cet effet. Les parois de la chaudière sont examinées pour l'usure des matériaux afin d'identifier les épaisseurs de paroi trop minces. Les examens finaux sont les mêmes que ceux décrits ci-dessus. Le non-respect de cet entretien peut signifier que les défauts de la chaudière passent inaperçus. Par exemple, il ne peut plus supporter la pression autorisée parce que ses parois sont devenues trop minces avec le temps ou que les goujons de raidissement dans la zone du foyer se sont fissurés.

Le 29 juillet 2001, la chaudière d'un tracteur à vapeur s'est écrasée lors d' une foire à Medina, Ohio (USA) . Jusqu'à présent, il s'agit du dernier cas connu d'accident de chaudière. La cause ici était un grave manque d'entretien (échelle et matériel usé). La soupape de sécurité qui ne s'est pas ouverte lors de l'enquête sur l'accident qui a suivi et un manomètre de chaudière qui ne s'affichait pas suffisamment n'étaient cependant pas la cause de l'explosion. L'enquête sur l'accident a montré que la chaudière était en si mauvais état qu'elle a probablement éclaté en dessous de la pression de service.

Défaut de conception

Le 9 juillet 1892, sur le lac Léman près de Lausanne, il y a eu un accident de chaudière sur le bateau à aubes Mont Blanc , qui a tué 26 passagers et membres d'équipage. Lorsque la pression de la chaudière a été augmentée à Ouchy pour la poursuite du voyage, le dôme de vapeur horizontal du bateau à aubes a explosé . La raison en était une conception défectueuse et des tests insuffisants du dôme à vapeur. Ce fut l'un des rares cas d'explosion de chaudières sur des bateaux à vapeur .

Autres causes

Diverses causes telles qu'un matériel insuffisant, un fonctionnement incorrect ou une surcharge ont souvent conduit à la fissuration des chaudières dans les chaudières à vapeur fixes et mobiles au 19ème siècle. Ces accidents touchaient souvent des personnes blessées ou tuées par des composants jetés et des fuites de vapeur. Cela a déclenché la création d'associations de surveillance des chaudières à vapeur, qui sont devenues plus tard les associations de surveillance technique , désormais connues en Allemagne et en Autriche sous l'abréviation TÜV . En Suisse, l' inspection des chaudières effectue les inspections comparables. En Allemagne, les chemins de fer nationaux étaient principalement chargés de surveiller eux-mêmes la sécurité des chaudières.

Défaut matériel

Un exemple d'utilisation de matériaux incorrects est mentionné ici : À la fin des années 1930, la Deutsche Reichsbahn supposait que l'utilisation de la nuance d'acier St47 K-Mo pour la construction de chaudières permettrait d'augmenter la pression sans augmenter de manière significative le poids de la chaudière en raison à une plus grande épaisseur de paroi augmente. Ce matériau est allié au molybdène et avait une teneur en carbone très élevée . Bien que cela ait initialement entraîné une résistance élevée, l'acier n'était pas résistant au vieillissement . Le molybdène réduit considérablement la conductivité thermique de l'acier. Des tensions apparaissent aux points de connexion avec d'autres types d'acier. La haute teneur en carbone fragilise l'acier. Des fissures capillaires se sont rapidement formées , de sorte que z. B. la chaudière du 50 846 (construite en 1940) fut la première à éclater en 1941. Dans l'immédiat, la pression de service admissible de ces chaudières a été réduite et une surveillance plus intensive a été ordonnée. Dans les cas particulièrement urgents, les premières chaudières de remplacement faites de la nuance d'acier St34 éprouvée et déjà utilisée ont été achetées dès le début des années 40.

La violence

La violence externe peut également conduire à un bang de chaudière ou à une explosion de chaudière. Les équipes de secours doivent s'attendre à ce qu'il y ait un risque d'accident de chaudière après un accident grave (par exemple après une collision frontale impliquant une locomotive à vapeur).

Liste des explosions de chaudières

La colonne Dommages indique quel composant a été endommagé en premier, ce qui a ensuite causé la destruction de la chaudière.

Locomotives

Allemagne

Chemins de fer régionaux

Reichsbahn allemand

Zones ouest et DB

SBZ et DR

L'Autriche

Royaume-Uni

En Grande-Bretagne , surtout au début du chemin de fer, il y a eu de nombreux cas d'ébullition. La Grande-Bretagne a été pionnière dans la technologie ferroviaire et a donc également supporté les risques correspondants à grande échelle.

États Unis

Aux USA, la prévention des explosions de chaudières posait des problèmes considérables compte tenu des conditions de fonctionnement là-bas, d'une part parce qu'il fallait souvent utiliser de l'eau de mauvaise qualité, ce qui ensablait ou entartrait rapidement la chaudière. La deuxième raison était que les équipes de locomotives omettaient relativement souvent de s'assurer qu'une quantité suffisante d'eau recouvrait les pièces chauffées. Dans les deux cas, la bouilloire est devenue si chaude que son matériau est devenu instable et elle a explosé. L' Interstate Commerce Commission a constaté pour 1917 qu'en moyenne plus d'une chaudière sur une locomotive à vapeur a explosé par jour aux États-Unis, tuant 52 personnes et en blessant 469 autres.

Autres états

Navires

Locomotives et autres systèmes à vapeur en mouvement

Voir également

• Machine à vapeur

Littérature

Winsford 1881

Locomotive 97 de la Rhymney Railway après la fissure de la chaudière à Cardiff

• R. Barkhoff et M. Weisbrod : La locomotive à vapeur. Technologie et fonction. Partie 1 : La chaudière et l'histoire de la locomotive à vapeur (= Eisenbahn Journal ). 3e édition révisée. Hermann Merker Verlag, Fürstenfeldbruck 1989, ISBN 3-922404-03-0 .
• Jürgen U. Ebel, Hansjürgen Wenzel : La série 50. Histoire d'un indispensable. Tome 1 : Deutsche Reichsbahn et à l'étranger. Eisenbahn-Kurier Verlag, Fribourg (Breisgau) 1988, ISBN 3-88255-545-9 .
• Jürgen U. Ebel, Hansjürgen Wenzel : La série 74. L'histoire des Prussiens T 11 et T 12. Eisenbahn-Kurier Verlag, Fribourg (Breisgau) 1995, ISBN 3-88255-142-9 .
• Volker Lucas, Heinz Schnabel : La série 01.5. Le légendaire Reko-01 de la Deutsche Reichsbahn. Eisenbahn-Kurier Verlag, Fribourg (Breisgau) 2002, ISBN 3-88255-113-5 .
• Hans Müller, Wolfgang Petznick, Manfred Weisbrod : Locomotives à vapeur des chemins de fer allemands. Classe 01-39 (= Railway Vehicle Archive 1, 1). 3e édition revue et complétée. Alba-Verlag, Düsseldorf 1982, ISBN 3-87094-081-6 .
• Hans Müller, Wolfgang Petznick, Manfred Weisbrod : Locomotives à vapeur des chemins de fer allemands. Classe 41-59 (= archives de véhicules ferroviaires 1, 2). 3e édition revue et complétée. Alba-Verlag, Düsseldorf 1982, ISBN 3-87094-082-4 .
• Hans-Joachim Ritzau : Catastrophes ferroviaires en Allemagne. Des éclats de l'histoire allemande . Tome 1 : Landsberg-Pürgen 1979.
• Hans-Joachim Ritzau, Jürgen Höstel : Les scènes de catastrophe du présent = accidents ferroviaires en Allemagne Bd. 2. Pürgen 1983. ISBN 3-921304-50-4
• Lionel Thomas Caswell Rolt : Rouge pour Danger . Édition : Londres 1978.
• Karl Schäffer : Explosions de chaudières de locomotives dans les opérations ferroviaires autrichiennes . Dans : Eisenbahn 3/1953 . Maison d'édition Ployer & Co, Vienne.
• Peter WB Semmens : Catastrophes sur les rails. Une documentation mondiale. Transpress, Stuttgart 1996, ISBN 3-344-71030-3 , en particulier la section pages 234-241 : Kesselexplosionen .
• Ian Winship : Le déclin des explosions de chaudières de locomotives et les moyens de prévention . Dans : Transactions of the Newcomen Society 60 (1988/89), pp. 73ff.

liens web

• Catastrophe dans l'Ohio ( Memento du 29 août 2009 dans Internet Archive )
• Un triste chapitre de l'histoire des chemins de fer - les accidents ferroviaires après la Seconde Guerre mondiale

Remarques

1. ↑ La locomotive d'un train de marchandises qui a déraillé lors de l'explosion a été touchée. Le mécanicien du train suivant D161 Bâle – Cologne a freiné, mais n'a pu empêcher son train de s'enfoncer dans les décombres du train de marchandises. 8 personnes sont mortes et 4 autres ont été blessées.
2. ↑ La locomotive a été utilisée comme locomotive de poussée pour un train de ravitaillement à destination de la Tchécoslovaquie . Lors d'un très long séjour sur une piste de dépassement, le mécanicien et le chauffeur se sont endormis et n'ont pas remarqué que le niveau d'eau dans la chaudière était descendu en dessous du niveau critique. Tous deux ainsi qu'un conducteur de train qui se trouvait dans la voiture adjacente ont été tués dans l'explosion. La chaudière a été projetée à 50 mètres (Eberhard Schüler : A cette époque à Eschwege West . In : Eisenbahngeschichte 84 (2017). ISSN 1611-6283, p. 43).
3. ↑ La station Westbourne Park est désormais la deuxième après le métro londonien approché. Jusqu'en 1992, il y avait aussi un arrêt British Rail ici .

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