COURS SPÉCIAL
DES
MACHINES LOCOMOTIVES
à l'usage du personnel technique
des ATELIERS CENTRAUX et ATELIERS DE LIGNES
des chemins de fer.
PAR
E. PATTE
Chef d'atelier principal des chemins de fer de l'Etat Belge.
Inspecteur technique de la traction et du matériel du chemin de fer du Bas-Congo au Katanga.
BRUXELLES
1922
COURS SPECIAL
DES
MACHINES LOCOMOTIVES
PREMIERE PARTIE
CHASSIS
DEUXIEME PARTIE
CHAUDIERE
TROISIEME PARTIE
MECANISME
QUATRIEME PARTIE
ACCESSOIRES
Châssis, cylindres, suspensions, roues, dispositifs pour faciliter le passage des locomotives dans les courbes.
Réceptions, essais, montage et vérification des pièces essentielles.
Châssis. - Les longerons seront confectionnés en tôle de fer homogène soudable.
Les tôles doivent être planes et présenter une surface unie parfaitement exempte de pailles, soufflures, gales, criques, dédoublures ou défauts d'aucune sorte ; l'épaisseur des tôles sera parfaitement uniforme.
Les épreuves de traction et les essais de pliage des tôles (longerons) sont les mêmes que ceux prescrits pour les tôles en fer homogène soudable entrant dans la construction des chaudières.
Le châssis est formé de deux longerons parallèles, solidement entretoisés, notamment à l'AV. et à l'AR. Il doit être rigide afin de supporter sans se déformer, le poids de la chaudière et des organes suspendus du mécanisme, les efforts sur les pistons, transmis par les bielles, les chocs dus aux inégalités de la voie et aux courbes, enfin il doit maintenir le parallélisme et la perpendicularité des essieux.
Les locomotives anciens types (2, 3, 4, 28, 29, etc.), possèdent un 3e longeron placé dans l'axe de la locomotive et allant des cylindres à la tôle d'AV de la caisse extérieure du foyer. Dans ce cas pour ne pas contrarier les dilatations de la chaudière, la tête du longeron médian est ajustée à frottement doux dans une boîte-support fixée à la tôle du foyer.
Du côté des cylindres il est solidement attaché au moyen de boulons.
Ce longeron est destiné à recevoir la plus grande partie de l'action alternative des bielles motrices, quand les cylindres sont intérieurs.
Cette construction augmente la solidité du châssis dans les locomotives où les longerons sont extérieurs aux roues, elle donne également plus de largeur disponible pour l'installation du foyer et elle diminue les risques de déraillement en cas de bris de l'essieu coudé.
Longerons intérieurs aux roues. - Cette disposition a l'avantage de présenter à la chaudière des points d'appui directs et de réduire les porte-à-faux surtout à l'AV. de la locomotive.
Les roues d'avant se trouvent en partie latéralement par rapport aux cylindres et non derrière ceux-ci comme dans le cas des longerons extérieurs aux roues. (Exemple : hl à 3 essieux accouplés à cylindres intérieurs.)
Le traçage des longerons s'effectue au moyen de calibres afin d'obtenir des pièces de dimensions rigoureusement exactes et interchangeables.
On parachève à la fois aux machines-outils plusieurs longerons du même type de locomotives. Le recuit des longerons après qu'ils ont subi les différentes opérations de parachèvement est de nature à rendre au métal sa qualité primitive.
Les longerons dressés et parachevés entièrement sont mis sur des tréteaux ou autres dispositifs. Ils sont entretoisés au moyen de traverses intermédiaires et de celle d'arrière préalablement parachevées.
A l'avant des longerons, une entretoise provisoire est fixée en lieu et place des cylindres. L'assemblage provisoire des longerons étant terminé, ceux-ci sont placés de niveau dans le sens longitudinal et dans le sens transversal du châssis. Une règle placée sur les deux longerons à la fois et dans le sens transversal permet de constater s'ils se trouvent dans un même plan horizontal.
Conditions d'un bon montage. - Les longerons seront parallèles entre eux, verticaux et parfaitement plans.
Explications sur croquis (FIG. 1). - Le montage des longerons se vérifie au moyen de mesurages en diagonale, transversaux et longitudinaux.
Au préalable, les axes des essieux sont tracés sur des planchettes fixées dans les échancrures pour boîtes à huile.
Le montage étant exact, on procède à l'alésage des trous de boulons et rivets des traverses intermédiaires, etc.
Le placement des boulons et rivets fera l'objet de soins tout particuliers.
Les assemblages terminés, une nouvelle vérification sera faite. Cette vérification sera renouvelée après le montage des cylindres et également de la chaudière sur le châssis.
Faussage des longerons. - Les causes. - La chaudière est fixée d'une façon invariable au châssis par l'un seulement de ses points. En d'autres points, elle est maintenue au moyen de supports à coulisse. La chaudière se dilate ou se contracte sous l'action des variations de températures auxquelles elle se trouve soumise.
Fig. 1.
Fig. 2.
Lorsque la chaudière ne fonctionne pas librement dans les supports à coulisse, les mouvements de dilatation et de contraction de la chaudière sont contrariés et ils exercent une grande influence sur les longerons lors du passage de la hl dans les courbes par les chocs et les vibrations provenant de l'inégalité de la voie, dans les changements de voie, etc.
Remèdes. - Apporter beaucoup de soins dans l'ajustage et le montage des supports à coulisse (FIG. 2 et 3), le moindre calage gênerait, en effet, la dilatation de la chaudière et provoquerait le faussage des longerons, voire la rupture. Un jeu trop grand dans les dites coulisses serait cependant nuisible car la chaudière manquerait de stabilité.
Il faut également que la chaudière repose parfaitement sur les dits supports afin d'avoir une répartition égale du poids sur les longerons.
Les causes. - Les masses excentrées animées d'un mouvement de rotation, comme les grosses têtes de bielles motrices, bielles excentriques, etc., de même que les masses à mouvement alternatif horizontal, comme les pistons, les crosses de piston, une partie des bielles motrices, etc., développent dans la marche des forces appelées dans le premier cas, force centrifuge et dans le second cas, force d'inertie, dont l'effet est très destructif pour le châssis lorsque les boîtes à huile dans leurs guides, suivant l'axe longitudinal de la hl ont trop de jeu.
Un jeu exagéré dans les coussinets des fusées d'essieux a également un effet destructif.
Remèdes. - Equilibrer les masses excentrées animées d'un mouvement de rotation ainsi que celles à mouvement rectiligne alternatif.
Diminuer le plus possible le poids de ces diverses masses en mouvement (corps de piston évidé).
Reprendre le jeu en temps utile aux pièces essentielles : boîtes à huile, coussinets, grosses bielles, etc. L'ajustage et, la fixation des sous-gardes se feront avec beaucoup de soins.
Ils seront confectionnés en fonte spéciale, très homogène et très résistante. Chaque cylindre sera coulé avec quatre éprouvettes prismatiques à section de 40 m/m de côté, de 200 m/m de longueur et disposées verticalement.
La coulée se fera sous une pression déterminée par une colonne de fonte de 0.80 mètres de hauteur au-dessus du niveau inférieur de l'éprouvette (FIG. 4).
L'une de ces éprouvettes sera essayée à la flexion par choc dans les conditions suivantes :
Les faces longitudinales seront laissées brutes ; toutefois deux d'entre elles pourront être passées à la meule, s'il est nécessaire, pour les dresser et les rendre bien parallèles. Le barreau ainsi préparé sera placé sur deux couteaux dont les arêtes seront distantes de 160 m/m (FIG. 5) et recevra sans se rompre ni se fissurer en un point situé à égale distance des couteaux d'appui, un choc donné par la formule :
| Exemple : | P. H. = 0,110C³ |
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| H=352 m/m |
Si éprouvette venait à se rompre ou à se fissurer, on procédera au double essai sur les deux autres (voir cours de fonderie essais des fontes).
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| Fig. 3. | Fig. 4 et 5. |
Après ébarbage et nettoyage, les cylindres seront examinés minutieusement en ce qui concerne les défauts de coulée.
S’il n'est pas constaté de défauts, rendant les cylindres inutilisables, on procédera au traçage complet notamment à la vérification de la position des axes ainsi que des côtes rigoureuses.
Ensuite on parachèvera s'ils ont été trouvés dans de bonnes conditions.
Après parachèvement, les cylindres seront réexaminés et au point de vue des dimensions et défauts. En outre, toutes les parties des cylindres et notamment les parties frottantes et les portées des joints devront être parfaitement saines sans soufflures, piqûres ou autres défauts quelconques.
Tous les passages de vapeur seront de section constante, sans étranglement, leurs surfaces intérieures seront soigneusement ébarbées après la coulée, afin de n'offrir aucune résistance au passage de la vapeur.
Les cylindres munis des couvercles devront rester étanches sous une pression intérieure à la vapeur de 10 1/2 kg. au moins par centimètre carré. Cette pression sera réduite à 7 1/2 kg. pour les cylindres à basse pression des hl compound. Le traçage des trous de boulons, des pattes d'assemblage, des cylindres entre eux, se fera au moyen de calibres afin d'avoir les pièces interchangeables.
L'un quelconque des deux cylindres est tracé d'après calibre. Le traçage du deuxième cylindre d'une paire se fait après le forage du premier. Ils sont placés suivant figure 6. Préalablement aux opérations d'assemblage des cylindres entre eux, on procédera à une vérification complète.
Les axes se trouvant à écartement conforme au plan, parallèles entre eux et dans un même plan, on procédera à l'alésage des trous de boulons et ensuite au boulonnage.
Le placement des boulons exige des soins tout particuliers, les boulons bien cylindriques et polis seront chassés durs et serrés à fond.
L'assemblage terminé, les opérations de vérification seront renouvelées.
Placer les cylindres dans une position suivant figure 6, de niveau dans deux directions perpendiculaires (longitudinale et transversale).
Sur des planchettes fixées dans les corps cylindriques on détermine les axes A, A', B et B' à l'AV. et à l’AR. des cylindres.
Les cylindres se trouvant bien de niveau, il faut que les 4 fils à plomb (FIG. 6) passent exactement par les axes A, A', B et B' à l'avant et à l'arrière des cylindres. Côtes rigoureuses :
| a = a’ | E = E' |
| b = b’ | F = F" |
| e = c’ | G = G' |
| d = d' |
Conditions d'un bon montage. - Les axes des cylindres étant parallèles entre eux seront parallèles aux longerons et perpendiculaires aux axes des essieux.
Côtes rigoureuses de montage (FIG. 7).
A B pour les cylindres horizontaux.
A' B' pour les cylindres inclinés.
L'axe C, représente la position des axes des cylindres horizontaux par rapport aux axes des essieux, l'axe C' représente la position des axes des cylindres inclinés par rapport aux axes des essieux. (Côtes données par les plans.)
Fig. 6.
Les cylindres fixés provisoirement aux longerons, doivent se trouver dans les conditions indiquées figure 7.
Les axes des cylindres représentés par des fils de 0.3 à 0.5 m/m de diamètre, seront prolongés jusqu'au caisson d'AR. du châssis de la locomotive.
Fig. 7.
L'assemblage des cylindres entre eux étant parfait, leurs axes (fils de 0.3 à 0.5 m/m) sont parallèles entre eux et seront parallèles aux longerons. Les distances, des axes des cylindres aux longerons, gauche et droite correspondantes, seront égales.
Les cylindres se trouvant dans de bonnes conditions de montage, on procédera au forage et à l'alésage des trous de boulons pour l'assemblage des cylindres aux longerons.
Les boulons bien cylindriques et polis seront chassés dur et serrés à fond.
Le boulonnage des cylindres terminé, une nouvelle vérification de montage du châssis sera faite (mesurages en diagonale, transversaux et longitudinaux).
Les coups d'eau provoquent la rupture des couvercles, notamment en a (FIG. 8). L'épaisseur en ce point n'est que de 16 m/m, alors que celle des autres parties du couvercle varie de 19 à 20 m/m. L'épaisseur est réduite en a, c'est pour que le couvercle cède de préférence au cylindre.
Le bris d'une bielle motrice, le clavetage d'une tête de bielle motrice lâché, les coussinets de la grosse tête de bielle fondus, lorsqu'une trop forte épaisseur de métal blanc recouvre la barrette du fond du coussinet (FIG. 9), une mauvaise répartition de l’espace libre dans les cylindres sont des causes de bris de fonds et de couvercles de cylindres.
Des avaries à la crosse de piston telles que : bris de l'axe de la crosse, bris à la mortaise, clef de la crosse sortie de sa mortaise ainsi que des avaries à la tige du piston, bris de la tige, bout de la tige brisé à la mortaise, écrou de la tige lâché et battement du corps de piston sur la tige sont aussi des causes des bris de fonds et de couvercles de cylindres. Lors du bris d'un corps de piston au droit des cannelures (FIG. 10) par suite que les cannelures dépassent les dimensions maxima et que les cercles ont pris du jeu dans les cannelures, la partie détachée du corps de piston tombe dans le bas du cylindre et amène la rupture du couvercle.
Pour éviter les bris de fonds et de couvercles des cylindres, on apportera beaucoup de soins : dans l'examen des pièces à la réparation du moteur, notamment en ce qui concerne les limites d'usure des pièces et les ajustements des assemblages, dans la visite journalière des hl, lors des visites périodiques des organes essentiels du moteur et, enfin, dans la conduite du moteur.
Lorsque les cylindres ne sont pas suffisamment réchauffés et purgés avant la mise en marche de la hl et que la levée des tiroirs est insuffisante ou que la section d'écoulement des purgeurs ou des soupapes de sûreté des cylindres est trop faible, il y a coup d'eau.
En outre, en hiver, tout particulièrement après un long stationnement de la hl, il se produit au moment de la mise en marche de la hl des dilatations brusques et inégales qui sont de nature à provoquer des fissures et des ruptures aux cylindres.
Ces avaries seront évitées si les cylindres sont toujours bien réchauffés et purgés avant la mise en marche de la hl s'il y a un jeu de 2 m/m au moins entre le tiroir et le cadre, tiroirs plans (FIG. 11) et si les sections d'écoulement des purgeurs et des soupapes de sûreté sont suffisantes (tiroirs cylindriques).
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| Fig. 8. | Fig. 9. |
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| Fig. 10. | Fig. 11. |
Lorsque le presse-bourrage est lâché, les écrous et contre-écrous perdus ou les goujons brisés, le presse-bourrage est entraîné par la tige du piston et, lorsque le piston revient à fond de course en AV, le presse-bourrage provoque généralement le bris de la boîte à bourrage du cylindre.
A certains types de hl, lorsque la boîte à bourrage est trop remplie, la crosse du piston bat sur le presse-bourrage et la boîte à bourrage du cylindre cède, il y a rupture. A la visite journalière d'une hl, on examinera minutieusement la fixation des presse-bourrages, les écrous et contre-écrous seront bien bloqués.
Les joints en fil de cuivre, quand ils sont confectionnés trop grands, mal brasés, serrés inégalement, fuient en cours de route. Les avaries aux joints sont évitées par l'emploi de joints en tôle de cuivre bien recuits.
L'aspiration des gaz de la boîte à fumée dans les cylindres, occasionne le grippement des cylindres et des tables, notamment lorsque la hl roule à modérateur fermé et qu'elle n'est pas munie de reniflards ou de conduits d'équilibre (by pass).
Quand l'injection d'eau est mal réglée pendant la marche à contre-vapeur, le grippement des cylindres se produit également.
Le grippement se produit aussi lorsque la hl travaille avec des cercles de pistons brisés, quand un corps de piston en acier est de diamètre trop grand, c'est-à-dire quand D-d est inférieur à 3 m/m.
(D = diam. du cylindre et d = diam. du corps de piston).
Notamment aux hl à vapeur surchauffée, température de la vapeur 320 à 350° C, enfin lorsqu'il y a manque de graissage ou mauvaise qualité du lubrifiant. Par une bonne conduite de la hl et un bon entretien des pistons et tiroirs, on peut éviter ces avaries.
Aux tables qui reçoivent des appliques, les vis de fixation de celles-ci, se dévissent parfois. Le tiroir cisaille la vis et généralement brise la fausse table et parfois une barrette de la table du cylindre.
Par le travail et le frottement du tiroir sur la table, des barrettes fortement fissurées se brisent. Différents systèmes de fixation des appliques, des modifications à la coulée de la table du cylindre pour éviter les fissures, font l'objet de plusieurs essais. Ceux-ci ne sont pas terminés.
Ces fissures sont attribuées aux dilatations et contractions successives des barrettes de la table. Ces dilatations et contractions sont provoquées par les écarts brusques de température auxquels sont soumises pendant le travail de la hl. etc. les susdites barrettes.
Exemple : réchauffage insuffisant des cylindres avant la mise en marche de la hl, travail du tiroir sur la table notamment quand il y a insuffisance de graissage, enfin les écarts de température inhérents à la conduite et au travail du moteur.
Lors de la coulée d'un cylindre de machine à vapeur, les barrettes de la table relativement minces se refroidissent rapidement. Le haut et le bas de la table, où un amas de matière est plus grand, se refroidissent plus lentement que les dites barrettes.
Conséquemment, le retrait se fait inégalement et des tensions intérieures existent dans la matière à l'endroit de fissuration des barrettes. Ces tensions intérieures provoquent lors des dilatations et contractions des barrettes, c'est-à-dire à chaque changement brusque de température des petites fissures qui se prolongent rapidement et atteignent des profondeurs de plus de 200 m/m. Quant aux remèdes préconisés, voir ceux cités en F (explications sur croquis).
Fig. 12.
Le poids du cylindre et de ses organes, l'action de la vapeur dans le cylindre crée des efforts qui agissent, sur les pattes d'assemblage des cylindres aux longerons.
Pour éviter ces avaries, les pattes d'assemblage des cylindres aux longerons (FIG. 13) seront bien conditionnées en ce qui concerne les épaisseurs, les congés et l'emplacement des boulons.
On encastrera autant que possible, certaines parties du cylindre, dans le longeron.
Le placement des boulons se fera avec beaucoup de soins.
Ceux-ci bien cylindriques et polis et à têtes plates seront chassés dur et serrés à fond.
Corrosions des conduits d'admission et d'émission qui se trouvent dans la boîte à fumée. Ces corrosions entraînent la mise hors d'usage prématurée des cylindres.
Pour éviter les avaries, il faut donner en ces points une surépaisseur de fonte lors de la fabrication du cylindre.
Ensuite, les parties soumises à corrosions, en service, seront protégées contre l'action de l'eau et du feu, qui s'accumulent dans la boîte à fumée, par une tôle de cuivre de 6 à 8 m/m d'épaisseur.
Avaries, causes, remèdes. - Les guides de boîtes à huile doivent avoir premièrement les faces s'adaptant aux longerons, dressées suivant plan.
Première opération de montage. - On ajuste dans les échancrures des longerons, les guides de boîtes à huile et l'on trace les trous de boulons.
Deuxième opération. - Après forage et préalablement à l'alésage des trous de boulons, les guides étant fixés aux longerons au moyen de quelques boulons provisoires, on établit le parallélisme des axes des cylindres, etc. (opérations décrites précédemment).
Les guides de gauche et de droite correspondants doivent se trouver à égale distance des axes des cylindres. Explication sur croquis (FIG. 14).
Des axes des fusées des essieux, déterminés suivant figure 14, tracés sur des planchettes placées dans les guides de boîtes à huile et dans le plan horizontal des axes des essieux, on trace sur les faces latérales des guides la largeur des boîtes à huile.
Ces opérations terminées, les guides sont démontés et tracés complètement au moyen du trusquin sur une taque bien dressée pour leur parachèvement aux machines-outils.
Troisième opération. - Le parachèvement terminé, les guides sont remontés et les opérations de vérifications renouvelées. Celles-ci trouvées exactes, on alèse les trous de boulons d'assemblage des guides aux longerons.
Fig. 13.
Le placement des boulons exige beaucoup de soins. Tous les boulons étant serrés à fond, on fait une nouvelle vérification du montage des guides. De plus, au moyen d'une règle appliquée contre les guides de gauche et de droite correspondants (FIG. 14), on vérifie s'il n'y a pas de gauchissement. Ensuite, on procède à l'ajustage et au montage des sous-gardes. Celles-ci montées et boulonnées, une dernière vérification du montage des guides est nécessaire.
Fig. 14.
Causes. - Trous de boulons mal alésés. Boulons non cylindriques et mal polis. Le battement des boîtes, trop de jeu dans les guides.
Un défaut de montage, erreur dans la perpendicularité des axes des cylindres ou dans le parallélisme des essieux.
Causes. - Le battement, des boîtes, défaut de montage, etc., les soufflures encore assez nombreuses dans les pièces en acier coulé.
Rupture aux trous de boulons, des guides en fonte. Défaut inhérent à la matière, la fonte n'est pas tenace, elle est cassante.
Remèdes aux avaries précitées. - Beaucoup de soins dans l'alésage des trous de boulons, dans le parachèvement et le placement des boulons.
Reprendre le jeu en temps utile aux boîtes à huile. (Explications boîtes avec coins de serrage et boîtes non munies de coins de serrage.)
Ne rien négliger dans le montage du châssis et des boîtes dans les guides afin d'avoir un montage parfait du châssis.
Quant aux soufflures dans les guides en acier coulé (voir cours, de fonderie, défauts et remèdes des pièces coulées).
Causes. - Insuffisance de graissage. Ajustement défectueux des boîtes dans guides ; bridement, surfaces de frottement mal polies. Boîtes en acier travaillant dans des guides en acier.
Remèdes. - Employer un graisseur spécial pour les grandes surfaces de frottements.
Faire usage des appliques en bronze dur (84-16) afin d'avoir un frottement de bronze sur acier.
Ces appliques en bronze seront fixées aux boîtes ou aux guides suivant la méthode de réparation la plus économique avec encastrement pour éviter le cisaillement des vis. (Explications de la méthode de réparation la plus économique.)
Suspension. - Les ressorts de suspension ont pour but, en absorbant l'effet des chocs que les inégalités de la voie produisent sur les roues, de ne transmettre ces chocs que très amortis au châssis.
Ils permettent la répartition de la charge et de son réglage sur chaque roue.
Les ressorts, par leur flexibilité, permettent aux roues de garder le contact avec les rails, malgré les mouvements verticaux du châssis et les inégalités de la voie.
Fig. 15.
Cette flexibilité ne doit pas être exagérée. Aux essieux extrêmes et notamment aux essieux d'avant, elle est plus grande que celle des ressorts intermédiaires, dont les roues sont guidées par les roues extrêmes et risquent moins ainsi de dérailler. Les déraillements sont surtout à craindre pour l'essieu d'AV., dont les roues sont alternativement déchargées par l'effet de l'obliquité de la bielle produit sur les guides de piston ; si cette décharge correspond à un affaissement important du rail ou à un fort mouvement de lacet, le boudin de la roue peut arriver à monter sur le rail ; pour que, malgré ces circonstances, les roues restent toujours suffisamment chargées de manière à les empêcher de se soulever ; il est nécessaire que la flexibilité des ressorts correspondants soit assez élevée, environ 6 m/m par tonne pour les ressorts des locomotives.
Fig. 16.
Les balanciers longitudinaux ou transversaux sont utiles dans ce cas ; avec leur emploi, la répartition de la charge reste indépendante de la flexibilité des ressorts et des inégalités de la voie.
Les ressorts servent enfin à régler pratiquement la charge sur les essieux, qui est déterminée par le calcul lors de l'établissement de la hl et qui doit être conservée aussi exactement que possible en service ; à cet effet, les hl doivent être pesées suivant les instructions sur la pesée des hl.
Tous les ferrements constituant la suspension de la hl seront assimilés comme qualité au fer puddlé fins grains ou au fer homogène soudable suivant la nature du métal employé.
Ils seront confectionnés d'une pièce sans aucune soudure.
Fer puddlé fins grains ou acier doux : Résistance maxima à la traction par m/m² = 31 kgs.
C'est un levier articulé au châssis en un point intermédiaire et chargeant les extrémités voisines des ressorts de suspension.
Si on veut que la charge soit égale sur deux essieux, on place l'articulation O au milieu du levier.
Equilibre par rapport au point O (FIG, 15) :
Pl = P’l’
Si l'on veut que l'un des essieux soit plus chargé que l'autre, on rapproche davantage le point O de cet essieu.
Si les longueurs des deux bras du balancier sont inégales dans le rapport de 2 à 3 par exemple (FIG. 16), les charges supportées par les deux bras seront dans le rapport inverse, de 3 à 2 ; le bras le plus court porte la plus lourde charge.
Exemple (FIG. 16) :
P(L - l’) = P'l’
PL - Pl’ = P'l’
PL = (P' + P) l’
Applications :
P = 9000 kg.
P' = 6000 kg.
L = 200 cent.
Cherchez l et l’
nous avons 
120 = l’
L - l’ = l
200 - 120 = l
80 = l
Pour que l'équilibre existe, il faut que
Pl = P'l’ (FIG. 16)
9000 x 80 = 6000 x 120
720000 = 720000
L'emploi des balanciers permet de diminuer le nombre des points d'appuis de la hl et, par conséquent, d'améliorer sa stabilité.
Locomotive à trois essieux (FIG. 17), ayant deux balanciers longitudinaux, réunissant les ressorts des deux essieux d'AV. et un balancier transversal à l'AR., réunissant les extrémités d'AR. des deux ressorts du dernier essieu.
On peut considérer le poids de la hl, qui charge les essieux comme posant sur les axes A, B et C des balanciers qui les réunissent.
Les balanciers permettent de faire une répartition des charges assez juste, dans le cas où on n'aurait pas à sa disposition un pont à peser, la hl étant placée sur une voie de niveau.
Fig. 17.
Les causes. - Opérations de trempe et de recuit non réussies. Défauts dans la matière.
Métal altéré par un chauffage à une température trop élevée lors du cintrage ou de la trempe ou par suite des nombreux chauffages pour obtenir par refoulement les mentonnets des maîtresses feuilles (FIG. 18).
Les surcharges résultant d'une mauvaise répartition du poids.
Les causes. - Serrage insuffisant du collier, manque de soins dans l'ajustement de la broche qui traverse à la fois le collier et les lames, notamment dans les suspensions par le bas.
La poussée sur les lames (FIG. 19) par les tirants de ressorts travaillant à la compression, surtout quand il y a du jeu aux articulations des tirants et aux boîtes à huile dans leurs guides.
Quand l'axe AB du collier (FIG. 19) n'occupe pas le milieu entre les axes C et D ou ne coïncide pas avec l'axe vertical de la boîte à huile.
Les bris de colliers sont généralement dus à un défaut de soudure, à un serrage exagéré du collier, etc.
Les causes. - Feuilles non rainurées dans leur sens longitudinal.
Les causes. - Elle se produit généralement dans la partie filetée, le fond du filet donnant naissance aux fissures. Le métal devient cassant par suite des trépidations continues.
Remèdes. - Apporter beaucoup de soins dans le cintrage, la trempe, le recuit des feuilles de ressorts ainsi que dans les opérations de montage des ressorts : colliers, broches, etc.
Substituer à la suspension (FIG. 19, celle travaillant à la traction (FIG. 21)), les déplacements de lames sont beaucoup moindres. A chaque réparation recuire toutes les pièces susceptibles de bris.
Remplacer les tirants de ressorts (FIG. 20) par des tirants à chape (FIG. 22).
Considérons une hl à trois essieux accouplés (FIG. 23 et 24) :
Explications sur croquis. - Les charges sur les essieux ne peuvent dépasser la valeur limite imposée par la solidité de la voie (19 T maximum).
L'adhérence (constituée par le poids tout entier de la hl (FIG. 23), utilisée pour permettre à la hl de développer l'effort de traction dont elle est capable, doit être déterminée pour éviter le pivotement.
La position du centre de gravité de la masse suspendue, par rapport aux essieux, doit être déterminée aussi exactement que possible.
Poids non suspendus p', p" et p"' respectivement sur le premier, le deuxième et le troisième essieu.
Poids total de la hl : P' + P" + P"'.
Poids suspendus (P' - p') + (P" - p") + (P'" - p'") = P.
La connaissance de ces trois poids permet de calculer la position du centre de gravité de la masse suspendue.
Fig. 18.
l et l’ étant les distances, en mètres, des essieux entre eux et en appelant x (FIG. 24), la distance de l'essieu du milieu au plan vertical passant par le centre de gravité G et en prenant les moments des poids partiels par rapport à ce plan, on peut poser les équations :
(P' - p') (l - x) = (P" - p") x + (P"' - p'") (l' + x)
(P'- p') l - (P' - p') x = (P" - p") x + (P"' - p'") l' + (P"' - p"') x
(P' - p') l - (P"' - p'") l' = (P' - p') x (P" - p") x + (P"' - p"') x
(P' - p') l - (P"' - p"') l' = (P' - p') + (P" - p") + (P"' - p"') x
(P' - p') l - (P"' - p"') l' = Px 
Applications. - Locomotive à 3 essieux accouplés (FIG. 25). Le poids suspendu par essieu = 14,000 kg.
Le centre de gravité de la masse suspendue, par rapport aux essieux, se trouve à 10 m/m en AV de l'essieu moteur.
L'empattement total = 4,500 m.
Déterminer les longueurs a et a’ des bielles d'accouplement.
| L = 4m500. l" = 10 m/m l’ = voir figure 25. l" = voir figure 25. P" = 14,000 kg. P' = Id. P = Id. G = centre de gravité. |
L'équation des moments par rapport au point G donne : P" (L - l) = Pl + P'l" P"L - P"l = Pl + P'l" P"L - P'l" = Pl + P"l P"L - P'l" = (P + P") l   |
2,245 = l
4,500 - 2,245 = l’
2,255 = l’
2,245 - 0,010 = a
2,235 = a (longueur de la bielle AR)
4,500 - 2,235 = a’
2,265 = a’ (longueur de la bielle AV)
Preuve (FIG. 26) :
14000 x (2,265 - l") = 14000 x (2,235 + l") + 14000 l"
14000 x 2,265 - 14000 l" = 14000 x 2,235 + 14000 l" + 14000 l"
14000 x 2,265- 14000 x 2,235 = 14000 l" + 14000 l" + 14000 l"
14000 x (2,265 - 2,235) = 42000 l"
14000 x 0.03 = 42000 l"
420 = 42000 l"
0.01 = l"
10 m/m = l"
La pesée se fera hl en ordre de marche, c'est-à-dire à feu et avec 10 c/m d'eau au-dessus du ciel du foyer et 10 à 12 c/m de charbon sur la grille (hl anciens types).
Fig. 19.
Dans les foyers à briquettes des hl types récents, le foyer sera alimenté jusqu'à une hauteur voisine de la voûte. Les hl tender seront pesées avec soutes à eau et à charbon pleines. Les hl à ht indépendant, l'attelage entre hl et ht sera desserré ; la suspension des ressorts doit fonctionner librement. Il ne peut exister de résistance exagérée dans le frottement des boîtes à huile dans leurs guides et des tirants de ressort de suspension contre les longerons, la répartition du poids par essieu pourrait être influencée.
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| Fig. 20. | Fig. 21 et 22. |
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| Fig. 23 et 24. | |
Avant le placement de la hl sur le pont à peser, on la met sur une voie de niveau, on règle les ressorts et les balanciers compensateurs de façon que ceux-ci soient de niveau ainsi que la hl dans le sens longitudinal et transversal. La hl doit être maintenue à une hauteur convenable dans les guides de boîtes à huile, c'est-à-dire les axes des cylindres passant par l'axe de l'essieu-moteur. On place alors la hl sur le pont à peser.
La hl ayant été au préalable mise de niveau, on ne constatera que de très petites différences dans la répartition du poids, elles seront corrigées en agissant sur les tirants des ressorts de suspension.
On vérifie si avant comme après le réglage, le poids total est le même, si le calcul de la position du centre de gravité de la hl par rapport aux essieux conduit sensiblement au même résultat.
Connaissant les poids par essieu avant et après réglage, il suffit pour faire ce calcul de connaître les longueurs d'axe en axe des essieux.
Si ce calcul donnait des résultats assez différents, les pesées devraient être considérées comme mal faites. C'est qu'il y aurait eu un dérangement dans les appareils de pesage.
| AVANT RÉGLAGE | |||
| Essieux | Côté gauche | Côté droit | Totaux |
| Premier | 7300 | 8100 | 15400 |
| Deuxième | 8300 | 8100 | 16400 |
| Troisième | 8000 | 7800 | 15800 |
| Totaux | 23600 | 24000 | 47600 |
| APRÈS RÉGLAGE | |||
| Essieux | Côté gauche | Côté droit | Totaux |
| Premier | 7800 | 7800 | 15600 |
| Deuxième | 8100 | 8100 | 16200 |
| Troisième | 7900 | 7900 | 15800 |
| Totaux | 23800 | 23800 | 47600 |
Fig. 25.
Fig. 26.
Fig. 27.
Fig. 271.
AVANT RÉGLAGE (FIG. 21).
En appelant x la distance de l'essieu du milieu au plan vertical passant par le centre de gravité G et en prenant les moments des poids partiels par rapport à ce plan, on peut poser les équations :
P'" (l - x) = P"x + P' (l + x)
P'"l - P'"x = P"x + P'l + P'x
P'"l + P'l = P'"x + P"x + P'x
(P'" - P') l = (P'" + P" + P') x
19 m/m = x
APRÈS RÉGLAGE (FlG. 271)
En appelant x la distance de l'essieu du milieu au plan vertical passant par le centre de gravité G et en prenant les moments des poids partiels par rapport à ce plan, on peut poser les équations :
P'" (l - x) = P"x + P' (l + x)
P'"l + P'"x = P"x + P'l + P'x
P'"l - P'l = P'"x + P"x + P'x
(P'" - P") l = (P'" + P" + P') x
9,6 m/m = x
Le centre de gravité a été déplacé horizontalement de 19 - 9,6 = 9,4 m/m par le simple réglage.
Un pareil déplacement du centre de gravité est possible, même les appareils de pesage étant en parfait état (déplacement de l'eau, du combustible).
Les hl et ht non munis de balanciers compensateurs seront pesés au moins une fois par semestre.
Les hl et ht munis de balanciers compensateurs ne doivent être pesés qu'une fois par an, mais ils sont réglés, après six mois, dans l'intervalle de deux pesages ; rétablir horizontaux les balanciers et les ressorts de suspension.
Fig. 272.
Les pesées devront toujours avoir lieu :
Les P.V. de pesées renseigneront les poids sur chaque roue avant et après le réglage.
Si le poids sur les essieux moteurs et accouplés est inférieur à ce qui est prescrit la hl aura une tendance à pivoter surtout au démarrage et sa puissance de traction en sera diminuée.
Fig. 273.
Lors de l'application des freins, les roues motrices se calent d'autant plus que le poids adhérent est moindre, l'essieu le moins chargé se calant d'abord, entraîne nécessairement aussi le calage du plus chargé.
La hl prend des mouvements anormaux sur la voie.
Les échauffements sont fréquents.
En appelant x la distance de l'essieu couplé d'AR. au plan vertical passant par le centre le gravité G et en prenant les moments des poids partiels par rapport à ce plan, on peut poser les équations :
P'" (l" + x) + P"x = P' (l' - x) + P (l + l' - x)
P'"l" + P'"x + P"x = P'l' - P'x + Pl + Pl' - Px
P'"x + P"x + P'x + Px = P'"L" + P'l' + Pl + Pl'
(P'" + P" + P' + P) x = (P' + P) l' + Pl - P'"L"
x= 1,0002 mètre.
Remarques. - L'examen des bulletins de pesées a fait reconnaître que très fréquemment il n'est pas fait application du moyen de contrôle qu'offre la double opération de la pesée avant et après le réglage ; ci-après un exemple relevé dans les bulletins de pesées.
Une machine type 28 pesant 34000 kg. répartis comme suit sur les trois essieux. (FIG. 273.)
AVANT RÉGLAGE
En appelant x la distance de l'essieu couplé d'AR. au plan vertical passant par le centre le gravité G et en prenant les moments des poids partiels par rapport à ce plan, on peut poser les équations :
P'(l - x) = P"x + P'"(l' + x)
P'l - P'x = P"x + P'"l" + P'"x
P'l - P'"l' = P'x + P"x + P'"x
P'l - P'"l' = (P' + P" + P'")x
459 m/m = x
APRÈS RÉGLAGE
Les poids sur les essieux extrêmes étant les mêmes ainsi que les longueurs d'axe en axe de l'essieu du milieu aux essieux extrêmes le plan vertical passant par le centre de gravité de la hl coïncide avec l'axe de l'essieu du milieu, donc x = o
P'l = P'"l'
Ainsi donc le centre de gravité aurait été déplacé horizontalement de 459 m/m par le simple réglage.
Il est évident que des opérations qui conduisent à de pareilles conclusions ne méritent aucune confiance et sont à recommencer.
Elles peuvent, du reste, être un indice de dérangement dans l'appareil de pesage, tel qu'usure des couteaux ou de leur siège, mouvement dans les fondations ou flexibilité de certains organes trop peu massifs.
Les essieux sont soumis aux essais après parachèvement. Sont rebutés les essieux présentant des défauts extérieurs, tels que criques, défaut de soudure, fente en long ou en travers, etc.
Fig. 28.
Essai au choc. (FIG. 28.) - Un essieu placé sur deux appuis écartés de 1m500, sera soumis au choc d'un mouton d'un poids P tombant d'une hauteur H déterminée par la formule :
| P = Poids du mouton en kg (500 par ex.) H = Hauteur de chute en mètres. D = Diamètre au milieu de l’essieu en m/m (160 m/m par exemple). |
PH = 0,00318D³ 500 x H = 0,00318 x 160³  H = 26,05 mètres. |
Il ne peut se produire ni criques, ni fissures, ni rupture.
FIGURE 29.
Les corps de roues seront en fer forgé ou en acier coulé.
Corps de roues en fer forgé. - Les soudures des rais du moyeu et de la jante seront parfaitement exécutées.
Les corps de roues seront bien venus de forge.
Corps de roues en fer forgé ou en acier coulé.- Ces corps de roues devront être sans défauts ; les bras seront droits. Les jantes seront tournées et il ne pourra exister de place non touchée par l’outil du tour.
Le moyeu sera tourné sur ses faces verticales.
Les contre-poids seront venus de forge ou à la coulée et non rapportés.
Les roues à rais de section elliptique sont admises, au même titre que les roues à rais de section rectangulaire.
Résistance à la traction par m/m² = 40 kg.
Allongement pour % sur 200 m/m = 15 m/m.
FIGURE 30.
Ces pièces seront confectionnées en fer puddlé fins grains ou en fer homogène soudable.
Elles devront être entièrement blanchies et à la partie frottante polies avec soin. Le bouton devra venir de forge avec le corps de la manivelle ; la continuation du nerf dans le bouton sera obtenue sans fatigue pour le métal ; le bouton sera cémenté à 1 1/2 m/m de profondeur et trempé. L'œil des manivelles sera alésé de façon à s'adapter parfaitement sur l'essieu. Les manivelles seront, chauffées au rouge cerise et plongées ensuite dans l'eau froide : elles ne pourront pas prendre la trempe, sauf dans les parties cémentées.
Toute trace de solution de continuité qui paraîtrait à la surface sera une cause de rebut.
Pour les pivots de bielles rapportées et sans contre-manivelle, il pourra, être fait usage d'acier doux présentant une résistance de 50 kg par m/m² et un allongement de 20 % déterminé sur 200 m/m.
La résistance à la rupture pourra être inférieure à celle imposée pourvu que le manque de résistance soit compensé par un excédent d'allongement. La tolérance sera de 8 kg avec un surcroît d'allongement de 5 %.
Fig.29.
Fig. 30.
Fig. 31.
Fig. 311.
FIGURES 31 et 311.
Ces essieux seront en fer ou en acier doux.
Le métal employé sera de qualité extra.
Les essieux seront complètement parachevés, les parties frottantes seront parfaitement polies, les autres seront blanchies.
Les coulants seront parfaitement cylindriques et la plus grande attention sera apportée pour qu'ils n'acquièrent pas au tour le moindre cône sur la longueur ; l'évidement des coudes se fera entièrement et exclusivement à la machine à mortaiser. Aux modèles d'essieux dont les palettes sont frettées, les frettes seront en fer homogène soudable. Les frettes seront parachevées conformément aux indications des plans, de façon à obtenir un contact parfait avec la palette de l'essieu ; aucune trace de matage ne sera tolérée.
Les frettes des coudes, seront en fer fin grain de la meilleure qualité. Ces pièces, confectionnées de telle sorte que chacun de leurs diamètres soit de 1/2 à 1 1/2 m/m inférieur au diamètre correspondant des flasques de l'essieu, seront placées à chaud.
Dès que chaque frette sera en place, on en assurera, le serrage par un arrosage d'eau.
Les dimensions indiquées au plan devront être rigoureusement observées.
FIGURE 32.
Les essieux droits seront en acier de toute première qualité.
Conditions de fabrication. - Les essieux seront entièrement parachevés suivant les indications des plans déposés ; les fusées seront tournées de façon que les points de centre des extrémités puissent être maintenus.
Les coulants parfaitement polis et cylindriques seront exempts de raies, fentes, etc.
FIGURE 33.
Ils seront en acier dont la teneur en carbone ne pourra être inférieure à 0,3 %.
Conditions de fabrication. - Les bandages devront être fabriqués de lingots fortement martelés sur toutes les faces avant le laminage et non de rondelles coulées simplement laminées. Ces rondelles seront obtenues par le martelage, au préalable le lingot a été poinçonné au centre. Le laminage sera aussi parfait que possible. Les surfaces des bandages seront nettes,
unies, exemptes de pailles,' de criques, de lignes ou autres défauts quelconques. Les bandages seront parfaitement plans sans le moindre gauchissement.
Fig. 32.
Essais. - On procède au dosage du carbone ; à cette fin, il est prélevé de la limaille sur 10 % des bandages d'une même coulée.
Fig. 33.
Si l'acier a la teneur en carbone prescrite, il sera procédé à l'examen de la surface des bandages et, le cas échéant, au rebut de ceux présentant des lignes, criques, fentes en long et autres défauts quelconques. Un bandage d'une même coulée est alors soumis au choc d'un marteau d'un poids P tombant d'une hauteur H déterminée par la formule :
PH = 1,01257 b c²
pour les bandages de hl et ht profil n° 1 (mode d'attache de la Compagnie London-Chatham-Dover).
PH = 0,01106 b e²
pour les bandages de hl et ht profil n° 2 (mode d'attache de la Société Alsacienne).
PH = 0,01146 b e²
pour les bandages de hl et ht profil n° 3 (mode d'attache du Calédonian Railway).
PH = 0,01286 b e²
pour les bandages de voitures et pour ceux de wagons. Formule dans laquelle :
P = Poids du mouton en kg ;
H = Hauteur de chute en mètres ;
e = Epaisseur du bandage en m/m mesurée à la surface de roulement ;
h = Largeur du bandage en m/m.
EXEMPLE figure 33 :
PH = 0,01106 b e²
PH = 0,01106 x 140 x 63²
H=12,29 mètres
Pour les bandages pour roues de hl, de ht, de hv et de hw, le nombre de coups de mouton sera de trois ; après le deuxième coup, la réduction du diamètre vertical du bandage ne pourra être supérieure au l/7e du diamètre intérieur primitif.
Si la réduction est plus forte ou si, au troisième coup de mouton, le bandage se brise ou présente une crevasse, la coulée à laquelle le bandage appartient sera rebutée. Toutefois, pour les bandages avec mode d'attache en usage au Calédonian Railway, il est loisible d'adopter les clauses ci-après au lieu de celles prescrites ci-dessus pour les essais au choc :
Conditions communes. - Les bandages seront placés à chaud et devront serrer parfaitement.
Le serrage sera obtenu par une diminution du diamètre intérieur du bandage par rapport au diamètre de la jante.
Cette diminution sera de 1 m/m par mètre de diamètre extérieur de la jante.
Les cotes de rigueur renseignées aux plans, notamment celles relatives à la position des roues par rapport au centre des fusées à l'écartement entre les faces intérieures des bandages et entre les moyeux des roues, devront être scrupuleusement observées.
Les roues seront placées, bien symétriquement à l'axe des fusées. Les deux bandages d'une même paire de roues et tous les bandages des paires de roues accouplées devront avoir le même diamètre extérieur ; les attaches des bandages sur les roues seront exécutées avec le plus grand soin.
Le calage des roues sur les essieux, des manivelles et des pivots sera effectué avec le plus grand soin ; les portées de calage de même que les œils des moyeux ou des manivelles seront parfaitement cylindriques. Les traits de tour seront enlevés de façon à obtenir des surfaces bien polies, bien lisses.
Pour faciliter le travail, il pourra être donné à l'extrémité de la portée de calage ou à l'entrée des ouvertures des moyeux une conicité de 2/10° de m/m s'étendant sur 8 m/m au maximum.
Avant de procéder au calage, les surfaces destinées à venir en contact seront parfaitement nettoyées et ensuite enduites d'une couche de suif pur.
Le serrage nécessaire pour obtenir la pression de calage imposée est déterminée en tenant compte des dimensions des pièces et de la nature du métal (0,15 à 0,3 m/m pour la fonte et 0,5 à 0,7 m/m pour l'acier coulé).
Les manivelles pourront être calées sur les essieux à chaud ou à froid. Cette opération doit être faite avec les soins les plus minutieux.
Les manivelles d'une même paire de roues seront placées rigoureusement d'équerre l'une par rapport à l'autre.
Les pivots ou boutons de manivelles des hl types 11, 15, 17, 18, 30, etc., seront placés sur les roues à la presse hydraulique à une pression minima de 45,000 kg.
Le calage des roues sur les essieux se fera à la presse hydraulique sous une pression d'au moins 80,000 kg.
Toutefois, cette pression de calage est de :
Les cales seront en acier, parfaitement dressées, remplissant complètement les rainures et chassées au refus d'un marteau du poids de 7 kg.
Le contact avec la jante du petit rebord A du bandage est obtenu par rabattement au moyen d'un marteau-pilon spécial.
Les bandages (de ce système) lâchés et susceptibles de remploi sont généralement réutilisables après désembattage.
Cependant, le rembattage d'un bandage présente quelques difficultés, notamment pour le rabattement du bandage sur la jante. L'opération de martelage est plus coûteuse.
En cas de rupture de bandages (de ce système), les morceaux de bandage ne sont pas suffisamment retenus, ce qui présente du danger.
Le rabattement du rebord du bandage sur le cercle d'attache sera fait avec soin, de façon à éviter tout déplacement du dit cercle.
Les bandages lâchés et susceptibles de remploi sont réutilisables après désembattage. On coupe le cercle en b, et ce dernier est mis hors d'usage.
Si le bandage est usé ou avarié, on enlève la partie du bandage rabattue sur le cercle ; ce dernier est alors réutilisable.
En cas de rupture de bandages, les morceaux sont retenus par le cercle.
Le rabattement du rebord du bandage sur le cercle d'attache sera fait avec soin de façon à éviter tout déplacement du cercle susdit.
Les bandages lâchés, même susceptibles de remploi, sont généralement hors d'usage après désembattage. Au second embattage, on ne parvient pas à avoir suffisamment de métal rabattu sur le cercle d'attache.
Les cercles d'attache sont réutilisables.
Remarques. - Lors du désembattage, un chauffage exagéré du bandage rend son enlèvement très difficile, le bandage dilaté exerce des efforts sur le cercle.
La conicité des bandages facilite le roulement dans les courbes et diminue le glissement que la différence de longueur de développement des rails tend à produire.
En alignement droit, cette conicité tend encore à maintenir les essieux normalement à la voie et à atténuer le frottement des bourrelets contre les rails.
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| Fig. 34. |
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| Fig. 35. |
| a léger trait de tour servant de point de repère pour la vérification de l'épaisseur des bandages à l'endroit de leur cercle de roulement. |
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| Fig. 36. |
On nomme emballage l'opération qui consiste à poser les bandages sur les jantes des roues.
Après avoir été alésé au diamètre déterminé, le bandage est placé dans un four spécial et chauffé, au degré voulu, pour que la dilatation soit suffisante et permette de le placer facilement sur la jante, dont le diamètre est un peu supérieur à celui du bandage. (Voir : Conditions communes relatives aux roues.)
Dans cet état, le bandage est amené sur le plateau d'une cuve qui reçoit, en même temps la roue. Le bandage est refroidi à l'eau ou à l'air. Le retrait du métal se produit et le bandage serre fortement la jante sur laquelle il est placé.
Cette opération terminée, le bandage est rabattu sur la jante ou sur le cercle et, enfin, tourné à profil et à écartement.
Pour chauffer les bandages à embattre et à désembattre, l'usage du gaz a donné de bons résultats. Ce procédé se recommande aussi bien au point de vue de la propreté, de la justesse du travail et de la sûreté avec laquelle on obtient lé degré de chaleur voulu, qu'au point de vue de l'économie, lorsque le prix du gaz est peu élevé.
On nomme désembattage, l'opération inverse de la précédente, c'est-à-dire qui a pour but d'enlever de la jante les bandages usés, lâchés, etc.
Préalablement à cette opération, le train de roues, doit être monté sur le tour pour enlever une partie du rebord du bandage ou pour couper le cercle d'attache. (Voir à ce sujet les trois systèmes de bandages précités.)
Le bandage à désembattre est alors chauffé au moyen du gaz. Le chauffage au charbon est abandonné. Lorsque le bandage est suffisamment dilaté, quelques coups de marteau suffisent pour qu'il se dégage.
Les bandages fortement lâchés doivent être enlevés des jantes des roues. Un bandage susceptible de remploi, après avoir été chauffé à un température assez élevée, est placé sur le plateau de la cuve à refroidir, puis immergé graduellement dans l'eau à une hauteur égale à la moitié ou aux trois quarts de sa largeur ; la partie refroidie fait resserrer celle du dehors non immergée. Si une première opération ne suffit pas pour atteindre le but que l'on se propose, on la répète, mais alors il devient nécessaire de retourner le bandage sens dessus-dessous, afin que la partie qui avait été laissée précédemment en dehors soit refroidie avant l'autre ; ce changement est nécessaire pour que le serrage soit autant que possible uniforme, et on peut parvenir par ce moyen à rétrécir un bandage d'une quantité très notable.
Lorsque la quantité resserrée nécessite plusieurs opérations, il convient, avant de replacer le bandage, de l'aléser à nouveau pour être bien fixé sur le serrage à obtenir. Lorsque la quantité à resserrer est peu importante, elle peut avoir lieu sans désembattre le bandage. Celui-ci, après avoir été chauffé à une température assez élevée, est refroidi par un arrosage d'eau.
Le refroidissement à l'air parfois suffit.
Fig. 37.
Cette opération terminée, la partie du bandage rabattue sur la jante ou sur le cercle est martelée à nouveau.
N. B. - Un refroidissement brusque et inégal (à l'eau) des rais et de la jante provoque des déformations qui parfois rendent le corps de roue inutilisable.
Les cotes de rigueur à imposer, tant pour la mise en service qu'au point de vue des réparations ultérieures.
Explications sur croquis (FIG. 37).
L'essieu doit être parfaitement droit.
On le constate aisément au moyen de la, jauge à écartement par la vérification de l'écartement intérieur KL des bandages mesuré en quatre points de leur circonférence diamétralement opposés ; la jauge ne peut accuser de différence.
Si l'essieu était plié au delà du corps de roue, on le constaterait au moyen d'une règle placée sur le bout de la fusée et dans deux directions perpendiculaires, les longueurs ef et gh doivent être égales à un même corps de roue.
La vérification peut aussi se faire le train de roues se trouvant monté entre les pointes d'un tour à roues. Les corps de roues ne peuvent voiler ni à la surface intérieure des bandages, ni à la surface de roulement de ces derniers.
L'écartement intérieur KL des bandages sera de 1,365m sans tolérance pour les essieux neufs des hl types 2, 28, 29, 30, 32 et similaires, ainsi que pour tout essieu compris entre deux essieux parallèles à position rigide des autres types de locomotives.
(L'écartement sera de 1,359m sans tolérance pour les essieux extrêmes.)
Tolérances. - Afin de prolonger la durée de l'utilisation des bandages, il a été décidé d'admettre les tolérances suivantes pour l'écartement des bandages, des roues de hl et de ht.
Pour les bandages des roues intermédiaires comprises entre deux trains à position rigide, dont l'écartement est fixé à 1,365m, les tolérances sont :
1 m/m en moins lors de la pose et 1 m/m en plus lors du retrait de service ; l’écartement pourra donc varier en service depuis 1,364m jusque 1 ,366m.
Toutefois pour l'essieu accouplé du milieu des hl type 10, la cote d'écartement minimum des bandages reste rigoureusement fixée à 1,365m.
(Pour les bandages des roues d'AV et d'AR, à position rigide, dont l'écartement est fixé à l,359m, la tolérance pourra atteindre 1 m/m en moins lors de la pose et 3 m/m en plus lors du retrait de service ; l’écartement pourra donc varier en service depuis 1,358m jusque 1,362m.)
Lors de la vérification avec la jauge de l'écartement intérieur des bandages, on vérifie également le profil des bandages et les bourrelets.
Les distances ab et cd du milieu de la fusée au plan de la face intérieure du bandage de chaque roue d'une même paire doivent être égales.
Les longueurs gr gauche et droite d'une même paire de roues mesurées du milieu de la fusée à la jante de chaque roue doivent aussi être les mêmes.
Conditions obligatoires pour que les faces du roulement des bandages occupent la position convenable.
La longueur des manivelles d'accouplement ij doit être la même pour une même paire de roues et pour un même jeu de roues accouplées sans tolérance pour les pièces neuves.
La tolérance sera de 0,5 m/m lors des réparations, - dans ce cas, il faudra 1 m/m de jeu dans les coussinets des bielles couplées.
Le diamètre extérieur MN des bandages, mesuré à la surface de roulement d'une même paire de roues et d'un même jeu de roues accouplées doit être identique et bien symétrique à l'axe des fusées, c'est-à-dire r = r'. Les coulants seront parfaitement cylindriques ; il ne pourra exister le moindre cône sur leur longueur.
Les bandages, les fusées des boîtes à huile, tous les coulants des bielles, ne pourront avoir dépassé la limite d'usure.
Les bandages des roues de hl et de ht sont retirés du service lorsque l'application de. la jauge fait constater à la partie de roulement du bandage un creux de 6 ou 7 m/m suivant que le diamètre de la roue est supérieur ou non à 1 m. 350 ou lorsque l'épaisseur en B ou en B' du bourrelet (FIG. 38) est réduite à 18 m/m. Lorsque l'épaisseur en A est réduite à 30 m/m pour l'acier et 35 m/m pour le fer, les bandages des hl et des ht sont mis hors d'usage.
Fig. 38.
Le tracé ................ représente le profil réduit du bandage de tout essieu intermédiaire de hl compris entre deux essieux à position rigide.
Maintenir les essieux coudés en service jusqu'au moment où le diamètre des coulants des bielles motrices est réduit de 180 à 150 m/m (30 m/m) pour les modèles 1 et 29 et de 240 à 180 m/m (60 m/m) pour les modèles 25 et que le diamètre des coulants des boîtes à huile est réduit de 140 à 125 m/m, (15 m/m) pour les modèles 1 et 29, de 170 à 150 m/m (20 m/m) pour les modèles 25 et de 210 à 180 m/m (30 m/m) pour les types 30-32, etc.
Les essieux coudés des hl type 51, sont soumis à l'examen de la Commission de Revision, lorsque le diamètre des coulants des bielles-motrices est réduit à 125 m/m. Aucune prescription spéciale n'est formulée en vue du retrait des essieux coudés des autres modèles, à raison de l'usure normale des coulants des bielles-motrices et des boîtes à huile.
Dès qu'un bouton de manivelle présente une usure atteignant 10 m/m sur le diamètre, il est procédé, selon le cas, au remplacement de la manivelle ou du bouton.
Les deux manivelles d'accouplement et les deux coudes de l'essieu coudé doivent former entre eux 4 angles droits (FIG. 39).
Les deux manivelles d'accouplement d'une même paire de roues seront placées rigoureusement d'équerre l'une par rapport à l'autre.
Un observateur placé devant les fils à plomb S et S' (FIG. 39), à cheval sur le bouton, c'est-à-dire devant la manivelle d'accouplement verticale avec le bouton de manivelle en haut, la manivelle d'accouplement de l'autre côté sera horizontale, mais avec le bouton de manivelle à gauche.
Si un essieu d'un jeu de roues avait les manivelles d'accouplement calées à angle droit, mais le bouton de manivelle à droite au lieu d'être à gauche, il n'y aurait pas possibilité de monter les bielles couplées.
EXEMPLE. - Le calage d'un train de roues avec les manivelles suivant t - t' (FIG. 40).
REMARQUES. - Les coudes de l'essieu coudé doivent satisfaire aux mêmes conditions, c'est-à-dire, le coude de droite précède celui de gauche d'un quart de tour dans le sens de la marche en avant de la hl.
Les manivelles d'accouplement doivent former avec les manivelles-motrices quatre angles droits.
Si la manivelle motrice de gauche précédait celle de droite d'un quart de tour dans le sens de la marche en avant de la hl ; la manivelle d'accouplement de gauche devrait également précéder celle de droite d'un quart de tour, de façon à former avec les manivelles-motrices quatre angles droits.
EXEMPLE. - Essieux coudés en Z des hl T9 - 19.
Le calage des manivelles couplées des essieux droits d'une hl est subordonné au calage des manivelles couplées des essieux coudés.
Pour vérifier l’équarrissage des manivelles (FIG. 39), on trace sur le bout de l'essieu U, un cercle d'un diamètre égal à celui du bouton de manivelle correspondant. Deux fils à plomb S et S' à cheval sur le bouton doivent descendre tangentiellement au cercle tracé. Sur la manivelle d'accouplement de l'autre côté de l'essieu, une règle est posée sur le bouton et tangente au cercle tracé sur le bout de l'essieu de ce côté. Cette manivelle doit occuper une position horizontale. On la vérifie au moyen du niveau à bulle d'air.
La verticalité et l'horizontalité des coudes de l'essieu coudé sont aussi vérifiées au moyen du niveau.
Autre vérification au moyen de compas et de fils à plomb, c'est-à-dire, sans règle et sans niveau (FIG. 41).
Tracer un grand cercle sur la face de la manivelle horizontale.
Fig. 39. - Fig. 40.
Tracer une perpendiculaire AB au moyen d'un fil à plomb passant par l'axe 0 de l'essieu. Au moyen d'un compas, mesurer AC et BC qui doivent former les deux côtés égaux du triangle isocèle si les manivelles se trouvent à angle droit.
Il est bien, entendu que la manivelle d'accouplement de l'autre côté de l'essieu se trouvait au préalable dans la position verticale et ce d'après le procédé employé précédemment.
Cotes rigoureuses (FIG. 37), 1° KL.
2° Prendre comme base dans le montage et dans la vérification de montage des paires de roues, la face extérieure de la jante des roues.
3° N'admettre aucune tolérance dans le calage des roues quant à la longueur OP des faces extérieures des roues.
4° Les distances a b et g r gauches et droites d'une même paire de roues doivent être les mêmes.
Fig. 41.
5° Les longueurs i j des manivelles d'accouplement doivent être égales pour un même jeu de roues.
6° Les diamètres MN mesurés à la surface de roulement, doivent être identiques pour un même jeu de roues couplées.
7° r = r', c'est-à-dire, avoir une exacte symétrie par rapport, à l'axe de l'essieu (mêmes conditions pour une paire de roues montées sur essieu droit).
Train-moteur pour cylindres extérieurs (FIG. 42). - Vérification des contre-manivelles.
On place le train de roues suivant figure 42.
Au moyen des règles a et b, du niveau et des fils à plomb c, d et e, on vérifie la position de l'une des deux contre-manivelles.
Pour vérifier la position de l'autre, on déplace la roue d'un quart de tour et on procède aux mêmes opérations de centrage, etc.
Il faut toujours que l soit égal à l'.
L'équarrissage étant parfait, r sera égal à r'.
r et r' = rayons d'excentricité.
L'équilibrage des roues consiste à réduire le balourd avec tous ses inconvénients.
Si le balourd est considérable, il peut en résulter successivement des surcharges du rail, des soulèvements de la roue qui ne sont pas sans danger, qui risquent d'entraîner des ruptures du rail, des plats dans les bandages, des efforts sur les guides des boîtes à huile et longerons.
Supposons une roue (FIG. 43) avec un balourd d'un poids P à une distance R de son centre de gravité G à l'axe de l'essieu et V la vitesse angulaire (un point situé à 1 mètre de l'axe).
Pour calculer en kilos cet effort, et qu'on nomme force centrifuge, on emploie la formule :
Le produit de la masse 
par le rayon doit être multiplié par le carré de la vitesse angulaire.
Les roues motrices et accouplées (FIG. 44 et 45) ne sont pas naturellement équilibrées puisqu'elles sont solidaires des manivelles, ainsi que les bielles couplées et bielles motrices qui peuvent être considérées comme des pièces soumises uniquement à un mouvement de rotation.
On équilibre ces pièces par des contrepoids orientés de façon à réduire les perturbations dues à l'effet de l'inertie de tous ces organes qui forment à tout instant des couples de valeurs variables qui tendent à faire tourner la hl autour de son centre de gravité. Ce mouvement appelé mouvement de lacet est d'autant plus prononcé que les axes des cylindres sont plus éloignés de l'axe longitudinal de la hl, s'ajoute encore l'effet des manivelles motrices disposées à angle droit.
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| Faire 1/4 tour pour vérifier l'autre manivelle, r = rayon d'excentricité. |
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| Fig. 42. | Fig. 43. |
On équilibre seulement une faible fraction du poids des organes alternatifs et ce pour éviter les efforts perturbateurs verticaux tendant à accentuer les effets pernicieux du roulis et du martellement de la voie.
Fig. 44.
Le contrepoids placé sur la roue présente une masse égale à la combinaison des masses nécessaires pour l'équilibrage des organes rotatifs et de la fraction choisie des organes alternatifs et se trouve dans une position qui est la résultante des actions de ces deux masses.
Fig. 45.
EXEMPLE FIGURE 44.
Soit P' le contrepoids qui serait nécessaire à l'opposé de la manivelle motrice de gauche, nommons B' le contrepoids à appliquer en face de la manivelle de droite et cherchons leurs composantes sur chacune des deux roues de gauche et de droite.
Les forces centrifuges développées se composent comme suit :
P' donnera sur la roue de gauche et de droite :
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B', à son tour, donnera sur les mêmes roues
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Une construction graphique donne la position des contrepoids. On remarque que les contrepoids sont placés tous deux dans l'angle droit opposé à celui des manivelles et d'autant plus rapprochés de leur bissectrice que les cylindres sont eux-mêmes plus près de l'axe de la hl.
Pour les manivelles extérieures (Fie. 45), a change de signe et les composantes respectives de P' et de B' deviennent :
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Le meilleur équilibrage des pièces à mouvements alternatifs est obtenu avec les machines à quatre cylindres égaux à manivelles à 180° où les masses en opposition ont même poids et où les cylindres d'un même côté ont leurs axes aussi rapprochés que possible. Les contrepoids des roues ne doivent être calculés que pour l'équilibrage des masses en rotation.
Les roues destinées aux voitures à voyageurs, répondront aux conditions ci-après et leurs bandages seront tournés sur toutes leurs faces. Les cotes de rigueur renseignées aux plans devront être scrupuleusement observées.
La largeur des bandages pourra varier de 135 à 135.5 m/m.
Ils seront, soigneusement tournés, conformément aux indications des plans. La surface intérieure du moyeu et la surface extérieure de la jante seront rigoureusement concentriques.
Tout faux rond (excentricité) est proscrit.
Fig. 46.
Il ne sera admis aucune tolérance sur le diamètre extérieur de la jante. Après parachèvement, les centres de roues seront pesés et l'indication du poids de chacun d'eux sera frappée sur la tranche extérieure du moyeu.
Le balourd sera, ensuite vérifié au moyen d'un axe parfaitement centré, engagé dans le moyeu et reposant sur deux plans parallèles horizontaux et de même hauteur. (FIG. 46.)
Tout centre, dont le balourd mesuré à la surface de la jante dépassera 0,500 kg., sera rebuté.
Chaque centre recevra ensuite sur la tranche extérieure de la jante, l'indication de l'importance du balourd à l'endroit exact où il aura été constaté. L'observation de ces prescriptions sera constatée préalablement au calage sur essieu par une marque de réception provisoire.
Fig. 47.
L'essieu sera complètement tourné.
Les bandages seront tournés sur toutes leurs faces aux dimensions indiquées aux plans.
Les centres des roues doivent être montés sur l'essieu de façon que leurs balourds respectifs se trouvent dans un même plan passant par l'axe et d'un même côté de cet axe de manière qu'ils s'ajoutent (FIG. 47). La somme de ces balourds ne pourra dépasser 0,750 kg. Le centre de gravité de tout le système devra se confondre avec le centre de figure, c'est-à-dire que le train de roues étant suspendu par le milieu de l'essieu, l'axe de ce dernier devra rester en équilibre dans une position horizontale. Toutefois, il est admis comme tolérance que la position d'équilibre pourra être établie lors de la réception, au moyen d'un poids suspendu au milieu de la fusée. Ce poids ne pourra dépasser un kg. Les conditions d'équilibre imposées pour les paires de roues dépourvues de leurs bandages, doivent être remplies également lorsque les trains de roues sont munis de leurs bandages. Toutes les paires de roues fournies équilibrées qui entreront désormais dans les ateliers pour rebandageage, devront être vérifiées à nouveau et rigoureusement d'après ces dernières instructions.
Essieu plié. - Les causes. - Déformations permanentes provoquées par des chocs non amortis.
Essieu fissuré. - Causes. - Les charges supportées par les essieux, l'action des bielles, les chocs, etc., ¦provoquent des flexions, des torsions aux endroits de fissuration. (FIG. 48.)
Fig. 48.
Ruptures d'essieux. - Les ruptures d'essieux ont généralement lieu aux endroits indiqués figure 48.
Aux essieux coudés près des congés des coulants des bielles-motrices et des portées de calage des poulies excentriques ainsi qu'au ras de la portée de calage des corps de roues, aux essieux droits au ras de la portée de calage des corps de roues.
Fig. 49.
Remèdes. - De nombreuses administrations de chemins de fer emploient des essieux coudés en acier spécial de haute résistance et spécialement de l'acier au nickel à 5 % de nickel, matière qui a fait ses preuves, pourvu que leur forme soit bien appropriée.
Pour les essieux droits on n'emploie l'acier spécial que dans certains cas particuliers.
Evider les coudes des essieux coudés suivant figure 49. L'évidement pratiqué sur des essieux fissurés en a prolongé sensiblement la durée.
Le congé C, de la portée de calage (FIG. 50) ne sera jamais remplacé par un angle vif qui serait la cause de bris.
Fig. 50.
Rupture des boutons de manivelles (fissures). - Causes. - Le pivotage de la hl notamment lorsque l'équarissage des manivelles d'accouplement n'est pas juste.
Décalage des manivelles d'accouplement. - Cause. - Pression de calage insuffisante. La cale mal ajustée ne remplissant pas entièrement la rainure. Pivotement de la hl.
Décalage de centres de roues. - Causes. - Pression de calage insuffisante, portée de calage mal ajustée. Effets anormaux à la jante par suite de déraillement ou autres causes.
Rais de corps de roues fissurés. - Causes. - Défaut de fabrication. Aux corps de roues en acier coulé, l'avarie est généralement due au retrait inégal du métal ou à la porosité ; métal spongieux.
A la coulée, des masselottes bien conditionnées auraient pour effet de régulariser le retrait et de réduire la porosité du métal.
Aux roues forgées, les avaries de l'espèce sont très rares.
Bandages lâchés. - Causes. - Serrage insuffisant. Le métal du bandage trop tendre, poreux, pailleux, il se lamine et il se forme des plats.
Lors d'un freinage trop énergique, le bandage s'échauffe, il se dilate et son serrage se réduit.
Bandages brisés. - Causes. - Serrage exagéré, le métal du bandage trop dur, celui-ci tend à se rompre par les grands froids.
Bourrelets des bandages usés à couteau. - Causes. - Défaut de parallélisme et de perpendicularité d'essieux. Différence dans le diamètre des roues, hl roulant, sans virer dans les mêmes courbes.
Les boîtes à huile et les guides de boîtes à huile sont fabriqués en acier coulé généralement. L'acier coulé devra présenter une résistance minimum de 40 kg. par m/m² à la traction et un allongement de 15 % au moins, déterminé sur 200 m/m. Lorsque l’allongement ne pourra être déterminé que sur 100 m/m, il devra être de 18 % au moins. Toutes les pièces en acier coulé devront être parfaitement recuites au four.
Boîtes à huile en bronze pour hl. - Le bronze devra présenter la composition suivante :
Pour la fabrication de l'alliage, il ne pourra être fait usage que de métaux neufs, à l'exclusion de métaux de remploi.
Les coussinets seront parfaitement ajustés, avec beaucoup de soins, tant dans la boîte que sur la fusée.
Les coussinets des boîtes embrassent dans leur partie alésée une portion de la fusée qui doit varier suivant que l'essieu est moteur, accoudé ou simplement porteur.
Fig. 51.
Dépouille des coussinets de boîtes à huile. (FIG. 51). - D = diamètre de la fusée.
Aux essieux-moteurs et accouplés, les coussinets seront alésés comme suit :
D du coussinet = D de la fusée. (FIG. 51).
La pression par unité de surface exercée sur la fusée, sera réduite à son minimum.
Les congés seront fortement dépouillés afin de ne jamais porter en a et b du coulant.
La longueur du coussinet sera de 2 m/m au moins inférieure à la côte c, d. Les coussinets de boîtes à huile sont soumis à deux efforts, celui qui résulte du poids de la hl et celui qui est dû à l'action de la vapeur, de la force vive des organes du mouvement et de la force centrifuge.
Le premier effort s'exerce principalement sur la partie supérieure du coussinet et le second, sur les parties latérales du coussinet, or la valeur de ce dernier effort, est souvent supérieure en marche sous-vapeur, au premier.
Si les portées latérales du coussinet ne sont pas grandes et dures, elles s'usent très vite et le jeu ainsi produit, donne lieu à des chocs qui fatiguent les coussinets et provoquent des échauffements. C'est, pour cette raison, qu'aux hl type récent de forte puissance, les portées latérales du coussinet des susdits essieux sont prolongées de 25 m/m en dessous de l'axe de la fusée, (FIG. 51). Ces portées latérales du coussinet doivent être dures, donc non garnies de métal blanc qui se détache par les chocs, le coussinet prend trop de jeu, ce dernier provoque les inconvénients précités. Le métal blanc donne une résistance au frottement inférieure à celle du bronze. En outre, l'accord parfait qui doit s'établir entre le coussinet et la fusée est plus vite établi.
Fig. 52.
La côte en bronze du milieu du coussinet (FIG. 52) étant noyée dans le métal blanc, les frottements seront diminués dans une grande mesure et par suite les chances d'échauffements.
La poche de graissage du coussinet (FIG. 52) a une grande importance en ce qui concerne les causes des échauffements. Cette poche doit être creusée de façon qu'elle ne puisse disparaître par l'usure, etc., elle est alimentée par trois mèches en laine.
Pendant les arrêts de la hl, les mèches alimentent la poche de graissage du coussinet.
La portée du coussinet en ce point, fait parfaitement joint sur la fusée.
La poche de graissage constitue donc un réservoir d'huile qui a son utilité dans les premiers moments de travail de la hl. Pour que cet avantage ne disparaisse on ne doit pas pratiquer dans la partie frottante du coussinet sur la fusée, des rigoles de graissage ou pattes d'araignée. Pour les essieux porteurs de hl ainsi que pour ceux de ht E = R x 0.7 (FIG. 53).
Fig. 53.
Un véhicule roule d'autant mieux qu'on donne plus de dégagement aux coussinets.
Les parties a, b, c, d, constituent ce qu'en terme de métier on appelle la dépouille.
Coins de rattrappage de jeu aux boîtes à huile (FIG. 54). - Les coins se placent généralement du côté du guide d'avant, qui est celui qui fatigue le plus.
Fig. 54.
Un coin trop serré a pour résultat de paralyser le fonctionnement de la boîte et le jeu du ressort de suspension, et par suite occasionner des chocs, le grippement des guides de la boîte, réchauffement de la boîte et parfois la rupture du coussinet. Si l'avarie se produit à une roue d'avant, celle-ci devenue solidaire du châssis, pourrait être soulevée par suite du mouvement de galop de la hl ; dans ce cas, un déraillement deviendrait imminent.
Un espace trop faible entre le dessous de la boîte à huile et la sous-garde, pourrait produire le même effet, et la même insuffisance de jeu entre le dessus de la boîte et le longeron ferait talonner la hl.
Quand on reprend le jeu aux coussinets des bielles couplées, il est nécessaire de vérifier et de régler à l'avance les coins des boîtes à huile, principalement si les roues accouplées sont freinées, il pourrait se produire sans cette précaution, des échauffements et des ruptures de bielles d'accouplement.
Si les coussinets des boîtes d'essieux ont un certain jeu, il sera bon aussi d'en laisser aux coussinets des bielles d'accouplement.
Suppression des coins de rattrappage de jeu aux boîtes à huile (FIG. 55). - Cette suppression a conduit au remplacement des coussinets en deux pièces des bielles d'accouplement par de simples bagues (coussinets ronds).
Fig. 55.
De la sorte, la longueur des bielles d'accouplement n'est plus modifiée lorsque l'on reprend le jeu aux coussinets, elle se trouve toujours en rapport avec la distance d'axe en axe des essieux.
Le risque du coinçage de la boîte par un serrage exagéré du coin se trouve ainsi supprimé.
On aura soin aux levages, pour reprendre le jeu des boîtes dans leurs guides de mettre des appliques en bronze dur sur chacune des faces frottantes des boîtes ou sur chacun des guides des boîtes à huile.
De cette façon, on conservera la symétrie des boites à huile, le parallélisme des essieux par rapport aux axes primitifs de la suspension et la perpendiculaire des axes des cylindres.
En premier lieu, se place le jeu longitudinal laissé aux coussinets entre les collets des fusées d'essieux et puis le jeu latéral des boîtes dans leurs guides.
EXEMPLE. - Hl T 23, non munies de dispositifs spéciaux (loco. 0-8-0).
| Longueur du coulant 240 m/m | roues nos 1, 2, 3. |
| Longueur du coussinet 238 m/m | |
| Longueur du coulant 240 m/m | roue d’arrière |
| Longueur du coussinet 232 m/m |
La longueur de ce dernier coussinet peut être réduite à 228m/m.
Le jeu transversal des boîtes dans les guides est de 2 m/m.
Amincissement des bourrelets des bandages des essieux du milieu compris entre deux essieux parallèles à position rigide.
Le coussinet de la boîte rayonnante (FIG. 56) d'un train porteur d'avant, est rendu mobile dans la boîte au moyen de surfaces convexes.
Fig. 56.
Il ne faut pas que les essieux puissent se déplacer avec trop de facilité, sans cela les hl éprouveraient aux grandes vitesses et en alignement droit des oscillations dangereuses pour elle-même et pour la voie.
Les plans inclinés (FIG. 56) sont appliqués sur les boîtes à huile dans le but de proportionner le déplacement latéral de l'essieu d'avant aux pressions variables exercées par les bourrelets des bandages contre les rails et d'assurer la stabilité de la hl.
Ces plans qui sont doubles, se placent entre le dos des coussinets et le corps de la boîte, ou bien entre la boîte et la colonne d'appui.
Lorsque la hl roule en ligne droite, l'essieu est maintenu dans sa position moyenne par l'action des doubles plans inclinés, si elle s'engage dans une courbe, le bourrelet de la roue circulant sur le grand rayon vient frapper le rail ; sous l'action de ce choc, l'essieu se déplace, entraînant avec lui le coussinet et le plan inférieur en soulevant le ressort de suspension. Lorsque la hl revient en alignement droit, l'action du poids de la hl sur les plans inclinés fait revenir le plan inférieur, le coussinet et l'essieu, dans leur position moyenne et cet essieu ne peut se déplacer de nouveau que sous l'influence d'une réaction de la voie assez considérable.
Les coussinets entraînés par l'essieu, ne pouvant se déplacer qu'en soulevant les ressorts, on peut modifier à volonté l'effort nécessaire au déplacement, c'est-à-dire, la mobilité de l'essieu, en modifiant l'inclinaison des plans.
Cette inclinaison doit varier également avec la vitesse à laquelle marche habituellement la hl et avec la charge et la position de l'essieu afin de conserver à l'ensemble une stabilité suffisante. Plus cette inclinaison est élevée et plus aussi la charge reposant sur l'essieu est forte, plus l'effort à faire pour obtenir le déplacement de l'essieu doit être grand.
Cet effort varie habituellement entre 1000 et 2000 kg. Ces plans s'emploient avec une inclinaison de 10 à 12 %.
Parfois pour un essieu d'arrière peu chargé, l'inclinaison peut atteindre 20 %.
Il est très important que les surfaces de frottement des plans inclinés soient toujours bien graissées ; lorsqu'ils viennent à gripper, leur fonctionnement est plus saccadé et il en résulte des efforts importants sur les longerons et en même temps qu'une moins bonne inscription de la hl.
Les plans inclinés offrent l'avantage de pouvoir être appliqués indistinctement aux essieux-moteurs ou aux essieux simplement porteurs ; ils constituent le dispositif le plus simple pour permettre aux hl de circuler sans de trop grandes résistances dans les courbes quand l'essieu ne doit posséder qu'un jeu latéral sans convergence.
Le jeu longitudinal laissé aux essieux n'est pas suffisant pour obtenir une circulation parfaite de la hl dans les courbes ; il est nécessaire d'y joindre un mouvement de rotation des essieux autour de leur milieu, de façon qu'ils puissent être, à chaque instant dirigés vers le centre des courbes. Ce résultat a été obtenu pour les essieux simplement porteurs, par les boîtes radiales et par le bogie et le bissel.
Fig. 57 et 58.
Les côtés de la boite, ainsi que les guides des boites à huile sont courbes pour faire converger l'essieu à mesure qu'il se déplace dans le sens de la longueur.
La fusée porte en son milieu une embase ou une partie convexe qui se loge dans une rainure ou dans un creux correspondant du coussinet, et qui sert à entraîner la boîte à huile sous la pression du bourrelet du bandage circulant sur le grand rayon contre le rail correspondant, lors du passage dans les courbes.
L'essieu, entraîné par les boîtes (FIG. 58) vient alors prendre une direction oblique au châssis et à peu près normale à la courbe, et les roues d'avant s'inscrivent presque sans frottement dans cette courbe.
Fig. 59.
Le dispositif de rappel (FIG. 59) a pour but de ramener automatiquement, le système dans l'axe de la hl dès que celle-ci est sortie d'une courbe raide et d'opposer, au déplacement de l'essieu, une résistance élastique.
Le bogie est chargé en son centre de rotation par l'intermédiaire d'une surface plane ou sphérique.
Généralement, il se déplace transversalement pour s'inscrire plus facilement dans les courbes ; on estime que ce déplacement est avantageux quand les hl doivent circuler dans des courbes de faible rayon et qu'elles ont un grand empattement.
Le déplacement latéral est utile même en alignement droit : l'intermédiaire d'un système élastique à effort de rappel élevé évite à la voie des poussées brutales qui résulteraient aussi bien de la fixité que d'une trop grande mobilité, tout en soustrayant à l'action des chocs latéraux les essieux couplés, en particulier l'essieu coudé qui y est ordinairement le plus exposé et, en tous cas, le plus sensible.
Fig. 60.
Le déplacement du bogie (FIG. 60) à rotation sur surface plane est réglé par des ressorts à lames ou en hélice et il est limité par des buttées ; le rappel a lieu par l'intermédiaire des mêmes ressorts.
Le déplacement latéral peut atteindre 35 m/m environ dans chaque sens.
L'axe du pivot déporté un peu en arrière par rapport au milieu de l'axe des roues paraît faciliter l'inscription du bogie dans les courbes ; le pivotement du bogie dans les cas accidentels est limité au moyen de buttées.
Fig. 61.
Le bogie (FIG. 61) est chargé en son point de rotation par l'intermédiaire d'un pivot sphérique. Le déplacement latéral autorisé dans chaque sens est de 55 m/m environ. Le rappel est produit par la gravité à l'aide de menottes inclinées, articulées à leur partie supérieure à la traverse dansante du bogie et à leur partie inférieure à la crapaudine.
Ce système de rappel, simple, peu coûteux d'établissement et d'entretien, présente l'avantage d'être d'un fonctionnement toujours certain.
Une broche de sécurité traverse le pivot sphérique et permet, en cas de déraillement, le soulèvement simultané du bogie el de la machine.
Au bogie à rotation sur surface plane, à deux ressorts antagonistes, il est difficile d'obtenir et surtout de conserver des flexibilités égales. De plus, l'action des dits ressorts est parfois paralysée dans une certaine mesure par le frottement des surfaces d'appui graissées insuffisamment. En outre, l'emploi des ressorts devient dangereux en cas de rupture de l'un de ceux-ci en cours de route. Le bogie est alors actuellement repoussé en dehors de l'axe de la voie par la pièce restée intacte.
Le bogie à rotation sur surface sphérique est rappelé dans sa position moyenne avec une force proportionnelle à son déplacement, et l'énergie du rappel peut être déterminée d'avance puisqu'elle est fonction de l'inclinaison des menottes (bielles).
Les roues d'arrière, tout en faisant partie de l'ensemble du truc, sont reliées par les bielles d'accouplement aux roues motrices et augmentent ainsi l'adhérence de la hl.
Le bogie supporte l'avant de la hl au moyen d'une rotule sphérique (FiG. 62).
Fig. 62.
La crapaudine est suspendue, par quatre bielles inclinées, à la pièce centrale P du châssis.
Celle-ci a la forme d'une plaque en acier, avec nervures de renfort régnant sur toute la longueur du bogie et constituant, avec les longerons, un ensemble parfaitement rigide.
L'essieu d'avant est chargé au moyen de deux ressorts indépendants placés au-dessus des boites ; à l'arrière, la charge est transmise par une traverse formée de deux fers U, au milieu d'un ressort transversal B, celui-ci est suspendu aux boîtes de l'essieu par des menottes verticales M (FIG. 621).
Fig 621
Le châssis est donc porté par trois points d'appui, qui sont les boîtes de l'essieu d'AV. et la bride du ressort d'arrière ; il en résulte que la répartition des charges est invariable. D'autre part, l'axe de la rotule étant plus rapproché de l'essieu d'arrière, ce dernier, qui est moteur, reçoit une plus grande partie du poids de la hl.
Pour prévenir les conséquences de la rupture du ressort transversal B ou de ses tirants, on a disposé deux flasques de sureté J et deux tirants de sûreté E pouvant éventuellement remplacer la suspension élastique (FIG. 622).
Fig 622
Le deuxième essieu est guidé dans le châssis de la hl ; mais il peut se déplacer latéralement de 46 m/m dans les deux sens, grâce à ce jeu ménagé entre ses boîtes à huile et leurs guides.
Le déplacement est facilité par la forme sphérique donnée aux boutons des manivelles (FIG. 621). En outre, dans tous ses mouvements transversaux, l'essieu est rendu solidaire du châssis du bogie par deux patins d'appui I traversés à frottement doux par des saillies cylindriques surmontant les boîtes à huile (FIG. 621).
On voit que l'essieu d'avant peut rayonner avec le châssis autour de l'axe vertical passant par le milieu de l'essieu d'arrière ; cet axe de rotation étant lui-même mobile latéralement. Le plus grand écart autorisé dans chaque sens à l'avant est de 136 m/m.
Le bogie est pourvu d'un appareillage complet de frein Westinghouse relié par l'avant à la conduite générale de la hl. Le freinage des roues d'AV ne présente rien de particulier. A l'arrière, une timonerie spéciale permet aux blocs de suivre les déplacements des roues. Les pendules p fixés à leur axe de suspension par une double articulation sont réunis de la même manière à leur extrémité inférieure au moyen d'une traverse t/ soumise à l'action des tringles t1. Une seconde traverse t2 (FIG. 622 et 623), portant les blocs de frein, s'assemble aux pendules par tourillons et forment avec eux un parallélogramme articulé. Lorsque, pendant le freinage, les roues s'écartent de leur position moyenne, les pendules s'inclinent dans un plan transversal, mais la traverse t2 reste horizontale et maintient les blocs appliqués verticalement sur les bandages.
Fig 623
Le bogie présente un grand nombre d'avantages, que l'on peut résumer comme suit :
Fig. 63.
L'essieu jouit à la fois de la convergence et du déplacement latéral. Il fait partie d'un petit truck articulé en O dans l'axe de la locomotive.
Le bissel supprime le porte-à-faux à l'avant de la hl.
L'infériorité du bissel comparé au bogie résulte de ce que les réactions latérales qui s'exercent entre l'avant de la hl et la superstructure de la voie sont localisées en un seul point du rail, lorsqu'on évite par l'emploi d'un rappel suffisamment énergique, de faire intervenir le premier essieu accouplé dans ces réactions.
Fig. 64.
La hl repose à l'avant sur l'axe O' du balancier compensateur. Ce dernier, au moyen de la bielle A et du balancier transversal b charge les ressorts de suspension du premier train accouplé. A l'avant, au moyen du tirant C, et de la colonne d'appui d, le dit balancier charge la crapaudine du bissel.
La crapaudine est suspendue par quatre bielles (FIG. 63) au châssis, qui charge les boîtes à huile de l'essieu du bissel.
Tout déplacement transversal de l'essieu a pour effet de relever la crapaudine.
Le rappel est produit par la gravité.
Les avaries aux bogies de hl ont lieu généralement aux roues, longerons, boîtes à huile et à la suspension.
Les avaries à ces organes, les causes, etc., ont été examinées à propos des pièces similaires du châssis principal de la hl.
La chaudière de la hl est du système des générateurs tubulaires à foyers intérieurs. La chaudière comporte trois parties :
Elle comprend comme accessoires : les appareils de sûreté servant à indiquer la pression de la vapeur et le niveau de l'eau dans la chaudière ; les appareils d'alimentation de fumivorité, de prise de vapeur et, parfois, un surchauffeur de vapeur.
Chacun des types de boîte à feu présente ses avantages et ses inconvénients. Cependant, c'est la boite à feu à berceau cylindrique qui est la plus répandue et qui paraît préférable pour les grandes chaudières.
Elle est la plus rationnelle au point de vue de la résistance et de la facilité de construction.
Le foyer carré a une chambre de vapeur un peu plus grande que celui à berceau cylindrique, l'entraînement d'eau dans les cylindres est moins à craindre.
Les foyers à berceau cylindrique (FIG. 67 et 68) des hl modernes sont, de même que les foyers carrés (FIG. 69), armés au moyen de tirants verticaux et transversaux en fer homogène.
De l'avis général, les tirants présentent sur les sommiers (FIG. 65 et 66) les avantages suivants :
Ils sont plus légers et de construction plus simple ; ils relient d'une façon plus sûre le ciel du foyer et l'enveloppe de boîte à feu ; l'entartrement du ciel de foyer est moindre ; la visite et le nettoyage en sont plus faciles. Cependant, les sommiers ont l'avantage de permettre une dilatation plus libre du foyer et de diminuer par conséquent les déformations de certaines parties du foyer. Pour faciliter la dilatation, dans les foyers armés avec des tirants, on emploie deux rangées de tirants à dilatation libre, les deux rangées les plus rapprochées de la plaque tubulaire (FIG. 71).
Foyers. - Les foyers sont en cuivre généralement. On a essayé des foyers totalement ou partiellement en tôle de fer homogène.
En ce qui concerne les foyers entièrement en tôles de fer homogène, d'une façon générale, les résultats ne furent pas satisfaisants, en raison des fissures qui se produisirent dans les régions entretoisées. On a essayé également des plaques tubulaires mixtes (FIG. 72). La partie qui reçoit les tubes est en fer homogène et la partie inférieure en cuivre. Les deux fractions de plaques sont réunies par une couture. Celle-ci se trouve un peu au-dessus de la voûte. Ces plaques mixtes ont donné de bons résultats, toutefois des fuites se sont produites à la couture et des rivets ont été remplacés.
Cette plaque n'offre aucune difficulté de chaudronnerie, il faut surtout bien soigner l'assemblage (la couture).
Entretoises. - Les faces avant, arrière et latérales de la caisse intérieure du foyer et de son enveloppe sont rendues solidaires par des entretoises vissées et rivées, espacées généralement de 90 à 100 m/m d'axe en axe. Leur diamètre varie entre 22 et 30 m/m ; lors d'un remplacement d'entretoises, il est susceptible d'être porté jusque 35 m/m par suite de l'agrandissement des trous par l'alésage et le retaraudage.
Fig. 65.
Par suite du jeu île 1,5 m/m, la charge supportée par le ciel se répartit ainsi entre les étriers et les sommiers et par réaction sur les tôles verticales d'AV. et d'AR. du foyer. Les ruptures des étriers s'accusent par une flexion du ciel aux coutures horizontales au dessus de la tôle d'AR. de la boite à feu. Des bris de brides ont été constatés, bris dus à un manque de soins dans le montage, insuffisance de jeu aux endroits indiqués par les flèches.
Fig. 66.
Fig. 67.
Système Flamme. Hl types 9-15-18-30-32-35.
Les têtes sont rivées et bouterollées ; pour la solidité de l'assemblage, il faut compter plus sur le filetage que sur le rivetage, surtout du côté du feu les têtes s'usent assez rapidement dans le bas. Il faut donc que les entretoises soient posées avec beaucoup de soin, montées à frottement assez dur et que les filetages des trous des deux tôles se correspondent très exactement.
Malgré le faible espacement des entretoises entre elles, lorsque les épaisseurs des tôles de la caisse intérieure du foyer sont réduites, c'est-à-dire, voisines des épaisseurs minima, il se produit des déformations qu'on appelle matelassage (FIG. 73). Dans ce cas, les filets de la tôle lâchent en partie l'entretoise et la tête a alors une grande importance. Conséquemment, lorsque les tôles sont réduites, il faut compter plus sur la tête de l'entretoise que sur le filetage. S'il se trouvait dans une zone de tôle réduite et matelassée des entretoises dont les têtes seraient complètement rongées, il pourrait se produire, sous l'action d'une élévation momentanée de la pression au-dessus du timbre, une déchirure ou un arrachement de cette partie de tôle et par suite une explosion.
Précisément, les entretoises dont les têtes s'usent le plus, correspondent habituellement aux parties du foyer qui sont aussi matelassées ; celles des rangées inférieures, par exemple, qui sont usées ainsi que les tôles, par le frottement du combustible et par la surélévation de température qui se produit aux points où les parois sont généralement recouvertes de tartre.
On ne saurait donc apporter trop de soin et de célérité dans le remplacement des entretoises usées ou rompues.
Pour découvrir les ruptures, les entretoises sont perforées aux deux extrémités d'un trou de 5 m/m de diamètre sur 30 à 40 m/m de longueur. Il est bon aussi de les épingler en service pour que la rupture se trouve descellée dès qu'elle se produit.
Les ruptures sont dues principalement aux flexions que les entretoises subissent du fait que la dilatation du foyer intérieur est plus grande que celle de l'enveloppe extérieure. Les tôles de la caisse intérieure s'échauffent en effet plus que celles de la caisse extérieure et, d'autre part, le coefficient de dilatation du cuivre est plus grand que celui du fer ; sous cette double influence, l'allongement des tôles de cuivre peut dépasser de 4 m/m par mètre celui des tôles de fer. Comme, d'autre part, elles sont invariablement liées à leur partie inférieure par le cadre, la dilatation ne se fait que vers le haut, et les tôles du foyer intérieur, surtout celles des côtés, qui sont les plus longues exercent des poussées dirigées vers les angles supérieurs (FIG. 74).
Fig. 68.
Système Flamme. Hl types 10 et 36.
Fig. 69.
Système Belpaire. Hl types 1-2-3 4 5 6-8. Atl 11-12-20-23-25-28-29-31.
Fig. 70.
Les entretoises prennent donc des positions obliques d'autant plus accentuées qu'elles sont placées plus haut dans le foyer et qu'elles sont plus courtes ; à l'extinction elles reprennent leur position primitive ; elles subissent donc des flexions répétées qui tendent à les faire se courber d'abord, puis à se rompre, surtout dans les angles et vers le haut des parois latérales. Les entretoises des faces avant et arrière, sont soumises à des efforts de compression et d'extension. Le métal des entretoises devrait donc être à la fois très flexible et très résistant en même temps que peu attaquable par les produits de la combustion, afin que les têtes ne se rongent pas trop vite.
Généralement on emploie le cuivre, qui est flexible mais peu, résistant ; 24 à 25 kg. de résistance par m/m² à froid et 30 % au moins d'allongement mesuré sur 200 m/m, la résistance à chaud est notablement moindre qu'à froid. La température des entretoises peut d’ailleurs être plus élevée que celle de l'eau ambiante si elles se recouvrent de dépôts calcaires qui diminuent leur rafraîchissement par l'eau, c'est pourquoi la pratique consistant à enlever les filets des entretoises, à les évider entre les deux tôles présente ce double avantage que les dépôts adhèrent moins facilement sur la partie lisse en même temps que la flexibilité est un peu augmentée.
Les divers alliages qu'on a essayé de substituer au cuivre pour la confection des entretoises n'ont pas donné jusqu'ici des résultats nettement avantageux, sauf le cuivre manganèse, 95 % de cuivre et 5 % de manganèse.
La résistance par m/m², 30 kg. environ et son allongement 30 % environ mesuré sur 200 m/m diminuent moins rapidement à chaud que la résistance et l'allongement du cuivre.
Certaines compagnies emploient le bronze manganèse pour les parties supérieures des foyers, le cuivre continue en général à être préféré pour les entretoises des parties inférieures. La séparation de ces deux parties est d'ailleurs faite à une hauteur très variable, parfois on n'applique le bronze manganèse qu'aux quatre ou cinq rangées supérieures, mais en général on étend cette application jusqu'au niveau de la voûte et même un peu au dessous. Les ruptures des entretoises eu bronze manganèse sont plus rares que celles des entretoises en cuivre, mais les têtes s'usent un peu plus vite au feu ; cette usure ne présente pas de trop grands inconvénients, le filet tenant très bien dans la tôle, bien entendu lorsque les épaisseurs des tôles ne sont pas voisines des limites d'usure ou que lu zone de tôle n'est pas matelassée. Les ruptures se produisent le plus souvent au ras de l'encastrement de l'entretoise dans la tôle de l'enveloppe du foyer, ce qui tend à prouver que la rupture est due aux flexions alternatives que la dilatation des tôles de la caisse intérieure fait subir aux entretoises autour de leur point d'encastrement dans la tôle enveloppe du foyer.
Fig. 71.
Le diamètre d des tirants est supérieur au diamètre d' pour faciliter le placement et le remplacement de ces pièces. Le pas est le même.
Fig. 72.
Fig. 73.
Les ruptures d'entretoises se constatent généralement dans les rangées supérieures et notamment dans les angles d'AV. et d'AR., aux points où le mouvement atteint sa plus grande intensité.
Fig. 74.
Les entretoises du type flexible (FIG. 75) sont peu employées. Les traits de scie sont fermés après coup.
Fig. 75.
Porte du foyer (FIG. 76). - Le pourtour de la porte est constitué par un cadre, analogue à celui qui forme la partie inférieure du foyer, sur lequel sont rivées la tôle de la caisse intérieure et celle de l'enveloppe extérieure.
Le bord de la tôle intérieure et le cadre s'usent rapidement par le frottement des outils de chauffe, de plus, la tôle intérieure n'étant pas directement refroidie par le contact de l'eau, il se produit des criques allant du bord de la tôle aux trous des rivets. On protège le bord de la tôle et le cadre par une pièce en fonte dite paraflamme (FIG. 77).
Généralement, les portes sont confectionnées en tôle. Une contre-porte intérieure, réunie à la porte proprement dite par quelques entretoises creuses de 6 à 8 centimètres de hauteur que traversent les rivets, protège la porte de l'action directe du feu, pour éviter le gauchissement de celle-ci qui ne serait plus alors jointive. Très souvent, la porte est munie d'un registre permettant une admission d'air variable au-dessus de la grille.
Dans les hl à foyer profond (à briquettes), muni d'une voûte longue, celle-ci est généralement combinée avec une porte munie d'un déflecteur qui dirige l'air sous la voûte en briques, de façon à produire un brassage des gaz de la combustion.
Porte à déflecteur (FIG. 78,). - Le déflecteur a se trouve à l'intérieur du foyer. Il pivote autour de l'axe b. Il est mu au moyen du levier c. La porte d se trouve à l'extérieur du foyer. Elle pivote autour de l'axe e. La porte d relevée et le déflecteur a totalement abaissé, il reste une ouverture pour l'entrée de l'air dans le foyer.
Voûtes en briques (FIG. 79). - Le foyer mi-profond est muni d'une voûte courte d'une longueur d'environ le tiers de celle de la grille. La voûte absorbe de la chaleur ; sa température s'élève à 1000° approximativement. Lors de l'alimentation du foyer, il y a abaissement de température, elle restitue la chaleur absorbée et elle maintient ainsi le foyer à une température suffisante pour brûler dans de bonnes conditions l'oxyde de carbone qui se dégage dans les premiers instants de la combustion.
Fig. 76-77.
En forçant les gaz à revenir vers l’arrière avant d'entrer dans les tubes, elle augmente la durée de leur séjour dans le foyer et les force aussi à se mélanger plus intimement avec l'air ; elle aide donc à leur combustion, leur fumivorité est plus complète et le rendement du foyer est augmenté.
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| Fig. 78. | Fig. 79. |
Foyer profond muni d'une voûte longue, 2/3 environ de la longueur de la grille, l'augmentation de rendement, par rapport au foyer sans voûte est d'environ 8 % et de 6 % pour la voûte courte foyer mi-profond. L'emploi d'un déflecteur dirigeant l'air vers la partie inférieure de la voûte augmente l'efficacité de celle-ci par suite du mélange plus intime air et gaz de la combustion.
L'efficacité des voûtes augmente aussi avec l'intensité du feu, aux trains peu chargés et de faible vitesse, elle est à peu près nulle et elle atteint son maximum de rendement aux trains express très lourds. Elle protège la tôle tubulaire des refroidissements brusques lors de l'ouverture de la porte du foyer.
Voûte en brique à injection d'air (FIG. 80). - Ce type de voûte comprend deux parties, la voûte proprement dite et un déflecteur placé au-dessus de la porte du foyer, qui sont toutes deux en briques réfractaires creuses de forme spéciale, il y a six briques dans le déflecteur et neuf dans la voûte. L'air est pris à l'extérieur par deux tubes de 70 m/m intérieur pour la voûte et de deux tubes de 57 m/m pour le déflecteur en traversant la lame d'eau en regard, il arrive dans l'intérieur des briques creuses, se réchauffe au contact des briques et sort en deux jets barrant le passage des gaz allant de la grille aux tubes à fumée. Il se produit alors un brassage énergique et les gaz incomplètement brûlés sont transformés en acide carbonique.
Fig. 80.
L'injection d'air produit :
Bouilleur Tenbrinck (FIG. 81). - Il augmente notablement la surface de chauffe du foyer ainsi que la circulation de l'eau ; mais il ne prend pas la température élevée des voûtes en briques, et il est pour cette raison moins fumivore que ces dernières. Les fuites qui se déclaraient aux tubulures latérales et les difficultés d'entretien, n'ont pas permis d'arriver à un bon résultat. On le supprime au fur et à mesure qu'il est usé aux hl en service pour lui substituer une voûte en briques.
Fig. 81.
Fumivores. - La fumivorité des foyers est obtenue par la combustion complète des gaz ; cette combustion complète ne peut avoir lieu que si les gaz sont mélangés intimement avec un excès d'air.
Les voûtes en briques et les déflecteurs sont des appareils fumivores. Ils permettent le brassage très complet des gaz et de l'air dans le foyer.
Pendant les périodes d'arrêt, on utilise le souffleur à couronne, les jets de vapeur sont dirigés bien verticalement suivant l'axe de la cheminée, et ils déterminent un tirage énergique pour produire, dans le foyer, une combustion complète du charbon et des gaz distillés.
Pour obtenir la fumivorité des foyers, on emploie aussi les fumivores Langer-Marcotty, etc.
De chaque côté de la porte et un peu au-dessus sont disposés deux éjecteurs, au moyen desquels un jet de vapeur entraîne dans le foyer un courant d'air dirigé en éventail vers le dessous de la voûte. Grâce à un robinet spécial, le fonctionnement des éjecteurs se produit seulement soit lorsqu'on ferme la porte du foyer, après chargement, soit lorsqu'on ferme le régulateur. Ces fumivores suppriment complètement la fumée, mais on leur reproche leur complication et leur consommation élevée de vapeur.
Grilles et cendriers. - La grille supporte le combustible et facilite sa combustion en permettant, par le dessous, l'arrivée de l'air comburant, et son contact aussi intime que possible avec la couche de charbon en ignition. Elle doit être appropriée au genre de combustible usité, qui détermine non seulement la surface de grille indispensable pour produire, dans les conditions requises la vaporisation nécessaire, mais aussi la largeur des barreaux et l'espacement avec lequel ils doivent être montés. En principe, plus le charbon que l'on emploiera sera menu, plus il conviendra de rapprocher les barreaux, pour éviter que le charbon ne vienne à tamiser au travers ; et, pour que la section de passage d'air soit suffisante, il faudra augmenter le nombre des intervalles ce qui revient à diminuer la largeur des barreaux. L'écartement entre les barreaux des grilles en fer (FIG. 82) est de 10 m/m pour les foyers profonds, de 8 m/m pour les foyers mi-profonds à briquettes, de 6 m/m pour les foyers des autres types de hl. L'épaisseur des barreaux est de 8 m/m. L'amincissement des barreaux vers le bas facilite le dégagement des mâchefers et l'entrée de l'air et accélère le refroidissement des barreaux.
On emploie aussi des grilles en fonte spéciale.
Les grilles sont horizontales ou inclinées ; cette dernière disposition est généralement usitée pour obtenir une plus grande profondeur possible du foyer à l'AV et pour permettre le placement d'un essieu couplé à l'AR sous le foyer, ainsi que pour faciliter en même temps le chargement du combustible. On a reconnu qu'une inclinaison d'environ 18° était suffisante pour que, par les trépidations de la marche, le combustible descente graduellement vers l'extrémité de la grille.
Les grilles à secousses employées par certaines compagnies semblent très avantageuses ; elles permettent de nettoyer facilement le feu tout en évitant au chauffeur le maniement pénible des outils à feu.
Généralement, on dispose à l'AV de la grille une partie mobile appelée jette-feu (bascule), qui pivote autour d'un axe horizontal et que le chauffeur peut abaisser à l'aide d'un mouvement à vis. Le but du jette-feu est de faciliter le décrassage et l'enlèvement des mâchefers.
Les barreaux de grille sont supportés par des sommiers transversaux en fers : ceux-ci sont boulonnés au cendrier.
On ménage le jeu nécessaire à la libre dilatation des paquets de grille.
Le cendrier est construit en tôles et cornières et muni d'une porte à l'AV, souvent aussi d'une seconde porte à l'arrière ; ces portes pivotent autour d'un axe horizontal ; elles donnent accès à l'air de la grille. Le cendrier sert à régler le tirage ou à le supprimer totalement pendant les stationnements prolongés.
On peut régler l'ouverture des clapets à l'aide de tringles de commande qui aboutissent sur la plateforme.
Un machiniste qui sait bien se servir des portes de son cendrier trouve en elles un auxiliaire fort utile pour la conduite du feu.
Fig. 82.
Quand un essieu passe sous le cendrier, la forme de ce dernier est compliquée. Il faut, en tous cas, que les boîtes et les coulants de cet essieu soient protégés des cendres et ce dernier du rayonnement du feu. Il faut aussi un jeu suffisant entre l'essieu et le cendrier pour permettre un libre déplacement de la hl sur ses ressorts. Parfois, le cendrier est muni d'une porte latérale pour l'évacuation des cendres.
Elle se compose d'une chaudière verticale et d'un corps cylindrique de chaudière. Cette dernière, à son tour, comprend une chaudière tubulaire et un collecteur de vapeur qui est surmonté d'un dôme et auquel se relie un cylindre, qui repose sur la chaudière verticale. Le corps cylindrique de la chaudière se trouve relié par trois tubulures avec le collecteur de vapeur. La dernière de ces tubulures doit être rapprochée le plus possible de la plaque tubulaire du foyer, pour permettre aux bulles de vapeur qui s'y forment de s'éloigner rapidement et les empêcher de se réunir en une poche à vapeur entre la tubulure et la plaque tubulaire du foyer.
La boîte à feu de cette nouvelle chaudière de hl se compose, de tubes courbés très rapprochés les uns des autres et dont les extrémités supérieures sont introduites dans le prolongement du collecteur (FIG. 83). Les tubes d'eau sont des tubes en acier sans soudure de 95/85 m/m de diamètre, ce qui fait que leur épaisseur de paroi n'est que de 5 m/m.
C'est là une condition très favorable pour la transmission de la chaleur des gaz de combustion à l'eau de la chaudière. Les extrémités supérieures des tubes d'eau, de même que leurs extrémités inférieures sont réduites à un diamètre plus étroit mais sur une longueur de tube de 45 m/m plus grande (Fig. 83-84). Cette construction est indispensable pour pouvoir introduire les tubes sans enlever l'enveloppe. On enfonce d'abord le tube dans le prolongement sur toute la longueur du diamètre réduit ; puis on le fait pénétrer dans l'ouverture correspondante du tube de base. Comme on est obligé de donner aux tubes une position oblique pour les introduire, il faut que les ouvertures du collecteur soient un peu plus larges que le diamètre qui répondrait à celui de la partie réduite du tube. Pour réaliser l'étanchéité, on glisse de minces rondelles de cuivre sur les extrémités supérieures des tubes, après quoi on dudgeonne le tout. De plus, on pratique, aux extrémités supérieures des tubes, de même que dans les ouvertures, des rainures parallèles de la forme et de la grandeur des minces filets de vis des conduites de gaz.
Un avantage à considérer ici, c'est que la pression de la vapeur, à l'inverse de ce qui se produit pour les tubes à fumée, s'exerce à l'intérieur des tubes de la boîte à feu dans le sens où ceux-ci sont dudgeonnés, c'est-à-dire dans un sens qui augmente l'étanchéité. Afin d'empêcher les gaz chauds de s'échapper entre les tubes d'eau, on laisse entre eux un intervalle de 2 m/m. Dans ces interstices, des lamelles en cuivre recuit sont enfoncées de part et d'autre de façon à remplir en queue d'aronde les intervalles entre les tubes de la boîte à feu (FIG. 85).
On recommande d'employer à cet effet des lamelles de cuivre qui, d'un côté, sont déjà façonnées en queue d'aronde. L'étanchéité ainsi obtenue est remarquable et ne subit pas la moindre déviation ou déformation.
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| Fig. 84. | |
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| Fig. 83. | Fig. 85. |
Toutes ces qualités ont pour résultat le développement très rapide et très actif de la vapeur.
Résultats d'essais. - Développement de vapeur de 20 p.c. plus rapide et une économie de combustible de 10 p.c. réalisée sur la consommation moyenne des autres hl ;
Corps cylindrique. - Raccordements du corps cylindrique à la boîte à feu et du corps cylindrique à la boîte à fumée. (Voir : Cours de chaudronnerie.)
Faisceau tubulaire. - Les tubes à fumée, sauf ceux destinés à recevoir les tubes surchauffeurs, se font en cuivre, en laiton ou en fer homogène.
On fait valoir en faveur du laiton sa conductibilité plus grande, la moindre adhérence des incrustations, la facilité de nettoyage des incrustations, enfin, la valeur de la matière après l'usage.
Par contre, les extrémités des tubes en laiton, du côté du foyer, sont rongées rapidement.
Les tubes en fer homogène coûtent moins cher que ceux en laiton, mais la matière après l'usage est de peu de valeur.
Ils fatiguent moins les plaques tubulaires, parce que le coefficient de dilatation du fer est moindre que celui du laiton. Les tubes en fer homogène et en laiton se raboutent facilement par soudure autogène, électrique ou au chalumeau. Il est vrai que les tubes en fer homogène se piquent et se corrodent plus rapidement que les tubes en laiton, quand les eaux sont de mauvaise qualité ; mais les manifestations de ce défaut n'ont qu'une faible importance avec les eaux de bonne qualité.
Le tartre y adhère plus qu'au laiton.
Certaines compagnies emploient le laiton pour les tubes lisses ayant moins de 4m40 de long, le fer homogène pour les tubes de longueur supérieure, à cause des effets nuisibles dus à la dilatation des longs tubes en laiton.
Les grandes longueurs ne sont guère recommandables : la transmission calorifique devient faible à partir du cinquième mètre, puis la fatigue des tubes sur de si grandes portées est forte. Il en résulte des inconvénients. L'Etat belge emploie le laiton parce que les eaux sont souvent de qualité médiocre.
En vue d'éviter les effets de la dilatation, les tubes sont légèrement cintrés vers le haut, et on entretoise les plaques tubulaires par six tirants de fer (FIG. 86). La question de la préférence à donner au fer homogène ou au laiton est, en définitive, subordonnée à la nature des eaux.
Tubes Serve (FIG. 87). - Il est unanimement reconnu qu'ils donnent de bons résultats au point de vue de la vaporisation, mais plusieurs réseaux pensent que ces tubes accélèrent la détérioration des plaques tabulaires du foyer.
Fig. 86.
Fig. 87.
L'Etat belge a essayé en 1896, les tubes Serve sur des hl à foyer large Belpaire ayant une surface de grille de 4 à 5 m². Les résultats furent peu favorables. Les plaques tubulaires se gondolaient et se fissuraient sous la poussée des tubes.
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| Fig. 88. | Fig. 89. |
Leur emploi a été repris sur une soixantaine de hl compound à quatre cylindres à foyer étroit (types 8 et Atlantic), les plaques tubulaires, qui ont été entretoisées par quatre tirants, ont assez bien résisté. Il n'a pas été constaté de différence appréciable de puissance ou de consommation entre hl identiques munies, les unes de tubes Serve, les autres de tubes lisses. En 1910, l'Etat belge a décidé : les tubes à fumée Serve sont proscrits pour tous les types de hl. Ces tubes seront remplacés par des tubes lisses en laiton à l'occasion du premier remplacement des tôles tubulaires du foyer. Les tubes en fer homogène sont également proscrits pour tous les types de hl. La substitution doit de même être effectuée lors des remplacements de la tubulure ou des tôles tubulaires. En 1914, il a été décidé que les tubulures des hl à surchauffage seraient homogènes en acier.
Emmanchement des tubes. - Les tubes sont sertis dans les plaques tubulaires au moyen de l'appareil Dudgeon (FIG. 88).
Les trous des tubes ont, en général, une conicité de 1/40° de l'intérieur vers l'extérieur du corps cylindrique (FIG. 89).
La broche de l'appareil sertisseur a la même conicité, de façon à effectuer un mandrinage conique qui contribue à tenir le tube sur la plaque. L'ordre dans lequel les tubes sont mandrinés varie beaucoup d'un réseau à l'autre.
L'importance de l'ordre dans lequel s'effectue le mandrinage paraît minime, mais le procédé le plus rationnel paraît être celui de la Compagnie du Nord.
Toutefois, s'il est avantageux de refouler le métal vers les bords latéraux de la plaque pour en éviter les déformations, il semble qu'il serait également avantageux de refouler le métal vers le bord supérieur, et alors le mandrinage devrait être effectué par colonnes verticales en commençant par l'axe de la chaudière et en s'éloignant ensuite de part et d'autre, mais en procédant toujours de bas en haut.
La disposition des tubes en colonnes verticales (FIG. 90) est la plus ordinairement employée.
La disposition en rangées horizontales (FIG. 91) est moins employée.
Les raisons invoquées en faveur de la disposition en colonnes verticales sont qu'elle facilite le dégagement des bulles de vapeur, active la circulation de l'eau dans la chaudière et donne plus de facilités pour le lavage et le détartrage ; enfin, les incrustations sont moindres qu'avec la disposition horizontale.
(Voir tableau donnant les limites d'usure des principaux organes de locomotives).
La poussée exercée par la dilatation des tubes à fumée fait céder davantage la tôle tubulaire du foyer, parce qu'elle est plus flexible que celle de la boîte à fumée ; la plaque tubulaire du foyer est généralement en cuivre, alors que celle de la boîte à fumée est en fer. Au surplus, cette dernière est toujours renforcée au moyen d'armatures particulières.
La température des tubes à fumée étant toujours plus élevée que celle des tôles du corps cylindrique, principalement dans les premiers instants de l'allumage, leur allongement dépasse toujours celui du dit corps cylindrique. Cet effet est accentué quand les tubes sont en laiton, métal plus dilatable que le fer et l’acier.
Des deux plaques tabulaires, celle du foyer est donc la plus sujette à se bosseler et cette déformation a lieu vers l'intérieur du foyer. La poussée occasionnée par l'allongement des tubes est peu atténuée lorsque ceux-ci sont cintrés (tubes en laiton).
Aux plus récents modèles de chaudières, six tirants entretoisant les deux plaques tabulaires atténuent le bombement excessif de celle du foyer.
Fig. 90.
Fig. 91.
En pratique, on constate aux tôles porte-tubes du foyer, une zone gondolée autour de chacun de ces tirants. La plaque tabulaire cède donc encore sous la poussée des tubes à fumée et autres dilatations du foyer. La partie inférieure de la plaque tubulaire du foyer est consolidée par les entretoises qui l'attachent à la tôle d'avant et par des brides ou agrafes de renfort rivées au corps cylindrique. La partie supérieure de la susdite plaque, ainsi que les côtés sont rivés à la tôle du ciel et aux parois latérales de la caisse intérieure du foyer. Le ciel et les parois de la caisse intérieure se dilatent également.
Cette caisse étant bien entretoisée à l'arrière, la dilatation se reporte vers l'avant du foyer et la preuve réside dans ce fait que l'on constate rarement des gerçures dans les parties embouties de la tôle d'arrière. Cette contre-poussée sur la tôle tubulaire du foyer s'exerce donc sur le contour et en sens inverse de celle exercée uniformément par les tubes à fumée.
Tous ces efforts tendent à déformer et à fissurer la plaque tubulaire du foyer et par conséquent à produire des criques dans les angles, c'est-à-dire, dans le voisinage des congés des parties latérales embouties. Cependant, les criques sont moins fréquentes que les fissures entre les trous des tubes à fumée. La dilatation de la plaque tubulaire du foyer elle-même, provoque aussi sa propre déformation dans son plan ; cette plaque, plus rigidement maintenue dans sa partie inférieure que dans sa partie supérieure, tend à se déformer suivant deux lignes divergentes dirigées vers les angles supérieurs et subit une compression suivant ces directions, comme le prouvent les ovalisations des trous de tubes, lesquels s'allongent dans le sens perpendiculaire à cette orientation est constatée sur de nombreuses plaques tabulaires en cuivre.
Les divers effets : 1° d'ovalisations des dits trous ; 2° de poussée des tubes normalement à la plaque, et 3° de contraction des bouts des tubes suivant leur diamètre (contraction due à ce fait que la température des extrémités des tubes engagées dans la plaque du foyer est plus élevée que celle du corps des tubes plongés dans l'eau) ont pour effet, au bout d'un certain temps, d'excéder la limite d'élasticité et de détruire le serrage des tubes dans leur logement. En d'autres termes, les tubes n'ont ni dans le sens de leur longueur, ni dans le sens de leur diamètre, la même dilatation que la plaque tubulaire du foyer ; il doit en résulter nécessairement dans chaque assemblage une solution de continuité intervenant plus ou moins rapidement. Ce sont des causes de fuites aux tubes à fumée. Ces effets augmentent d'ailleurs d'intensité en raison des incrustations qui font que la différence entre la température de la plaque tubulaire et celle de l'eau présentent un plus grand écart, différence qui normalement n'est que de quelques degrés.
Les variations inégales de température dues à la mauvaise conduite du feu et de l'alimentation peuvent aussi provoquer des fuites aux tubes à fumée. Si, d’ailleurs, cette mauvaise conduite est habituelle, la tubulure en supposant qu'elle ne laisse rien à désirer au début, sera rapidement surmenée.
Les causes de fuites aux tubes inférieurs résident également dans l'injection prolongée de l'eau froide dans la chaudière : quand le régulateur est fermé, dans les descentes, pendant les arrêts et à la fin du parcours, cette eau relativement froide (80° environ) envoyée par les injecteurs, se rend immédiatement dans le fond de la chaudière et refroidit considérablement la partie inférieure du faisceau tubulaire, surtout si le feu est inactif, ce qui occasionne des variations de température donnant lieu à des mouvements répétés de dilatation et de retrait. On a remarqué depuis longtemps, que ce sont les tubes du bas qui, presque toujours, commencent à fuir. Des fuites se déclarent parfois après avoir tiré les feux ; cela peut provenir de ce qu'on avait négligé de refroidir, au préalable, toute la chaudière par une alimentation opportune. Il faut donc veiller à ce que cette alimentation précède toujours l'extinction des feux.
Lorsque la chaudière se refroidit les tôles du corps cylindrique et de la boîte à feu reprennent leurs positions premières, les tubes se raccourcissent pour revenir à leur longueur initiale, agissant sur la plaque tubulaire ; cette action ramène à leur forme primitive les angles que la dilatation avait modifiés. Ces mouvements répétés produisent des criques dans les parties latérales embouties de la tôle tubulaire du foyer, ainsi que des fissures entre les trous des tubes et dans la partie inférieure voisine des brides de renfort.
Toutes ces alternances de dilatations et de contractions se produisent également dans les chaudières des anciens types de hl timbrées à 8, 9 et 10 atm. à tubes non arqués.
La durée moyenne des tôles tubulaires des dites chaudières est d'environ 5 1/2 années.
Quant aux chaudières des hl types récents (30, 32, etc.), dont le timbre est supérieur à 12 atm., la durée moyenne des tôles tubulaires du foyer de ces chaudières se réduit à quatre années. La cause de la diminution de durée des tôles tubulaires du foyer de ces hl est indiquée plus loin.
Le remplacement des tôles tubulaires étant onéreux il est très utile de rechercher les causes ainsi que les moyens capables de prolonger la durée des dites tôles.
Le remplacement de la plaque tubulaire entraîne le remplacement de la tubulure.
Voici le coût moyen du remplacement de la tôle tubulaire du foyer et de la tubulure des chaudières de hl ; matières (mitrailles déduites), main-d'œuvre et frais généraux, 3,000 francs en chiffres ronds (prix d'avant la guerre).
Amortissement annuel, chaudières timbrées à 8, 9, 10 atm
Amortissement annuel, chaudières timbrées à 12 atm. et au-dessus
Différence : 750 fr. - 545 fr. 45 = 204 fr. 55 en plus pour les dernières.
Une économie d'une importance considérable serait donc réalisée en prolongeant la durée de service des tôles tubulaires du foyer ainsi que des tubulures. On peut estimer à environ 70 %, le nombre de plaques tubulaires et de tubulures remplacées prématurément, c'est-à-dire, pour avaries et non pour usure normale.
Les causes qui tendent à aggraver les avaries qui se produisent aux tubulures et aux tôles tubulaires du foyer des chaudières timbrées de 12 atm. et au-dessus sont les suivantes :
Conséquences.- Les bouts des tubes à fumée du côté du foyer ne tardent pas à se brûler : les tubes deviennent trop courts et immédiatement des fissures se propagent, s'établissent d'un trou de tube à l'autre, notamment aux endroits soumis aux gondolements.
Remèdes. - 1° éviter la formation d'incrustations entre les tubes à fumée, contre la tôle tubulaire du foyer à l'intérieur de la chaudière. On arrive à ce résultat, en généralisant l'emploi de bouches de lavage à la partie supérieure du corps cylindrique afin de pouvoir s'assurer «de visu» du nettoyage de la plaque tubulaire du foyer vers l'intérieur de la chaudière.
(Constatations faites à la visite des chaudières des hl : lorsqu'il existe des incrustations dans la chaudière, entre les tubes contre la plaque tubulaire du foyer, les bouts des tubes à fumée du côté du foyer sont brûlés à plusieurs m/m de profondeur dans la tôle tubulaire, après une consommation moyenne de 2,500 tonnes de combustible. Quand les chaudières sont propres en ce point, les bouts des tubes à fumée sont beaucoup mieux conservés) ;
2° Protéger les collerettes des tubes à fumée lesquelles sont brûlées après une consommation de 2000 T. Cette protection faite par viroles, s'étend même aux bords des trous de tubes de la tôle tabulaire et les préserve contre l'action du feu. On assure également ainsi une meilleure étanchéité aux tubes tout en consolidant la plaque tabulaire et en garantissant les bords des susdits trous contre la formation des fissures.
Si les viroles en acier protègent les bouts des tubes contre l'action corrosive de la flamme et des gaz chauds tout en augmentant l'étanchéité, il est indispensable de procéder à leur remplacement en temps utile, c'est-à-dire, de ne pas attendre qu'elles soient brûlées jusque dans les tubes ;
3° En diminuant dans la zone la plus critique de la tôle tabulaire, le diamètre de quelques trous de tubes à fumée, on augmente l'espace entre les tubes, ce qui renforce la plaque tabulaire.
Conséquences. - Les dépôts d'incrustations se forment moins vite, la circulation de l'eau et le dégagement de la vapeur se faisant mieux, la zone la plus critique de la tôle est moins exposée à s'endommager parce que le cuivre n'atteint plus une température excessive, reste ferme et par conséquent, résiste plus longtemps à la poussée des tubes et autres dilatations du foyer.
Plusieurs chemins de fer étrangers, afin de combattre la production de fissures aux plaques tabulaires des foyers, augmentent légèrement tous les intervalles entre les trous des tubes réduisant de 5 m/m au lieu de 2 m/m les diamètres des bouts des tubes pénétrant dans les plaques. L'Etat belge vient d'appliquer ce procédé à titre d'essai ;
4° Le martelage (écrouissage) de la plaque tabulaire dans la zone la plus critique (zone où se produisent les fissures), rend la plaque plus ferme, plus résistante au dudgeonnage des tubes à fumée, car les fréquents dudgeonnages provoquent également des fissures.
A toute chaudière sous pression, plus la plaque tabulaire sera rigide, plus les tubes (en laiton) s'arqueront d'avantage et plus on atténuera la déformation de cette plaque dans sa zone critique ;
5° Les méthodes perfectionnées de remplissage des chaudières dans les remises aux hl, comportant des appareils d'alimentation, de renouvellement et de lavage à l'eau chaude, donnent des résultats très satisfaisants. Le nettoyage de la grille, l'alimentation de la chaudière ne se faisant jamais en même temps, on évite des refroidissements très brusques, etc. L'alimentation, notamment à la fin d'un service, précédera toujours l'extinction des feux, ceux-ci étant encore actifs. Toutes ces pratiques contribuent à réduire l'amplitude des variations de température que subissent ordinairement les faisceaux tubulaires et leurs plaques et ont pour effet de prolonger la durée des chaudières ;
6° Augmenter le plus possible les congés des angles aux parties des emboutissages des plaques tubulaires. La diminution du diamètre des trous de tubes à fumée préconisée au 3° ci-dessus, rend possible cette augmentation du rayon des congés.
Matières nécessaires pour effectuer la réparation :
Déduction :
Main-d'œuvre :
Coût moyen : matières, mitrailles déduites, main-d'œuvre el frais généraux, 200 francs approximativement (prix d'avant la guerre).
Coût moyen du remplacement d'une tôle tubulaire du foyer : matières, mitrailles déduites, main-d'œuvre et frais généraux. 850 francs environ (prix d'avant la guerre).
Durée moyenne d'une tôle tubulaire du foyer : 5 années. Amortissement annuel : 
Fig. 92-93
Fig. 94-96
Si donc le système Ragno conduisait à une durée supérieure à 200 francs soit 14 mois, un certain avantage se dessinerait en faveur de ce mode de réparation, et cet avantage irait en s'accentuant à mesure que la vie de la tôle tubulaire serait prolongée, sans tenir compte de la tubulure.
Ce mode de réparation est surtout applicable dans les remises aux hl. Le choix des tôles minces pour les couvre-joints appliqués sur un certain nombre d'entre-tubes fissurés forme le secret principal.
On pourrait observer que de l'application de cette tôle très mince, il en résultera un défaut de résistance correspondant aux lésions des entre-tubes de la plaque.
A ce propos, il est utile de remarquer que la partie perforée de la plaque, étant soutenue par le faisceau tubulaire, est soumise à des efforts très limités provenant de la pression intérieure de la chaudière. Les surfaces triangulaires entre trois trous adjacents prises de trois côtés par les collerettes des tubes du côté du foyer, peuvent être considérées presque comme des fonds de petits récipients prismatiques ; par conséquent, les parties centrales de ces surfaces sont celles qui doivent ressentir les plus grands efforts de la pression intérieure de la chaudière et, pour cette raison, se déformer davantage. Or, ce sont justement les parties centrales de ces zones triangulaires du côté troué des tôles qui ne présentent pas de fissures. Il faudrait donc en déduire que ce n'est pas par suite du défaut de résistance à la pression interne de la chaudière que les entre-tubes se fissurent, mais que, au contraire, ces avaries sont dues à toutes sortes de causes citées précédemment. On ne doit donc pas se préoccuper dans le choix d'un système de réparation de rendre à la plaque la résistance perdue dans les côtes crevassées, on doit chercher à lui rendre l'étanchéité perdue. Il est bien entendu que les bouts des tubes, ainsi que leur collerette, se trouvant dans la zone réparée, doivent être en parfait état.
Lorsque les entre-tubes sont très abîmés, particulièrement par suite des réparations précédentes des crevasses, ou à cause des déformations des plaques, il est utile, dans l'application des couvre-joints en tôle mince, d'employer quelques bouchons vissés dans les trous adjacents aux entre-tubes fortement crevassés. Ces bouchons, qui embrassent des deux côtés les entre-tubes fortement abîmés, viennent former une masse unie qui, recouverte par la tôle mince, a l'étanchéité bien assurée en même temps.
Conclusion. - Ces réparations sont toujours très utiles quand elles sont exécutées dans les remises aux hl, notamment quand il y a pénurie de moteurs et si les autres organes de la hl sont en bon état. Parfois aussi, dans les ateliers centraux, lorsqu'il s'agit particulièrement de tôles porte-tubes avec fissures commençantes seulement, la tubulure ne devant pas être remplacée.
Les quatre genres d'avaries mentionnés ci-dessus sont confondus entr'eux et avec des défauts d'autres espèces ; c'est ainsi par exemple que les criques du métal sont confondues avec les fissures qui se produisent parfois aux coutures des trous de rivets au bord de la tôle ou entre les trous des rivets ; de même les corrosions linéaires ou sillons sont confondus avec les criques du métal.
Les criques du métal (fentes internes ne traversant pas), se produisent très fréquemment dans les chaudières de hl alimentées d'eau douce aussi bien que d'eau dure ; on doit supposer qu'elles proviennent d'une fatigue supportée par le métal lors de l'emboutissage de la tôle ; par exemple : dans la confection de la tôle cavalière, de la selle et de la tôle d'AR. de la caisse extérieure du foyer. Celte fatigue produit des déchirures capillaires invisibles même à la loupe, dans lesquelles l'eau s'introduit pendant le travail de la chaudière, où elle dépose ses sels qui, lors des changements de température de la chaudière, coopèrent à la formation des criques visibles du métal.
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| Fig. 97. | Fig. 98. | Fig. 99. |
Les criques apparaissent presque dans la même proportion dans les tôles en cuivre et celles en fer des chaudières.
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| Fig. 100. | Fig. 101. | Fig. 102. | Fig. 103. |
Les criques se constatent :
Les fissures, que l'on confond avec les criques, proviennent selon toute vraisemblance d'une déformation du métal, causée par la dilatation et le retrait de la chaudière accompagnés d'une forte pression de la vapeur (chocs, chaudes locales). Ces fissures sont d'abord des avaries peu profondes, et non traversantes, de toute une région de la tôle et par suite pénètrent bientôt. Ces fissures proviennent aussi de l'action de causes mécaniques extérieures, par exemple, dans les plaques tabulaires, des remandrinages fréquents des tubes à fumée ou encore de l'accumulation des incrustations sur les tôles soumises à l'action du feu, les tôles mal refroidies par l'eau se déforment sous la pression de la vapeur et des fissures se manifestent.
Les fissures se constatent :
Les pustules se produisent dans le corps cylindrique à la partie inférieure et sur les côtés, au-dessous du niveau de l'eau. En se développant et en se rejoignant, elles donnent lieu à des corrosions générales de surface, qu'on trouve surtout à la partie inférieure du corps cylindrique. Elles se produisent également dans les parois planes baignées par l'eau.
Les corrosions linéaires (sillons), se produisent dans le fer du côté de l'eau et ne se montrent pas dans les parois en cuivre.
La direction de ces sillons apparaît comme s'ils étaient dus à l'existence de courants s'établissant le long des tôles en fer verticales, notamment à la plaque tubulaire en fer de la boîte à fumée entre les trous de tubes à fumée des rangées inférieures et contre la virole, parties baignées par l'eau.
Les corrosions se montrent, en outre, le long des joints aussi bien dans un sens quelconque que dans le sens vertical, par exemple, longeant le cadre du foyer. Sur les parois extérieures en fer, les trous des entretoises sont rongés sur tout leur pourtour du côté de l'eau, et il se forme, par corrosion, des sillons allant en sens vertical d'une entretoise à l'autre et pénétrant à arrête vive dans le métal. Ces mêmes avaries se constatent aux bas de foyer de la caisse intérieure.
Des corrosions d'une nature toute particulière se produisent sur les parois du corps cylindrique de la chaudière aux environs du tuyau d'alimentation d'eau dans la chaudière.
Les tirants verticaux du ciel du foyer se corrodent rapidement contre la tôle en cuivre.
Toutes ces corrosions se montrent d'autant plus vite et sont d'autant plus profondes que l’eau d'alimentation de la chaudière est plus dure.
En ce qui concerne les assemblages des parties de la chaudière, réception, essais, etc. (Voir : Cours de chaudronnerie.)
La chaudière est supposée examinée également au point de vue des dimensions et défauts : emboutissage, amorces, cintrage, matage, ainsi que la réglette indiquant le niveau de l'eau.
Le châssis de la hl avec cylindres, traverses intermédiaires et caissons d'AR. montés, se trouve sur trétaux, bien de niveau dans le sens longitudinal et dans le sens transversal.
Fig 104 et 105.
La chaudière est placée d'une façon indépendante du châssis de la hl, entre les longerons ou au-dessus des longerons (suivant le type de chaudière). Au préalable, ont été démontés les supports et autres pièces pouvant gêner le placement de la chaudière.
La chaudière est mise de niveau dans le sens longitudinal et dans le sens transversal en observant les cotes rigoureuses AB et CD (FIG. 104).
Pratiquement, on détermine la cote EF, qui se mesure plus aisément que celle CD.
L'axe longitudinal de la chaudière doit se confondre, dans un plan vertical, avec celui du châssis de la hl, condition obligatoire d'un bon montage. Celle-ci est satisfaite lorsque les fils à plomb a, b, c et d, à cheval sur le corps cylindrique et sur la caisse extérieure du foyer, se trouvent à des distances égales l - l' gauches et droites correspondantes du plan vertical des longerons (FIG. 104 et 105). La chaudière se trouvant dans les conditions d'un bon montage, il reste à tracer la largeur et la hauteur des différents supports de la chaudière.
Au moyen de calibres extensibles (FIG. 106), la largeur et la hauteur des dits supports sont déterminées. Le traçage s'effectue entièrement au moyen de calibres extensibles appliqués sur les traverses et supports à mettre à écartement. On procède alors à l'ajustage des dits supports et, ensuite, à leur montage.
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| Fig. 106. |
L'assemblage des supports à la chaudière et des supports aux longerons ainsi que de la boîte à fumée au châssis de la hl étant terminé, on procède à une vérification complète du montage de la chaudière (niveau, cotes rigoureuses, coïncidence des axes) et du châssis de la hl.
Centrer la chaudière. - Explications sur croquis (FIG. 107). - Tendre deux ficelles de l'AV. à l’AR. de la chaudière, dont une de chaque côté de celle-ci, à la hauteur du trait de centre tracé sur la chaudière. Ces deux ficelles doivent se trouver à égale distance de l'axe longitudinal de la chaudière. A ces ficelles sont attachés des fils à plomb. Ceux-ci sont utilisés au traçage à écartement des différents supports et traverses de la chaudière. On procède alors à l'ajustage des dits supports, etc., comme dans le cas précédent, tout en observant les mêmes cotes rigoureuses.
Fig. 107.
Elle reçoit les gaz sortant des tubes à fumée. C'est un organe important de la hl. De sa bonne disposition, de ses heureuses proportions, dépendent beaucoup le bon fonctionnement de la hl et l'activité de la chaudière. C'est au moyen de l'échappement de la vapeur dans la boite à fumée qu'on obtient l'énergie du tirage qui est nécessaire. Il serait, d'ailleurs, impossible à réaliser autrement avec la faible hauteur de cheminée limitée par le gabarit des ouvrages d'art.
La porte de la boîte à fumée est ordinairement circulaire à bord embouti. Elle est appliquée fortement sur tout son pourtour par le serrage de verrous et d'un écrou à volant agissant sur une traverse fixe formée de deux barres entretoisées.
La porte doit fermer hermétiquement pour éviter les rentrées d'air qui nuisent au tirage et rallument les escarbilles dans la boîte. Au moyen d'une corde en amiante fixée dans le bord de la porte, on obtient une étanchéité parfaite.
On arrête les flammèches dans la boîte à fumée au moyen d'un garde-flammèches.
Pour éteindre l'incendie qui se déclare parfois dans la boîte à fumée, lequel contrarie le tirage, celle-ci est munie d'un tuyau d'eau percé de trous.
La commande de l'émission d'eau est assurée par le machiniste. Comme la porte du foyer, celle de la boîte à fumée, est protégée par une contre-porte.
Cheminée. - Les cheminées de hl sont de section circulaire ordinairement. La section doit être assez faible pour que la vapeur d'échappement la remplisse complètement. Une forme légèrement conique avec la grande base vers le haut paraît donner un meilleur rendement qu'une forme cylindrique. L'enveloppe intérieure en fonte (FIG. 108), prolonge la cheminée à l'intérieur de la boîte à fumée ; elle se termine par un soubassement s'évasant par le bas. Cette enveloppe en fonte permet d'obtenir une forme bien régulière de la cheminée pour que la vapeur d'échappement ne rencontre pas de parties saillantes contrariant le tirage.
Fig. 108.
Une visière placée à l'avant, dans le sens de marche de la hl, a pour but d'empêcher le vent de couper le courant gazeux qui s'échappe par la cheminée et ainsi augmenter le tirage.
Souffleur. - La boite à fumée renferme aussi le souffleur qui consiste en un tuyau terminé par une couronne percée de trous ; il assure le tirage pendant les arrêts.
Pour qu'il soit efficace, il faut que la vapeur injectée dans la cheminée soit dirigée suivant son axe.
Dans le souffleur à couronne, les points de contact de la vapeur avec les gaz de la combustion sont nombreux ; son action est efficace.
Fig. 109 et 110.
Montage de la cheminée. - La chaudière doit se trouver de niveau dans le sens longitudinal et dans le sens transversal. L'axe A'B' de la cheminée (FIG. 109) doit être perpendiculaire à l'axe longitudinal AB de la chaudière et passer par le point C (FIG. 110). Cette condition est satisfaite lorsque les fils à plomb a, b, c et d (FIG. 111 et 112), diamétralement opposés, se trouvent en bas et en haut à distances égales de la cheminée, ces distances mesurées à une même hauteur.
Fig. 111 et 112.
De plus, les deux fils à plomb e et f se trouvant dans les mêmes conditions par rapport à la cheminée seront tangents aux parois de la boîte à fumée.
Montage du tuyau d'échappement de la vapeur. - La cheminée étant montée, un fil à plomb G dans l'axe de la cheminée doit passer par le centre de la tuyère d'échappement, la hl étant bien de niveau. Aux hl types récents, le centre de l'orifice d'échappement de la vapeur, à sa partie supérieure, est déplacé de 5 à 8 m/m vers la porte de la boîte à fumée (FIG. 113).
Fig. 113.
Plus 8 est petit, plus le tirage est énergique mais plus p est grand, donc P diminue.
Il faut chercher a obtenir un tirage suffisant avec p le plus faible possible.
La vapeur des cylindres, en s'échappant par la colonne d'échappement dans la cheminée, produit dans la boîte à fumée une dépression qui donne lieu à une violente aspiration d'air par la grille du foyer, plus la vitesse d'écoulement de la vapeur est élevée, ce que l'on obtient en réduisant la section de l'échappement, plus le tirage est énergique, mais plus la contrepression sur les pistons est augmentée, de sorte qu'il convient d'user de ce procédé avec mesure.
L'importance du système d'échappement à adopter est très grande. On cherche à obtenir un tirage déterminé avec la contre-pression la plus faible possible sur les pistons.
La forme et l'emplacement de l'échappement ont généralement une action prédominante.
La distance entre l'orifice supérieur d'échappement et la base de la cheminée a une influence sur le tirage. Si cette distance est nulle et, à plus forte raison, si elle est négative, c'est-à-dire si l'orifice d'échappement est engagé dans la cheminée, la dépression diminue la section de passage des gaz, c'est-à-dire l'espace annulaire compris entre les deux orifices étant trop serré (FIG. 114).
Il en est de même si cette distance est trop grande, alors la vapeur pénètre dans la cheminée en jets trop divisés et la dépression est faible (FIG. 115).
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| Fig. 114. | Fig. 115. |
La distance entre la rangée supérieure des tubes à fumée et l'orifice supérieur d'échappement a également une influence sur le tirage.
Un échappement fixe, bien déterminé et bien monté, a la propriété de régler le tirage par l'application à celui-ci de la totalité de la vapeur dépensée dans les cylindres.
La dépense règle d'elle-même la production. Quand la résistance augmente, le machiniste prolonge l'admission de vapeur aux cylindres les coups d'échappement sont plus serrés, le tirage est plus énergique, la combustion devient plus active et la production de vapeur plus abondante. Si la résistance diminue, le machiniste réduit l'admission de vapeur aux cylindres, l'échappement est plus libre, le tirage devient moins énergique, la combustion moins active et la production de vapeur ralentit.
Un échappement défectueux détruit cette propriété et tout se passe anormalement, la consommation de combustible est de beaucoup exagérée et encore arrive-t-on très difficilement à soutenir la pression de marche.
L'intensité de l'échappement se mesure par le vide qu'il produit dans la boîte à fumée.
Pour la déterminer, on se sert de tubes en verre à deux branches graduées et bien calibrés, qu'on emplit à un peu plus d'à-moitié d'eau (FIG. 116).
Fig. 116.
Quatre tubes débouchent dans la boîte à fumée à différentes hauteurs et accusent la régularité du vide.
Quand la hl se met en marche, on voit le niveau de l'eau baisser dans la branche en communication avec l'atmosphère et monter d'une quantité égale dans l'autre branche.
La différence des deux niveaux mesure la dépression produite. Plus cette dépression est forte, plus l'échappement est énergique.
En marche normale, elle est de 60 à 80 m/m ; elle peut s'élever jusqu'à 140 m/m d'eau.
Le déflecteur A (FIG. 116) régularise le courant gazeux dans le faisceau tubulaire.
Echappement variable.
On démontre que, si S diminue, Q² augmente. L'augmentation Q² réagit immédiatement sur Q ; celle de Q, à son tour, sur Q². Cette double et réciproque influence atteint vite sa limite, la combustion et surtout la chaleur gagnée par la chaudière cessant bientôt de croître avec l'air appelé. Il vient un moment où le gain de chaleur dû à un nouvel accroissement de l'air est égalé par la perte due à son action réfrigérante. Quand on charge la grille, la résistance au passage de l'air croît et un serrage de l'échappement, c'est-à-dire une réduction de S, peut balancer l'accroissement de cette résistance et maintenir Q² constant.
Entre les mains d'un bon machiniste, l'échappement variable est un instrument qui augmente les ressources et la puissance de la hl.
Echappement variable à valves (FIG. 117). - Les valves pivotent autour des axes. Elles réduisent ou augmentent l'orifice d'échappement.
Fig. 117.
L'inconvénient de ce système, c'est que le dérangement de l'une des valves suffit pour écarter le jet de vapeur de la direction verticale, ce qui nuit beaucoup à son action.
Echappement à lanterne variable (FIG. 118). - L'orifice d'écoulement se compose de deux parties : l'une, constante, est un cercle central ; l'autre, variable, formée d'une couronne d'ouvertures qui peuvent être plus ou moins démasquées ou fermées complètement par la rotation d'un disque annulaire.
Fig. 118.
Le tuyau central d'échappement A est percé d'ouvertures que l'on peut ouvrir et fermer à volonté au moyen de la lanterne A', qui porte les mêmes ouvertures et que l'on fait tourner au moyen d'un levier commandé par le machiniste.
Lorsque les ouvertures de la lanterne variable sont en face des ouvertures correspondantes du tuyau d'échappement, la vapeur s'échappe alors par ces ouvertures en même temps que par le tuyau central ; elle se divise donc et vient remplir la surface annulaire B, c'est-à-dire augmenter la section de l'orifice d'échappement.
Tuyau d'échappement avec tube central mobile, système Boty (FIG. 119). - Un tube central A se trouve placé entre les deux tuyaux de décharge B, B'. Ce tube A peut monter et descendre au moyen d'un levier articulé DE. La position représentée par la figure 119, donne l'échappement le plus serré c'est-à-dire, que la vapeur ne s'échappe que par l'orifice circulaire a, b, c, d. Si le tube descend l'orifice augmente jusqu'à la ligne EF, cas où l'échappement a la plus grande section.
Fig. 119
L'avantage de ce système, c'est que l'aspiration de l'air se fait dans toutes les positions du tube mobile par l'intérieur de ce tube. On obtient donc une régularisation du tirage dans les rangées inférieures des tubes à fumée.
Dispositif de l'échappement donnant de bons résultats. (FIG. 120). - D = diamètre de la boîte à fumée, h = hauteur de la tuyère au dessous de l'axe de la chaudière, distance qui doit être la plus grande possible.
Fig. 120.
p = hauteur de la partie évasée du prolongement de la cheminée.
La longueur de la boite à fumée doit être à peu près égale à son diamètre.
d = 0.21 D + 0.16 h.
b = 2d.
P = 0.32 D.
p = 0.22 D.
Fig. 121.
But. - Réduire la perte de calorique des chaudières par le refroidissement extérieur. Entre l'enveloppe et la tôle de la chaudière on interpose une matière peu conductrice de la chaleur et incombustible.
L'air est un très mauvais conducteur et il constitue ainsi un bon isolant, mais il doit être bien emprisonné, afin qu'il ne puisse se renouveler. On emploie aussi des matières incombustibles, telles que l'amiante.
Fig. 1211
La vapeur d'échappement arrive dans la tuyère C par l'orifice B placé au sommet du tuyau A.
La tuyère C est conique à son extrémité inférieure, de façon à recueillir complètement le jet de vapeur et les gaz de combustion qu'il entraîne et qui lui sont mélangés.
La partie médiane cylindrique de la tuyère est divisée, dans le dispositif (FIG. 1211), à son extrémité supérieure en six conduits tubulaires isolés D réunis en coin à la base et construits de façon à ce que les gaz de combustion y aient accès de tous côtés. La surface de contact entre ces six conduits menant à la cheminée et les gaz de combustion qui les entourent devient ainsi très grande (2 à 5 fois de plus qu'avec les échappements ordinaires). Le résultat immédiat est l'obtention d'un tirage très fort et régulier, bien que dans ce dispositif la vapeur d'échappement sorte par un orifice de diamètre relativement grand et par conséquent, avec beaucoup moins de vitesse que dans les échappements ordinaires.
Par suite, on obtient immédiatement avec la tuyère Kylälä une diminution sensible de la consommation de combustible.
Il faut remarquer en outre que, grâce à cette invention, la vapeur d'échappement et les gaz de combustion entrant en contact dans la boîte à fumée sur une surface plusieurs fois double de celle obtenue avec les tuyères ordinaires, le tirage se produit égal pour tous les conduits.
Grâce à ces avantages : diminution de la contre-pression dans les cylindres, tirage régulier, l'emploi de la tuyère Kylälä assure une économie très sensible de combustible. Il a été constaté que cette économie varie de 5 à 30 %, suivant la nature du combustible, la construction de la locomotive et la charge remorquée.
L'installation sur les locomotives de la tuyère Kylälä permet l'emploi de combustible de qualité inférieure.
Suivant la construction de la locomotive, le nombre des tuyaux, la dimension de la boîte à fumée, etc., la construction de la tuyère peut varier quant au nombre des conduits, à leur forme, etc.
On peut aussi concevoir l'installation de deux ou plusieurs tuyères superposées et séparées par un intervalle déterminé.
Les avantages présentés par la tuyère Kylälä sont en résumé :
Manomètre de la chaudière. - Chaque chaudière sera munie d'un manomètre indiquant la pression effective de la vapeur en kilogrammes par c/m².
Ce manomètre sera placé de manière que toutes ses indications puissent être facilement observées par le chauffeur.
Chaque chaudière doit être munie, en outre, d'un robinet d'un collet de 3 c/m de diamètre et de 6 m/m d'épaisseur destiné au besoin à recevoir un manomètre étalon. Le tuyau qui amène la vapeur au manomètre sera fixé directement sur la chambre à vapeur de la chaudière et non sur une conduite dans laquelle la vapeur est en mouvement.
L'emploi des manomètres métalliques exige qu'on les vérifie après un certain temps d'usage ; il importe, que l'aiguille indicatrice des pressions marque toujours, sur l'échelle, une pression nulle, lorsque la chaudière est au repos. La position de l'aiguille doit correspondre au chiffre du timbre au moment où les soupapes de sûreté commencent à se soulever. Un examen plus complet de l'état du manomètre peut être fait en comparant ses indications à celles d'un manomètre étalon ou vérificateur.
Manomètre métallique (FIG. 122 et 123). - Le principal organe est un tube ovale ouvert à l'une de ses extrémités qui est fixe, et fermé à l'autre, qui est au contraire mobile.
Fig. 122 et 123.
La vapeur pénètre dans ce tube, qui est confectionné en tôle de laiton de 1/3 m/m d'épaisseur, par sa partie fixe ; sous son action il se déroule, entraînant dans son mouvement, par l'intermédiaire d'une petite bielle, une aiguille dont l'extrémité se meut sur un cadran gradué indiquant la pression effective de la vapeur dans la chaudière.
Le principe du fonctionnement de ce manomètre est basé sur ce fait que tout anneau métallique ovale tend à devenir circulaire lorsque la différence entre les pressions intérieure et extérieure qu'il supporte va en augmentant. On démontre aussi que les mouvements d'enroulement et de déroulement du tube sont liés à ceux de chaque section de l'anneau : donc, quand la vapeur pénétrera de la chaudière dans le tube, chaque section de celui-ci tendra à devenir circulaire et d'autant plus complètement que la pression de cette vapeur sera plus élevée pour un appareil donné. Ce mouvement entraînera immédiatement un déroulement proportionnel du tube et par conséquent un déplacement correspondant de l'aiguille. L'action directe de la vapeur à une haute température sur le tube altérerait à la longue l'élasticité du métal ; pour éviter cet inconvénient, on recourbe le tuyau qui relie la chaudière au manomètre en forme d'U dans la partie se raccordant à ce dernier. De cette façon, l'eau provenant de la condensation de la vapeur dans le tuyau emplit la partie recourbée, et c'est par son intermédiaire que la pression de la chaudière se transmet au tube. Il est prudent aussi de ne pas fermer ni ouvrir brusquement le robinet qui établit la communication entre le manomètre et la chaudière ; les vibrations que subirait le tube pourraient le fausser.
Soupapes de sûreté de chaudières à vapeur. - Toute chaudière à vapeur sera munie de deux soupapes de sûreté destinées à empêcher que la vapeur ne puisse y acquérir une pression supérieure à la pression autorisée. A cet effet, ces soupapes devront satisfaire aux conditions suivantes :
Toutefois, la section sera considérée comme suffisante si te diamètre de l’orifice est déterminé selon la surface de chauffe de la chaudière et la tension maximum de la vapeur.
Pour les tensions de 6 1/2 atm. et au-dessus, il faut employer le même diamètre que pour 6 atm.
Par surface de chauffe, on entend le développement total de la surface de la chaudière des tubes intérieurs et des tubes bouilleurs, exposée à l'action du foyer et de la flamme circulant dans les conduits.
Le diamètre de l'orifice de la soupape est déterminé par la formule empirique :
On entend par tension de la vapeur l'effort absolu qu'elle exerce dans un vase clos et par pression, la tension diminuée de la pression atmosphérique ou l'effort qui reste à vaincre par le vase placé dans l'air.
Tension = pression effective + 1.
Tension - 1 = pression effective.
Applications : (chaudière de locomotive).
Chercher d ?
d = 117 millimètres.
La section totale d'écoulement des deux soupapes susdites pourra être répartie entre trois ou un plus grand nombre de soupapes. Dans ce cas, les sections et les dispositions de celles-ci seront telles que deux quelconques d'entre elles fonctionnant ensemble, permettent à la vapeur de s'écouler dans les conditions spécifiées au 4° précité.
La section totale de ces deux soupapes sera considérée comme suffisante, si elle est au moins égale à celle de l'orifice dont le diamètre serait déterminé d'après la formule empirique donnée précédemment.
Les soupapes seront établies de .manière que l'échappement de la vapeur ne puisse occasionner aucun accident notamment lorsqu'il est nécessaire de les soulever. Les soupapes pour avoir le degré de sensibilité désirable, ont à satisfaire aux conditions suivantes : leur axe doit se confondre avec celui de la tubulure ; le disque doit être guidé par trois ailettes au moins ou par une tige dressée de manière à offrir le moins de résistance possible à la sortie de la vapeur. Pour les soupapes chargées directement, le poids y appliqué sera guidé de manière à prévenir, autant que possible les frottements pendant son soulèvement, si la charge agit par l'intermédiaire d'un levier, celui-ci doit être monté avec soin et se mouvoir librement, autour de son point de rotation, dans un plan vertical passant par l'axe de la tubulure.
Dans les deux cas, le point d'application de la charge doit se trouver très exactement au centre du disque, sinon, celui-ci étant sollicité par un couple de forces basculerait sur son siège et laisserait prématurément échapper la vapeur en abondance. Enfin, on veillera à ce que le mouvement de rotation du levier n'empêche point le disque de se soulever verticalement. Il convient, dans tous les cas de vérifier la charge de la soupape au moyen d'un manomètre étalon, en examinant à quelle pression elle laisse échapper l'eau ou la vapeur en nappe bien uniforme. Le mouvement du levier autour de son axe sera limité par un arrêt qui, sans faire obstacle au soulèvement normal et suffisant du disque, empêche celui-ci d'être projeté de son siège, par exemple, lorsque pour une cause fortuite le poids du levier se détache ou glisse vers l'axe de rotation (avaries à la balance de la soupape de sûreté).
Enfin, il est nécessaire de soulever assez fréquemment les soupapes, à l'effet de constater si les disques n'adhèrent pas à leurs sièges.
Les précautions énumérées ci-dessus ont pour but d’empêcher que les personnes chargées de manœuvrer les soupapes ne soient atteintes par un dégagement de vapeur anormal ou intempestif. Plusieurs accidents graves dus à cette cause se sont déjà produits.
Le poids dont le levier de la soupape devra être chargé à sou extrémité pour faire équilibre à la pression effective de la vapeur, se détermine théoriquement de la manière suivante :
Soit
On aura P désignant le poids cherché de la charge ou l'action à exercer par le ressort qui en tient lieu :
L'effort q, que le levier exerce par son propre poids sur la soupape, se détermine facilement comme suit : on pèse le levier et on mesure la distance horizontale de son centre de gravité à celui de rotation.
L'effort cherché est le produit du poids par le rapport de cette distance au petit bras (l) du levier.
Pour les soupapes à ressort, le serrage sera limité au moyen d'arrêts disposés de manière à empêcher la charge réglementaire d'être dépassée.
Remarque. - Il importe de signaler l'influence que peuvent exercer, sur le fonctionnement des soupapes, l'étendue et l'état de la surface de recouvrement entre les disques et leurs sièges.
Suivant que le disque repose sur la circonférence extérieure ou sur la circonférence intérieure de cette surface, la pression de la vapeur exerce, pour le soulever, un effort plus ou moins grand. D'un autre côté, lorsque le disque s'applique exactement sur son siège, de manière à empêcher la vapeur ou l'air extérieur de s'interposer entre les surfaces en contact, la soupape est tenue fermée par sa charge normale, augmentée de la pression atmosphérique sur toute la partie correspondante à la surface annulaire recouverte, d'où une cause d'erreur dans le règlement de la charge, qu'il importe d'éviter. Tout en fixant la largeur de cet anneau au 1/20 du diamètre de l'orifice, on stipule qu'elle ne pourra excéder 4 m/m. La charge étant calculée d'après le diamètre intérieur, il conviendra non seulement de réduire autant que possible la largeur de la surface recouverte mais encore de rôder le disque sur son siège, de manière qu'il s'y applique exactement suivant la circonférence intérieure.
Fig. 124.
Applications. - Une chaudière timbrée à 5 atm. a 40 m² de surface de chauffe. Déterminez le contrepoids P à placer à l'extrémité du levier d'une soupape de sûreté sachant que le disque pèse 4 kg. et le levier 4,630 (FIG. 125).
Fig. 125.
Le grand bras du levier = 680 m/m.
Le levier s'appuie sur le disque à 85 m/m de l'axe de rotation.
Le centre de gravité G du levier est au milieu.
Le diamètre de l'orifice de la soupape est déterminé par la formule empirique :
d = 7 centimètres.
Pour que la soupape soit en équilibre sous l'action de Q et de P, il faut :
Mais de Q il faut retrancher le poids du disque p et le poids q qui pèse sur le disque, effort dû au poids du levier agissant à son centre de gravité G, abstraction faite de P.
P' poids du levier = 4,630.
Fig. 126.
L'équation des moments par rapport au point A donne (FIG.126)
on obtient donc :
Q = 5 x 1,033 x 
r²
Q = 5 x 1,033 x 3,14 x 3,5²
Q = 198,7 kilogrammes
22,029 = P (contrepoids).
Fig. 127.
La soupape Wilson est une soupape double.
Les soupapes proprement dites sont appliquées sur leur siège par deux ressorts à spirale. Chaque ressort est enfermé dans une gaine protectrice.
Les deux extrémités supérieures des ressorts appuient sur un levier par l'intermédiaire de deux vis de pression qui servent de vis de réglage.
Dans une soupape ordinaire représentée par les figures 128-129 schématiquement, la pression qui doit maintenir la soupape soulevée est celle de la vapeur s'écoulant sur tout le pourtour.
 |
 |
| Fig. 128. | Fig. 129. |
Or, cette vapeur est à une pression inférieure par le fait même qu'elle se détend en s'écoulant à l'atmosphère.
La soupape tend donc à retomber sur son siège et se soulève généralement d'une hauteur trop faible.
Dans la soupape Wilson (FIG. 130) cet inconvénient disparaît, le soulèvement de la soupape est dû exclusivement à l'effort de la vapeur, mais la disposition est telle que cet effort reste constant malgré l'écoulement de la vapeur.
Fig. 130.
La levée de cette soupape peut acquérir une valeur beaucoup plus considérable que dans la soupape ordinaire.
Inconvénient. - Augmentation de la tension du ressort par le soulèvement du disque.
Le levier de la soupape permet au machiniste de s'assurer du fonctionnement de celle-ci. Il arrive, en effet, que les soupapes collent sur leur siège. Le levier doit être placé à la portée du machiniste.
L'inefficacité des soupapes provient non pas de l'insuffisance de la surface de l'orifice de la soupape mais bien de l'orifice cylindrique de dégagement de la vapeur créé par le soulèvement du disque.
Pour que ces orifices soient égaux, il faut, en appelant h la levée, poser l'égalité :
Quant à la différence du poids du levier sur les soupapes due à la dissymétrie des bras de levier il y a lieu de l'inscrire sous la rubrique : « Effort dû au poids du levier sur la soupape» et pour la calculer on emploiera la formule :
(FIG. 131)
dans laquelle G est le poids de la partie excentrique du levier rapporté à son centre de gravité et l la distance de ce centre à la soupape II. P est donc positif pour la soupape II et négatif pour la soupape I.
Fig. 131.
Dans la formule ci-dessus le poids G de la partie excentrique du levier et la distance l ne peuvent se déterminer pratiquement.
Fig. 132.
On y substitue pour le calcul de P, la formule équivalente :
(FIG. 132)
G' = poids total du levier ; l = distance du centre de gravité à l'axe de la soupape II.
G' et l se déterminent facilement.
Applications (soupapes Wilson) (FIG. 133).
| Position | n° I placé vers l’avant |
| n° II placé vers l’arrière | |
| Surface | n° I 0,008495 m² |
| n° II 0,008495 m² | |
| Poids du disque | n° I 12,00 kg |
| n° II 12,00 kg | |
| Effort dû au poids du levier sur la soupape | n° I - 10,700 kg |
| n° II + 10,700 kg | |
| Effort à appliquer | n° I 1030,575 kg |
| n° II 1039,175 kg | |
| Charge totale | n° I 1061,875 kg |
| n° II 1061,875 kg |
Diamètre de l'orifice de la soupape : 104 mm.
Timbre de la chaudière : 12,5 kilogrammes.
Pression effective : 12,5 kilogrammes.
Fig. 133.
Schéma de la soupape Wilson
(FIG. 134)
Fig.134.
G poids du levier appliqué au centre de gravité g.
Soient p' et p" les réactions des ressorts sur le levier.
Ces réactions sont connues, elles sont égales à l'effort produit par la vapeur sur la soupape diminué du poids du disque, du poids du ressort, du poids de la gaine protectrice, etc.
Ces réactions ne sont d'ailleurs autre chose que ce qu'on est convenu d'appeler :
«l'effort à appliquer»
Elles doivent être calculées par la formule :
1,033 = pression par atmosphère et par cm² ;
= section de la soupape soumise à la tension de la vapeur ;
n -1 = pression effective ;
p = poids du disque, ressort, gaine.
L'équation des moments autour du point de rotation A donne :
p" et G tendant à faire tourner le levier en sens inverse de p'.
Cette équation montre que l' doit être différent de l" car en général les soupapes sont identiques ; alors p' = p".
Il résulte donc que l'effort dû au poids du levier intervient pour équilibrer la réaction p' du ressort II sur le levier.
Appareils indicateurs du niveau d'eau.
Règlement de police sur les machines à vapeur.
La limite inférieure du niveau de l’eau dans chaque chaudière est fixée par un décimètre au dessus du point le plus élevé-des ciels de foyers, des carnaux, tubes ou conduits de la flamme et des gaz dans le fourneau.
Toute chaudière doit être munie de deux appareils indicateurs du niveau de l'eau, indépendants l'un de l'autre et autant que possible à vue et à portée du chauffeur.
L'un de ces indicateurs sera un tube en verre ou une boîte à face transparente disposée de manière que le niveau de l'eau s'y établisse à la même hauteur que dans la chaudière et puisse être directement observée, le tube ou la plaque transparente devront pouvoir être facilement nettoyés et remplacés. Le second indicateur pourra être un appareil semblable au précédent ou tout autre indicateur de niveau de l'eau d'un fonctionnement assuré.
Le deuxième indicateur a pour but de faire connaître la situation du niveau de l'eau, quand le premier cesse de fonctionner, soit à cause de l'obstruction des tubulures de communication avec le générateur, soit par suite du bris du tube en verre ou des parois transparentes. Les appareils généralement employés à cette fin sont les flotteurs et les robinets dits de jauge.
On permet toutefois d'adapter un second tube en verre ou une deuxième boîte à face transparente ; dans ce cas, il convient de ne pas greffer les deux indicateurs sur la même tubulure de communication avec la chambre d'eau du générateur, parce que l'obstruction éventuelle de cette tubulure par les boues tenues en suspension, fausserait ou interromprait en même temps les indications des deux appareils.
Chaque chaudière sera en outre, munie d’un appareil destiné à donner l’alarme, lorsque le niveau de l'eau descend au dessous de la limite inférieure citée précédemment.
L'emploi d'un indicateur d'alarme pour le niveau de l'eau n'est pas obligatoire pour les chaudières mobiles. Certains de ces appareils sont disposés de manière à siffler, non seulement quand le niveau de l'eau s'abaisse d'une manière anormale, mais encore quand il s'élève dans la chaudière au dessus d'une certaine limite ; toutefois, nonobstant son utilité, on n'adoptera cette disposition qu'avec circonspection, parce qu'elle offre l'inconvénient de rendre incertaine la signification des avertissements donnés et, par suite, d'atténuer l'efficacité des sifflets d'alarme au point de vue de la sécurité. Trop souvent, les appareils d'alarme imparfaitement réglés ne fonctionnent que lorsque le niveau de l'eau est descendu sensiblement en dessous du niveau normal.
Dans les chaudières à foyers intérieurs, un bouchon fusible sera fixé au point le plus élevé des tôles de chaque foyer, à l'effet de donner issue à la vapeur dans le cas où ces tôles seraient, en ce point, chauffées à sec. Le bouchon fusible est simplement taraudé dans la tôle, afin de faciliter son remplacement, l'intérieur en est taraudé et étamé pour mieux maintenir le plomb que l'on y coule.
Fig. 135.
Les articles précédents tracent les règles à suivre pour éviter un abaissement anormal du niveau de l'eau dans la chaudière :
on sait que dans cette occurrence, les tôles chauffées à sec sont exposées à rougir, à perdre de leur ténacité, à se déformer, à se fendre et à se rompre plus ou moins brusquement en donnant lieu selon les circonstances qui accompagnent la rupture, à des accidents plus ou moins graves.
Mais ces éventualités ne sont pas les seules dont il faille se préoccuper : à la température de 500° (avant que les colorations lumineuses se produisent) le fer subit une diminution de résistance équivalente au 1/2 de sa résistance à froid.
D'autre part, une chauffe trop active du métal produit des détériorations : fentes, crevasses, etc., qui en altèrent aussi la résistance.
La hauteur de l'eau dans la chaudière peut être vérifiée à tout instant par le machiniste ou par le chauffeur à l'aide de l'indicateur de niveau d'eau (FIG. 135).
A, tube indicateur ; b, b' bourrages du tube ; C, colonne en fonte munie de trois robinets de jauge. Le deuxième se trouve au niveau normal de l'eau. Le robinet supérieur ne doit donner que de la vapeur ; le robinet du milieu, un mélange d'eau et de vapeur ; et le robinet inférieur, de l'eau seulement, d et d' robinets interrupteurs permettant d'isoler le tube en cas de bris de ce dernier ; R, robinet purgeur.
Le tube en verre indique la hauteur du niveau de l'eau dans la chaudière en vertu du principe des vases communiquants.
L'indicateur de niveau (FIG. 135) ne donne donc qu'une seule indication visible directement. En cas d'obstruction de la tubulure de communication avec la chambre d'eau de la chaudière, les indications du tube et des robinets de jauge sont faussées ou interrompues.
Indicateur système Devrange (FIG. 136)
Les chaudières de hl sont généralement munies de deux indicateurs à tube de cristal indépendants l'un de l'autre. Ces deux indicateurs de niveau donnent deux indications visibles directement.
La soupape à bille A et la soupape B disposées dans les courants d'eau et de vapeur sont appliquées contre les sièges C et D lorsqu'une brusque dépression est produite par la rupture du tube, elles arrêtent ainsi l'écoulement. Les robinets interrupteurs EF sont à garniture d'amiante.
Fig. 136.
Les quatre rainures longitudinales pratiquées dans le boisseau sont remplies d'amiante qui donne une bonne étanchéité avec un faible serrage laissant les robinets libres dans les boisseaux. La longueur du tube sera bien déterminée afin que les bourrages GH ne bouchent le tube.
Garde-tube système Flamme (FIG. 137)
Il est formé de glaces épaisses fixées dans une armature en laiton. Une tôle émaillée à rayures noires sur fond blanc, rayures, inclinées à 45° sur la verticale, se trouve du côté de la tôle du foyer. Elle rend le niveau de l'eau très apparent.
Fig. 137.
Bouchon de lavage et bouchon fusible (FIG. 138 et 139).
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| Fig. 138. | Fig. 139. |
Bouchon fusible |
Bouchon de lavage |
R = 2,75+ 22,5
R = 25,25
D = 25,25 x 2
D= 50,5 m/m
La figure 138 représente un bouchon fusible confectionné et monté dans de bonnes conditions pour le rendre d'une efficacité certaine.
Chaque chaudière doit être munie d'un moyen d'alimentation d'eau d'un effet assuré. Le tuyau d'alimentation devra porter à proximité de la chaudière une soupape ou un clapet de retenue, disposés de manière à se fermer automatiquement par la pression de l'eau de la chaudière. Les chaudières de hl, de bateaux, de tramways et en général toutes celles qui se déplacent par l'action du mécanisme qu'elles activent, doivent être pourvues d'un moyen d'alimentation indépendant du fonctionnement de la machine.
Fig. 140.
Injecteurs. - Principe. (Explication sur croquis Fie 140). - La vapeur est lancée dans la tuyère A, elle provoque le vide dans le cône de mélange b. L'eau y pénètre par C, condense la vapeur et reçoit le mouvement dont elle est animée, il se forme ainsi un jet violent qui est reçu dans un cône, dont la section augmente constamment, le divergeant d. La vitesse se ralentit donc et sa pression augmente jusqu'à ce qu'elle atteigne une valeur suffisante pour soulever la soupape S. Toute la question dans un injecteur consiste à obtenir, à la sortie du cône de mélange un jet d'eau animé d'une vitesse suffisante pour qu'il puisse atteindre dans le divergeant une pression suffisamment élevée pour soulever la soupape de la chaudière.
D'autre part, ce jet circule à l'air libre dans la chambre e qui est en communication avec le trop plein f, il ne peut donc avoir plus de 100°, point d'ébullition de l'eau à 1 atm. De ces deux conditions, il résulte que l'on ne peut pas trop élever la température de l'eau d'alimentation. En effet, si l'eau est trop chaude, il faudra beaucoup d'eau pour condenser la vapeur et obtenir un jet qui ne bout pas, mais alors le jet n'ira pas assez vite, la pression ne sait pas s'élever dans le divergent et la soupape d'alimentation ne se lève pas. Moins on lance d'eau, ce qui pourra se faire d'autant mieux qu'elle sera plus froide, et plus le jet est rapide et plus haute sera la pression qu'il pourra vaincre.
Les injecteurs se divisent en deux grandes classes :
Les premiers peuvent se trouver à un niveau supérieur à celui du robinet de prise d'eau du tender.
Les seconds sont montés en charge, l'eau arrive dans ces injecteurs, dès que le robinet de prise d'eau du tender est ouvert.
Injecteur Giffard (FIG. 141).
Fig. 141.
(Explications sur croquis). - a, prise de vapeur ; b, bourrage ; c, trous d'admission de la vapeur dans la tuyère ; d, tuyère ; e, flèche réglant l'admission de vapeur ; f, prise d'eau ; g, cône de mélange ; h, cône divergent ; i, trop plein ; j, soupape de retenue ; kl, bourrages ; m, manivelle de la flèche e : n, poignée servant à régler la position de la tuyère d, donc la quantité d'eau.
En vertu du principe précédent, la vapeur lancée dans la tuyère d, acquiert une grande vitesse, elle provoque le vide dans le cône de mélange g, l'eau est aspirée et pénètre dans le cône de mélange par l'ouverture f.
L'eau condense la vapeur et elle reçoit le mouvement dont la vapeur était animée. Il se forme un jet violent qui est reçu dans le divergent h. La vitesse de ce jet se ralentit mais sa pression augmente jusqu'à ce qu'elle atteigne une valeur suffisante pour soulever la soupape j.
Comme la section, du divergent va en augmentant graduellement, lu vitesse du jet va en diminuant mais ce qu'il perd en vitesse, l'eau le gagne en pression.
Les quantités d'eau et de vapeur sont réglées respectivement par les manivelles m et n.
L'injecteur Gresham (FIG. 142.). - L'injecteur Gresham est remarquable par la réunion en une pièce unique de la prise de vapeur, de l'injecteur même, et de la chapelle de refoulement, pièces qui sont ordinairement distinctes et réunies par des tuyaux plus ou moins longs et contournés. Cet injecteur qui est aspirant, se monte sur la face arrière de la chaudière ; les seuls tuyaux extérieurs qu'il comporte, le relient au tender et servent au dégagement du trop plein. A l'intérieur de la chaudière, il y a deux tuyaux, un qui amène la vapeur sèche et l'autre qui conduit l'eau vers l'avant de la chaudière. Ce dernier tuyau peut à la longue se remplir d'incrustations ; il doit être visité et au besoin remplacé lors des réparations et lorsque l'injecteur refuse de fonctionner sans qu'on en trouve d'autre cause.
Fig. 142.
La tuyère à vapeur A est à la base de l'injecteur. Les deux cônes de mélange b et c reçoivent l'eau par une entrée se trouvant sur le côté de la tuyère. Le cône b est fixe et le cône c est mobile dans le sens vertical. Le cône c est guidé par des nervures hélicoïdales et il est étanche en d. Le cône c a la propriété de rendre l'injecteur restarting, c'est-à-dire, à réamorçage automatique. Quand l'injecteur se désamorce, le cône c se soulève et la vapeur passe au trop plein par l'ouverture en d.
L'écoulement de la vapeur rétablit le vide, l'eau est de nouveau aspirée, la condensation s'opère, le cône mobile c ferme l'ouverture en d et l'injecteur se réamorcée lui-même (réamorçage automatique).
Quant au cône divergent e, il a les mêmes propriétés qu'à d'ailleurs le cône divergent de tous les types d'injecteurs.
La tige de la soupape de retenue f, est aussi munie de rainures hélicoïdales qui sont favorables au fonctionnement et à l'étanchéité de la soupape.
La communication du trop plein avec le tuyau de vidange peut se fermer par un robinet quand on veut réchauffer l'eau du tender. La vis commandée par une tête carrée permet de fermer au moyen d'une soupape l'entrée du refoulement, en cas de dérangement de la soupape automatique de retenue ; pour visiter cette soupape, il suffit de dévisser le plus petit des deux chapeaux placés en haut de l'injecteur.
Cette manœuvre est dangereuse quand la chaudière est en pression. La fermeture de la soupape à vis pouvant n'être pas complète. Le petit trou qui se trouve entre les deux robinets voisins placés vers le bas de l'injecteur, laisse écouler toute l'eau contenue dans l'injecteur, quand on ferme le robinet d'arrivée : on évite ainsi qu'il ne se remplisse d'eau chaude, de nature à en troubler l'amorçage. Il ne faut donc pas négliger de fermer ce robinet quand l'injecteur ne fonctionne pas, même si l'on n'a pas à craindre l'écoulement de l'eau du tender.
Fig. 143.
Fonctionnement. - Lorsque l'injecteur de gauche refuse d'amorcer, on met en fonction celui de droite, qui est moins sujet à produire des ratés et dont on rétablit toujours promptement le fonctionnement par l'effet d'un léger arrosage à l'eau froide. Dès que ce fonctionnement est régulier, on peut ouvrir le robinet C afin que l'injecteur de droite aspire également, par le tuyau d, l'eau chaude contenue dans le tuyau d'aspiration de gauche G. Lorsque ce dernier, ainsi que la partie inférieure de cet injecteur, sont suffisamment refroidis par la lente circulation d'eau fraîche qu'on vient d'y établir en ouvrant le robinet C, on peut fermer celui-ci, car l'injecteur de gauche se trouve alors remis en état d'amorçage.
Enfin, si l'un des injecteurs était avarié - supposons celui de droite (par exemple la soupape de refoulement calée) et celui de gauche chauffé jusqu'à refus absolu d'amorçage, il serait encore possible de continuer à assurer l'alimentation de la chaudière, grâce à la liaison Campe. En pareil cas, on ouvrirait d'abord le robinet C ; on mettrait ensuite faiblement en action l'injecteur avarié, qui aspirerait l'eau simultanément par d et D. eau qui passerait toute par le trop plein. Au bout de quelques instants, l'eau affluée aurait refroidi le tuyau G et l'injecteur de gauche se trouverait ainsi remis en état de fonctionnement.
Dans certains types d'injecteurs aspirants, la propriété d'être Restarting, c'est-à-dire, à réamorçage automatique, est obtenue au moyen de cône de mélange avec clapet articulé, etc.
Dans d'autres injecteurs aspirants, l'eau reçoit successivement l'impulsion de deux jets de vapeur concentriques ; le premier est plus spécialement destiné à élever le liquide, tandis que le second, lui, imprime la vitesse nécessaire pour pénétrer dans la chaudière. Le but de cette disposition est de rendre l'injecteur automatique dans des conditions variables de débit et de pression de vapeur, et d'assurer le réamorçage dans le cas où l'écoulement d'eau viendrait à se trouver accidentellement arrêté.
La soupape d'entrée de vapeur est disposée de telle façon que la vapeur est admise d'abord sous la forme d'un jet annulaire qui aspire l'eau, puis en un jet central destiné à refouler le liquide. Une même tuyère sert de paroi intérieure au passage du jet annulaire et de paroi extérieure pour celui du jet de refoulement.
Tel est l'injecteur à réamorçage automatique, système Friedmann (FIG. 144).
Fig. 144.
De la distance entre la tuyère et les cônes de mélange, dépend le bon fonctionnement des injecteurs à une pression déterminée. Certains dispositifs réalisent le réglage à la main ; d'autres, le réalisent automatiquement.
Enfin, la tuyère de vapeur y est divergente, bien qu'à première vue cela ait pour effet de ralentir le jet, cela a, au contraire, l'effet de l'accélérer ; en effet, la tuyère est relativement froide à son extrémité par suite de l'afflux de l'eau. La vapeur donc a une tendance à s'y dilater et l'élargissement de la section lui permet alors de conserver sa vitesse. Un point encore à signaler dans les injecteurs, est l'élargissement du divergent vers le trop-plein, il n'a d'autre but que de donner de l'entrée au jet dans le divergent et éventuellement, de racheter de petits décentrements.
La figure 145 donne une vue en coupe du modèle actuel d'injecteur à eau chaude.
Fig. 145.
Les parties qui travaillent consistent comme d'habitude eu trois tuyères : c'est-à-dire, la tuyère à vapeur, la tuyère de mélange et la tuyère de refoulement ou décharge. L'injecteur est de construction simple sans aucune complication mécanique, ses propriétés spéciales sont obtenues par l’application de la valve automatique brevetée de contrôle de pression du trop plein et des proportions spéciales des tuyères.
La tuyère à vapeur est du type double comprenant un tube extérieur ou d'élévation et un tube intérieur ou de propulsion : de cette façon, la vapeur est admise en deux jets séparés. Le jet extérieur annulaire crée une puissante aspiration, aspirant l'eau d'alimentation et la forçant à passer par le tube intérieur : de là, le jet l'envoie dans la tuyère de mélange et de refoulement et enfin dans la chaudière.
L'admission de vapeur dans ces tuyères est contrôlée au moyen d'une prise de vapeur qui est ajustée à l'extrémité de la tuyère à vapeur. L'extrémité de la valve de réglage et ajustée avec une extension cylindrique s'ajustant dans le tube central de manière qu'en ouvrant légèrement la prise de vapeur, celle-ci est aussitôt admise dans la tuyère d'élévation, et ensuite dans la tuyère centrale en ouvrant complètement la valve. Depuis la tuyère d'élévation, un jet annulaire de vapeur passe dans cet espace entourant la tuyère centrale en puisant ainsi dans l'approvisionnement d'eau alimentaire.
Les tuyères de l'injecteur sont si bien proportionnées qu'une aspiration est toujours produite dans la conduite d'aspiration, même, quand la vapeur est admise dans la tuyère centrale, ainsi, l'injecteur possède un réamorçage automatique pendant le travail sous toutes les conditions. Quand l'eau d'alimentation s'élève dans les tuyères, elle est poussée par la vapeur de la tuyère d'élévation : passée la tuyère centrale, la vapeur de ce tube lui donne une nouvelle impulsion et le jet passe le long de la tuyère de mélange où la vapeur est condensée par l'eau et abandonne son énergie au jet combiné.
La tuyère à mélange est étudiée pour assurer un mélange complet de vapeur et d'eau avec une perte d'énergie aussi minime que possible. Dans ce cas, le jet d'eau chaude passe de la tuyère à mélange à la tuyère de refoulement à une très grande vitesse et ensuite à la chaudière.
La chambre à mélange de l'injecteur est divisée en deux parties séparées, la première ou chambre supplémentaire communiquant avec le tube du trop plein au moyen d'une soupape libre, la seconde, ou chambre principale, est munie du clapet de contrôle de pression du trop-plein Metcalfe breveté.
La partie de la tuyère à mélange dans la première chambre est munie d'une ouverture située entre l'extrémité des deux tubes de vapeur. La partie de la tuyère à mélange dans la chambre principale est construite sur le principe de la tuyère à clapet breveté, la tuyère étant fendue et munie d'un clapet à charnière.
Dans l'amorçage ou le réamorçage de l'injecteur, la vapeur venant de la tuyère à l'élévation s'échappe par la fente, et la vapeur venant de la tuyère centrale s'échappe par le clapet, de là par le clapet du trop-plein dans le tube du trop-plein : de cette manière, aucune résistance ne vient empêcher l'échappement libre de la vapeur. De cette manière, un amorçage rapide et une action automatique parfaite de l'injecteur, sont assurés.
Pendant le travail, par suite du vide partiel formé dans le tube à mélange, le clapet se ferme, formant ainsi une tuyère continue.
La température de l'eau de refoulement d'un injecteur varie suivant la température initiale de l'eau alimentaire, donc pour un injecteur employant une eau chaude d'alimentation, la température délivrée sera beaucoup plus haute que le point d'ébullition (100° cent.) et avec une eau à 60° cent., la température délivrée serait de 130° cent. Avec ces hautes températures, on obtient une pression correspondante dans la chambre principale du trop-plein, c'est pourquoi un trop plein fermé est nécessaire, autrement le jet irait se perdre dans le trop-plein.
Tous les systèmes de fermeture à main du clapet du trop-plein sont trop dangereux, car l'injecteur exige alors une constante attention et une manipulation très délicate, et si le jet se brisait pour une cause quelconque, la vapeur serait incapable d'échapper dans le trop-plein et serait refoulée dans le réservoir d'eau et par manque de contrôle, l'eau d'alimentation deviendrait trop chaude pour l'injecteur.
Un clapet de trop-plein fonctionnant automatiquement est, par ce fait, nécessaire et le type breveté Metcalfe de contrôle de pression est sans aucun doute la meilleure méthode absolument sûre qui ait été inventée jusqu'à présent.
La figure 1451 représente une vue de cet appareil, il consiste en une soupape de trop-plein Q qui ferme la chambre du trop-plein et le petit piston R qui est ajusté dans la chambre de refoulement de l'injecteur. Le piston est accouplé à un levier S pivotant sur un point d'appui placé sur le corps de l'injecteur, l'autre extrémité du levier passant dans la partie supérieure de la tige du clapet du trop-plein Q.
Fig. 1451.
Quand l'injecteur travaille, la pression de refoulement sous le piston R agissant sur le levier S maintient le clapet du trop-plein sur son siège, fermant ainsi la chambre du trop-plein.
Si le jet de l'injecteur se trouve brisé pour une cause quelconque, la pression de refoulement sous le piston R est réduite et le clapet Q s'ouvre, ce qui permet alors à la vapeur et à l'eau de s'échapper dans le trop-plein jusqu'à ce que l'injecteur soit réamorcé, la pression de refoulement alors augmente et agissant sous le piston R ferme de nouveau le clapet du trop-plein. C'est une méthode absolument rationnelle et sûre, car, pas la moindre quantité de vapeur n'est refoulée dans le réservoir d'alimentation, et l'action étant parfaitement automatique, l'injecteur ne demande aucune attention.
Une autre particularité de l'injecteur, est le passage supplémentaire d'eau reliant la conduite d'eau à la deuxième chambre de trop-plein.
Un vide considérable est formé à l'ouverture placée à la partie la plus basse de la chambre, il est utilisé pour aspirer un approvisionnement additionnel d'eau, pour augmenter le refoulement, de l'injecteur et fortifier le jet.
Un clapet est placé dans ce passage pour empêcher la vapeur de retourner dans la conduite d'eau au moment de l'amorçage.
L'injecteur est absolument simple à manipuler et ne demande pas le moindre apprentissage. Pour amorcer l'injecteur, il suffit d'ouvrir le robinet d'eau et la prise de vapeur.
L'amorçage est très rapide, c'est pourquoi il n'y a aucune perte d'eau ni de vapeur et une fois en route on peut être sûr qu'il travaillera régulièrement sans la moindre attention.
Fig. 146.
Instructions. - Montage. - L'injecteur doit être fixé non aspirant, c'est-à-dire au dessous du niveau d'eau le plus bas dans le tender. Le tuyau de vapeur d'échappement ne doit former aucune poche où l'eau puisse séjourner. Il est de la plus grande importance que tous les joints du tuyau de vapeur d'échappement et du tuyau d'arrivée d'eau soient absolument étanches ; la moindre aspiration d'air nuirait au bon fonctionnement de l'injecteur.
L'embouchure du tuyau d'eau d'alimentation dans le tender doit être protégée par un tamis à mailles très fines de façon qu'aucune matière étrangère ne puisse y pénétrer.
Fonctionnement. - Pour amorcer l'injecteur : ouvrir le robinet d'eau sur le tender, puis ouvrir la valve de vapeur d'échappement, ensuite ouvrir le robinet de vapeur vive supplémentaire A. Si la poignée du régulateur d'eau est dans la position voulue, l'injecteur doit amorcer immédiatement. S'il y a trop-plein : modifier la position de la poignée du régulateur d'eau, jusqu'à ce que le trop-plein cesse. Il est à noter que le régulateur d'eau ne sert qu'à régler la quantité d'eau arrivant à l'injecteur et non à fermer complètement l'arrivée d'eau.
Pour maintenir l'injecteur en fonctionnement, lorsqu’on ferme le régulateur, et pour éviter le désamorçage, il faut avoir soin d'ouvrir la valve de vapeur vive auxiliaire B avant de fermer le régulateur, et ne pas toucher à la valve de vapeur vive supplémentaire A.
La vapeur auxiliaire remplace tout simplement la vapeur d'échappement.
Pour amorcer l'injecteur pendant les stationnements de la locomotive : ouvrir le robinet d'eau sur le tender, ouvrir ensuite la valve de vapeur vive supplémentaire A, enfin ouvrir graduellement la valve de vapeur vive auxiliaire B jusqu'à ce que l'injecteur s'amorce.
Il est préférable de fermer la valve de vapeur d'échappement quand l'injecteur ne fonctionne pas à la vapeur d'échappement. Ceci pour éviter l'usure de cette valve.
| Diamètre des tuyaux | ||||||
| Diamètre intérieur des tuyaux en millimètres | ||||||
| Numéro d'injecteur | Vapeur d'échappement. | Vapeur vive auxiliaire pour le fonctionnent pendant les stationnements | Eau d'alimentation. | Vapeur vive supplémentaire. | Trop plein. | Refoulement. |
| 6 | 63 | 25 | 32 | 16 | 44 | 32 |
| 7 | 70 | 25 | 32 | 16 | 44 | 32 |
| 8 | 76 | 29 | 38 | 19 | 51 | 38 |
| 9 | 89 | 29 | 44 | 19 | 51 | 38 |
| 10 | 102 | 32 | 51 | 25 | 57 | 44 |
| 11 | 114 | 35 | 63 | 29 | 63 | 51 |
| 12 | 121 | 38 | 63 | 29 | 70 | 51 |
| 13 | 127 | 38 | 76 | 32 | 70 | 57 |
| Résultats des essais | Injecteur ordinaire type allemand. | Pompe alimentaire Knorr. | Injecteur Metcalfe. |
| Distances parcourues en km. dans les mêmes conditions | 1000 | 1000 | 1000 |
| Tonnes remorquées | 3189,7 | 3250,8 | 3245,6 |
| Consommation en eau m³ | 82 | 80,250 | 75,600 |
| Consommation en combustible en kg. (poids brut) | 14102 | 13725 | 12836 |
| Poids du combustible réduit à l'unité Briquettes 1 = 1,3. Charbon 1=0,8 |
14985,6 | 14252,5 | 13424,3 |
| Moyenne consommation kilométrique en kg | 14,98 | 14,25 | 13,42 |
| Nombre d'amorçages | 162 | 57 | 50 |
| Durée de fonctionnement | 446' | 786' | 838' |
| Temps regagné | 55' | 46' | 45' |
La quantité d'eau consommée ne concerne que celle pour le parcours proprement dit abstraction faite de l'eau dépensée pendant les stationnements etc. Pour le calcul du combustible utilisé, il n'est pas tenu compte de l'allumage de la locomotive, mais il est tenu compte de la quantité nécessitée pour le nettoyage du feu.
Température de l'eau prise au tender, 16°.
Température de l'eau à l'introduction, 68°.
Pendant le fonctionnement de l'injecteur et le travail moteur, la chute de pression à la chaudière est de 1 atmosphère en 1' 1/2 à 2'. Il s'ensuit que le fonctionnement n'excède généralement pas 2' lors du travail moteur et l'alimentation de la chaudière ne peut se faire en même temps que celle du foyer qu'au détriment d'une chute de pression plus importante.
Son débit n'est pratiquement pas réglable.
Température de l'eau au tender, 16°.
Température de l'eau à l'introduction, à régulateur fermé et fonctionnement de la pompe Westinghouse, 45 à 50°.
Température de l'eau à l'introduction avec modérateur ouvert, 70 à 78° jusque 88°. La température varie suivant l'allure de la pompe, c'est-à-dire que plus la marche de la pompe est lente, plus la température de l'eau est élevée, ce qui s'explique par le fait que l'eau séjourne plus longtemps dans le réchauffeur. Il est donc fortement à recommander de régler la marche de la pompe de façon à maintenir le niveau d'eau en la faisant fonctionner d'une manière continue, ce qui est aussi favorable à la conservation des organes. Le fonctionnement continu peut d'autant mieux se faire que la chute de pression à la chaudière est nulle ou presque, lorsque le feu est bien conditionné, bien conduit et que le combustible est de qualité moyenne.
La manœuvre en est facile, mais les fuites aux bourrages des cylindres, aux joints des tuyauteries et du réchauffeur ainsi que les avaries de la pompe, etc., mettent l'appareil hors service.
Température de l'eau au tender, 16 à 17°.
Température de l'eau à l'introduction, l'injecteur fonctionnant avec son plus grand débit, 65°.
Fonctionnant avec son débit minimum, 77°.
Pendant le travail du moteur et le fonctionnement de l'injecteur, il n'y a pas de chute de pression à la chaudière avec un feu bien conditionné, bien conduit avec un bon combustible. La pression se maintient facilement et peut même monter avec un combustible de très bonne qualité. Le fonctionnement de l'injecteur peut donc être continu, son débit étant facilement réglable. Comme pour la pompe alimentaire, le débit est réglé de façon à compenser la dépense de la chaudière.
Jusqu'à la pression de 10 atmosphères à la chaudière, cet injecteur fonctionne avec la vapeur d'échappement seule.
Au delà de 10 atmosphères, la prise de vapeur vive supplémentaire doit être ouverte, mais d'une quantité très minime.
Conclusion. - Cet injecteur est nettement supérieur aux autres et l'économie réalisée est réelle ; cette économie dépasse celle obtenue par l'emploi de la pompe Knorr.
Principaux avantages de cet injecteur :
On a cherché à réduire la complication des injecteurs en rendant leurs parties fixes. Généralement ils perdent de cette façon la propriété d'aspirer l'eau, inconvénient qui force à les placer plus bas que le niveau inférieur des soutes à eau. La commodité d'avoir les injecteurs à portée de la main a fait de l'aspiration un des buts les plus ardemment poursuivis par les constructeurs d'injecteurs simplifiés.
Injecteur Rongy. - Non aspirant (FIG. 147). Explications sur croquis.
Fig. 147.
a tuyère ; b et c cônes de mélange ; d divergeant ; toutes ces parties sont fixes ; e prise d'eau ; f trop-plein.
Quant à son fonctionnement, voir principe figure 140.
Le fonctionnement des injecteurs étant maintenant connu, par ces quelques exemples, nous ajouterons quelques développements pour établir la théorie de leur mode d'action.
Le débit d'un injecteur peut être représenté par la formule suivante : 
dans laquelle :
La vapeur s'échappant par la tuyère conique de l'injecteur, une certaine quantité d'eau vient s'y mélanger, la condense et forme un jet liquide composé de la masse d'eau et de celle de la vapeur et dont la vitesse sera d'autant inférieure à celle de la vapeur, que celle-ci représentera une plus petite partie de la masse totale en mouvement. Moins on lance d'eau, ce qui pourra se faire d'autant mieux qu'elle sera plus froide, et plus le jet est rapide et plus haute sera la pression qu'il pourra vaincre.
Les deux tableaux ci-après, qui résultent de l'étude mathématique du fonctionnement de l'injecteur, montrent les variations rapides des diverses constantes dans les divers régimes de fonctionnement d'un injecteur.
| Température de l'eau d'alimentation. | Température du mélange à la sortie du cône de mélange. | Fonds d'eau froide pour1 kg. de vapeur. | Hauteur de refoulement en mètres. | Vitesse du jet en mètres. |
| 15° | 90° | 6,6 | 530 | 102 |
| 70° | 9,3 | 294 | 77 | |
| 50° | 13,6 | 143 | 53 | |
| 30° | 25,7 | 43 | 29 | |
| 40° | 90° | 9,4 | 283 | 75 |
| 70° | 14,8 | 122 | 49 | |
| 50° | 31,5 | 29,4 | 24 |
La température de la vapeur étant de 165° (correspondant à 7 atm.). La vitesse du jet de vapeur 780 mètres.
Bien se pénétrer des conséquences de ces chiffres.
Ces tableaux montrent aussi que l'on peut parfaitement alimenter des chaudières à haute pression avec de la vapeur sortant de chaudières à basse pression.
Le rendement de l'injecteur pendant son fonctionnement est parfait, sauf les pertes par rayonnement. Ce n'est que la perte pendant l'amorçage qui cause l'abaissement de son rendement général.
Mise en marche d'un injecteur. - On ouvre la prise d'eau, ensuite la prise de vapeur. On règle cette dernière jusqu'à ce que l'eau est aspirée, on le reconnaît à ce qu'il en sort par le tuyau du trop-plein, l'amorçage a lieu en faisant un bruit particulier dû au choc de la vapeur et de l'eau, et qui permet de reconnaître, quand on y est habitué, que l'injecteur fonctionne.
On règle la prise d'eau de manière qu'il n'y ait plus d'écoulement d'eau par le trop-plein.
Réchauffage de l'eau d'alimentation. - Réchauffer l'eau d'alimentation de la chaudière au moyen des chaleurs perdues empruntées à la vapeur d'échappement ou aux gaz sortant des tubes à fumée, est une disposition qui donne lieu à une économie de combustible. En effet, si un kg. d'eau entre dans la chaudière à 90° au lieu d'y entrer à 30° et si le chauffage n'a rien coûté, c'est un profit net de 60 calories par kg. d'eau qu'on a réalisé. On réchauffe également l'eau du tender au moyen des injecteurs lorsque la chaudière fournit trop de vapeur, à la fin d'un service, etc. Malheureusement, les injecteurs aspirants ordinaires ne permettent d'alimenter en toute sûreté qu'avec de l'eau chauffée modérément.
Quant aux injecteurs non aspirants, ils permettent d'alimenter avec de l'eau à une température voisine de 40° C.
La prise de vapeur doit se faire dans le dôme de façon à éviter une des causes qui peut rendre la vapeur humide, cause de ratés. Le tuyau d'introduction débouche dans l'eau. En le faisant déboucher dans la vapeur, on a l'avantage de ne pas envoyer éventuellement de l'air dans l'eau (corrosions par pustules) les sels dissous dans l'eau se précipitent d'une façon pulvérulante et on évite en partie des incrustations dures.
Les causes qui peuvent entraver la bonne marche des injecteurs :
Le principe de l'appareil consiste à faire passer l'eau du tender, au moyen d'une pompe, dans un faisceau de tubes autour desquels circule une partie de la vapeur d'échappement. Un couvercle placé à chaque bout de l'appareil permet le nettoyage intérieur. L'eau peut être portée à une température voisine de 90°. L'alimentation est faite au moyen de pompes.
Montage. - Lorsque la pompe est installée en dehors de la marquise, il faut la monter de telle sorte que le corps de pompe se trouve en avant de la boîte à soupapes ; de cette manière le cylindre protège la boîte à soupapes contre le courant d'air pendant la marche.
Pompe alimentaire. - Système Knorr.
Fig. 148.
Si la tubulure d'écoulement de l’eau condensée est placée à l'arrière ou au milieu du réchauffeur, celui-ci sera monté bien horizontalement, de manière à assurer l'écoulement de l'eau hors du corps du réchauffeur et aussi en temps de gelée, l'évacuation complète du faisceau tubulaire. Si la tubulure se trouve près du plateau formant chambre d'eau, il est à recommander de donner au réchauffeur une faible inclinaison vers ce plateau pour faciliter l'évacuation du corps du réchauffeur et du faisceau tubulaire.
Réchauffeur d’eau d’alimentation. - Système Knorr.
Fig. 149.
Lors du montage du réchauffeur, on doit se préoccuper de la dilatation du corps du réchauffeur dans le sens de la longueur. A une extrémité on aura une attache fixe, tandis que l'autre attache permettra un léger glissement. Pour les petits réchauffeurs, dont les fers de fixation ne sont pas distants de plus de 500 m/m, on pourra se dispenser de cette précaution.
Pompe alimentaire. - Système Knorr.
Schéma de montage et de la tuyauterie.
Fig. 150.
L'afflux de vapeur d'échappement vers le réchauffeur n'est pas réglable. Pour établir le système dans des conditions qui fournissent un afflux de vapeur convenable, c'est-à-dire, qui assure l'efficacité du réchauffeur sans que le tirage de la locomotive ne soit réduit sensiblement, on se sert d'une lentille qui forme joint à la tubulure d'entrée de la vapeur dans le réchauffeur et à laquelle on donne une section de passage à déterminer par des essais.
La vapeur d'échappement de la pompe alimentaire est conduite dans l'enveloppe de la pompe et de là dans le réchauffeur où arrive aussi la vapeur d'échappement de la pompe à air.
L'eau condensée qui s'écoule du réchauffeur, tombe sur la voie. Quand c'est possible, l'extrémité du tuyau doit être amenée devant le cendrier afin que le tirage de la machine aspire le nuage de vapeur qui en sort parfois et pourrait gêner le personnel.
Les conduites d'aspiration et de refoulement, de même que les conduites de vapeur d'échappement doivent être pourvues de robinets de purge à leurs points bas. Pour les conduites de vapeur d'échappement on peut employer des purgeurs automatiques. Ces appareils de purge (robinets et purgeurs) de même que les robinets de jauge et de rentrée d'air dont est souvent munie la pompe, ne doivent porter aucun tuyau de sortie, car ces tuyaux de petite section sont fort exposés à geler en hiver.
L'on doit protéger contre le refroidissement toutes les conduites de vapeur d'échappement et, parmi les conduites d'eau, au moins le tuyau de refoulement, entre le réchauffeur et la soupape de retenue. La même protection contre le refroidissement est à recommander pour le tuyau de refoulement entre la pompe et le réchauffeur. Les tuyauteries doivent être placées avec soin et attachées à des pièces fixes de la machine en des points suffisamment rapprochés pour éviter le desserrage des boulons ou la rupture des tuyaux que pourraient causer les secousses de la machine auxquelles s'ajoutent encore les vibrations produites par le fonctionnement de la pompe dans les tuyauteries d'aspiration et de refoulement. Le manomètre qui sert à contrôler la marche de la pompe, et dont l'index, marque par une secousse chaque coup de pompe, doit être installé dans la marquise et à, au moins, 50 m/m de la paroi de la chaudière.
Conduite. - La marche de la pompe doit être réglée autant que possible de manière à remplacer l'eau dans la chaudière au fur et à mesure de sa vaporisation, on obtient ainsi un réchauffage régulier et avantageux.
Lors d'une interruption passagère de l'afflux de vapeur d'échappement de la machine au réchauffeur, s'il n'y a pas d'appareil destiné à éviter l'alimentation froide, on peut laisser marcher la pompe, mais à un régime fortement ralenti, surtout si-à ce moment on dispose de la vapeur d'échappement de la pompe à air. Mais, le parcours à modérateur fermé ou l'arrêt est d'une certaine durée, il faut arrêter la pompe et employer l'injecteur en cas de besoin pour alimenter.
La pompe à eau sera maintenue en marche pendant tout le temps que la locomotive roule à modérateur ouvert, sinon il peut arriver que la vapeur d'échappement des cylindres échauffe jusqu'au delà de 100° l'eau immobile dans les tubes du réchauffeur. Cette forte élévation de température, survenant en même temps que l'eau est arrêtée dans les tubes favorise beaucoup la séparation et le dépôt des incrustations dans les tubes, spécialement aux points qui sont les plus directement frappés par la vapeur lorsqu'elle pénètre dans le corps du réchauffeur. De plus, comme on peut difficilement éviter un certain manque d'étanchéité, de la soupape de retenue de la chaudière, l'eau de la chaudière passant dans la conduite de refoulement, provoque aussi la formation de dépôts dans les tuyaux. La pénétration d'eau chaude dans la pompe et dans la conduite d'aspiration a, en outre, pour conséquence d'amener la destruction rapide des cercles en ébonite du piston et de compromettre la sûreté du fonctionnement de la pompe car, lors d'un échauffement trop fort de l'eau de la conduite d'aspiration, il se produit des ratés dans l'aspiration. A la mise en train de la pompe, après une longue interruption de service, il faut ouvrir pendant une ou deux minutes le robinet de rentrée d'air placé sur la chambre d'aspiration, pour renouveler l'air du réservoir qui peut s'être échappé pendant l'arrêt. De même, on peut supprimer les chocs des soupapes, qui se produisent parfois quand la pompe marche vite en ouvrant momentanément le robinet de rentrée d'air. Il faut régler le niveau de l'eau dans la cloche à air en se servant du robinet de jauge. Si ce robinet laisse échapper de l'air d'une manière continue, cela indique que le niveau de l'eau est trop bas, s'il en sort un jet d'eau continu, le niveau de l'eau est trop haut. Dans les deux cas, on laisse le robinet de jauge ouvert ; dans le second cas, on ouvre aussi le robinet de rentrée d'air ; et cela jusqu'à ce que par le fonctionnement de la pompe l'eau ait pris son niveau normal. A ce moment, le robinet de jauge laisse échapper successivement de l'eau et de l'air. On ferme alors les deux robinets. Pour mettre la pompe en marche, il faut ouvrir prudemment le robinet de prise de vapeur, car pendant les premiers coups de piston l'air du réservoir se comprime progressivement ; au début, la pompe n'éprouve donc que peu de résistance et peut prendre un mouvement rapide même sous une faible pression de vapeur. Avant la mise en marche de la pompe, il faut s'assurer si la soupape d'interruption placée à l'entrée de la chaudière est ouverte ; car si cette soupape est fermée, la pompe produira dans le réchauffeur une pression exagérée et les pièces soumises à cette pression pourront être endommagées. Si la locomotive possède une tête d'alimentation de sûreté, la fermeture de la soupape d'interruption sera révélée par un fort jet d'eau lancé par la tubulure de sortie. Un jet d'eau plus faible indique ou bien que la soupape d'interruption n'est pas complètement ouverte ou bien qu'elle n'est pas étanche. Si lors d'un arrêt prolongé de la pompe par temps froid, on craint que le réchauffeur ne gèle, il faut le purger d'eau complètement. Dans ce but, on vide la conduite d'aspiration et la conduite de refoulement, puis les robinets de vidange et les robinets d'air de la pompe étant ouverts, on fait marcher la pompe pendant trois ou quatre minutes à sa plus grande vitesse. Quand toute l'eau a été évacuée ainsi du cylindre à eau et des boîtes à soupapes, on referme les robinets de vidange et les robinets d'air.
Pour purger l'eau du réchauffeur, il faut ouvrir les robinets de purge du réchauffeur, de la chambre de compression de la pompe et de la soupape d'alimentation.
Pour le réchauffeur plat, il faut ouvrir les deux robinets de purge sur le couvercle formant chambre d'eau afin de vider complètement le faisceau tabulaire et les chambres d'eau.
Entretien. - Le cylindre à vapeur doit être graissé au moyen d'huile minérale pure, comme on en emploie pour les machines à vapeur. La pompe à huile peut fournir de l'huile pour 8 à 10 heures de marche de la pompe.
Les boîtes à bourrage de la tige de piston ne doivent être serrées que dans la mesure où c'est nécessaire pour éviter les fuites de vapeur et d'eau. En serrant davantage les écrous, on augmente la résistance au frottement et on provoque ou favorise le broutement de la pompe.
La tige de piston est graissée par le cercle de feutre qui l'entoure et qu'il faut imbiber d'huile de temps en temps. Chaque pompe doit être démontée tous les six mois.
Les deux cylindres, de même que les plateaux de cylindres, et les soupapes sont passés dans une lessive de potasse bouillante et nettoyés à fond. Les cercles de pistons, qui parfois sont calés, seront rendus libres ; ils doivent pouvoir tourner facilement.
Fig. 151.
Comme cercles de pistons, on n'emploie que des cercles en ébonite. Avant de les couper, on les travaille avec une lime dure, les faces A (FIG. 151) de façon que l'ensemble puisse rouler à frottement doux dans la rainure du piston. Ensuite, les cercles sont sciés suivant un trait de coupe incliné à 45° Les sections sont polies à la lime ; puis chaque cercle est introduit dans le corps de pompe et les lèvres usées de façon qu'à leur point de contact il y ait un ressaut d'environ 1 m/m (FIG. 152).
Fig. 152.
Les cercles sont alors prêts à être mis en service ; on les plonge successivement environ pendant une minute dans de l'eau chauffée à 60 ou 80° pour les rendre flexibles et pouvoir les passer facilement par dessus le bord du piston. Celui-ci pourra être introduit dans le corps de pompe à l'aide d'un marteau ou d'un bloc de bois, après quelques heures de service, il prendra dans la pompe un mouvement doux, les cercles s'étant polis au contact de la paroi. L'enlèvement des cercles du piston doit se faire rationnellement en plongeant le piston dans l'eau chaude pendant quelques minutes jusqu'à ce que les cercles aient acquis la flexibilité voulue. Le remontage de la pompe doit se faire en posant les deux cylindres par leurs brides de fixation sur une taque bien dressée. Les cylindres sont ensuite boulonnés sur la partie centrale en veillant à ce que les brides de fixation restent bien dans le même plan. De petites différences peuvent âtre rachetées en serrant plus ou moins fortement certains boulons. Pour avoir une bonne étanchéité des plateaux de cylindres, il ne faut pas employer des joints de plus de 1 m/m d'épaisseur.
Quand la boîte à soupape est rapportée, on doit veiller au montage à obtenir une bonne étanchéité de la cloison qui sépare les deux canaux. Les fuites de ce joint seront révélées par une rainure qui donne passage à l'eau vers le haut ou vers le bas. Le nettoyage du réchauffeur sera effectué par l'atelier à l'occasion de la réparation et de la mise en état de la hl. ; on retirera le faisceau tubulaire et on lavera les tubes et l'intérieur du réchauffeur avec une lessive de soude. Mais, comme il arrive souvent que par suite d'une conduite défectueuse il se forme au fond du réchauffeur des dépôts d'huile et même de cambouis qui contrarient la circulation de la vapeur et la transmission de la chaleur, il conviendra de procéder à une visite plus fréquente du réchauffeur.
Pour nettoyer l'intérieur des tubes, on les souffle à la vapeur après les avoir au besoin préalablement débarrassés des incrustations au moyen de l'appareil Knorr. On est certain d'obtenir ainsi un enlèvement complet de tous les dépôts. Il est à recommander de procéder au nettoyage des tubes à intervalles réguliers, pas trop longs (2 à 4 mois suivant la qualité des eaux et le service imposé à la hl), de manière que les matières précipitées n'aient pas le temps de durcir. Si on le juge utile, on peut aussi au 3e ou 4e lavage de la hl. passer les tubes à l'eau sous pression et enlever ainsi déjà une certaine quantité de dépôts en formation. Les tubes qui sont fortement incrustés au point de rendre leur nettoyage difficile sans les démonter, seront remplacés ; les tubes neufs sont essayés à une pression de 25 atm. pour vérifier leur étanchéité. Pour sertir les tubes, on se sert de deux mandrins. Le mandrin 1 (FIG. 153), est profilé de façon à border légèrement le tube, ce qui l'empêche de sortir de la plaque quand on chasse le mandrin 2. Celui-ci est chassé de préférence au marteau pneumatique ; on le graisse d'abord soigneusement pour en faciliter le retrait et diminuer l'effet des chocs latéraux.
Fig. 153.
On peut découvrir facilement les fuites au sertissage des tubes soit en envoyant de l'eau sous pression dans la chambre de vapeur après avoir enlevé le plateau formant chambre d'eau, soit, si le faisceau tubulaire est démonté en envoyant l'eau sous pression dans la chambre d'eau. L'épreuve du faisceau tubulaire doit être faite par ce dernier procédé à une pression dépassant de 5 atm. celle de la chaudière chaque fois qu'on a remplacé des tubes défectueux ou qu'on a enlevé le plateau formant chambre d'eau et chaque fois avant de replacer le faisceau tubulaire dans le réchauffeur.
Deux systèmes de prises de vapeur ou modérateurs sont appliqués aux locomotives type Etat Belge.
A chacun des deux systèmes, les tuyaux de prise de vapeur (tuyau Crampton) se trouvent dans la chaudière. Dans la boite à fumée ou bien à l'extérieur, il y a les tuyaux de livrance.
Quand ces tuyaux se trouvent dans la chaudière et dans la boîte à fumée, la vapeur sur tout son parcours se trouve dans un milieu à haute température. La vapeur reste sèche et il n'y a pas de condensation. Par contre, les réparations à faire, aux tuyaux en question, dans la boîte à fumée et notamment dans la chaudière, présentent des difficultés et la durée d'immobilisation des moteurs est toujours prolongée.
Quand le tuyau ou le joint à l'intérieur de la chaudière est avarié, l'eau arrive dans les cylindres, c'est un inconvénient.
La partie inférieure des tuyaux de livrance, dans la boîte à fumée, se brûle. Quand il y a des fuites, aux tuyaux de livrance, notamment dans les parties supérieures, le tirage est contrarié, c'est aussi un inconvénient.
Avec les tuyaux de livrance extérieurs, l'entretien est plus facile, et leur durée est plus longue. Par contre, les pertes par condensation sont importantes lorsque les tuyaux sont mal protégés contre les courants d'air. Généralement, ces tuyaux sont à dilatation libre, leur raccord à la partie inférieure se fait au moyen d'un bourrage. Pour empêcher le tuyau de sortir de la boîte à bourrage, il est muni d'une partie saillante qui se trouve sous le presse-bourrage.
(FIG. 154). - Sur la longue barre C est calée la clef de commande G et le levier D. Les manivelles de D de rayons inégaux sont à angle droit. Les deux tiroirs A et B au moyen des bielles EF, sont entraînés par D. Le tiroir A ouvre le premier les lumières sa surface étant faible, la pression qu'il supporte est petite, sa manœuvre est facile. Quand il a démasqué les lumières, de la grande glissière B, la vapeur pénètre dans les tuyaux de prise de vapeur, etc. Le grand tiroir B, pressé des deux côtés par la vapeur est équilibré. Il ouvre alors les lumières de la tête du modérateur.
Fig. 154.
Lors de la fermeture du modérateur, le grand tiroir B referme d'abord les lumières de la tête du modérateur, et le tiroir A ne recouvre les lumières de B que quand celui-ci est à fond de course.
Les modérateurs à deux tiroirs plais superposés présentent les avantages ci-après :
Ce modérateur demande les soins d'ajustage et de montage suivants :
La soupape équilibrée à double siège A est reliée à la longue barre au moyen de la bielle C et de l'excentrique B. Celui-ci est calé sur la longue barre, il donne le mouvement ascendant et descendant à la soupape A.
Fig. 155.
La longue barre est mue également au moyen d'une clef.
L'admission de vapeur se fait par le siège supérieur et par le siège inférieur. La soupape offre donc un double passage pour la vapeur.
Ce modérateur présente certains avantages :
Ci-après les inconvénients :
Ce modérateur exige des soins particuliers, notamment pour le rodage et le réglage. Le rodage doit être très précis pour que la soupape porte bien simultanément sur ses deux sièges.
Le réglage doit être fait de façon que la clef de commande ne puisse faire un tour complet ce qui est dangereux. Une modification a été apportée au siège inférieur de la tête en vue de prolonger sa durée de service.
But, rendre la manœuvre facile et obtenir, en même temps, pendant la fermeture une pression suffisante pour assurer une-bonne étanchéité.
Fig. 156.
Le corps de la soupape, qui est creux, forme piston à sa partie inférieure dans une cuvette portée par la tête du modérateur. La tige de commande est montée à frottement doux et n'entraîne la soupape qu'après s'être déplacée d'une certaine quantité ; elle fait corps avec une petite soupape qui découvre une ouverture centrale par laquelle la vapeur pénètre dans la cuvette. Il suffit alors de développer un effort correspondant à la différence des surfaces pour ouvrir la soupape principale. A la fermeture, la petite soupape se ferme un peu après la grande et celle-ci se trouve appliquée sur son siège par la pression sur une large surface annulaire.
Une petite ouverture percée au fond de la cuvette sert à évacuer l'eau qui pourrait y avoir été condensée.
Avec les surchauffeurs, il est nécessaire de contrôler la température de la vapeur d'une façon continue, si on veut d'une part que ces appareils fonctionnent dans des conditions économiques, d'autre part, que leurs tubes ne soient pas exposés à des températures trop élevées et à une destruction trop rapide qui en serait la conséquence.
Pour établir ce contrôle continu, de la température, le meilleur procédé consiste à employer des thermomètres à cadran avec conduites de raccordement capillaires, dont les organes principaux sont en acier et contiennent du mercure ou un liquide, qui ont été adoptés presque partout à cet effet. Ils permettent au chauffeur de vérifier à chaque instant et sans quitter son poste ordinaire, la température de la vapeur surchauffée, et le mettent à même de conduire ses feux de façon à obtenir une surchauffe régulière.
La figure 157 représente, sous sa forme schématique, un appareil de ce genre qui se compose d'un réservoir à mercure a, d'une conduite capillaire b et d'un ressort d'indicateur c, le tout en acier.
Fig. 157.
Le tube capillaire b, est formé d'un tube flexible en acier, de 5 m/m de diamètre extérieur à section capillaire d'environ 1/2 m/m de diamètre. A ce tube est fixé le ressort d'indicateur c, obtenu en aplatissant au laminoir un tube d'acier (voir en d la section), en le cintrant en forme de ressort et en le trempant ensuite. Le mercure, sous haute pression, remplit complètement les parties a, b et c. On l'introduit par une tubulure filetée de remplissage. La quantité de mercure contenue dans les tubes b et c doit être aussi faible que possible par rapport à celle contenue en a.
Quand on chauffe le réservoir a, le mercure se dilate, la pression intérieure augmente et se transmet par b au ressort tubulaire c. Ce ressort se déroule sous l'effort de la pression, de façon analogue à ce qui se passe pour le ressort des manomètres Bourdon ; ce mouvement entraîne celui de l'aiguille (voir la position indiquée en pointillés sur la figure 157). On gradue l'échelle du thermomètre par comparaison avec un autre thermomètre. Cette échelle est généralement circulaire, forme couramment adoptée pour les manomètres des chaudières à vapeur. Quant au ressort d'indicateur c, il peut recevoir diverses formes, celle la plus simple et la plus naturelle de la figure 157 n'est pas employée en raison de son peu de stabilité.
Fig. 158.
Le ressort de la figure 158, a le même mode d'action que celui de la figure 157, mais, son prolongement se recourbe en une branche concentrique à la première et dont l'extrémité libre est légèrement infléchie vers l'intérieur. Cette disposition procure une plus grande stabilité qu'on peut modifier, en cas de besoin, dans de certaines limites en changeant la courbure de l'extrémité libre du ressort. Le mouvement du point A est transmis à l'aiguille.
Nouveau modèle à double conduite capillaire pour la compensation automatique des erreurs d'indication pouvant résulter des oscillations de la température de la conduite.
Cette dernière construction, qui représente un perfectionnement notable de l'ancien système, résulte spécialement des expériences recueillies dans le service des hl.
La température des locaux, dans lesquels se trouve la conduite capillaire dans les installations fixes, ne varie pas notablement. Par suite, il ne se produit pratiquement aucune erreur sensible, quand même cette conduite capillaire a une très grande longueur, lorsque le réglage a été fait une fois pour toutes au moyen des dispositifs à ce destinés.
Au contraire, dans les hl, il peut se produire à de courts intervalles de temps, de notables oscillations de température de la conduite capillaire par suite du vent, de l'état de l'atmosphère et de la vitesse de la marche.
Rendre les indications du thermomètre indépendantes de ces variations et limiter à des cas spéciaux l'emploi de l'appareil de réglage, tel est le but du compensateur automatique du nouveau modèle de thermomètre Steinle et Hartung.
Fig. 159.
La figure 159 représente schématiquement les organes d'un thermomètre de ce genre et montre le principe de la compensation.
L'instrument est une combinaison de deux thermomètres ; un thermomètre principal a b1 c1 et un thermomètre de correction b2 c2. Ce dernier se compose d'une conduite b2 de même longueur que b1 et d'un ressort tubulaire c2 identique à c1 comme dimensions et comme construction. La conduite b2 n'aboutit cependant à aucun plongeur ; elle est soudée à son extrémité. Les deux thermomètres sont uniformément remplis de mercure et leurs deux ressorts d'indicateurs actionnent en commun l'engrenage d'une aiguille. Cet engrenage est construit suivant un système différentiel, c'est-à-dire que l'aiguille n'effectue qu'une rotation correspondant à la différence de mouvement de deux ressorts. Dans la boîte du cadran, le bâti r seul, qui porte l'axe w de l'aiguille, est fixe. Le balancier S oscille librement sur ce dernier ; son extrémité est reliée par une bielle au point A2 avec le ressort C2. Vers le milieu de sa longueur, ce balancier porte un pivot B sur lequel tourillonne un secteur denté Z, engrenant avec le petit pignon t calé sur l'axe de l’aiguille. L'extrémité opposée du levier du secteur denté, au point A1, est reliée par une bielle au ressort indicateur C1, alors que Al se déplace vers le haut, l'aiguille tourne dans le sens de l'aiguille d'une montre ; si Al et A2 se déplacent de la même quantité vers le haut, aucun mouvement ne se transmet à l'aiguille. Les ressorts d'indicateurs Cl et C2 et les conduites b1 et b2 étant juxtaposés et recouverts par la même enveloppe, ils seront toujours soumis à la même température. Quand cette température, en provoquant la dilatation du mercure contenu dans la conduite et le ressort tubulaire, détermine une extension ou une contraction de ce ressort, ce mouvement doit être le même pour les deux ressorts Cl et C2, et, en raison de ce que l'on vient de dire, les indications se compensent ; l'aiguille ne se déplace que si la température du plongeur a se modifie, parce que le ressort principal C1 reçoit une tension exactement proportionnelle à la différence de température et supérieure à celle du ressort de correction C2. Pour des raisons pratiques, on a adopté ici la forme représentée figure 158 pour les ressorts principaux et de correction (voir FIG. 160).
Le dispositif de réglage f de la conduite principale a été conservé pour permettre de compenser facilement la diminution de pression du mercure causée par le remplissage, après réglage, des porosités de l'acier ; cette baisse de pression provoquant un léger relâchement du thermomètre. L'excédent de mercure existant dans la conduite b1 par suite de la présence du dispositif de réglage f est compensé par une quantité égale contenue dans le manchon de remplissage de la conduite b2.
La simplicité dans l'aspect extérieur de l'appareil est fidèlement conservée ; les deux conduites reçoivent une bande d'isolation commune à l'asphalte qui les protège contre la rouille et l'humidité. La connexion aux boîtes de régulateur se fait par bride ou douille filetée. Le contrôle de la précision du thermomètre, en vue du réglage, peut se faire de différentes manières.
Fig. 160.
Il suffit de placer le plongeur dans la vapeur saturée à une pression connue. Ci-après les températures en chiffres ronds de la vapeur jusqu'à 14 atmosphères de pression effective :
| Pression effective en atmosph. (kg. par c/m²) | |||
| Température en degrés C. | |||
| 1 | 120° | 8 | 174° |
| 2 | 133° | 9 | 179° |
| 3 | 143° | 10 | 183° |
| 4 | 151° | 11 | 187° |
| 5 | 158° | 12 | 191° |
| 6 | 164° | 13 | 194° |
| 7 | 169° | 14 | 197° |
On peut aussi effectuer le réglage du point 100° dans de l'eau bouillante.
Pour vérifier plusieurs températures, on se sert d'un thermomètre de contrôle, soit d'un thermomètre à mercure en verre qui peut être employé sans difficulté jusqu'à 400°, soit d'un court thermomètre à mercure en acier avec cadran du modèle des pyromètres de locomotives. La comparaison pour le point 100° se fait le plus simplement dans l'eau bouillante ; un bain de sable convient très bien pour les températures de 100 à 400°, et un bain métallique (plomb avec légère addition d'étain) entre 250 et 400°. Dans ces comparaisons, il faut simplement avoir soin de contrôler les températures pendant que le bain se refroidit ; et d'agiter constamment celui-ci pour maintenir une température uniforme. Il ne convient pas de faire les essais comparatifs pendant que le bain s'échauffe, parce qu'il existe des irrégularités de température assez grandes d'un point à un autre du bain. Les pyromètres des locomotives à surchauffe sont sujet à se dérégler, lorsque la pression du mercure enfermé dans le réservoir et la conduite capillaire vient à varier.
Ces modifications de pression se produisent à la suite notamment d'une pénétration du mercure dans les petites porosités de l'acier après la fermeture et réglage de l'appareil. Ce phénomène est connu sous le nom de relâchement du pyromètre. En vue de parer à cet inconvénient, la plupart des pyromètres sont munis d'un dispositif qui permet de procéder sur place et sans travail appréciable à un nouveau réglage.
C'est ainsi que les pyromètres de la maison Schaeffer et Budenberg portent sur la boîte-enveloppe du cadran gradué une petite plaque A (schéma 161) fixée par deux vis ordinairement réunies par un fil plombé. En enlevant cette plaque, on découvre une saillie carrée sur laquelle il suffit d'agir à l'aide d'une petite clé à moufle ou d'une tige en fer convenablement entaillée pour déplacer légèrement la spirale remplie de mercure. Suivant le sens de la rotation, l'aiguille indicatrice montera ou descendra.
Fig. 161 et 162.
Quant aux appareils de la firme Steinle et Hartung, marque Socius, le dispositif de réglage y est monté sur la conduite capillaire de mercure, en X (schéma 162) à quelques décimètres du cadran. Il consiste essentiellement en un couvercle A (schéma 163), lequel une fois dévissé découvre une vis p dont la tête est percée d'un trou. Cette vis agit sur une membrane élastique S qui permet d'accroître ou de diminuer la pression du mercure dans la conduite capillaire b et par suite de modifier dans l'un ou l'autre sens la position de l'aiguille indicatrice. La rotation de la vis de réglage s'obtient aisément en passant une broche dans le trou percé dans la tête de la vis.
Fig. 163.
A froid, l'aiguille du pyromètre devra être ramenée à 0, si elle ne s'y place pas d'elle-même ; à chaud, les indications de l'aiguille doivent être mises en concordance avec celles du thermomètre de contrôle (FIG. 164). Il faut toujours se rappeler que la conduite de ces instruments se compose d'un tube capillaire en acier rempli de mercure à haute pression ; quand la conduite est brisée, le thermomètre cesse de fonctionner, car la pression du mercure disparaît. On reconnaît le manque de pression du mercure à l'inertie absolue de l'aiguille pour toute variation de température. L'instrument doit être alors envoyé en réparation.
Fig. 164.
Pour éviter les ruptures de la conduite, on veillera à ne lui faire faire aucun angle vif dans la pose, et on s'en tiendra à un rayon de courbure minimum de 5 cm ; abstraction faite des pliages à angle vif, la conduite est flexible à volonté et peut être posée comme un câble.
Fig. 165.
Cet appareil est basé sur le principe de physique bien connu, à savoir :
Que la tension d’une vapeur saturée est fonction seulement, de sa température et est indépendante du volume qu'elle occupe.
Voilà un principe qui a, au moins le mérite de n'être contesté par personne, tandis qu'il n'en est pas de même des propositions fondamentales sur lesquelles reposent les thermomètres à dilatation.
L'ampoule S est la seule partie du système qui soit pratiquement sensible à la chaleur.
L'aiguille de l'appareil ne fait qu'un léger mouvement, puis revient rigoureusement à sa position primitive, quand, après avoir préalablement enroulé le tube flexible en un faisceau de spirales, on le plonge tout entier dans un bain ayant une température comprise entre les deux limites extrêmes de température entre lesquelles doit fonctionner l'appareil, l'ampoule restant, dans cette expérience, à température constante.
L'aiguille ne se met en marche que si cette ampoule est elle-même plongée dans le bain.
K appareil de réglage.
Fig. 166.
Chaudière représentée en coupe transversale (FIG. 166).
L'eau A se trouve chauffée d'une manière quelconque ; la température étant suffisamment élevée, la vaporisation se produit et la vapeur formée vient remplir l'espace B qui forme la chambre de vapeur.
Cette vapeur agit à la façon d'un ressort sur la paroi de la chaudière et cette action mesure la tension de la vapeur.
On évalue cette tension en atmosphères ou en kilog.
Une atmosphère correspond à une charge de 10330 kg. par mètre carré de surface, ou de 1,033 kg. par centimètre carré.
A l'extérieur de la chaudière agit la pression atmosphérique qui correspond à une atmosphère et qui vient en aide à la paroi de la chaudière pour résister à la tension de la vapeur. Si on retranche cette pression atmosphérique de la tension de la vapeur, on obtient la pression effective de la vapeur. La pression effective est donc toujours égale à la tension ou pression absolue diminuée d'une atmosphère.
Les tensions ou pressions sont déterminées en atmosphères, en kilogr., au moyen de manomètres.
Si l'on chauffe de plus en plus l'eau A, contenue dans la chaudière, de nouvelles quantités de vapeur se forment et viennent se loger dans l'espace B. On constate en même temps, par le thermomètre et le manomètre, que la température de la vapeur B est toujours égale sensiblement à la température de l'eau A et qu'elle augmente de plus en plus avec la tension ou pression de la vapeur B.
La chaleur latente de vaporisation se détermine toujours par la formule de Regnault.
Rappelons ce que l'on entend par chaleur latente de vaporisation.
Chauffant de l'eau contenue dans un vase ouvert dans sa partie supérieure, la température de cette eau augmente graduellement jusqu'au moment où le thermomètre centigrade marque 100°. A partir de ce moment, si l'on continue à chauffer, le thermomètre accuse constamment la température 100° pour l'eau du vase ; la chaleur fournie à cette eau sert alors à faire passer celle-ci de l'état liquide à l'état de vapeur. C'est cette chaleur que l'on désigne sous le nom de chaleur latente de vaporisation. Nous pouvons nous rendre compte de son importance, en faisant usage de la relation suivante, qui est la formule de Regnault :
C = 606,5 + 0,305 T.
C est le nombre de calories qu'il faut fournir à un kilogr. d'eau, pris à une température de 0°, pour en faire de la vapeur à T°.
Si l'on fait T = 100° (c'est le cas de la vaporisation à l'air libre), on a : C = 637 calories.
Or, pour chauffer simplement un kilogr. d'eau de 0° à 100°, il faut 100 calories. Pour transformer le kilogr. d'eau à 100° en vapeur à 100°, il faut donc lui fournir 637 - 100 = 537 calories ; on voit que cette quantité de chaleur latente est loin d'être une quantité négligeable et qu'il y a une différence considérable entre un même poids de vapeur et d'eau chaude à la même température, au point de vue de la quantité de chaleur qui s'y trouve contenu et par conséquent de la quantité de travail que l'on peut en retirer.
Pour fixer les idées, nous donnerons quelques valeurs dans le tableau suivant :
| Tension de la vapeur en atmosphères. | Pression de la vapeur en atmosphères | Température de la vapeur en degrés centigrades | Nombre de calories donné par la formule de Regnault | Chaleur latente de vaporisation | Volume occupé par un kilogr. de vapeur en litres |
| 1 | 0 | 100 | 637 | 537 | 1700 |
| 4 | 3 | 144 | 650 | 506 | 475 |
| 7 | 6 | 165 | 657 | 492 | 285 |
| 10 | 9 | 180 | 661 | 481 | 207 |
Ce tableau permet de tirer quelques conséquences importantes :
Nous remarquerons tout d'abord qu'il faut presque la même quantité de calories pour produire un kilogr. de vapeur (4e colonne), quelle que soit la pression de la vapeur, celle-ci ne sortant pas des limites ordinaires de la pratique.
(La calorie, unité de chaleur, c'est la quantité de chaleur qu'il faut fournir à un kilogr. d'eau pour que sa température augmente de un degré du thermomètre centigrade.
Un kilogr. de houille ordinaire dégage environ 8000 calories en brûlant complètement).
Mais, il ne faut pas perdre de vue que la densité de la vapeur change rapidement avec la pression, comme l'indique la sixième colonne du tableau. Ce que l'on gagne en pression on le perd donc en volume.
Nous voyons aussi que la chaleur latente de vaporisation diminue en même temps que la pression augmente, ce qui est rationnel, car la densité de la vapeur augmente.
La vapeur produite dans les conditions que nous venons d'indiquer est dite vapeur saturée ; si on lui enlève de la chaleur, une partie de cette vapeur repasse à l'état liquide, se condense.
On appelle vapeur surchauffée, toute vapeur séparée de son liquide générateur et portée à une température supérieure à celle qui correspond à sa saturation.
Cette vapeur ne se liquéfie pas du moins par les procédés ordinaires tant qu'elle est désaturée.
Lorsqu'une masse de gaz permanents ou vapeur surchauffée change de volume, si on la comprime ou si on la fait détendre, par exemple dans un cylindre, sa force élastique, sa température et ce volume varient dans des proportions définies qui sont fixées par la loi de Mariotte et qui s'énonce ainsi :
La pression d'une musse de gaz donnée varie en raison inverse de son volume, pourvu que sa température reste constante.
Exemple :
Un réservoir contient 50 litres de gaz à une pression de 10 kg., le volume réduit à 1 litre de gaz, la pression sera de 50 x 10. Le volume ramené à 100 litres de gaz, la pression sera de 
kilogrammes.
Si on diminue de moitié le volume primitivement occupé par les gaz, on aura :
50 litres à une pression de 10 kilogr.
1 litre à une pression de 50 x 10
25 litres à une pression de 
kilogr.
La pression est doublée, bien entendu la température restant invariable.
Lorsque la vapeur saturée se détend dans un cylindre de hl, elle ne se comporte pas tout-à-fait ainsi, parce que sa température va alors en diminuant ; toutefois, la différence est peu sensible, et on considère habituellement que cette détente s'opère suivant la loi de Mariotte.
Si dans les trois phases que l'on vient de considérer, on multiplie le volume occupé par le gaz par la. pression correspondante,, on obtient les résultats suivants :
Premier cas - 50 x 10 = 500
Deuxième cas - 100 x 5 = 500
Troisième cas - 25 x 20 = 500
qui montrent que le produit du volume d'une masse gazeuse par la pression correspondante est le même, quelle que soit cette pression.
La vapeur surchauffée à la température de 320° à 350° donne de très bons résultats dans les hl à simple expansion.
La réduction de frottement dans les tuyaux et les conduites des cylindres, la diminution de la densité et l'augmentation de volume sont la source d'une réduction de la dépense de vapeur, et dès lors, en vue de renforcer la puissance de traction des moteurs, les admissions de vapeur aux cylindres peuvent être allongées.
Mais, pour éviter dans ce cas les pertes inhérentes aux hl à simple expansion et dues à la détente incomplète, il est rationnel de conserver à ces admissions leurs valeurs normales en accroissant les volumes des cylindres.
EXEMPLE : Les diamètres des cylindres qui étaient de 470 m/m aux hl type 32 à simple expansion et à vapeur saturée ont été portés à 500 m/m aux hl type 32 à simple expansion à vapeur surchauffée.
REMARQUE. - La surface doit être moins poussée dans les hl compound à vapeur surchauffée parce que le refroidissement par l'effet des parois est moindre dans chaque cylindre.
Les économies de charbon et d'eau que procure la surchauffe proviennent essentiellement de l'augmentation du volume de la vapeur sons pression constante, de la réduction ou suppression des condensations aux cylindres et de la vaporisation de l’eau entraînée dans les éléments surchauffeurs.
Tableau donnant les économies d'eau et de charbon que procure l'augmentation de volume aux divers degrés de surchauffe, la pression étant de 13 kg. à la chaudière.
| Température de surchauffe | Economie % | Température de surchauffe | Economie % | ||
| eau | charbon | eau | charbon | ||
| 200°C | 2.5 | 2 | 260° C | 16 | 12 |
| 210° C | 5 | 2,5 | 270° C | 18,5 | 13 |
| 220° C | 8 | 5 | 280° C | 20.5 | 14.5 |
| 230° C | 10 | 7 | 290° C | 22 | 16 |
| 240° C | 12.5 | 9 | 300° C | 24 | 17 |
| 250° C | 14.5 | 10 | 350° C | 34 | 24 |
Comme on le voit, l'économie augmente avec le degré de surchauffe.
Un calcul analogue fait pour des pressions de 11, 9 et 7 kg. et une surchauffe à 300° donne les résultats consignés dans le tableau ci-après :
| Tension de vapeur | Température de la vapeur saturée | Température de surchauffe | Degrés de surchauffe | Economie % | |
| eau | charbon | ||||
| 13 kg. | 190,57° C | 300° C | 109,43° C | 24 | 17 |
| 11 kg. | 183,05° C | 300° C | 116,95° C | 25,5 | 18 |
| 9 kg. | 174,38° C | 300° C | 125,62° C | 27 | 19,5 |
| 7 kg. | 164,03° C | 300° C | 135,97° C | 29 | 21 |
Il résulte de ce tableau qu'à la plus haute surchauffe, c'est-à-dire, à celle qui est réalisée par la plus faible pression de vapeur, correspond la plus grande économie en eau et en charbon, d'où cette première indication que l'on n'a pas en général, avec la vapeur surchauffée, intérêt à marcher avec une pression élevée à l'admission.
Les deux tableaux qui précèdent sont basés sur une égale consommation de volume de vapeur saturée et surchauffée pour un même travail à produire, mais si, on établit le travail théorique de 1 kg. de vapeur saturée et 1 kg. de vapeur surchauffée à 300° en se basant dans les deux cas sur l'équation de la détente adiabatique, et si on recherche ensuite par cheval-heure le poids de vapeur dépensé et le nombre correspondant de calories, on trouve pour les économies théoriques en eau et charbon, les chiffres suivants (c p étant pris égal à 0,48) :
| Tension de la vapeur | Température de surchauffe | Economie théorique % | |
| eau | charbon | ||
| 13 kg. | 300° C | 10,99 | 3,95 |
| 11 kg. | 300° C | 13,33 | 6,13 |
| 9 kg. | 300° C | 14,96 | 7,21 |
| 7 kg. | 300° C | 16,75 | 8,56 |
Lorsque la vapeur venant de la chaudière arrive dans les cylindres, elle se trouve en contact avec des parois qui ont été refroidies par la vapeur de décharge ; comme elle est bonne conductrice de la chaleur, elle se condense en partie en abandonnant sa chaleur latente qui passe au métal du cylindre. Vers la fin de la détente et surtout au commencement de l'émission, l'eau condensée est revaporisée par la chaleur cédée par les parois du cylindre, qui ont alors atteint une température plus élevée que celle de la vapeur d'échappement, et cette chaleur reprise aux cylindres s'écoule en pure perte dans l'atmosphère.
L'importance des condensations varie avec le timbre, le développement des surfaces refroidissantes et le degré de détente : elle peut atteindre jusqu'à 50 % du poids total de vapeur qui sort de la chaudière.
En chauffant suffisamment la vapeur saturée dans un surchauffeur en communication avec la chaudière qui maintien sa pression constante, on en fait en quelque sorte un gaz parfait dont la propriété est d'être mauvaise conductrice de la chaleur et de se prêter mal aux échanges de calorique entre la vapeur et les cylindres.
Cette propriété n'est réellement atteinte que pour autant que la vapeur ne contienne plus de particules humides, car celles-ci non seulement refroidissent les particules surchauffées, mais leur conductibilité contribue au refroidissement du mélange. Une économie appréciable ne commence à se manifester qu'à partir d'une surchauffe d'au moins 50°, pour augmenter rapidement ensuite, et il est nécessaire que la température moyenne dans la boîte à tiroir atteigne 300° centigrades pour que la vapeur surchauffée soit homogène, c'est-à-dire ne contienne plus de particules humides ou saturées, et à partir de 320° de surchauffe toutes les condensations, même dans la machine à simple expansion, sont supprimées.
La chaleur absorbée par les parois des cylindres est alors fournie par un abaissement de la température de la vapeur au lieu de l'être par la condensation. Si la vapeur est fortement surchauffée, il peut même y avoir de la surchauffe à l'échappement, mais, même dans ce cas, les échanges de chaleur qui s'opèrent à chaque tour entre la vapeur et la matière des cylindres sont incomparablement moindres que s'il s'agissait de vapeur saturée ou de vapeur insuffisamment surchauffée susceptible de se condenser pendant le cycle : la température moyenne du cylindre reste plus élevée. D'où une économie appelée économie due à la température provenant de ce que la vapeur a été portée à un degré de surchauffe tel qu'elle peut se refroidir sans condensation.
Lors d'essais faits par l'inventeur, il a été constaté que pour chaque pour cent de vapeur condensée à la fin de l'admission avec la vapeur saturée, il faut 4° de surchauffe de la vapeur introduite pour éviter toute condensation jusqu'à ce point. Quand il se condense 25 % de vapeur saturée pendant l'admission, il faudrait 100° de surchauffe pour qu'elle se maintienne sèche. Si on suppose que chaque cylindrée correspond à un kilogr. de vapeur, l'admission totale aura été, avec 25 % de condensation, de 1/0.75 = 4/3 kilogr. : chaque kilogr. de vapeur à 13 kilogr. de pression nécessitant 664 calories pour sa production, la transformation en vapeur de 4/3 kilogr. d'eau absorbera 
calories. Avec la vapeur surchauffée de 100°, 1 kilogr. ne nécessitera que 664 + (0.54 x 100) = 718 calories, d'où une économie de 
du fait que la température de la vapeur est assez élevée pour pouvoir se refroidir sans condensation immédiate.
Comme correctif à ce qui précède, il y a lieu de tenir compte de ce que :
Surchauffeur Schmidt placé dans les tubes à fumée
Il est généralement constitué par trois rangées de tubes en acier doux étirés sans soudure de 127 x 118 m/m de diamètre, occupant la partie supérieure du faisceau tubulaire. Du côté du foyer, ces tubes sont doublement rétrécis ; dans le principe, ils étaient vissés dans la tôle tubulaire du foyer ; par la suite, les bouts des tubes, tournés lisses, étaient fixés par mandrinage et rivetage du bourrelet. Le mode de fixation pratiqué en dernier lieu de façon générale est celui représenté figure 167.
Fig. 167et 1671.
Mode de fabrication. - L'extrémité du tube est dégrossie et porte des rainures faites au tour.
Le trou dans la tôle tubulaire est lisse sans rainures.
Le tube est chassé dans la tôle tubulaire.
Au mandrinage les parties saillantes du tube pénètrent dans le cuivre de la tôle tubulaire et forment ainsi un point bien étanche.
Le tube est rivé à froid.
Dans chaque gros tube à fumée sont disposés deux éléments de surchauffe constitué chacun de deux tubes de 34 x 27 m/m en acier doux sans soudure. Les tubes de surchauffe sont vissés du côté du foyer dans des boîtes en acier coulé (culotte) décroissées deux à deux et ayant 12 m/m d'épaisseur au centre dans !a partie exposée à l'action directe de la flamme.
La distance de l'extrémité de la culotte à la plaque tubulaire du foyer varie de 0.66 à 0.75 m., suivant le type de la machine.
Les tubes s'infléchissent dans la boîte à fumée et leurs extrémités sont maintenues dans des brides fixées par quatre boulons à un collecteur de vapeur. L'étanchéité des brides est assurée au moyen de joints en amiante trempés dans de l'huile de lin et recouverts ensuite d'une légère couche de minium de fer également dilué dans de l'huile de lin.
Ce joint est remplacé par le joint s/Goedze en cuivre profilé, sans couture, avec amiante graphité.
Chemins de fer de l'État belge. Joint reliant le collecteur du surchauffeur à la tôle tubulaire.
Fig. 168.
Les tubes de chaque élément sont maintenus à leur écartement au moyen de cales venues de coulée avec les culottes qui les assemblent. Le centre de chaque élément est placé au-dessus du centre du tube, en vue de faciliter le ramonage.
Les tubes U, destinés à la circulation de la vapeur à surchauffer, mettent en communication par leurs extrémités les deux compartiments d'un collecteur contenant l'un de la vapeur saturée, l'autre de la vapeur surchauffée. Ce collecteur est placé dans le haut de la boîte à fumée, contre la tôle tubulaire ; il prend appui sur deux cornières rivées à la boîte à fumée, et son contact avec celle-ci doit être bien assuré au montage, afin qu'il ne pèse pas sur le joint qui le relie à la tôle tubulaire. Dans le but d'assurer une certaine mobilité à l'ensemble de l'installation, ce joint est en lentille (FIG. 168).
Dans la boîte à fumée, les extrémités des tubes de surchauffe sont enfermées dans une chambre en tôle. Pendant la marche à vide, il ne circule pas de vapeur dans les petits tubes de surchauffe et le passage des gaz dans les gros tubes est entravé par un clapet obturateur maintenu fermé par des contrepoids.
Dès qu'on ouvre la prise de vapeur, le clapet de l'étouffoir s'ouvre sous l'action d'un petit piston à vapeur automatique en communication avec le tuyau de livrance. La course de ce piston et par suite l'ouverture du clapet est réglable au gré du machiniste à l'aide d'une manœuvre à main.
A rencontre de ce qui est fréquemment réalisé, le clapet de l'étouffoir des hl de l'Etat Belge est d'une seule pièce et s'ouvre du haut vers le bas. Sa position limite est légèrement en dessous du plan horizontal de manière à ne pas entraver le tirage des tubes inférieurs tout en facilitant la descente des escarbilles dans la boîte à fumée.
Le courant gazeux sortant des gros tubes, s'écoule en ligne directe vers la cheminée sans avoir à s'infléchir pour se redresser ensuite, on ne constate pas d'accumulation de cendrées dans les gros tubes de surchauffe.
Fig. 169.
Le surchauffeur Schmidt (FIG. 169) se présente comme un appareil rationnellement conçu. La vapeur venant de la chaudière est envoyée dans une série de tubes de petit diamètre ; elle y circule une ou deux fois dans chaque élément en double parcours et à grande vitesse (la section des éléments n'est que le vingtième en moyenne de la surface du piston). La division de la vapeur en filets minces est particulièrement propice à la haute surchauffe de toutes les particules, en même temps que la grande vitesse assure le refroidissement des parois et la conservation des tubes.
Le surchauffeur est constitué d'éléments multiples, simples, indépendants, facilement accessibles et démontables, à libre dilatation.
Le ramonage des gros tubes n'offre aucune difficulté.
Le machiniste est absolument maître de l'intensité de la surchauffe ; il la règle suivant le travail que doit donner la hl.
Dès que le modérateur est fermé, les gaz du foyer cessent automatiquement de traverser l'appareil.
La vapeur surchauffée passe du collecteur aux cylindres sans chute de température.
Bien que logé dans le corps cylindrique, le surchauffeur forme un appareil indépendant de la chaudière. Solidement constitué, il assume le rôle de porter la température de la vapeur de 190° jusque 350° ; la chaudière proprement dite, c'est-à-dire, l'organisme le plus coûteux et le plus compliqué, ne supporte aucune fatigue additionnelle : elle se borne à fournir de la vapeur saturée à la même température qu'avant l'application du surchauffeur.
Fig. 170.
Les essais auxquels il a été procédé ont établi la supériorité de ce dispositif sur le premier (FIG. 169).
Le nouveau dispositif constitue donc une amélioration. La vitesse de la vapeur y étant accélérée (elle circule dans chaque élément deux fois en double parcours) l'inventeur estime qu'il en résulte un brassage plus intime des particules de vapeur encore humides et des particules déjà surchauffées, un meilleur refroidissement des tubes et une plus longue durée de ceux-ci.
Les extrémités des tuyaux de chaque élément sont coudées dans la boîte à fumée et mandrinées dans une bride commune horizontale fixée par un boulon central vertical au collecteur.
Quand les stationnements sont fréquents et longs, comme c'est le cas pour certaines catégories de trains de marchandises, la surchauffe se comporte d'une façon moins économique. Les observations suivantes ont été relevées sur un train de marchandises d'Anvers à Schaerbeek (41 kilomètres) comprenant dix arrêts intermédiaires de dix minutes au minimum ; ce train était remorqué par une locomotive type 32 fonctionnant à 30 % d'admission. La température maximum de la vapeur surchauffée a été de 270° : pendant les stationnements, le surchauffeur se refroidit et l'aiguille tombe à 200°. Ce n'est que lentement que la température remonte après l'ouverture du modérateur.
Sur les sections courtes, de 2 à 3 kilomètres, le maximum n'a été que de 250°, tandis qu'avec la même machine, en train direct, charge 860 tonnes, cran d'admission 40 %, la température de surchauffe s'est maintenue entre 275 et 290°, le taux de 275° ayant été obtenu après quinze minutes de marche.
La surchauffe est donc surtout recommandable pour les longs parcours sans arrêts et elle est d'autant plus avantageuse que la machine fournit un travail plus considérable ; elle est encore recommandable, mais à un degré moindre, pour les trains de banlieue à forte composition et à arrêts fréquents mais courts. Son efficacité diminue beaucoup quand il s'agit de trains légers de banlieue ou de trains de marchandises à arrêts rapprochés de quelque durée.
La supériorité des locomotives à surchauffe ne dépend pas seulement de l'espèce de trains desservis : elle est également, liée au profil des lignes parcourues. Les lignes de niveau sur lesquelles le régime de la locomotive reste pour ainsi dire constant et ininterrompu conviennent bien aux locomotives à surchauffe. Les variations de température de la vapeur surchauffée y sont insignifiantes. Les exemples de trains directs de voyageurs et de marchandises entre Bruxelles et Anvers dont il est question ci-dessus en fournissent la démonstration, corroborée par d'autres essais entre Bruxelles et Ostende, ligne de niveau de 125 kilomètres, sur un train express de 275 tonnes et remorqué par une locomotive type 18 bis. La température de la vapeur surchauffée fut de 290° au kilomètre 6, de 300° au kilomètre 19 ; elle oscille ensuite entre 300 et 305° pendant tout le temps que le modérateur reste ouvert. Aux quelques fermetures pour ralentissement, la chute du pyromètre varie de 25 à 30°, mais l'aiguille remonte rapidement aux environs de 300° dès que la vapeur est réadmise.
Les lignes à rampes continues et accidentées sont également favorables à l'emploi de machines à surchauffe ; la vapeur atteint rapidement, sur les profils accidentés, une haute température de surchauffe. Les économies d'eau, ainsi réalisées, permettent d'espacer les réalimentations de la chaudière en rampes et d'éviter les chutes pernicieuses de pression qui en sont la conséquence habituelle.
Remarques. - L'expérience a démontré que les tuyaux de livrance en cuivre, aux hl à vapeur surchauffée, cèdent et se désemboîtent de leur collets. Les tuyaux de livrance aux hl à vapeur surchauffée, doivent être en fer homogène.
Fig. 171.
Tube à fumée et élément pour surchaufteur type « A ».
Tubes à fumée et éléments pour surchauffeur type « B ».
Tubes à fumée et élément pour surchauffeurs type « C » et « D ».
Fig. 172.
Fig. 173.
La fixation des éléments surchauffeurs dans la plaque tubulaire du collecteur se fait par simple dudgeonnage, comme le montre la figure 173. Ce dudgeonnage assure un joint parfait et évite l'emploi de brides, boulons, goujons, etc. Alors qu'un tube à fumée dudgeonné sur les plaques tubulaires d'une chaudière fait travailler ces plaques et les joints sous l'effet de la dilatation ; ici, au contraire, les éléments surchauffeurs étant libres à une de leurs extrémités, peuvent se dilater librement sans soumettre les joints à aucun effort.
Fig. 174.
Quoique la fixation des éléments surchauffeurs soit absolument parfaite, il est possible de démonter facilement ces éléments si l'on se sert des outils convenables. Après leur démontage, les éléments peuvent être remis en place par un nouveau dudgeonnnge. Ces opérations peuvent être répétées plusieurs fois sans que l'épaisseur des extrémités des tubes en soit altérée et sans que les trous des plaques des collecteurs en soient détériorés.
Les outils employés pour effectuer ces diverses opérations sont représentés sur la figure 174.
Quand une locomotive est destinée à un service comportant une marche fréquente à régulateur fermé, il est bon de la munir d'une soupape de circulation de vapeur dans le but d’assurer la bonne lubrification des surfaces frottantes (tiroirs, etc.) et d'éviter un échauffement des éléments surchauffeurs. A cet effet, une faible quantité de vapeur saturée venant de la chaudière est admise dans le collecteur, parcourt les éléments, passe dans les cylindres puis à l'échappement.
Fig. 175.
La figure 175 représente la soupape qui commande cette circulation, en combinaison avec le souffleur. Cette soupape est figurée à la position de fermeture. En tournant le volant à fond vers la droite ou vers la gauche, on actionne soit seulement le souffleur, soit à la fois le souffleur et la circulation de vapeur. La soupape se fixe sur la boîte à feu, à la place du robinet du souffleur ordinaire.
Dans les locomotives munies de surchauffeurs et plus spécialement celles de grande capacité, sujettes à entraînements d'eau, il est possible qu'une partie de cette eau, accumulée dans les éléments surchauffeurs, se vaporise ensuite après la fermeture du régulateur et occasionne une mise en marche intempestive de la machine.
Fig. 176.
Pour remédier à cet inconvénient, on prévoit une soupape de sûreté (FIG. 176), qui se fixe sur le côté de la boîte à fumée.
Cette soupape communique d'une part avec la boîte de vapeur et d'autre part avec l'échappement. Sa commande est mécaniquement liée à celle du régulateur, de telle sorte que lorsque le régulateur est fermé, la soupape de sûreté est ouverte ; inversement, quand le régulateur s'ouvre, la soupape de sûreté se ferme (Fig. 177).
Fig. 177.
Examen du mécanisme de la locomotive au point de vue pratique, ainsi que du mode de construction des principaux organes et leur groupement relatif.
Le mécanisme de la locomotive comprend les cylindres, les pistons, les bielles et les manivelles, les tiroirs, les coulisses, les excentriques et les appareils de changement de marche avec tous leurs accessoires. Il se compose en un mot de tous les organes qui utilisent la vapeur dans le but de produire le mouvement des roues de la locomotive.
La machine comporte deux, trois ou quatre cylindres, convenablement conjugués, dans lesquels la vapeur produit le mouvement rectiligne des pistons ; les tiges de ces pistons déterminent, au moyen de manivelles et de bielles, le mouvement de rotation des roues motrices.
Les cylindres sont horizontaux ou légèrement obliques ; ils sont groupés de manières différentes. Nous distinguerons :
Les cylindres intérieurs entretoisent eux-mêmes les longerons, l'assemblage de l'avant de la locomotive est compact et robuste ; les efforts exercés par la vapeur et par les masses en mouvement relatif sont à la distance minimum du plan médian longitudinal, ce qui atténue le mouvement de lacet.
Les cylindres intérieurs donnent lieu à une réduction sensible de l'usure des bandages et du châssis par rapport aux cylindres extérieurs. Par contre, les cylindres intérieurs doivent être inclinés pour permettre le passage des bielles motrices au-dessus de l'essieu d'avant chaque fois que celui-ci est de même diamètre et accouplé avec le train moteur ; cette inclinaison donne lieu à des perturbations également nuisibles à la stabilité de la locomotive. Cette cause produit un mouvement de galop, quand l'inclinaison des cylindres est faible ; cette action n'est pas trop sensible ; avec les cylindres fort inclinés qu'on avait anciennement adoptés sur quelques locomotives, elle était intolérable. De plus, avec les cylindres intérieurs on doit employer des essieux coudés dont la fabrication est plus coûteuse que celle des essieux droits pour cylindres extérieurs. Les essieux coudés fournissent des parcours moins élevés que les essieux droits avec contre-manivelles. (Voir avaries aux roues, essieux, etc.)
La visite et les réparations se font avec moins de commodité que dans les cylindres extérieurs. En ce qui concerne les cylindres extérieurs lorsqu'ils sont situés à l'avant de la locomotive et en porte à faux, les perturbations qu'on ne peut totalement annihiler dans certains cas deviennent maxima et dans le cas de vitesse excessive ou d'une voie défectueuse elles risquent de produire des déplacements sensibles et dangereux de la voie. L'effet nuisible de ces perturbations est atténué et même presque entièrement supprimé avec un grand empattement et l’emploi d'un bogie ou d'un essieu bissel à l’avant des cylindres, dispositions générales dans les locomotives actuelles. Si les cylindres extérieurs sont placés peu en avant du milieu de la locomotive, le lacet est également très atténué. Cette disposition se rencontre dans la plupart des locomotives compound à quatre cylindres ; les deux autres cylindres y étant intérieurs, on obtient ainsi une très bonne stabilité, malgré l'inclinaison des cylindres intérieurs ; d'ailleurs, au point de vue stabilité, c'est l'empattement de la machine qui est l'élément prépondérant.
Dans les locomotives à quatre cylindres, deux cylindres à l'intérieur et deux à l'extérieur, on a un bon auto-équilibrage des masses en mouvement alternatif.
Fig. 178.
Les cylindres sont munis à leurs extrémités de robinets purgeurs (FIG. 178) qui servent à expulser l'eau de condensation qui s'y est formée ou celle qui a pu être entraînée de la chaudière avec la vapeur. Ce purgeur s'ouvre automatiquement au moyen d'un ressort quand il n'y a pas de pression dans le cylindre. En cours de route il est manœuvré par tringle. Dans les locomotives à tiroirs cylindriques, ceux-ci ne pouvant se soulever, les fonds de cylindres sont munis de soupapes de sûreté (FIG. 179) destinées à laisser évacuer l'eau de condensation, etc.
Fig. 179.
Les soupapes de sûreté au diamètre de 60 m/m dont étaient munis les fonds et les couvercles des cylindres de locomotives à tiroirs cylindriques ont été reconnues insuffisantes. Des coups d'eau au démarrage s'étant produits, leur diamètre a été porté à 100 m/m.
Fig. 180.
Depuis la mise en service de cette dernière soupape, la situation s'est améliorée quant aux avaries. Au démarrage, il y a de fortes condensations, les éléments surchauffeurs n'étant pas suffisamment échauffés. Les locomotives à surchauffe ne conviennent donc pas pour la remorque de trains à arrêts longs et fréquents. Concurremment avec les soupapes de sûreté, les locomotives à surchauffe reçoivent à chaque cylindre l'application d'un conduit d'équilibre avec robinet interrupteur (by pass) (Fig. 180), manœuvré par le mécanicien, établissant la communication entre les deux faces du piston de manière à rendre aisée la marche de la machine, à modérateur fermé. On évite ainsi l'aspiration des gaz de la boîte à fumée, les compressions excessives et les chocs dans le mécanisme. Les conduits d'admission (tuyaux de livrance) sont aussi munis de reniflards (FIG. 181) pour éviter l'aspiration des gaz de la boîte à fumée dans les cylindres et permettent ainsi à l'air extérieur de pénétrer dans les dits cylindres, lors de la marche à modérateur fermé.
Fig. 181.
Les cylindres constituant une des parties essentielles de la locomotive, pour éviter la fatigue et le cisaillement des boulons d'assemblage des cylindres aux longerons, il est d'usage d'encastrer une partie en saillie bien dressée, venue de fonte avec la patte d'attache du cylindre et, qui s'ajuste exactement à l'intérieur d'une ouverture de même forme pratiquée dans le longeron. Des fissures aux longerons ont été constatées en a, b, c et d (FIG. 182). Pour les éviter, ces parties du cylindre seront arrondies et le longeron laissera un jeu de 1 m/m dans les congés en question.
Fig. 182.
L'assemblage des cylindres aux longerons au moyen de boulons à tête noyée est défectueux. On constate que les trous de boulons dans les cylindres et dans les longerons sont fortement ovales ; le remplacement de ces boulons est très onéreux. Au contraire, les boulons à tête plate se comportent très bien en service.
Fig. 183.
L'usure des cylindres (FIG. 183) présente deux inconvénients sérieux :
L'espace libre ne pourra être inférieur à 9 m/m. De plus, cet espace libre de 9 m/m ne pourra être diminué lorsqu'on reprendra le jeu aux coussinets d'une bielle motrice. Une bielle motrice augmente ou diminue de longueur quand on retire le jeu aux coussinets. (Voir bielles). La répartition du jeu (espace libre) dans le cylindre (FIG. 184), 9 m/m à l'avant et 11 m/m à l'arrière, est le jeu à donner dans le cas de bielles motrices qui diminuent de longueur quand on retire le jeu aux coussinets et inversement un jeu de 11 m/m à l'avant et 9 m/m à l'arrière sera donné dans le cas de bielles motrices qui augmentent de longueur par la reprise, du jeu aux coussinets.
Les épaisseurs suivantes peuvent être considérées comme limites d'usure :
Les chapelles viennent généralement de fonte avec leur cylindre respectif ; quand ces derniers sont intérieurs, les chapelles peuvent venir se raccorder dans l'axe longitudinal de la locomotive en ne formant qu'une seule capacité (hl T. 1, 15, 17, 18 et 32). Aux hl T. 31, les chapelles sont constituées par un cadre en fer qui vient faire joint sur la partie du cylindre entourant la table du tiroir ; cette disposition facilite le dressage des tables. Le volume des chapelles doit être suffisant pour y régulariser la pression et réduire les coups de bélier qu'y produit la fermeture des lumières d'admission des cylindres. Lorsque les chapelles ont un volume trop petit, la surpression lors de la fermeture des dites lumières, fatigue le tiroir et les articulations du mécanisme.
Les chapelles de grand volume donnent aussi à l'admission une pression mieux soutenue. Les tables de tiroirs occupent des positions très diverses suivant l'emplacement disponible et le système de commande du distributeur. On cherche à donner aux lumières la plus grande hauteur possible, afin de réduire leur largeur et, par suite, la course des tiroirs.
Les cylindres à chapelles verticales intérieures présentent certains inconvénients.
A mesure que le tiroir s'use, le jeu devient considérable entre le tiroir et la table. Le placement d'un ressort pour le maintenir contre la table quand le modérateur est fermé n'est pas pratique. Quand on ouvre le modérateur, le tiroir est fortement appliqué contre la table. Les chocs deviennent importants et provoquent des bris de tiroirs, ceux-ci ayant une épaisseur encore supérieure à la limite d'usure. Le redressage des tables intérieures est plus coûteux, le travail se faisant plus difficilement. Le placement d'appliques aux tables est très onéreux.
Fig. 185.
Le joint de jonction des cylindres entre eux est rarement étanche et la réfection du joint exige de grands frais. Le joint obtenu par le rodage des surfaces en contact ne donne pas de résultats. Un joint en cuivre laminé de 4 m/m d'épaisseur interposé entre les surfaces assemblées, donne de meilleurs résultats que le rodage sans faire usage de joint. Après le rabotage des surfaces du joint, on retouche légèrement à la lime la portée du joint extérieurement aux axes des trous des boulons, pour que le serrage du joint de cuivre se porte fortement sur la partie intérieure du joint, c'est-à-dire intérieurement aux boulons, donc du côté de l'intérieur de la chapelle (FIG. 185). Quand on fait emploi du joint en cuivre laminé, le rodage des surfaces rabotées n'est pas nécessaire ; il y a donc une grande économie de main-d'œuvre. De plus, on évite les grands frais de réfection du joint, réfection fréquente quand il n'y a pas de joint de cuivre laminé.
Ce dernier, après parachèvement, sera recuit ; préalablement à son placement définitif, c'est-à-dire à l'assemblage des cylindres, il sera recouvert des deux côtés d'une couche d'huile de lin bouillie.
Le placement des boulons exige des soins particuliers. Ils seront placés sans jeu, à frottement doux et serrés le plus fortement possible. Le joint de cuivre fera saillie de 2 à 3 m/m sur tout le contour, intérieurement et extérieurement, pour effectuer le matage.
Fig. 186.
Les corps de piston en acier forgé ou en acier coulé (FIG. 186) des locomotives anciens types, sont tournés parfaitement cylindriques d'après l'axe AB du trou conique qui doit recevoir la tige et à un diamètre extérieur plus petit de 3 m/m que le diamètre intérieur du cylindre, de façon que le piston laisse un jeu de 1 1/2 m/m dans le cylindre.
Le piston étant tourné à dimensions, on excentre son centre de 1 1/2 m/m vers le bas pour creuser les rainures qui doivent recevoir les cercles, de manière que le piston, après son placement dans le cylindre, repose sur les cercles dans le fond des rainures en B et que les cercles dépassent de 1 1/2 m/m le corps du piston sur toute la périphérie. Il se formera ainsi à la partie supérieure du piston un jeu de 3 m/m entre le fond de la rainure et le cercle. Le piston sera placé à froid sur la tige. Le cône de cette tige sera conditionné de telle façon que, engagé aussi profondément que possible, avant aucune opération de serrage, dans le trou du piston, il reste de ce cône 3 m/m n'ayant pu pénétrer et les parties en contact étant bien rodées. Les choses en état, quatre hommes agiront jusqu'à refus sur l'écrou au moyen d'une clef de 2 m. de longueur et, ce refus arrivé, le bout de la tige sera rabattu sur l'écrou.
Fig. 187
Ce corps de piston et les rainures destinées à recevoir les cercles de piston sont tournés concentriquement par rapport à l'axe AB de la tige. Le piston monté dans le cylindre laisse un jeu de 1 1/2 m/m entre le cercle et le fond de la cannelure sur tout le pourtour du corps de piston. C'est un piston flottant.
Fig. 188.
Diamètre des pistons, locomotives à vapeur saturée :
Fig. 189.
Le montage du corps de piston sur la tige, le rodage et l'assemblage doivent se faire dans les mêmes conditions que celles précitées, sauf qu'une clavette C ayant appui contre l'écrou sera chassée dur.
Fig. 190.
Le bout de la tige ne sera donc pas rabattu sur l'écrou. Les figures 186, 187, 188, 189, 190 et 191 donnent les indications essentielles pour la confection des corps de pistons non flottants et flottants des locomotives de l'Etat belge. La figure 191, piston de locomotive à surchauffe, donne la disposition de la clavette d'arrêt des cercles, la position et la forme des joints des cercles, l'endroit des trous de 3 m/m dans la rainure des cercles extérieurs et l'arrondi des cercles à l'extérieur. Les pistons non flottants (FIG. 186 et 189) reposent sur les cercles dans le bas du cylindre.
Fig. 191.
Le jeu nécessaire à la mobilité du piston dans le cylindre se trouve à la partie supérieure entre le tond des cannelures et les cercles. Lorsque le montage est parfait, le piston est guidé dans le cylindre, dans la boîte à bourrage et dans les guides de crosse de piston. Les bourrages ne sont pas mobiles. Les pistons flottants (FIG. 187, 188, 190, 191) ne reposent pas sur les cercles dans le cylindre. Le jeu nécessaire à la mobilité du piston dans le cylindre, se trouve sur tout le pourtour du piston, entre le fond des cannelures et les cercles. Les pistons sans contretige sont guidés dans le bourrage et dans les guides de crosse du piston. Les pistons avec contre-tige sont guidés dans le fourreau de la contre-tige et dans les guides de crosse de piston. Pour les premiers, le bourrage est fixe et pour les seconds, il peut s'infléchir. (Voir bourrage).
Fig. 1911.
Différence maximum entre les diamètres des cylindres et des pistons, 12 m/m.
Réduction du cordon entre les rainures pour cercles, minimum : 9 m/m pour la fonte, 7 m/m pour l'acier.
Les cercles sont découpés dans un anneau en fonte, tourné à un diam. un peu supérieur à celui du cylindre.
On coupe alors un petit tronçon du cercle, de manière qu'en rapprochant les deux bouts pour l'introduire dans le cylindre il forme naturellement ressort. Mais en plaçant ainsi les 2 parties coupées, jusqu'au contact, le cercle prend une forme elliptique qui ne s'appliquerait pas convenablement contre les parois du cylindre. On doit ramener le cercle à la forme circulaire en le retournant intérieurement et extérieurement après avoir au préalable soudé à l'étain les 2 extrémités. On obtient ainsi un cercle parfaitement cylindrique et d'une élasticité régulière.
Il faut avoir soin de laisser un jeu de 1 m/m par 250 m/m de diamètre du cylindre, entre les 2 extrémités du cercle, lorsque celui-ci est définitivement placé dans le cylindre, afin de lui permettre de se dilater lorsqu'il s'échauffe.
EXEMPLE : Pour un cylindre de 500 m/m de diamètre, il faut 2 m/m de jeu. Le cercle est généralement coupé suivant une section transversale (FIG. 192). Il est préférable de couper le cercle en biseau (FIG. 193) ; cette forme est plus favorable que la précédente, à l'étanchéité.
Fig. 192 et 194.
L'étanchéité obtenue avec un cercle coupé suivant une section brisée (à recouvrements FIG. 194) est également supérieure.
Fig. 193.
Le cercle à recouvrements en usage dans les machines fixes est peu utilisé dans les locomotives. Pour éviter les pertes de vapeur, les cercles seront ajustés, dans les cannelures, sans jeu et à frottement doux suivant la direction parallèle à l'axe de la tige.
Pratiquement, les cercles sont tournés à un diamètre extérieur plus grand que celui du cylindre, comme il est indiqué ci-dessous :
Exemple pour un cylindre de 450 m/m de diamètre intérieur :
Epaisseur des cercles, dimensions perpendiculaires à l'axe du piston : 13 m/m, 14 m/m, 15 m/m, 16 m/m.
Les rouleaux en fontes seront tournés respectivement à des diamètres extérieurs de : 467 m/m, 464 m/m, 463 m/m, 462 m/m.
Les cercles découpés de ces rouleaux s'appelleront cercles primitifs. Le cercle primitif aura 2 m/m d'épaisseur en plus intérieurement et extérieurement afin que l'on puisse faire disparaître plus tard son ovalisation qui atteint 3 m/m environ pour les cercles de 13 m/m d'épaisseur. La longueur du tronçon à couper du cercle primitif est égale à L - l, ce qui revient à enlever la différence des 2 circonférences moyennes.
L=longueur de la circonférence moyenne du cercle primitif.
l = longueur de la circonférence moyenne du cercle fini.
Le cercle fini est obtenu en ramenant parfaitement cylindrique et au diamètre du cylindre le cercle primitif après lui avoir coupé un tronçon.
EXEMPLE : Cylindre de 450 m/m de diamètre (corps de piston en acier (FIG. 186).
Cercle primitif, épaisseur : 13 + 2 + 2 = 17 m/m.
Cercle primitif, diamètre extérieur : 450 + 17 = 467 m/m.
Cercle primitif, diamètre moyen : 467 - 17 = 450 m/m.
Cercle fini, épaisseur = 13 m/m.
Cercle fini, diamètre extérieur = 450 m/m.
Cercle fini, diamètre moyen = 450 - 13 = 437 m/m.
Tronçon à couper : (450 - 437) x 3,1416 = 13 x 3,1416 = 41 m/m.
Le rouleau en fonte brute aura un diamètre extérieur de 467 + 5 + 5 = 477 m/m et un diamètre intérieur de 477 - 2 x (17 + 5 + 5) = 477 - 54 = 423.
L'espace b livrant passage à la vapeur est plus petit que la distance a entre les deux extrémités du cercle.
Il faut cependant éviter des angles trop aigus en o et o'.
La fonte des cercles doit être d'une dureté moindre que celle des cylindres, afin que l'usure se produise aux cercles, qui se remplacent facilement et à peu de frais et non aux cylindres.
Les cercles doivent presser suffisamment contre les parois du cylindre pour empêcher les fuites de vapeur entre les deux surfaces en contact, mais il faut se garder de leur donner une tension trop considérable qui aurait pour effet d'entraver la marche de la machine ou tout au moins de rayer les cylindres. L'expérience a démontré que l'on peut aller jusqu'à 40 à 50 grammes par cm² de surface de cercle, sans compromettre la durée des cylindres.
Connaissant la pression p nécessaire pour ramener les deux extrémités du cercle en contact, on peut déterminer par le calcul la longueur x de l'ouverture, c'est-à-dire, la longueur du tronçon à couper, par la formule :
dans laquelle :
L'effort p est difficilement appréciable puisqu'il dépend de la dureté de la fonte.
Pour un cercle fini de 450 x 18 x 13 (diamètre moyen du cercle primitif 450 m/m) l'effort p est de 10 kg. environ. La pression p' du cercle par c/m² de surface contre les parois du cylindre, se déterminera alors aisément.
EXEMPLE : Surface de frottement du cercle en c/m² :
3,1416 x 45 x 1,8 = 254,5 cm/² :
254,5 x p’ = 10 kg.
p’ = 40 grammes par c/m².
Application. - Au moyen de la formule précédente, calculez pour un cylindre de 450 m/m de diamètre intérieur, la longueur x du tronçon à couper et par suite le diamètre moyen du cercle primitif. Les dimensions du cercle fini étant de 450 x 18 x 13, p ayant une valeur de 10 kg.
x = 41 m/m.
La longueur du tronçon à couper doit se porter sur la circonférence moyenne du cercle primitif. Celle-ci est égale à la circonférence moyenne du cercle fini augmentée de la longueur du tronçon à couper. La longueur de la circonférence moyenne du cercle fini est égale à 3,1416 x 437 = 1373 m/m ; cette dernière augmentée de la longueur du tronçon à couper (41 m/m) donnera la longueur de la circonférence moyenne du cercle primitif qui sera égale à 1373 + 41 = 1414 m/m, et le diamètre moyen sera :
L'épaisseur du cercle primitif sera de 13 + 2 + 2 = 17 m/m (2 m/m en plus intérieurement et extérieurement pour faire disparaître plus tard l'ovalisation) et son diamètre extérieur de 450+17 = 467 m/m.
Pour un même type de locomotive, il n'y a de variable d'une façon sensible que e, l'épaisseur du cercle. La formule peut donc se mettre sous la forme :
En donnant au coefficient A une valeur moyenne égale à 2O0, pour des cylindres de 450 m/m environ de diamètre intérieur, on aura :
x = 200 x 0,2
x = 40 m/m
Application. - Diamètre intérieur d'un cylindre 450 m/m, épaisseur e du cercle fini 16 m/m.
Recherchez :
x = 200 x 0,106 = 22 m/m
Circonférence moyenne du cercle fini = (450 - 16) x 3.14 = 1363 m/m.
Circonférence moyenne du cercle primitif = 1363 + 22 = 1385 m/m.
Diamètre moyen du cercle primitif = 1385 : 3.14 = 441 m/m.
Diamètre extérieur du cercle primitif = 441 + 16 + 2 + 2 = 461.
Pour les cylindres de 430 m/m environ de diamètre intérieur on donnera au coefficient A une valeur moyenne égale à 180.
La formule pourra se mettre sous la forme :
Application : Diamètre intérieur d’un cylindre 430 m/m, épaisseur e du cercle fini 12 m/m. Cherchez :
x = 180 x 0,2419 = 43 m/m
Circonférence moyenne du cercle fini = (430 - 12) x 3.14 = 1313 m/m.
Circonférence moyenne du cercle primitif = 1313 + 43 = 1356 m/m.
Diamètre moyen du cercle primitif = 1356 : 3.14 = 432 m/m.
Diamètre extérieur du cercle primitif = 432 + 12 + 2 + 2 = 448 m/m.
Pour des cylindres de 380 m/m environ de diamètre intérieur, on donnera au coefficient A une valeur moyenne égale à 120.
La formule pourra se mettre sous la forme :
Application. - Diamètre intérieur d'un cylindre 380 m/m, épaisseur e du cercle fini 11 m/m. Cherchez :
x = 120 x 0,277 = 33 m/m
Circonférence moyenne du cercle fini = (380 - 11) x 3.14 = 1159 m/m.
Circonférence moyenne du cercle primitif = 1159 + 33 = 1192 m/m.
Diamètre moyen du cercle primitif = 1192 : 3.14 = 380 m/m.
Diamètre extérieur du cercle primitif = 380 + 11 + 2 + 2 = 395 m/m.
Valeur de A, pour hl à vapeur saturée, cylindre de :
Pour la vapeur surchauffée la valeur de A (vapeur saturée) sera multipliée par 1.6.
Dimensions maxima des cercles de piston en service (neufs 450 x 18 x 13).
Epaisseur des cercles : dimensions perpendiculaires à l'axe de la tige du piston ; maximum 16.5 m/m.
Hauteur des cercles : Dimensions parallèles à l'axe de la tige du piston, maximum 25 m/m.
Il est bien entendu que l'épaisseur du cordon entre les cercles ne pourra être inférieure à celle donnée pour les corps de pistons : 9 m/m pour la fonte et 7 m/m pour l’acier.
Avec la vapeur surchauffée le piston ne petit jamais peser sur le cylindre, il doit flotter et prendre appui d'une part sur les patins de glissement de la crosse et d'autre part sur la contre-tige. Le bourrage d'AR du cylindre assure exclusivement l'étanchéité et ne doit jamais supporter la tige du piston.
Fig. 195.
S'il en était autrement, cette tige serait, en effet, guidée en trois points, A, B, C (FIG. 195), ce qui est difficile à conserver. C'est d'ailleurs pour ce motif que le bourrage AR est constitué de manière à ce qu'il puisse légèrement s'infléchir. Les principes de ce fonctionnement doivent être rigoureusement conservés en service courant et dans ce but, on reprendra en temps utile le jeu aux patins de la crosse et aux bagues des guides de contre-tige. C'est pour parer aux dangers de grippement du cylindre pouvant résulter de toute négligence éventuelle dans cet entretien, qu'il a été prescrit de placer une cale de 1.5 m/m d'épaisseur entre les cercles et le fond des rainures à la partie inférieure du corps de piston en acier coulé. Le jeu de ce piston dans le cylindre doit être de 3 m/m au moins et c'est également pour éviter plus sûrement encore toute possibilité de grippement du cylindre que les arêtes extérieures du corps de piston, des rainures et des cercles doivent être légèrement arrondies. Si, après un certain temps de service, ces arêtes sont redevenues vives, i1 convient de refaire l'arrondi. Lors des visites périodiques auxquelles sont soumis les pistons, on s'assure si les cercles ne sont pas calés, c'est-à-dire s'ils sont toujours susceptibles de se déplacer verticalement dans les rainures. On vérifie également si les rainures tracées sur la périphérie des cercles et si les trous qui les traversent ne sont pas bouchés par du cambouis. Lors de la mise en place du piston on a soin de ménager le jeu de 1 m/m prévu au plan de part et d'autre de la cale destinée à empêcher la rotation des cercles.
Principales qualités des joints - Etanchéité, longue durée, préservation des portées du joint des corrosions provenant tant de l’action de l'eau et de la vapeur que de la décomposition de la matière du joint, enfin renouvellement rapide.
Aux locomotives neuves, certains joints (dôme, couvercles de chapelles et de cylindres, etc.) sont obtenus par le rodage des parties en contact et en interposant entre celles-ci une couche d'huile de lin bouillie.
Après un certain temps de service de la locomotive, les dilatations et contractions successives et inégales des parties rodées rendent le joint défectueux. Pour réobtenir l'étanchéité, on fait alors usage de joints métalliques, d'amiante, etc. Pour les joints qui souvent sont démontés, tels que ceux des couvercles des chapelles et des cylindres, confectionnez-les en cuivre laminé de 1 à 3 m/m d'épaisseur et d'une largeur égale à celle de la portée du joint. Ils ne crèvent pas en cours de route, ils préservent des corrosions leurs portées ; en outre, après chaque démontage ils sont réutilisables ; il suffit de les recuire pour leur rendre toute leur malléabilité. Les joints confectionnés au moyen d'un fil de cuivre, contourné de corde en caoutchouc ou en amiante crèvent parfois en cours de route, provoquent le retrait de la locomotive du train, donc des irrégularités dans la marche des trains. De plus, le fil de cuivre doit être renouvelé assez fréquemment, parce qu'il s'écrase aisément par le serrage des boulons. Par les fréquents serrages, le fil de cuivre produit des sillons dans la portée des joints.
Ces sillons rendent difficile la réfection des joints. La substitution des joints en cuivre laminé aux joints en fil de cuivre supprime bien des avaries et des irrégularités dans le service des trains. Pour certains joints où l'on fait usage de fil de cuivre, mieux vaut le contourner de corde en amiante, matière incombustible n'attaquant pas le métal. La corde en caoutchouc altère et ronge la surface de portée. Pour les joints à grande portée, tels que ceux des fonds de cylindres, tuyaux crampton dans la chaudière, culotte dans la boîte à fumée, etc., employez le carton d'amiante en feuille de 2 à 3 m/m d'épaisseur ; mieux les portées sont dressées, moins épais doit être le carton.
Principales qualités des bourrages.- Etanchéité, excellent centrage de la tige ; bon entretien de la tige, peu de frottement, peu de graissage, peu d'usure, longue durée.
Les meilleurs bourrages se font en chanvre doux, renouvelés avant durcissement ou formation de matières dures qui pourraient rayer les tiges. Ils coûtent assez cher, aussi les abandonne-t-on à cause de l'élévation des pressions de la vapeur et de la haute température de celle-ci, notamment dans le cas de la surchauffe, toutes choses défavorables à la durée des garnitures végétales. On emploie à présent, avec succès, les garnitures métalliques. Elles rendent les avantages précités quand l'ajustage, le graissage et le montage sont bien soignés ; dans le cas contraire, ces garnitures fondent ; elles coulent parfois dans le cylindre et occasionnent des avaries. Les bourrages en chanvre se font au moyen de tresses de 50 à 60 m/m de longueur, de diamètre aussi régulier que possible, pour remplir exactement l'espace entre la boîte et la tige, de façon que celle-ci reste dans l'axe de la boîte à bourrage. Les tresses sont enduites de suif ou d'une pâte spéciale pour bourrages (pâte Roussel). Elles sont comprimées dans la boîte au moyen du presse-étoupe, jusqu'à étanchéité presque complète. Les écrous du presse-étoupe sont serrés également, car un serrage inégal coince le presse-bourrage, augmente le frottement et occasionne des avaries. Les garnitures métalliques pour hl à vapeur saturée sont formées d'anneaux tournés cylindriques et concentriques terminés par un biseau incliné sur l'axe de la tige et tendant constamment à faire appuyer la garniture contre la tige, sous la double action de la bague de fond et du presse-bourrage (FIG. 196). Les surfaces coniques doivent être bien polies. Les bagues métalliques sont sciées par moitié ; elles sont empilées dans la boîte à bourrage en croisant leurs joints.
Fig. 196.
Le presse-bourrage est alors fixé contre les bagues ; celles-ci ne peuvent être comprimées dans leur boîte. Au démarrage de la hl, les bourrages fuient mais deviennent étanches après quelques tours de roues. Ils ont une longue durée et restent longtemps étanches si l'on a soin de les graisser convenablement et de maintenir en service les coulisseaux de la crosse du piston, avec peu de jeu dans leurs guides, la tige, au préalable, a dû être bien cylindrée et très bien rectifiée et polie. Dans le cas de la vapeur surchauffée, il convient de faire usage d'une garniture ne donnant lieu qu'à un faible frottement et comportant des bagues et anneaux munis de rainures où pourra se détendre la vapeur provenant des fuites éventuelles.
La force élastique du ressort 75 kg. maintient le contact entre G et H. L'action du ressort s'ajoutant à celle de la vapeur sur la bague F applique les anneaux I en métal sur la tige du piston. Le ressort empêche également les anneaux en métal blanc de se déplacer sur la tige pendant le mouvement rétrograde du piston. Avec la vapeur surchauffée, le piston ne peut jamais peser sur le cylindre ; il doit flotter et prendre appui sur les patins de glissement de la crosse et sur la contre-tige. Le bourrage d'arrière du cylindre assure exclusivement l’étanchéité et ne doit pas supporter la tige du piston. C'est, d'ailleurs, pour ce motif que le bourrage arrière est constitué de manière à ce qu'il puisse légèrement s'infléchir. Les principes de ce fonctionnement doivent être rigoureusement conservés en service courant et dans ce but on reprendra en temps utile le jeu aux patins de la crosse et aux bagues des guides des contre-tiges du piston.
Fig. 197.
Les bagues C, G et HE sont en une pièce.
Les bagues D, F, I, L sont faites en deux pièces.
L'ajustement de ces pièces doit être fait avec soin.
Les bagues F et I doivent être rainurées.
Les pièces A, B, C, E, G et H doivent être rodées dans les parties formant joints et indiquées par un tracé accentué.
Montage et vérification. -
1° Préalablement à l'ajustage et montage d'une crosse sur la tige, on procède à la vérification de la crosse.
Explications sur croquis (FIG. 198, 199, 200).
| N° des pièces | NOMENCLATURE DES PIÈCES |
| 1 | Plaque presse-bourrage, acier coulé. |
| 2 | Anneau presse-bourrage (en deux pièces quand la tige a l'extrémité élargie), fonte. |
| 3 | Segments de garniture, en 4 pièces. Métal blanc (plomb 65 %, cuivre 35 %). |
| 4 | Pièces de retenue comprenant :
|
| 5 | Siège du ressort, acier coulé. |
| 6 | Ressort spiral, acier fondu :
|
| 7 | Ressort de l'anneau presse-bourrage, acier fondu. |
| 8 | Graisseur, fonte malléable. |
| 9 | Rondelles du graisseur, laiton. |
Fig. 1971.
A l'apparition d'une fuite au bourrage, s'assurer que la tige est bien graissée et que la laine du graissage est bien chargée d'huile.
S'il est nécessaire de retirer le presse-bourrage, on en profitera pour en vérifier l'état :
| Vues du bourrage complet. | Vues de la petite coquille. | Vues de la grande coquille. |
 |
||
Fig. 1971 (Détails)
Un bon graissage est absolument nécessaire pour assurer une longue durée aux segments de garniture.
La laine du graisseur doit être saturée d'huile.
Lorsque, en cas de fuite, les segments de garniture ont dû être retirés et que ceux-ci sont trouvés fissurés ou cassés, il y aura lieu de ne pas les jeter mais de les replacer dans leur position relative ; ils continueront à rendre de bons services jusqu'à usure complète.
Les segments de garniture seront alésés au diamètre exact de la tige à laquelle ils doivent être appliqués.
Ils ne peuvent être soumis à aucun autre travail et, en aucun cas, être limés.
Tracer sur la crosse :
Si ces axes se trouvent dans des plans parallèles et perpendiculaires entre eux, les longueurs de ab et a'b' seront les mêmes.
Tracer sur la tige du piston l'axe GH (FIG. 201). Ensuite placer la crosse sur la tige. Vérifier les axes GH de la tige, AB et CD de la crosse. Ces axes doivent se confondre. La crosse et la tige se trouvant dans toutes les conditions précitées, les parties coniques rodées, éventuellement, les erreurs corrigées, on trace les mortaises. Les mortaises terminées aux machines-outils, on procède à l'ajustage de celles-ci et de la clef. Les points d'appuis de la clef et le tirage sont indiqués au croquis (FIG. 202). L'assemblage est parfait lorsque la clef, sans jeu dans la mortaise (faces latérales) portant entièrement sur les parties cf de la crosse et g de la tige, sous le coup de marteau, le refus étant arrivé, la clef plie.
L'assemblage fini, une nouvelle vérification du parallélisme des axes s'impose. Ces vérifications se font sur une taque bien dressée, au moyen du trusquin. Les vérifications au moyen de règles ne donnent pas une parfaite exactitude.
2° Les pistons-moteurs avec cannelures, pour cercles, excentrées par rapport à l'axe de la tige de piston (FIG. 203), le montage des coulisseaux sur l'axe de la crosse se fait à frottement doux. Les pistons-moteurs avec cannelures, pour cercles, concentriques par rapport à l'axe de la tige de piston (FIG. 204), le montage des coulisseaux sur l'axe de la crosse se fait sous une pression de 5 T. environ. Au préalable, les coulisseaux seront vérifiés. Les faces soumises à frottement seront parallèles entre elles et le trou d'axe de la crosse sera perpendiculaire aux faces dressées. On le constate aisément au moyen du trusquin et de la règle (FIG. 198 et 199).
3° Les cylindres sont supposés se trouver dans de bonnes conditions : parallélisme des axes, perpendicularité par rapport aux essieux, etc. Explications sur croquis 205. Un fil AB représente exactement l'axe du cylindre prolongé jusqu'en B, centré à l'AV et à l'AR du cylindre. Les supports de guides de piston doivent se trouver dans des positions symétriques à l'axe du cylindre, c'est-à-dire a=a’ et b=b', cotes rigoureuses pour les supports d'AV. et d'AR. Le montage des guides se fait alors aisément, il suffit de mesurer l'épaisseur et l'écartement des coulisseaux. Les guides fixés provisoirement, les trous de boulons et d'assemblage sont alésés sur place. Le boulonnage terminé, on vérifie le parallélisme des guides par rapport à l'axe du cylindre. Cette vérification se fait au moyen d'un petit outil (FIG. 206). La vérification finale se fait, le piston monté dans le cylindre avec toutes ses garnitures, les assemblages et les clavetages du piston et de la crosse complètement achevés, la bague de fond et le presse-bourrage mis à fond dans leur boîte.
Si toutes les conditions citées ci-dessus ont bien été observées, le piston pourra, à la main, être déplacé d'un fond de course à l’autre du cylindre.
Fig. 198 à 200.
Fig. 201 et 202.
La bielle motrice est l'organe de transmission reliant la tige du piston à la manivelle et servant à transformer en mouvement continu de rotation le mouvement rectiligne alternatif du piston. Elle est articulée par une de ses extrémités à la crosse du piston et à l'autre au bouton de la manivelle.
A cet effet, elle se termine à chaque bout par une tête dans laquelle sont maintenues les coussinets remplissant l'office de surface flottante pour les tourillons et servant au rattrapage du jeu. Pour reprendre le jeu aux coussinets de bielles motrices, on antimoine les coussinets ou bien on diminue le diamètre de l'œil en enlevant de la matière à la jonction des coussinets. Ce dernier moyen est employé chaque fois qu'il y a peu de jeu et que les parties antimoinées sont encore bonnes. Par ce procédé on ne retire le jeu que dans le sens de l'axe longitudinal de la bielle, les axes primitifs des coussinets de têtes de bielles sont déplacés suivant les flèches (FIG. 207) : bielle motrice type ancien. La longueur de la bielle d'axe en axe des coussinets est augmentée. En conséquence, le jeu du piston, fond de course en AV, est diminué ; il faut donc, lors du réglage des bielles motrices de ce type, laisser un espace libre, à fond en AV. de 2 à 3 m/m supérieur à celui du fond du cylindre AR. En faisant le même travail aux coussinets de bielles motrices types récents, les axes des coussinets de têtes de bielles sont déplacés suivant les flèches (FIG. 208) bielles motrices types récents. La longueur de la bielle d'axe en axe est diminuée, conséquemment l'espace libre à fond de course AR est diminué. Il faut donc, lors du réglage des bielles motrices de ce type, laisser un espace libre, à fond de course en AR. de 2 à 3 m/m supérieur à celui du fond de cylindre AV. Dans le cas de rantimoinage des coussinets, ceux-ci sont recentrés suivant leur axe primitif ; la longueur de la bielle d'axe en axe des coussinets est ramenée à sa longueur normale. Parfois les organes de réglage des deux têtes d'une bielle sont disposés de manière à compenser en partie la variation de la longueur de la dite bielle. Explications sur croquis.
L'obliquité que prennent les bielles motrices dans la rotation des roues est d'autant plus prononcée que le rapport de leur longueur à celle des manivelles est plus petit ; cette obliquité troublant la répartition du poids suspendu et créant des surcharges sur les rails, fatigantes pour la voie, on ne donne pas habituellement aux bielles motrices une longueur inférieure à six fois la longueur de la manivelle ; ce rapport s'élève parfois à 8 ou 9, ou même davantage.
Fig. 203 et 204.
Fig. 205.
Fig. 206.
Application. - Une machine à vapeur a un piston de 500 m/m de diamètre ; sur une face s'exerce une pression de 7 atmosphères effectives, sur l'autre face la pression d'un condenseur, soit 0.2 atmosphères absolu. On néglige la section de la tige du piston. Calculez l'effort exercé sur le piston. Connaissant cet effort, dites comment vous déterminez l'effort qui s'exerce sur la bielle et sur le guide de la crosse du piston dans les deux positions de la bielle faisant un angle droit avec la manivelle. La bielle = 6 fois la manivelle (FIG. 209).
Solution. - Pression effective = tension - 1.
Pression effective +1 = tension.
Pour déterminer l'effort sur le piston, il faut le calculer en prenant la tension de la vapeur ; nous aurons donc :
P = effort sur le piston.
p = contretension.
L'effort P exercé sur le piston en détermine deux autres.
Un effort BC suivant la direction de la bielle et un autre effort BD qui agit transversalement. En faisant le parallélisme des forces, on constate que BC = 6 BD (même rapport que la bielle avec la manivelle). Le parallélogramme BDEC est rectangle en D (angle droit). Nous avons BE2 = BD2 + DE2.
0AB et BDE ont leurs côtés homologues proportionnels.
Donc : DE = 6 BD.
d'où BE² = BD² + 6 BD².
BE² = BD² + 36 BD².
BE² = 37 BD².
15813² = 37 BD²
250050969 = 37 BD²
6758134 = BD²
2599 kg. = BD (sur le guide supérieur).
2599 x 6 = BC.
15594 kg. = DE ou BC (sur la bielle).
La figure 210 démontre que les efforts sur le guide et sur la bielle sont les mêmes que ceux de la figure 209.
Fig. 207.
Fig. 208.
Fig. 209.
Fig. 210.
Les bielles servant, comme leur nom l'indique, à accoupler entre elles les roues qui doivent être entraînées par la rotation de l'essieu-moteur, se font de section rectangulaire ou en I. Quand les coussinets sont à rattrapage de jeu, il doit être fait usage de coins de réglage. Le réglage doit toujours être effectué avec le plus grand soin, car les bielles d'accouplement doivent toujours présenter la même longueur, c'est-à-dire une distance égale à l'entraxe des essieux. Pour ne pas raccourcir ou allonger ces bielles lors du rattrapage de jeu, il est indispensable de placer les coins de réglage des coussinets du même côté des tourillons (FIG. 211). Si, par exemple, pour une même bielle, on plaçait les coins intérieurement, on augmenterait la distance d'axe en axe par le rattrapage de jeu. L'inverse se produirait si l'on plaçait les coins en dehors des tourillons. On préfère les bielles d'accouplement à têtes rondes sans coins de rattrapage de jeu avec coussinets ronds (FIG. 212). Comme elles n'ont aucun moyen de réglage, on est sûr que leur longueur reste invariable. Souvent on supprime en même temps les coins de rattrapage de jeu aux boites à huile. L'accouplement des essieux est ainsi notablement modifié et on ne peut dérégler une hl bien montée.
Quand plusieurs essieux sont accouplés, on ne peut employer de chaque côté une bielle entièrement rigide. Les déplacements verticaux des essieux dans les plaques de garde, sous l'action des inégalités de la voie, feraient casser ces bielles. On doit employer de chaque côté de la hl un nombre de bielles indépendantes égal au nombre des essieux accouplés moins un. On peut les monter séparément côte à côte sur les mêmes tourillons, mais on préfère presque toujours les articuler autour d'un axe spécial placé à côté du tourillon d'accouplement correspondant. Si l'un des essieux accouplés possède un certain jeu transversal, on devra monter un axe d'articulation à rotule ou encore une articulation sphérique (FIG. 213) permettant à la bielle d'accouplement correspondante de prendre une certaine obliquité transversale.
Comment procède-t-on :
Fig. 211.
Fig. 212.
Fig. 213.
1° Le montage du corps de piston sur la tige et de la crosse sur la tige ainsi que des coulisseaux sur l'axe de la crosse de piston sera parfaitement terminé (voir pistons, tiges, crosses, coulisseaux). Le piston-moteur mis en A fond de course AV, on trace un trait a (fond de course) sur le guide de piston et sur le coulisseau (FIG. 214). Ensuite, on met le piston-moteur en B fond de course AR, on trace un trait b (fond de course) sur le guide de piston, une réglette placée suivant le trait déjà tracé sur le coulisseau (FIG. 214), on mesure la longueur b, a. Le jeu longitudinal du piston dans le cylindre est égal à :
[b' a' = 2R (R = rayon manivelle-motrice)].
Ce jeu ne pourra être inférieur à 20 m/m réparti comme suit : 11 m/m et 9 m/m ou bien 9 et 11 m/m (espace libre) suivant le type de bielle-motrice (voir bielles-motrices). Si le jeu trouvé était inférieur à 20 m/m, il faudrait en rechercher les causes : le profil du corps de piston n'épousant pas convenablement celui du couvercle, couvercles ou corps de piston, trop épais. Le piston-moteur se trouvant en B, on trace sur le guide en b' un trait en AV de b de 9 m/m. On déplace le piston de façon que le trait qui se trouve sur le coulisseau coïncide avec le trait b' tracé sur le guide, la manivelle-motrice se trouvant en B' position du point mort AR (FIG. 214). Au moyen d'une busquette, on mesure la longueur c, d (FIG. 214), à celle-ci on ajoute la moitié du diamètre de chacun des coulants de la grosse et de la petite tête de bielle-motrice, c'est-à-dire, 
et 
(FIG.214).
La longueur exacte de la bielle d'axe en axe des têtes sera c d + R' + r (FIG. 214).
2° Supposons que l'ajustage est parfait. Assemblages des têtes, montage des coussinets dans les têtes, ajustage des coussinets sur les coulants.
On bloque sur le coulant la grosse tête de bielle, la petite tête non montée et posée sur l'axe de la crosse (FIG. 215).
On présente la petite tête entre les joues de la crosse, aux deux positions du point mort du piston-moteur, c'est-à-dire, manivelle-motrice en A' et B'. Le montage est parfait lorsque la petite tête s'engage sans forçage entre les joues de la crosse. On vérifie au moyen d'une équerre T si l'axe CD de la petite tête est perpendiculaire aux joues des coussinets et de la crosse (opérations indiquées au croquis). Le montage du côté de la petite tête sera complété si ces conditions sont reconnues exactes. La grosse tête aura un jeu latéral de 2 m/m environ et la petite tête de 1 m/m.
Le jeu dans les coussinets, suivants l'axe EF de la bielle, sera de quelques dixièmes de m/m seulement, 5/10 du côté de la grosse tête et 2/10 du côté de la petite tête. Les coins de serrage des coussinets seront à fond afin de pouvoir reprendre le jeu, plusieurs fois, sans devoir faire usage de cales entre le coussinet et le coin.
3° Explications sur figure 214.
Le montage de la bielle étant terminé complètement, on place la manivelle-motrice au point mort B'. On vérifie si le trait du coulisseau coïncide bien avec le trait b précédemment tracé sur le guide du piston. Ensuite, on place la manivelle-motrice au point mort A' on trace un trait a sur le guide du piston, une réglette étant placée suivant le trait du coulisseau. La longueur a' a devra être égale à 11 m/m si toutes les opérations ont été bien effectuées.
Fig. 214 et 215.
Fig. 216.
Au préalable, les surfaces intérieures de l'étrier, usées par le battement des coussinets seront redressées (FIG. 216) l'assemblage sera rajusté, la clef du milieu n° 2 généralement remplacée. Le coin sera remis en bon état. La grosse tête de bielle montée suivant figure 216, on mesurera la longueur à donner aux coussinets ; bien entendu le coin de rattrapage de jeu se trouvant dans la position donnant le maximum de tirage, c'est-à-dire, 8 m/m.
Fig. 217.
Préalablement au traçage d'un coussinet, les faces A et B (FIG. 217) sont dressées. La hauteur h du coussinet (FIG. 218), sera égale à 
de la grosse tête. Le coussinet se trouvant sur une taque bien dressée et d'équerre avec celle-ci, la hauteur h est tracée au moyen du trusquin. Les parties inclinées a et b sont tracées au moyen d'un calibre, d'une hauteur h, ajusté dans le fond de l’étrier. Ces parties pourraient se tracer au moyen du trusquin. Lorsque la cote centrale du coussinet est noyée dans le métal blanc, la hauteur h' (FIG. 218), sera égale au diamètre de la fusée plus 5 m/'m au maximum.
Fig. 218 et 219.
« Explications relatives aux avaries, quand il y a une trop forte épaisseur de métal blanc en cas d'échauffement. »
Ensuite, on place le coussinet suivant (FIG. 219), les faces dressées bien d'équerre par rapport à la taque. On trace l'axe C. D. On porte de chaque côté de cet axe une hauteur égale à 
de la grosse tête. Ce traçage se fait au trusquin. On trace l'axe F. G. (FIG. 220), on porte de chaque côté de cet axe une longueur égale à 
. Ce traçage s'effectue au moyen du trusquin. Le même travail devra se faire pour tracer les autres demi-coussinets.
Fig. 220.
Vérification. - Après parachèvement, le coussinet est mis sur la taque suivant figure 218. Au moyen d'une équerre posée sur la taque, on vérifie l'équarrissage et le parallélisme des ailes du coussinet et des côtés. Une règle posée suivant figure 218 permet de vérifier le parallélisme du fond et de la jonction du coussinet. Il faut que la règle posée sur les coussinets se trouve parallèle à la face dressée de la taque. Les parties inclinées a et b se vérifient au moyen d'un contre-calibre confectionné sur celui qui a servi à tracer les faces inclinées. Ensuite on place le coussinet dans l'étrier. Au préalable, enduire d'une mince couche de minium les parties de l'étrier où doivent porter parfaitement les faces ajustées du coussinet. L'ajustage sera parfait si le coussinet, après démontage, porte des traces de minium sur les surfaces devant porter l'étrier.
L'ouvrier expérimenté, par le sondage au marteau, sait se rendre compte de l'état du fini du travail. Le montage dans l'étrier sera parfait si les coussinets se touchent entièrement à leur jonction. En effet, pour que cette condition se réalise, il faut que les surfaces ajustées des coussinets et de l'étrier soient parallèles entre elles et de plus perpendiculaires au plan de jonction des demi-coussinets.
Travail et diagramme théorique d'une machine sans détente (FIG. 221).
Fig. 221.
= Effort positif sur le piston = 
.
= Effort négatif sur le piston = 
.
T. M. pour un aller du piston = 
.
T. n. pour un aller du piston = 
.
T.u. = T.m. - T.n. = 
(pour un aller du piston)
T.u. = 
(pour un aller du piston)
T.u. = 
(pour un aller et retour du piston)
T.u. = 
(pour N tours de la machine par minute)
Fig. 221B
(HP = 75 kgm/seconde)
H. P. = 48,6 puissance théorique. Abstraction de R (résistances passives).
Fig. 222.
La figure 222 représente l'avantage de la détente de la vapeur. Degré d'admission 1/2.
Fig. 223.
FIG. 223. Travail et diagramme théorique d'une machine à détente.
VALEURS DU DEGRÉ DE DÉTENTE.
d = degré d'admission.
de la course L du piston.
, degré de détente = 3.
Le degré de détente est l'inverse du degré d'admission. Il est donné par 
Fig. 224.
Valeur de A = 1.1 d'après le diagramme de la figure 224.
Valeur de 
Modifications que subissent en pratique, les différentes parties des diagrammes théoriques.
Fig. 225.
Fig. 226.
Exemple : Nous avons successivement pour la face de gauche du piston (FIG. 225) :
L'admission A, le laminage ou étranglement a, la détente B, l'avance à l'échappement b, la contretension décroissante e, la contretension normale C, la compression finale c, l'avance à l'admission d.
| HL. T. 2-28, 12 et 25 | A de la table = 178 m/m A’ du tiroir = 228 m/m |
Recouvr. ext. du tiroir =  |
| B de la table = 114 m/m B’ du tiroir = 113 m/m |
Recouvr. int. du tiroir =  |
|
| Hl. T. 23 | A de la table = 194 m/m A’ du tiroir = 244 m/m |
Recouvr. ext. du tiroir =  |
| B de la table = 124 m/m B’ du tiroir = 122 m/m |
Recouvr. int. du tiroir =  |
|
| Hl. T. 30 et 32 | A de la table = 228,5 m/m A’ du tiroir = 284 m/m |
Recouvr. ext. du tiroir =  |
| B de la table = 146 m/m B’ du tiroir = 142,8 m/m |
Recouvr. int. du tiroir =  |
|
| Hl. T. 32S (tiroirs cylindriques) | A de la table = 490 m/m A’ du tiroir = 493 m/m |
Recouvr. ext. du tiroir =  |
| B de la table = 420 m/m B’ du tiroir = 364 m/m |
Recouvr. int. du tiroir =  |
|
| Hl. T. 17 et 18 | A de la table = 228,5 m/m A’ du tiroir = 284,2 m/m |
Recouvr. ext. du tiroir =  |
| B de la table = 146 m/m B’ du tiroir = 149,2 m/m |
Recouvr. int. du tiroir =  |
Hl. compound type 8.
| H.P. | A de la table = 184 m/m A’ du tiroir = 238 m/m |
Recouvr. ext. du tiroir =  |
| B de la table = 114 m/m B’ du tiroir = 120 m/m |
Recouvr. int. du tiroir =  |
|
| B.P. | A de la table = 214 m/m A’ du tiroir = 268 m/m |
Recouvr. ext. du tiroir =  |
| B de la table = 130 m/m B’ du tiroir = 140 m/m |
Recouvr. int. du tiroir =  |
Fig. 227.
Cote rigoureuse : A de la table = B du tiroir.
Avantages du tiroir Allan sur le tiroir ordinaire.
On obtient une avance à l'admission plus grande sans diminuer le degré d'admission, donc sans augmenter la détente et l'avance à l'émission, sans diminuer l'émission et sans augmenter la compression, le rayon d'excentricité de la poulie restant le même, c'est-à-dire comme pour le tiroir ordinaire. En conséquence, on obtient des avances à l'admission prolongées et la puissance de la hl n'est pas sacrifiée.
Inconvénients. - Parfois, lorsque la course du tiroir n'est pas bien réglée, le canal du tiroir arrive en communication avec la lumière d'échappement et la vapeur vive s'échappe à l'atmosphère.
Cette anomalie se constate lorsque le levier de changement de marche se trouve à fond de course, c'est-à-dire quand le tiroir parcourt sa course maximum. En rappelant le levier de changement de marche d'un cran vers le centre, cette imperfection dans le réglage disparaît.
Fig. 228.
Hl T. 23. - Description. - L'appareil compensateur du tiroir, se compose de quatre barrettes parallèles deux à deux, placées dans des rainures ménagées sur le dos du tiroir et s'appliquant, par l'action des ressorts logés en-dessous, sur la table de frottement fixée au couvercle de chapelle. La surface rectangulaire limitée par ces barrettes est ainsi soustraite à l'action de la vapeur.
Ajustage et montage. - Les barrettes, les rainures dans lesquelles elles sont logées et la table de frottement doivent avoir été ajustées les unes sur les autres d'une manière précise, de façon à ne présenter que les jeux indispensables au libre fonctionnement du système et assez faibles pour ne pas donner lieu au passage de la vapeur.
Dans ces conditions, elles forment un joint à la fois étanche et en même temps en partie déformable, c'est-à-dire capable de se prêter aux inégalités que la surface de frottement peut présenter pour diverses causes et notamment par suite de l'usure inégale résultant des variations de la course du tiroir aux différents crans de marche. La table supérieure sera montée de telle façon que la surface de frottement soit aussi exactement que possible parallèle à la table du cylindre.
Métal. - Les tiroirs, les tables de frottement et les barrettes seront en fonte provenant de la même coulée que les cylindres et porteront les mêmes marques que ceux-ci.
Fig. 229.
Fig. 230.
Elles ont pour effet de diminuer le frottement et l'usure du tiroir, le grippement de la table aux parties soumises à réchauffement à cause du frottement.
Limite d'usure des tiroirs plans des locomotives :
L'anneau F ne sera pas coupé ; il sera rigoureusement ajusté et fortement serré entre les plateaux B et C. Les plans annulaires a, b, c et d des cercles D et E seront tournés et parachevés avant le coupage des cercles, de manière à obtenir entre ceux-ci et les pièces B, C et F un contact parfait sur tout le pourtour.
Fig. 231.
Les parties lisérées seront rodées.
Les cercles D et E seront montés sans jeu, mais devront, sous l'effort de la main, pouvoir tourner facilement sur le piston. Les taquets d'arrêt T seront ajustés de façon que leur face G et la face extérieure H des cercles, ceux-ci étant serrés sur le distributeur, soient au même niveau. Le segment coupé E porte sur sa circonférence extérieure deux rainures de 3 m/m de large et est percé radialement de 12 trous de 3 m/m régulièrement espacés par paires. Ces trous mettent en communication les deux rainures externes du segment E avec une large rainure de l'anneau central non coupé F. On évite ainsi que, sous l'action de la vapeur, le segment E ne presse trop contre la paroi de la boite à tiroir et n'amène rapidement une forte usure ; de même, pendant la période de compression, on contrebalance la pression sur la surface externe du segment, pression qui tend à l'aplatir et à le déformer et prépare les fuites. Les taquets des plateaux B et G forment joint de coupe des segments D et E. Une chemise rapportée, percée d'ouvertures triangulaires d'introduction de vapeur, complète le distributeur (Fig. 232). Au montage, les grandes ouvertures de la chemise sont orientées vers le bas, du côté opposé à l'arrivée de vapeur. Les barrettes ont été disposées obliquement en vue de répartir l'usure des segments de façon égale sur toute leur circonférence et aussi en vue d'empêcher ceux-ci de tourner. A l'échappement, les dégagements dans la chemise sont rectangulaires, la grande section orientée vers le haut, du côté de la sortie. Les tiges et contre-tiges des distributeurs n'étant en contact qu'avec la vapeur de décharge, il n'a pas été nécessaire de les munir de garnitures spéciales. Elles sont simplement pourvues de rainures circulaires de graissage et guidées dans un long fourreau venu de fonte avec le fond du cylindre distributeur et garni intérieurement d'une chemise en bronze.
Fig. 232.
Les déplacements des distributeurs se font inversement de ceux des tiroirs plans.
La vapeur de la chaudière arrive entre les deux distributeurs ; l'admission dans les cylindres se fait par leurs bords intérieurs et l'échappement par leurs bords extérieurs, contrairement à ce qui se passe avec les tiroirs plans.
Prenons le piston-moteur à l'origine de sa course directe ; nous aurons sur une même face du piston-moteur :
Remarque (Fig. 233). - Quand, en cas d'avarie, on veut paralyser un côté de la hl en poussant le piston à fond, vers l'AR, par exemple, il faudra ramener les distributeurs vers l'AV. Une hl à tiroirs plans, le piston et le tiroir seront repoussés à fond du même côté. Il s'agit de maintenir le piston-moteur contre le fond du cylindre.
OBSERVATIONS
Fig, 233 (position moyenne du tiroir).
Les distributeurs sont placés vers les extrémités du cylindre-moteur, réduction des espaces nuisibles. Ils permettent de donner une plus grande longueur aux orifices, donc réduire le laminage à l'admission et à l'échappement. Ces tiroirs supportent une pression réduite ; ils sont presque totalement équilibrés ; leur déplacement absorbe peu de force et ils s'usent moins que les tiroirs plans non équilibrés. Le frottement est considérablement atténué ; il en résulte une diminution notable dans la résistance au roulement de la hl ainsi que dans l'usure des organes de la distribution : poulies, excentriques, articulations et pivots.
Quand le graissage est bien soigné, les surfaces en contact acquièrent au bout de peu de temps un beau poli et les segments s'usent peu. De nombreux essais ont été effectués ; les fuites des tiroirs cylindriques bien entretenus ne sont pas plus importantes que celles des tiroirs plans bien dressés.
La vapeur venant de la chaudière est séparée du contact des parois des conduits d'échappement, donc une cause de condensation évitée. Les garnitures métalliques des tiges des tiroirs ne sont que des fourreaux en bronze avec rainures circulaires pour la lubrification. Le levier de changement de marche se manœuvre avec facilité sous pression.
Les hautes pressions conviennent particulièrement à ce genre de tiroirs, parce que les frottements restent très faibles et la manœuvre du changement de marche très douce.
Quant aux réparations, elles sont peu importantes ; règle générale, il n'y a que les cercles à remplacer. Parfois les fourreaux doivent être réalésés ou remplacés pour fissures aux barrettes des lumières d'admission.
Avec les tiroirs plans, les tables doivent être aussi redressées ; de plus, des avaries aux barrettes des tables provoquent la mise hors d'usage des cylindres ; les tiroirs cylindriques ne présentent pas des avaries de l'espèce. L'application de ces tiroirs a fait baisser de 5 % environ la consommation de combustible.
L'emploi de tiroirs cylindriques sans soupapes de rentrée d'air (reniflard) ou avec soupapes de section insuffisante, présente de sérieux inconvénients. La hl roulant avec régulateur fermé, le vide se produit derrière le piston-moteur et se transmet ensuite dans la boîte à vapeur entre les deux distributeurs. Contrairement à ce qui se passe dans la hl à tiroirs plans, ce vide se maintient, la hl fonctionne alors comme une machine pneumatique ; elle fait frein et s'arrête en palier même en faible pente. De plus, sous l'action du vide qui règne dans la boîte à distribution, les gaz de la boîte à fumée tentent à pénétrer dans cette boîte en passant entre les parois du cylindre distributeur et les pistons. Ce passage ne tarde pas à s'établir ; les cendres mêlées aux gaz chauds s'interposent alors entre les surfaces frottantes et amènent bien vite l'usure des cercles des tiroirs en donnant ensuite lieu, dans la marche à régulateur ouvert, à des fuites considérables de vapeur. Quand le reniflard fonctionne bien, l'air extérieur est aspiré dans la boîte à tiroir et dans le cylindre ; il n'y a plus d'appel de gaz de la boîte à fumée. Le tuyau de communication avec interrupteur ou conduit d'équilibre tel que nous l'avons décrit est aussi très efficace. L'air, au retour du piston, (hl munie de reniflards), est refoulé dans la cheminée et augmente le tirage ; la hl enfin devient libre et les tiroirs se conservent étanches. Quand les cylindres possèdent des conduits d'équilibre, la compression est moindre et la hl devient encore plus libre, mais la quantité d'air refoulée dans la cheminée est plus petite ; elle a donc moins d'action sur le tirage. L'emploi de tiroirs cylindriques ne pouvant se soulever entraîne la nécessité de munir les fonds de cylindres de soupapes de sûreté. En cas de non-fonctionnement de celles-ci ou d'une section d'écoulement trop faible, il se produit des coups d'eau qui provoquent des avaries aux cylindres, pistons, crosses. La formation d'un cambouis provoqué par un graissage de mauvaise qualité paralyse le fonctionnement des cercles des pistons distributeurs et ceux-ci laissent alors repasser lu vapeur.
Les fuites des tiroirs cylindriques ne sont pas plus importantes que celles des tiroirs plans bien dressés. En route, les fuites sont moindres qu'en repos. Elles sont diminuées encore par un bon graissage.
Comme pour les pistons, il est essentiel que les tiroirs cylindriques ne portent jamais sur leurs cercles, lesquels sont destinés au maintien de l'étanchéité.
Les bagues qui servent au guidage des distributeurs doivent être antimoinées ou remplacées dès que l'usure est devenue sensible. Lors du démontage des tiroirs, ceux-ci sont convenablement nettoyés, de manière à être débarrassés de toute trace de cambouis et on s'assure que les cercles de tension sont toujours mobiles à la main, normalement à la tige.
Fig. 234.
Les distributeurs mis en place, on vérifie avec soin le jeu de 1/2 à 1 m/m qui, d'après les plans, doit exister entre les extrémités des cercles.
Lubrifiant pour cylindres de moteurs et pour pièces de machines soumises à frottement, c'est-à-dire, qui glissent l'une sur l'autre.
Le graissage a pour but d'augmenter le travail utile de la machine, de diminuer le frottement, de réduire l'usure des organes donc de prolonger leur durée en service.
Dans le graissage des cylindres, il est définitivement acquis que l'on doit proscrire presque complètement les huiles animales ou végétales.
Le lubrifiant se trouve en effet dans ce cas particulier, en contact avec de la vapeur d'eau à haute température, à température excessivement haute, surtout quand on marche à la vapeur surchauffée. Il en résulte une saponification rapide et complète de l'huile animale ou végétale, c'est-à-dire, son dédoublement en acides gras et en glycérine.
La saponification, outre qu'elle fait perdre à l'huile toutes ses qualités lubrifiantes, présente encore un grave inconvénient ; les acides gras, mis en liberté attaquent rapidement les surfaces métalliques avec lesquelles ils se trouvent en contact. Ils forment des matières dures insolubles qui encrassent les organes sous forme de cambouis et entraînés par la vapeur forment des dépôts obstruant les lumières d'admission et d'émission des cylindres. On sait du reste que c'est l'inconvénient général d'être acide qui a fait abandonner presque complètement les huiles animales et végétales au bénéfice des huiles minérales.
Les huiles minérales ont le grand avantage d'être rigoureusement neutres, quand elles sont bien épurées. Elles sont indécomposables par la vapeur d'eau même surchauffée et non saponifiables.
Pour donner un graissage effectif des cylindres, il importe, en outre, que l'huile possède certaines qualités particulières, il faut que l'huile puisse passer par deux états successifs :
Pour le graissage des pièces de machines soumises à frottement, il importe d'avoir des huiles très visqueuses (adhérer aux objets) et présentant une grande résistance à l'écrasement en raison du poids élevé des pièces en mouvement.
Le but de graissage étant en effet de fournir et de maintenir entre les surfaces glissantes une couche de substance fluide ou semi-fluide d'épaisseur suffisante pour écarter ces surfaces, en supprimant le frottement de solide sur solide et en le remplaçant par le frottement beaucoup moindre, du fluide sur lui-même.
Les huiles extraites du pétrole ou du schiste (roches) ne présentent pas une viscosité et une résistance à l'écrasement suffisantes quand il s'agit de machines de fortes puissances.
On fait usage d'huiles végétales et dans certains cas d’huiles minérales épurées.
Les huiles et graisses employées généralement sur les locomotives sont :
1° L'huile de colza est d'une couleur jaune claire. Dans les cylindres à vapeur elle perd toutes ses qualités lubrifiantes et provoque les inconvénients cités à propos des huiles végétales utilisées au graissage des cylindres à vapeur. En conséquence, le frottement augmenterait au lieu de diminuer. Elle convient au graissage du mécanisme, boîtes, bielles, etc, c'est-à-dire, c'est un des meilleurs lubrifiants mais d'un prix élevé.
2° L'huile minérale brute est d'une couleur brun-verdâtre très foncée. Elle ne se congèle qu'à très basse température, ce qui est un avantage pour beaucoup d'organes de hl qui sont exposés aux plus grands froids. Elle n'est pas siccative, ne s'altère et ne durcit pas à l'air, ses qualités lubrifiantes sont assez bonnes et comme son prix est peu élevé, son emploi est à peu près général sur tous les chemins de fer pour les mouvements, boîtes, etc. Mélangée avec le suif on l'emploie pour les pistons et tiroirs des hl à vapeur saturée. Les huiles les plus lourdes sont utilisées telles quelles pour tous ces mêmes organes.
L'huile minérale brute a l'inconvénient qu'en cas de commencement d'échauffement, de variations de température, sa fluidité et son débit augmentent, d'où beaucoup plus de risques d'échauffement. Lorsqu'elles sont épurées, elles ont des qualités assez comparables à celles de l'huile de colza et les risques d'échauffements sont moindres.
3° Le suif est extrait des graisses de bœuf et de mouton. Le bon suif est blanc, sans odeur, dur à la température ordinaire. Mélangé à l'huile minérale brute, on l'emploie pour le graissage des tiroirs et des pistons des hl à vapeur saturée.
4° Les huiles spéciales pour la surchauffe sont des mélanges de suif et d'huile minérale provenant de la distillation de l'huile brute mais dont la viscosité et le point d'inflammation sont élevés.
5° Les graisses consistantes. Leur emploi aux hl a fait l'objet d'essais défavorables.
Graisseur pour cylindres de hl.
Fig 235.
La mèche placée dans le tube central, par un effet de siphon ou de capillarité, dépose l'huile au fond de ce tube. Lors de l'aspiration du piston, la soupape quitte son siège et livre ainsi passage à l'huile. Cette dernière est répandue dans le cylindre lors de la période d'admission de vapeur.
Graisseur Kessler.
Fig. 236.
Graisseur Kenrotte.
Fig. 237.
Fig. 238.
La vapeur se trouvant dans la chapelle est en communication directe avec le lubrificateur. La vapeur se condense dans le lubrificateur d'une manière continue.
Fig. 239.
L'huile, par sa plus faible densité, surnage ; il s'en déplace une certaine quantité ; le lubrificateur se trouvant placé au-dessus de la partie à lubrifier, le poids de l'huile intervient dans le fonctionnement de l'appareil. Lorsque le modérateur est fermé, il continue à graisser jusqu'à ce que l'huile arrive au niveau de la partie supérieure du tube central.
L'enveloppe du tube central doit être bien étanche à sa partie supérieure.
L'air emprisonné entre le tube central et la dite enveloppe empêche l'huile et l'eau (vapeur condensée) d'être en contact avec le tube central, donc d'être chauffés. La réaction de cette colonne d'air comprimé a lieu quand il n'y a plus de pression dans le lubrificateur. C'est la raison pour laquelle l'appareil continue à fonctionner un certain temps après la fermeture du modérateur.
Ce lubrificateur à double graissage visible et continu est spécialement disposé pour le graissage des tiroirs et des cylindres des hl ; il remplace avantageusement les appareils précités en usage.
Son fonctionnement est déterminé par l'eau provenant de la condensation dans le vase E, de la vapeur prise directement à la chaudière au moyen du robinet B. Cette eau de condensation, à mesure qu'elle se produit, passe par la soupape D et descend au fond du réservoir I où elle prend la place de l'huile qui surnage par suite de sa plus faible densité. L'huile ainsi déplacée sous pression occupe la partie supérieure du réservoir I, d'où elle passe par le tube central P et le canal J aux deux soupapes régulatrices CC, qui la distribuent par gouttes qui montent visiblement à travers l'eau contenue dans les tubes en verre KK jusqu'à l'orifice des tubulures xx d'où partent les tubes de graissage allant aux tiroirs et aux cylindres.
A l'intérieur du vase de condensation E sont disposés deux tubes de vapeur L allant de la partie supérieure de ce vase aux tubulures xx et servant à introduire dans les tubes de graissage une quantité minime de vapeur. Cette vapeur s'y sature d'huile et forme un courant de vapeur lubrifiant qui atteint et huile chaque partie du tiroir et du cylindre.
L'appareil est muni de deux graisseurs ordinaires OO se manœuvrant à la main et communiquant avec les tubes allant aux cylindres. Ces graisseurs auxiliaires, qui sont indépendants du fonctionnement automatique, assurent le graissage dans le cas extrêmement rare où un tube de verre venant à se briser en marche, il devient nécessaire de fermer le lubrificateur. Les lubrificateurs Nathan, construits en bronze de qualité supérieure et d'une exécution soignée, sont essayés à une pression de 20 atmosphères.
Avantages principaux. - Un seul appareil opère le graissage complet des deux tiroirs et cylindres de la hl. Son fonctionnement est extrêmement économique et en toute circonstance il opère sans surveillance un huilage continu et sûr des tiroirs et des cylindres, tout aussi bien pendant la marche en rampe que pendant celle en pente et notamment dans ce dernier cas, quand le régulateur est fermé ; la vapeur n'arrivant plus aux cylindres, la petite injection de vapeur et d'huile provenant du lubrificateur suffit pour empêcher l'aspiration d'impuretés dans les cylindres.
Le réglage du graissage s'opère de la plate-forme de la hl et les compte-gouttes permettent au mécanicien de s'assurer constamment de la marche continue et régulière de l'appareil, dont il peut régler les débits suivant ses observations, contrairement à d'autres appareils de graissage qui n'offrent aucun moyen de vérification. Bien que ce lubrificateur permette le remplissage d'huile pendant la marche de la hl, il n'est pas probable que cela soit jamais nécessaire, attendu que le réservoir I contient assez d'huile pour des parcours d'environ 6 heures.
Les deux côtés de ce double lubrificateur forment deux graisseurs complètement séparés, qui opèrent chacun avec une complète indépendance le graissage du tiroir et du cylindre d'un même côté.
Tout en réduisant la consommation d'huile au minimum, ce système de graissage assure l'huilage parfait et certain des surfaces intérieures des cylindres ; de cette manière la quantité de travail absorbé par le frottement des tiroirs est diminuée, d'où résulte une économie de combustible ou une augmentation de l'effet utile de la hl. D'autre part, l'usure des tiroirs, etc., et la nécessité de réparations qui en est la conséquence, ne se présentent qu'après une circulation incomparablement plus longue.
Instructions pour le montage.
Il est recommandé de placer ces tubes de manière que chaque côté du lubrificateur opère le graissage du côté correspondant de la hl.
Usage du lubrificateur. - Remplir le réservoir I d'huile pure par l'orifice muni du bouchon à vis A ; ensuite ouvrir la soupape D.
Mise en marche. - Ouvrir d'abord la soupape de vapeur B, après avoir attendu que les verres indicateurs KK se soient remplis d'eau de condensation ; régler le graissage selon le besoin au moyen des soupapes CC.
Arrêt. - Fermer les soupapes d'huile CC.
Remplissage d'huile. - Fermer les soupapes CC et D et extraire l'eau par la soupape de décharge W. Ensuite, remplir le réservoir d'huile par l'orifice A ; cela fait, ouvrir immédiatement la soupape d'eau D, que le lubrificateur soit mis en marche ou non, cette précaution est indispensable afin d'éviter la déformation du réservoir I par la dilatation de l'huile chauffée.
Remarques.
Fig. 240.
A, bouchon à vis pour le remplissage ; B, prise de vapeur à la chaudière ; CC, soupapes régulatrices de l'huilage ; D, soupape d'eau ; E, vase de condensation ; FF, soupapes de fermeture pour les compte-gouttes ; G, niveau d'huile ; I, réservoir d'huile ; KK, compte-gouttes ; L, tubes de vapeur ;M, support de fixation ; OO, graisseurs auxiliaires ; P, tube d'huile central ; W, soupape de décharge ; XX, raccords des tubes de graissage allant aux cylindres.
Description. - Le graisseur reçoit sa commande par une petite bielle qui relie le levier à rochet 1 à une partie oscillante de la machine.
Fig. 241.
La roue dentée 2, qui est calée sur l'arbre coudé 3, fait un tantième de tour à chaque mouvement, et le coulisseau 4 suit la partie coudée de l'arbre, ce qui lui donne son mouvement vertical. Les pistons 5 suivent naturellement l'évolution du coulisseau. On règle le débit de chaque piston, en fixant l'écrou 6 et le contre-écrou 7 à la hauteur voulue, pour lui donner la course utile nécessaire à son débit.
Trois canaux conduisent l'huile à la soupape d'aspiration 8 ; elle est refoulée vers le cylindre par la soupape 9 dont le ressort est réglable à volonté. La manivelle 10 sert à lubrifier à l'arrêt dans toutes les directions, tandis que lorsqu'on désire ne lubrifier qu'une seule direction, on agite à la main le piston correspondant par le bouton contre-écrou 7 fixé à son extrémité. Une roue dentée 11, avec rochet, fixée sur l'arbre, empêche celui-ci de tourner pendant le mouvement de retour du levier. Un guide 12, dans lequel circule le levier, reçoit les à-coups pouvant survenir, pour éviter toute détérioration à l'appareil. Une chambre de chauffe est prévue dans le pied, pour éviter la congélation de l'huile ; les deux raccords sont reliés, l'un à un tuyau d'arrivée de vapeur, l'autre à un tuyau d'échappement.
Entretien. - Avant d'accoupler le graisseur définitivement aux tuyaux distributeurs, on amorcera convenablement chaque pompe, c'est-à-dire, que le récipient étant pourvu d'huile, on desserrera légèrement les ressorts des soupapes 9 et l'on fera fonctionner à l'aide de la manivelle, en s'assurant que plus aucune pompe ne renferme de l'air. A la pompe par laquelle il ne vient plus de bulles d'air, on resserre à fond la capsule guidant le ressort et l'on accouple définitivement au tuyau. Il faut avoir soin de bien filtrer l'huile dont on se sert et d'entretenir le filtre toujours parfaitement propre.
Le graisseur ne doit jamais manquer d'huile (point très important). Si le cas se présente cependant, il faut, après avoir rempli d'huile, tourner assez rapidement la manivelle et, pendant un temps assez long, de façon à expurger l'air qui pourrait s'être introduit dans les pompes. Les bourrages doivent être serrés légèrement, vu que les pistons sont étanches par eux-mêmes.
Fig. 242.
Ces graisseurs ont sur les appareils similaires l'énorme avantage d'avoir des conduits de grand diamètre, sans obstruction possible. Le refoulement est assuré, pour chaque départ, par deux pistons qui se meuvent chacun dans un cylindre, un piston compresseur et un piston distributeur. Ces pistons reçoivent leur mouvement des balanciers actionnés par des excentriques.
Fig. 243.
Le graisseur Berg-Marck est un graisseur servant spécialement au graissage des têtes de bielles. Il consiste en un godet à l'intérieur duquel se trouve un tube. Ce tube reçoit une tige de soupape. Un couvercle ferme le godet et sert en même temps de siège à la soupape, dont la tige fonctionne à frottement doux dans le tube central du godet. Par l'effet de la force centrifuge, l'huile est projetée contre la tige de la soupape et par son propre poids descend dans le tube par les quatre rainures pratiquées dans la tige. Afin de maintenir la soupape contre son siège, elle est pressée par un ressort reposant dans le fond du godet. Ce ressort a une force de 1 kg. environ.
Avantage principal. - Il ne graisse pas au repos. Au fur et à mesure du débit, il doit se faire une rentrée d'air correspondante dans le godet du graisseur. S'il y avait dépression dans le godet graisseur, la pression atmosphérique s'opposerait à l'écoulement de l'huile. Cette rentrée d'air dans le godet se fait par le tube central. Une poche d'air est ménagée à la jonction supérieure des coussinets.
Fig. 244.
AB = rayon d'excentricité ou la demi-course du tiroir, si la commande s'effectue directement sans intermédiaire de mouvement de renvoi.
Les excentriques dans les hl servent à transmettre le mouvement de l'essieu moteur au tiroir par l'intermédiaire d'une coulisse, levier, etc. Dans les mécanismes extérieurs, la poulie excentrique est généralement remplacée par une contre-manivelle. Cependant, faut-il que cette contre-manivelle ne présente aucun inconvénient, notamment en ce qui concerne le gabarit des chemins de fer.
Fig. 245.
OA = rayon de la manivelle motrice.
OB = rayon d'excentricité.
Excentrique calé à 90° en avant de la manivelle motrice et dans le sens de marche. Distribution par tiroir sans recouvrement ; cette distribution ne comprendra que deux phases. Admission sur le piston pendant toute la course motrice et échappement pendant toute la course résistante.
Cette distribution est défectueuse ; la vapeur s'échappe à la pression d'admission sans avoir produit aucun travail de détente. Il se produit des chocs à chaque fond de course. Au début de la course résistante, la contre-pression est très élevée.
On corrige et améliore considérablement la distribution en calant l'excentrique en N de la manivelle et dans le sens de la marche de 90°, plus l'angle d'avance et en donnant des recouvrements intérieurs et extérieurs aux tiroirs.
Fig. 246.
OA = rayon de la manivelle motrice (FIG. 246).
OB = rayon d'excentricité.
Angle de calage de l'excentrique = 90°+ 35° = 125°.
Angle d'avance de l'excentrique = 125° - 90° = 35°.
C'est grâce à cet angle d'avance que le tiroir se trouve écarté de sa position moyenne de l’avance linéaire, quand le piston est à fond de course. L’avance linéaire est la longueur correspondante au recouvrement extérieur du tiroir plus l’avance à l’admission dont le tiroir s'est déplacé à partir de sa position moyenne, alors que le piston est à fond de course.
Fig. 247.
Prenons le piston à l'origine de sa course directe, suivons-le pendant une course aller et retour, ou un tour de roues de la hl, en nous occupant seulement de ce qui se passe sur le côté gauche. La manivelle motrice en OA (FIG. 247), le piston-moteur à fond de course en AR, l'excentrique en OB ; l'espace nuisible est rempli de vapeur à une pression un peu inférieure à celle de la chaudière, grâce à la compression et à l'avance à l'admission de la course précédente. Pendant le parcours ab du piston, le tiroir laisse ouverte la lumière de gauche ; la vapeur de la chaudière entre dans le cylindre : c'est la pleine admission. La manivelle motrice en OA' (FIG. 248), piston-moteur en b', l'excentrique en B', la lumière d'admission AR est fermée. La vapeur emprisonnée continue à faire avancer le piston de l'AR vers l’AV, en augmentant de volume en même temps que sa tension diminue. C'est la période de détente. La détente est produite par les recouvrements du tiroir. La dépense de vapeur est moindre qu'avec les tiroirs sans recouvrements et par conséquent, il y a économie de combustible. La détente diminue également la contre-pression sur la face résistante du piston ; en conséquence, le travail effectif est favorisé : un degré d'admission d'environ 1/3, donc un degré de détente = 3 approximativement est économique.
Le degré de détente augmente généralement avec la tension de la vapeur.
La manivelle motrice A2 (FIG. 249), piston-moteur en C, excentrique en By, le creux du tiroir met en communication la lumière d'admission de gauche avec la lumière d'émission. C'est la période dite d'échappement anticipé : elle commence un peu avant que le piston ne soit arrivé à fond de course en N. La vapeur qui a agi sur la face motrice du piston s'échappe à l'atmosphère. Lorsque le piston est à fond de course en AV, la contre-pression est réduite à peu près à celle de la pression atmosphérique. Dans les hl compound, cette contre-pression est pour les cylindres HP égale à celle du réservoir intermédiaire. L'échappement anticipé comme la détente diminue la contre-pression sur la face résistante du piston-moteur, donc favorise le travail effectif. Dans les hl à grande vitesse, les découvrements intérieurs du tiroir augmentent encore la période d'avance à l'échappement.
La manivelle motrice en A3 (FIG. 250), piston-moteur à fond de course en AV, l'excentrique en B3, la vapeur s'échappe librement à l'atmosphère par les lumières d'admission et d'émission, en passant par le creux du tiroir. C'est la période d’échappement. La contre-pression sur la face résistante du piston-moteur diminue le travail effectif de la vapeur d'admission sur la face motrice.
La manivelle motrice en A4 (FIG. 251), piston-moteur en C, l'excentrique en B4, l'échappement de vapeur cesse. C'est la période de compression.
La vapeur restée dans le cylindre à une pression d'environ 1 atmosphère est comprimée. C'est une action inverse de la détente.
La manivelle motrice en A5, piston-moteur en f, l'excentrique en B5, le tiroir commence à démasquer la lumière pour l'admission ; c'est la période d'avance à l'admission (FIG. 252).
Cette avance à l'admission est obtenue au moyen du calage spécial de l'excentrique, c'est-à-dire de l'angle de calage de 90° + 35° = 125°.
Fig. 248 à 252.
La vapeur pénètre dans le cylindre, forme un matelas élastique contre lequel vient s'amortir l'impulsion du piston. Cette vapeur ajoutée à la vapeur comprimée dans la période précédente, emplit l'espace nuisible et établit un équilibre à peu près complet entre la chaudière et le cylindre dès que le piston arrive en OA, point de départ, et l'excentrique en B.
L'avance à l'admission exagérée s'oppose à l'action du piston trop de temps avant son changement de direction, en donnant lieu inutilement à une certaine perte de travail.
En résumé, si on considère un seul côté du piston (le côté gauche des figures), pour une course aller et retour, la distribution a les six phases suivantes :
| Aller du piston | Admission |
| Détente | |
| Avance à l'émission | |
| Retour du piston | Emission |
| Compression | |
| Avance à l'admission. |
Si on considérait l'autre face du piston, le côté droit, on trouverait pour une course complète aller et retour, à partir du fond de course de droite, les six mêmes phases pour la distribution de vapeur.
Les deux principales sont l'admission et l'échappement normal. La détente et la compression s'effectuent pendant que les lumières sont recouvertes intérieurement et extérieurement ; ils sont l'effet des recouvrements du tiroir. L'échappement et l'admission anticipés sont de leur côté le résultat de l'angle de calage.
Fig.253.
La coulisse (FIG. 253) a pour objet de produire le changement du sens de marche de la machine et de faire varier la durée de l'admission de vapeur dans les cylindres. Lorsque dans le déplacement en AV de la M la manivelle motrice occupe la position OA (FIG. 254), le piston étant à fond de course en arrière, le tiroir découvre la lumière d'admission de l'avance à l'admission, avance qui est obtenue par le calage spécial donné à l'excentrique dont le rayon précède la manivelle-motrice d'un angle égal à l'angle droit + l'angle d'avance, c'est-à-dire 90 + 35 = 125°. Le mouvement de la manivelle a lieu dans le sens de la flèche f.
Fig. 254.
Pour produire la rotation de la manivelle dans le sens de la flèche f et obtenir par conséquent le changement du sens de la marche, le tiroir devra encore occuper à l'origine de la course du piston, la même position que précédemment, les avances à l'admission étant les mêmes mais il sera nécessaire que le rayon d'excentricité vienne en OB' dans une position telle qu'il précède encore pour le sens de rotation à obtenir la manivelle motrice d'un angle égal à 90° + l'angle d'avance, c'est-à-dire, 90° + 35° = 125°. En reliant les extrémités des barres d'excentrique par une coulisse dans laquelle on fait déplacer un coulisseau relié à la tige du tiroir, on peut obtenir en plus du changement de marche de la hl, un fonctionnement en détente plus ou moins étendu suivant le plus ou moins de rapprochement du coulisseau du milieu de la coulisse. On se rendra facilement compte de cette dernière propriété des coulisses.
En faisant osciller la coulisse, on voit que les extrémités décrivent des grands arcs de cercles, pendant que son centre se déplace peu ; tous les points intermédiaires entre ce centre et les extrémités décrivent également des arcs dont l'amplitude varie en proportion de leur éloigneraient du centre de la coulisse. Le tiroir se déplace donc de sa position moyenne et découvre d'autant plus les lumières d'admission que le coulisseau se rapproche d'avantage des extrémités de la coulisse. Les traits pleins représentent la position du mécanisme pour la marche en AV et ceux pointillés, la position du mouvement pour la marche en AR.
Elle se compose de deux excentriques.
OB dit excentrique de marche AV.
OB' dit excentrique de marche AR ayant généralement même rayon d'excentricité.
Fig. 255.
Les angles de calage ne sont pas toujours les mêmes pour les deux sens de marche. Les excentriques sont reliés par des barres d'excentriques à la coulisse DE qui tourne sa concavité vers l'arbre-moteur.
Fig. 256.
La disposition est dite à barres croisées, quand les barres sont croisées, la manivelle OA se trouvant au point mort d'arrière. Elle est dite à barres ouvertes dans le cas contraire. Les dénominations barres ouvertes et barres croisées ne s'appliquent qu'à l'origine de la course directe du piston, car il est évident que dans les deux dispositions les barres se décroisent et se croisent dans le cours d'une révolution complète.
Avec la coulisse à barres croisées, l’avance à l'admission diminue plus on approche le levier du point mort.
Exemple :
Avec la coulisse à barres ouvertes, l'avance à l'admission augmente plus on approche le levier du point mort.
Exemple :
Recouvrement intérieur = 1 1/2 m/m.
Recouvrement extérieur = 28 m/m.
Déplacement du tiroir vers la gauche en ramenant le levier au point mort, donc : l'avance à l'admission est diminuée (barres croisées).
Fig. 257.
Déplacement de tiroir vers la droite en ramenant le levier au point mort, donc : l'avance à l'admission est augmentée (barres ouvertes).
Fig. 258.
Les coulisses Stéphenson avec tiroirs cylindriques (FIG. 259), admettant la vapeur par leurs bords intérieurs, les mouvements des distributeurs doivent être inverses de ceux qui se produisent lorsque les admissions se font par les bords extérieurs des tiroirs.
Fig. 259.
Il suffit, pour obtenir ce résultat, de donner aux excentriques un calage diamétralement opposé au calage normal, (FIG. 260), ou bien d'utiliser un Rocking-Schaft, ou levier de renvoi (FIG. 259).
Fig. 260.
A) Faire un tour de roues complet et mesurer le jeu entre le coulisseau et les fonds des coulisses :
Ce jeu peut varier de 8 à 10 m/m (explications sur croquis). Lorsque le levier du changement de marche sera ramené au point mort, le coulisseau devra se trouver au milieu de la coulisse. Au préalable, les poulies excentriques sont calées provisoirement ou définitivement. (Explications sur croquis.)
B) Le levier de changement de marche mis à fond de course marche AV, on examine la distribution du côté droit de la hl, par exemple. La manivelle motrice de droite se trouvant au point mort AR (fond de course), on mesure l'avance à l'admission à la lumière d'admission correspondante ; avance trouvée soit 1 m/m. La même manivelle motrice est placée au point mort AV (fond de course), on mesure l'avance à l'admission ; avance trouvée soit 2 m/m.
Pendant ce demi-tour de roues marche AV, on observe le mouvement du tiroir sur la table et on mesure la grande ouverture de la lumière d'admission AR. On mesure également la grande ouverture de la lumière d'admission AV.
On examine la distribution du même côté pour la marche AR. Le levier de changement de marche à fond de course marche AR et la manivelle motrice de droite au point mort AR (fond de course), on mesure l'avance à l'admission correspondante : avance trouvée, soit 10 m/m.
La même manivelle motrice, déplacée dans le sens de la marche AR, et ramenée au point mort AV (fond de course) on mesure l'avance à l'admission ; avance trouvée, soit 4 m/m.
Pendant la rotation de la manivelle motrice marche AR, on observe le mouvement du tiroir sur la table et on mesure la grande ouverture de la lumière AR. Après l'arrêt au point mort AV, on continue la rotation de la manivelle motrice dans le sens de la marche AR et on mesure la grande ouverture de la lumière d'admission vers l'avant.
c) Examen de l'angle de calage des poulies excentriques.
Je suppose un type de hl dont les avances à l’admission imposées pour la marche AV et la marche AR, levier de changement de marche à fond de course, sont données ci-après :
Avances relevées à la hl :
Somme des avances à l'admission, marche AV, données par l'angle d'avance : 1 + 2 = 3.
Somme des avances à l'admission, marche AR, données par l'angle d'avance : 10 + 4 = 14.
Les angles de calage des excentriques sont défectueux. L'angle de calage de l'excentrique marche AV est trop petit.
Par conséquent, la manivelle motrice OA se trouvant au point mort AR (fond de course), l'excentrique sera déplacé dans le sens de la marche AV, c'est-à-dire de OB en OC, afin d'obtenir une avance à l'admission = à 1 + 3,5 = 4,5 m/m.
Lorsque la même manivelle motrice occupera la position OA’ point mort AV (fond de course), l'excentrique sera en OC prolongement de la direction OC et l'avance à l'admission sera égale à 2 + 3,5 = 5 1/2 m/m.
La somme des avances à l'admission marche AV = 4,5 + 5,5 = 10 m/m.
L'angle de calage de l'excentrique de la marche AR est trop grand. La manivelle motrice OA se trouve au point mort AR (fond de course), l'angle de calage sera diminué, c'est-à-dire que l'excentrique OB' sera ramené en OC afin d'obtenir moins d'avance à l'admission, donc 10 - 2 = 8 m/m.
Lorsque la même manivelle motrice occupera la position OA' point mort AV (fond de course), l'excentrique sera en C" prolongement de la direction OC et l'avance à l'admission sera de 4 - 2 = 2 m/m.
Somme des avances à l'admission de la marche AR = 8 + 2 = 10 m/m. Maintenant les angles de calage des excentriques sont exacts.
« Explication sur croquis de ce qui se passe pratiquement quand on fait tourner sur l'essieu les poulies excentriques.»
D) Examen des barres d'excentriques.
La barre d'excentrique marche AV doit être allongée. La barre d'excentrique marche AR doit être raccourcie :
Marche AV : manivelle motrice au point mort AR, le tiroir doit être déplacé de 1/2 m/m vers la droite.
Marche AR : manivelle motrice au point mort AR, le tiroir doit être déplacé de 3 m/m vers la gauche :
Quantités à allonger et à accourcir les barres d'excentriques sont indiquées au tracé ci-dessus.
Mêmes opérations pour régler le côté gauche de la hl.
(Inventée en 1844 par le chef d’atelier Walschaerts)
Coulisse Walschaerts. - Hl. type 12.
Fig. 261.
Dans le système Walschaerts, le mouvement du tiroir dérive de deux sources : il est produit d'une part par un excentrique calé en AV ou en AR de la manivelle motrice et actionnant la coulisse suspendue par son milieu à un point fixe ; d'autre part, par un levier dit levier d'avance, dont l'extrémité inférieure est mue par la crosse du piston au moyen d'une petite bielle (explication sur croquis). Un seul excentrique pour les deux sens de marche. La coulisse tourne sa concavité vers le tiroir, elle forme un arc de cercle ayant le point O pour centre. Le déplacement du coulisseau quand la manivelle motrice est au point mort ne modifie pas la position du tiroir et par conséquent l'avance à l'admission sera constante (explication sur croquis). Excentrique calé à 90° chaque fois que le point mort A se trouve sur l'axe des cylindres que ceux-ci soient horizontaux ou inclinés. Excentrique calé en AR de la manivelle motrice dans le sens de marche AV lorsque le coulisseau occupe la partie supérieure de la coulisse, le levier de changement de marche étant à fond de course marche AV (FIG. 261). Excentrique calé en AV de la manivelle motrice dans le sens de marche AV lorsque le coulisseau occupe la partie inférieure de la coulisse, le levier de changement de marche à fond de course marche AV (FIG. 262).
Fig. 262.
L'excentrique est calé à un angle plus petit que 90° quand le point A se trouve en dessous de l'axe des cylindres, que ceux-ci soient horizontaux ou inclinés, manivelle motrice précédant l'excentrique dans la marche AV (FIG. 263). L'angle de calage serait plus grand que 90° si l'excentrique précédait la manivelle motrice dans la marche AV. L'excentrique est calé en AV ou en AR de la manivelle motrice, dans le sens de marche AV (explications sur croquis).
Fig. 263.
L'excentrique est calé à un angle plus grand que 90° quand le point A se trouve au-dessus de l'axe des cylindres ; que ceux-ci soient horizontaux ou inclinés, manivelle motrice précédant l'excentrique dans la marche AV (FIG. 264). L'angle de calage serait plus petit que 90° si l'excentrique précédait la manivelle motrice dans la marche AV.
Fig. 264 et 265.
L'excentrique est calé en AV ou en AR de la manivelle motrice, dans le sens de marche AV pour les raisons vues figures précédentes.
Point mort du piston-moteur, lorsque les axes des cylindres ne rencontrent pas l'axe de l'essieu-moteur ou manivelles motrices de forme elliptique. (Explications sur croquis FIG. 265.)
Dans le système Walschaerts, les phases de la distribution, notamment les admissions, sur chaque face du piston, sont un peu plus régulières que dans le système à deux excentriques, mais elles présentent les mêmes inconvénients : trop longue durée de l'échappement anticipé et de la compression pour les courtes admissions.
(Explications sur croquis).
Influence du réglage de la bielle motrice, jeux à reprendre aux coussinets.
a) Mêmes opérations que pour la coulisse Stephenson.
b) Mêmes opérations que pour la coulisse Stephenson.
Le mécanisme étant sans jeu dans les articulations, etc., la manivelle motrice en OA (FIG. 266), le levier de changement de marche sera ramené à fond de course marche AR et sans déplacer la hl.
Fig. 266.
c) L'angle de calage de l'excentrique est donc défectueux (voir FIG. 266).
L'angle de calage de l'excentrique sera modifié de façon à obtenir :
d) Raccourcir la barre d'excentrique pour obtenir :
d) Agir sur les écrous de rappel de la tige du tiroir pour avoir :
A défaut d'écrous de rappel à la tige du tiroir on agit, pour de petites différences, sur la bielle D. Cependant la longueur de la bielle D doit être égale au rayon de la coulisse. Afin de conserver à la bielle D une longueur égale au rayon de la coulisse, on opère sur le support de la coulisse.
Moyens pratiques de déterminer la longueur exacte de la barre d'excentrique. (Explications sur croquis.)
f) Les avances exigées étant :
On ne pourra les obtenir qu'en agissant sur le levier d'avance (FIG. 267).
Fig. 267.
AB = a + e (avance à l'admission + recouvrement extérieur du tiroir) 7 + 25 = 32.
BD = longueur totale du levier d'avance = 750 m/m.
DE = rayon de la manivelle motrice = 300 m/m.
Les triangles semblables CAB et CED donnent (FIG. 267) :
BC : CD = AB : ED
d'où : 
on connaît :
Après calculs faits on tire :
BC : CD = AB : ED.
ou bien : 
BC = 72,3 m/m.
ou bien encore :
x : 750 - x = 32 : 300.
300 x = (750 - x) 32
300 x = 24,000 - 32 x
332 x = 24,000.
Fig. 268 et 269.
Voir figures 268 et 269. Ces deux coulisses se différencient par les points suivants :
Walschaerts (FIG. 268).
Stephenson (FIG. 269).
Hl. type 20.
Fig. 270.
Particularités.
Fig. 271.
Tiroirs de distribution s/Lencauchez.
Fig. 273.
Particularités. - Elle comprend quatre tiroirs par cylindre, deux pour l'admission et deux pour l'émission, actionnés par une coulisse de Gooch portant deux coulisseaux solidaires dont l'un, le plus rapproché du centre de la coulisse, dans la position de marche AV, agit sur les tiroirs d'admission et dont l'autre agit sur les tiroirs d'échappement. Grâce à ce dispositif, la compression se trouve diminuée ; aussi pour une admission de 20 %, la compression est de 18 % seulement, tandis que dans les distributions ordinaires, elle est de 36 %. La marche AR est sacrifiée, mais cela est sans inconvénient.
Les tiroirs d'admission et d'émission sont cylindriques et à mouvement tournant : ils sont en partie équilibrés par leur fonctionnement même.
Avantages. - Diminuer le laminage de la vapeur à l'admission par une fermeture rapide des tiroirs d'admission. Obtenir pour une admission donnée une détente plus longue et une compression plus courte qu'avec les distributions ordinaires ; on augmente ainsi le travail de la vapeur et, d'autre part, la machine peut réaliser des vitesses plus élevées.
Permettre de marcher très économiquement avec une admission de 12 % de la course du piston, alors que dans la hl à distribution ordinaire, il n'est pas avantageux de marcher à une admission intérieure à 20 % ; dans ce dernier cas, la détente ne dépasse pas cinq fois le volume de la vapeur admise dans le cylindre, tandis qu'avec la distribution Lencauchez la détente peut atteindre huit fois ce volume.
Enfin, empêcher le refroidissement des lumières d'admission par le passage de la vapeur d'échappement ; il y a ainsi une condensation un peu moindre de la vapeur à son entrée dans le cylindre. Les hl Lencauchez ont un démarrage facile et elles sont également très libres dans la marche à grande vitesse. Elles sont aussi plus économiques que celles à distribution ordinaire.
Deux hl type 12 Etat Belge possèdent la distribution Lencauchez. Les déréglages sont assez fréquents.
La Compagnie d'Orléans a beaucoup de hl munies de la distribution Lencauchez. Elles donnent de bons résultats.
Les tiroirs reçoivent la vapeur entre les pistons distributeurs. Dans ce cas, les déplacements des distributeurs doivent être inverses de ceux qui se produisent lorsque les admissions se font par les bords extérieurs. C'est pourquoi les excentriques ont reçu un calage diamétralement opposé au calage normal.
Quant à la question des avances, elle a été résolue en reportant en E, à l'extrémité supérieure du levier d'avance le point d'attache de la bielle du tiroir D et en articulant la tige du tiroir extérieur correspondant F, immédiatement en-dessous en G. Les tiroirs intérieurs H sont mus par les tiroirs extérieurs F au moyen du balancier transversal J oscillant autour de l'axe K.
Distribution de hl. type 31.
Fig. 272.
Le guidage des tiroirs nécessite une glissière.
Chemin parcouru par le tiroir à partir de sa position moyenne = a + e.
Le décalage de l'excentrique ne suffit pas, car ce décalage reste sans effet sur les avances qui sont produites par une extrémité du levier dont l'autre est menée par la crosse du piston. Il faut donc avoir recours à une disposition supplémentaire.
Celle qui a été choisie pour cette distribution (FIG. 277) consiste à faire conduire les tiroirs I du cylindre intérieur par le levier d'avance du cylindre extérieur au moyen du levier A calé sur l'arbre horizontal C. Les tiroirs I du cylindre intérieur mènent à leur tour les tiroirs E du cylindre extérieur par l'intermédiaire du balancier H articulé en K ; on voit ainsi, comme les manivelles du cylindre extérieur et intérieur sont calées à 180°, que le but poursuivi est atteint. C'est-à-dire que chaque piston-distributeur est animé de tous les mouvements inverses de ceux qu'il aurait s'il admettait la vapeur par les bords extérieurs.
Aux hl compound à vapeur saturée, tiroirs plans, la distribution Walschaerts ne subit pas de modifications.
Distribution Walschaerts de hl. compound à 4 cylindres et à vapeur surchauffée. (Tiroirs cylindriques.)
Hl types 19 et 19bis.
Fig. 274.
Distribution Walschaerts pour tiroirs cylindriques.
Fig. 275.
Chemin parcouru par le tiroir à partir de sa position moyenne = a + e.
Fig. 276.
Distribution Walschaerts appliquée à une hl à 4 cylindres égaux à simple expansion et à vapeur surchauffée. (Tiroirs cylindriques.)
Fig. 277.
Locomotives types 10 et 36, à cylindres égaux.
Type 10. - Coulisse commandée par une contre-manivelle extérieure.
Type 36. - Coulisse commandée par une poulie excentrique intérieure et par l'intermédiaire d'arbres et leviers de renvoi.
Fig. 278.
Quand le levier à main M est poussé à fond de sa course vers l'avant, le robinet à vapeur à trois voies (FIG. 280) admet la vapeur dans le cylindre C et le levier principal P est attiré vers l'avant ; il est forcé de suivre le levier à main.
Fig. 279 à 282.
Lorsque le levier à main occupe la position moyenne de sa course, l'admission de vapeur est interrompue et les deux faces du piston du servo-moteur se trouvent en communication avec l'atmosphère (FIG. 281).
Si le levier à main est mis à fond de course AR, le robinet à trois voies se trouvera suivant la figure 282 et le levier principal sera repoussé en AR.
Donc, quand on déplace le levier à main, le levier principal doit le suivre dans son mouvement.
Le levier principal agit directement sur l'arbre de relevage, donc sur la coulisse ou le coulisseau.
Fig. 283.
Le principe est le même que dans le système précédent.
L'admission de vapeur est réglée par un tiroir T.
L'échappement est obtenu au moyen de deux soupapes S, S'.
Quand une est fermée par la vapeur d'admission, l'autre est ouverte à l'échappement.
Fig. 284.
Le groupe des cylindres BP comporte un arbre de relevage, un servo-moteur Rongy, un levier principal, un levier à main et un robinet à trois voies.
Le groupe des cylindres HP a la même série d'organes.
Les deux changements de marche sont montés sur le même bâti.
Le changement de marche BP possède un levier l, accessible au machiniste, au moyen duquel il donne tous les mouvements au levier à main des HP.
Quand les deux peignes sont en prise, au moyen du valant on manœuvre les deux leviers simultanément. Si un peigne n'est pas en prise, ce levier devient indépendant de l'autre.
Les deux changements de marche peuvent être manœuvres séparément ou ensemble.
L'emploi de la contre-vapeur consiste à faire marcher la hl dans un sens en employant la distribution de vapeur qui correspond à la marche inverse. Il résulte de cette disposition une inversion complète des fonctions du piston. Quand le piston de la hl est entraîné par la force d'inertie du train, on renverse la distribution, alors le piston refoule la vapeur devant lui en perdant graduellement sa vitesse. L'arrêt a lieu quand la force vive de rotation accumulée dans tous les organes du train est devenue égale à l'effort de poussée en sens inverse. Il arrive quelquefois que le train continuant à rouler en avant, les roues motrices et accouplées tournent en sens contraire, par suite que la force vive de la hl est éteinte la première.
Fig. 285.
Supposons que la manivelle motrice soit au point mort AR en OA et se déplace ensuite dans le sens de la flèche pour venir au point mort AV ou OA' (Fig. 285).
Le tiroir occupe une position telle qu'il découvre la lumière d'arrière d'une quantité égale à l'avance à l'admission. (Explication sur croquis.) Lorsque le levier de changement de marche se trouve à fond de course marche AV, le tiroir est conduit par l'excentrique OB. Le tiroir se déplace vers l'AV et ouvre de plus en plus la lumière d'admission.
Si, au contraire, la distribution est renversée à fond de course, le renversement ne modifie pas ou ne modifie que très peu dans certaines distributions la position du tiroir quand la manivelle motrice est au point mort ; mais le dit tiroir sera conduit par l'excentrique OB' ; et, quand la manivelle s'éloignera du point mort dans ]e sens de la flèche (FIG. 286), les roues tournant vers l'AV, le tiroir se déplacera vers FAR et fermera, par conséquent, tout de suite la lumière d'admission.
Fig. 286.
La pression de la vapeur, qui était la même dans le cylindre et dans la boîte à tiroir, ira donc rapidement en diminuant, ligne ab (FIG. 287), jusqu'au moment où le tiroir continuant à se déplacer vers l'arrière, ouvrira la communication avec l'échappement, la pression dans le cylindre sera voisine de la pression atmosphérique jusqu'à la fin de la course, en C, moment où le tiroir occupera la position symétrique de celle qu'il avait au fond de course AR. (Explication sur croquis.) Ensuite, le piston revient vers l'AR et, considérant toujours la cylindrée AR, le tiroir en se déplaçant vers l'AV, produit d'abord la fermeture de l'échappement au point d, puis l'ouverture de l'admission au point e. A ce moment, la vapeur vive admise dans le cylindre s'oppose au mouvement du piston et on a une courbe de contre-pression telle que ea. La surface du diagramme abcdea (FIG. 263) représente le travail résistant. Il est notablement plus faible que le travail moteur qui serait produit au même cran de marche et est représenté par le diagramme ponctué (FIG. 287).
Fig. 287.
L'effort résistant, de même que l'effort moteur, compté à la jante des roues motrices, ne peut dépasser la valeur f P, P poids adhérent, f coefficient d'adhérence, sinon les roues glissent ou patinent au lieu de tourner et l'effet retardateur produit est considérablement diminué, d'autant plus que la vitesse est plus grande. Si la hl est munie d'un frein agissant sur les roues motrices avec une pression des blocs suffisante pour donner un effort voisin de fP, la contre-vapeur n'ajoutera rien à l'action du frein et risquera, au contraire, de faire patiner les roues. En réalité, l'action du frein est toujours notablement inférieure à fP ; la contre-vapeur fournit le supplément d'effort retardateur et est, par conséquent, efficace, mais à la condition que les roues continuent à tourner dans le sens de la marche.
Dans la partie bc du diagramme de contre-vapeur, le piston aspire les gaz de la boîte à fumée, ce qui présente beaucoup d'inconvénients, parce que ces gaz contiennent des poussières qui peuvent produire des grippements, et après avoir été aspirés dans le cylindre, ils sont refoulés dans la chaudière. Ils paralysent le fonctionnement des injecteurs, les gaz ne se condensent pas. En plus, les bourrages en chanvre se carbonisent, les garnitures de métal blanc fondent, les tiges de pistons s'échauffent, les graisses brûlent, les surfaces frottantes grippent ; il y a usure exagérée. On remédie à ces inconvénients en injectant dans le tuyau d'échappement de la vapeur ou mieux de l'eau de la chaudière qui se vaporise instantanément.
Injecter de la vapeur seule, la température de cette vapeur s'élèverait considérablement encore et une partie des inconvénients de la marche sans injection se représenterait, mais l'alimentation par les injecteurs ne serait pas arrêtée. L'injection doit être bien réglée au moyen du robinet à contre-vapeur, dit le Châtelier ; on le constate sous forme de pluie fine sortant de la cheminée.
Marche à contre-vapeur, ce qui se passe dans le cylindre par tour de roues :
Poussées sur les guides.
Cylindre A. - La vapeur venant de la chaudière est admise par les lumières d'admission m et n alternativement, tandis que l'échappement de la vapeur qui a agi sur le piston-moteur C a lieu dans le réservoir intermédiaire R par la lumière d'échappement n'.
Cylindre B. - Les lumières S et V permettent de faire l'admission de la vapeur qui vient non pas de la chaudière mais du réservoir intermédiaire R, tandis que la lumière V assure l'échappement à l'atmosphère, de la vapeur qui a exercé son action sur le piston D.
Hl types 8 et Atlantic.
Fig. 288.
L'emploi des appareils de mise en marche permet de réaliser quatre fonctionnements différents de la hl :
Le fonctionnement régulier de ces deux cylindres entraîne une condition :
Il faut que le poids de vapeur qui est déversé par le cylindre A dans le réservoir R, dans un temps donné (un tour de roues) soit égal au poids de vapeur admis dans le cylindre B, pendant le même temps. Si le premier poids était constamment supérieur ou inférieur au second, la vapeur s'accumulerait de plus en plus ou se raréfierait de plus en plus, respectivement dans le réservoir R.
Traçons tout d'abord les diagrammes théoriques relatifs aux cylindres A et B, en admettant les hypothèses suivantes :
Supposons que la capacité du réservoir R est assez grande pour rendre insensibles les variations de tension de vapeur, pendant la marche régulière de la machine ; supposons aussi que la tension de vapeur, dans le réservoir R, est précisément égale à celle que prend la vapeur qui fonctionne dans le cylindre A, à la fin de la course du piston C.
Cylindre HP (Fig. 289).
Nous avons successivement l'admission ab, la détente bc et le refoulement cd dans le réservoir R d'où un travail abcd pour une course simple.
Fig. 289.
Diagramme théorique en trait fin et diagramme pratique en trait fort (Fig. 290).
Cylindre BP. - Nous avons de même une admission cf, une détente fm et une contretension d'échappement gh, d'où un travail donné par la surface efmgh.
Fig. 290.
Remarquons immédiatement que la longueur ef, qui représente le volume d'admission de vapeur dans le cylindre BP, avec une tension oe, doit correspondre exactement au volume de = V du cylindre HP, pour satisfaire à la condition indiquée précédemment, en ce qui concerne les poids de vapeur respectivement rejetés et admis par A et B.
La somme des travaux abcdefmgh fournis par les deux cylindres d'une hl compound correspond exactement (en prenant des diagrammes théoriques) au travail a' b' c' m g h fourni par une machine à un cylindre de volume V égal au volume du cylindre BP de la machine compound et dans laquelle on admet un volume a' b' de vapeur égal au volume ab admis dans le cylindre HP de cette machine compound.
Cette propriété ramène immédiatement le calcul de la puissance d'une machine compound au calcul d'une machine à un seul cylindre.
En général, on s'attache à avoir à peu près l'égalité entre les surfaces des diagrammes des deux pistons, c'est-à-dire le même travail pour les deux cylindres. On peut aussi s'imposer comme condition d'avoir le même effort maximum sur les deux pistons, de manière à pouvoir adopter les mêmes bielles et manivelles pour les deux cylindres.
En pratique, on adopte fréquemment un rapport variant de 1.5 à 1.72 entre les diamètres des pistons. Hl compound Atlantic :
Les volumes BP et HP sont entre eux dans un rapport 
variant de 2.25 à 2.95.
Capacité du réservoir intermédiaire + volume total des conduites entre petits et grands cylindres est d'environ 2.5 fois celle des cylindres HP réunis.
Volume d'un kg. de vapeur à 1 atmosphère = 1,700 1. environ. Poids m³ 0.580 kg.
Volume d'un kg. de vapeur à 6 atmosphères = 270 l. environ. Poids m³ 3.640 kg.
Volume d'un kg. de vapeur à 15 atmosphères = 120 1. environ. Poids m³ 7.950 kg.
L'avantage le plus important du compoundage est de diminuer les condensations initiales et les réévaporisations de la vapeur condensée, pendant la détente et l'échappement, donc réduire les écarts de température dans le cylindre entre l'admission et l'échappement, tout en obtenant une détente prolongée au moyen de deux cylindres de volumes différents.
Exemple : Une hl à simple expansion timbrée à 13 atmosphères. Lors de l'échappement de la vapeur, celle-ci tombe à une température d'environ 100°, pendant l'admission de la vapeur vive à 200° environ, vient au contact des parois du cylindre, amenées sensiblement à une température de 100° ; il y a donc, à ce moment, une condensation immédiate.
C'est ce qu'on réduit dans le compoundage en admettant la vapeur du cylindre HP dans le cylindre BP en passant par R, tout en ayant obtenu un maximum de détente.
Le compoundage permet de fortes admissions, sans que le fonctionnement économique soit gravement influencé.
Conséquemment, diminution des laminages et de la compression et augmentation de la puissance de la hl.
Les manivelles motrices des cylindres d'un même côté étant calées à 180°, il en résulte que les pièces à mouvement alternatif s'équilibrent, donc l'usure horizontale des coussinets et des boîtes à huile des essieux accouplés sera moindre qu'aux hl à simple expansion.
Comme inconvénient, on peut reprocher à la hl compound d'être plus coûteuse, puisque l'on a deux mécanismes en plus, elle donne lieu aussi, naturellement, à plus de frottement et à une dépense d'huile ou de graissage plus considérable.
Pour l'entretien courant, les frais de main-d'œuvre sont supérieurs à ceux de la hl h simple expansion à vapeur saturée. La conduite est aussi moins simple que celle d'une hl à simple expansion.
Tous ces désavantages ne doivent pas être perdus de vue, évidemment, mais il faut les comparer à l'économie de vapeur qu'une hl compound permet de réaliser.
Les hautes pressions augmentent la puissance des hl, mais aussi il faut accroître le degré de détente au delà des limites que les tiroirs ordinaires pourraient atteindre.
Les distributions à 4 obturateurs par exemple Lencauchez donnaient une solution mécanique du problème.
Au point de vue de l'économie on ne doit pas seulement considérer la valeur du rapport de détente, mais, aussi le mode de production de cette détente.
En pratique, la marche n'est pas d'autant plus économique que la pression est plus élevée et la détente plus prolongée, car une perte vient contrebalancer le bénéfice dû à l’augmentation du rendement théorique ; c'est celle qu'on peut attribuer en toute certitude aux condensations initiales et aux réévaporations pendant la détente et l'échappement qui en sont les corollaires.
L'importance de cette perte est d'autant plus grande que l'écart total de la température pendant la détente, toutes choses égales d'ailleurs est plus considérable.
L'avantage le plus important du compoundage consiste à réduire les écarts de températures dans le cylindre entre l'admission et l’échappement. Dans la machine compound, la détente se fait en deux fois : la vapeur vive de la chaudière accomplit dans un premier cylindre une partie de sa détente et est ensuite dirigée dans un second cylindre de plus grand volume où elle continue à se détendre et à produire un travail utile. Dans la marine, où les machines sont à condensation, on va plus loin ; la vapeur de la chaudière passe dans 3 et même dans 4 cylindres, mais pour les hl, la double expansion est très suffisante.
C'est surtout aux vitesses moyennes que la hl compound donne de l'économie par rapport à la machine à simple expansion. A ces vitesses, le degré d'admission au petit cylindre est encore assez grand pour que la vapeur n'y soit pas complètement détendue ; à très grande vitesse, au contraire, le degré d'admission au petit cylindre est déjà tellement réduit que la vapeur s'y détend complètement et qu'elle passe au grand cylindre sans pouvoir y donner un travail conséquent. On peut s'imaginer alors que le piston du grand cylindre barbotte dans un bain de vapeur. On règle très souvent la marche de compound par l'ouverture du modérateur. On donne ainsi au cylindre à haute pression, de la vapeur plus ou moins laminée.
D'essais pratiques entrepris par beaucoup de compagnies de chemins de fer, il résulte que la hl compound est économique et qu'elle présente de multiples avantages sur la hl à simple expansion, bien que généralement la simplicité de cette dernière soit plus grande.
Consommation de vapeur par cheval-heure. - La, dépense de vapeur dans la compound est sensiblement constante environ 6,5 à 7 kg. pour des admissionse comprises entre 30 et 70 %, alors que dans la simple expansion, cette dépense croît rapidement avec le degré d'admission ; elle atteint son maximum 11 kg. au 3/10° de la course. Il résulte de ces essais que la compound est mieux à même de remorquer, en cas de besoin, des trains lourds à grande vitesse, en prenant de fortes admissions sans que le fonctionnement économique soit gravement influencé. A grande vitesse l'avantage de la hl compound se manifeste encore à cause de la meilleure utilisation de la vapeur, de la diminution des laminages et de la contrepression, à cause des ouvertures de lumières plus grandes à la vitesse de 170 tours de roue par minute, la dépense de vapeur évaluée d'après la quantité d'eau vaporisée est pour la machine à simple expansion de 12,2 kg. par cheval-heure, alors qu'elle est de 10,5 kg. pour la compound ; l'écart minimum est de 14 %.
Résultats d'essais pratiques en service courant l'économie de charbon de 14 à 15 % en faveur des compound.
Les pourcentages d'économie sont cependant partiellement diminués par les frais de réparation et d'entretien, plus élevés pour les hl compound que pour les hl ordinaires. La supériorité économique des compounds n'existe que tant qu'il s'agit de réaliser des vitesses n'excédant pas notablement 200 tours par minute. L'avantage des compounds disparaît pour des vitesses supérieures à 200-220 tours par minute et même pour les trains s'arrêtant tous les 15 km., car pour les compounds, les démarrages sont plus onéreux.
Résultats d'essais pratiques. - Il est un point sur lequel l'attention doit être attirée, c'est la nécessité d'avoir toujours un bon tirage si l'on veut obtenir une production suffisante. Or, on ne peut avoir un bon tirage, qu'à la condition de maintenir une pression suffisante dans le réservoir intermédiaire ; cette pression ne doit pas descendre au dessous de 2 kg. et elle peut monter à 3 et 3 1/4 kg. dans les trains à remorque difficile pour lesquels la vaporisation doit être abondante. Il arrive, en effet, même dans les trains faciles, qui si les admissions sont réglées de telle façon que la pression au réservoir intermédiaire varie entre 1 et 1 1/2 kg., on obtient péniblement la production nécessaire, il faut surtout éviter cet écueil.
Pour avoir la pression suffisante au réservoir intermédiaire, il ne faut généralement pas employer aux cylindres HP des admissions inférieures à 40 %, ces admissions peuvent sans inconvénient et même en augmentant la vaporisation être portées pour les trains difficiles à 50 et 55 %. Aux cylindres BP, on ne doit pas descendre au dessous de 50 % d'admission ni dépasser 65 %.
En outre, pour obtenir au réservoir intermédiaire la pression nécessaire pour avoir un tirage suffisant, l'écart entre les admissions des deux cylindres ne devra pas en général être supérieur à 15 %. Cet écart entre les crans de marche des HP et BP doit, en fait, suivant les circonstances, comme il est relaté ci-dessus, varier entre 20 et 5 %, c'est-à-dire, entre deux crans et un demi-cran.
Dans ce cas, il s'agit de faire rendre à la hl tout ce qu'elle est capable de donner, à cet effet, il convient de soutenir les plus fortes admissions et de les combiner de la manière suivante :
a) Sur les sections de voie en palier, en rampe ou en pente, de 1, 2, 3 et même 4 m/m, maintenir un écart de 12 à 15 % entre les crans de marche, on aura ainsi des admissions variant entre 45 et 50 % aux cylindres HP et 60 à 65 % aux BP.
Le régulateur étant largement ouvert, la pression au réservoir intermédiaire variera entre 2 1/2 et 2 3/4 kg. sans serrage accentué de l'échappement, la combustion sera très active et la production de vapeur suffisante.
b) Pour franchir des sections de voie en rampe de 5, 6, 7 m/m et plus, ne pas toucher à l'admission des BP, mais réduire jusqu'à 50 % l'écart entre le cran des HP et celui des BP ; on obtiendra de cette façon pour les cylindres HP des admissions comprises entre 50 et 60 %, celles des BP restant limitées à 65 %. Avec 55 % aux cylindres HP et 60 % aux BP par exemple, la pression du réservoir intermédiaire atteindra 3 à 3 1/4 kg. et le régulateur étant grand ouvert, la production ne laissera rien à désirer si le feu est bien conduit.
c) A la descente des pentes de 5 m/m et au-dessus, où l'on veut surtout de la vitesse, on devra augmenter au contraire l'écart entre les crans de marche et le porter à 18 ou 20 %, sans faire varier le cran de BP. Les admissions seront alors de 60 à 65 % aux BP ; on ne devra pas trop étrangler la vapeur par le régulateur.
En résumé, lorsque la remorque d'un train nécessitera un très grand effort de traction, il faudra marcher de :
| 45 à 50 % aux HP et 60 à 65 % aux BP. En paliers, pentes et rampes de 1, 2, 3 et 4 m/m (régulateur bien ouvert.) |
| 50 à 60 % aux HP et 60 à 65 % aux BP. sur les rampes de plus de 5 m/m (régulateur grand ouvert). |
| 40 à 45 % aux HP et 60 à 65 % aux BP. sur les pentes de plus de 5 m/m (régulateur grand ouvert). |
Dans ces conditions, les mêmes principes devront, en ce qui concerne l'écart entre les crans de marche être suivis, mais, on déduira les admissions ainsi que l'ouverture du régulateur, on marchera par exemple de :
| 40 à 45 % pour les cylindres HP et 55 à 60 % aux BP en palier, pentes et rampes de 1, 2, 3 et 4 m/m (régulateur moitié ouvert). |
| 45 à 50 % aux HP et 55 à 60% aux BP sur les rampes de plus de 5 m/m (régulateur ouvert aux 2/3). |
| 40 à 45 % aux HP et 60 à 65 % aux BP sur les pentes de plus de 5 m/m (régulateur peu ouvert). |
Ce n'est pas pour des trains de cette nature que les hl compound ont été faites et bien que cela puisse étonner, c'est souvent en remorquant des trains assez faciles que le mécanicien non habitué peut rencontrer des difficultés.
En général, ces difficultés proviennent de ce que le mécanicien perd de vue qu'il ne faut pas diminuer l'admission aux cylindres HP sous peine de voir tomber la pression au réservoir intermédiaire, le tirage devient alors insuffisant au point de ne plus suffire à la consommation de vapeur si faible qu'elle soit.
Ne pas oublier, que pour avoir une bonne production, il faut maintenir normalement une pression d'au moins 2 kg. au réservoir intermédiaire. Pour obtenir le tirage suffisant, il faut admettre toujours à peu près 40 % aux HP, quitte à étrangler la vapeur en n'ouvrant pas en grand le régulateur. C'est le seul moyen de maintenir 2 kg. aux BP et par conséquent d'avoir du tirage.
Avec les combustibles que nous possédons (briquettes), tout mécanicien qui réglera sa marche d'après les indications données ci-dessus, devra obtenir une production suffisante ; s'il ne l'obtient pas, c'est que le feu est mal conduit. Le plus souvent, ce sera l'avant de la grille du foyer qui se trouvera dégarni contre la plaque tubulaire, alors que des amoncellements de combustible existeront à la naissance de la voûte ; dans ces conditions, il ne faut pas hésiter à employer le ringard, pour régulariser la surface du feu et boucher les cavités.
Avant le départ, le feu doit toujours être monté jusqu'à la porte avec des briquettes cassées en deux et, en cours de route, il est bon de le maintenir à ce niveau ; à l'avant, la couche de combustible ne devra pas avoir plus de 20 à 25 centimètres d'épaisseur.
Les systèmes des hl dépendent des profils à parcourir, des charges à remorquer et des vitesses à réaliser.
L'appréciation de la valeur d'une hl doit être fondée sur beaucoup d'éléments, dont les principaux sont :
La charge remorquée, la vitesse et le profil de la voie à suivre.
D'autres considérations telles que la consommation de combustible, la nature du combustible, la complication du mécanisme, etc., doivent aussi entrer en ligne de compte. La classification des profils n'a pas des données bien précises. On peut admettre semble-t-il comme profil facile, celui dont les déclivités n'excèdent pas 5 m/m par mètre ; profil difficile rampes atteignant parfois 15 à 16 m/m au mètre. (Bruxelles-Arlon).
Lignes moyennement accidentées, celles dont les déclivités atteignent 10 m/m par mètre.
Sur les lignes à profil facile, les trains rapides seront remorqués par des hl à 4 roues accouplées d'un diamètre compris entre 1.95 et 2.10 mètres.
Pour la remorque des trains rapides et en même temps lourds, on utilise sur les profils assez faciles les hl à 4 et même 6 roues couplées de 1.90 à. 2 mètres de diamètre.
Lorsque le profil des voies est plus accidenté, le diamètre des roues est descendu jusqu'à 1 m. 700 en vue de gagner de l'effort au crochet de traction tout en consentant à une diminution de vitesse. Mais en augmentant le nombre d'essieux couplés, on diminue le rendement mécanique de la hl à cause de l'augmentation du nombre d'articulations et des surfaces frottantes ainsi que des glissements qui se produisent toujours par suite des inégalités d'usure des bandages, etc.
Avec la hl compound, l'élasticité de la puissance au crochet de traction est plus grande qu'avec la hl à simple expansion, et ce, grâce à l'emploi de deux cylindres, dont les degrés d'admission peuvent être variés dans de plus grandes limites, pour que l'utilisation de la vapeur devienne onéreuse.
Limite imposée par l'adhérence à l'effort de traction. - L'adhérence est le frottement qui s'exerce entre la roue chargée et le rail, au moment où la roue serait sur le point de tourner.
La résistance totale du train, c'est-à-dire l’effort de traction maximum à demander à la hl, a pour limite supérieure, la résistance des roues motrices au glissement.
Si P est le poids porté par les roues motrices, f le coefficient de frottement ou coefficient d'adhérence, le produit Pf représentera le maximum d'effort de traction que l'on peut demander à la hl, quelle que soit la puissance de son moteur.
On admet ordinairement, pour / les valeurs suivantes :
Par les temps secs, f s'élève à 0,25.
Par les temps de légère humidité, de brouillard et dans les souterrains, il s'abaisse jusqu'à 1/9 ou 1/10 et même quelquefois à 1/11, soit en moyenne 0.10 ou 0.11.
Quand une forte pluie a lavé les rails, il remonte jusqu'à 1/5 ou 1/6, soit 0.17 à 0.20.
Dans les circonstances ordinaires, il est de 1/6 à 1/7, soit 0.14 à 0.17.
Le patinage des hl est rare avec ces chiffres du moins en pleine voie ; d'ailleurs, quand il se produit, on le combat, soit en lavant les rails avec un jet de vapeur, soit en employant du sable ; lequel répandu sur la surface du rail augmente beaucoup le coefficient de frottement.
On voit donc que pour augmenter l'effort au crochet de traction, on ne peut agir que sur le facteur P, c'est-à-dire le poids adhérent. Mais par essieu, le poids adhérent est limité à une valeur qu'on ne peut dépasser sans détériorer la voie et le matériel ; en Belgique, cette limite est actuellement fixée de 19 à 20 tonnes.
Il est donc nécessaire de multiplier le nombre des essieux pour obtenir le poids adhérent P voulu, et partant, l'effort de traction.
La vapeur agissant sur le piston, produit, dans le cylindre un travail moteur qui détermine la propulsion de la hl et du train. Soit p la pression effective moyenne sur le piston dont la surface est 
, et la course l.
Le travail par cylindrée est :
et par tour de roue
et pour deux cylindres 
ou bien 
kgm.
Soit d'autre part E l’effort moyen nécessaire pour faire avancer la hl et le train ; le chemin parcouru pendant un tour de roue est 
, D étant le diamètre des roues motrices et le travail résistant est = DE.
En l'égalant au travail moteur on a :
Cette valeur E représente l’effort moteur moyen de la hl ; la pression p n'est qu'une fraction de la pression de la chaudière, en moyenne 0.65.
D Une hl à deux cylindres devant développer un effort pratique de traction de 7000 kg. dont les éléments p, D, l, P, f sont connus, déterminer d (diamètre du cylindre).
R Dans la formule précédente de l'effort de traction, la pression moyenne=0,65 de la pression de marche, donc nous pouvons écrire :
Donc 
Nous savons que :
FP = 7,000 K. (maximum d'effort de traction que peut produire la hl.)
P = 35,000 K. (poids adhérent)
d = 500 m/m environ (diam. du cylindre.)
p = 13 kg. par c/m².
D = 1,980 m. roues couplées.
d = 0,660 m. course du piston.
P = poids adhérent.
f = coefficient d'adhérence (0,20).
La puissance d'une locomotive c'est le travail qu'elle est capable de produire par seconde.
Si on appelle :
p1 la pression moyenne effective de la vapeur dans les cylindres ;
d le diamètre des cylindres ;
l la course des pistons ;
le travail moteur indiqué par course de piston sera égal à :
Pour une hl à 4 cylindres et à simple expansion, le travail moteur indiqué par tour de roue sera :
Pour une vitesse de n tours par minute, le travail moteur aux pistons par seconde sera :
et en chevaux
Dimensions principales du mécanisme. - L'effort résistant R à la jante, dans le cas du mouvement uniforme du train, est égal à l'effort de traction.
Si D est le diamètre des roues motrices, n le nombre de tours de roues par minute, le TRAVAIL RESISTANT à la jante des roues motrices sera :
Le mouvement du train étant supposé uniforme, le travail moteur effectif égal :
T. e. = T. r.
comme T. e. = KT. m.
K étant le coefficient de rendement du mécanisme, on a la relation :
T. r. = K T. m.
qu'on peut appeler l'équation de la hl.
Cette équation montre la relation qui existe entre l'effort de traction R, les dimensions principales du mécanisme et la pression moyenne effective de la vapeur dans les cylindres. La pression p1 est évidemment une fonction directe de la pression p dans la chaudière ; elle est toujours inférieure à cette dernière à cause de la chute de pression à l'admission des condensations partielles de vapeur allant de la chaudière aux cylindres et de la détente voulue dans les cylindres.
On admet pour la grande valeur de la pression moyenne p1 dans les cylindres, pendant une course du piston, les 0.72 de la pression p de la vapeur dans la chaudière.
Pour le rendement du mécanisme on prend :
K = 09
Dans ces conditions
devient
Ce maximum d'effort de traction correspondra d'ailleurs au minimum de la vitesse, la hl étant supposée utiliser toute sa puissance de vaporisation. Par la formule (1), on voit, en effet, que le travail moteur est, toutes choses égales, proportionnel à p1 et à la vitesse n. La chaudière fournissant d'une manière constante une même quantité de vapeur à la même pression, le travail moteur sera nécessairement constant et, par suite, si p1 varie, il faudra que n varie exactement dans la proportion inverse, à la condition toutefois que ces variations ne sortent pas des limites compatibles avec une bonne utilisation de la vapeur. Par conséquent, au maximum de p1 doit correspondre le minimum de vitesse n.
La formule (2) montre que, pour augmenter la valeur de l'effort de traction maximum, il faut augmenter les quantités p, d et l ou diminuer le diamètre des roues motrices D. La valeur du timbre atteint actuellement de 12 à 16 kg. par c/m².
Le diamètre des cylindres d est compris entre 350 et 550 m/m, et la course l des pistons entre 500 et 700 m/m ; ces deux éléments sont habituellement liés par la relation l = 1.2 à 1.4 d.
On ne peut pas faire varier beaucoup les valeurs d et l, parce qu'on ferait varier en même temps, dans une proportion inverse, le nombre de tours n par minute. Or, il importe au bon fonctionnement de la hl que ce nombre ne varie pas dans les limites trop étendues ; on ne peut guère dépasser 5 à 6 tours de roues par seconde, ni descendre au-dessous de deux tours, sinon la hl n'aurait plus la force vive suffisante pour franchir les inégalités de la voie.
Reste donc le diamètre D ; on peut le faire varier dans les limites assez étendues, d'après les valeurs exigées par R maximum d'une part et par n d'autre part.
Les limites admises aujourd'hui sont comprises entre 1,980 m. à 2,100 m. (hl de trains rapides) et 1,200 m. (hl lentes à marchandises).
En Belgique, les hl « Pacific » du type 10 ont des roues de 1.980 m. de diamètre ; ce qui, à 120 km. à l'heure, donne le nombre de tours par seconde de :
Dans une hl bien étudiée, les dimensions du mécanisme d, l et D doivent être combinées de telle sorte que la valeur R maximum déduite de la formule (2) soit à peu près égale à Pf1, puisque cette valeur ne pourrait être réalisée en pratique : on exposerait la hl à patiner, quand elle fonctionnerait en pleine admission.
Toute hl est faite d'après un programme tracé d'avance et dans lequel interviennent comme données essentielles :
La charge à remorquer, le profil de la ligne à suivre et la vitesse moyenne à réaliser.
A ces facteurs se rattachent d'autres éléments de calcul, qui sont la conséquence des premiers et qui fournissent les dimensions des parties constitutives de la hl. Mais il est imprudent de s'en tenir uniquement aux résultats du calcul théorique ; il faut tenir compte des données de l’expérience et des résultats d'essais effectués sur des hl mises, à peu près, dans les mêmes conditions de service que celles dans lesquelles se trouvera la machine que l'on projette.
Poids adhérent. - On connaît le poids P du train à remorquer ainsi que l'inclinaison la plus forte de la ligne à parcourir. On écrit que l'adhérence 
est égaie à la somme des résistances du train, de la hl et du ht.
Le poids P1 réparti sur les essieux accouplés ne pourra dépasser 19 à 20 T. par essieu moteur.
Diamètre des roues motrices. - On prend le diamètre le plus petit possible compatible avec un nombre de tours ne dépassant pas 6 tours par seconde pour la vitesse maximum que doit atteindre la machine.
En adoptant 1.980 m. (type 9 et 10) on arrive à 5,36 tours par seconde, à la vitesse de 120 km. à l'heure.
La locomotive à marchandises type 36, a des roues de 1 m. 450 de diamètre, ce qui fait à la vitesse de 75 km. à l'heure :
tours par seconde.
Dimensions des cylindres.
De la formule précédente (2).
on tire :
pour 4 cylindres égaux.
D'une manière générale :
Il faut se donner un rapport entre d et l.
On s'impose l = l/2 à 1/3 D ; 1/2 pour les petites roues, 1/3 pour les grandes.
S'étant fixé l, on a :
Dans le cas d'une hl compound à 2 cylindres, il est admis que le travail de la vapeur est le même que s'il n'y avait qu'un grand cylindre fonctionnant avec la vapeur à la pression de la chaudière et, avec une admission égale au produit des admissions des 2 cylindres.
Le coefficient 
sera réduit à 0,50/2, à raison de la plus faible admission et en ne comptant que sur un seul cylindre.
Si d, est son diamètre, on aura donc :
d’où 
Le diamètre du petit cylindre sera calculé ensuite de telle sorte que le travail de la vapeur y soit sensiblement égal à celui qu'elle réalise dans le grand cylindre.
Pour une hl compound à 4 cylindres, le grand cylindre est déterminé par la formule :
d’où 
Comme dans la compound à 2 cylindres, on égalise les travaux de la vapeur sur les pistons.
Reprenons la hl type 9 :
Poids adhérent : 53300 kg.
Diamètre des roues motrices : 1,980 mètres.
p = 14 kg. par c/m² ;
on admet :
, soit 600 m/m.
On trouve :
d = 400 m/m.
L'effort de traction de cette hl est égal à :
Cet effort de 11650 kg. n'est utilisable que par temps sec, car f remonte à la valeur :
On a déterminé les dimensions des cylindres suivant la formule :
d'où :
l = 640 m/m et d = 445 m/m.
| Locomotives à 2 cylindres à simple expansion (T. 32). |
Effort pratique de traction =  |
| Locomotives à 4 cylindres à simple expansion (T. 9). |
Effort pratique de traction =  |
| Locomotives compound à 4 cylindres (Type 8). |
Effort pratique de traction =  |
p = timbre de la chaudière ;
d = diamètre cylindre ;
l = course du piston ;
D = diamètre des roues motrices.
La force en chevaux pour les hl à simple expansion à 2 cylindres, est déterminée par la formule ci-dessous de l’Etat-Belge :
N = 1,607 n (S x L) (P - p).
N = nombre de chevaux.
S = surface du piston exprimée en mètres carrés.
L = course du piston exprimée en mètre.
n = nombre de coups doubles par minute.
P = pression effective en kilogrammes.
p = résistance de la vapeur à l'échappement par suite du frottement dans les conduits, etc. (1 kg.).
La vitesse en coups doubles par minute est fixée :
Application. - H1 type 32 à vapeur saturée :
Locomotive type 32 à vapeur surchauffée :
Locomotive compound à 4 cylindres, type 8 :
N = nombre de chevaux.
n = nombre de coups doubles par minute.
L = course des pistons exprimée en mètre.
S = surface du piston HP exprimée en m².
S1 = surface du piston BP exprimée en m².
P = pression effective en kg. à la chaudière.
P1 = pression maximum au receiver (généralement 6 kg.).
p= résistance de la vapeur à l'échappement du cylindre HP dans le receiver, par suite des frottements dans les conduits (moyenne 1 kg).
p1 = résistance de la vapeur à l'échappement du cylindre BP, par suite des frottements dans les conduits (valeur moyenne 1 kg.).
environ.
Les attelages entre locomotive et tender se divisent en deux catégories : les attelages discontinus et les attelages continus.
Fig. 291.
Les tampons élastiques qui se trouvent entre locomotive et tender se compriment ou se détendent au passage en courbe. Ces tampons constituent un dispositif de rappel du tender dans sa position normale.
En cas de rupture de la pièce centrale, le tender reste attelé à la locomotive et la traction du train se fait sur les deux barres de sûreté.
Fig. 292.
Avec le tirant Ledeberg (FIG. 292), en cas de bris dans la partie filetée, les ergots a et b de ce tirant s'appliquent contre la traverse.
Fig. 2921.
Le châssis du tender n'a pas à transmettre l'effort de traction aux véhicules du train.
Fig. 293.
En cas de bris du long tirant et des deux chaînes de sûreté, le train est détaché de la locomotive, le tender reste attelé à la locomotive par les deux petits tirants entre locomotive et tender.
Le personnel ne court plus le risque de tomber entre la locomotive et le tender.
Toutes les pièces d'attelage seront en fer homogène de qualité supérieure.
De plus, toutes ces pièces, après parachèvement, seront recuites au four à la température de 800 à 900° C.
L'appareil moteur du frein à vide se compose des organes ci-après montés sur la hl :
Fig. 294 à 297.
Principe du fonctionnement. - L'éjecteur placé sur la hl fait le vide dans la conduite principale puis dans les cylindres à frein de chaque véhicule, sur chacune des faces du piston ; actionnant la timonerie qui s'abaisse normalement par suite de son poids ; les freins sont desserrés.
L'éjecteur comprend deux éjecteurs : un petit et un grand ; le petit sert à produire le vide pendant la marche, le grand sert à opérer rapidement le desserrage des freins.
Il y a trois positions principales de la poignée de l'éjecteur :
Le mécanicien, en mettant la poignée dans la 3° position, ou le garde en ouvrant la valve du fourgon, ou le voyageur en faisant fonctionner l'appareil d'appel, détruit le vide existant dans la conduite principale et admet l'air à la partie inférieure du cylindre à frein, au-dessous du piston.
Le vide reste maintenu sur la face supérieure du piston, grâce à la fermeture automatique de la valve à boulet sous l’influence de cette rentrée d'air. Le piston se soulève par la différence de pression entre ses deux faces, et les freins se serrent avec une énergie qui dépend de la quantité d'air introduite dans la conduite principale.
Le frein est parfaitement automatique, puisque en cas de rupture d'attelage, l'air pénétrera dans la conduite principale, ce qui produira le serrage.
Pour desserrer les freins, le machiniste remet la poignée de l'éjecteur dans la position 1 ; l'éjecteur agissant à nouveau rétablit le vide dans la conduite et sur les deux faces des pistons à frein, la valve à boulet se rouvrant. L'éjecteur produit un vide de 50 à 55 c/m de mercure environ dans tout l'appareil.
Le vide maintient fermée la soupape de purge.
Pour permettre aux véhicules isolés chargés de vide de rouler, il faut donner accès à la pression atmosphérique sur le dessus du piston des cylindres en détachant de leur siège la valve à boulet au moyen de la commande à la main.
Les pistons descendent par leur poids.
Organes essentiels du frein à vapeur.
Le robinet de commande du frein (Fig. 298) comprend une prise de vapeur et un tiroir de distribution de vapeur. Ce dernier se meut sur une table. Celle-ci a deux lumières : une pour l'admission et l'autre pour l'émission. Lorsque la poignée du robinet est dans la position verticale A, le tiroir se trouve dans sa position moyenne ; les lumières d'admission et d'émission par le creux du tiroir sont en communication.
Fig. 298.
La vapeur qui agit sur le piston du cylindre à frein passe à l'échappement, les freins sont desserrés.
Quand la poignée du robinet est inclinée vers l'AR en B, le tiroir démasque la lumière d'admission, la vapeur passe au cylindre à frein, les freins se serrent. Pour les desserrer, on remet la poignée dans la position verticale. Au préalable, la prise de vapeur est ouverte.
Fig. 299 et 300.
Le cylindre du frein à vapeur (FIG. 299) comprend un piston à deux tiges et un ressort.
L'étanchéité du piston est obtenue au moyen de deux cercles en fonte. La tige inférieure du piston est reliée à un levier de l'arbre de commande de la timonerie du frein. Quand le piston est mû par la vapeur, la tige supérieure du piston passe librement dans une partie creuse de l'écrou de la vis du frein à main.
Le piston peut être commandé par la vis à main (manivelle) ; l'écrou de celle-ci entraine le piston par sa tige supérieure au moyen d'une clavette. Le ressort accélère le desserrage des freins. La prise de vapeur se trouve à la partie inférieure du cylindre. Le couvercle du fond du cylindre a une boîte à bourrage et une soupape de purge. Le couvercle supérieur du cylindre a une purge pour éviter la compression dans le cylindre lors du serrage des freins. La timonerie (FIG. 300) est composée d'un arbre de frein avec leviers, de tringles horizontales, de leviers verticaux, de balanciers transversaux, de pendules et de blocs.
Les deux pendules (porte-blocs) d'un même train de roues sont réunies par leur partie inférieure au moyen d'un balancier transversal. Les balanciers transversaux, par une combinaison de leviers et de tringles, sont actionnés par l'arbre du frein. Ce dernier est mû par le piston du cylindre du frein à vapeur.
Fig. 301.
Le frein automatique Westinghouse est continu sur toute la longueur du train ; il fonctionne sous l'action de l'air comprimé emmagasiné dans un réservoir principal porté par la hl et dans une série de petits réservoirs auxiliaires installés sur la hl, le ht et chacun des véhicules. Tous ces réservoirs sont mis en communication par une conduite appelée conduite générale existant tout le long du train. Chaque véhicule est également muni d'une triple valve et d'un cylindre de frein dont le ou les pistons sont reliés aux organes de la timonerie qui transmettent aux sabots, en le multipliant dans le rapport convenable, l'effort exercé par l'air comprimé sur les pistons des cylindres.
Les freins sont desserrés tant que la pression normale subsiste dans la conduite générale mais si, par suite d'une circonstance accidentelle, l'air de cette conduite vient à s'échapper, la diminution de pression qui en résulte provoque le jeu des organes de distribution (triples valves) et les freins sont appliqués instantanément par suite du passage de l'air des réservoirs auxiliaires dans les cylindres de frein.
Manœuvre des freins. Avant de quitter le dépôt, le mécanicien met en marche la pompe à air et charge le réservoir principal jusqu'à ce qu'il obtienne une pression de 5 kg. dans la conduite générale et dans les réservoirs auxiliaires de la hl et du ht. Les accouplements flexibles K, qui assurent la continuité de la conduite générale entre les véhicules, doivent être assemblés et tous les robinets N ouverts, excepté celui de l'arrière du dernier véhicule. Lorsque la hl est attelée au train, le mécanicien manœuvre le robinet D de manière à admettre dans la conduite générale l'air comprimé du réservoir principal C et à charger ainsi la conduite E, les triples valves F et les réservoirs auxiliaires G d'une pression uniforme.
Pour serrer les freins, le mécanicien détermine une dépression dans la conduite générale par l'ouverture du robinet D. Cette réduction de pression provoque aussitôt le fonctionnement des triples valves F sur chaque véhicule et permet ainsi l'admission dans les cylindres de frein d'une partie de l'air emmagasiné dans les réservoirs auxiliaires G, ce qui produit le serrage instantané des freins.
L'effort exercé par les freins est proportionnel à la réduction de pression déterminée dans la conduite générale ; le mécanicien peut, par conséquent, graduer à volonté la puissance du frein.
Toute dépression résultant d'une rupture d'attelage, d'une avarie de conduite ou de l'ouverture du robinet T, robinet du garde, fait fonctionner les triples valves comme si le mécanicien manœuvrait son robinet, et provoque le serrage des freins. Quand la pression d'air de la conduite générale a été réduite de 25 p. c, le frein a développé son maximum de puissance.
Pour desserrer les freins, le mécanicien fait à nouveau communiquer le réservoir principal C avec la conduite générale E au moyen du robinet D, ce qui rétablit la pression dans cette conduite et détermine un mouvement en sens inverse des triples valves F ; les réservoirs auxiliaires G sont alors rechargés, pendant que l'air, en s'échappant des cylindres de frein H, cesse d'exercer une pression sur les sabots des freins.
Frein ordinaire et frein à action rapide Westinghouse. - La description qui précède s'applique non seulement au frein ordinaire Westinghouse mais aussi au frein perfectionné à action rapide. La différence entre les deux systèmes de freins réside uniquement dans le fonctionnement des triples valves qui commandent sur chaque véhicule le serrage et le desserrage des freins, selon les variations de pression produites dans la conduite générale. Les autres organes sont communs aux deux systèmes. Quand le frein Westinghouse ordinaire est mis en action en déterminant l'échappement de l'air de la conduite générale par le robinet du mécanicien, la diminution de la pression est immédiate dans la conduite de la hl et des véhicules de tête ; mais il faut un laps de temps assez considérable (en rapport avec la longueur du train) avant que la réduction de pression se fasse sentir en queue et applique les freins sur cette portion du train.
Ce fait ne présente pas d'inconvénients sur des trains courts ; la dépression se propage avec une rapidité suffisante pour éviter les chocs résultant de la non-simultanéité d'action des freins sur tous les véhicules. Mais il n'en est pas de même lorsqu'il s'agit de longs trains ; dans ce cas, il s'écoule un espace de temps très appréciable avant que la dépression de l'air de la conduite générale se produise sur les derniers véhicules et provoque le serrage de leurs freins ; ceux des véhicules de tête étant appliqués pendant ce temps, il en résulte une action inégale des freins qui peut donner lieu à des chocs et des secousses de nature à endommager le matériel.
Cette difficulté qui avait empêché jusqu'à un certain moment l'application des freins continus à de longs trains a été éludée par le frein perfectionné à action rapide, dont l'action simultanée sur tous les véhicules des plus longs trains évite les secousses et les chocs, même dans les arrêts d'urgence.
Lorsqu'on produit une application modérée des freins, le piston de la triple valve ordinaire n'effectue que la moitié de sa course, tandis qu'il accomplit sa course complète lors d'une application à fond ; dans la triple valve à action rapide on utilise cette deuxième partie de la course du piston, pour mettre en communication directe la conduite générale et le cylindre de frein.
Dans ces conditions, lorsque le mécanicien manœuvre le robinet de manière à laisser échapper l'air de la conduite générale assez rapidement et en quantité suffisante pour amener le piston de la triple valve du premier véhicule à fond de course, il s'établit une grande communication entre la conduite générale et le cylindre de frein de ce véhicule. Cette communication reste ouverte pendant une fraction de seconde et permet à l'air de la conduite de pénétrer dans le cylindre ; il en résulte une diminution soudaine de la pression au voisinage de la triple valve du deuxième véhicule. Cette triple valve fait immédiatement communiquer la conduite avec son cylindre de frein, et le même effet se propage rapidement de proche en proche sur toute la longueur du train. Chaque véhicule pourvoit ainsi à l'évacuation de la conduite qui lui est propre et l'air qui s'échappe n'a pas à parcourir toute la longueur de la conduite, à travers les coudes, etc., pour se rendre à l'atmosphère par le robinet du mécanicien. En pratique, l'effet se propage d'un véhicule à l'autre en 1/25° de seconde. Cette disposition présente un deuxième avantage : lors d'un serrage à fond des freins, une grande partie de l'air contenu dans la conduite, au lieu de s'échapper directement dans l'atmosphère, passe d'abord dans le cylindre de frein où elle augmente la pression avant d'être évacué au dehors lors d'un desserrage des freins.
Manœuvre en gare. Quand les conduites et réservoirs sont remplis d'air comprimé, on peut découpler les véhicules du train sans provoquer le serrage des freins, à condition de fermer les robinets d'arrêt de la conduite générale avant de séparer les accouplements. La pression peut ainsi rester emmagasinée pendant plusieurs heures sur une ou plusieurs voitures isolées et peut servir en cas de besoin en ouvrant un des robinets d'extrémité.
Si on n'a pas le moyen de rétablir la pression dans la conduite générale, une fois les freins serrés, on peut les desserrer en ouvrant la valve de purge placée sous chaque véhicule.
Pression. La différence de pression entre l'air du grand réservoir et celui de la conduite générale doit être de :
Dans aucun cas, la pression dans la conduite générale ne peut dépasser 5 atmosphères ; lorsque la poignée du robinet est dans la position normale.
La pression dans le grand réservoir est limitée à :
L'excédent de pression dans le réservoir principal est nécessaire pour assurer un desserrage rapide des freins. L'emploi du régulateur de pompe à air permet de maintenir automatiquement la pression réglementaire dans le réservoir principal.
L'expérience a démontré qu'en observant les conditions énoncées ci-dessus, en ce qui concerne la pression d'air, une conduite générale de 25 m/m intérieur est suffisante pour les trains les plus longs.
La pompe à air n° 1 est destinée aux trains de voyageurs ou de marchandises des grands réseaux.
Le diamètre du cylindre à vapeur de cette pompe est de 203 m/m et celui du cylindre à air est de 190 m/m.
La pompe à air n° 3 convient pour le trafic léger ; son cylindre à vapeur a 152 m/m de diamètre et son cylindre à air 165 m/m.
La construction et le fonctionnement de ces deux types de pompes sont identiques ; les pièces diffèrent seulement par leurs dimensions.
Fig. 302.
La pompe à air Westinghouse à action directe est disposée verticalement ; elle se compose d'un cylindre à vapeur 2 avec distributeur à pistons 14, et d'un cylindre à air à double effet 4, réunis par une pièce centrale munie de presse-étoupe et formant la partie inférieure de l'un et le couvercle de l'autre. Le couvercle supérieur 1 contient les organes qui déterminent les mouvements du distributeur 14.
Les pistons à vapeur et à air sont montés sur la même tige et, par suite, fonctionnent comme une seule pièce.
La vapeur de la chaudière est admise dans l'espace compris entre les deux pistons du distributeur 14 ; le piston supérieur du distributeur étant d'un diamètre plus grand que le piston inférieur, la pression tend à soulever le distributeur, mais un autre piston 20, appelé « piston de changement de marche », d'un diamètre encore plus grand et se mouvant dans un cylindre 19 situé au-dessus du distributeur, maintient celui-ci abaissé tant que la vapeur peut passer par le conduit a de la chambre A au cylindre 19 et exercer sa pression sur la surface supérieure du piston 20. La chambre A est toujours en communication, par le conduit f avec l'espace compris entre les deux pistons du distributeur.
Si l'on suppose que les divers organes de la pompe occupent les positions indiquées par la figure 302, la vapeur arrivant de la chaudière passe par les orifices du fourreau 18 laissés découverts par le piston inférieur du distributeur 14 et fait monter le piston principal 6. Un peu avant que ce piston achève sa course ascendante, la plaque 10 qui est fixée sur sa partie supérieure heurte l'épaulement de la tige du tiroir 12 qu'elle soulève ainsi que le tiroir 13 ; celui-ci ferme le conduit et fait communiquer entre eux les orifices b et c par lesquels la vapeur contenue dans le cylindre 19 s'échappe à l'atmosphère. La pression sur la face supérieure du piston 20, n'existant plus, la vapeur qui se trouve entre les deux pistons du distributeur le soulève et pénètre par les orifices du fourreau 17 dans le cylindre 2 au-dessus du piston principal 6 qui commence alors sa course descendante ; la vapeur qui se trouve au dessous du piston principal 6 s'échappe à l'atmosphère par les orifices du fourreau 18 et le conduit pratiqué dans la pièce centrale 3.
Au moment où le piston principal est sur le point d'achever sa course descendante, la plaque de renversement 10 qui est fixée sur sa face supérieure, vient heurter le bouton formant l'extrémité de la tige 12 et l'abaisse ainsi que le tiroir 13 jusqu'à la position indiquée par la figure ; la vapeur est admise au cylindre 19 par le conduit a, abaisse le piston 20 et par suite le distributeur 14, ce qui renverse le mouvement du piston principal.
Le cylindre à air est à double effet. Il est muni de deux clapets d'aspiration 29 et de deux clapets de refoulement 30, qui peuvent être facilement démontés et examinés. La levée des clapets de refoulement ne doit pas excéder 1 m/m. Le graissage du cylindre à air doit se faire exclusivement par le godet graisseur 37 ; vissé dans le couvercle supérieur du cylindre à air. Ce godet doit être empli au maximum une fois par jour d'huile lourde de bonne qualité, du type de celle que l'on emploie pour les cylindres à vapeur, et pouvant résister à une haute température.
Le type des pompes à air perfectionnées présente des avantages notables sur l'ancien type, non seulement au point de vue de sa construction, mais encore au point de vue de son fonctionnement et de son efficacité.
Pompe à air destinée aux longs trains de voyageurs ou de marchandises. Le diamètre du cylindre à vapeur est de 203 m/m, le diamètre du cylindre à air est de 216 m/m.
Pompe à air pour des trains légers et de faible longueur. Son cylindre à vapeur a un diamètre de 152 m/m et son cylindre à air un diamètre de 165 m/m. Les organes de distribution de ces pompes sont entièrement contenus dans le couvercle supérieur.
En cas de réparation de ces organes, il est facile de démonter le couvercle et de le remplacer par un autre de façon à ne pas immobiliser la hl et à éviter les retards qui résultent de ces réparations. La distribution est simple et compacte ; les pièces qui la composent ont été disposées de façon à pouvoir être retirées ou examinées sans démonter le couvercle supérieur.
Le principal perfectionnement apporté au cylindre à air consiste dans la disposition des clapets, qui sont contenus chacun dans une boîte séparée et placée de manière à pouvoir être facilement retirée. Ils sont de dimensions identiques et interchangeables, ce qui diminue les approvisionnements à prévoir.
L'aspiration de l'air est établie sur le côté gauche de la pompe, afin d'éviter autant que possible l'aspiration de l'humidité, de la poussière, des cendres, etc.
Fig. 303.
Dans l'étude de ce type, nous avons eu soin de prévoir des dimensions largement suffisantes pour les diverses pièces afin d'en assurer la durée et nous avons tenu compte de la nature des réparations qui se présentaient le plus souvent avec les pompes de l'ancien type. La description ci-après convient à ces deux appareils de fonctionnement identique. La pompe est disposée verticalement ; elle se compose d'un cylindre à vapeur 61 et d'un cylindre à air 63 réunis par une pièce centrale 62 portant les presse-étoupe. Le piston principal à vapeur 77 et le piston à air 78 sont fixés sur la même tige et fonctionnent ensemble comme une seule pièce.
La pompe est mue directement par la vapeur admise par les conduits a et b à la chambre d. Dans la chambre d se trouve le piston différentiel du tiroir principal 68 avec son tiroir 71 qui commande des orifices de vapeur e et f au cylindre à vapeur 61 et l'orifice d'échappement g. Le piston différentiel de tiroir principal 68 se compose de deux pistons de diamètres différents, formant les extrémités d'une tige à laquelle est réuni le tiroir de distribution 71. La vapeur venant de la chaudière a toujours libre accès, dans la chambre d entre les deux pistons qui ont, par suite, une tendance à se mouvoir du côté du plus grand piston, c'est-à-dire vers la droite, tant que l'on n'établit pas une contrepression sur la face opposée de ce piston. L'espace l compris entre la face extérieure du petit piston et le couvercle 73 est toujours en communication avec l'atmosphère par un petit canal aboutissant dans le conduit d'échappement g, en rapport lui-même avec l'échappement principal h.
L'espace k compris entre la face extérieure du grand piston et le couvercle 74 est mis en communication alternativement avec la chambre r par le passage o et avec l'atmosphère par m et n par le jeu du tiroir secondaire de distribution 65, commandé par la tige de renversement 83 ; cette tige est elle-même actionnée par la plaque de renversement 81 fixée à la partie supérieure du piston principal 77. Si l'on suppose les organes dans la position indiquée par les figures, la vapeur arrive de la chaudière dans les espaces d et r, par l'orifice f découvert par le tiroir 71, elle passe au-dessous du piston principal 77 qu'elle fait monter. Quand le piston est sur le point d'achever sa course ascendante, la plaque de renversement 81 vient buter contre l'épaulement de la tige de renversement 83 qui monte alors avec le piston principal et entraîne le tiroir de distribution 65 qui a pour effet :
Le résultat de ce mouvement est d'ouvrir l'orifice e, d'admettre la vapeur au-dessus du piston principal 77 de faire descendre ce piston, et de permettre à la vapeur contenue au-dessous du piston principal de s'échapper en h à l'atmosphère par les conduits f et g qui sont mis en communication par la cavité du tiroir de distribution 71.
Un peu avant la fin de la course descendante, la plaque de renversement 81 heurte le bouton de l'extrémité inférieure de la tige de renversement 83 et l'entraîne dans son mouvement descendant, ainsi que le tiroir secondaire de distribution 65. Ce mouvement ferme l'orifice o et met en communication m avec n permettant ainsi à la vapeur contenue dans l'espace k de s'échapper ; la vapeur de la chambre d agissant sur le grand piston 69 pousse, par conséquent, le tiroir principal jusqu'à la position indiquée par les figures, ce qui découvre les orifices nécessaires pour renverser la marche du piston principal 77 qui recommence sa course ascendante.
La marche du piston à air 78 est la même que celle du piston à vapeur 77 ; à chaque course ascendante de celui-ci, le piston à air aspire l'air de l'atmosphère par l'orifice 92 et le clapet d'aspiration inférieur 91, dans la partie inférieure du cylindre 63 et refoule en même temps l'air contenu dans la partie supérieure par le clapet de refoulement 91 et la chambre t ; cette action est simplement renversée pendant la course descendante du piston, l'air étant aspiré par le clapet d'aspiration supérieur 91 et simultanément refoulé du côté opposé du piston par le clapet de refoulement inférieur 91 et la chambre t.
Les clapets à air sont du modèle ordinaire et tous de même dimension. Ils sont disposés de façon à pouvoir être facilement retirés et examinés.
Un petit godet graisseur 97 avec robinet placé sur la partie supérieure du cylindre à air doit exclusivement servir au graissage de ce cylindre. Le robinet de vidange 96 sert à purger l'eau de condensation qui peut s'accumuler dans le cylindre pendant l'arrêt de la pompe.
(Explications sur croquis).
Le robinet du mécanicien ancien type (FIG. 304) à trois positions principales de la poignée du robinet pour manœuvrer les freins.
Le robinet du mécanicien avec valve égalisatrice (FIG. 305 à 309) à cinq positions principales de la poignée du robinet pour manœuvrer les freins.
1re position de la poignée pour charger le train et relâcher les freins.
2e position de la poignée pour alimenter le train pendant la marche.
3e position de la poignée pour appliquer les freins.
Fig. 304
Dans la première position une libre communication est établie entre le réservoir principal et la conduite générale.
Dans la deuxième position, l'air du réservoir principal doit soulever une petite soupape qui se trouve dans l'intérieur du robinet, avant qu'il puisse gagner la conduite générale ; cette soupape est maintenue contre son siège par un petit ressort ayant une tension correspondante à 3-4 atmosphère environ, ce qui fait que lorsque l'alimentation a lieu dans cette deuxième position, la pression de la conduite générale est inférieure de 3/4 d'atmosphère à celle du réservoir principal ; cet excès de pression du réservoir principal est utilisé pour relâcher les freins.
Aussitôt que l'on dépasse quelque peu cette deuxième position, toute communication entre le réservoir principal et la conduite générale se trouve coupée ; en continuant à tourner la poignée vers la droite, troisième position, on décharge une soupape qui met la conduite générale en communication avec l'atmosphère ; l'air de la conduite générale s'échappe par un orifice pratiqué dans le robinet du mécanicien. C'est cet échappement d'air qui produit l'application des freins avec une force correspondante à la réduction de pression effectuée dans la conduite générale.
1re position, pour charger la conduite générale et desserrer les freins.
2e position normale de marche.
3e position neutre.
4e position, serrages ordinaires.
5e position, serrage rapide, à fond.
Quand la poignée est placée dans la première position, l'air comprimé du réservoir principal entrant dans le robinet du mécanicien a une communication directe établie entre le réservoir principal, la conduite générale, la chambre de la valve égalisatrice et le petit réservoir qui y est relié.
Quand la poignée est placée dans la deuxième position, l'air venant du grand réservoir doit soulever une petite soupape avant qu'il puisse gagner la conduite générale. Cette soupape est réglée de façon qu'il y ait un excédent de pression de 1 1/2 atmosphère dans le réservoir principal, ce qui facilite le desserrage des freins.
Lorsque la poignée est placée dans la troisième position, tous les orifices d'entrée et d'échappement d'air sont interrompus. C'est dans cette position que l'on constate s'il y a des fuites.
Pour serrer modérément les freins, la poignée est placée dans la position 4 ; l'air de la chambre de la valve égalisatrice et du petit réservoir auxiliaire s'échappe à l'atmosphère. Cette opération produit une réduction de pression au-dessus de cette valve égalisatrice ; l'excédent de pression au-dessous de cette valve la fait alors remonter, ouvre la valve de décharge et permet à l'air de la conduite générale de s'échapper à l'atmosphère jusqu'à ce que la pression de la conduite générale sur toute la longueur du train devienne la même que celle existant dans la chambre de la valve égalisatrice. Lorsque la pression est ainsi équilibrée, la valve reprend sa position primitive, ce qui empêche tout autre échappement d'air ; les freins sont serrés.
Lorsque la poignée est tournée jusqu'à la position V, une large et directe communication est établie entre la conduite générale et l'atmosphère ; l'air de la conduite générale s'échappe alors très rapidement par un orifice se trouvant dans le robinet du mécanicien et tous les freins sont immédiatement serrés a fond.
Robinet ancien type. - Il est extrêmement important d'ouvrir et de ramener le robinet très lentement, afin d'éviter les. chocs qui résulteraient, dans le premier cas, du serrage des freins de tête avant ceux de queue et, dans le second cas, du desserrage intempestif des freins d'avant par suite du coup de bélier dû à l'air en mouvement qui s'échappe par le robinet du mécanicien et dont la sortie est brusquement arrêtée. Dans ce dernier cas, les triples valves des véhicules de tête fonctionnent, les freins se desserrent, parfois il y a rupture d'attelage.
Avec le robinet à valve égalisatrice, ces inconvénients sont évités, car une disposition automatique spéciale empêche les conséquences qui pourraient résulter d'une manœuvre brusque ou maladroite du robinet.
En cas de serrages ordinaires, le mécanicien n'agit pas directement sur l'air de la conduite générale mais sur l'air contenu dans un petit réservoir auxiliaire relié avec la chambre de la valve égalisatrice.
Toute réduction de pression d'air dans le petit réservoir est alors automatiquement reproduite dans toute la conduite générale au moyen de cette valve, assurant ainsi une réduction de pression régulière sur toute la longueur du train, conséquemment un serrage égal des freins sur tous les véhicules.
Schéma de communications établies entre les différents conduits par la valve principale P dans la position 1 de la poignée
Fig. 305.
Schéma de communications établies entre les différents conduits par la valve principale P dans la position 2 de la poignée
Fig. 306.
Schéma de communications établies entre les différents conduits par la valve principale P dans la position 3 de la poignée
Fig. 307.
Schéma de communications établies entre les différents conduits par la valve principale P dans la position 4 de la poignée
Fig. 308.
Schéma de communications établies entre les différents conduits par la valve principale P dans la position 5 de la poignée
Fig. 309.
Légende relative aux croquis (FIG. 305 à 309).
Les appareils spéciaux du frein Westinghouse de la hl et du ht seront visités et essayés au moins une fois tous les trois mois.
Un roulement sera établi dans chaque remise afin d'assurer l'exécution de cette prescription pour chaque hl. La date et les résultats de la visite seront consignés chaque fois dans un registre spécial.
Avant de commencer les essais, il sera procédé au nettoyage des triples valves de la hl et du ht.
On démonte le piston principal et on le nettoie soigneusement, ainsi que la chambre principale de la triple valve, avec du pétrole, en s'attachant particulièrement à ce que la rainure d'alimentation soit parfaitement propre et que les segments du piston jouent librement dans leur logement. Ce nettoyage doit être fait avec la plus grande précaution pour éviter de détériorer les pièces. On ne se servira donc d'aucun instrument métallique ; on emploiera exclusivement un chiffon et tout au plus, si c'est nécessaire, un morceau de bois. Le déchet de coton doit être proscrit pour le nettoyage des triples valves.
Le nettoyage terminé, on graissera légèrement, avec une petite quantité de vaseline, le tiroir et les segments du piston principal. Les organes de la chambre secondaire, et surtout le cuir, doivent être frottés avec un linge gras ; il est inutile de les graisser plus complètement.
Les essais se feront sur la hl en feu, la pression dans la chaudière étant de 9 atmosphères au moins ou au maximum du timbre pour les hl timbrées en-dessous de 9 atmosphères. Ils comprendront les opérations suivantes :
1° Etanchéité du réservoir principal, du petit réservoir du robinet du mécanicien, de la conduite générale et des réservoirs-auxiliaires.
On commence par purger le réservoir sous une pression de 2 kg. Puis, le frein étant mis en marche normale (aiguille noire 5 kg., aiguille rouge entre 6 1/2 et 7 kg. ou 5 3/4 kg. pour l'ancien robinet), on arrête la pompe, on ferme le robinet de double traction (ce qui isole le réservoir principal de la conduite générale) et on place la poignée du robinet au cran de desserrage. Puis on observe les aiguilles du manomètre ; si elles accusent une chute de pression, il faut rechercher les fuites et les faire disparaître.
Toutefois, on peut, à la rigueur, admettre une chute de pression de 1 kg. au bout de 2 minutes pour l'aiguille rouge et au bout de 5 minutes pour l'aiguille noire.
2° Rendement de la pompe. - Après avoir arrêté la pompe, on vide le réservoir principal en ouvrant un des robinets d'arrêt et en amenant la poignée du robinet du mécanicien au cran de desserrage.
Lorsque l'aiguille rouge du manomètre est tombée à 0, marquant ainsi que le réservoir est vide, on ferme le robinet de double traction de manière à isoler le réservoir principal de la conduite générale, puis on met la pompe en marche et l'on note le temps nécessaire pour remplir le réservoir principal d'air comprimé à 5 kg.
Si la pompe est en parfait état, ce temps ne doit pas excéder :
Mais pour les pompes en service, ces temps sont susceptibles de certaines tolérances et peuvent atteindre :
S'ils dépassent ces chiffres, la pompe doit être envoyée en réparation.
3° Vérification et nettoyage des purgeurs automatiques des cylindres à vapeur. - Pendant le mois d'octobre, les purgeurs automatiques des pompes de toutes les hl seront démontés ; on vérifiera si les clapets et les ressorts jouent librement, et on enlèvera tout le tartre qui peut s'être déposé. Les mêmes opérations sont répétées à la fin de l'hiver, c'est-à-dire au mois de mars ou avril.
4° Réglage du régulateur de la pompe à air. - La pompe doit s'arrêter automatiquement quand la pression dans le réservoir principal atteint de 6 1/2 à 7 kg. (5 3/4 pour les hl munies de l'ancien robinet).
5° Réglage de la soupape d'alimentation. - Les deux essais qui précèdent étant terminés, on ouvre le robinet de double traction, ce qui a pour effet de faire baisser la pression dans le réservoir principal et, par conséquent, de mettre la pompe en marche. La poignée du robinet du mécanicien étant placée dans la position de marche, l'aiguille noire du manomètre doit marquer exactement 5 kg. Si cette condition n'est pas remplie, on agit sur l'écrou de réglage de la soupape d'alimentation.
6° Sensibilité de la valve égalisatrice du robinet du mécanicien. - On fait une série de petites dépressions de 1/4 à 1/5 de kg., de manière à faire tomber l'aiguille noire du manomètre de 5 à 3 kg. La valve égalisatrice doit « répondre » à chacune de ces dépressions, c'est-à-dire, que chaque fois elle doit se soulever en laissant s'échapper de l'air, puis s'abaisser en interrompant cet échappement. Ce fonctionnement se constate à l'ouïe et plus sûrement en mettant la main devant l'orifice d'échappement du robinet.
7° Etanchéité des segments du piston de la valve êgalisatrice. - La pression de 5 kg. étant établie dans la conduite générale et dans le petit réservoir du robinet du mécanicien, la poignée de ce robinet est placée au point neutre. Puis on vide la conduite en ouvrant, et en laissant ouvert, le robinet d'arrêt du tender. A partir de ce moment, l'air du petit réservoir du robinet du mécanicien fait retour vers la conduite générale par les fuites, des segments et l'aiguille noire rétrograde lentement vers le zéro.
Le temps admissible pour qu'elle descende de 5 kg. à 1/2 kg., doit être au moins de 1 1/2 minute. Si la chute de l'aiguille est plus rapide, c'est que les segments perdent trop d'air.
8° Serrages. - On fait un premier serrage de 1/2 kg. et on vérifie si les tiges des pistons des cylindres à freins de la hl et du ht se déplacent. Si ce premier serrage n'a pas amené à fond de course les pistons de la hl et du ht, on fait deux serrages successifs de 1/4 de kg. qui doivent produire le serrage à fond sans déterminer l'action rapide sur le ht. Le serrage à fond étant ainsi obtenu, les blocs devront rester appliqués pendant dix minutes.
La triple valve à action rapide forme la partie essentielle des appareils du frein perfectionné ; elle est appliquée au ht et aux véhicules et commande le serrage ou le desserrage des freins, suivant les variations de pression produites dans la conduite générale. La triple valve à action rapide comporte deux pistons dont un fonctionne horizontalement et l'autre verticalement. Le piston horizontal est identique à celui de la triple valve ordinaire.
Le piston de la triple valve ordinaire et son tiroir n'accomplissent qu'une course limitée quand, pour appliquer les freins modérément, on produit une faible dépression dans la conduite générale, mais que, lorsque l'on produit brusquement une réduction considérable de pression, pour serrer les freins avec leur maximum d'énergie, le piston de la dite valve accomplit immédiatement sa course complète.
Dans la triple valve à action rapide, on utilise la deuxième partie de la course du piston principal pour accélérer le serrage des freins. Lorsque le tiroir du piston principal arrive à fond de course, la pression de la conduite générale est réduite brusquement de 1 kg. environ, l'air comprimé du réservoir auxiliaire vient agir sur un second piston et le fait descendre ; ce mouvement ouvre une soupape et établit une communication directe entre la conduite générale et le cylindre de frein qui reçoit alors l'air comprimé de la conduite générale aussi bien que celui du réservoir auxiliaire. On obtient ainsi un double avantage : on utilise une partie de l'air qui reste dans la conduite en l'admettant dans le cylindre de frein et on détermine une réduction rapide de la pression dans la conduite du véhicule suivant. Cette réduction de pression se transmet de véhicule à véhicule avec une grande rapidité et, en pratique, tous les freins sont serrés simultanément, même sur les trains les plus longs.
Triple valve à action rapide (Sur la hl. est montée une triple valve ordinaire.)
Fig. 310.
Pour serrer légèrement les freins, on opère de la même façon qu'avec la triple valve ordinaire, ce qui permet de manœuvrer sans difficulté les freins d'un train qui serait composé de véhicules ayant les deux types de triple valve.
Quand l'adhérence de la locomotive sur rails est inférieure à l'effort moteur développé à la jante des roues couplées, celles-ci patinent.
C'est notamment lors du démarrage que l'effort moteur développé se rapproche le plus de l'adhérence maximum.
Pour rendre de l'adhérence au rail, on projette du sable au point de contact de la roue et du rail, en avant de la roue, dans le sens de marche.
Fig. 311.
Dans les sablières primitives à main (FIG. 311) ainsi que dans celles à vapeur et à air, système Gresham (FIG. 312) on emploie le sable bien séché et tamisé.
Fig. 312.
Sablières primitives. - Le sable s'écoule sous le seul effet de la pesanteur et tombe à une trop grande distance du point de contact de la roue et du rail. Une grande partie de ce sable n'est pas utilisée à l’adhérence, donc la consommation du sable est exagérée.
Sablière Gresham à air comprimé. - L'air comprimé venant du robinet de manœuvre, pénètre dans le distributeur où les orifices A et B le divisent en deux jets.
Le jet qui sort par l'orifice A barbote dans le sable et le fait sauter par-dessus le barrage C dans le tuyau de descente.
Le jet qui sort par B entraîne le sable et le chasse jusqu'au point de contact de la roue et du rail.
L'orifice A a 1 m/m de diamètre et celui de B 1 1/2 m/m.
La toile métallique T empêche d'obstruer ces deux orifices.
Un bouchon de visite R est fixé à la partie inférieure du distributeur.
Sablières système Lambert (Fig. 313). - Les sablières système Lambert à mélange émulsif de sable et d'eau, sont basées, sur l'affinité du sable pour l'humidité.
Fig. 313.
Au lieu de sécher le sable on l'emploie tel qu'il sort des carrières, mer ou rivière, qu'elle qu'en soit la nature, après un criblage grossier à 6 ou 7 m/m, permettant son utilisation immédiate.
L'eau sous pression prise à la chaudière est injectée au moyen de tuyauteries légères de 8 m/m de diamètre intérieur, dans la masse du sable contenu dans la sablière ; elle y dissocie le sable et l'entraîne rapidement sur le rail.
Par suite de l'état boueux du mélange, ce dernier n'a aucune tendance à former un nuage suspensif comme le fait le sable sec très fin chassé par la vapeur ou l'air ; il n'y a pas projection, mais dépôt sur le rail du mélange qui adhère au rail et aux bandages, ce qui permet, par des sablages alternatifs très courts, de gravir les rampes les plus longues et d'éviter tous les patinages et leurs effets destructifs.
Dans ce système, il n'y a pas de cause d'engorgement de tuyauteries susceptible de paralyser le fonctionnement de la sablière.
Ci-après les avantages du système :
Remplissage de la sablière. - On doit employer du sable tamisé au crible à grosses mailles de 7 à 8 m/m. Il n'y a pas à faire sécher le sable.
Lorsque la sablière est entièrement vide et que le sable à employer est trop sec, on doit mouiller le premier seau de sable et le répartir au fond de la boîte de façon à couvrir les orifices des tuyaux de descente.
Cette précaution étant prise, on n'a pas à craindre la chute du sable sec sur les rails et on peut continuer à remplir la sablière avec du sable sec ou mouillé, ou même très fin (sable de mer).
Lorsqu'on veut sabler, il faut :
En procédant ainsi les démarrages sont assurés sans hésitation, même aux trains de voyageurs et ceux très courts à charge maxima, comme les trains de minerais, où la détente des attelages ne facilite pas le départ.
Arrêts précipités. - Il est recommandé de toujours faire usage de la sablière pour les arrêts urgents ou seulement difficiles, afin de combattre l'action du glissement sur les rails de toutes les routs freinées du train.
Les locomotives sont conduites par un machiniste et un chauffeur, qui constituent l'équipe de la locomotive. Le système qui a été longtemps en usage pour l'organisation du service des locomotives et qui est, sans contredit, le plus commode, tant pour le machiniste que pour l'atelier, dont la surveillance est alors facile, consiste à confier chaque locomotive à une seule équipe.
Ce système n'est plus applicable pour les raisons suivantes :
On est donc amené, pour la bonne utilisation des hl, à recourir aux équipes multiples.
C'est ainsi qu'une hl est généralement desservie par deux équipes toujours les mêmes qui alternent. Pour les services de manœuvres de gare, une hl est desservie par trois équipes. Le système des équipes banales, où toute équipe dessert indifféremment n'importe laquelle des hl d'une même série, doit être répudié dans l'organisation d'un service régulier. Ce système exige une trop grande surveillance de l'état des hl ; il diminue de plus la responsabilité des machinistes en cas d'avarie, ceux-ci pouvant toujours imputer à leurs prédécesseurs les causes de ces avaries. Cependant, s'il est plus commode et plus agréable, pour un machiniste, d'avoir une machine attitrée qu'il est seul à conduire, et pour l'atelier d'avoir un seul agent responsable par locomotive, les nécessités du service et la bonne utilisation du capital représenté par des engins qui atteignent aujourd'hui des valeurs considérables, exigent des mesures spéciales pour assurer dans les meilleures conditions possibles d'économie, la bonne marche du service de roulement des hl.
(Equipes de machinistes de route, équipe de machinistes d'atelier pour la préparation des moteurs, etc. (Explications données au cours.))
L'équipe double, tout en produisant une économie importante d'immobilisation des moteurs exerce encore une heureuse influence sur la conservation des chaudières, sur la consommation du combustible, une réduction de 2 p. c. environ due à la diminution du nombre d'allumages, malgré les heures de stationnement entre deux services à assurer par une même hl.
Il n'y a pas de différence sensible au point de vue de la consommation des matières de graissage par service machiniste.
La réduction de l'effectif hl par service machiniste est d'environ 60 p. c.
Si elle n'est pas plus considérable, cela tient à ce que la réserve pour entretien, réparations, trains spéciaux, etc., doit être plus forte dans l’équipe double que dans l'équipe simple.
En effet, l'équipe double n'a pas les mêmes ressources en moteurs pour assurer notamment des services extraordinaires. Cet inconvénient est très sérieux. Dans le roulement à équipe simple, les hl, dont le service régulier est terminé, peuvent encore, en cas de besoin, assurer des services extraordinaires avec des personnels de relai.
La durée de l'existence des hl en équipe double, est abrégée, ce qui permet leur remplacement plus tôt par d'autres plus modernes.
Les mesures à prendre pour assurer le bon fonctionnement du matériel de traction, c'est-à-dire les grandes réparations, les réparations secondaires, l'entretien, les visites, etc., immobilisent au minimum 25 % de l'effectif des hl.
Exemples. - Pour un service en simple équipe de 60 machinistes, il faut :
| Effectifs total = 60 x 1,4 = | 84 hl. | |
1°) En réparation dans les ateliers centraux environ  |
9 | |
2°) En réparation secondaire à la remise environ  |
7 | |
3°) Entretien, visite pistons et tiroirs, reprendre le jeu au train moteur, etc., environ  |
7 | |
4°) Immobilisation pour visite-épreuve, avaries, entretien courant, environ  |
3 | |
| 5°) Hl en bon état pour toute éventualité | 1 | |
| Hl en feu | 60 | |
| Total | 84 hl. |
Double équipe.
Pour un service en double équipe de 120 services machinistes, il faut :
| Effectifs total = 120 x 0,8 = | 96 hl. | |
1°) En réparation dans les ateliers centraux environ  |
12 | |
2°) En réparation secondaire à la remise environ  |
10 | |
3°) Entretien, visite pistons et tiroirs, reprendre le jeu au train moteur, etc., environ  |
5 | |
4°) Immobilisation pour visite-épreuve, avaries, entretien courant, environ  |
4 | |
| 5°) Hl en bon état pour toute éventualité | 5 | |
| Hl en feu | 60 | |
| Total | 96 hl. |
En double équipe, les immobilisations des moteurs pour grandes réparations, réparations secondaires et entretien sont d'environ 30 % des effectifs totaux.
Les délais entre deux réparations reprises au 1°, 2°, 3° ci-dessus sont d'environ 16 % inférieurs à ceux correspondants donnés pour la simple équipe. Si cette différence n'est pas plus considérable on en trouvera les raisons dans les causes des avaries aux chaudières ; emploi des hl de la simple équipe pour les services extraordinaires spéciaux, etc.
Quels sont les types de machines-outils nécessaires et qui conviennent le mieux dans une remise aux hl d'un effectif d'environ 80 hl. - Donnez leurs principales caractéristiques et la nature des travaux à exécuter par ces machines-outils.
Les remises aux hl doivent avoir des machines-outils bien appropriées aux travaux à effectuer pour satisfaire entièrement aux nécessités du service avec un minimum de types de machines.
Elles seront ainsi bien utilisées :
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