Mot anglais qui signifie composé

conservant une certaine pression et achève tle se détentli-e dàn-s VIH second cylindre qui porte le nom de cylindre à ho^fie prcsshon on iji'nml cylindre ; elle séchaiipe enfin de ce dernier dans latniosphère.

Inconvénients des machines ordinaires. — On sait que le travnil de la vapeur est d'autant plus écononiiqne que sa i>rossif)n est plus élevée et quelle se détend davantage. Or, dans les locomotives ordinaires, avec les distiibutinns généralement adoptées, il est presque impossible d'employer, dans de bonnes conditions, des admissions inférieures à 30 0/0; tenant compte alors des espaces nuisibles, la détente maximum possible se réduit à environ 3,5 fois le volume primitif de la vapeur, ce qui est un bien faible résultat.

Par suite de cette faible détente, la vapeur s'échappe du cylindre à une pression élevée, co qui occasionne nne nouvelle perte de rendement.

Le peu d'ouverture des lumières aux faibles ailmissions entraine un laminage de la vajieur qui diminue, dans une forte i)roportion &in\ travail utile.

Enfin, il se produit dans le cylindre des condensations de vapeur jtendant l'admission, condensations d'autant i)lus grandes que la ditTérence entre la température de la vapeur d'admission et celle d'échappement est elle-même i>lus grande.

On a bien essayé de faire disparaître en i»artie ces inconvénients par l'emploi de différents systèmes de distribution ; mais, jusqu'ici, cela s'est résumé à des essais, et aucun système n'est encore entré dans le domaine de la pratique-

Avantages du système compound. — L'emploi de la détente successive dans deux cylindres, c'est-à-dire l'emploi du système compound, annule la idus grande partie de ces inconvénients. Dans ce système, la détente peut être augmentée, avec diminution de pression de la vapeur d'échappement à la sortie du grand cylindre. Le laminage de la vapeur est réduit à des proportions modérées, puisque la durée de l'admission dans chaque cylindre est relativement grande. Les condensations de vai)eur pendant l'admission sont également réduites, par suite de la diminution de la ditîérence de température entre la vapeur d'admission et la vapeur d'échappement dans chaque cylindre successif. Enfin, chose très im])ortante, les variations d'effort moteur autour des essieux sont moins grandes.

L'emploi du système compound doit donc, par ce fait, se transformer en économie de vapeur et de combustible ou, ce qui, dans certains cas, H une gi-ande valeur, en augmentation de puissance de la machine transformée en comi>ound.

L'expérience montre, en effet, quelavantagc obtenu par l'emploi du système compound i)eut se chiffrer par une économie de combustible.

eAlcûL bfe lA Locomotive ii!3

bivers types de machines conipound, — Les locomotives coiniKiuinl peuvent ?o diviser en trois catégories :

1" Les locomotives compoiind à deux cylixdrcs, le Cylindre à haute ]»ression à droite de la machine et celui à basse pression à gauche, soit intérieurement, soit extérieurement au bâti. C'est le type appliqué, en 187G, sur le chemin de fer de Bnyonne-Biarritz, par M. Maliet, à qui l'on doit la première application du système comjtound aux locomotives. Ce système s'est, depuis, très largement dévclopi)é ; on comptait il y a i)eu de temps encore environ L400 machines de ce type sur un total de locomotives compound d'environ l.i)00.

Dans le but de faciliter le démarrage soit à une station, soit sur une rampe, par suite d'un arrêt momentané, on nuinit ces locomotives d'un ap})areil qui porte le nom d'i)i(ercepiivr/ vcdve et qui permet de faire agir la vapeur à haute pression dans le petit et dans le grand cylindre sinuiltanément. Ces npitareils sont nutomaliques ou non aviomatiqiies et les systèmes en sont assez nombreux ; il serait trop long de les décrire, même sommairement ; nous ne i)ouvons que renvoyer à la Revue générale des Chennris de fer, où la plupart de ces systèmes ont été décrits.

2» Les locomotives compound à trois cijlindres : ces machines sont caractérisées par la machine de M. Webb, ingénieur en chef du Ij. et N. W. Deux cylindres extérieurs, à haute pression, placés vers le milieu de la machine, actionnent l'essieu d'arrière, et un seul cylindre à basse l)ressioîî, placé dans Taxe de la machine et au-dessus de l'essieu porteur d'avant, actionne l'essieu moteur avant; les deux essieux sont indépendants l'un de l'autre.

Ces locomotives ont une très bonne allure aux grandes vitesses ; mais, aux faibles vitesses, et surtout au moment du démarrage, la marche est difficile et saccadée par suite du manque d'accouplement et de ce que l'essieu moteur avant est actionné par une seule manivelle.

Du reste, ce type s'est très peu développé en dehors du L. et N. "W. En 1889, il y avait en tout 09 machines de ce type, et, en 1892, 108, sur lesquelles 85 appartiennent à la Compagnie dont M. AVebb est l'ingénieur en chef.

Nous citerons encore comme appartenant à ce type la locomotive à trois cylindres de la Compagnie du Nord ; mais, dans cette machine à trois essieux couplés, les trois cylindres actionnent le môme essieu.

3" Les locotnotives ù quatre cylindres : cette catégorie peut elle-même se diviser en deux : les locomotives à quatre cylindres séi)arés, les locomotives à quatre cylindres en tandem ou superposés deux à deux.

Le premier système, qui, jusqu'en 189.^, n'a été employé qu'en France, est caractérisé par les locomotives que la Compagnie P.-L.-M. a consti'uites en Î8".K) et par celles que la Compagnie du Nord, vers la môme époque, a affectées au service de ses express. Les deux cylindres à haute pression, i>lacés vers le milieu de la machine, extérieurement au bâti, actionnent l'essieu moteur arrière, et les deux cylindres à basse

pression, placés intérieurement, actionnent lessieu moteur avant; dans ces machines, laccouplement des deux essieux est conservé dans le but de faciliter les démarrages et d'améliorer la stabilité. Un ajtparcil spécial permet d'admettre la vapeur à haute pression dans les petits et grands cylindres simultanément au moment des démarrages.

Dans le même ordie d'idées, nous citeruns la locomotive à quatre cylindres du type Mallet, employée notamment aux chemins de fer départementaux, au Central suisse et au Gothard. Ce type de machine diffère du i)récédent en ce qu'elle est disposée pour circuler dans des courbes de faible rayon. La chaudière repose, à l'arrière, sur un châssis fixe, qui supporte les cylindres à haute pression, et, à lavant, sur un truc mobile supportant les cylindres à basse pression. Chaque groui'e de cylindres actionne deux ou trois essieux accouj)lés.

L'action des cylindres à haute et basse pression sur deux e.ssieux moteurs séparés a le grand avantage de diminuer dans une forte i)roportion les efforts qu'un seul essieu doit suiJjMirter, lorsque les pistons agissent directement sur lui seul. Cette considération a une grande imi)ortance lorsqu'il s'agit de locomotives à grandes vitesses dont on est obligé d'accroître chaque jour la ijuissance, par suite de l'augmentation suc'cessive du poids des trains et de leur vitesse.

Le second type est représenté par la locomotive à marchandises du Nord à quatre essieux accouplés, par les locomotives à grande vitesse de l'Etat hongrois et du Sud-Ouest russe. Dans ces locomotives, les deux cylindres à haute et basse pression sont placés de chaque côté de la machine extérieurement au bâti, en avant l'un de l'autre, c'està-dire en tandem.

En Amérique, la maison Baldwin a construit des locomotives du même tyi»e, mais où les cylindre», au lieu d'être i)lacés en tandem, sont sui)erposés (système Vauclain) ; au chemin de fer Central vicxicain, on a construit des locomotives avec cylindres concentricjues. Ces deux derniers systèmes ont le grave inconvénient de compliquer les pièces du mécanisme et, surtout, le tiroir de distribution.

Détails de construction. — Le rapport entre les volumes des cylindres est une chose importante. En général, pour les locomotives à deux cylindres, on tend à faire ce rapport égal à 2,30 ; en Amérique, on va même jusqu'à 2,70.

M. Webb, pour ses machines à trois cylindres, avait adopté un rapport de 2, .30; mais, dans sa dernière {Greater Britain), ce rapport a été réduit à 2,00.

Dans les locomotives à quatre cylindres séparés du Nord, construites de 1891 à 1898, le rapport est de 2,43 ; dans celles construites en 1900, il est de 2,71.

Économie des machines compound. — D'après lés résultais

CALCUL DE LA LOCOMOTIVE i \^')

oldenus en service courant avec la locomotive conipound du Nord, celle-ci présente sur les locomotives ordinaires une économie de 15 ;i 20 0/0. Il y a là un progrès incontestable qui pourrait être poussé encore plus loin, dit M. NadaU.

Équation des machines compound. — Léquation de la locomotive compound est de même forme que celle des locomotives ordinaires ; le coefficient « seul n'est pas le même. Léquation de la locomotive compound à deux cylindres est :

et celle de la locomotive compound à quatre cylindres

d' — diamètre du grand cylindre ou cylindre à basse pression, g 6. — Renseignements divers.

Contrepoids des roues. — On sait que, lorsqu'une locomotive se meut sur des rails, son mouvement de translation est accompagné de mouvements irréguliers et perturbateurs qui nuisent à la stabilité de la machine. On attribue ces mouvements à deux causes principales :

1° L'obliquité de la bielle, qui tend à produire le mouvement de galop, et qui, sans la rigidité de la chaudière, produirait le mouvement de roulis ;

2° L'inertie des masses soumises à un mouvement relatif dans le système général de la machine, donnant naissance à des forces qui tendent à diminuer dans certaines positions de la manivelle l'adhérence des roues motrices, et, par suite, à les faire patiner ; qui tendent, en outre, à produire un mouvement d'oscillation d'avant en arrière, appelé par Le Chatelieri mouvement de tangage, et enfin au mouvement d'oscillation latéral connu sous le nom de mouvement de lacet.

Les forces perturbatrices peuvent être divisées en deux groupes : les perturbations verticales, qui tendent à faire pivoter la machine autour d'un axe horizontal i)assant par son centre de gravité, et les perturbations horizontales, qui tendent à la faire tourner autour d'un axe vertical passant par le même point.

Pour équilibrer les perturbations verticales d'une machine à roues hbres, il faut placer sur chaque roue motrice à l'opposé delà manivelle

1 Etude tht^orique et pratique des locomotives compound [Annales des Mines, 1834, l. VI).

un contrepoids dont la valoiir est donnée par la formiilo suivante:

dans laquelle : M est le poids de la manivelle supposé concentré au centre du bouton; B, le poids de la bielle motrice : L, la longueur de cette bielle; b, la distance de son centre de gravité à son point d'articulation avec la tige du piston ; r le rayon de la manivelle ; d, la distance du centre de gravité du contrepoids au centre de rotation de la

roue.

Pour équilibrer les perturbations horizontales, il sufflrait de disposer sur la roue motrice un contrepoids déterminé i)ar la formule :

dans laquelle on a introduit P, le poids du piston et de ses accessoires Mais le contrepoids Q., est toujours plus fort que le contrepoids Q,, de sorte que, si on voulait détruire entièrement les perturbations horizontales, on ferait naître des perturbations verticales en sens contraire de celles qui existent sans contrepoids. En pratique, on se contente du contrepoids Qi, qui annule la totalité des perturbations verticales en même temps quune partie des perturbations horizontales.

I.orsquon équilibre une machine à roues accouplées, il faut appliquer des contrepoids sur toutes les roues accouplées ; la formule à employer pour le poids à répartir sur les roues est alors :

dans laquelle n est le nombre d'essieux accouplés, et B' le poids d'une bielle d'accouplement.

Les conditions d'équilibre dans les machines compound à quatre cylindres, deux intérieurs et deux extérieurs, sont beaucoup plus faciles à obtenir que dans les machines ordinaires, ce qui permet de réaliser de grandes vitesses sans produire des détériorations aux voies 2.

Résistance au déniarratje. — Il est très difficile d'évaluer la résistance au démarrage ; si l'un se contente d'interposer un dyna-

1 L. Le Chalelier, Etudes sur lu stabilité des machinrs locomotives en mouvement, Paris, 1849.

•-' M. Nadal a fait une étude spéciale des effets de l'inertie des pièces en mouvement relatif dans les machines compound {Annales des Mines, 1894, t. Vi, p. 93).

moinètro enti-e la machine et le train, on obtient des lY'snltats fort jteu comparables entre eux.

En pratique, on admet que la résistance au démarrage en palier est de 15 à 20 kilogrammes par tonne pour les trains de voyageurs, dont les attelages sont serrés, de 13 kilogrammes par tonne pour les trains de marcliandises, parce que le démarrage des véhicules ne se fait que successivement. Toutefois, l'influence du graissage des boîtes, de l'état des rails, les circonstances atmosphériques, peuvent faire varier ces chitTres du simple au double.

Mesure de la surface de chauffe. — Foye7\ — La surface de chauffe du foyer s'obtient en retranchant du développement de la surface intérieure située au-dessus de la grille, déterminée en négligeant les recouvrements, les tètes de rivets, d'entretoipes et de boulons :

i" Pour chaque tube, un cercle de diamètre égal au diamètre intérieur du tube mesuré à son point d'insertion dans la ])laque tubulaire, mais sans se préoccuper de la virole, s'il y en a une ;

2" Pour la porte, ou les portes, s'il y en a plusieurs, une surface égale à celle de leur ouverture.

Tubes. — La surface de chauffe des tubes se compte en prenant le développement de leur surface intérieure sur leur longueur totale, y comi»ris les épaisseurs des plaques tubulaires.

La i)laque tubulaire de boîte à fumée n'est pas comptée.

On exprime les surfaces de chauffe en mètres carrés, avec deux décimales, c'est-à-dire en décimètres carrés.

Débit d'un injecteur. — Le débit d'un injectcur Giffard peut être représenté par la formule suivante :

q = KS V^,

dans laquelle : g est le débit en litres par seconde; K, un coefficient variant de 0,90 à 1 ; S, la section minima du tube divergent en centimètres ; p, la pression effective à la chaudière en kilogrammes par centimètre carré. Pour une chaudière fonctionnant à 9 kilogrammes, avec un injecteur dont le divergent aurait 9 millimètres de diamètre, la formule donnerait q = l',7 à î',9 par seconde.

Explosions de chaudières. — Les i)rincipales causes des explosions de chaudières sont l'excès de pression, qui i)rovient souvent du mauvais fonctionnement ou du calage des soupapes, et le manque d'eau, qui produit un coup de feu ou une surchauffe des tôles.

Avec une bonne chaudière timbrée à 8, il suffit de vingt minutes de calage des balances ou soupapes pour que la jtression atteigne ou déi)asse 20 atmosphères, ce qui rend une explosion imminente.

La surchoiiffo diminue considéiablemenl la lésistanco des tôles par suite de lélévation fie la teni[>Hrature : à Hf)'.», la résistance du cuivre diminue de '^b 0/0 ; au rouge, elle diminue de Oo 0/0, et une explosion est certaine.

Puissance en chevaux. — La puissance en chevaux a été calculée d'après une formule empirique, basée principalement sur la puissance de vaporisation de la chaudière dont voici l'expression :

F = K VGC/) ;

F est la force en chevaux : G, la surface de grille en mètres carrés ; c, la surface de chauffe (en mètres carrés) réduite, c'est-à-dire la-sur face du foyer directement chaufï'ée, plus 1/3 de la surface tubulaire; p, la pression de vapeur en kilogrammes par centimètre carré, corresjiondante au timbre de la chaudière ; K, un coefficient dépendant de la disposition de la machine et dont la valeur est établie ci-dessous pour les principaux types de machines.

Machines modernes ou analogues (à grandes grilles et foyers peu profonds, timbres élevés, etc.) . . .

Machines à foyers relativement petits, mais profonds