atm 2 X
Cylindres^"'*" ^'*''''°° * * ' (Basse pression. . . .
Course des pistons
Diamètre des roues motnces. - .
Les figures 182 et 183 se rapportent au type de la première colonne du taUleaUf mais modifié dans quelques détails, et notamment dans la distribution. D'après ce diagramme, on voit que l'appareil moteur comporte deux cylindres extérieurs à haute pression attaquant l'essieu d'arrière par deux manivelles à angle droit, et un cylindre intérieur à basse pression monté dans l'axe sous la boite à fumée et attaquant l'essieu intermédiaire.
Il n'existe d'autre connexion entre les deux machines que celle établie par le roulement des roues de même diamètre, c'est-à-dire que les bielles d'accouplement sont supprimées; cet état de choses ne peut avoir aucun inconvénient sur le travail relatif communiqué aux deux essieux, car en supposant que les roues de l'un d'eux patinent, la pression du
1. V. Engineering y 1883-2-125, 1885-1-465, 1891-2-565, 1894-1-610, 1894-2-193, 1895-2-571.
MACHINES GOMPOUND
réservoir intermédiaire se modifie graduellement de manière à diminuer le couple communiqué à Tessieu qui tourne le plus vile.
Il résulte des dimensions données dans le tableau que le rapport des volumes des deux cylindres à haute pression réunis et du cylindre à basse pression est le même que dans les con^pound à deux cylindres, soit 1/2 environ, î; •
Gomme il y deux cylindres admetteurs, là idémarrage est tpiyours assuré; toutefois, pour diminuer la contrepresaon au départ, le réservoir intermédiaire, qui comprend la chapelle jçté la baisse pression et les deux tuyaux d'échappement des petits cylindres, est mis en communication directe avec la tuyère par une soupape que manœuvre le machiniste. Pour éviter toute augmentation anormale de pression pendant la marche, le réservoir est muni d'une soupape de sûreté qui se soiUève à 8 atmosphères environ. Dans les figures 182 à 188, les tuyaux de prise
Fig. 185
de vapeur des petits cylindres sont désignés par a, les tuyaux d'échappement b se relèvent en ter à cheval dans la boite à fumée, c est la communication avec la tuyère pour l'échappement direct ; d est l'échappement en deux branches du cylindre à basse pression, S est la soupape d'échappement auxiliaire.
MACHINES GOMPOUND 195
Les machines express de M. Webb sont remarquables au point de vue de leur bâti et du mécanisme. La présence d'un seul cylindre dans Taxe a laissé beaucoup d'espace disponible pour augmenter la portée des coussinets des boites à graisse et de la bielle, dont les surfaces se rapprochent de celles que l'on donne aux machines fixes. Dans le type TeutoniCj le châssis est doublé par un cadre intérieur (fig. 183), les boites du second essieu sont montées entre les deux cadres; cette disposition rapproche beaucoup les ressorts d'un même essieu, ceux-ci doivent donc être plus raides, ils se composent de quatre hélices placées sous chacune des boites. C*est dans ces machines que Ton a donné à l'essieu porteur de l'avant les boîtes rayonnantes à ressorts de rappel déjà décrites (n* 85, fig. 139 ante).
Dans ses premiers types, M. Webb a fait un fréquent usage des distributions radiales, mais dans le spécimen représenté, la distribution Joy n'est plus employée que pour les cylindres à haute pression (fig. 184) ; le tiroir de la basse pression est mû par un seul excentrique avec balancier de renvoi (fig. 182-183), cet excentrique est entraîné par butée soit pour la marche en avant, soit pour la marche en arrière, c'est-à-dire qu'il n'y a pas de coulisse (5* fasc. n** 92), et que la fraction d'introduction est constante. Dans les types les plus récents, la distribution Joy a été complètement abandonnée.
Le type Greater-Britain ou Queen Empress diffère surtout du précédent par la chaudière, dont le faisceau tubulaire est en deux longueurs, séparées par une chambre de combustion ; le train de roues est augmenté d'un essieu porteur à l'arrière, les cylindres à haute pression sont légèrement augmentés en diamètre ; les vues photographiques du chapitre VII que nous devons à l'obligeance de M. Webb, donnent une idée d'ensemble de ces belles machines.
Au point de vue de l'économie, le système Webb est sans doute équivalent aux autres compound, mais l'auteur a constamment poursuivi un autre objectif, à savoir la suppression des bielles d'accouplement et le développement des surfaces frottantes. Le dédoublement du cylindre à haute pression assure le démarrage sans valve d'interception et sans prise de vapeur spéciale ; en fait, le démarrage de ces machines est très satisfaisant, certains types de machines-tender sont même employés sur les lignes de la banlieue de Londres pour des trains qui s'arrêtent et démarrent constamment. M. Webb est resté fidèle au système à trois cylindres pour les machines à marchandises à quatre essieux, mais
la disposition du train de roues Ta obligé à faire agir les trois cylindres sur le même essieu, et par conséquent à conserver les bielles d'accouplement. Cependant, cet essieu est à tout prendre moins fatigué que celui d'une machine ordinaire de même puissance ; les deux manivelles extérieures sont à angle droit, le coude central actionné par la basse pression est à 135 degrés sur chacune des manivelles {Engg., 1885-2-571) ; la Compagnie L. et N. Western construit en ce moment même de nouvelles machines à marchandises compound. (*)
98. — Autres systèmes. — Divers groupements de cylindres ont été proposés en France, en dehors de celui que M. Mallet avait employé dès le début ; ainsi on a composé l'appareil moteur de quatre cylindres groupés deux à deux en tandem^ mais ce système n'a pas prévalu pour les nouveaux types.
Nous signalerons comme particulièrement intéressant le type à trois cylindres du Nord, construit en 1886, avec cylindre unique à haute pression de 432 millimètres de diamètre et deux cylindres extérieurs agissant sur deux manivelles à angle droit Tune sur l'autre, et à 135 degrés sur le coude central. Une disposition spéciale du tiroir de la haute pression permet de laisser passer directement la vapeur de la chaudière aux cylindres à basse pression (V. Rev. G. des chemins de fer, 1889 et Engg., 1889-2-654).
Le système qui semble actuellement le plus répandu en France (Nord, P.-L.-M., Midi) est celui à quatre cylindres. Les machines express du Nord (flg. 186, d'après Engineering, 1893-1-174) ont deux cylindres à haute pression extérieurs attaquant l'essieu d'arrière par deux manivelles à angle droit, et deux cylindres à basse pression intérieurs attaquant les coudes également à angle droit de l'essieu précédent. Les deux essieux rendus moteurs sont néanmoins accouplés, et il existe une relation invariable entre les calages des manivelles des deux essieux : pour les deux cylindres qui sont du même côté du plan médian, les manivelles font un angle de 162 degrés; c'est afin de faciliter le démarrage dans certaines positions spéciales que cet angle n'a pas été pris égal
1. Il a été dit quelquefois qu'il était peu rationnel de diviser en deux le cy. lindre À haute pression qui est le plus petit; c'est une objection qui nous parait peu fondée, il n'y a aucune raison pour que tous les cylindres d'une compound aient des diamètres égaux; la pression réduite du grand cylindre mitigé les inconvénients des grandes dimensions; au point de vue du lacet, Tarrangement de M. Webb est assez avantageux, puisque les pièces des petits cylindres jouent seules un rôle perturbateur.
MACHINES GOMPOUND
à deux droits, valeur qu*il eût été naturel d'adopler au point de vue des forces perturbatrices.
Les dimensions des cylindres sont :
Diamètre des cylindres à haute pression . . . . . 340
— basse — 580
Course des pistons 640
Rapport des volumes . 2.42
La pression de marche est de 14 kilogrammes par centimètre carré.
Fig. 187 à 190
Un robinet à trois voies (fig. 187 à 190) est interposé dans le tuyau- (age de communication entre les groupes de haute et basse pression, et permet, d'après son orientation qui est faite par un cylindre à vapeur :
1" le fonctionnement indépendant des cylindres à haute pression, les cylindres à basse pression étant rendus inopérants;
2** le fonctionnement indépendant des deuxgroupes avec admission de vapeur à pression réduite au groupe de basse pression;
3^ le fonctionnement du groupe à basse pression seulement avec de la vapeur à pression réduite ;
4** le fonctionnement compound ordinaire.
Il y a deux appareils de changement-de marche à vis qui peuvent être manœuvres ensemble grâce à une connexion par roues dentées, tout en permettant le réglage relatif.
Le fonctionnement indiqué ci-dessus (2**) donne au démarrage un effort de 10 tonnes mesuré au dynamomètre.
La Compagnie P.-L,-M. a construit depuis plusieurs années des compoimd à marchandises à quatre essieux accouplés avec deux cylindres admetteurs intérieurs (860x650) attaquant le troisième essieu, et deux détendeurs extérieurs (o90x 650) attaquant le deuxième essieu^ le timbre est de 15 kilogrammes.
Le rapport des volumes (2.67) est encore plus grand que celui des machines du Nord, qui dépasse assez notablement la valeur habituelle ; cette augmentation marche de pair avec celle du timbre. La figure 191
Fig. 191
(d'après M. Sauvage), donne les sections à travers les cylindres par des plans transversaux; les cylindres à basse pression sont à l'extrême avant, au delà de la boite à fumée, les tuyaux de communication, qui forment le réservoir, sont relevés en fer à cheval dans la boite à fumée. Les machines express de la Compagnie P.-L.-M. sont également à quatre cylindres disposés comme dans le type du Nord avec les dimensions suivantes :
Diamètre des cjlindrea à hante pression .
— basse — • .
Course des pistons
Timbre
MO
6âO
Une descriplion complète de ces machines a été donnée par M. Bandry dans la B. G. des Chemins de fer^ avril 1893.
Enfin, nous pouvons rapprocher de ces types ceuz des chemins de fer du Midi (fig. 224 plus loin), les cylindres ont 350 et 530 sur 640 millimètres de course. Il s'agit donc toujours bien de systèmes à peu près identiques ; dans les distributions, il est falLun fréquent usa^e du mécanisme de Walscliaerts qui peimet de relever les chapelles sans aucune cooiplication- C'est dans les compound françaises que Ton trouve les plus hautes pressions employées aujourd'hui,
Nous n'aborderons pas ici la description des systèmes américains assez nombreux dans lesquels on fait un fréquent usage des valves spéciales automatiques ou non (*), nous mentionnerons comme spécimen assez répandu aux Etats- Unis les compound à quatre cylindres de Vauclain, directeur des ateliers fialdwin, dont les nombreux types sont bien connus en Europe depuis Texposition de Chicago. Les âgures 19i à 197 indiquent deux dispositions de ce système comparées au point de vue
du gabarit avec les compound à
Fig.i92ài97 ^^«^i deux cylindres.
Dans chaque groupe les cylindres à haute et basse pression sont
1. Brookê, tandem, Engg, 1893-2-754, Schenectady, 18:>M4A5 ; RkodeUland^ 1«9* 1-3H; PiUsburgh, 1894-2-72.
PPipvpi
MACHINES GOMPOUND
venus de la même pièce de fonte, ils ont un distributeur cylindrique commun, leurs axes sont parallèles, et les tiges des deux pistons attaquent la même crossette ; il y a un groupe semblable de chaque côté de de la machine appliqué à l'extérieur du longeron. Si Ton considère que les efforts sur les deux pistons peuvent être très inégaux, et ils le sont surtout au démarrage, on voit que les patins de guidage sont soumis à un couple important ; c'est pour atténuer cet effet que ces patins sont très longs et que les guides ont de fortes sections.
Fig. m
La valve de distribution (flg. 198), est fort ingénieusement disposée ; elle comprend deux disques d (T qui jouent le rôle des barrettes d'un tiroir à coquille ordinaire relativement aux lumières IV du petit cylindre, et un tiroir cylindrique T, qui est relié à ces disques etqtii effectue la distribution au grand cylindre, tout en fournissant par son creux central un passage à la vapeur qui se transvase en se détendant du petit au grand cylindre. Pour le démarrage, une valve non représentée permet le passage d'une face à l'autre du petit piston, celui-ci est donc
MACHINES COlfPOUND
inopérant, et la pression, réduite par la faible dimension du condmt^ s'établit sur le grand piston-
Les courbes d'indicateur (fig. 199 et 200), ont été relevées sur une machine à trois essieux accouplés à des vitesses et des admissions différentes ; pour les fortes introductions, le fonctionnement ne diffère pas
i6 Mrn. à. V heuj^e
Fig. 199
SB Kttl. d i*Aipuj^, Fig. 200
du système Woolf, c'est-à-dire que la pression la plus basse au petit cvlindre correspond à celle de la vapeur détendue au volume final du grand cylindre ; pour les faibles introductions, les diagrammes se rapprochent davantage de ceux dès machines à réservoir {o" fasc»). Le travail est très inégalement partagé sur les deux tiges, mais cette inégalité n'affecte que l'état de sollicitation des guides.
Dans le système Vauclain, les cylindres à haute pression sont rclati* vement plus petits que dans les autres compound ; les courbes d'indicateur montrent que le travail de ces cylindres est néanmoins exagéré» ce qui provient du régime des pressions dans le réservoir ; ainsi dans un type d'express à foyer Wootten, les cylindres ont :
MACHINES COMPODND ' 203
Haute pression, diamètre 830
Basse — . , 660
Course commune 610
Rapport des volumes 2.85
La pression ordinaire démarche est de 180 livres (12 atm). ; le système est appliqué à tous les services, le spécimen qui comporte les cylindres les plus forts est une machine à dix roues couplées précédées d'un bissel, pesant 90 tonnes en ordre de service sans son tender ; les cylindres ont 406 et 686 de diamètre avec 711 millimètres de course (').
99. — Appréciation du système compound. — 11 n'est pas douteux que le système compound procure une économie de vapeur qui se chiffre différemment suivant la charge, mais qui peut s'élever dans certains cas jusqu'à 15 pour cent (•), ce n'est pas toutefois cette économie qu'il y a lieu de considérer, mais la diminution de dépense relativement au poids utile remorqué dans les mêmes conditions de vitesse; or, à production de vapeur égaler la locomotive compound ne pèse pas sensiblement plus que la machine ordinaire, et pour la même distance à franchir sans renouvellement d'eau et de combustible, le tender et les approvisionnements sont les mêmes dans les deux cas ; l'augmentation de puissance à la jante se traduit donc par une augmentation égale de la charge utile remorquée. D'après les considérations développées au n** 36, c'est surtout en rampe que le bénéfice relatif du système compound s'accentue, ou bien dans tous les cas où le poids de la machine et du tender représente une forte fraction du poids total ; pour un train de marchandises lourd à petite vitesse sur ligne de niveau, l'avantage relatif du système compound tend vers une limite qui ne peut jamais être cependant en dessous du bénéfice par cheval indiqué.
Les différences dans le trafic et le profil des lignes suffisent déjà à expliquer certaines divergences sur le quantum de l'économie procurée par le système ; on cite sur ce point les chiffres suivants :
1. Recueil publié par les ateliers Baldwin lors de TExposition de Chicago. Voir pour description détaillée de divers types ainsi que pour les cylindres et la distribution : Engineering, ISOJ-S-lli, 238, 301 ; les Locomotives en Amérique par Grille eiLaborde; une série d'articles de grand intérêt dans Zeitschri/ù des F. D. /., 1893.
2. La pression plus ou moins élevée de marche afifecte évidemment réoonomie, de môme que les précautions prises pour éviter les pertes de charge entre les deux cylindres, la section des canaux, etc.
mi
Chemins de fer russes (Urquhart) 18<96 0/0
Allemagne, marchandises 17 à 21 p
— trains omnîbns. ...,.., 17
— trains express H.6 p
^orth-Eastern, express. 2 à 6-5 ï>
— marchandises 4 à 22*4 »
Chemins de fer Saxons, marchandises ... 18 p
Chemins de d'Irlande, voyageurs UJ à li.l >
Great-Eastem, économie moyenne de 11 cotu-
poondetde? machines ordinaires. . • - 13 t*
Banlieue de Londres (Webb) 25 »
L'essai le plus direct qui ail été fait est celui Jnris lequel M. Webb a fait circuler en même temps sur deux lignes parallèles du L. et >'. Western entre Crewe et Stafiford deux trains de marchandises de poids égal (690 tonnes sans machine ni tender), remorqués par des machines des deux systèmes, les machinistes ayant ordre de ne pas se devancer; de cette manière l'influence du vent était éliminée de même que l'effet des conditions atmosphériques sur l'adhérence. Deux voyages en sens direct ont été suivis du retour en sens contraire, pour lequel les machines ont été interverties. L'économie en faveur du système compound a été de 23,38 pour cent, allumage déduit; l'économie d'eau a été de i4,3 pour cent. La traction sur la barre d'attelage a été plus uniforme pour la machine compound (système à trois cylindres attaquant te même essieu), le maximum d'effort relevé a été de 6,6 tonnes, tandis qu*il a atteint 7,25 tonnes pour la machine ordinaire, remorquant le même train à la même vitesse comme 11 a été dit ci-dessus. La dépense d'huile totale est en général diminuée pour les compound.
Un autre élément d'appréciation doit d'ailleurs entrer en ligne de compte pour la locomotive, les dépenses dues aux réparations et au capital immobilisé par le séjour à l'atelier sont une fraction imporlanle des dépenses d'exploitation, toujours comparable à la somme dépensée en combustible; ces deux facteurs des frais d'exploitation ne restent pas dans le même rapport pour tous les réseaux, le prix du charbon affecte beaucoup le poste-combustible (*). Voici à ce sujet quelques chiffres :
