TRAVAIL DE LA MACHWK ISOLÉE. 2(>T
entendu, de la fraction de course du piston pendant la-
Ile l'admission avait lieu à pleine pression.
n a trouvé que les [lertes et les entraînements d'eau repro-
aienl de 24 à 39 p. iOO de la consommation totale, soit en
enneun tiers.
etic perle énorme doit faire réfléchir les personnes qui eon- ■enl la chaudière des locomotives à tubes multipliés, à
nbre de va|)eur restreinte, comme le type dèlinitif des idières à admettre partout, aussi bien sur les chemins de
que dans les machines lixes et les machines de bateau.
Ueara comparalltrs dra MurfaccB de cbaulTc directe cl Inr dnnw Ica rnscblnea loFomolIvca. — Les ingénieurs du
in de fer du Nord ont fait, il y a queli|ues années, des ^rienccs pour déterminer la loi de décroissance de la puisée de vaporisation dans les chaudières tubulaires. Ine chaudière était divisée en cinq cumparlinienls : le pre- T comprenant le foyer proprement dit et la surface de uffe directe, les quatre autres divisant le faisceau tubulalre juatre parties égales de ii°',Q-2 de longueur chacune. ,es surfaces de chauffe et le volume eu eau de chaque comtiment avaient les valeurs ci-aprés :
rbce lub.
Surface lub.
Surface tub.
Surface tub.
Surface lub.
1 li""f,Oa
^«•iM
ly-^i.GÎ
*r J""i.GO
JO lilres
3'20 lilres
iW Wlrcs
520 litres
ôiii litres
haque compartiment était alimenté par une bâche jaugée et une pompe spéciale, et les niveaux étaient maintenus rircusenient les mêmes.
luinze expériences successives furent faites, sept avec le e, huit avec les briquettes ; les quantités moyennes d'eau orisêe par mètre can-é et par heure furent les suivantes :
DBS HACHINBS A TiPEDR.
ItEC U BKIQDETTI :
Ainsi que l'avait signalé M. Grahain, le pouvoir vaporisaleut diminue très-rapidement, et le cinquième compartiment n'apporte pas un contingent considi^rable à la production de vapeur. On pourrait conclure de ces expériences qu'il est sans inlèrfl d'allonger les tubes des locomotives au delà de 3 mètres ; mas la question tisi complexe. Si au delà d'une longueur de 3 milns le pouvoir vaporisateur des tubes est faible, il importe de refroidir assez les gaz pour qu'à leur arrivée dans la boite à fumée ils ne puissent attaquer cette partie de la machine. Avec uue tubulure de 5 méires de longueur seulement, la fatigue de It boîte a fumée est notable et on admet la nécessité de porter cette longueur à 4 ou mOme 4",50.
Si maintenant nous prenons les surfaces de chaune totale sans distinguer la surface directe de la surface indirecte, nous obtenons les chilTres suivants représentant la vaporisation moyenne par mètie carré et par heure :
Atcc le coke SO^.IO
Avec la briquelle 43 ,80
La briquette l'emporte ici singulièrement sur le coke.
Appliqués aux grosses machines à huit roues couplées en service sur le chemin de fer de l'Est, les chiffres ci-dessns donneraient pour la quantité totale d'eau vaporisée en noe heure:
6,076 kilogr. et mâme 6,635 kilc^.
L'expérience a montré que pour la machine à tender moteur la quantité d'eau vaporisée en montant les rampes de 25 niilli-
TRàYAIL DE LA MACHINE ISOLÉE. 269
mètres du chemin de fer de Spa à Luxembourg, s'élevait à SfOOO kilogrammes par heure.
Dans tous les cas, nous croyons qu'on peut, sans inconvénient, évaluer à 55 ou 40 kilogrammes la quantité d'eau vaporisée en une heure par chaque mètre carré de surface de chaufTe d'une machine locomotive de dimensions ordinaires.
ActioB de Fécliappeiiiciit ««r la vaporlsatlc». — On n'a paS
mesuré l'action de l'échappement sur la vaporisation, mais cette action est incontestable. Que la vapeur lancée dans la cheminée agisse comme un piston chassant l'air devant lui et faisant le Yide derrière, ou quelle entraîne latéralement l'air de la cheminée, la vitesse avec laquelle s'effectue Tune ou l'autre de ces réactions se communique à l'air appelé à travers le foyer, active la combustion et, par suite, la vaporisation. Quelques minutes de marche avec l'échappement serré suffisent pour élever la pression d'une ou de deux atmosphères.
B apport mwÊtre la putosaBce de vaporlsatioa et la vitesse. —
Nous abordons une question très-délicate. Deux machines locomotives ayant la même chaudière, les mêmes cylindres, chauffées avec le même combustible, donnant le même nombre de coups de piston par minute et ayant la même vitesse de rota- (ton, mais ayant des roues motrices de diamètre inégal, et, par conséquent, une vitesse de translation inégale^ fourniront-elles la même quantité de vapeur et la même quantité de travail disponible sur les roues motrices ? En d'autres termes, la puissance de vaporisation de 1 mètre carré de surface de chauffe est-elle indépendante delà vitesse de translation, c'est-à-dire de la marche ?
Théoriquement, on ne comprend pas que les questions que nous venons de poser puissent être résolues négativement, et on U^aperçoit pas de motifs pour que la puissance de vaporisation de la chaudière soit modifiée par la vitesse de translation de la ïïiachine.
En fait cependant, tous les mécaniciens affirment, et M. Couche
310 m;s Machines à vapeur.
le reconnaît dans son Rapport sur les machines de l^Expo^tk» de 1867, « que le mètre carré produit plus et parfois beiuerap plus de vapeur dans les machines qui remorquent les express, que dans celles qui remorquent les trains de marchandises, i Les expériences du chemin de fer de FEst ont constaté ces différences, que Ton attribue à un embarquement de rair, plus énergique sur une machine emportée rapidement que sur vue machine marchant lentement.
Si la machine marche vite, Tair s'engouffre dans le cendrier et traverse la grille avec plus d*impétuosité que dans k cas d*une marche lente ; le feu est activé et la vaporisation s'accélère.
En fait, on a constaté au chemin de fer de FEst que la production de vapeur par méirc carré de surface de chauffe totale s'élevait pour les machines à grande vitesse à 40 kilogrammes, tandis que, pour les machines à marchandises, on ne pouvait compter sur plus de 25 kilogrammes.
Des expériences faites au chemin de fer d'Orléans ont donné des résultats semblables.
Il ne faut pas perdre de vue ce que nous avons dit quelques lifrnos plus haut, sur la valeur comparative de la surface de chauffe directe et de la surface de chauffe tubulaire : plus Timporlance de cette dernière s'élève, moins la moyenne s'élève ; dans une machine Cramplon, le faisceau tubulaire a une longueur de 3™, i6 ; dans une machine à huit roues couplées, celte longueur étant de 5 mètres, celle augmentation d'un tiers dans la longueur des tubes doit affaiblir Irés-nolablement la valeur movennc de la surface de chauffe totale.
En présence des expériences failes simultanément sur l'E^t et sur Orléans^ il semble incontestable que plus une machinî' marche vite, plus elle produit de vapeur par métro carré de surface de chauffe dans l'unité de temps, et plus, par const'quent, elle doit pouvoir produire de travail. Dans les essais relilifsà remploi de l'huile de pétrole, ou a égalinenl oui-
TRAVAIL DE LA MACSINE I80LËE. 371
staté une augmentation de la vaporisation avec la vitesse de marche.
On s*est demandé toutefois si cette eau dépensée par la chaudière était bien tout entière de Peau vaporisée; nous avons indiqué Textréme importance des entraînements d'eau, peotétre sont-ils beaucoup plus considérables dans les chaudières des machines à voyageurs qui ont une chambre de vapeur moins grande que les chaudières des machines à mnrdnndises.
Le chemia de fer de Paris à Lyon ne s'est pas arrêté à ces différences, et il a admis, pour le calcul des charges de ses machines, la permanence de la produclion de vapeur par heure et par mètre carré de surface de chauffe. Il n*est pas inutile de remarquer que sur le chemin de fer de Paris à Lyon il n'y a qu'un très-petit nombre de machines à longue tubulure.
Bip g— g ée la Tapevr prodmiîm. Perte de yreseloii à rinlériear
de to aMwiiiiM. — La vapeur une fois produite, il s'agit de la dépenser, et la puissance de la machine dépend essentiellement de l'énergie avec laquelle la vapeur agit sur les pistons ; mais là interviennent des phénomènes complexes, et la pression dans le cylindre est loin d'être celle qui existe dans la chaudière.
Nous avons dit que ces pertes de pression étaient dues :
A Tentrainement mécanique de l'eau ;
Au frottement dans les tuyaux par lesquels la vapeur est distribuée de la chaudière aux cylindres ;
Aux condensations partielles dues à la température des cylindres.
Clapeyron a cherché à analyser les différentes pertes de ^ves* sion qui ont lieu entre la chaudière et le cylindre, et il a donné pour les machines fixes les chiffres ci-après qui, à part ce qui est relatif au condenseur et à la pompe à air, peuvent parfaitement s'appliquer aux machines locomotives.
[XJt DKS HACnnES A VimiB.
' U pression 6e la vaiwur Jaus la cliaudicrc étant I :
La perle de pression pour produire le mouvement de lu vapeur sera de O.Otl*
Celle due iiu refroidissement du cylindre et Aca tubes de ronduile 0,016
Celle due au rroltement du piston et k la perte de vapeur qui se Fait entre le piston ot les parois du cylindre 0,133
Celle due h la pression inverse nisuIUint de la vapeur (]ui se prwipile dans le corideijseur 0,00/
Celle employée à faire mouvoir les soupapes, à élever l'eau d'injection, à vaincre le frotlcmenl des arbres. 0,0*3
Celle employée h faire mouvoir la jwmpe à air . . . O.OJO
Celle qui représente l'inlerniption de l'inlrodiiclion de la vnpcnr avant la lin de la course du piston. . . . D.lOi)
Total 0.368
Nous ignorons comment Clapeyron est arrivé à chacun de CCS cbiffres ; lui-même leur a donné le nom d'indication, iTiipproximation tant soit peu arbitraire, mais rexpérience les a confirmés comme résultat tinal.
Des séries d'observations faites sur des machines locomotives à l'aide de l'indicaleur de Watt, pour reconnaître la relatioa qui existe entre la pression dans la chaudière et la presstoa dans le cylindre, ont établi que le coefBcient de perte variait entre 0,10 et 0,40 en se rapprochant plus souvent de 0,40 ; en supprimant ce qui est relatif au condenseur, Clapeyron avait indiqué 0,25. Lorsque l'on voudra calculer la puissance d'une machine, il conviendra de ne prendre que les 0,75 ou même les 0,60 de la valeurde la pression indiquée par les manooié- 1res de la chaudière.
AdMrcM». — L'adhérence, ainsi que nous Favrais indiqué, dépend de la pression exercée sur les rails par les roues motrices, et la force que représente l'adhérence est celle qui ré-
TRAVAIL DE LA IIACIIOE ISOLf.E. 273
jullc du Irottemtïiit au poinl île conlact, au moment du départ.
Le coefficient d'adhérence est extrêmement variable : il dépend des circonslances atmosphériques, de l'état des surfaces en conlact.
Les auteurs du Guide du mécanicien l'évaluent à 1/3 sur des rails secs, à 1/10 surdes rails humides.
Nous considérons le cocflicient de 1/3 comme Irop fort, et dans les circonstances ordinaires il ne faut pas compter sur plus de 1/6 ou 1/7.
Dans les pajs exposas aux brouillards, dans les montagnes, le long des rivières, à l'époque de la chute des feuilles, le coefficient d'adhérence diminue eiccsivcmeiit, les machines palinent presque conslaminenl et les trains n'avancent qu'avec beaucoup de lenleur.
Dans les souterrains, le coeflicienl d'adhércnre ne dépasse pas 1/10.
En ailoplant 1/7 et en supposant que les essieux moleurs soient chargés,
De tOT dans une macliinfl Crampton, l'adhérence cslde. . . i.iSO''
De SOT dans une machine mixte, l'adhérence esl de 3.81X1
De 33Tdans une machine à marchandises, l'adhérence est de. i.Hr>
De 46T dans une machine Engerth, l'adhérence esl de. . . . B.570
g 3. Évaluation des résistances que doit vaincre la niactiine tocomolive.
Enaemble de* rMIatanerit A vatnvrc. TeDsIon de Im barre d'n(-
icl«g«. — Les résistances que doit vnincrc une machine locomotive se rapportent à deux groupes de faits : à la machine ellemême, et au train qu'elle doit remorquer.
Les résistances de la machine sont elles-mêmes de deux natures : la machine accotnpagnce de son tender conslilue un II. IH
ru DES HACHCfES A TAPËCK.
vÉhicnle «]iie la vapeur doil mettre en mouvement, comme dif le fail [»our les nulres véhicules du train. En second lieu. If mouvement relatif àes divers organes de la machine donne lien » une dépense de force, augmentée encore pa^Iesfralt^ ments que ce mouvement fait naître.
Les résistances qui s'opposent au déplacement du train uni trts-nomiircuses :
Le frottement de roulement; si l'adtiérencedela maehînpaii sol détermine son mouvement île translation et mesure la pnt^ sance de la machine, celle mi'me adliérencc est un obslaclc pour les voitures et les wagons ;
La 1,'ravilt;, qui exerce une action rctardalrîoe ou acc/'lfratricelrés-vivc;
Les ondulations du tracé, les courbes de faible rayon di'<eloppant sur les boudins des roues une action Lingcntiellc qui peut acquérir une grande intensité ;
La vitesse ;
Le mode de graissage ; I
Le nombre de véhicules ;
La direction et l'intensité du vent. I
Toutes ces résistances se traduisent en définitive par une force unique il i recto meut opposée à la machine et que reprcscnle la tension de la barre d'attelage.
Nous ne pensons pas qu'en présence de faits si multiples il soit possible d'arriver par le calcul à l'appréciai ion de chacune (les résistances. Une seule a pu être isolée, celle exercce parla gravité, et les résultats indiqués par la théorie ont été confirmés par la pratique. Pour toutes les autres, on n'a pu arriver qu'à des approximations se rapportant plutét à l'ensemble dfô causes retardatrices qu'à une seule.
mode d'appréciaiioa dm-édataBcu. — Sinousconsidéronsun seul véhicule d'un poids P posé sur deu\ rails de niveau, il sera facile de trouver expérimentalement quelle serait la force horizontale P' qu'il sérail nécessaire d'employer, pour vaincre les
TRAVAIL BE LA «ACHtNE ISOLÉE. 'lit,
rèsislftnces (|ui s'opposent soil au départ. soi( au iiiouvcriiuiit régulier et uniforme de ce véhicule.
Si la force F est comptée en kilogrammes et le poids P du
P' train en tonnes, le rapport -jp- exprimera le nombre de kilogrammes nécessaires pour vaincre les résistances opposées au mouvement du train ou du véhicule par tenue. Ce rapport a reçu le nom de coeffiàent de rénktance du train.
Si pour faire marcher un véhicule pesant 50 tonnes, il faut employer un elTort de 240 kilogrammes, le coefficrenl de résis-
2W Lance sera — =- — = 3 Itilogr. Tous les chiffres que nous allons
donner seront calculés de cette manière et représenteront en kilogrammes, par chaque tonne du poids remorfiué, la résistance que présente ce train.
Apparviin d;«i>nioMiétriqa«B. — Tous les ingénieurs connaissent les appareils dynamométriques employés pour mesurer un eflort de traction; la lige de traction est attachée à la chape mobile d'un ressort; la chape fixe du ressort est fixée à l'appareil locomoteur; l'écarlemenl des lames mesure l'effort.
Le dynamomètre employé par le chemin de (ne de l'Est se Compose de 14 lames d'acier de 1",0i de longueur: il est installé au milieu d'un wagon fermé. Les oscillations delà chape mobile sont accusées par un crayon qui marque son empreinte sur une bande de papier, lequel, à l'aide d'un mouvement d'horlogerie, se déroule devant ce crayon.
Un compteur spécial indique les dislances parcourues par le wagon, de sorte que l'on a à la fois :
Les efforts de traction ;
Les espaces parcourus par le Irain ;
La vitesse de marche.
Deux obser^■a(eurs sont nécessaires : l'un suit la marche de l'appareil, l'autre pique l'indicalion des temps.
Une girouette eltérieure donne la direttion du vent ou au
moins la direction résultant du sens du vent régnant et <k U marche du train; les indications delà girouette sont transmise à rintérieur du wagon par une aiguille qui se meut sur un cercle divisé.
Les flexions du ressort ont été mesurées dans Tatclier par Fapplication directe de poids. Un emploi de quatre années n*a pas altéré l'élasticité de ce ressort et ses indications ont um* parfaite exactitude.
BéirisiMices d*mi véMevie îamêé. — Les résistances que présente à la traction un véhicule isolé, wagon ou machine, peuvent être recherchées expérimentalcn^nt en lançant ce véhicule à une vitesse déterminée et en Tabandonnant à lui-uK^me jusqu'à ce qu'il s'arrête. En mesurant la distance parcourue pendant que la vitesse a passé de la valeur initiale à la \itesse
zérOf on peut obtenir, en appliquant la formule des force
vives -^inVo*=&r, la valeur moyenne de la résistance x.
m étant la masse du véhicule ;
V, sa vitesse initiale ,
S la distance parcourue.
En appliquant cette formule et en tenant compte de la puissance vive de rotation des roues, MM. Vuilleniin, Guebhard ei Dieudonné ont trouvé des chiffres qui méritent d^étre cites el qui expriment les coefGcients de résistance des wagons et tlc> machines à des vitesses diflerentes.
Pour les wagons :
VITBMKS miTlALI» CUWfKJBIIT
CK ■imtS M ftÉS»TA!«CB
FAR SBCOWM r*ll TOU^B
TRAVAIL DE LA MACBINE 11 Pour tes machines mixtes :
Pour les machines à marchandises :
Sansméconnailre la valeur de ces renseignements, on doit les considérer comme donnant des chiffres trop faibles. La vitesse initiale ne peut être assez lorte pour que la vitesse moyenne corresponde aux vitesses normales de l'exploitation; en second lieu, un véhicule isolé ne se comporte pas comme un véhiculi^ faisant partie d'un train soumis à des réactions diverses, et les chiffres qui précèdent doivent être majorés.
««■iBtaMMB dcB maebiac*. — On a évalué les résislances totales que présente une machine en la plaçant derrière le dynamomètre et en attelant une machine à celui-ci. On a trouvé les coefficients de résistance ci-après :
DESIGNATION DES MACUlNF.i
