CHAP. IV, — INDICATEUR DES PBESSIONS

ttons de 1, 2, 3 atmosphères, la pression atmoq>hérique s'exercant toujours sur sa face supérieure.

Le tambour a, qui doit tourner avec une vitesse toujours pro» portionnelle à celle du piston de la machine, est mis en mouYC* ment de la manière suivante : une large poulie / (Fig. 8 et 6)^ > reçoit une corde nk^ qui fait, dans une gorge héliçoïde, autant de tours qu'il en faut pour que sa longueiu* enroulée soit plus grande que la course du piston ; et l'extrémité de cette corde va s'attacher à la tête de la tige du piston ; cette corde se déroule pendant que le piston monte, et s'enroule pendant qu'il descend. Sur Taxe de la poulie / (Fig. 8) , est un manchon l'^ qui tourne avec elle, et sur lequdl s'enroule ou se déroule une seconde corde d qui a son autre extrémité attachée à.lft poulie /| fixée à la base du tambour a (Fig. 7). Un petit tambour m^ ^ntenu dans celui-ci et renfermant un ressort spiral, sert à tendre les deux cordes d el kn^ elk faire tourner en sens contraire la poulie i et le tambour a pendant que le piston descend*

Tel est l'indicateur des pressipns, perfectionné par M. Combes. On doit à M. Morin d'autres perfectionnements qui permettent d*obtenir successivement plusieurs diagrammes sur un papier continu ; mais alors le mouvement de ce papier est uniforme, il n'est plus réglé par la vitesse du piston.

5 3. — Machines locomotwes (Pl. 13).

168. Une locomotive se compose d'une chaudière et de deux machines à vapeur agissant à la pression de 4 atmosphères | ou 5 atmosphères et sans condensation. Cet ensemble est porté sur un grand ccidre ou châssis horizontal de bois ou de fer, qui repose lui-même sur les essieux de deux paires ou de trois paires de roues. Dans la plupart des locomotives le cadre est exté^ rieur, c'est-à-dire qu'il porte sur Textrémité même des essieux, et l'on a les roues en dedans; quelquefois cependant il est i/itéri^ir, et laisse les roues en dehors; dans ce cas, les coussinets sur lesquels il porte embrassent l'essieu près de la face intérieure des moyeux des roues.

Les deux machines à vapeur sont toujours symétriquement placées i rainant de la locomotive ; chaque pistou porte une bielle, et chaque bielle agit sur une manivelle. Quelquefois, dans les locomotives à cadre intérieur, ce sont les rayons des deux

rotœs correspondantes qui serrent eux-mêmes de mamyelles; alors la bielle et la tige du piston sont en dehors. La puissance de lu Tapeur, en imprimant aux pbtons* le mouvement altamatif , imprime le mouvement de rotation aux roues motrices ou aux roues qui servent de manivelles ; mais elles ne tournent pas sur place ; Tadhérence des roues sur les rails force la drconiPërence à se développer, comme si le rail était une crémaillère et la roue elle-même une roue dentée. De là résulte le mouvement de translation dans tout le système. La vitesse dépend du nonvbre des coups de piston et du diamètre des roues motrices : pour chaque double coup, la roue fait un tour, et la locomotive s^avance de tout le développement de la roue, c^est-à-dire d^une circonférence , à moins qu'il n^ ait un peu de glissement de la roue sur le rail , ou de temps perdu , ce qui arrive quelquefois par les givres et les brouillards, ou quand on charge la locomotive de conduire un train qui offre trop de résistance.

Soient d le diamètre de la roue exprimé en mètres, <Ar sa drconférence , n le nombre des coups doubles de piston par seconde, le chemin parcouru par la locomotive est

ndf^ en 1" ; 3600 ndi^ en 1*, et 3,6 ndif^^ en 1*.

On a ordinairement rf=l™,40; rfïr=4'",40; ainsi, pour un coup double par seconde, la locomotive fait 15^^*^,84 ou environ 16 kilomètres à Theure, et il faut donner 3 coups doubles par seconde pour obtenir 48 kilomètres ou 12 Ueues à Theure. La course du piston est de 40 centimètres dans les petites machines , et de 45 centimètres dans celle que nous allons décrire ; pour un coup double , c'est 0^j90 , et pour 3 coups doubles S"*,?. Ainsi, dans les locomotives à grandes vitesses, la vitesse du piston est d'environ 2 mètres et demi ou 3 mètres par seconde ; c^est le triple de la vitesse du piston dans les machines ordinaires.

Avec deux cylindres, on n'a pas seulement l'avantage d^atta^ quer à la fois les deux roues motrices pour les faire marcher ensemble , on a de plus l'avantage de remédier en grande partie aux diminutions périodiques de vitesse qui se feraient sentir aux points morts; pour cela on croise les manivelles, c'est^ à-dire qu'elles ne sont pas seulement perpendiculaires à l'essieu, mais de plus perpendiculaires entre elles; alors les points

GHAP. IV. — KACHINES LOCOMOTIVES. 373

mÊorii sont croisés : quand Tune y passe, Tautre a son maximum d'effet.

Dans les systèmes de locomotives les plus répandus , et particulièrement dans celui de Stephenson qui est représenté dans la planche 13, les deux cylindres étant dans Fintérieur du cadre, les rayons des roues ne peuvent pas être pris pour manivelles ; alors on est conduit à prendre pour les roues motrices un essieu coudé y et doublement coudé ^ comme le représente la figure 1, les deux coudes ayant des directions perpendiculaires entre elles, afin d^obtenir, comme dans le cas précédent, le croisement des points morts. Les deux bielles s' appliquant à ces coudes conome à de vraies manivelles, forcent Tessieu à tourner, et Tessieu, dans sa rotation, emporte les roues motrices qui sont fix^ sur lui.

Ce qui précède suffit pour faire comprendre que la machine locomotive est en réalité pareille à une machine à vapeur ordinaire à haute pression, en ce qui tient aux cylindres, aux pistons, aux bielles et aux manivelles, et qu'elle ne s^en distingue particuUèrement que par la chaudière, par la disposition des pièces et leur ajustement , et surtout par les modérateurs qu'il faut mettre sous la main du mécanicien, afin qu'il puisse, sans effort et à chaque instant, accélérer ou retarder la vitesse, et au besoin donner la vapeur en sens conti*aii*e pour éteindre plus promptement la vitessQ acquise par la masse énorme de la loco» motive et du convoi. .^..

Nous allons essayer de donner une id^ de cet ensemble si heureusement combiné; nous prendrons pour exemple la machine à six roues de Stephenson; elle est représentée dans la planche 13. La figure 10 est une élévation de cette machine ; la figure 9 une coupe longitudinale ; la figure 1 une vue en dessus, lorsqu'on a enlevé la chaudière, et laissé cependant une section horizontale de la boîte à feu , à la hautem* du cadre ; la figure 2 une coupe transversale, par le dôme de prise de vapeur, suivant la ligne 1,1 de la figure 9; la figure 3 une vue par le bout de rauant j en supposant seulement enlevée la paroi extrême 2,2 (Fig. 9); la figure 4 est la pompe alimentaire; la figure 5 le firein du tender ; la figure 6 le mécamsme du changement de vitesse; la figure 7 l'emmanchement des tubes de la diaudière; la figure 8 la coupe plus en grand de l'un des cylin-

dres et de son piston, afin de faire voir la distribution. Toutes ces figures sont, à quelques modifications près, et sur une échelle réduite, celles que j'ai publiées en 1 834 dans le Portefeuille du Conservatoire^ lorsqu'il n'existait encore aucune publication de ce genre, ni en Angleterre, ni en Allemagne; j'y ai seulement introduit les perfectionnements les plus récents.

Mécanisme. — (Fi6. 1 et 9) a est le piston , h la tige^ c la bielle, d l'essieu coudé. Ce que nous venons de dire suffit pour faire comprendre le mouvement de ces pièces.

169. Chaudière et feyep. — Le corps de la chaudière est un cylindre de tôle de fer de 2", 5 de long, sur 1",2 de diamètre, qui s'engage par le bout de Vavant ee^ dans la boîte à fumée^ et par le bout de V arrière e'e' dans la boîte à feu. La forme de la boîte à fumée se comprend par les figures 2, 9 et 10. Les deux premières figures font voir que , de ce côté , le cylindre de la chaudière est fermé par un fond plat, f dont la moitié inférîeiu^ est percée de 1 50 trous pareils , très-rapprochés les uns des autres. La forme de la boîte à feu est représentée dans les figures 1, 2, 9 et 10; elle a la même apparence extérieure que la boîte à fumée, si ce n'est qu'elle est plus profonde dans le sens de la longueur de la chaudière ; mais en dedans elle en diffère à plusieurs égards : 1* du côté de la boîte à feu, le cylindre formant le corps de la chaudière n'a pas de fond, il est seulenKnt rivé avec elle par son bord ^ ; 2® il y a une enveloppe intérieure g-, qui en bas, en h (Fig. 2 et 9), est clouée de toutes parts contre l'enveloppe extérieure , qui s'en sépare ensuite en rentrant d'environ 1 décimètre , mais qui lui reste unie pai* des boulons ou armatures h\ très-rapprochées les unes des autres; cette enveloppe intérieure ne s'élève qu'à environ moitié du diamètre du cylindre , et là elle porte autant de trous que le fond plat de l'avant, et ces trous se correspondent exactement. Des tubes de laiton g\ d'une longueur convenable et d'un diamètre extérieur de 4 centimètres , sont ajustés dans tous ces trous , et établissent ainsi une communication entre la boîte à feu et la boîte à fumée, en même temps qu'ils ferment hermétiquement la chaudière. L'ajustement de ces tubes a présenté d'abord de grandes difficultés ; mais Stephenson les a résolues en faisant des bagues d'acier qui s'engagent dans rintériem" des tubes et qui sont chassées de force; ces bagues pressent les bouts des tubes

GSAP. IT. — CHAUIOËBE ET FOYEft. 375

contre les parois des trous qui les recoîveiit, et Fou parvîeiift ainsi à rendre la chaudière parSadtement ëtanche. (Voy. Fig. 7, où ces détails sont représentés plus en grand.) Ces tubes, ainsi ajustés, servent de liaison entre la moitié inférieure du fond f et la paroi verticale correspondante de Tenveloppe intérieure g. Quant à la moitié supérieure du foad /*, qui, à raison de sa forme plate , ne pourrait pas résister à la pi^pssion de la vapeur^ elle est consolidée à son tour par de grands boulons de fer ff (Fig. 3 et 9) qui traversent toute la longueur du cylindre , et viennent se fixer à la paroi verticale de Tenveloppe antarieure de la boîte à feu. Ainsi assemblées et consolidées , ces diverses pièces forment une chaudière très-résistante, qui supporte habituellement 5 atmosphères, et qui sans doute pourrait résister à des pressions beaucoup plus fortes.

L^eau de la chaudière se l(^e , non-seulement dans la partie cyhndrique, de manière à couvrir et envelopper tous les tubes; mais, comme le niveau tracé dans la figure 9 Findique, elle couvre aussi la partie supérieure et horizontale de l'enveloppe g^ qui est elle-même consolidée par des cornières ou armatures ajoutées aurdessus, et elle pénètre partout jusqu^en A, dans Tintervalle de 1 décimètre qui sépare Tenveloppe g de son enve* loppe extérieure, à Fexception toutefois de l'espace i qui est ré* serve pour la porte du foyer. Le volume d'eau est d'environ 20 hectolitres, et la chambre à vapeur au-dessus du niveau d'environ 10 hectolitres.

Le feu se fait dans l'intérieur de l'enveloppe g\ les barreaux de la grille sont en ï (Fig. 1, 2, 9); on les charge de coke jusqu'à la hauteur de la porte i\ cette contenance est de près dç 7 hectolitres de coke , pesant plus de 250 kilogrammes; l'air pé» nètre par le dessous de la grille , traverse toute l'épaisseur du coke embrasé en activant la combustion, et les produits en* flammés se précipitent par les 150 tubes pour arriver dans la boite à fumée et s'échapper par la cheminée f . C'est ici que l'ingénieuse idée de M. Pelletan a reçu sa plus importante apphcation : un jet de vapeur dirigé dans la cheminée par le tube d^échappementy (Fig. 3, 9), détermine un tirage des plus ac* ti&; sans son secoiu^, on ne serait peut-être jamais parvenu à donner aux locomotives les vitesses de 40 à 50 kilomètres qu elles prennent souvent sur la jdupart des chemins de fer.

376 LIVRE n. — CHALEUR. — PREMIÈRE PARTIE.

Oiuis Timpossibilité absolue d'élever assez la cheminée , on aurait été réduit à activer le feu par des soufldets ou des ventilateurs , et Ton comprend, pour les locomotives, toute Timperfeotion de ces moyens. Dans Tintérieur de la cheminée est une véritable clef de poêle y' : seulement, elle est percée d'un trou au centre , afin que , dans toutes ses positions , la vapeur du tuyau d'échappement puisse passer. On l'appelle le papillon; par des renvois de leviers le chauffeur la manœuvre à volonté. Elle sert à modérer le tirage ; de plus , quand on retire le feu , on la ferme , afin que le courant d'air firoid ne produise pas sur la chaudière de fâcheux effets de contraction, qui détermineraient des fuites.

La surface de chauffe est plus efficace dans les locomotives que dans les chaudières ordinaires, soit à cause de la nature du combustible , soit à cause de l'activité du tirage , soit à cause de la forme elle-même de la chaudière. On estime que 1 mètre carré de surface de chauffe directe dans le foyer donne 120 à 180 kilogrammes de vapeur par heure, tandis que 1 mètre de diauffe indirecte dans les tubes donne seulement les •^, c'est-^dire à peu près 40 à 50 kilogrammes. Or, dans la chaudière que nous décrivons , la surface du foyer est d'environ 5 mètres , la surface totale des tubes est d'environ 40 mètres , ce qui donne pour la surface réduite des tubes 40X-n)= 12 mètres, et par conséquent, en somme, 17 mètres de surface de chauffe. La force correspondante serait d'environ 17 chevaux si c'était une chaudière ordinaire ; mais ici la force devient triple ou quadruple, elle est de 60 à 70 chevaux, suivant que le feu est poussé avec plus ou moins d'activité.

Le poids total de la machine est de 12 tonnes ou 12 000 kilogrammes en y comprenant l'eau , la chaudière , les essieux , les roues, le cadre et tout le mécanisme. C'est un poids peu considérable pour une telle puissance ; en mettant la force de la machine moyennement à 60 chevaux, on voit qu'un cheval de force ne pèse en définitive que 200 kilogrammes. Il n'y a pas besoin de calcul pour voir qu'on ne serait jamais parvenu h un tel résultat sans l'invention des chaudières tubulaires, où la flamme passe dans les tubes ; elles seules pouvaient , avec peu de poids et de volume, donner une surface de chauffe suifisantei CSette belle invention est due à M. Seguin aîné , qui en a eu le

GIAF. IV. — CHAUMfiU ET FOTEB. tTI

premier ridée; mais le mérite de rexeGotioQ et da succès ap-> parlimt à H. Geoige Stepbensoo, cjui coostmisit en 1829 1 première locomcyliTe puissante de ce système, celle qui a a|^iris à notre siècle tous les prodiges que Ton devait attendre des chemins de fer.

170. Prtoe de vnpci «t AstrikstfoB. — La vapeur se |Hrend dans le dôme i (Fig. 9), par le tuyau i' qui Tamène dans une sorte de réservoir it' ; là, elle traverse le régulateur / pour |Hrendre fe tube m, qu'dle parcourt dans toute sa longueur, et & l'extrémité, en dehors du fond /*(Fig. 3, 9), elle se divise à droite et à gaudie pour arriver aux cylindres à vapeur par les tubes m' et nt*", qui sont vus en place dans la boite à fumée (Fig. 3). Le régulateur / a reçu des formes diverses : dans la madiine de Stephensou, c^est un disque fcurmant doison «ntre la chambre i' et le tube m ; mais deux secteurs à*vak quart de cercle y sont découpés, et un second disque pareil, et pareillement découpé (Fig. 2), tourne sur le premier au moyen de Taxe r et de la manette T (Fig. 9). Quand les ouvertures des deux disques se correspondent, la vapeur a son plus grand passage ouvert : mais quand le plein du disque mobile couvre plus ou moins le vide du disque fixe , le passage est plus ou moins rétréd, ou même fermé tout à fait. La manette T tourne sur un cadran qui indique les degrés d'ouvertui-e.

La distribution se fait ici plus simplement que dans la machine fixe que nous avons décrite; elle se voit sur la coupe (Fig. 9), et plus en grand sur la figure 8. Les deux orifices p elp' du cylindre communiquent par des conduits aux lumières n et n' que Ton voit en plan dans la figure 1. La liunière du milieu o est celle d'échappement; elle communique avec la chambre o', qui communique elle-même avec le tuyau d*édiappementy. Un seul tiroir q^ dont la tige est en q\ glisse sur la plaque des lumières; c'est une sorte de caisse rectangulaire portant des rebords ou des bandes r et r , d'une largeur convenablement calculée. L'intérieur du tiroir couvre à peu près deux lumières à la fois : s'il est dans la position indiquée par la figure, la vapeur entre par n', parce que le tuyau d'arrivée ut communique avec la chambre dans laquelle se meut le tiroir; en même temps , par le dessous du tiroir la vapeur sort de la lumière n pour passer dans la lumière o^ dans la chambre o et

dans le tuyau d^échappementy : c'est l'inverse quand le tinnr couvre à la fois o et n. Il faut donc ici imprimer au tiroir un mouvement de va-et-vient d'une amplitude égale à deux largeurs de bande, car la bande r, par exemple, qui se trouve maintenant à gauche de n pour l'échappement, doit, pour l'introduction, passer à droite et' couvrir l'espace qui sépare n de o. Mais pour obtenir la détente à divers degrés, il y a diverses conditions de largeur de bande et d'avance de tiroir, dans la discussion desquelles nous ne pouvons pas entrer.

Mouveatent du tiroir. — Le mouvement du tiroir se (ait, comme dans les machines fixes, au moyen d'excentriques, avec cette différence que dans les locomotives l'essieu courbe remplace l'arbre du volant. Que l'on conçoive donc un excentrique circulaire dont la bielle est ep s (Fig. 1); que Ton conçoive d'une autre part un axe u, portant deux bras ou leviers perpendiculaires à sa longueur, l'un qui reçoit l'acdon de la bièlle, l'autre qui la transmet à la tige du tiroir, et l'on aura une idée du mécanisme ; il est tout à fait analogue à celui de la machine fixe. Mais il y a une autre condition à remplir, importante, indispensable : il faut que le mécanicien puisse subitement, à un instant donné, mettre la vapeur en sens inverse ; la difficulté est grande à cause de la rapidité de la vitesse du piston. Les ingénieurs s'en sont beaucoup occupés, et M. Stephenson lui-même en a donné plusieiu*s solutions; voici celle qu'il a adoptée en dernier lieu. Pour chaque tiroir il établit deux excentriques et deux bielles : la seconde est en s' (Fig. 1); les deux excentriques sont calés en sens inverse ; le grand rayon de l'un correspondant au petit rayon de l'autre, il en résulte que les mouvements des deux bielles s et s' sont inverses : quand l'une va, l'autre vient; quand l'une pousse, l'autre tire. D'après cela, concevons le tiroir au milieu de sa course et mù par la bielle s ; concevons que subitement on détache cette bielle pour mettra en prise la bielle s\ il est évident que le tiroir devra rebrousser chemin, et par conséquent que la vapeur sera mise en sens inverse; cela n'empêchera pas la locomotive de marcher, ni les roues de tourner dans le même sens, en vertu de la vitesse acquise; mais c'est la marche h contre^çapeur^ c'est-à-dire que toute la puissance de la vapeur est appUquée à détruire le mouvement de la locomotive pour lui imprimer le mouvement con-