ET DE LEUR TRAVAIL

Les notions préliminaires que nous venons de donner sur les machines locomotives spécifient d’une manière assez générale les fonctions de l'ensemble des. pièces qui les composent, pour que nous puissions maintenant revenir sur chacune de ces parties et les examiner en détail.

En reprenant donc l’ordre que nous avons adopté, nous examinerons successivement :

i" Le foyer, les tubes conducteurs de la flamme et de fumée, et la cheminée ;

2° La chaudière et ses accessoires;

3° Les pompes ;

4° Les conduits de prise, de distribution et d’échappement de vapeur ;

5° Les tiroirs et les boîtes à tiroirs, les cylindres , le mouvement des excentriques pour la distribution et les appareils de conduite et de direction que le mécanicien a à sa disposition;

6° Les pistons , leurs tiges et leurs guides, et la communication de mouvement à l’arbre coudé;

7° Les grandes traverses et le châssis extérieur ;

8° Les ressorts ;

g° Les roues ;

io° Le raccordement de la machine locomotive avec le tender ;

1 1° Le tender.

Nou? partirons de deux types particuliers de machines locorao-

49 SK- .

tivcs : la niacliine a quatre roues de Jackson , et la machine à six ^ roues, a grand foyer des dimensions demandées pour le chemin de fer de Paris à Versailles.

17. Du foyer. — Les appareils de génération de vapeur dans un»1 machine locomotive, peuvent se diviser en trois parties distinctes : la première, destinée à contenir le combustible, appelée boîte à feu ; la seconde, destinée à contenir l’eau et la vapeur produite, c’est la chaudière ; la troisième , destinée à l’écoulement de la flamme, de la fumée, et en général des produits de la combustion-, on l'appelle boîte à fumée ou boîte des cylindres, pareeque sa partie inférieure les contient tous les deux.

Les figures 1 et 7 donnent la coupe du foyer suivant un plan perpendiculaire à l’axe de la chaudière.

Les figures 2 et- 3 donnent la coupe du même foyer dans le sens de l’axe ; on voit que la boîte à feu est fermée de tous côtés excepté au fond où se trouve la grille et à la paroi placée contre la chaudière ; celle-ci , destinée à recevoir les tubes, est percée d'un certain nombre de trous circulaires.

Entre les deux enveloppes est un espace de om,o6 à o”,io environ , destiné à recevoir de l’eau qui s’échauffe par le rayonnement immédiat du combustible.

L’enveloppe extérieure est en tôle de o n,,oo65 d’épaisseur environ ; la boîte intérieure est faite de feuilles de cuivre, plus épaisses à cause de la haute température à laquelle elle doit résister; son épaisseur peut aller jusqu’à om,oi5, et la paroi qui reçoit les tubes a une épaisseur double; cette grande épaisseur n’existe que dans la partie mémo où s’adaptent les tubes, tandis que la partie inférieure n’a guère que l’épaisseur des parois latérales de la boîte à feu; cela est motivé par la grande quantité de trous qui l’affaiblit,, et aussi parce qu’elle reçoit l’impression directe de la flamme qui y est entraînée par le tirage.

Nous avons établi dans la première partie que le mouvement de la machine a lieu en vertu de la pression de vapeur qui s'exerce sur les pistons; cette pression qui existe d’abord dans

la chaudière s’exerce naturellement aussi sur toutes les parois, lit comme les machines locomotives sont à haute pression ù cause de la grande force et de la simplicité dont on a besoin , chaque paroi est soumise à une pression considérable dont on peut se rendre compte par le calcul suivant;

La pression effective ' adoptée généralement dans les locomotives est de 60 livres par pouce quarré ( mesures anglaises), ou 4k, 38 par centira. quarré ou 43,800 kilog. par mètre quarré* ce qui équivaut à 4 atmosphères a5.

hn calculant sur cette base, on verra que généralement dans les machines locomotives, la surface intérieure de la boîte à feu étant de 3 m.q,3o, la pression qu elle supporte est de 1 44, 54o kilog. La pression de la vapeur s’exerce encore sur l’enveloppe extérieure de la boite à feu dont la surface est de 5 à 6 mètres carrés , et est soumise à une pression de 245,000 kilog.; sur la partie cylindrique de la chaudière et sur les tubes : les premières sont de a3o,ooo kilog. sur 5,a5 mètres superficiels; et les secondes , de 1,750,000 kilog. sur 4o mètres superficiels.

On voit à quelle pression énorme sont soumises les parois des chaudières où la vapeur est engendrée à haute pression; c’est pour cela que les chaudières des machines fixes sont cylindriques; elles sont ainsi dans les meilleures conditions de résistance; mais dans les machines locomotives, la nécessité d’obtenir de grandes' surfaces de chauffe dans un petit volume, de réduire la quantité d’eau et l’espace destiné à servir de réservoir de vapeur, a forcé de renoncer pour certaines parties de la chaudière aux formes cylindriques. On a donc été obligé d employer des dispositions dans lesquelles les parois sont planes, et par conséquent dont la déformation aurait facilement lieu sous l’influence de la pression.

Il est alors nécessaire d assurer ces dernières de manière à ce quelles résistent à ces pressions élevées. A cet effet, les parois latérales de la boite intérieure et de la boite extérieure sont liées entre elles et résistent aux déformations et aux ruptures par des entietoises; elles sont rarement en fer, mais presque toujours en

(■ e*t-ît-dire an-dessus de la pression atmosphérique.

Boite à t'eu «vue Kioulatour à vis

cuivre rouge qui offre, il est vrai , moins de ténacité, mais <pii résiste mieux à l’oxidation et offre par-là plus de chances de durée, elles sont taraudées sur toute leur longueur, et rivées on boulon nées à leurs parties extrêmes, les têtes s’opposent à l’écartement et les pas de vis s opposent au rapprochement. On arrive au même but en employant des boulons passant au centre de douilles en fer creux, en fonte ou en cuivre ( fig. 3 ). La paroi extérieure de l’avant au-dessus «le la boîte à feu est reliée par des tirants à la paroi op posée de la boîte à fumée. Ces tirans ont besoin d’être assez nom breux pour agir sur toute la longueur de la chaudière; mais on les réduit facilement à trois en rivant avec la paroi de la chaudière une forte barre de fer d’angle placée horizontalement et en dedans à la hauteur des tirans; l’effet de cette cornière est d’aug; menter considérablement la raideur delà tôle qui n’a plus besoin alors que d’être soutenue par quelques points.

La paroi supérieure delà boîte à feu qui est plane comme les pa rois latérales et qui n’a pas l’avantage, comme elle, d’être reliée aux parois opposées , est rendue inflexible à l’aide de barres de fonte ou de fortes cornières G, au nombre de 6 à 8, reliées pat des boulons bb' (bg. i, a, 3 ): on voit donc que toutes les parois planes sont reliées par de fortes armatures qui leur permettent de résister aux efforts de traction et de pression avec autaut d’efficacité que les surfaces cylindriques.

Les parois de la chaudière dans lesquelles s’assemblent les tubes sont quelquefois retenues l’une à l’autre par une rangée de boulons placée parallèlement aux tubes. Mats elle n’existe dans aucune des machines du chemin de fer de Saint-Germain; il y a seulement à la partie inférieure de quelques-unes',’' un ou deux boulons ; les assemblages des tubes suffisent pour résister â la tractiou. < 04% infl»»*

La partie de la chaudière, au-dessus de la boîte à feu, est circulaire en plein cintre, et résiste par conséquent par sa forme même à la pression intérieure de la vapeur. Quelquefois on fait la boîte à feu d’une seule pièce en cuivre; d’autrefois, mais rarement, en tôle de fer d’une seule pièce, et c’est le plus mauvais sys-

-:=« 52 gH-

leinc, mais le plus souvent ce sont cinq feuilles en cuivre assemblées à rivets. Quant à la partie extérieure, les plaques de tôle qui la composent sont jointes entre elles en se recouvrant (fig 4); dans les angles elles sont reliées a l’aide «le cornières en fer

~ « tV'i *

Souvent les raccordemens à angle «boit sont formés en forgeant et en r étreignant l’une des plaques de tôle; mais il paraît difficile que ce travail n’affccte pas la solidité de la tôle , qui , en général. , se prèle peu au travail à cbaud en conservant toute sa qualité. Il faut donc employer les cornières, quoique leur emploi soit d un effet moins agréable à la vue, toutes les fois que la tôle n est pas de la première qualité et confiée à des ouvriers très habiles. •- .*%, ...

La porte du foyer destinée à charger le combustible, et qui se trouve sur l’avant, est formée -de deux plaques de tôle, E (fig. 3), laissant entre elles un espace de o m. o5 à o m. oti, contenant un matelas d air destiné à éviter la déperdition de chaleur et l’altération de la porte.' , , ^ fJl

. On a essayé de faire la boîte à feu intérieure en tôle, comme nous lavons dit, mais la prompte usure et la main d’œuvre qu exige son remplacement y ont fait renoncer, et l’on a adopté le cuivre, qui est, pour ainsi dire, plus économique, malgré son prix élevé, à cause de la durée. ; ^

18. Des «5 nu. les.— La grille du loyer est composée de 12 a i5 barres de fer «le o m. 06 à o m. 07 de hauteur environ ; leurs extrémités sont plus larges que leur milieu, afin de permettre un écartement suffisant pour le passage de l’air qui vient alimenter le foyer. Cet écartement est aussi nécessaire pour faire tomber les scories et les escarbilles, de sorte qu’il a besoin d’étre plus ou moins grand, selon la qualité du coke que I on emploie; on sait que le bon coke liquéfie son laitier et le fait couler. Alors on peut rapprocher davantage les barreaux, ce qui fait qu’on perd moins de combustible en route , et «ju on n a presque pas besoin de piquer son feu dans les stations.

Poite :i feu avec drille tournante de la Petite Jackson

Cendrier

La surface de la grille est dans les machines à 4 roues de n m.

<i3 environ, et dans celles à 6 roues de o, 97 à 1, 08

La distance de la grille au premier rang de tubes est dans les premières de o 111. 41 , et dans les secondes de o, 5o.

feu sorte que le volume de combustible que les première^ peuvent contenir est de a hectol 5o, et celui des secondes de 5 lieettfc ^ **

Le combustible ne s’arrête pas exactement- à la première rangée île tubes, jl s’élève généralement encore au-dessus. Il faut doni ajouter environ t/4 de la quantité de combustible que contiendrait rigoureusement le foyer , ce qui donne pour le premier volume 3 hectol. 20, et pour le second 6 hectol. 80; ce qui donne en poids , en supposant que le combustible soit du coke qui pèse , j5o kilogrammes le mètre cube, pour les premières 1 f4 kiloy, et pour les secondes 270 kilog.

Or, on sait que 1 kilog. de coke contient fi5oo unités de châleur 1 9 donc pour les machines à 4 roues le nombre d’unités de chaleur contenues dans le foyer est de 1 44 X 6,5oo = 936,ndo unités de chaloui*?1 et pour celles à 6 roues T'270 X fi.S'oofc

Il faut que les barreaux soient mobiles pour pouvoir change! ceux qui seraient détruits par le feu et pour pouvoir, en cas d’accident ou d’arrêt, se débarrasser du combustible incandescent.' . ■ On avait, dans plusieurs machines, adopté les grilles à bascule : on coulait ensemble les 3 ou 4 barreaux en fonte du milieu de manière à leur permettre un mouvement de rotation au moyen , d’un crochet (tig.3 et 6) ; ils reposaient sur un levier acd pouvant tourner par l’intermédiaire d’une manette b ; quand on voulait faire tomber le combustible , on tournait le support par la tige n c d, et la grille s’abaissait en tournant sur le crochet x.

t'es grilles tournantes avaient surtout l’avantage de permettre de se débarrasser promptement du feu sans mêler an côke inean-

1 Une unité de chaleur est la quantité de chaleur qu il faut pour élever ik. d’eau d'un degré ; d’où 100 umtés élèveraient ik. dVau è t on degrés n>ci k.

à nu degiv t# * f • '

<tec,„. Us barreaux eu Ur de la grille, ce es. uu inconvén.em

zrîrzr c“ Tr* - ^ «*■ « « 2r.-

eu , «W, parccqu il f,u. les aller rechercher quand on a

leplaeé la macltme après le jet du feu; cependant ce moyen „a pas ete généralement adopté. Y

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an de 0.05, et le plem de o.oaS. Dans la nouvelle le vide a été ^erai.lementdtmmué, il est marnteuam de 0,0*9 et le plein

Quelquefois par la négligence du conducteur leniveau de l'eau aisse beaucoup dans la chaudière, alors la rapidité de la ma c"

<le la machine peut ag, ter l'eau de telle sorte que des partie^

T rUlflUenCC dU *** et soient bientôt

-eu, 7à P “““ PÜS1ÜOn destlDée à »ve«“ le conduc-

-e et a prevemr ce, accident; sur partje supérieure * Ja

houe a feu intérieure est un petit bouchon fusible a (fig. 7) en

«orte que quand I épaisseur de Peau est trop petite et quand le

métal s échauffé trop le bouchon se fond ; l'eau et principalement

la vapeur se précipitent sur le feu et l'éteignent. P

Le cendrier placé au dessous de la grille est formé de plaques

de tôle 1 est ouvert sur l’avant et fermé en dessous;la

ZJhuT^r 1CVant ^ à nett°yCr 13 «r,lie et à retirer le S 1 e t*uand ou arrête; le cendrier ne doit pas être trop bas

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P t la quantité de combustible qu elles consomment

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Diqitiz

Boile

Feu de

Steph

de la boîte à feu située du côté de la partie cylindrique de la cbau dière sont ménagés y 5 à i5o trous destinés à recevoir autant de tubes (voir le tableau B de la note a donnant le nombre de tubes pour un certain nombre de machines locomotives). Ces tulics, que l’on avait fait j usqu’à présent en cuivre rouge et que M. Stephenson a fait avec avantage en laiton, servent à donner communication du foyer à la cheminée et à permettre l’écoulement de l’air chaud,' et en général des gaz qui naissent de la combustion. Ces tubes entrent -à frottement doux dans des trous ménagés pour les recevoir, et qui, à cet effet, sont exactement cylindriques (fig. 8); ils sont taillés en chanfrein du côté du foyer, et pour rendre les joints bien étanches on chasse à coup de masse une virole en acier; chez quelques constructeurs, ce ne sont point les tubes (pii sont taillas en chanfrein comme l’indique la figure, mais bien les trous de la plaque (fig. 9). Chaque tube doit cire rabattu sur le chanfrein avec un mandrin en fer exact et non avec la panne d un marteau avant l’introduction de la virole ; la panne du marteau à l’inconvénient de créer un bourrelet à l’entrée du tube. L’elfet de cet assemblage n’est pas seulement d'étancher le joint par la pression latérale de la virole, mais aussi d'empêcher que les parois extrêmes de la chaudière ne cèdent à la pnfesion intérieure de la vapeur, de sorte que chaque tube produit 1 effet d une entremise comme celles qui relient les autres faces de la boite à feu. Il est fâcheux que les tubes ne puissent , comme les entretoises, s’opposer au rapprochement des surfaces aussi bien quà leur écartement , il ne resterait rien à desirer : car c’est ce rapprochement qui presque toujours est la cause première des fuites qui se manifestent si souvent dans cette partie de la chaudière. Les viroles en fer s’usent vite et on est obligé de les remplacer souvent; l’effet le plus nuisible est celui qui provient de 1 inégalité de dilatation ; cet effet devient très sensible quanti on éteiut le feu brusquement; les tubes sortent alors quand les plaques d’assemblages rentrent, ce qui est le cas le plus général ; dans tous les cas les yi rôles se déplacent et sortent de leur tube : or, lorsqu elles sont en fer doux, et qu’on les reuforice à coup de masse dans les tube:., - • v * »* -m w* H ' .. .

56 iN~

t lies s allongent un peu en diminuant de diamètre et elles cessent alors de serrer fortement le tube contre la paroi ; si au contraire la virole est en fer dur ou en acier elle résiste mieux, conserve son diamètre et exerce une grande pression latérale qui maintient le joint plus long-temps. Le diamètre des tubes varie de o,o4ào,o6(voir le tableau). L’épaisseur du laiton qui les compose est de 0,002 à o,oo3.

Quand on est obligé de remplacer une virole ou un tube, on toit dans la virole, avec un ciseau , une traînée droite de toute son épaisseur, et on relève dans l’intérieur les bonis de cette cavité; on peut alors la détacher du tube.

Dans les machines fixes, la surface de chauffe peut être augmentée autant que le requiert la quantité de vapeur à produire; mais dans les machines locomotives, où il faut concilier la grande surface de chauffe avec la légèreté et le peu de volume en raison de la grande vitesse que la machine doit prendre et de la nécessité où l’on est de transporter .les appareils de génération de vapeur, l’eau et le combustible, l’emploi des chaudières à tubes < onduisant la flamme et la fumée à la cheminée a été adoptée à 1 exclusion de tout autre système. L’application des tubes a été faite pour la première fois, par M. Marc Séguin, sur le chemin de fer de Saint-Étienne à Lyon. C’est à ce célèbre ingénieur qu’est due cette découverte, qui seule a permis de donner aux machines une vitesse considérable en mettant la production de vapeur en rapport avec leurs besoins. s.

Le diamètre des tubes n’a pu être fixé que par l’expérience : ôn a avantage à les faire petits, pareeque dans le même espace la surface de chauffe est augmentée par le nombre des tubes; mais «l’un autre côté, quand le diamètre est trop petit, les frottemens de l’air augmentent et diminuent le tirage; de plus la force du tirage entraîne des particules de coke et des cendees qui obstruent très vite les tubes et nuisent à l’activité du foyer. ' ' ' • "" *

Quel que soit d’ailleurs le diamètre des tubes , ils ont le défaut* de s’engorger rapidement ; aussi est-on obligé de les nettoyer souvent à l’aide d’une tige de fer terminée par un bouquet d’étoupe ou un chiffon^* * ^ ’ â

Lt peu de durée des tubes en fer et la main d'œu viera ujés exigent pour leur remplacement les ont fait complètement abandonner. Le prix élevé des tubes en bronze et en cuivre rouge leur fait préférer les tubes en laiton, qui paraissent d ailleurs susceptibles de plus de durée. .

L’usure des tubes dépend du frottement des cendres, de leur • oxidation provenant peut-être des influences électro-chimiques. , ' Ils sont très promptement détruits à la partie oit ils s’assemblent avec les parois du foyer.

Lorsqu’un tube est percé, soit par le frottement soit par la vétusté, soit par la pression de la vapeur, 01» en est averti aussitôt . pareeque l'eau s'échappe et vient jusque sur le feu qu elle éteint.

Le remplacement du tube percé n’est pas immédiatement nécessaire; on se contente de bouclier l’orificc du côté du foyer avec un tampon en bois qui est préservé de la combustion du côté de la boite à feu pur l’eau que contient le tube hors d’usage. Mais

lorsqu un certain nombre de tubes ont été de cette manière percés * • î

et bouchés par des tampons, alors la section de passage de la fumée devient trop petite , la machine n’a plus assez de tirage, et les tubes doivent être remplacés par d’autres. Quand la machine travaille constamment, le remplacement des tubes « « devient bientôt nécessaire; cela dépend d’ailleurs beaucoup des soins du chauffeur. Leur réduction d’épaisseur et de poids est remarquable. . Quand ils sont neufs , ils pèsent environ # •

7 kil. a.5 : par I usure, ils sont réduits à 3 kilogrammes; leur épaisseur est donc considérablement diminuée et une plus grande quantité de chaleur doit nécessairement passer à travers cette épaisseur moindre , en sorte qu’il arrive quuYie machine qui a fonctionné pendant quelque temps produit plus de vapeur pour une même quantité de combustible. Cet . fl effet est altéré et pour ainsi dire détruit par la moindre conductibilité des tubes, couverts par les incrustations. Ces incrustations proviennent des matières contenues dans l’eau qui 1 sont généralement calcaires, et qui, malgré les soins que l’on ' prend de nettoyer la chaudière,, finissent par devenir très adhé-

-»êlt58î5K-

i entes , et conduisent très mal la chaleur. Nous avons indiqué les moyens connus de les éviter. Nous ajouterons ici qu’il est bon de supprimer un des tubes inférieurs et de fermer l’ouverture par un bouchon taraudé; cela permet de nettoyer de temps en temps cette partie de la chaudière, où s’entassent les incrustations qui se détachent des tubes. Sans cette précaution il se forme souvent en cet endroit une couche terreuse qui cause la ruine des tubes inférieurs en empêchant l’eau de les baigner entièrement

20. De la boite a fumée. — La partie de l’avant de la machine sur laquelle vient se fixer la cheminée est en feuilles de tôle et d’une forme extérieure analogue à celle de la boîte à feu. La paroi du côté de la chaudière k ( fig. io et t3) est percée d’un même nombre de trous que la paroi correspondante du foyer, et reçoit les tubes conducteurs de la fumée. Du reste , cette boîte est complètement close de tous les côtés, et une seule de ses parois supporte la pressipn de la vapeur; c’est celle qui reçoit les tubes. Dans la partie inférieure de cette boite sont les deux cylindres à vapeur qui sont ainsi protégés de la déperdition de chaleur et de la condensation de la vapeur, qui seraient très considérables et donneraient une grande perte de force si les cylindres étaient refroidis par l’air extérieur. Quelquefois ces cylindres sont inclines (fig. 1 1). Cette disposition est indispensable quand les quatre roues de devant sont d’un diamètre semblable; ce qui a lieu quand on veut les accoupler pour augmenter l’adhcrence.

La cheminée (fig. 1 2), dont le diamètre était dans les machines à quatre roues de o,3a et la hauteur de 3 m. 80 au-dessus du rail, est fixée à la boîte à fumée soit par des cornières rivées , soit par «les consoles en fonte; le sommet est épanoui en entonnoir, afin de diminuer le bruit de l’échappement delà vapeur, et on le couvre, particulièrement dans le temps des moissons, d’un chapiteau en fil de métal (fer ou laiton) pour éviter le jet des petits fragmens de coke incandescent. Ce chapiteau a une forme convexe et élargie, pour ne pas obstruer le passage de l’air et des produits de la combustion. Pour les machines à six roues, le diamètre de la

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