MACHINC A VOYAGEURS DU CHEMIN DE FER D'ORLÉANS, W

de

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Mit. Gonin et Le\ Chatelier.

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de M. Goùck.

Le* élcmema d« l'td nilMiou *l de I erhappeine ol se »oni pai foornis par dex-alueoU que l'auteur publiés.

*;xrfiui»'.Na:s de M. Bcrlera.

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de M. Bertern.

Un coup d'œil jeté sur ce tableau fera voir combien il y a à rabattre de la mesure de la pression observée dans la chaudière, lorsqu'on veut se rendre compte de la pression utile de la vapeur dans les cylindres, pour calculer le travail qu'elle développe sur les pistons. La réduction serait moindre si nous n'avions pas pris les tensions absolues au lieu des pressions effectives et si la pression atmosphérique avait été déduite ; mais celle-ci est une partie de la résistance, elle disparaît dans certaines machines, et il y a lieu d'en tenir compte, d'autant plus qu'elle est une des causes déterminantes ou aggravantes des autres résistances ; il est, du reste, plus rationnel d'établir des rapports entre des quantités absolues qu'entre des nombres qui ne représentent eux-mêmes que des différences. Si nous nous reportons aux tableaux des pages 530 et 532, nous voyons la tension de la vapeur par centimètre carré,

égale dam la chaudière à 5 98

tombant dans la hotte des tiroirs à 5 23

et dans le cylindre, pendant l'admission, à 3 37

donnant sur le piston une pression absolue moyenne de. 2 36

et, en fin de compte, une pression effective moyenne de. 0 77

soit tpar rapporta la tension mesurée dansla chaudière 43 p. 0/0

En présentant ce résultat sous cette forme, nous nous empressons de faire remarquer que nous avons pour but de faire comprendre combien serait erronée toute méthode de calcul du travail de la vapeur, basée sur la seule observation de la tension de la chaudière; l'eflet définitif est surtout faible, parce que la quantité de vapeur employée est elle-même peu considérable, par suite de l'emploi d'une détente très-prolongée.

Celte différence résulte à la fois de la pression atmosphérique qui se retranche de la tension de la vapeur, des résistances opposées à l'écoulement de la vapeur par le régulateur, par la conduite de vapeur, par les lumières étranglées par le tiroir, j>ar les lumières et le tuyau d'échappement ; cela résulte enfin de la diminution de la pression motrice produite par la détente et de la compression qui en est la conséquence. Si la machine ne détendait la

vapeur que pendant une partie assez faible de la course, et que la vapeur fût sèche, elle se trouverait dans des conditions analogues à celles où était placée la machine la Gironde; en tenant compte, dans ce cas, de la réduction de 10 p. 0/0 qui a lieu de la chaudière au cylindre, d'une réduction d'environ 5 p. 0/0 qui a lieu pour passer de la tension delà vapeur pendant l'admission à sa tension moyenne pendant la course entière, et du rapport de la pression utile à la pression motrice qui est deSO p. 0/0, on aurait :

Tension de la vapeur dans la chaudière 6 »

— moyenne dans le cylindre ... S 23

Pression effective utile 2 61

Soit par rapport à la tension mesurée dans la cliaudière 43 p. 0/0.

Le rapport de la résistance à la pression motrice augmente, ou celui de la pression utile à la môme pression motrice diminue, lorsque la détente est de plus en plus prolongée; c'est co qui paraît du moins résulter du tableau précédent; on peut s'en rendre compte par l'augmentation de résistance à l'échappement produite par l'étranglement des lumières, qui compense l'effet de la diminution du poids de vapeur à écouler, et par la compression ; toutefois, il ne faut pas perdre de vue que le rapport de la résistance à la pression moyenne est d'autant plus grand que celle-ci est plus petite, car il faut toujours comprendre dans la résistance la pression atmosphérique, de telle sorte que si toutes les séries d'expériences faites sur une même machine présentaient une môme pression motrice moyenne, ou une même tension pendant l'admission, on arriverait peut-être à un coefficient constant.

Les expériences, que nous avons rapportées sont trop peu nombreuses et il y a trop d'incertitude sur le degré de précision de quel* ques-unes d'entre elles, pour que nous cherchions à les discuter plus longuement. U est à désirer qu'elles soient répétées dans un grand nombre de circonstances et sur des machines de types très-divers, C'est par les renseignements qu'elles fourniront qu'on arrivera a augmenter reflet utile de la vapeur en asséchant les cylindres,

en augmentant les facilités d'admission et d'échappement, etc.

Le tableau précédent montre déjà quelle supériorité les machines du Great- Western ont sur les nôtres ; cette supériorité tient, sans doute, uniquement à la meilleure disposition du réservoir de vapeur et des orifices et conduites d'admission et d'échappement.

La contre-pression augmente lorsque le tuyau d'échappement est serré ; c'est un fait bien connu des mécaniciens ; on le constate également en relevant des diagrammes, mais les expériences dont nous avons eu les données a notre disposition, ne sont ni assez nombreuses ni assez précises pour quenous ayons pu faire ressortir ce résultat par des chiffres. La contre-pression est également augmentée, dans une proportion considérable, par l'entraînement de l'eau liquide.

Il y a un point sur lequel des expériences de cette nature pour* ront jeter un grand jour, c'est la limite dans laquelle il convient d'appliquer la coulisse de Steplienson à la détente. Pour arriver à détendre le plus possible, on a été conduit à agrandir les dimensions des cylindres, de telle sorte que les machines ne travaillent le plus souvent que dans les crans de la détente la plus prolongée, avec admission de 20 à 30 p. 0/0 de la course ; l'effet utile de la vapeur est augmenté par la détente, mais comme en même temps les orifices d'admission se rétrécissent, la vapeur ne pénètre plus dans le cylindre qu'avec une assez faible tension, ce qui devient, au contraire, une cause inarquée de diminution de l'effet ulile ; en outre, la détente augmente le refroidissement intérieur du cylindre et la condensation, en même temps que la compression accroît d'une manière notable la résistance, derrière le piston, sans que la diminution du poids de vapeur à faire évacuer diminue proportionnellement la contre-pression i»endant l'échappement, le rétrécissement des lumières d'échappement venant accroître les résistances à l'écoulement. Il est donc possible qu'il y ait une certaine limite, 1/4 ou 1/3, par exemple, au-dessous de laquelle on ne doive pas réduire la longueur de l'admission, et que, par suite, pour un service donné, il y ait dans l'augmentation du diamètre des cylindres une limite, assez voisine des dimensions actuelles, qu'il soit nuisible de dépasser.

4° Combustion et tirage. — Nous avons signalé l'importance que présenterait l'étude de la composition des gaz produits dans les foyers des machines locomotives ; mais nous manquons d'expériences à ce sujet. Une seule observation a été faite par MM. Gouin et Le Chatelier, dans la série d'expériences dont nous avons parlé; mais le résultat n'en a pas été conservé. L'appareil employé pour recueillir les gaz se composait d'un réservoir de forme ellipsoïdale, portant à chacun des sommets un ajutage et un robinet bien rodé; l'ajutage inférieur se vissait sur un petit tuyau de cuivre pénétrant dans l'intérieur de la boite à fumée et s'engageant de 10 centimètres dans l'un des tubes de la chaudière ; l'ajutage supérieur se raccordait de même avec un petit tuyau aboutissant à la base de la cheminée, à côté du tuyau d'échappement. Dès que les deux robinets étaient ouverts, il s'établissait dans le réservoir placé extérieurement un courant de gaz chauds, qui avaient promptemenl chassé l'air ; en fermant le robinet supérieur et laissant refroidir pendant quelques minutes le réservoir, on achevait de le remplir de gaz à une température voisine de la température extérieure, et on se mettait à l'abri des rentrées d'air. Les gaz ainsi recueillis ont été ensuite analysés par les procédés ordinaires.

La température des gaz sortant des tubes est encore un élément qui mérite une étude spéciale ; on manque de données précises à ce sujet; cependant quelques essais faits avec des métaux fusibles permettent d'apprécier les limites entre lesquelles cette température est comprise. Les données les plus récentes sur cette question sont fournies par les expériences actuellement en cours d'exécution sur le chemin de fer du Nord ; huit expériences faites sur trois machines à voyageurs construites sur le type Stephenson (n° 3 du tableau général de la page 376 et suivantes), parcourant la distance de Paris à Amiens à la vitesse normale de marche de 83 km à l'heure, ont donné le même résultat : une balle de plomb suspendue dans la boite à fumée a 0m 20 des tubes a constamment fondu, et une balle de zinc placée dans les mêmes conditions a constamment résisté ; la température des gaz dépasse donc 334°, sans atteindre 360°. Les expériences faites dans les mêmes condi-

lions sur une machine Crampton ont montré que la température des gaz était su disante pour fondre le zinc à 360», mais qu'elle ne suffisait pas pour faire fondre l'antimoine à 432°. Cette différence qui, du reste, n'est pas très-considérable, s'explique par la grande dimension du foyer, le grand nombre de tubes et leur moindre longueur. Dans ces dernières machines, à un moment donné, par une accélération plus grande de vitesse, par un tirage plus efficace, on peut faire affluer dans la boite à fumée une masse considérable de gaz chauds, que l'eau accumulée autour des tubes n'a pas suffisamment refroidis ; mais il n'en résulte pas qu'elles soient habituellement dans des conditions moins favorables que celles de Stephenson pour l'utilisation de la chaleur des gaz.

Pour donner à ces expériences sur la température des gaz tout l'intérêt qu'elles comportent, il serait nécessaire de placer dans la boîte à fumée un thermomètre métallique ou à air, dont les indications se transmettraient à l'extérieur, et qm* permettrait de mesurer la température des gaz, dans les différentes conditions où la machine se trouve successivement placée, de comparer l'influence exercée, sur la transmission de la chaleur à l'eau de la chaudière, par le nombre, le diamètre et la longueur des tubes, par l'appareil de tirage, par le mode de combustion du coke sur la grille, etc. La fusion des métaux apprend seulement que dans une partie du parcours, sans doute à la montée d'une rampe, le volume des gaz passant à travers les tubes, dans un temps donné, a été tel qu'ils conservaient encore une température assez élevée pour fondre le plomb ou le zinc. On n'a pas, du reste, cherché à constater autre chose par les expériences de cette nature.

Les expériences sur le tirage sont également peu nombreuses ; multipliées dans des circonstances très-variées, elles permettraient d'apprécier l'influence du nombre, de la section et de la longueur des tubes, de la section du tuyau d'échappement de la cheminée, de la surface de la grille, de la hauteur du coke sur la grille, etc. ; c'est en combinant ces expériences avec celles que l'on peut faire avec rindicatcur sur la pression dans les cylindres et dans les diverses parties de la conduite d'échappement, qu'on arrivera aux dispositions les plus favorables pour réduire la résistance derrière

le piston sans nuire h l'activité de la vaporisation. C'est un détail sur lequel il peut y avoir encore beaucoup à gagner, car la pression effective de la vapeur qui s'élève souvent jusqu'à une atmosphère derrière le piston, produit à peine une pression de quelques centimètres de mercure vers l'orifice du tuyau d'échappement. Quelques essais tentés dans cette direction par MM. (iouin et Le Chatelier les onteonduits à admettre que, pour la machine qu'Us étudiaient en particulier, à une pression résistante effective d'une atmosphère ou 0M76 de mercure sur le piston , correspondait environ a 0»i5 de pression sous la boite du tiroir , cl 0*07 à 0*08 à l'orillce de la tuyère.

Nous avons recueilli quelques résultats d'expériences isolées, fâitcs récemment sur le tirage, au moyen de manomètres à eau, Indiquant la dépression produite dans la boîte à fumée et dans le foyer par l'appel des gaz chauds :

1° Expériences de M. Poîcnceau. — Ces expériences ont été faites sur la ligne de Corbeil avec la machine n° 132 (type Stepbcnson, n° 13 du tableau général des dimensions.) La vitesse a varié de 40 à 50 k» à l'heure, avec un train léger. Les hauteurs roanométriques sont exprimées en centimètres d'eau.

Ces expériences font ressortir un résultat asse* remarquable, c'est que la dépression du manomètre dans le foyer est moitié moindre que dans la botte à fumée; la moitié du tirage est employée a (aire passer l'air à travers la grille et le combustible, l'autre moitié a faire passer les gaz chauds à travers les tubes.

De nombreuses expériences du même genre ont été faites sur le chemin de fer du Nord ; le tableau suivant comprend les résultats moyens do quelques-unes d'entre elles; elles ont été groupées pour chaque machine, par trois séries d'ouvertures du tuyau d'échappement correspondant aux conditions habituelles de la marche; le vide est mesuré pareillement en centimètres d'eau.