TROISIÈME PARTIE Description de la locomotive
La première section ou description de la locomotive sera subdivisée en quatre paragraphes :
Dans le premier, nous décrirons les réservoirs où lair est approvisionné sur la voiture, et le régulateur qui sert à amener cet air approvisionné à la pression convenable pour l'admission dans les cylindres.
Le second paragraphe traitera du réchauffage de l'air avant son entrée dans les cylindres ;
Dans le troisième paragraphe nous décrirons les mécanismes ;
Enfin le quatrième traitera du châssis et des appareils accessoires.
§ 1. RÉSERVOIRS d'air ET RÉGULATEUR.
La pression sous laquelle l'air est emmagasiné varie suivant les Ingénieurs. Les uns veulent avoir un grand approvisionnement et emploient de hautes tensions. M. Mékarski, dans l'installation de Nantes, emmagasine Fair sous la pression de 30 atmosphères ; dans l'installation de Nogent, la pression est 45 ; dans les installations de Paris, la pression est encore plus élevée : elle atteint 60 atmosphères sur la ligne de Saint-Augustin et 80 sur les lignes de Versailles et de Saint-Cloud.
M, Popp, au contraire, préfère diminuer l'approvisionnement et
charger les réservoirs sous des tensions de 15 à 20 atmosphères
seulement.
Chacun des deux systèmes a ses avantages et ses inconvénients.
Plus la pression adoptée est élevée, plus est grande aussi la perte du travail de détente entre cette pression de Tapprovisionnement et la pression moyenne d'introduction dans les cylindres. Cette perte est facile à apprécier : les perfectionnements apportés aux machines do compression par Tinjection d'eau dans les cylindres, et l'adoption des étages, permettent de supposer que la compression s'opère d'après la loi de Mariette, et de prendre comme expression du travail total de compression à N atmosphères et' d'introduction dans le réservoir d'un mètre cube d'air, la formule connue :
23 793 log N kilogrammètres.
Pour les pressions suivantes en atmosphères :
nous avons pour valeurs des travaux totaux :
Si nous prenons comme unité le travail total en kilogrammètres nécessaire pour amener de 1 à 15 atmosphères la pression d'un mètre cube d'air, les valeurs précédentes seront représentées par les nombres :
Nous avons pris comme point de départ la pression de 15 atmosphères, parce qu'elle est la limite dernière à laquelle on peut descendre : si, en effet, la pression moyenne d'admission est de 5 à 6 atmosphères, elle peut être momentanément doublée lors d'un démarrage en rampe.
On voit combien on augmente le travail à produire à l'usine pour un même résultat à obtenir sur l'automobile quand on élève la pression de l'approvisionnement, et il n'est pas étonnant que, tenté par l'économie, M. Popp se soit donné comme tache de diminuer cette pression en multipliant les points de chargement.
Mais cette multiplication des points de chargement entraine la nécessité d'avoir du personnel à chacune des stations, et, pour arriver à supprimer ce personnel, M. Popp est obligé d'avoir recours à des appareils automatiques assez délicats. Cette complication, jointe au nombre beaucoup plus grand des chargements, est un nouvel écueil :
les accidents et les fuites sont en effet proportionnels au nombre des appareils.
Nous pensons donc que la solution est comprise entre ces deux extrêmes : il y a lieu de limiter le nombre des stations de chargement d'une ligne déterminée à deux, placées, par exemple, aux terminus de la ligne oCi se trouve déjà du personnel de surveillance. Une ligne, à Paris, a, au plus, dix kilomètres de longueur ; la consommation d'air d'une automobile est de 10 kilogrammes d'air par kilomètre si elle est seule, et de 12 si elle est suivie d'un attelage ; ajoutons encore 2 kilogr. pour tenir compte des accidents ou fausses manœuvres ; nous avons ainsi 140 kilogr. d'air à dépenser pour effectuer le parcoure total. Or, l'expérience indique qu'il est très fecile de loger dans des voitures des réservoirs de 2 à 3 mètres cubes, lesquels contiendront facilement la quantité d'air précédente à la pression de 50 atmosphères.
Cette pression de 50 atmosphères est également une limite audessus de laquelle il convient de ne pas monter, si l'on veut employer dans certaines parties la simple robinetterie à boisseau ; c'est à elle que l'on s'est définitivement arrêté pour toutes les canalisations d'eau comprimée employées dans les ports pour la transmission de la force à distance. Ainsi donc, les considérations tirées de l'exploitation; et l'expérience, paraissent concorder pour indiquer 45 à 50 atmosphères comme pression limite à prendre pour l'approvisionnement de l'air comprimé.
Dans les locomotives à air comprimé, les réservoirs d'air prendront naturellement la place réservée d'ordinaire à la chaudière. Dans les automobiles, l'installation des réservoirs est plus délicate. Il serait facile de les placer par-dessus la caisse de la voiture, ce qui permettrait de leur donner une grande longueur et les diamètres les plus grands compatibles avec la résistance ; mais dans nos voitures de Paris, cet emplacement est réservé à l'impériale ; en outre, comme la caisse doit s'enlever facilement pour la visite des organes, il y aurait à chaque fois des tuyaux de raccord à démonter ; enfin, au point de vue de la stabilité de la voiture, il y a inconvénient à placer pardessus la caisse des réservoirs dont le poids atteint trois tonnes.
Ces considérations amènent à établir les réservoirs d'air au-dessous du plancher des automobiles, malgré les deux inconvénients que présente cette disposition : nécessité de placer les réservoirs transversalement, ce qui force à en multiplier le nombre, et obligation, pour
ne pas diminuer outre mesure les diamètres, de relever le plancher des voitures, ce qui entraine une marche de plus à monter pour le voyageur.
Dans les automobiles que construit M. Mékarski, les réservoirs sont placés transversalement sous le plancher ; ils sont au nombre de neuf, leur longueur est d'environ 1™ 50, et leur diamètre de 0^ 60. Leur ' capacité totale varie, d'après les types, entre deux mètres cubes et demi et trois mètres cubes. Les réservoirs sont placés entre les longerons et suspendus, comme nous le verrons plus loin, quand nous décrirons le châssis.
La figure 2 montre la disposition d'ensemble des réservoirs avec leur tuyauterie. Ils sont partagés en deux sections : la première, appelée batterie, comprend les sept réservoirs d'arrière ; la seconde, appelée réserve, comprend les deux réservoirs d'avant. La figure montre que chacun de ces groupes e sa tuyauterie spéciale.
En rendant compte plus haut (page 8) des inventions d'Andraud, nous avons dit que le but de ce partage est d'avoir à sa disposition, jusqu'à presque complet épuisement de l'approvisionnement, une pression initiale sufiisante pour donner un coup de collier.
Le mode de construction des réservoirs a subi des perfectionnements successifs, ils ont été d'abord construits comme des chaudières : fonds emboutis en fer au bois; corps cylindrique rivé, en acier doux, ayant une résistance maximum à la traction de 45 kilogr. par millimètre carré, et s'allongeant de 24 V© avant rupture. Pour le diamètre de 0"*60 généralement admis et une pression de 45 atmosphères, l'épaisseur du corps cylindrique était de 12 millimètres, ce qui correspond à un travail de 11 kilogr. et demi par millimètre carré, rivets non déduits.
Pour éviter la diminution de résistance occasionnée par les trous de rivets et aussi pour ne pas avoir à redouter les chances d'étoilement dues à un perçage mal fait, les tôles rivées du corps cylindrique furent remplacées par des tôles soudées. La qualité de cet acier soudant est définie par une résistance maximum à la traction de 38 à 40 kilogr. par millimètre carré et un allongement avant rupture de 30 Vo. Les réservoirs des locomotives de la ligne de Versailles sont construits de cette façon : leur diaro.ètre est de 0™ 54, l'épaisseur du corps cylindrique est de 0"»018, la pression de l'approvisionnement est de 75 à 80 atmosphères, ce qui donne plus de 11 kilogr. pour travail du métal par millimètre carré.
OQ
CQ
Enfin, dans les derniers réservoirs construits, Tun des fonds et tout le corps cylindrique sont d'un seul morceau obtenu par des emboutissages successifs à la presse hydraulique. La pièce est ainsi tirée d'un disque d'acier doux de l'»50 de diamètre, et dont l'épaisseur moyenne est de 0" 025 environ quand la pièce finie doit avoir 10 millimètres d'épaisseur. L'acier employé doit avoir une résistance à la traction de 50 kilogr. par millimètre carré et s'allonger de 23 Vo avant rupture.
Le deuxième fond du réservoir est soigneusement embouti au diamètre voulu, de façon à ne pas nécessiter un tournage, et rivé après sa mise en place. Cette construction est un chef-d'œuvre de forge et présente toute garantie de sécurité ; son seul défaut est d'être un peu coûteuse. Les réservoirs des automobiles de la ligne de Saint-Augustin sont construits d'après ce type : leur diamètre est de 0"* 60, la pression de l'approvisionnement est de 60 atmosphères, l'épaisseur des parois est de 12 millimètres, ce qui correspond à un travail de 15 kilogr. par millimètre carré.
Ce coefficient élevé amène une réduction dans le poids des réservoirs à laquelle s'ajoute la suppression des têtes de rivets et du recouvrement nécessaire pour la rivure.
Les réservoirs, dont la figure 2 donne la vue d'ensemble, ont trois mètres cubes de capacité; à 50 atmosphères, ils contiennent environ 200 kilogr. d'air. Construits en tôles rivées, ils pèsent trois tonnes environ ; la construction par emboutissage réduit ce poids de 500 kilogrammes.
11 résulte de ces chiffres que dans la disposition de la figure 2 il faut : 15 kilogr. de réservoir par kilogramme d'air approvisionné, si on
emploie la rivure ;
12 kilogr. de réservoir par kilogramme d'air approvisionné, si on emploie l'emboutissage.
Les épaisseurs du métal variant proportionnellement aux pressions, ces chififres sont à peu près constants, quelle que soit la pression, pour une même disposition.
Régulateur. — L'air approvisionné baisse de pression au fur et à mesure de la marche de la machine, le régulateur sert à le débiter sous la pression que le mécanicien désire. Nous avons déjà indiqué la nécessité de cet appareil, en décrivant, d'après Andraud, une installation de traction par l'air comprimé.
Si l'air est approvisionné sous une pression de 45 atmosphères,
puis débité aux cylindres de la locomotive & une pression initiale moyenoe de 6, cet air subira, en traversant le régulateur, une détente de 4S à 6 au début, puis de 40 à 6, puis de 33 à 6, et ainsi de suite au fur et à mesure que la provision d'air diminuera. Le travail qu'auraient pu produire ces délentes est perdu, mais la température de l'air, pendant ces transfarmations, ne varie pas, puisqu'il n'y a pas de travail produit.
La fl^re 3 donne la coupe d'un régulateur tracé d'après les premières indications de M. Mékarski. L'air de l'approvisionnement arrive dans une chambre cyLndrique c dans laquelle oscille une tige ( sur laquelle sont montés deux pistons égaux. Le piston inférieur, de forme cylindrique, est percé de petits trous correspondant à des trous égaux percés dans le cylindre c. Extérieurement, et tout autour de la section percée de trous, le cylindre c est h
enveloppé d'un espace annulaire A communi- L^Pjt
quant avec les cylindres moteurs de la loco- Qi^P
motive. On donne, é. l'aide du ressort R,com- ^^i^
primé à volonté par une manivelle, telle fiq. 3.
pression que l'on désire sur la tige des pistons : premier réguialeur si cette pression est plus grande que celle deH. Mékarski.
qu'exerce sur la face inférieure du piston du bas l'air des cylindres, le système des pistons descend et découvre les orifices placés dans la chambre C, lesqueb viennent communiquer avec ceux percés dans le piston ; alors l'air passede l'approvisionnement dans les cylindres. Le phénomène inverse se produit si on réduit la pression exercée par le ressort sur la tige commune aux deux pistons.
Ce type de r^ulateur n'est pins appliqué.
Le régulateur & diaphragme est plus obéissant, d'un fonctionnement sur et d'une grande simplicité; il est presque exclusivement employé. La ligure 4 donne une coupe du type créé par M. Hékarski et monté sur ses voitures.
L'air des réservoirs, pour arriver dans la chambre C du régulateur et se rendre de là dans les cylindres moteurs, doit traverser la soupape s montée sur une lige, à l'extrémité de laquelle est un plateau P qui s'appuie sur un diaphragme aa en caoutchouc. Ce diaphragme.
FtG. i. — Deuxième rùgulaiear de H. Hékarski.
mainteou snr son pourtour, s'appuie sur le plafood de la chambre C.
Ce plafond, percé de trous, forme lui-même le fond d'une petite presse hydraulique dans laquelle on établit (elle pressioa que l'on désire en enfonçant plus ou moins, à l'aide d'un volant, un plongeur creux K rempli d'air. L'inspection de la Qgure montre que quand on augmente la pression dans la presse hydraulique, l'eau de cette presse, passant par tous les trous du fond, repousse le diaphragme, lequel transmet son mouvement au plateau P et, par l'intermédiaire de la tige, à la soupape s elle-même : la soupape s'ouvre cl laisse passer l'air de l'approTlsionnement dans la chambre C et de \i aux cylindres.
Si au contraire, on diminue la pression dans la presse hydraulique, l'air comprimé contenu dans la chambre C fait remonter le plateau P et la soupape se ferme.
L'élasticité du diaphragme rend ce régulateur d'une obéissance extrême et une fois que la pression, dans la petite presse hydraulique, est réglée pour un débit à une tension déterminée, l'air, quelle que soit sa pression dans les réservoirs, arrivera toujours à la tension voulue dans les cylindres moteurs.
Un robinet! godet monté extérieurement au corps-presse sert au remplissage de cette petite presse hydraulique.
Nous donnons, flg. 5, la coupe d'une
variante du régulateur que nous venons Je décrire : la petite presse hydraulique est remplacée par un ressort, le diaphragme est formé par une feuille de fer ondulée.
F[G. 5, — Régulaleui
,*■'■:> JH
