CHAPITRE IV

ArPLICATlON AUX MACHIiNES LOCOMOTIVES DU SYSTÈME COaPOUND. — • MACHINE LOCOMOTIVE COMPOUND DE M. MALLET, POUR LE CHEMIN DE FER DE BAYONNE. — MACHINE LOCOMOTIVE COMPOUND DE M. WEBB POUR LE

CHEMIN DE FER DE Loiiclon ttud Norlh Western. —

MACHINE LOCOMOTIVE COMPOUND CONSTRUITE EN 1881 PAR LA COMPAGNIE DU CHEMIN DE FER DU NORD. — • RÉSULTAT DES EXPÉRIENCES FAITES PARLES INGENIEURS DE LA COMPAGNIE DU NORD, SUR LE SERVICE DE CETTE MACHINE.

Les avantages que l'on retire de la machine à vapeur du système Compound dans les manufactures, les usines et les navires à vapeur, ont conduit, naturellement, à tenter d'appliquer les mêmes dispositions aux locomotives. Nous allons exposer ce que l'expérience et la pratique ont appris concernant cette intéressante innovation.

La première application du systèine Compound aux locomotives date de 1850.

Elle fut essayée, à cette époque, en Angleterre, par M. Jonn Nicholson, sur deux machines du Gi'eat Eastern raihvay. Dans ces machines, la vapeur travaillait sans détente, c'est-à-dire avec la pleine pression de la chaudière, pendant la moitié de sa course, dans un petit cylindre; puis elle passait dans un second cylindre de basse pression, deux fois plus grand; elle se détendait ensuite simultanément dans les deux cylindres. Cette disposition était évidemment défectueuse. La moitié de la vapeur, celle qui était dans le petit cylindre, se détendant de quatre fois son volume et

l'autre moitié de huit fois, le petit cylindre ouvert à l'échappement se refroidissait autant que dans la marche ordinaire et l'on perdait ainsi une partie des grands avantages du système Compound. L'insuccès relatif de ces expériences fit oublier ce système pendant plusieurs années.

En 1866, en France, M. J. Morandière, un des ingénieurs de la Compagnie de l'Ouest, proposa une locomotive Compound à 3 cylindres, agissant sur des groupes isolés, dont deux cylindres de détente et un seul fonctionnant à haute pression.

Mais il faut arriver à l'année 1875 pour trouver des essais véritablement sérieux et pratiqués sur une assez grande échelle pour fournir des résultats probants et décisifs. M. Mallet, ingénieur du chemin de fer de la Compagnie du Midi, reprenant la question, appliqua à douze locomotives construites par l'usine du Creusot, pour la ligne d'intérêt local de Rayonne à Biarritz, le système Compound, qui permet d'améliorer la détente en utilisant la vapeur dans deux cylindres successifs.

A l'Exposition universelle de 1878 figurait la douzième machine du type Mallet, avec tender à 6 roues accouplées et munie du système Compound. Cette machine portait deux cylindres intérieurs actionnant des boutons de manivelle calés à angle droit. Ces cylindres avaient des diamètres différents. Le plus petit, de 0'",240 de diamètre, recevait la vapeur directement de la chaudière et la transmettait, après une première détente, au grand cylindre, de 0°',400 de diamètre, qui la rejetait dans la cheminée. Au démarrage, ou dans les cas de résistances considérables, il était possible de faire arriver directement la vapeur dans le grand cylindre, tandis que le petit cylindre, au lieu d'évacuer sa vapeur dans le grand, l'envoyait directement dans la cheminée. La machine fonctionnait alors comme une machine ordinaire.

SIPPLÉMENÏ A LA LOCOMOÏIVE.

l'"ig. 225. Loconiotivo compound - WeLb (élévation lormiluainale).

Ce système qui permet de pousser le | combustible. Sur la ligne de Bayonne à (l('i;r(3 (le détente bieii plus loin qu'avec les j Biarritz, où l'on trouve des rampes de la millimètres, on a constaté, après un parcours de 40,000 kilomètres, mie consommation moyenne de 4 kilogrammes de charbon par kilomètre, la clinrgc variant, sans la machine, de 40 à 60 tonnes.

La locomotive Mallct constituait donc un notable perfectionnement, au point de vue de l'économie du combustible; mais le reproche qu'on lui adressait, c'était de manquer de stabilité, et de se refuser, par conséquent, aux grandes vitesses.

En 1880, un ingénieur allemand, M. Von Borries, s'inspirant plus ou moins des idées de M. Mallet, mit en service, sur la ligne du Hanovre, deux locomotives compound ^o\u trains omnibus, et réalisa ainsi une économie de 18 pour 100 sur le combustible.

En 1883, sur la même ligne, deux locomotives compound à marchandises donnèrent seulement une économie de 9,5 pom 100; enfm, l'année suivante, dix locomo-

Fig. 22G.

Locomotive conipound-Webb (coupe transversale).

tiroirs simples commandés par des coulisses, procurait une certaine économie rlo.

V'ig. 227. — Locomotive compound-Webb (plan).

tives pour trains omnibus et quatre locomotives express, furent mises en service.

Vers la fin de 1881, M. Webb, ingénieur anglais, fit construire, pour la ligne London

Fig. 228. — Distribution de vapeur de la locomotive compound-Webb (détail du tiroir).

and Norlh Western railway, une locomotive express compound « VExpériment », dont le système présentait de notables différences

avec le système Mallet. Nous représentons dans les figures 22o, 226 et 227 l'élévation, la coupe transversale et le plan de cette locomotive.

Le mécanisme comprend (fig. 227) trois cylindres, dont deux à haute pression a, a, et un à basse pression, b, c'est-à-dire précisément l'inverse du système Morandière, que nous avons mentionné plus haut.

Les cylindres à haute pression sont placés à l'intérieur du châssis, et reçoivent directement la vapeur de la chaudière ; ils actionnent l'essieu d'arrière par la conduite ee.

Le cylindre à basse pression b, situé à l'intérieur des longerons et sous la boîte à tumée, reçoit et achève de détendre la

Fig. 2-20. — Détail du mouvement transversal du tiroir d'une locomotive compound-Webb.

vapeur, qui a déjà été utilisée en partie par les cylindres à haute pression. Ce système actionne directement l'essieu d'avant, qui est indépendant de l'essieu d'arrière. Les manivelles de l'essieu d'arrière sont à angle droit l'une de l'autre.

La distribution adoptée par M. Webb est celle du système Joy, convenablement adaptée à une machine compound. La vapeur, en sortant des cylindres de haute pression, passe dans des tuyaux //placés dans la boîte à fumée (fig. 226), dans lesquels elle se sèche.

SUPPLÉMENT A LA LOCOMOTIVE

avant d'entrer dans le cylindre de basse pression.

Nous représentons, dans la figure 228, la coupe du tiroir ou distributeur adopté par M. Webb, pour pouvoir marcher à volonté en marche simple, avec admission directe de vapeur aux trois cylindres, ou en compound. Le cylindre à basse pression, b, porte deux tiroirs, t' et t" : dans la position indiquée pour/', la vapeur d'échappement des cylindres de haute pression, arrive en a\ sous le tiroir b' , et par a", au cylindre b : on marche alors en compound. Si on déplace, par sa tige/", le tiroir b' , de manière à l'amener dans la position indiquée par la figure 228, la vapeur de la chaudière arrive directement, par b' , a", au cylindre é, et la vapeur d'échappement des cylindres de haute pression, se joint, par a' b" , c, à celle du gros cylindre.

Afin de diminuer et de régulariser l'usure des tiroirs, M. Webb les fait reposer sur une pièce g (fig. 229) pouvant imprimer au tiroir un déplacement perpendiculaire à la direction de sa course toutes les fois qu'on manœuvre le changement de marche auquel est reliée la tige g' .

En ce qui concerne le degré de détente auquel on travaille, le grand cylindre à basse pression marche, en pratique, avec pleine admission, et la détente se fait entièrement dans les petits cylindres à haute pression ; de telle sorte qu'on ne dépense que la quantité de vapeur absolument nécessaire pour le travail.

Un trait caractéristique de cette nouvelle machine, c'est l'adoption d'une chaudière dont l'espace réservé à l'eau, entourant la boîte à feu, s'étend au-dessous de la grille, le cendrier se composant ainsi de l'espace compris entre les barreaux de la grille et de la cloison d'eau inférieure. On supprime, de la sorte, le cadre rigide du fonds, qui donne toujours lieu à des ennuis. On obtient en outre, ainsi, ime meilleure circulation de

l'eau, et on empêche enfin les boues de venir sedéposer sur les parois de la boite à feu, dans les parties exposées à la plus forte chaleur.

L'essieu porteur d'avant est placé immédiatement au-dessous du grand cylindre, et à peu près sur la même ligne que l'axe de la cheminée. Il en résulte que l'écartement des essieux extrêmes est beaucoup plus grand que d'ordinaire : il est de 3™, 36. Afin d'obvier aux mouvements qui pourraient en résulter, si ces essieux se trouvaient assujettis à un parallélisme rigoureux, l'essieu d'avant est pourvu d'une boîte radiale, qui peut se déplacer latéralement de 0'°,032 vers chaque côté de l'axe de la machine.

Le double but que s'était proposé M. Webb était d'arriver d'abord à la plus grande économie possible de combustible, ensuite de supprimer l'accouplement des roues, tout en obtenant une adhérence plus consi-

I dérable que celle qu'on aurait pu atteindre

I avec un seul essieu moteur sans s'exposer à détériorer rapidement la voie.

Les expériences nombreuses, pendant un service journalier et prolongé, ont établi que ce type de locomotive possède les avantages suivants :

j 1° La détente étant augmentée, il y a évidemment économie de combustible. Ainsi

! la machine « Experiment » faisant le service sur la ligne du London andNorth Western, remorquait une charge nette moyenne de 100 tonnes à l'aller, de 133 tonnes, au retour. Son parcours journalier était de 308 kilomètres. La plus grande charge a été de 16 voitures, dont le poids ajouté à celui de la locomotive et du tender, représentait une charge de 260 tonnes. La vitesse moyenne était de 84 kilomètres à l'heure. Dans ces conditions, la dépense en combustible était de 6'',24 par kilomètre, au lieu de 8'', 10, dépensée par les machines express ordinaires du London and North Western, soit une économie de charbon de 22 pour 100 environ

2° Le démarrage est facilité par la marche en non compound, et le patinage est diminué, par une répartition plus égale de l'effort de traction aux rovies motrices, et par le contrôle, ou Faction de frein qu'exerce sur le cylindre à basse pression un échappement trop prolongé des cylindres de haute pression en cas de patinage de leurs roues, et inversement, les deux systèmes de cylindres tendant toujours à rétablir la répartition de puissance prévue par la distribution.

3° Les roues n'étant plus accouplées, le passage dans les courbes se fait avec moins de grippement; il n'est môme pas nécessaire que les deux paires de roues motrices aient le même diamètre.

4° Enfin, cette locomotive présente, à l'inverse de la locomotive Mallet, une grande stabilité pendant la marche ; ce qui est dû à la disposition des cylindres, et la machine, parfaitement éqiiilibrée, tout en n'ayant pas de bielles d'accouplement, peut marcher à une très grande vitesse.

En résumé, il résulte des expériencesfaites, en 1881, sur le London and North Western Raikvay, que le système compound réalise une économie considérable, surtout pour les machines à grande puissance. Quant à l'avantage que peut offrir la suppression de l'accouplement des roues, essayé par M. Webb. il est très discutable, sinon poiir les machines à huit roues couplées, ce qui faciliterait évidemment leur passage dans les courbes.

Dans l'Inde, un ingénieur anglais, M.Sandiford. Ht des essais de locomotives compound sur le chemin de fer Scinde Pundjab et Delhy. Deux locomotives ainsi transformées fonctionnèrent très bien dans des conditions assez défavorables.

En Russie, de nombreux essais ont été faits par M. Borodine, sur des locomotives compound du système Mallet, avec ou sans

enveloppes de A apeur, et munies d'un réservoir intermédiaire de vapeur, placé dans la boîte à fumée. Il résulte de ces expériences, qu'on peut, avec ces machines, réaliser une économie de l.o à 20 pour 100 ; mais l'emploi des enveloppes de vapeur n'a pas fourni des résultats bien décisifs. En effet, dans les machines compound, l'influence calorifique des parois du petit cylindre se trouvant considérablement réduite, l'emploi de l'enveloppe de vapeur semble devoir être réservé au grand cylindre ; mais là encore elle n'est pas indispensable, la vapeur y arrivant surchaudee par son séjour dans le réservoir de vapeur placé entre les deux cylindres.

Enfin, une nouvelle locomotive compound à quatre cylindres, étudiée et construite par la Compagnie du chemin de fer du Nord, a été mise en service sur son réseau, au mois de janvier 1886; et de nombreuses expériences, faites avec le plus grand soin, et portant sur les conditions de son fonctionnement, aussi bien ffue sur son rendement, ont permis aux ingénieurs de la Compagnie d'apprécier la valeur de cette machine.

Cette locomotive, dont les figures 230 et 231, représentent l'élévation et la coupe transversale, dérive du type de locomotive à grande vitesse de la Compagnie du Nord, à quatre roues couplées, avec essieu porteur, ou bogie à l'avant, cylindres intérieurs et grand foyer, que nous avons décrite dans notre revue des locomotives à grande vitesse employées par les différentes Compagnies françaises.

Le mécanisme intérieur, composé de deux cylindres, A'B', actionnant l'essieu du milieu, a été conservé pour la haute pression ; il n'a subi d'autre modification que la réduction des diamètres des cylindres. Les tiroirs, placés dos à dos sur le côté, sont toujours commandés par des excentriques, avec coulisse Stephenson.

L'accouplement est supprimé, et deux cylindres à basse pression, BB' (fig. 232), sont placés à l'extérieur des longerons, au milieu de l'intervalle entre l'essieu d'avant et le premier essieu moteur, actionnant l'essieu d'arrière. Leurs tiroirs sont placés en dessous.

Les deux distributions de vapeur sont liées entre elles, mais une disposition semblable à celle déjà employée par M. Mallet sur sa locomotive compound, permet de faire varier l'une dos distributions indépendamment de l'autre. La vis de cliangoment de marche commande , à la manière ordinaire, l'arbre de relevage du mécanisme extérieur à basse pression. Sur le côté de la tête

supérieure du levier de ce changement de marche, se trouve fixé un secteur denté, S, (fig. 231), qui entraîne un autre levier, commandant la barre du relevago du mécanisme intérieur à haute pression. Ce second levi cr, articulé en 0, comme le premier, porte un verrovi, qui s'engage à volonté dans la denture du secteur, surmonté dune réglette fixe divisée. On peut ainsi opérer le changemeni; de marche en même temps, pour les deux distributions, par la seule manœuvre du volant. On peut, par contre, les rendre différents, et faire toutes les combin.nisons commandées

par les diverses circonstances de la marche.

Au moment du démarrage, on peut envoyer directement la vapeur de la chaudière dans le réservoir intermédiaire; mais il n'a pas été pris de disposition pour admettre franchement la vapeur aux grands

cylindres, avec évacuation de la vapeur des petits cylindres dans l'atmo sphère.

Le réservoir intermédiaire est en partie constitué par deux tuyaux C,C (fig. 232), à grand diamètre placés dans les boîtes à fumée et destinés au réchauffage de

la vapeur passe des

qui pe-

FiS. 233.

Coupe transversale d'une locomotive compound du chemin de fer du Nord.

tits aux grands cylindres. Une soupape placée vers le haut du tuyau réchauffeur, est destinée à régler la limite de la pression dans le réservoir intermédiaire.

Des nombreuses expériences faites sur cette machine, pendant les mois de novembre et décembre 1886, février à mai 1887, il résulte que la consommation moyenne de charbon par kilomètre a été de 7'', 81 ; tandis que la moyenne de consommation des six machines, qui pondant ces six mois et à raison de une par mois, ont le moins brûlé en faisant le même service, a atteint le chiffre de 8^,31; d'ok 1141 avantage de 0'',50 pour la machine

SUPPLÉMENT A LA LOCOMOTIVE

compoiind sur les plus économiques des machines express.

D'autre part, la consommation moyenne (le 7'', 81 trouvée pour la locomotive compound, est inférieure de 1^,8 à l'',9 à la moyenne générale de consommation se rap- i portant aux machines du même type non compound, soit une différence de 19 p. 100 environ en faveur de la locomotive compound.

Par contre, on a constaté une consommation de graissage pour cette machine de beaucoup supérieure à la moyenne de celle des autres locomotives faisant le même service.

Le rendement en pleine marche a atteint 7-5 pour 100, et a été, en moyenne, de 55 à 60 pour 100, chiffres qui se rapportent à la traction des rampes. La machine a pu, avec un train de 145 tonnes, gravir, en se main- | tenant en pression, des rampes de 5"""', à la vitesse soutenue de 72 kilomètres à l'heure.

On aurait pu, évidemment, d'ailleurs, reculer la limite de puissance de cette machine en augmentant le volume des cylindres détendeurs, ce qui eût diminué la pression d'échappement, tout en utilisant mieux la détente.

La locomotive compound du chemin de fer du Nord, d'un type absolument nouveau, a mis en évidence, une fois de plus, l'avantage incontestable de ce système, au point de vue de l'économie du combustible, et prouvé que le passage de la vapeur dans des cylindres successifs, pevit procurer, dans les locomotives, autant d'avantages que dans les machines fixes et les machines marines. Les résultats qu'elle a fournis, et qui empruntent une grande avitorité à la façon magistrale dont ils ont été obtenus et contrôlés par l'ingénieur de la Compagnie du chemin de fer du Nord chargé de cette étude difficile, M. Pulin, complètent et confirment ceux que nous avons rapportés plus haut au sujet des différents types de loco-

motives compound successivement expérimentés jusqu'à ce jour.

Un service plus prolongé de ce nouveau type de locomotive permettra seul de savoir si les avantages mécaniques qu'on peut en espérer, sont en rapport avec ses avantages thermiques.

En résumé, il est difficile de se prononcer dès aujourd'hui sur les avantages des locomotives compound, qui sont d'un emploi trop réduit encore, et comptent trop peu de types différents ; mais on ne voit pas quels obstacles pourrait rencontrer leur extension dans le service des voies ferrées.