MACHINES A TROIS ESSIEUX

Appliquons les principes ci-dessus exposés k la détermination de la puissance de traction des machines k trois essieux, qui sont de beaucoup les plus nombreuses. Considérons pour cela une machine de chacun des trois

types que nous avons indiqués : Machine k roues libres, machine mixte et

rnachine k trois essieux couplés.

CHEMINS DE FER, T. U. — â« édit. 24

beaucoup moins activement le feu dans les machines à petite vitesse que dans les machines à grande vitesse, et qu'on demande aux premières beaucoup moins de travail qu'elles n'en peuvent et qu'elles n'en doivent donner : situation anti-économique, que rien ne justifie, mais qui est consacrée par une longue habitude. »

Sur le réseau de Lyon, on a cherché, dès 1863, à utiliser complètement la puissance de vaporisation des machines et on a posé en principe que, pour toutes les machines indistinctement, la vaporisation brute normale serait de 40 kilogrammes de vapeur par mètre carré et par heure, quelle que soit la vitesse de marche. Il n'a été fait une exception, toute naturelle du reste, que pour les machines de rampes à 8 roues accouplées, dont nous parlerons ultérieurement, et pour lesquelles ce chiffre a été abaissé à 35 kilogrammes, à cause de la grande longueur de leurs tubes (5,36m.) Laconséquence immédiate de cette mesure a été un accroissement de plus de 30 p. 100 de la charge des machines à marchandises et l'effectif des locomotives de la compagnie a pu ainsi suffire au développement du réseau et du trafic kilométrique.

On doit donc admettre et on admet en effet aujourd'hui que, lorsque les machines des différents types utilisent complètement leur puissance de vaporisation, elles doivent fournir la même quantité de vapeur par mètre carré de surface de chauffe, cette dernière étant supposée évaluée comme nous l'avons dit f S = S' + — j .

Calculons maintenant le travail que permet de produire la surface Je chauffe réduite S ; il faut pour cela connaître la valeur du coefficient K dans la formule T = K S.

Il résulte d'une note de M. l'ingénieur en chef Laurent citée par M. Couche^ qu'on a appliqué pendant longtemps sur le réseau du Midi la formule suivante, pour déterminer la limite de l'eHort de traction R qui résulte des valeurs corrélatives de la surface de chaulfe et de la vitesse :

U = 2 CGO X -|-,

S désignant la surface de chauffe réduite ;

V la vitesse en kilomètres à l'heure.

Voici comment cette formule était établie :

On admettait, d'après de nombreuses expériences faites sur le reseau, qu'une machine de bon rendement pouvait développer, jusqu'à la vitesse limite de 60 kilomètres à l'heure, un effort de U^'tion de 1 850 kilogrammes, lorsque la surface de chauffe (réduite) est de 37,500 m^

' Couche, ouvrage cilé, t. II, p. 6i2.

La surface des tubes du troisième type devra donc être réduite en la multipliant par le rapport . ,^, , ce qui la ramènera à 102,31 m^ On aura ainsi pour la surface de chaude comparative :

!•' Type. 2« Tyiic. 3» Type.

( c,4o m» + 4 ( 9,60 m^ + if ( 7,io m^ + i^

\^ OU 36,45 m2 \ soit 43,30 m- [ soit 41,25

Indépendamment de la correction précédente, destinée à rendre comparables les surfaces de chauffe des machines d'un même type, on faisait autrefois subir aux nombres que nous venons de trouver une nouvelle modification dans le but de les rendre pratiquement comparables, d'un type à l'autre. Voici pourquoi.

On a admis pendant longtemps que la vitesse de translation des machines avait une influence sensible sur la production de la vapeur et que celle-ci augmentait avec la vitesse par suite du plus grand nombre de coups de piston dans le môme temps, correspondant à un plus grand nombre de coups d'échappement, et, par suite, à un tirage plus énergique. On avait donc l'habitude, lorsqu'on voulait comparer la puissance de machines de types différents, destinées à marcher à des vitesses très diverses, de multiplier les surfaces de chauffe trouvées ci-dessus par les coefficients suivants :

1 pour les machines à grande vitesse;

0,85 pour les machines à vitesse moyenne ;

0,70 pour les machines à petite vitesse.

On obtenait ainsi des surfaces de chauffe comparatives qui se trouvaient réduites pour les deux derniers types de machines, ce qui revenait à admettre que, par suite de leur marche moins rapide, ces deux types devaient nécessairement utiliser moins bien la puissance de vaporisation de leurs chaudières.

Cette opinion a été vivement combattue par M. Couche^ qui la considérait comme le résultat de simples observations et non pas d'expériences proprement dites. C'était d'après lui, la constatation de ce que l'on faisait et non de ce que Ton pourrait faire. M. Couche écrivait ce qui suit à ce sujet, dès 1875 : « Si la proportionnalité de la consommation, de la production de vapeur et du travail à la surface de chauffe n'est pas réalisée en général ; si sur la plupart des lignes, les machines à petite vitesse produisent moins de vapeur par unités de surface de chauffe et de temps que les machines à grande A'itesse, c'est tout simplement parce qu'on le veut bien. C'est qu'on pousse

* Voie, matériel roulant et exploitation technique des chemins de fer, t. U, p. 589 ; t. UI. p. 37.

Sur le réseau de Lyon, on a cherché, dès 1863, à utiHser complètement la puissance de vaporisation des machines et on a posé en principe que, pour toutes les machines indistinctement, la vaporisation brute normale serait de 40 kilogrammes de vapeur par mètre carré et par heure, quelle que soit la vitesse de marche. Il n'a été fait une exception, toute naturelle du reste, que pour les machines de rampes à 8 roues accouplées, dont nous parlerons ultérieurement, et pour lesquelles ce chiffre a été abaissé à 35 kilogrammes, àcause de la grande longueur deleurs tubes (5,36m.) Laconséquence immédiate de cette mesure a été un accroissement de plus de 30 p. 100 de la charge des machines à marchandises et l'effectif des locomotives de la compagnie a pu ainsi suffire au développement du réseau et du trafic kilométrique.

Calculons maintenant le travail que permet de produire la surface Je chauffe réduite S ; il faut pour cela connaître la valeur du coefficient K dans la formule T = K S.

Il résulte d'une note de M. l'ingénieur en chef Laurent citée par M. Couclie^ qu'on a appliqué pendant longtemps sur le réseau du Midi la formule suivante, pour déterminer la limite de reffort de traction R qui résulte des valeurs corrélatives de hi surface de chauflV et de la vitesse :

U = 2 CGO X -|-,

S désignant la surface de chauffe réduite ;

V la vitesse en kilomètres à l'heure.

Voici comment cette formule était établie :

On admettait, d'après de nombreuses expériences faites sur le reseau, qu'une machine de bon rendement pouvait développer, jusqu'à la vitesse limite de 60 kilomètres k l'heure, un effort de traction de 1 850 kilogrammes, lorsque la surface de chauffe (réduite) est de 37,o00 m-.

* Couche, ouvrage cité, t. II, p. 0:22.

approximatif. Il repose en elFet sur l'emploi des deux formules, dont la première ne serait exacte, d'après M. Couche, qu'autant que le rapport de la surface de chauffe directe à la surface tubulaire est à peu près constant, et dont la seconde, adoptée autrefois faute de mieux au réseau du Midi, est aujourd'hui abandonnée.

Au fur et à mesure que l'étude de la locomotive a été plus approfondie et que des expériences plus complètes ont pu être faites sur les différents réseaux, on est arrivé à modifier d'une manière assez sensible les idées que l'on se faisait autrefois sur la puissance de vaporisation des chaudières tubulaires. On pense aujourd'hui, d'après les résultats de nombreuses observations faites de différents côtés, que l'élément le plus important delà puissance de vaporisation de ces chaudières réside dans la surface de grille^ qui autrefois n'intervenait pas dans les calculs. C'est à la compagnie P.-L.-M. que ces idées se sont, pour la première fois, traduites en formule.

M. E. Marié, ingénieur en chef du matériel et de la traction de cette compagnie, a établi il y a fort longtemps, dans un travail élaboré pour l'instruction du personnel sous ses ordres, et d'après de nombreuses observations qu'il a faites sur cette question, que la production de vapeur dans une chaudière de locomotive ne dépend que de la surface de la grille et de la surface de chauffe réelle, et que la quantité d'eau totale vaporisée ou entraînée par heure peut être représentée d'une façon suffisamment exacte par h formule :

— 368 )/cg.

dans laquelle :

Q représente la quantité d'eau vaporisée y compris l'eau entraînée [en kilogrammes par heure) ;

c la surface de chauffe réelle (en mètres carrés) ;

g la surface de grille (en mètres carrés) ^

D'autre part, et plus récemment, à la suite des expériences faites à partir de 11)01 sur les locomotives du réseau de l'Ëtat, M. Nadal, ingénieur en chef adjoint du matériel et de la traction de ce réseau, a été conduit a admettre que la quantité de vapeur (|u'une chaudière de locomotive peut produire par heure, en régime soutenu, peut être calculée avec une assez. glande exactitude par la formule

' A. Leroy. Traité pratique des machines locomotives. 7» édition, p. 72. . .

On verra plus loin quà la compagnie d'Orléans celte formule a été reiiiplacée par la suivant

= y60 s/cg'.

ce (jui revient à admettre une puissance de vaporisation plus grande, à égalité de surface e^ cl de surface de chaufTe.

dans laquelle g est la surface Je grille, c' la surface de chaulfe directe et r' la surface de chauffe indirecte, exprimées en mètres carrés.

Il paraît môme résulter, d'après M. Nadal, des expériences (|ui ont élé faites à Saint-Louis (États-Unis) en 1904, que, pour les types de locomotives actuellement employés, on obtient des chiffres au moins aussi exacts pour la quantité de vapeur produite par heure, en la calcula!it simplement par la formule

Cette dernière formule, en particulier, montre Tinlluence prépondérante qu'exerce sur la vaporisation la surface de grille, puis(|uo la surfaci^ de chauffe proprement dite, directe ou tubulaire, n'intervient môme plus dans le calcul. Cette formule fournit un moyen commode pour calculer la puissance en chevaux d'une locomotive, à la condition de coimaîlre la consommation de vapeur par cheval indiqué.

Or, il résulte également de nombreuses observations faites dans ccsdtîrnières années que les machines à simple expansion consomment environ 13 kilogrammes de vapeur par cheval et par heure ; dans les machines cofnpound, dont l'emploi se répand de plus en plus et dont nous parlerons ultérieurement, cette consommation est moindre et se réduit à 10,5 kg*.

La puissance en chevaux des trois machines dont nous nous sonnnes occupé jusqu'à présent sera donc donnée par la formule

ou simplement

Pour les machines compound, la formule serait

En appliquant la formule (a) à nos trois lo^'oiiiotiveH, dont la iiurffH'e d« grille est respectivement de

1,28 m^ 1,64 111^ \Mm\

on trouve pour la puissance en clu^vaux les chijfreii suivanlii en mmAmtn ronds.

384 fiieraui . 4^ i:i^r» u t . ^MP <:MrM u t

^-dire à «^fc^ dont U c«il»4^ d« içrUi* <mA 4wi» wu f^^fp^/ti r^/U^mt^k^Ui ëvt* U êUêiê^A 4h é'MuMiU.

Ajoutons enfin que, sur les grands réseaux français, les ingénieurs en chef (le traction se sont mis d'accord pour calculer, par la formule empirique ci-après, la puissance en chevaux des différentes machines employées sur ces réseaux :

l> = 20 \/ïïc7p

G, surface de grille en mètres carrés,

Cr, surface de chauffe réduite, en mètres carrés ; cette surface est obtenue en ajoutant à la surface de chaulTe directe le tiers de la surface de chaufie indirecte ou des tubes ;

/;, timbre de la chaudière.

Si Ton applique cette formule aux trois types de machines déjà envisagés, on trouve les résultats suivants :

I'' Type. 2« Type. 3* Type.

410 chevaux 533 chevaux. 446 chevaux.

Au lieu d'exprimer la puissance d'une machine en fonction de sa surface de chauffe réduite, on pourrait aussi la rapporter à la surface réelle. D'après les ingénieurs de la compagnie de l'Est qui ont fait la série des expériences dont nous avons parlé au sujet de la résistance des trains, la puissance des machines de ce réseau marchant aux vitesses maxima ([ui leur conviennent respectivement est donnée par les nombres suivants^ :