SURFACE DE CHAUFFE
En comparant les deux types de machines à 4 cylindres aux machines du système Engerth, on voit de suite combien les chaudières nouTelles sont plus compactes.
Ainsi, avec le même diamètre (1,278 au lieu de 1,271; et une bngueur de 3"50 au lieu de 4°'50, la locomotive à voyageurs à
EXPOSITION MB LONDRES 1869.
4 cylindres a une surface de tubes de 145 mètres, tandis quel'Engerih n*a que 117 mètres.
La chaudière de la locomotive à marchandises à 4 cylindres ayant un diamètre de 1"'456 et une longueur de S'^SO, a une surface de tube de 189 mètres, tandis que FEngerth, malgré son diamètre de IB'SO et sa longueur de 5 mètres, n'a que 186 mètres carrés.
Nous préciserons plus loin la réduction qui en résulte pour le poids du mètre carré.
L'élévation de la grille au-dessus àes roues, l'emploi du sécheur horizontal ne permettraient qu'une cheminée d'une longueur insuffisante. Nous avons donc été amenés à mettre la cheminée horizon* taie. Mais il est clair qu'avec un tirage artificiel la direction de la cheminée est insignifiante.
La chaudière entière, comprenant son enveloppe, ^supports, les appareils de sûreté, le régulateur complet, les tuyaux de prise de vapeur, le sécheur, etc., etc., a été pesée ou son poids calculé pour les types que nous examinons. On a tenu compte, en outre, du poids de l'eau et du poids du combustible ; en comparant ces poids à la surface de chauffe, on arrive aux résultats indiqués au tableau ci-après :
Locomotives à myageurs.
Système Buddicom
— Graaiplon
— Engerlh
— à 4 cylindres. . .
îjocomolives à marchandiêes,
Petites
Moyennes
Enêerth
A 4 cylindres
POIDS
si
kU,
POIDS
PAS MftTMS CaM< DB CSAUPFC.
kfl.
Îi9
si
kil.
kU.
MÉMOIRE ffi Là GOWlOilE M) NORD. S5
La chaudière complète, contenant son eau et ayant le combusti^ ble dans le foyer, ne pèse : pour la locomotÎTe à voyageurs à 4 cylindres, que 97 kili^. le mèlre carré de chautFe, tandis que le poids du mètre carré est de 150 kilogr. dans les machines Eng^h et dans les ûnmpton. La locomotive à 4 cylindres à marchandises ne pèse que 90 kilogr. au lieo de ill kilogr. pour les grosses Engerth, poids déjà très-réduit comparé aux premières machines.
■■iiiihiwif, — Sous la dèamnination de machinerie, nous comprenons le mécanisme composé des cylindres, pistons, bidles et roues motrices ; le châssis servant d'intermédiaire entre les roues de support et les roues motrices, et soutenant la chaudière ; enfin le tender lui-même, y compris les approvisionnements d eau et le combustible, les agrès, etc. Cette seconde partie de la locomotive entre pour les deux tiers environ dans le poids total.
Nous examinerons sûrement les machines locomotives à voyageurs et celles à marchandises.
lutiMurtiif A-yoyge— > — Les nécessités d'un service qui est quelquefois très-chargé sur les lignes fréquentées , et la présence de pentes assez fortes, ont obligé les Compagnies à commander depuis assez longtemps des locomotives à voyageurs puissantes, et à accepter presque généralement l'accouplement par bielles de deux des essieux. Hais pour les trains express devant marcher à des vitesses de plus de 60 kilomètres à l'heure, Taccouplement de deux essieux présente des inconvénients. Il est difficile que le diamètre des 4 roues reste longtemps égal : au bout d'un certain temps, une des paires de roues ayant éprouvé une plus grande usure a un diamètre plus faible, ce qui entraine à un frottement supplémentaire fatiguant les bielles d'accouplement. En outre, ces bielles ayant un poids assez grand sont exposées à se rompre à grande vitesse; c'est donc avec une certaine hésitation que l'on emploie des locomotives à roues couplées pour les trains express, et on continue à donner la préférence pour leur remorquage aux locomotives à roues indépendantes, en mettant une plus grande charge sur Fessieu moteur ^ Mais alors, sans parler des inconvénients que les
* Sur le chemin de Londres à Douvres, cependant, on fait usage pour remorquer les insas eiprese des machines a quatre roues couplées, qui seront dâsrites plus loin.
36 EXPOSmON DE LONimES 1869.
¥0168 en éprouvent, les bandages s'usent rapidement, el chaque fois que les circonstances atmosphériques ne sont pas favorables, l'adhérence est insuffisante et les roues patinent.
Nous éprouvons ces embarras avec nos locomotives à voyageurs : nos Engerth à roues couplées sont excellentes pour les trains de voyageurs à vitesse ordinaire ; mais nous ne pouvons les metbre aux trains express dans la crainte de rupture des bielles d'accouplement. Nos locomotives Crampton remorquent très-bien nos trains express ; mais sur des rampes de 0,005, et avec des trains un peu chargés, elles manquent d'adhérence.
Nous avons donc été amenés à reconnaître qu'il était indispensable d'avoir deux essieux moteurs pour les trains express, ^i évitant l'emploi des bielles d'accouplement, et nous exécutons les locomotives à 4 cylindres dont le plan est à l'Exposition.
La chaudière de ces locomotives sera en tout semblable à celle de la locomotive de fortes rampes. Elle ne peut donc être placée que sur un châssis assez bas et au-dessus des roues porteuses ayant l^'OGS de diamètre. Les essieux moteurs sont aux extrémités ; ils sont montés sur des roues de l^'OO de diamètre. L'écartément des essieux extrêmes est de 5*" 17, il est moindre que celui de certaines locomotives dont l'essieu moteur est au milieu , il n'y a donc aucune difficulté à prévoir pour le parcours de cette locomotive dans les courbes.
Les roues de petit diamètre pèsent moins, et elles n'exigent qu'un châssis court et par conséquent plus léger.
La force étant repartie entre 4 cylindres au lieu de 2, les pistons sont pi us petits et plus légers , ainsi que les bielles et tout le mécanisme .
En résumé, la locomotive à 4 cylindres, portant un approvisionnement d'eau de 7,000 kilogrammes et 2,000 kilogrammes de combustible, et ayant une surface de chauffe de 167 mètres carrés, ne sera pas sensiblement plus lourde que la locomotive Crampton ayant 97 mètres de surface de chauffe, 7,000 kilogrammes d'eau et 1,500 kilogrammes de combustible, ni plus lourde que la mixte Engerth avec i26 mètres carrés de chauffe, 5,000 kilogrammes d'eau, 1,600 kilogrammes de combustible: elle pèsera 48,200 au lieu de 47,200 kilogrammes.
MÉMOIRE Iffi LA COMPAGNIE DU IfORD.
Voiei les dimensions et les calculs que Ton peut faire sur les (lirers types de locomotives du chemin de fer du Nord pour le trauâport des voyageurs.
BimaiGOii.
GBAVrrO!!.
nxTB BxoBara.
A QOITRB CTUBDRBS.
Suriice de grille
Surface de chauffé
Teraton absolue de la vapeur dans la
chaudière^
7atm.
Satm.
Satm.
Diamètre des cyiîndrea
Surface des pietona
Course des pistoDs
Diamètre des roues motrices
Grawigrence des rooea motrices. . . .
Presnoa sous les ronea motrices. . . .
Rapfiort de la ritesse de la roue à la vi-
lene des pilons
pression efTectÎTe.
Traction calculée avec coefiîcient de 0,60
de la pression effective
Rapport de la traction calculée au poids fournissant l'adliéreDce
Traction calcolée par mètre carré de
griUe.
Traction calculée par mètre carré de
chauffe
Poids de la machine et du tender avec
Poids de la machine calculé par mètre
carré de chaufTe
* La pn»6ioB effective est moindre de 1 a
tmosphêre.
Les conditions d'étaMissement de la locomoUve à quatre cylindres qui ressortent du tableau ci-dessus sont satisfaisantes. Ses deux essieux moteurs, sans être surchargés, ont une grande adhcreoce, et leur force de traction est considérable. La production de vapeur, avec une surface de chauffe aussi dévebppée, alimentera racilement les cylindres, puisque la traction calculée n'est que de 16^ par mètre carré de chauffe, tandis qu elle est de 19 à 22 dans les autres types.
Le poids total du moteur avec approvisionnements complets, comparé à la surface de cbaurTe, n*est que de 2891", tandis qu il est de 377 dans les mixtes Engerth et de 480 pour les locomotives Buddicom et Crampton.
II y a cependant une observation qui se présente naturellement à l'esprit : elle concerne le diamètre des roues motrices. Ce diamètre n'est que de l'^ôO, tandis que dans les locomotives des trains express on donne en général plus de 2 mètres.
Nous dirons d'abord que Texpérience a démontre que les trèsgrands diamètres ne sont pas nécessaires. Nous -même, après avoir fait des locomotives système Crampton, avec roues de 2'"30, nous sommes revenu au diamètre de 2'*10 que présentent no^ premières locomotives de ce système, et celles-ci vont au moins aussi bien que les autres.
Si Ton examine avec attention cette question, il semble jusqu a un certain point que la diminution du diamètre des roues motrices ne peut avoir que des avantages si elle est accompagnée d'une diminution encore plus grande dans la course des pistons, si, en un mot, le rapport de la vitesse de la roue à celle du piston est plus grand.
En nous reportant au tableau précédent, nous voyons que, lorsque dans la locomotive à quatre cylindres le piston marche a 1 mètre de vitesse par l'^, la circonférence de la roue est animée d'une vitesse de 7*"39 ;
Dans la locomotive Crampton cette vitesse est de 6 mètres;
Dans la locomotive Buddicom de 5"'45, et enfin, dans les locomotives mixtes Engerth, cette vitesse n* est que de 4'"86.
Il en résulte que, pour la même vitesse de marche d'un train, la vitesse du piston sera beaucoup plus faible dans la locomotive à quatre cylindres que dans les autres.
Si nous prenons, par exemple, la vitesse de nos express du Nord qui est de 72 kilomètres à Theure ou 20 mètres par 1', la vitesse du piston sera respectivement :
MÉMOIRE » U GOMPAGNIE W NORD. S9
Titesse. RapporU.
Dans la machine à quatre cylindres de 2*71 par 1^ 1 .000
— Crampton .... 5"53 — 1.229
— Buddicom .... 3"*66 — 1.550
— mixte Engerth . . 4"*11 — 1.517
On ¥oit donc que la vitesse des pièces mobiles sera sensiblement moindre. Mais, en outre, le poids de ces pièces est bien plus (aible, puisque la tige du piston et la bielle sont plus courtes à cause du peu de longueur de la course.
Les poids des pièces animées d'un mouvement alternatif pour un des cylindres sont :
Poids.
RaniorU.
Pour la locomotive à quatre cylindres.
. lOl"
— Crampton . . .
— Buddicom . . .
— mixte Engerth .
Le travail de la force perturbatrice résultant du mouvement alternatif du piston, de la bielle, etc., est proportionnel au poids de ces pièces et au carré de leur vitesse moyenne. Ce travail s'étib Uit donc dans les proportions ci-dessous :
RapporU.
Loomiotive à 4 cylindres . 1 .000 X 1 .000 x 1 .000 = 1 .000
— Crampton . . 2.247 x 1 .229 X 1 .229 = 5.591
— Buddicom. . 1.257x1.550x1.550 = 2.292
— mixte Engerth. 5.507 X 1 .51 7 x 1.517 = 7.609
L'influence perturbatrice résultant du mouvement alternatif des pistons et de leur mécanisme est donc bien moindre dans les locomotives à quatre cylindres que dans les autres types de locomotives à voyageurs employées au chemin de fer du Nord.
Mais on ne doit pas se dissimuler que le nombre de tours par l'', pour la même vitesse de marche, sera plus grand, et à 72 kilomètres de vitesse à l'heure, par exemple, la locomotive à quatre cjiindres devra fiaire quatre tours par l'' quand la machine
40 EXPOSITION DE LO?iDRES iS69.
Crampton n'en fait que trois. Il doit en résulter une plus grande usure qu'il est difficile d'apprécier.
Supposons cependant que Ton en tienne compte par un coefficient proportionnel au nombre de tours; les rapports ci-dessus deviendraient :
liocomotive à quatre cylindres
Rapports.
— Crampton . . .
— Buddicom . . .
— mixte Rnnerth. .
Il parait donc certain que la réduction dans le diamètre des roues n'amènera pas un obstacle sérieux à la marche à grande vitesse de cette locomotive*
L'emploi des petites roues est une condition du système aussi bien pour les roues porteuses que pour les roues motrices; il a pour résultat d'obtenir un poids mort très-réduit. Avec des fusées à large surface et un bon graissage, on n'a pas à craindre de voir les boites chauffer. — Les trois essieux du milieu ont du jeu latéralement, de manière à se déplacer naturellement dans les courbes.
Quant à l'emploi d'un double mécanisme, il ne présente pas de difficultés : les deux distributions de vapeur sont commandées par le même levier de changement de marche, de fa^n que les deux groupes de machines marchent non-seulement dans le même sens^ mais avec la même détente.
II y a deux régulateurs distincts pour avoir la faculté de régler à volonté l'admission de la vapeur dans les cylindres de diaque groupe.
En résumé les locomotives à quatre cylindres remorqueront à la même vitesse et sur les mêmes rampes des trains plus lourds ; elles
MfilHXRB M U COHFÀGIOE DU NORD. 41
pourront monter sar dès rampes plus fortes le même train à une plus grande vitesse.
iniMMiiim * MwrfhaadBBM. — L'insuffisance d'adhérence qae nous avons signalée dans les locomotives à voyageurs existe au même degré pour les locomotives à marchandises. — Il importe donc pour ces dernières d'utiliser pour Tadhérence le poids total du moteur et de ses approvisionnements; c'est ce qui est réalisé dans la locomotive de fortes rampes envoyée en nature à TExposiiion, et dans la locomotive à marchandises à quatre cylindres et m essieux accouplés par groupes de trois, dont le plan est exposé. La faible dimension des roues (l^OôS) est motivée par l'obligation d'avoir le foyer au-dessus des roues, de diminuer le poids du moleur et de ne pas exagérer Técartement des essieux extrêmes. La locomotive à marchandises à quatre cylindres présente un écartement de 6 mètres entre les essieux extrêmes : elle passerait donc avec difficulté dans les petites courbes, si ses essieux extrêmes n'avaient pas beaucoup de jeu dans leurs coussinets ; aussi leurs fiisées permettent-elles un jeu $ie 15 millimètres de chaque côté, soit en tout 30 millimètres; ainsi disposée la locomotive, avec ses demc essieux moteurs écartés de S'^TS passera facilement dans les courbes d'un rayon de 200 mètres.
¥oîcî les principales dimensions et les calculs de puissance de traction de divers types de locomotives à marchandises employées «rie chemin de fer du Nord, comparées aux locomotives exposées :
EXPOSITION DE LONimES 1S6S.
