Locomotive à Vapeur

20 septembre 2018 4 20 /09 /septembre /2018 16:56

Les premières locomotive au XIX siècle sont mues par une machine à vapeur d'ou le nom de locomotive à vapeur Ce type de moteur thermique est le plus couramment utilisé jusque dans les années 1950 entre autre en Europe et est toujours employer localement dans certains pays au XXI siècle

Histoire

C'est au Royaume-Uni au début du XIX siècle que commence l'histoire des chemins de fer ou la première locomotive à vapeur est construite en 1804 par Richard Trevithick .

Locomotive de trevithick (1804) premier succès d'une locomotive à vapeur

La traction à vapeur est inaugurée le 12 aoûte 1812 sur le Middlton Railways dans le Torkshire Ils'agit de locomotive pour rails à crémaillère remorquant des wagonnetsde charbonles locomotive sont construites par Matthew Murray et John Blenkinsop

Le 27 septembre 1825 est inauguré le chemin de fer de Stockton et Darlinton première ligne ouverte au transport de passagers la locomotive est conçue par Gorge Stephenson

La Salamanca du Middleton Railways construite en 1812 par Matthew Murray est exploitée commercialement avec succès

Marc Seguin née le 20 avril 1786 mort le 24 février 1875

En 1827 l'ingénieur français Marc Seguin met au point la chaudière tubulaire qui permet de quasiment décupler la puissance des machines et la même année est ouverte la première ligne de chemin de fer français de saint-Etienne à Andrézieux. EN 1829 la première locomotive français est utilisée sur la deuxième ligne français de chemin de fer de saint-Etienne à Lyon

Certain pays particulièrement bien dotés en ressources naturelles de charbon continue à utiliser la traction à vapeur de manière principale Jusqu'à la fin du XX siècle dont la République démocratique allemande l'Afrique du Sud la Chine et l'Inde

Locomotive moderne 16 E- 858 des chemin de fer d'Afrique du sud type Pacific en 1879

Technique

La locomotive se compose de trois parties principale ou ensemble le véhicule roulant compose du châssis des organes de suspension et des roues le foyer qui chauffe la chaudière qui produit la vapeur nécessaire le mécanisme ou moteur à vapeur c'est-à-dire l'ensemble des organes qui transforme le travail de la vapeur sous pression en force motrice sur les essieux De plus la locomotive est souvent attelés à un tender destiné à transporter les réserves en eau et en combustible .

Schéma dune machine à vapeur

Le véhicule

La locomotive prend appui sur les rails et les ingénieur pensèrent longtemps que seul le poids (adhesive weight) est source de l'adhérence permettant la progression du véhicule les essieux moteurs sont spécialement chargés et on accouple à l'aide de bielles les roues voisines d'un même diamètre pour faire autant de roues motrice le nombre de tours par seconde des roue motrice impose au mécanisme de distribution une vitesse de va-et-vient qui n'est limitée que par le diamètre de ses roues Il atteint couramment 2 mètre ou plus pour les machines rapides et c'est une des raison qui font que les roues sont extérieurs au châssis

Locomotive pacifique (Big-Boy) construite de 1941 a 1944

Compte tenu de la longueur nécessaire pour le corps cylindrique de la chaudière on place très souvent des roues porteuses à l'avant et / ou à l'arrière sous forme de bissel ou de bogie. le châssis lui-même est en générale composé deux logerons en tôle découpée de forte épaisseur et assemblés par des traverses et entretoises constituées de caissons en tôle ou moulées et dont la rigidité assure la bonne tenue de voie de la machine

Les cylindres sont fixés aux entretoises en général en extérieur et parfois selon le type de locomotive entre les longerons la chaudière repose sur des support répartis tout le long du chassis tout en étant fixée essentiellement à l'avant du côté de la boîte à fumée pour pouvoir se dilater librement à l'arrière du côté du foyer

La chaudière

La chaudière se compose de la partie postérieure du corps cylindrique et de la boite de fumée La partie postérieure de la chaudière se compose du foyer et de la boite à feu reliés par des entrecroises Le corps cylindrique renferme les tubes de fumée

La vapeur formée par l'eau de la chaudière se concentre dans le dôme de vapeur passe par le régulateur actionné depuis la cabine de conduite au moyen de son levier et de son arbre de commande et atteint éventuellement le surchauffeur qui se compose de groupes de tubes fins insérés dans les tubes à fumée La vapeur atteint alors une température d'environ 350° C et parvient ensuite comme force motrice aux cylindres (7) ou introduite par le tiroir elle pousse alternativement les pistons en avent et en arrière

Porte du foyer et devanture d'une locomotive Big Boy

Une soupape de sûreté organe de sécurité primordial de la chaudière qui en est au minimum équipée de deux

Le moteur à vapeur (distribution) et entraînement)

L'arrivée et l'échappement de la vapeur des deux côtés du cylindre est réglée par un tiroir de distribution (6) la le piston est relié à la crosse qui par l'intermédiaire de la bielle motrice transforme le mouvement de va-et-vient en un mouvement est transmis à toutes les roues motrices grâce aux bielles d'accouplement le réglage du tiroir de distribution pour inverser la marche s'effectue au moten du volant de commande de la vis de changement de marche (8) qui se trouve dans la cabine de conduite

Animation du fonctionnement de la machine à vapeur

travail de la distribution c'est par le tiroir (6) que la vapeur est admise dans le cylindre (7) et agit alternativement sur chacune des faces du piston la tige de actionne la bielle couplée au train de roues motrices par l'intermédiaire de la crosse articulée (5) les roues couplées devienne toutes motrices

Par l'intermédiaire de la contre-manivelle (2) calée à 90° de la manivelle motrice une bielle fait osciller la coulisse (1) de distribution dans laquelle glisse la bielle de commande de tiroir(3) Le déplacement de cette bielle (3) couplée au levier d'avance (4) sur la coulisse permet de régler le déplacements du tiroir et ceux du piston On peut ainsi régler le taux d'admission du moteur et également charger de sens

De chaque côté de la locomotive les manivelles motrices et la distribution ne sont pas en position symétrique mais sont décalées d'environ 90° pour éviter que les deux moteurs ne soit en même temps en position fin de course rendant le démarrage impossible

Embiellage et distribution de la locomotive à vapeur française 141 TB 407

L 'exploitation et la conduite

La pompe d'alimentation alimente la chaudière avec de l'eau chaude venant du réchauffeur afin de diminuer la baisse de vaporisation dû à l'ajout d'eau froide

les injecteur serve à ajouter de l'eau à la chaudière sous pression En effet pour pouvoir introduire l'eau dans la chaudière ( sous pression) il faut que celle-ci ait une pression supérieure Les injecteurs utilisent la pression de la chaudière pour aspirer un flux d'eau et l'accélérer afin qu'il puisse y pénétrer le principe détaillé de fonctionnement des injecteur est beaucoup plus compliqué leau utilisation est assez complexe

Le niveau d'eau indique au chauffeur s'il y a besoin de remettre de l'eau dans la chaudière Un niveau d'eau insuffisant peut provoquer une surchauffe et la fonte des plombs de sécurité ce qui étain immédiatement le feu A l'époque de la vapeur pour un mécanicien fondre les plombs était une faute extrêmement lourde motif descendre de la machine

Les graisseurs automatiques sont des élément importants chargés d'assurer une lubrification permanente de tous les paliers sollicités par de forte charges la plupart des locomotives à vapeur possédaient en effet des des paliers en régule et non des roulements à rouleaux qiu apparaissent plus tard comme sur la 232 U 1

La photo de la locomotive 232 U 1

Les purgeurs destinés à éliminer l'eau éventuellement présente dans les cylindre part effet de condensation de l'eau liquide dans les cylindre peut être mortelle pour le mécanisme car elle est incompressible

La sablière garantit un coefficient d'adhérence suffisant entre la roue et le rail principale par mauvais temps ou en cas d'une frote charge remorquée et en pante grâce à de l'air comprimé elle envoie du sable en provenance du dôme devant les roues pour éviter leur patinage

L'exploitation et la conduite

Un des défaut de la locomotive à vapeur est la nécessité d'un temps important de préparation avant la mise en ligne que d'un entretien constant après une période de roulement relativement brève

Avant la mise en ligne chargement du combustible et d'eau

traitement de l'eau en france depuis les années 1940 l'eau du tender est traitée avec le T.i.A. (Traitement intégral Armand) qui permet d'empêcher la formation et dépôt du tartre dans les tuyauteries de la chaudière ( voir Louis Armand) graissage des partis mobiles son prises en charge par le graissage automatique mise en chauffe et attendre la mise en pression

Après service nettoyage du foyer évacuation du mâchefer et des scories tombés de feu par la grille ramonage de la boite de fumé nettoyage générale vérification des essieux et graissage évacuation des boues accumulées au point bas de la chaudière ( extraction) Toutes ces opération sont effectuées au dépôt

l'équipe de conduite comporte le chauffeur et en mécanicien le premier est chargé de la production de la vapeur de l'alimentation du foyer et l'alimentation en eau l'autre est chargé de la conduite de la machine elle-même de la surveillance de la voie et des signaux et de la tenue de heure l'équipe se tenait dans l'abri face à la devanture par la face arrière du foyer en quelque sorte le tableau de bord de la machine sur certaines machine la plateforme de conduite peut être distincte de la plateforme du chauffeur (comme sur une Camelback ( en) )pour une bonne visibilité au mécanicien.

Jusqu'à l'existence de machine banalisées ( comme la 141 R) une équipe reste liée à sa machine sur une certaine période entre révisions

La locomotive à vapeur 141 R 420

La vitesse

Le record de vitesse mondial pour un train tracté par une locomotive à vapeur est détenue par une locomotive de la famille des Pacific A4 du LNER au Royaume-Uni la Mallard tractant six voitures sur une voie dynamométrique à 203 km / h sur une voie descendant légèrement de Stoke Bank le 3 juillet 1938 Comme d'autre locomotive ( allemande américaines ou belge) ne se sont seulement qu'approcher de ce record il est considéré comme constituent la limite pour un train tracté à la vapeur

Pour finir quelle que model de locomotive à vapeur dans le monde