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Looomotive à actionnement par turbine
La présente invention est relative aux locomotives à actionnement par turbine,et a pour but la réalisation d'une locomotive permettant un service tout particulièrement éco- nomique. En outre, il est possible, de la sorte, de réaliser une locomotive de grosse capacité. Dans ce bat, la locomoti-. ve conforme à l'invention est ainsiconstruite que le ren- dement de la tarbine est porté à sa valeur maximum, pour une vitesse de la locomotive inférieure à sa vitesse maximum admissible sar la voie, en fait une valeur de C.25 à 0,75 de ladite vitesse:Un but particulier de l'invention est la réalisation d'une locomotive à turbine économique sans con- dense or.
Dans les locomotives à turbine comportant un condenseur, connues actuellement, on s'état spécialement efforcé de réa- liser une économie en eau et à réduire la consommation en
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combastible. On a, entre temps, constaté que l'économie que @ l'on peut atteindre par l'emploi du condenseur, dans les pays où les frais de combustible sont relativement faibles, ne répond pas toujours aux frais d'établissement élevée, causée par l'adjonction.da condenseur.
Le condenseur a donc son intérêt le plus grand dans les pays où la réserve en eaa pare est faible, et où. l'on vise à obtenir une diminu- tion, ou l'élimination de la consommation 1 en eau, alors que dans les pays où la réserve en eau est abondante, et où les frais de combustible sont faibles, le condenseur n'a que peu ou. pas d'intérêt. On s'efforce de réaliser également une économie de combustible dans les pays où la réserve en com- bastible est grande, mais de telle manière que celle-ci se manifeste par une économie dans l'amortissement de la loco- motive.
Il n'a donc pas été possible, jusqu'à maintenant, de construire des locomotives actionnées par turbine, suscep- tibles de répondre dans tous les cas, à la recherche de l'é- conomie désirée.
La présente invention se- rapporte particulièrement à axe locomotive actionnée par turbine, construite sans condenseur, mais qui, par contre, est pourvue d'un générateur de vapeur relié par un surchauffeur à l'admission diane tarbine, sus- ceptiblede fonctionner avecde la vapeur sarchaaffée à
400 C. au moins, le générateur de vapeur étant convenablement construit en vue de la préssion élevée d'au moint 20 atm. à ldadmission de la turbine.
L'invention est représenté au dessin annexé où:
La figure 1 montre les courbes de puissance et de ren- dement de différents types de locomotives, et
La figure 2, deux coarbea de rendement différent pour une turbine de locomotive.
Les figures 3 et 4 montrent une locomotive conforme à l'invention, vue en élévation et vue de face, partiellement coupée.
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Les courbes données aux figures1 et 2 montrent le rapport pour les différents moteurs à vapeur, à pleine char- ge, et aux vitesses correspondantes. Dans la figure 1, sur laquellela vitesse de la locomotive est donnée en abscisses et la paissance du moteur à vapeur indiquée en ordonnées, la courbe A figure la puissance indiquée d'une machine à. piston à différentes vitesses de la locomotive. Jusqu'au point B, de la courbe correspondant à ane certaine vitesse B', la ma- chine à piston fonctionne avec alimentation constante et avec tins quantité de vapeur 'variable, alors que l'alimentation varie avec la vitesse de la locomotive, pour des vitesses plus élevées, en même temps que la quantité de vapeur reste constante.
La courbe montre que la puissance indiquée de la machine à piston, et par suite son rendement, croit avec la vitesse de la locomotive et atteint son maximum à la vitesse C' qui correspond à la plus grande vitesse admissible: de la locomotive soir la voie.
La courbe D est la courbe de puissance dtane turbine de locomotive établie conformément à l'invention, et tra- vaillant avec la même pression de départ et la même tempé- rature de départ que la machine à piston de la locomotive que l'on vient d'étudier; la courbe montre que la plus grande puissance est établie au point E. Par contre, la courbe G correspondant à la puissance indiquée dtane turbine de loco- motive, également conforme à l'invention, mais fonctionnant à une pression de départ plas élevée et une température de départ plus haute que les machines précédentes. La plus gran- de paissance est alors atteinte au point H.
De l'examen des @ deux dernières courbes, on déduit que lesvfortes puissances, et par conséquent les plas forts rendement sont obtenues aux vitesses E' et H', lesquelles sont inférieures à la vi- tesse maximum C' dont il a été question plus haut. Il y a lieu de remarquer à ce sujet que les courbes, qui donnent la puissance indiquée das turbines, sont établies en so basant
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sur une quantité de vapeur constante.
Dans les installations de force motrice à vapeur fixes, où la vitesse de la machine est toujours constante, et corres- pond à la vitesse maximum, le rendemant maximam do. moteur à vapeur doit être obtenu à sa vitesse normale, c'est-à-dire à sa vitesse maximum. Dans les locomotives, le moteur à va- pour doit répondre à d'autres exigences, du fait que celai- ci n'est actionné que hâtivement rarement à sa vitesse maxi- mum. La vitesse normale est située sensiblement en dessous de cette vitesse maximum, et varie d'ailleurs notablement.
En raison des considérations que l'on vient d'exposer, la tar- bine conforme à l'invention est construite de telle manière qu'elle a son point de rendement maximum dans là région des vitesses à laquelle elle est,actionnée en général. L'ex- périence montre que ces vitesses varient entra 1/4: et 3/4 de la vitessemaximum.
En vue de réaliser une turbine de locomotive .présen- tant les caractéristiques désirées, le carré de la vitesse divisé par la chute de température de la vapeur dans la tur- bine, doit donner un rapport plus grand que 2,8Q0 1. Par carré de la vitesse on entend ici le carré de la vitesse da chaque aube dans la turbine, et par @ de @@ tempé- rature on entend la chute de températo.re de la vapeur depuis l'admission de la turbins jusqu'à l'échappement.
La relation entre ces formules peut être écrite # #2/# et sera désignée par la suite comme : indice de la tarbine. Le carré de la vitesse # #2 doit, convenablement, être plas grand que 600.000. Dans les deux cas, !:. est mesuré en mètre par secon- de de vitesse absolue. La chute de température # est mesurée en calories.
Les courbes des turbines K et L, données à la figure 2, sont figurées en an système de coordonnées, la vitesse de la locomotive,étant portée en abscisses, et le rendement de la
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turbine en ordonnées. La courbe inférieure-K montre le rende- mant d'une tarbine dans laquelle il n'a été tenu compte des
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pestes par chocs as manifestant dans le système dtaubes, alors que la courbe supérieumL montre le rendement après que l'on a tenu canpte de ces portos. On voit par cette cour- be que l'indice 2.800 répond à une certaine vitesse M'.
Si la vitesse est plus grande que M', par exemple C', l'indice est plus grand que 2.800, et sila vitesse est plus faible que M', 1 t indice est plus petit que 2.800. Ainsi si on uti-
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lise pour l'actionnernernt de la locomotive une turbine dont l'indice est plus petit que 2.800, son rendement maximum sera reporté à la vitesse, maximum de la turbine, à c;ondi- tion que le système d'al1bes soit construit en vue da ronde- ment maximum, et qu'aucune perte par choc inutile ne se ma- nifeste.
La courbe de rendement va donc arbitre jusclatà une valeur limite correspondant à la vitesse maximum de la tur- bine, ou, en d'autres termes, il n'y a par exemple qu'une
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portion de la courbe. à gauche de Mt, sur le dessin qui sera à considérer, et la vitesse M' recevra une valeur qui cor- respondraà la vitesse maximum de la turbine.
On sait que les aubes de turbines à vapeur doivent ajours être construites de telle manière que leurs angles d'attaque répondent à la vitesse normale des aubes. Dans les turbines, de locomotive, les vitesses varient notablement et il est, par conséquent, important d'adopter un type dtaubes qai pourra être utilisé sans porte sensible, en raison de la formation de tourbillons, pour des angles d'at- taque variant de façon importante. On connaît fine aube pré- sentant ces avantages et qui offre au flax de vapeur une arête arrondie, de sorte que cette aube, en ce qui concerne sa forme et son mode d'action, peut être comparée aux surfa-
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ces portantes dtan avion, c'est-à-dire que le flux de vapeur suit les parois de l'aube sans création de-remoas.
La courbe K, dans la figure 2, est basée sur @@ l'utilisation de telles
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aabes, et l'on y voit que la différence entre les eoarbes
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K et L est très faible, en particulier aax vitesse's normales. Une telle turbine doit, convenablement, être réglée pour une attaqae partielle. Les aubes de ce type ont été décrites
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dans le brevet français n 64:0.713 du. 9 septembre 1937.
On a représenté, aax figures 3 et 4, une locomotive @ comportant ane turbine à haate pression, sans condenseur, conforme à l'invention. Dans ces figures ,1 montre le géné- ratear de vapeur de la locomotive, 2 son foyer, 3 le loge-
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ment da.-machinist'3. 4 le tender, 5 le carter da sarchaaffear, 6 les parties visibles des oerpentins du. surchauffeur, 7 la tuyauterie de vapeur reliant le génératear et le sarcheuf- fear, 8 la tayaaterie de vapeur entre le surchauffeur et la tarbine 9. La transmission s'avi'ectae au. moyen d'un ré- dactear de vitesse à engrenages 10 de type connu, dans le- quel le renversement de marche est obtenu par la mise en prise d'an pignon denté additionnel 11 . La transmission comporte ane bielle 12 reliant an axe de renvoi aax roues motrices 13.
La vapeur d'échappement de la turbine 9 est conduite à an éjecteur 14 assurant l'évacuation des gaz de combustion par la cheminée 15, En outre, la vapear d'é-
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clappement peut encore être conduite, par une tuyauterie 18 jasqa'à an réchaufèur d'eau, d'alimentation 19, et à an point situé au-dessus de la grille 20 dans le foyer 2, où elle est introduite, de manière connue, par pulvérisation.
Conformément à des réalisations déjà. existantes, la
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turbine 9 est mobile par rapport aa rédactea.r à engrenage mais, par contre, rigidement reliée, par la tayaaterie d'é-
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chappement de vapear 16, à la partie ontérieare da généra- tour de vapear, oa à la boite à famée 17. Comme le montre la figure 2, la tarbine est placée latéralement par rapport -au rédacteur à engrenages 10, disposé sous la boite à
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famée 17.
Du fait que la vapaar est sarchaaffée jasqatà 400 C. au moins, il est possible, avec emploi d'une turbi-
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ne à vapeur, de tirer parti du. combustible d'une façon assez avantageuse, pour que lton réalise une économie dadit com- bastille, économie qui, da fait que la surchauffe est poas- sée très loin, et en particulier lorsqaton adopte une pres- sion plus haute que 20 atm. dans;'le générateur de vapeur, répond à l'économie que l'on pouvait réaliser en conduisant
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la vapear d'échappement à an condansear.
L'économie obtenae ne sera donc pas contre-balancée par la plus-value due aux frais d'établissement d'an condanseur, de sorte qu'une loco- motive à turbine conforme à l'invention, est plus écnnomi- que à ltasage que les locomotives des autres types usuels connus.
On conçoit que l'invention peut également être appli-
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qaée aux locomotives qui sont pourvues d'ans turbine de mar- che arrière ¯au lieu d'an renvoi réversible. Par l'expression "sans cono.enseurt', on entend un condensaar de dimension tel- le qa'il est susceptible d' abssrber la totalité de la vapeur d'échappement de la turbine.
On peat, par exemple, imaginer le cas où en prévoit sur la locomotive un petit condensear où une partie de la vapeur d'échappement est condensée , par exemple, la vapeur provenant d'une machine auxiliaire quelconque.