Histoire de la machine à vapeur
Les premières machines à vapeur étaient fixes et fonctionnaient à basse pression. James Watt améliora la conception de Newcomen en introduisant un condenseur séparé et mit au point des solutions plus puissantes et plus efficaces, comme les machines à vapeur portatives. Avec les progrès réalisés dans la construction des chaudières, surtout après l’introduction de la chaudière mobile, il expérimenta la vapeur à plus haute pression, capable d’actionner directement le piston, ouvrant ainsi la voie à des machines plus compactes pouvant assurer la traction des locomotives. Watt obtint lui-même, en 1794, un brevet pour une locomotive à vapeur.
Avant même l’utilisation de la vapeur, on savait que les chevaux pouvaient tirer des charges plus lourdes sur de solides rails en bois que sur des routes irrégulières. À certains endroits, ces rails étaient déjà utilisés, notamment dans les zones minières, et les chevaux furent rapidement remplacés par les nouvelles machines à vapeur. Les chemins de fer, d’abord développés pour faciliter le transport des matières premières et des produits finis, séduisirent aussi le public de façon inattendue comme moyen de transport de voyageurs. Au Royaume-Uni, dans la première moitié du XIXe siècle, les locomotives ferroviaires connurent un développement rapide : dans les années 1830, il existait moins de 100 miles de lignes, alors qu’en 1860, on en comptait déjà plus de 10 000.
À la même période, de nombreux véhicules routiers à vapeur furent construits, comme des rouleaux compresseurs, des locomobiles et même des bateaux à vapeur. Toutefois, ces autres véhicules routiers à vapeur n’atteignirent jamais la même popularité que la locomotive à vapeur.
Comment fonctionne la chaudière d’une locomotive ?
La structure de base des chaudières de locomotives resta globalement inchangée pendant toute l’ère de la vapeur, tandis que des modifications de conception et des éléments supplémentaires en augmentèrent le rendement et améliorèrent la sécurité. Les chaudières de locomotives sont des chaudières à tubes de fumée.
Gaz chauds de combustion
Cela signifie que le feu génère des gaz chauds de combustion, qui traversent un réseau de tubes de fumée horizontaux de la chaudière, d’où la notion d’axe horizontal du corps cylindrique, et transmettent leur chaleur à l’eau environnante dans l’enveloppe de la chaudière. Dans la chaudière de la locomotive, la vapeur est produite puis monte vers la partie supérieure, où une vanne de régulation contrôle son débit vers les cylindres.
Vapeur d’échappement
Après avoir travaillé sur les pistons, la vapeur d’échappement résiduelle passe dans la boîte à fumée, puis dans le tube d’échappement. Le tube d’échappement rejette ensuite la vapeur vers l’extérieur. Cela crée une dépression partielle qui aspire l’air à travers le foyer et favorise la combustion.
À l’origine, la chaudière à vapeur de la locomotive était alimentée avec un combustible solide, principalement du charbon, chargé manuellement à la pelle dans le foyer ou la boîte à fumée. Des systèmes d’alimentation automatique furent ensuite introduits. L’alimentation en eau de la chaudière de la locomotive est assurée par des injecteurs fonctionnant selon le principe de l’entraînement par la vapeur d’échappement. Un jet de vapeur est envoyé dans l’eau, générant une force suffisante pour faire entrer la vapeur dans la chaudière de la locomotive à travers une vanne de régulation unidirectionnelle.
Pour la surface du plancher du foyer ou de la boîte à fumée, vous pouvez utiliser notre chape résistante à la chaleur.
Tubes de chaudière
Les premières machines à vapeur fonctionnaient en produisant de la vapeur saturée, qui s’accumulait dans la partie supérieure de la chaudière de la locomotive et était acheminée directement vers les cylindres par la conduite principale de vapeur.
Par la suite, la conception fut modifiée afin que cette vapeur saturée soit réchauffée une nouvelle fois, ce qui éliminait l’eau et augmentait sa température. Ce procédé est appelé surchauffe.
Machine à vapeur à vapeur surchauffée
Les surchauffeurs furent introduits au début des années 1900 et représentèrent une évolution majeure pour la machine à vapeur. Un surchauffeur se compose d’un collecteur de surchauffeur, d’un dôme de vapeur, de tubes d’éléments surchauffeurs et de plusieurs autres tubes de fumée.
Le collecteur de surchauffeur reçoit la vapeur produite par la conduite principale de vapeur, tandis que les tubes supplémentaires acheminent la vapeur à travers les tubes des éléments surchauffeurs pour un chauffage complémentaire, augmentant ainsi la puissance de la vapeur surchauffée produite. La vapeur surchauffée retourne ensuite dans la conduite de vapeur.
Les derniers trains à vapeur furent retirés du service régulier en 1967, lorsqu’ils furent remplacés par la traction diesel, mais la vapeur n’a certainement pas disparu. Des milliers de passionnés, dont beaucoup de bénévoles, continuent de soutenir, restaurer et exploiter des chemins de fer historiques à vapeur dans tout le pays. En 2008, une locomotive à vapeur appelée Tornado, construite à partir de zéro avec le soutien de l’A1 Steam Locomotive Trust, acheva ses essais et fut autorisée à circuler sur le réseau Network Rail. Bien qu’elle soit basée sur une conception des années 1950, la chaudière de la locomotive devait respecter les normes de sécurité modernes prévues par la directive européenne sur les équipements sous pression. Aucun constructeur britannique ne fut jugé adapté, c’est pourquoi la chaudière fut fabriquée dans les ateliers Meiningen Steam Locomotive Works, en Allemagne, devenus un centre de restauration des locomotives à vapeur et accueillant chaque mois de septembre un festival consacré aux machines à vapeur.
Avantages de la chaudière de locomotive
L’un des avantages de la chaudière de locomotive est son faible coût et sa grande rapidité de production de vapeur.
Inconvénients de la chaudière de locomotive
L’un des principaux inconvénients de la chaudière de locomotive est la nécessité de maintenir une pression de service sûre de la vapeur, contrôlée au moyen d’un manomètre, tout en évitant une pression excessive dans la chaudière, qui provoquerait l’ouverture de la soupape de sécurité.
Lorsque la chaudière de la locomotive fonctionne à forte puissance, des particules de combustible solide brûlé peuvent être expulsées par le tube d’échappement et la cheminée. Cela entraîne un risque d’incendie le long de la voie ferrée.
Un autre inconvénient de la chaudière de locomotive, surtout dans les zones où l’eau est dure, est le problème de corrosion et de formation de tartre.
Matériaux réfractaires utilisés dans la chaudière d’une locomotive
Les matériaux réfractaires jouent un rôle essentiel dans la construction et l’entretien de la chaudière d’une locomotive. Voici quelques matériaux réfractaires dont vous pourriez avoir besoin.
Voûte réfractaire du foyer
La voûte en briques réfractaires se trouve au-dessus du feu et sert à empêcher les particules de combustible brûlé d’entrer directement dans les tubes de fumée. Cette voûte peut être réalisée avec des briques réfractaires et du mortier réfractaire, ou formée sur place avec du béton réfractaire. Elle est parfois coulée en sections avec du béton réfractaire coulable, puis assemblée avec du mortier réfractaire.
Isolation de la chaudière de locomotive
Pour isoler la chaudière de la locomotive, vous pouvez utiliser une nappe en fibre céramique, en l’enroulant autour de l’enveloppe de la chaudière, puis en la recouvrant de tôles de bardage.
Coussinets
Pour la coulée de coussinets en métal blanc, utilisez notre produit Premium 1P comme produit de scellement et mastic d’étanchéité.
D’autres produits réfractaires sont disponibles dans la section Chemins de fer historiques
