When looking at how steam locomotives work, you will frequently hear of the Venturi effect. This suction phenomenon has led to numerous industrial applications, and we find several of them on the steam locos. The entirely static mechanic makes it a really efficient system to work with fluids. We will circle around the loco to see what are these applications.
- Les injecteurs
Le système Venturi est à la base des injecteurs d'eau pour les chaudières. Il s'applique surtout à l'amorçage des injecteurs aspirants, c'est-à-dire pour aller chercher l'eau dans les réserves, la partie injection proprement dite ayant été découverte par Giffard puis expliquée et améliorée par plusieurs autres. D'autres articles reviendront sur ces injecteurs en détail, mais leur rôle est de faire entrer de l'eau à basse pression dans la chaudière à haute pression. L'effet Venturi n'est qu'un des effets mis en œuvre dans les injecteurs qui sont une combinaison remarquable de différents principes physiques en un seul appareil.
The injectors
The Venturi system is the basis of the boiler feed injectors. It applies mostly to the starting of the suction injectors, meaning to bring water from the tanks, the injection part being discovered by Giffard then explained and improved by several others. Other articles will deal with injectors in detail, but their role is to force low pressure water to enter a high pressure boiler. The Venturi effect is only one of the effects at work in the injectors, which are a remarkable combination of differents physics principles in a single device.
- L'échappement
A chaque phase d'échappement des pistons, la vapeur qui vient de travailler est rejetée à l'atmosphère par la cheminée. Cette dernière forme un cône divergent, tandis que l'échappement forme une buse situé dans l'axe de la cheminée. On a donc un système Venturi qui crée une dépression dans la boîte à fumée et augmente le tirage dans le foyer. Cela active la combustion du charbon, libère plus de calories, et allonge les flammes qui sont aspirées dans les tubes et augmentent encore l'échange calorique.
Comme ce système ne fonctionne qu'en marche, il active la combustion uniquement quand c'est nécessaire. A l'arrêt, ce système n'a aucun effet et ne chauffe ni ne consomme inutilement. La vapeur travaille donc deux fois pour un meilleur rendement.
The exhaust
After each piston stroke, the steam that worked is expelled to the atmosphere through the chimney. This chimney forms a divergent cone while the exhaust forms a nozzle in the chimney axis. We then have a Venturi system creating a depression in the smokebox, increasing draught in the firebox. This activates the coal combustion, liberates more calories, and elongates the flames which are sucked in the tubes for a better heat exchange.
As this system works only during travel, it activates the combustion only when it is needed. During stops, this system has no effect and does not heat or burn coal without purpose. The steam works a second time for better efficiency.
- Le souffleur
C'est un dispositif placé dans la boîte à fumée et qui envoie de la vapeur dans la cheminée en substitution de l'échappement. Il consiste en un tube annulaire, perforé vers le haut, qui entoure la buse d'échappement et forme un jet de vapeur en direction de la cheminée comme s'il s'agissait de l'échappement.
Le souffleur est surtout utilisé pour empêcher les retours de flamme lorsque la porte du foyer est ouverte pour y jeter du charbon. Il est fréquemment détourné pour augmenter le tirage lors de la phase d'allumage et limiter la fumée en cabine. Dans des conditions d'allumage défavorables, il est possible d'injecter de l'air comprimé dans ce circuit jusqu'à ce que la vapeur soit disponible.
The blower
It is a device placed in the smokebox, which sends steam in the chimney in place of the exhaust. It is a tubular ring, with a series of holes on the top side, surrounding the exhaust nozzle to form a steam jet towards the chimney as if it was coming from the exhaust.
The blower is mainly used to prevent backfire while the firebox door is open to add coal. It is frequently used also to increase the draught during the firing up phase to reduce smoke in the cabin. In unfavorable conditions, it is possible to inject compressed air in that circuit until steam is available.
- L'éjecteur
Il s'agit d'une pompe sans pièce mobile pour le transfert autonome de l'eau de ou vers la loco. Cela permet de faire le plein d'eau là où il n'y a pas de château d'eau, ou bien de transférer de l'eau d'un réservoir à un autre, là où il n'y a pas de pompe. Le système peut également alimenter une lance incendie.
The ejector
It is a pump without moving part for autonomous water transfer, from or to the loco. It allows to load water where there is no water tower, or to send water from one tank to another where there is no pump. This system can also feed a fire hose.
- Le frein à vide
Le système Venturi est capable de pomper de l'air, donc de créer une dépression. Celle-ci peut à son tour servir à actionner un système de freinage de la loco, dont le mécanisme est juste inversé par rapport à un système à air comprimé.
Les locomotives de type DFB n'étaient pas équipée d'origine de ce système de freinage, il ne sera donc pas décrit ici.
The vacuum brake
The Venturi system is able to pump air, so to create a depression. This depression can be used to actuate the loco brake system of which the mecanism is just reversed compared to the compressed air version.
The Brigadelok locomotives were not fitted with this system and it will not be discussed further here.
Le phénomène physique de l'effet Venturi et son application seront décrit dans un prochain article, vous avez d'ici là une petite idée de l'importance de cette notion dans le fonctionnement des locos à vapeur.
The physics phenomenon of the Venturi effect and its application will be described in an article to come, in the meantime you now have an idea of the importance of this principle in the steam locomotives operations.
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