Une étrange vapeur à SAINTES - A strange steam at SAINTES

Dans le monde de la vapeur tout est possible en matière de technique. Pour vous en donner la preuve, nous allons nous rendre dans la ville de SAINTES en Charentes. 
   In the world of steam machines anything is possible in terms of technique. To give you proof of that, we will go to the city of SAINTES in Charentes.

Cette belle ville est connue, entre autres, pour ses vestiges romains mais aussi pour son importance ferroviaire.
   This beautiful city is known, among other things, for its Roman remains but also for its railway importance.

L'arc de triomphe -The Triumphal Arch

La locomotive que nous allons voir se situe à côté de l'établissement d'exploitation et du Technicentre de la SNCF.  Les bâtiments SNCF pour l'exploitation sont d'une architecture typique du siècle passé avec cette grande façade imposante, clôture avec grille en fer forgé et son horloge que l'on ne peut manquer.

The locomotive we are going to see is located next to the SNCF operating facility and Technicentre.  The SNCF buildings for operation are of a typical architecture of the past century with this large imposing façade, fence with wrought iron gate and its clock that cannot be missed.

  

Les locomotives "pot de fleur" sont souvent intéressantes car elles ont souvent des particularités. La 020 qui est présentée a une livrée avec de belles armoiries - celles de la ville de SAINTES - et ce n'est déjà pas courant. Sa physionomie, avec sa soute à charbon et ses 3 fenêtres, laisse déjà présager qu'elle est étrangère.

Static locomotives are often interesting because they often have peculiarities. The 040 that is presented  with beautiful coats of arms - those of the city of SAINTES - and this is already not common. Its appearance, with its coal tank and 3 windows, already suggests that it is foreigner.

La 020 vue de derrière - The 040 rear view

Les armoiries de la ville de SAINTES - The coat of arms of the city of SAINTES

Il y a une plaque descriptive juste à côté et là c'est la première surprise car cette loco est allemande!

There is a descriptive plate next to the loco and there is the first surprise because this loco is German!

Plaque descriptive - Information plate

Il est fait mention du maire de l'époque mais pourquoi le choix de cette loco allemande ?  Le site Internet "patrimoine ferroviaire français" (lien ici) donne quelques précisions intéressantes sur son origine. Le constructeur est bien Jung et la machine est immatriculée sous le n° 13874. Ce constructeur a également fabriqué une centaine de Brigadelok. Par contre sa date de fabrication n'est pas certaine. Il semble probable que cette locomotive ait été importée et utilisée à la fonderie de Ruelle sur Touvre (Direction des Constructions Navales). En la regardant d'un peu plus près, on une étrange impression, comme s'il s'agissait d'un gros jouet.

It is mentioned the mayor of the time but why the choice of this German loco?  The website "French railway heritage" (link here) gives some interesting details about its origin. The manufacturer is indeed Jung and the machine is registered under the number 13874. This manufacturer also manufactured a hundred Brigadelok. However, its production date is not certain. It seems likely that this locomotive was imported and used at the "Ruelle sur Touvre" foundry (Direction des Constructions Navales). Looking at it a little closer, you get a strange impression, as if it were a big toy.

La loco vue de face - The loco from the front

Les caisses à eau ont l'air bien mince par rapport au corps de chaudière. Idem pour la hotte à charbon. Deuxième surprise, les cylindres sont à l'arrière. Décidément cette machine n'est pas comme les autres. En cherchant un peu dans les fabrications de l'usine Jung, on peut trouver des locomotives du même type datant de 1921 et 1922. Elles fonctionnaient avec de la vapeur stockée! Ceci expliquerait les caisses à eau, la hotte à charbon et la cheminée factices. 

The water tanks look very thin compared to the boiler body. Same goes for the coal tank. Second surprise, the cylinders are at the back. Decidedly this machine is not like the others. Looking a little in the manufactures of the Jung factory, we can find locomotives of the same type dated 1921 and 1922. They worked with stored steam! This would explain the water tank, the coal tank and the dummy chimney. 

Vue du cylindre juste en dessous de la cabine/View of the cylinder just below the cab

Il n'y a pas de boite à feu non plus. Ce type de machine présente quand même un certain nombre d'avantages comme une facilité de mise en oeuvre et d'entretien, une bonne capacité (rapport poids/volume). Au bout de 6 à 8 heures, il faut remplir à nouveau le réservoir.

There is no firebox either. This type of machine still has a number of advantages such as ease of implementation and maintenance, good capacity (weight-to-volume ratio). After 6 to 8 hours, the tank must be refilled.

Avec tous ces éléments, il n'est pas surprenant que cette locomotive à stockage de vapeur ait été utilisée dans un environnement particulièrement sensible (armement à la DCN) et c'est bien la preuve que la vapeur est un domaine plein de surprises et pas si dépassé que ça si on considère l'aspect environnemental.

With all these elements, it is not surprising that this steam-storage locomotive was used in a particularly sensitive environment (armament factory such as the DCN) and it is proof that steam is an area full of surprises and not so outdated if we consider the environmental aspect.

Bilan patrimoine 2020 heritage days aftermath

Cette année a été une double première: pour nous et pour l'AECFM, c'était la première participation à ces journées spéciales d'ouverture gratuite au public pour faire découvrir nos matériels historiques.
   This year has been a double premiere: for us and the AECFM, it was our first attendance to these special days of free opening for the public to discover our historic equipments.

 

Pour l'association, seul le caractère gratuit est une nouveauté, car il y a déjà eu d'autres événements publics à Rillé, et même des nettement plus importants en termes d'organisation et de fréquentation. Pour nous, à part une expo sur un salon de collectionneurs, c'est une découverte totale.
   For the association, only the free entrance was new because there were other public events at Rillé, even some significantly larger in terms of organization and attendance. For us, aside from a collections exhibition, it is a total discovery.

Ce dimanche a été l'occasion d'essayer un présentoir pliant acheté d'occasion et d'y accrocher des visuels imprimés sur bâche. L'effet est très satisfaisant mais se limite pour l'instant à deux panneaux pour neuf emplacements. Le reste a donc été équipé des panneaux d'origine montés à l'envers, ce qui explique leur forme bombée alors qu'ils devraient au contraire accompagner la forme courbe du support.
Les bâches imprimées ont été un pari, nous ne savions pas si les photos auraient un bon rendu, c'est heureusement le cas et nous pouvons maintenant lancer la réalisation des autres panneaux.
   This sunday has been the occasion to try a used folding booth and to fit it with visuals printed on canvas. The effect is very satisfactory but is limited for now to two panels for nine frames. The rest was thus fitted with the original posters reversed, that explains their convex shape while they should follow the curve of the stand.
The printed canvas were a bet, we did not know if the pictures would render well, fortunately it is the case and we can now go on for the remaining panels.

Incomplet mais déjà en service
Incomplete but already in use

Pour occuper la surface blanche, un vidéoprojecteur de récupération a servi à y afficher un diaporama, le même que celui du cadre photo numérique qui était posé sur la loco. On remarque à l'occasion que la projection devient difficile à lire quand il y a beaucoup de lumière extérieure, et que la seule orientation qui permet un affichage acceptable n'est pas dirigée vers les visiteurs. Un écran vidéo sera nettement plus adapté à cet exercice quand les autres panneaux seront imprimés.
   To fill the large empty white surface, a reclaimed videoprojector was used to display a diaporama, the same as on the digital photo frame placed on the loco. We remark then that projection is difficult when there is a lot of light from outside, and the only working orientation is not towards the entering visitors. A video screen will be far more suitable for display when the other panels will be printed.

Le diaporama attire les regards
The diaporama catches the attention

L'expo elle-même s'est très bien passée, mais trop vite !
C'est très intense car dès le premier train qui dépose ses passagers, un gros groupe arrive dans la rotonde et est pris en charge par le guide. Quelques membres de l'association encadrent les visiteurs pour répondre à leurs questions et assurer leur sécurité sur un site qui présente pas mal de risques de chute.
Pour le coup, la visite guidée par le très efficace Jules prend le pas sur l'ensemble du groupe, mais quelques personnes s'intéressent cependant à notre machine et posent des question. Notre ami Alain nous fait une promo redoutable et nous amène des visiteurs très réceptifs auxquels nous expliquons notre démarche et surtout la difficulté à financer la restauration des matériels anciens.
La conversation ne peut malheureusement durer bien longtemps car le train revient nous enlever nos interlocuteurs et nous en apporter de nouveaux. C'est du non-stop tout l'après-midi, ce qui ne laisse même pas le temps de prendre des photos. L'important est d'informer les gens et de leur remettre le prospectus qui présente ce blog pour nous faire connaître. C'est d'ailleurs un moyen de prolonger leur visite !
   The exhibition itself went very well, but too fast !
It is very intense, since the first train brings its passengers, a large group arrives in the roundhouse and is led by the guide. Some members of the association are around to answer their questions and insure safety on a site with many fall hazards.
For instance, the guided tour with the efficient Jules takes precedence over the whole group but some peoples get interested in our machine though and ask questions. Our friend Alain makes a redoubtable promo for us and brings some very receptive visitors to which we explain our endeavour and the difficulties of fincancing the restoration of ancient equipments.
Unfortunately, the discussion can not last for long because the train is back again to take our visitors away and bring new ones. It is non-stop all the afternoon, whiche doesn't leave us enough time to take photos. The important is to inform the peoples and give them our flyer about this blog to present ourselves.
After all, it is a mean to prolong their visit !

Une partie du matériel exposé
A part of the exposed equipment

Au total en fin de journée, la gare a compté 220 voyageurs dont une grande partie est venue visiter nos installations. Pour l'association comme pour nous, c'était là une occasion de toucher un public un peu différent, qui ne sort que pour les journées du patrimoine ou n'a pas les moyens de payer l'accès à des expos pour une famille nombreuse. C'est un vrai plaisir de leur offrir cette découverte.
Pour les membres participants à cette expo, l'expérience est une agréable surprise car on ne savait pas du tout à quoi s'attendre en termes de fréquentation, avec assez peu de promotion et une météo annoncée comme plutôt mauvaise et qui au contraire s'est révélée favorable. C'est donc avec une envie de remettre ça l'année prochaine que nous avons rangé tout le matériel en fin de journée, avec des idées en tête pour faire mieux la prochaine fois.

   In total at the end of the day, the station has counted 220 passengers, most of them visited our premises. For the association and for us, it was an opportunity to get in touch with a different public, only visiting on heritage days or unable to afford the fees for a complete family. It is a real pleasure to offer them this discovery.
For the members attending this event, the experience is a pleasant surprise because we didn't know what to expect in number of visitors, with few advertisement and poor weather forecast which finally turned to be favorable. So it is with sincere hope to do this again next year that we tidy up everything the evening, with some ideas to improve next time.

La veille, les machines ont été sorties pour dépoussiérage
The day before, the machines were out to remove dust

Merci aux bénévoles qui ont participé à l'organisation de cette exposition, et merci à tous les visiteurs qui sont venus découvrir notre travail.
   Thanks to the volunteers which contributed to organize this exhibition, and thanks to all the visitors that came to discover our work.

 

 

 

Principes d'un moteur à vapeur Partie 2 - Steam engine principles part 2

Suite de notre description des principes d'un moteur à vapeur et de sa chaudière. Nous avions calculé la quantité de vapeur et vous vous demandez à quoi cela va nous servir? La réponse est dans les lignes qui suivent.

   Following our description of the principles of a steam engine and its boiler. We calculated the amount of steam and you wonder what it will do for us? The answer is in the following lines.

E - Surface de chauffe / Heating surface

Il faut préciser que Qv (volume vapeur) est de 7,68 m3 par minutes.
A la pression absolue on va déterminer la densité de vapeur correspondante. Puis on calculera l'évaporation par minute et enfin on pourra déterminer la surface de chauffe.

   It should be noted that Qv (steam volume) is 7.68 m3 per minute.

At the absolute pressure we will determine the corresponding vapor density. Then we will calculate the evaporation per minute and finally we can determine the heating surface.

1- Pression absolue = Pression atmosphérique + Pression chaudière = 1 + 15 = 16 bars
Cette pression est 16 fois la pression atmosphérique. Pour faire une comparaison cela correspondrait à une profondeur de 150 m sous l'eau.

   1- Absolute pressure = Atmospheric pressure + Boiler pressure = 1+15 = 16 bars

This pressure is 16 times the atmospheric pressure. To make a comparison this would correspond to a depth of 150 m underwater.

A cette pression la densité de vapeur (g/dm3) est calculée par une formule assez compliquée à expliquer (0,68 x P + 0,09, avec P (en mètre de mercure) = 0,76 x P absolue). Bref, cela donne 8,35 g/dm3

   At this pressure the density of steam (g/dm3) is calculated by a formula quite complicated to explain (0.68 x P + 0.09, with P (in meter of mercury) =0.76 x absolute P). In short, it gives 8.35 g/dm3

2- L'évaporation par minute est facile à calculer. C'est la multiplication de Qv par la densité de vapeur. Cela nous donne 64 128 dm3 par minute

   2- Evaporation per minute is easy to calculate. This is the multiplication of Qv by the density of steam. That gives us 64,128 dm3 per minute

3- La surface de chauffe se calcule en divisant l'évaporation par le taux moyen de vapeur (40 kg/m2/h, ce chiffre provient d'un manuel de la SNCF) et cela donne 16,032 m2.

   3- The heating surface is calculated by dividing the evaporation by the average rate of steam (40 kg/m2/h, this figure comes from a SNCF manual) and this gives 16,032 m2.

Sur ce rapport de visite de la Brigadelok, on peut lire que la surface de chauffe est de 16 m2.

   On this inspection report of the Brigadelok, we can read that the heating area is 16 m2.

Rapport de visite
Inspection Report

Nous avons franchi des étapes importantes et pas toujours faciles afin de vous donner une idée du dimensionnement d'une machine à vapeur. Nous allons souffler un peu en regardant de plus près la soupape de sécurité.
   We have crossed important and not always easy steps to give you an idea of the size of a steam engine. We're going to take a breathe while having a look at the safety valve.

Soupape de sécurité - Safety valve

La soupape est un élément de sécurité incontournable. 

   The relief valve is an essential safety feature.

Dessin de la soupape d'une locomotive SNCF
Drawing of the relief valve of a SNCF locomotive

Celle-ci est on ne peut plus simple. On la règle en serrant le ressort au moyen d'un écrou. Pour "tarer" la soupape, il faut un manomètre.

Le corps de chaudière et la soupape sont éprouvés à l'aide d'un banc de test spécialement conçu pour cela.

   This one is as simple as it can be. It is adjusted by squeezing the spring with a nut. To calibrate the valve, a pressure gauge is required.

The boiler body and valve are tested using a test bench specially designed for this.

Ci-après, une photo de la petite soupape de la chaudière de notre petit moteur à vapeur.

   Below is a picture of the small valve in the boiler of our small steam engine. 

Soupape de sécurité
safety valve

Maintenant que nous avons de la vapeur et un mécanisme de sécurité, nous allons pouvoir l'utiliser pour faire fonctionner notre moteur et notre locomotive.
   Now that we have steam and a safety mechanism, we will be able to use it to operate our engine and locomotive.

Fonctionnement du moteur - How the engine works

Distribution, admission, échappement, sont des termes qui ont quelque chose de familier pour vous, mais que représentent-ils dans le monde de la vapeur?

   Distribution, admission, exhaust, are terms that have something familiar to you, but what do they represent in the world of steam?

La distribution est une opération qui consiste à envoyer, c'est à dire distribuer, la vapeur tantôt sur une face du piston, tantôt sur l'autre face de façon à faire mouvoir le piston dans le cylindre. Il faut aussi évacuer du cylindre la vapeur qui vient d'y travailler, sans quoi cette vapeur s'opposerait au mouvement du piston.   

Le mécanisme qui permet de réaliser cette opération est appelé tiroir (l'image du tiroir va vous aider à comprendre facilement). La particularité est qu'il existe deux formes de tiroirs ! Ainsi, il y a le tiroir plan et le tiroir cylindrique. Nous avons retrouvé un petit schéma (cours SNCF datant de 1943) pour illustrer tout cela.

   Distribution is an operation that involves sending, i.e. distribute, steam sometimes on one side of the piston, then on the other side in order to move the piston in the cylinder. It is also necessary to remove from the cylinder the steam that has just been worked in it. Without this, that steam would oppose the movement of the piston.   

The mechanism for doing this is called a drawer (the drawer image will help you understand easily). The peculiarity is that there are two forms of drawers! So there's the plan drawer and the cylindrical drawer. We found a small diagram (SNCF course dated 1943) to illustrate all this.

Schémas de fonctionnement des 2 types de tiroirs
Schematic diagram of the two types of drawers

Les flèches sur les diagrammes indiquent la circulation de la vapeur. La figure de gauche représente le déplacement du piston de la gauche vers la droite. La figure de droite  représente le déplacement du piston de la droite vers la gauche. La vapeur passe par des trous appelés lumières. En fonctionnement tout cela donne un son caractéristique qui a rendu les machines à vapeurs célèbres !

   The arrows on the diagrams indicate the circulation of steam. The figure on the left represents the movement of the piston from left to right. The figure on the right represents the movement of the piston from right to left. Steam passes through holes called steam inlet and outlet. In operation all this gives a characteristic sound that made the steam engines famous !

Revenons à notre petit moteur à vapeur pour observer de plus près les mouvements. Ceux-ci sont décomposés en phases. Dans cette première phase le moteur est au point mort haut. Le piston et la bielle sont font un angle nul avec le volant.

   Let's go back to our little steam engine to take a closer look at the movements. These are divided into phases. In this first phase the engine is at the top dead point. The piston and the rod are making a zero angle with the flywheel.

Vue du moteur oscillant et sa chaudière en première phase

View of the oscillating engine and its boiler in the first phase

Le sens de rotation du volant est celui des aiguilles d'une montre. 
A partir de 10°, le perçage du cylindre est tangent à celui d'admission du bâti. Ceci permet à la vapeur de rentrer dans le cylindre.

A 80° de rotation, on a la position extrême de l'oscillation. Il  faut atteindre un angle de 180° pour que l'admission soit terminée. 

A 190 °, on commence la phase d'échappement. Le perçage du cylindre est tangent avec celui de l'échappement. Ce dernier est au point maximum à 280°.

   The direction of rotation of the steering wheel is clockwise. 

From 10 degrees, the drilling of the cylinder is tangent to the admission of the frame. This allows the steam to enter the cylinder.

At 80 degrees of rotation, we have the extreme position of the oscillation. You have to reach a 180 degree angle for the admission to be completed. 

At 190 degrees, we start the exhaust phase. The drilling of the cylinder is tangent with the exhaust. The latter is at the maximum point at 280 degrees.

Vue du moteur oscillant et sa chaudière en dernière phase

View of the oscillating engine and its boiler in the final phase

Comment calculer ? - How do I calculate?

Oui, on peut calculer tout cela en détail mais c'est fastidieux. Il est même nécessaire d'utiliser un tableau de calcul pour éviter les mauvaises surprises. Il y a deux façons de le faire.

La première méthode est de le faire avec les formules étape par étape.

La seconde méthode est d'utiliser un fichier Excel de calcul sur ordinateur.

   Yes, you can calculate all this in detail but it is tedious. It is even necessary to use a calculation table to avoid unpleasant surprises. There are two ways to do it.

The first method is to do this with step-by-step formulas.

The second method is to use an Excel spreadsheet.

Quel que soit votre choix, il faudra définir :

• le diamètre du cylindre, 
• la vitesse admissible de la vapeur, 
• la fréquence de rotation du moteur
• la pression de service

Le club Vapeur 45 a fait un excellent travail en préparant cette feuille de calcul que vous pourrez trouver en cliquant  ici.

   Whatever you choose, you'll have to define:

The diameter of the cylinder, 

The allowable speed of steam, 

The frequency of engine rotation

Service pressure

The Vapeur45 Club has done a great job in preparing this spreadsheet that you can find by clicking  here.

En vidéo - On video:

Pour voir ce que cela donne en dynamique, nous vous proposons deux vidéos :
    To see what it looks like in dynamics, we offer two videos:

Vidéo_1 : Démarrage du moteur et montée en régime. Cliquer  ici
Vidéo_1: Engine start-up and throttle. Click here

Vidéo_2 : Régime nominal et vue de côté. Cliquer  ici

Vidéo_2: Nominal speed and side view. Click here

Merci à Guillaume d'avoir fait le test !

Thanks to Guillaume for making the test !

Journées Patrimoine 2020 Heritage days

En cette année très particulière, nous saisissons l'occasion, longuement attendue, de participer aux journées du patrimoine les 19 et 20 septembre 2020 à la rotonde du chemin de fer de Rillé.
   In this very special year, we take the opportunity, long awaited, to attend the heritage days on september 19th and 20th 2020 at the roundhouse of the Rillé railway.

 

Pour notre première participation, on se limitera à une action à notre portée, il faut d'abord qu'on évalue l'organisation et l'impact pour savoir ce qu'on pourra faire de mieux la prochaine fois.
Le projet actuel est de sortir un maximum de matériel roulant du dépôt et de le disposer à la vue des visiteurs sur les voies rayonnantes autour du pont tournant de la rotonde. Dans celle-ci, quelques panneaux illustrés raconteront l'histoire de l'AECFM et un guide accueillera les visiteurs. De notre côté, nous envisageons d'installer une table avec un diaporama détaillant nos travaux, et une projection de nos vidéos pour faire la promotion de ce blog et de notre chaîne youtube.
   For our first attendance, we will stick to an action level we can afford, we must first evaluate the organization and the impact to know how to improve next time.
The current project is to get a maximum of rolling stock out of the depot and to place it on the radial tracks around the turntable of the roundhouse. Inside, some displays will show the visitors the history of the AECFM and a guide will welcome the visitors. From our side, we will set a table with a diaporama about our work and a projection of our videos to promote this blog and our youtube channel.

A priori, le train ne circulera que le dimanche, avec visite du dépôt pour les passagers des trois premiers trains. Il y aura peut-être du monde pour accueillir d'éventuels visiteurs de passage le samedi mais c'est vraiment le dimanche que tout se passera, avec pas mal de manoeuvres le matin pour tout mettre en place.
Faut-il le préciser, l'accès sera entièrement gratuit, les billets servant aux statistiques de fréquentation. Accès par la gare et le train le dimanche, direct au dépôt pour ceux qui tenteraient leur chance samedi.
    A priori, the train will only run on the sunday, with access to the depot for the three first trains. Maybe there will be some peoples there too on saturday to welcome eventual visitors passing by, but the action will mostly take place on sunday. There would be a significant amount of shunting to get the engines in place.
Needless to say, the access will be totally free, the tickets will serve for statistic purposes. Access by the station and the train on sunday, direct to the depot for those taking their chance on saturday.

On vous attend avec impatience.
   We are impatiently waiting for your visit.

 

Principes d'un moteur à vapeur Partie 1 - Steam engine principles part 1

La vapeur est un domaine très complet et il faut parfois se plonger dans la théorie pour mieux comprendre ce qu'il se passe lorsque l'on est en cabine. Il y a de bons ouvrages de référence sur le sujet (dont certains de la SNCF) et des stages "découverte" organisés par des associations (ex: voir site AECFM). Une autre approche consiste à réaliser des petites machines à vapeur simples non seulement pour bien intégrer les principes mais surtout pour les mettre en pratique. C'est ce que j'ai fait, il y a déjà quelques années lors d'un stage organisé par le club de vapeur vive Vapeur 45 (voir site Vapeur_45).

   Steam is a very complete domain and sometimes you have to go into theory to better understand what happens when you are in the cabin. There are good reference books on the subject (including some from SNCF) and "discovery" training courses organized by railways clubs (e.g. see AECFM website). Another approach is to make small, simple steam engines not only to understand the principles but above all to put them into practice. That's what I did a few years ago during a training organized by the Steam Club Vapeur 45 (see website Vapeur_45).

Le moteur oscillant/The oscillating engine

C'est le moteur le plus simple mais assez complet pour un apprentissage. Il a trouvé plus d'applications dans les bateaux à vapeur et machines industrielles que dans le ferroviaire.  En fait, il y a 3 types de moteurs oscillants. Le premier type est le cylindre oscillant soit à simple effet soit à double effet. Le second type est à distribution par tiroir plan. Le troisième type est à tiroir cylindrique.

   It is the simplest engine but complete enough for learning. It has more applications in steamboats and industrial machinery than in railways.  In fact, there are three types of oscillating engines. The first type is the oscillating cylinder either with single effect or double effect. The second type is distributed by plan drawer. The third type has a cylindrical drawer.

Nous allons voir d'un peu plus près quels sont les principes mis en œuvre avec ce moteur oscillant simple effet.

   We will take a closer look at the principles implemented with this simple oscillating engine effect.

Le principe et les contributeurs/The principle and contributors

Lorsque l'on joue avec la vapeur vive, on met en œuvre un nombre remarquable d'éléments et de grandeurs physiques. Ainsi nous allons utiliser entre autres :

- Les combustibles,
- La chaleur,

- La pression,
- La vaporisation,

- La densité de vapeur,

- Le travail mécanique,

- La vitesse de circulation la vapeur.

   When playing with live steam, an amazing number of physical elements and rules are implemented. So we will use among other things:
- Combustibles,
- The heat,
- Pressure,
- Vaporization,
- The density of steam,
- Mechanical work,
- The steam's speed of circulation.

Le principe/The principle

S'il vous faut retenir un principe c'est celui qui suit:

Un moteur à vapeur ne fonctionne jamais seul. Il est indissociable de sa chaudière et de son brûleur. Tous doivent être dimensionnés en tenant compte de leur contraintes respectives.

   If you need to remember one principle, it's the following one:
A steam engine never works alone. It is inseparable from its boiler and burner. All must be sized with their respective constraints in mind.

Les contributeurs/Contributors

Les contributeurs de cette longue chaîne sont :
- l'eau,
- le combustible,
- l'huile vapeur,

   Contributors to this long chain are:
- water,
- fuel,
- steam oil,

L'eau qui est contenue dans la chaudière et qui dans les bonnes conditions forme de la vapeur. Lorsque la vapeur atteint une certaine pression et densité en fonction de la température, un équilibre se forme et la vapeur est dite saturée.

   The water that is contained in the boiler and which in the right conditions forms steam. When the steam reaches a certain pressure and density depending on the temperature, there is a balance and the steam is said to be saturated.

Pour cela, il faut un combustible. On pense tout de suite au charbon parce qu'il a un très bon pouvoir calorifique (exprimé en MégaJoule par kg, MJ/kg). En fait, pas vraiment. Comparez-le à l'alcool (éthanol) vous obtiendrez un peu moins avec la meilleure qualité de charbon. Comparez-le au butane/propane et vous aurez un pouvoir multiplié par 2 pour ces derniers.
Le charbon c'est surtout aucun risque au remplissage dans un foyer ou brûleur et un risque faible au fonctionnement.

   To do that, you need a combustible. We immediately think of coal because it has a very good calorific power (expressed in MegaJoule per kg, MJ/kg). Actually, not really. Compare it to alcohol (ethanol), you will get a little less with the best quality of coal. Compare it to butane/propane and you will have twice the power for these.
Coal is above all no risk when filling a fireplace or burner and a low risk during operation.


Pour notre démonstration nous allons utiliser de l'alcool à brûler. C'est simple au remplissage mais cela peut être dangereux en fonctionnement.

Quant au gaz, on utilise assez couramment un mélange de butane et de propane pour les locomotives à vapeur vives en modèle réduit. C'est délicat à l'allumage mais c'est très efficace!

   For our demonstration we will use methylated spirits. It's simple to fill but it can be dangerous in operation.
Gas is fairly commonly used as a mixture of butane and propane for model live steam locomotives. It's tricky to the ignition but it's very effective!

L'huile vapeur est une huile épaisse d'une qualité telle que l'on peut soit la mettre dans un graisseur (que nous n'avons pas ici) soit dans la chaudière (quelques gouttes suffisent) pour huiler les parties mobiles.

   Steam oil is a thick oil of such quality that it can either be put in a greaser (which we don't have here) or in the boiler (a few drops are enough) to oil the moving parts.

Huile vapeur/Steam oil

Détails de la chaudière et du moteur/Boiler and engine details

Nous avons affaire à un ensemble et pas seulement à un moteur à vapeur. Dans la vue ci-dessous, vous pourrez voir la chaudière avec sa soupape de sécurité, le moteur oscillant sur son bâti, le volant qui forme le vilebrequin.

   We are dealing with an entire system and not just a steam engine. In the view below, you can see the boiler with its safety valve, the engine oscillating on its support, the flywheel that forms the crankshaft.

Vue du dessus du moteur/View from the top of the engine

Pour faire simple et efficace, le brûleur est réduit au minimum (moins de 10 cm3) mais cela est suffisant pour chauffer le volume petit d'eau (moins de 90 cm3) contenu dans le corps de chaudière cylindrique. Ce dernier est en cuivre et les plaques d'extrémités sont maintenues à l'aide d'un tirant. L'ensemble a été soudé avec de la brasure argent.
   To make it simple and effective, the burner is kept to a minimum (less than 10 cm3) but this is enough to heat the small volume of water (less than 90 cm3) contained in the cylindrical boiler body. The latter is made of copper and the end plates are held with a tie rod. The whole thing was soldered with silver brazing.

Vue de la chaudière et du petit brûleur/View of the boiler and the small burner

Le corps de chaudière est monté sur un châssis qui va permettre de positionner le brûleur juste en dessous. Ce châssis a une forme adaptée. D'un côté, il y a des trous pour la circulation d'air et le haut est rabattu pour faire un effet cheminée et mieux répartir la chaleur sur le corps de chauffe.
Pour la récupération de la précieuse vapeur, il y a un petit tube en cuivre de diamètre 3/2 mm (ext/int) qui est positionné le plus haut possible. Pour une chaudière de locomotive, il y aura un dôme vapeur car la quantité de vapeur est nettement plus importante.
   The boiler body is mounted on a chassis that will allow the burner to be positioned just below. This chassis has an adapted shape. On one side, there are holes for air circulation and the top is folded down to make a chimney effect and better distribute heat over the heating body. 
To collect the precious steam, there is a small copper tube with a diameter of 3/2 mm (ext/int) that is positioned as high as possible. For a locomotive boiler, there will be a steam dome because the amount of steam is much greater.

A- Volume de la chaudière/Boiler volume

Le dimensionnement de la chaudière est obtenu avec cette règle:

Volume chaudière = cylindrée moteur x 100 

   The sizing of the boiler is obtained with this rule:
Boiler volume = engine displacement x 100

Dans notre cas le cylindre a un volume de 0,9 cm3, ainsi le volume est de 0,9 x 100 = 90 cm3.
   In our case the cylinder has a volume of 0.9 cm3, so the volume is 0.9 x 100 = 90 cm3.

Si on essaye cette formule sur la Brigadelok est-ce qu'on arrive à la même conclusion ?
La chaudière de la 040 fait environ 2777 x 720 mm ce qui donne un volume d'environ 1,131 m3.
Sur le plan type de la locomotive j'ai relevé le diamètre du cylindre de 240 mm et une course de piston de 240 mm.
   If we try this formula on the Brigadelok, do we come to the same conclusion?
The boiler of the 080 is about 2777 x 720 mm which gives a volume of about 1,131 m3.
On the drawing of the locomotive I found the diameter of the cylinder by 240 mm and a piston course of 240 mm. 

Caractéristiques principales sur une copie du plan d'origine (en allemand avec ma traduction)
Main features on a copy of the original plan (in German with my translation into French)

B- Epaisseur de la chaudière/Boiler thickness

Un autre aspect important est l'épaisseur de la chaudière. La pression est le quotient de la force sur une surface. A partir de cette formule, on peut en déduire comment calculer l'épaisseur de la chaudière pour résister à la pression.
   Another important aspect is the thickness of the boiler. Pressure is the quotient of force on a surface. From this formula, we can deduce how to calculate the thickness of the boiler to withstand the pressure.

E = (P x D) / (2 x Rm)

Reprenons notre petite chaudière en cuivre dont la résistance est de 200 N/mm2. On considère que la pression de service est de 4 bars. Ceci est tout à fait réaliste. Sur une autre machine à vapeur en modèle réduit, j'ai mesuré la pression avec un petit manomètre est la pression de service était de 5 bars.
E = 4 x 40 / 2 x 200 = 0,4 mm
Un coefficient de sécurité est généralement appliqué. Celui-ci varie de 2 à 4. Pour une petite chaudière passer de 0,4 mm à 1,5 mm n'a pas beaucoup d'impact sur le coût, mais pour une grande chaudière ce n'est pas la même histoire.
   Let's take back our small copper boiler with a strength of 200 N/mm2. The service pressure is considered to be 4 bars. This is quite realistic. On another steam engine model, I measured the pressure with a small manometer and the service pressure was 5 bars.
E = 4 x 40 / 2 x 200 = 0.4 mm
A safety coefficient is generally applied. This ranges from 2 to 4. For a small boiler going from 0.4 mm to 1.5 mm doesn't have much impact on the cost, but for a large boiler it's not the same story.

Pour la Brigadelok, la chaudière est en acier. La note de calcul de la locomotive que nous avons (quelle chance), nous donne le type d'acier (P235H) et surtout sa résistance qui est comprise entre 350 à 480 N/mm2.
   For the brigadelok, the boiler is made of steel. The calculation note of the boiler that we have (what a luck), gives us the type of steel (P235H) and especially its resistance which is between 350 and 480 N/mm2.

E =  15 x 720 / 2 x 350 ≃ 15 mm

Lors de notre campagne de mesures (avec la sonde à ultrasons) nous avions mesuré au mieux 11,8 mm.
C'est assez proche compte tenu de l'âge vénérable de cette chaudière centenaire. Il ne faut pas oublier que sa construction était en pleine première guerre mondiale et que l'acier était très utilisé pour l'armement. Cela peut expliquer que le coefficient de sécurité ait été réduit au strict minimum.
   During our measurement campaign (with the ultrasonic probe) we measured at best 11.8 mm.
This is quite close considering the venerable age of this century-old boiler. We must not forget that its construction was in the middle of the First World War and that steel was widely used for armament. This may explain why the safety coefficient has been reduced to a bare minimum.

Chaudière de la Brigadelok/Brigadelok boiler

C- Cylindrée moteur/Engine Displacement

Pour calculer la cylindrée moteur on utilise la formule suivante :

Cylindrée moteur = (𝛑 x Diamètre piston²)/4 x Course piston

   To calculate the engine displacement, the following formula is used:
Engine Displacement = (𝝅 x Piston Diameter²)/4 x Piston stroke

Pour la Brigadelok cela donne 0,010857 m3. Il y a bien un facteur 100 avec le volume de la chaudière.
   For the Brigadelok this gives 0.010857 m3. There is actually a factor of 100 with the volume of the boiler.

D- Volume Vapeur/Steam volume

Nous allons poursuivre notre dimensionnement pour calculer le volume vapeur du moteur.
   We will continue our dimensioning to calculate the steam volume of the engine. 

A partir de ce volume vapeur, il est possible d'obtenir la plupart des valeurs pour dimensionner en détail le moteur à vapeur. 
From this steam volume, it is possible to obtain most of the values to size the steam engine in detail.

Pour le moteur oscillant simple effet on utilise la formule suivante:

Qv = Cylindrée moteur x Freq_mot x nb_cylindre

    For the simple oscillating engine effect one uses the following formula:
Qv = Engine displacement x Freq_mot x nb_of_cylinder

Notre petit moteur peut tourner à 1500 tours/minute et c'est assez impressionnant à voir (des vidéos sont en préparation). Cela donne un volume de vapeur d'environ Qv = 0,9 x 1500 x 1 = 1350 cm3.

   Our small engine can run at 1500 revs per minute and it's pretty impressive to see (videos are in preparation). This gives a volume of steam of about Qv= 0,9 x 1500 x 1 = 1350 cm3.

Si on transpose cela sur la 040, on obtient Qv = 0,010857 x Freq_mot x 2 (car 2 cylindres)
La bonne question est comment estimer cette Freq_mot? Une méthode consiste à partir de la vitesse maxi de la locomotive et de convertir cela en tours/minute.
Prenons V=40 km/h ce qui est déjà bien pour ce type de locomotive.
Il nous faut convertir une vitesse linéaire en vitesse de rotation. Pour cela on utilise une formule de conversion qui va nous donner 354 tr/mn.

Qv = 7,68 m3 (soit 3,84 par cylindre).

   If we transpose this to the 040, we get QV = 0.010857 x Freq_mot x 2 (2 cylinders)
The good question is how to estimate this Freq_mot? One method is to start from the maximum locomotive speed and convert this into revolutions/minute. Let's take V=40 km/h which is already good for this type of locomotive.
We need to convert a linear speed to the speed of rotation. For this, we use a conversion formula and we will get 354 rpm
Qv = 7.68 m3 (or 3.84 per cylinder).

Il reste encore beaucoup de points très intéressants à aborder alors ne manquez pas la suite.

   There are still a lot of very interesting points to address so don't miss the next chapter.

Pour l'amour du train à vapeur - For the love of steam train

Sortie de déconfinement et approche des vacances, la période est propice à envisager toutes sortes de sorties et activités. La presse régionale se fait l'écho des initiatives locales, dont celles des associations ferroviaires.
   End of lockdown and soon the holidays, the period is suitable to plan all kinds of outings and activities. The regional press echoes the local initiatives, among them the railway societies.

Le journal "La  Nouvelle République" parle donc de deux associations tourangelles, l'AECFM et l'AATV, dans un article consultable sur son site: https://www.lanouvellerepublique.fr/indre-et-loire/commune/saint-pierre-des-corps/touraine-pour-l-amour-du-train-a-vapeur
   The newspaper "La Nouvelle République" tells about two associations around Tours: the AECFM and the AATV, in an article readable on its website:  https://www.lanouvellerepublique.fr/indre-et-loire/commune/saint-pierre-des-corps/touraine-pour-l-amour-du-train-a-vapeur
[french text only, try google translator]
 
Cet article montre notre loco pour illustrer le train de Rillé, ça nous fait bien évidemment très plaisir, mais cela mérite une petite explication: c'est tout simplement un concours de circonstance qui a fait que le reportage a eu lieu un jour où la loco était sortie de la rotonde où la "Polska" n'avait pas encore pu être remontée à cause du confinement.
Cette illustration est parfaitement valable car cette locomotive est bel et bien l'objet de l'attention de passionnés et ce blog que vous êtes en train de lire est là pour partager cette aventure avec vous. Mais si vous passez dans la région, venez voir de près !
   This article shows ou loco to illustrate the Rillé railway, we are obviously very pleased of that, but it desserves a little explanation: it is just a coincidence that the report was made a day the loco was outside of the roundhouse where the "Polska" could not be reassembled yet due to the lockdown.
This illustration is perfectly suitable because this locomotive is actually the object of the attention of enthusiasts and this blog you are currently reading is there to share this adventure with you. If ever you travel nearby, come have a closer look !

Bogie mystère au Sénégal - Mystery bogie in Senegal

On ne cessera jamais de nous surprendre dans le monde ferroviaire. Même dans des endroits qui semblent complètement hors de portée du train. Imaginez un peu ma surprise quand je découvre sur l'ile de Gorée, au Sénégal des vestiges de matériel Decauville!
   We will never cease to be surprised in the railway world. Even in places that seem completely out of reach of the train. Imagine my surprise when I discover on the island of Gorée, Senegal, remnants of Decauville equipment!

Sur les hauteurs de cette magnifique ile de Gorée, au Castelet, la vue est belle et on voit Dakar qui est proche mais aussi suffisamment loin pour respirer un bon air. Les iliens sont très sympathiques et voyant que je regarde ce matériel ferroviaire, une dame m'explique que c'est un vestige de la guerre. L'île était une position stratégique et deux canons ont été amenés ici sur les hauteurs du Castelet.
   On the heights of this magnificent island of Gorée, in Le Castelet, the view is beautiful and we see Dakar which is close but also far enough away to breathe good air. The Ilians are very friendly and seeing that I look at this railway equipment, a lady explains to me that it is a remnant of the war. The island was a strategic position and two cannons were brought here on the heights of the Castelet.

Vestige d'un bogie (ou truck) qui supportait un des canons

Remains of a truck that supported one of the guns

Effectivement, plus haut il y a deux canons de 240mm qui seraient issus du cuirassé Vergniaud (désarmé en Juin 1921) et qui ont été acheminés au sommet en 1935. 9 des canons du cuirassé ont été utilisés comme défense côtière de Dakar à partir de 1922. Ce type de canon ne pèse pas moins de 14 tonnes.

Pour une telle charge, il parait tout à fait plausible d'utiliser des bogies à quatre essieux. La limite de charge se situe aux environs de 12 tonnes pour un bogie, 24 tonnes avec 2 trucks.
   Indeed, above there are two cannons of 240mm that would have come from the battleship Vergniaud (disarmed in June 1921) and which were transported to the summit in 1935. 9 of the battleship's guns were used as Dakar's coastal defence from 1922. This type of cannon weights no less than 14 tons.
For such a charge, it would be entirely plausible to use four-axle bogies. The load limit is around 12 tons for a truck, 24 tons with 2 trucks.

C'est rouillé mais encore en assez bon état. Le tampon et les chaines d'attelage sont toujours là et j'ai pu les manipuler.
   It's rusty but still in good enough condition. The bumper and hitch chains are still there and I was able to handle them.

Vue de face du bogie
Front view of the bogie

Une preuve irréfutable est le marquage constructeur sur les boites d'essieux "Decauville Ainé - Petit Bourg". Les ateliers de Petit-Bourg ont été créés en 1853 et l'usine de Corbeil ouvrit ses portes en 1881. Ce matériel a probablement au moins 130 ans... La partie inférieure donne aussi le numéro 28 et on devine une lettre. Cela peut aider pour une identification plus précise à partir du catalogue Decauville.

   An irrefutable proof is the manufacturer marking on the axle boxes "Decauville Ainé - Petit Bourg". The Petit-Bourg workshops were established in 1853 and the Corbeil factory opened in 1881. This material is probably at least 130 years old... The bottom also gives the number 28 and we guess a letter. This can help for more accurate identification from the Decauville catalogue.

Decauville - la preuve -

Decauville - the proof -

Autre surprise, non loin de là, un fût de canon qui refroidit comme dirait Fernand Raynaud. Il s'agit probablement d'un vestige des canons du port.
   Another surprise, not far away, is a cannon barrel that cools as late french humorist Fernand Raynaud would have said. It is probably a vestige of the cannons of the port.

fût de canon
cannon barrel

C'est un peu le jeu de piste, car il y a des vestiges un peu partout...
   It's a bit of a track game, because there are remnants everywhere...

Reste d'un second truck
Remains of a second truck

En admirant la vue de Dakar, je me dis que cette petite table a une drôle d'allure. En regardant de plus près, c'est encore un reste de la partie supérieur du truck. Du coup, je l'ai baptisé la table Decauville!
   Admiring the view of Dakar, I tell myself that this little table has a funny style. On closer inspection, it's also a remnant of the top of the truck. So I named it the Decauville table!

La table Decauville
The Decauville table

Même le baobab est fléché sur du Decauville.
   Even the baobab is signposted on Decauville.

Direction baobab

path to  the baobab

Je n'ai pas trouvé de trace des rails qui ont sûrement été réutilsés. Quant à la locomotive qui a servi à monter les canons c'est un mystère total. Il est plus probable qu'un treuil ait été utilisé.

   I have not found any trace of the rails that have surely been reused. As for the locomotive that was used to mount the guns it is a total mystery. It is more likely that a winch was used.

Nicolas a trouvé des éléments intéressants.

" L'aspect de ce bogie me faisait penser à quelque chose de militaire mais je ne pouvais pas le justifier. C'est maintenant chose faite, du moins dans l'intention de départ, ce matériel ayant pu être utilisé pour toute autre chose.
   Nicolas found some interesting elements.
"The look of this truck made me think of something military but I couldn't justify it. It is now done, at least with the original intention, this material could have been used for anything else.

Il s'agit donc d'un "truck" pour transporter des charges lourdes et longues. Il n'y a pas d'équivalence exacte dans le catalogue Decauville de 1916, mais les illustrations permettent de comprendre le principe général. En tout état de cause, il en faudrait un deuxième exemplaire pour y poser quoi que ce soit. 

   It is therefore a "truck" to carry long heavy loads. There is no exact match in the Decauville 1916 catalogue, but the illustrations help to understand the general principle. In any case, it would take a second truck to put anything in place.

Sur la photo, on a le truck à 4 essieux avec la traverse pivotante posée directement, c'est une combinaison simplifiée dérivée d'une configuration de base plus complète.
   On the photo, we have the truck with 4 axles with the swivel crossbar placed directly, it is a simplified combination derived from a more complete basic configuration.

Généralement, ces trucks sont couplés par des barres d'écartement, ils peuvent également être jumelés au moyen de plateformes pivotantes portant elles-mêmes une traverse pivotante.

Le catalogue illustre l'usage avec un fût de canon mais cela peut bien sûr servir pour des éléments de construction (pont, chantier naval, machine-outil, etc). Comme rien ne nous dit sur la photo si ce truck a servi là où il est, on ne peut savoir quel était son usage. Seule l'Histoire locale permettrait de le savoir...[et c'est le cas !]
   Generally, these trucks are coupled by spread bars, they can also be paired with swivel platforms bearing themselves a swivel crossbar.
The catalogue illustrates the use with a cannon barrel but this can of course be used for construction elements (bridge, shipyard, machine tool, etc.). Since nothing tells us in the photo if this truck was used where it is, we can't know what its use was. Only local history would know...[and so it is!]

Ci-dessous, les pages utilisées pour l'identification.
   Under, the pages used for identification.

(Photos N. Petit)

A noter qu'on ne peut pas faire de datation avec ça. Les gravures sont évidemment des "simplifications" et rien ne permet de dire, pour un non spécialiste, que l'exemplaire visé se distingue par tel ou tel détail.

Une rapide recherche ne donne pas de résultats significatif pour ce type de matériel en action. Cette configuration est apparemment uniquement destinée au transport, je ne crois pas qu'une traverse pivotante soit adaptée à une plateforme d'artillerie lourde. Usage civil ou militaire, aucune idée, c'est vraiment une question pour les passionnés d'histoire locale."
   Note that you can't date with that. The engravings are obviously "simplifications" and there is no way to say, for a non-specialist, that the specimen in question is distinguished by a particular detail.
A quick search does not yield significant results for this type of hardware in action. This configuration is apparently only intended for transport, I do not believe that a swivel crossbar is suitable for a heavy artillery platform. Civilian or military use, no idea, it's really a question for local history buffs."

Dans un ouvrage "Le bouclier de Neptune", au chapitre 4, il y a une petite allusion à l'histoire de la défense côtière des bases et ports français qui confirme l'usage de pièces d'artillerie de bord pour être installées à terre. Le programme a été l'objet d'une lutte de pouvoir politico-militaire se soldant bien sûr par un abandon dont il ne reste que ces quelques traces sur place.
   In a book,"The Neptune Shield" in Chapter 4, there is a small allusion to the history of coastal defence of French bases and ports that confirms the use of on-board artillery to be installed ashore. The programme has been the subject of a political-military power struggle, of course resulting in an abandonment of which only these few traces remain on the ground.

Pour la manutention, quelques photos de l'Ecpad nous donnent une bonne illustration du matériel utilisé.
   For handling, a few photos of the "Ecpad give us a good illustration of the material used.

Photos Ecpad

En quittant cette magnifique île, je ne peux m'empêcher de penser à tous les drames humains qu'elle a vu et que le passé ne s'oublie jamais. A charge pour nous d'entretenir la mémoire.

   Leaving this beautiful island, I cannot fail to think of all the human dramas it has seen and that the past is never forgotten. It is up to us to maintain the memory.