Brevet FR2002719A1 — publié le 19691031

L'invention concerne des perfectionnements au nettoyage des rails en vue d'ameiiorer l'adhérence des roues dés locomotives et d'autres véhicules circulant sur voies ferrées, rce à des oyens qui Ferr.ettent d'applisuer des techniques connues mettant en jeu le plasma associé à un arc électrique mais de manière à obtenir de meilleurs résultats que précédemment. Plus particulièrement, les moyens décrits ci-après permet- tent de faire disparaitre d'un rail les couches de contaminants à faible résistance au c saillernent qui semblent-Stre la cause essentielle des faibles adhérences ccnstatées, par la combinaison de processus Lécaniques, chimiques et thermiques utilisant un générateur de plasma pour projeter un fluide actif qui possède les propriétés requises pour produire le nettoyage sus-visé. Selon l'invention, un procédé pour le nettoyage de rails en vue d'améliorer leur adhérence consiste à soumettre la surface du rail à un jet de plasma à grande vitesse en utilisant un milieu gazeux comprenant un ou plusieurs gaz polyatomiques. Dans un mode de réalisation mécanique, on utilise le transfert de la quantité de mouvement d'un jet extrêmement rapide de plasma fourni par une torche pour enlever de grandes quantités d'un contaminant se trouvant sur le champignon du rail. les hautes énergies thermiques libérées par un jet de ce genre sont transférées à ce champignon par conductivité et convection. l'é- lévation de température provoquée par ce jet et ainsi transférée au champignon du rail est telle qu'elle disperse les contaminants par évaporation ou transformation chimique irréversible. ne jet gazeux à vitesse élevée allène au chatapignon du rail un courant ininterrompu de gaz actif, qui n'est pas sérieusement dévié par les vents contraires debouts ou transversaux qui se produisent quand un véhicule est en service. Un autre effet facilitant le nettoyage est l'action de réactifs chirl-iiques qui prennent naissance dans le gaz du jet et qui, en passant dans l'atmosphère ambiante, sont exposés aux tem.péra- tures élevées développées dans ce jet. On a constaté qu'on peut tirer un parti adéquat des actions précitées en utilisant, dans un générateur de plasma - arc Eimen- té en courant continu, un ou plusieurs gaz diatomiques comme fluide moteur associé à un jet extrêmement rapide. Des molécules gazeuses dissociées arrivant sur une surface de rail froide peuvent fournir de l'énergie a cette surface Fir leur recombinaison et par abandon de leur énergie potentielle à cette surface sous forme de chaleur. Une molécule gazeuse dissociée peut aussi, suivant le cas, se recombiner directement avec une molécule de contaminant située sur la surface et fournir ainsi une énergie suffisante pour rompre l'adhérence chimique et/ou mécanique existant entre le contaminant et le rail. Un plasma d'argon quittant une torche à une température de l'ordre de 15.000 à 20.000 K perd rapidement de la chaleur en traversant l'air ambiant et, à une distance de deux ou trois centimètres, sa température n'est plus que de 10.0000K ou soins a ces températures moins élevées, des gaz monoatomiques,- tels que l'argon, n'ont qu'une énergie potentielle très faible sous forme d'ions ncn recombinés, la majeure partie de cette énergie se trouvant sous la forme cinétique. D'autre-part, des gaz diatomiques tels que l'hydrogène contiennent, a des températures ne dépassant pas 5000 K, du gaz atomique sous une pression partielle élevée. A 8,000 K, le gaz est encore presque complètement disso- cié. En particulier, on peut obtenir d'excellents résultats en utilisant un mélange d'hydrogène et d'argon. En général, un jet de plasma utilisant de l'hydrogène pur ou de l'azote pur a une vitesse moins élevée qu'un jet d'argon pur. Néanmoins, les gaz mentionnés en premier lieu sont beaucoup plus actifs dans leur rôle de nettoyage, pourvu qu'on puisse les amener en contact effectif avec la surface du rail. En combinant les gaz précités avec de l'argon dans des proportions appropriées, on peut obtenir facilement un plasma dont la vitesse à sa sortie de la torche peut atteindre 915 ni environ ou plus par seconde et dcnt les énergies thermique et chimique ont des valeurs très élevées. La proportion d'hydrogène dans un mélange hydrogène-argon peut être comprise entre 5 c, et, de préférence, 20@ ou 3 ou mème 50%. On peut obtenir des vitesses de l'ordre de 610 à 975m par seconde. Par exemple, on obtient d'excellents résultats avec 10% d'hydrogene et une vitesse de l'ordre de 800 su par seconde. Dans le cas d'un mélange d'azote et d'argon, la proportion d'azote peut être co;-iprise entre 10,^ et presque 100%, de préférence entre 10% et 50%, en particulier 20% On peut utiliser des mélanges d'hydrogène et azote avec de l'argon, auquel cas la proportion d'hydrogène peut ttre de 10 à 50% et celle d'azote aussi de 1C à 50%. Un exemple typique peut comprendre 10, d'hydrogene et 10% d'azote.Des mélanges de ce genre risquent @oins d'aveir des effets secondaires nu@si@les sur les hu@les et les graisses ou sur l'acier du rail que des @élan@es f@rtes @r@ @rti@ns d'@zete seul. Poutsfeis, on eut aussi ut@@iser des mélanges d'azete et d'tydr@gene, Un mélange de @@ @@@ d'az@te et de 2@ à 10 d'hydrog ne est @ rticuli@rement efficace pour le net@@yage des rails C@mme autres gaz utilisables au @oins en p@rtie dans des melanges selon l'invent@on, en peut c@ter l'oxyde de car@@ne, qu'on trouve facilement sous la forme des gaz d'échappement de groupes Diesel et I' air comprimé. Pour le netteyage considéré, on @eut ut@@iser des torches à plasme d'are comportant des buses et des électrodes de types connus et en n'y apper@ant que les @odifications néceseaires pour les adapter aux gaz particuliers utilisés et aux conditi@ns de l'application particuliere envisagée. On peut monter des torches sur @e vé@icule lui-même et @es diriger vers @e champignon du rail ou sur le champignon et @e bandage de @a roue, de man@@re connue. Un exe@ple d'appareil permettant la @ise en ceuvre du procédé selen l'invention est représenté sur les des@ins annexés. La figure 1 est une coupe ve ticale mediane d'une torche à plasma. la figure 2 est une élevation de côté, @ plus @etite àchel@e, de la torche @ontée sur un boggie. La torche 1 representée figure 1 comprend une cathode 2 montée dans un support 3 séparé par un is@lant 4 d'un support d'anede 5. Les supports 3 et 5 présentent respectivement des bornes 6 et 7 pour les relier aux côtés néfatif et positif corresp ndants d'une source de courant continu n@n représentée. Ure apode v fixée au support 5 par une bague 9 délimite une chambre de refreidissement dans laquelle on peut faire circuler de l'eau au moyen de raccords extérieurs 10.Le gaz, qui previent d'une source sous pression, est a@ené via un raccord 11 @ l'intérieur de @a torche sous une @ressi@n regla@le et/ou à une @itesse reglable. le jet de plasma sort de la terone par un erifice 12 fermant @use et @@@agé dans l'anode @. C@@@e le @@n@re la figure 2, la torche 1 est @@ntée sur une poutrelle 13 de façon que sa @use s@it dirigée vers @e cha@@ignon du rail 14. la poutrelle 13 est suspendue aux b@îtes d'essieu 15 d'un bog@ie 16 du vénicule qui perte l'appareil destiné au netto yage du rail. Lxemple : @ésultats d'une experience : Distance séparant la terche du rail : 1 @@ @ 32 @@. Vites@e de déplace ent de la verche le @@ng du rail : 16 @@/h H@@@@e de torches @@r rail : deux torches décalees de fa çon c r aiter une bande de 15@@ de large. Co@position du plasma f@urni : Argon 90%, Hydrogene 10%. Détit du gaz : 1,0 mg/minute par torche. Vitesse (calculée) du gaz : 640 m/seconde. Tension de la torche : 4C V Intensité du courant de torche : 300 A puissance de la torche : kw Adhérence moyenne avan traitement : 0,26 Adhérence moyenne apre traitement : 0,335 REVENDICATIONS 1. Procédé pour le nettoyage de rails en vue d'améliorer l'adhérence des roues, caiactérisé en ce qu'on soumet la surface du rail à un jet de plasma d'arc å vitesse élevée, en utilisant un milieu gazeux qui comprend un ou plusieurs gaz polyatomiques. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le milieu gazeux est un mélange coprenant de l'argon et de l'hydrogène. 3. rrocédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le milieu gazeux est un mélange comprenant de l'azote et de l'argon. 4. rrocédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le milieu gazeux est un mélange comprenant de l'azote et de 1' hydrogène. 5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le mélange comprend de 80 à 9&commat;, d'azote et de 20 à 10% d'hydro- gène. 6. rocédé suivant la revendication 1, caracterisé en ce que le milieu gazeux corXprend de l'oxyde de carbone. 7. rrocédé suivant la revendication 1 ou 6, caracterisé en ce que le rilieu gazeux comprend des gaz d'échappement de moteurs Diesel. 8. Appareillage pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une torche a plasma portée par le train de roulement d'un véhicule circulant sur la vcie a nettoyer, et dont la suse est dirigée vers le rail et/ou le bandage de la roue, cette torche étant reliée à des sources de courant continu, de gaz et de fluide refroidisseur portés par le véhicule.