Brevet FR2654694A1 — publié le 19910524

La présente invention se rapporte à un dispositif de réservoir de pression pneumatique et destiné à servir de réserve de pression de commande de la variation d'une pression, par exemple pour commander la variation de la pression d'air comprimé de la conduite générale de freinage d'un train dans un système de commande de freinage à relais de pression à grand débit. Certains réservoirs d'air comprimé sont utilisés comme témoins de pression, en dépit du fait qu'un volume d'air comprimé enfermé dans une enceinte voit sa pression varier assez rapidement avec les variations de température ambiante. C'est le cas en freinage ferroviaire pour les réservoirs auxiliaires des triples valves et les réservoirs de commande des distributeurs de pression de freinage situés à l'extérieur et dont la température peut varier rapidement lorsqu'un train passe d'une ambiance d'été surchauffée ou d'une ambiance d'hiver glacée à l'ambiance quasi constante d'un tunnel. Heureusement dans le cas de ces réservoirs, un détendeur de pression très sensible situé sur la locomotive rétablit très progressivement la pression et évite le déclenchement intempestif du serrage ou du desserrage des freins. Un réservoir témoin de pression dénommé "réservoir égalisateur" est utilisé dans le système pneumatique de commande générale de freinage d'un train situé dans la motrice du train, pour stocker la pression de commande d'une valve détendeur à grand débit. Cette valve détendeur à grand débit qui est unique dans la motrice, est apte à commander l'alimentation de la conduite générale d'un train qui peut correspondre à plusieurs dizaines de m3 de réservoirs d'air comprimé répartis sur un train de plusieurs kilomètres de long. Les variations de pression du réservoir égalisateur qui sont dues à la variation de la température ne peuvent pas être compensées par un autodétendeur de pression car elles constituent la commande de départ elle-même.De plus, un phénomène fort gênant et que l'on va expliquer se produit presque systématiquement avec ce genre de commande indépendamment des variations brutales de température extérieure. Pour déclencher un freinage, le conducteur du train provoque la baisse de la pression dans le réservoir égalisateur, ce qui déclenche un freinage sensiblement proportionnel à la baisse de cette pression. La détente adiabatique dans le réservoir égalisateur consécutive à cette baisse de pression provoque un refroidissement brutal de l'air contenu dans le réservoir égalisateur.Alors que la durée de montée de la pression de freinage se limite à quelques secondes pour un train rapide tel que le TGV (pour un train de marchandises long elle peut atteindre quelques dizaines de secondes), l'air brusquement refroidi dans le réservoir égalisateur se réchauffe au contact des parois du réservoir et sa pression peut remonter en 6 à 10 secondes de 0,1 à 0,3 bars, ce qui suffit à déclencher un desserrage partiel des freins pour un train à grande vitesse. Pour des wagons de marchandises équipés de triple valves qui constituent l'équipement de freinage des trains très longs utilisés en Amérique, une telle remontée de pression provoque un desserrage total des freins. Afin d'éviter ce phénomène de desserrage intempestif des freins par suite du réchauffement de l'air du réservoir égalisateur, on a proposé d'utiliser des compensateurs de pression onéreux et complexes et qui ne se sont pas révélés fiables en longue période. De même l'isolation thermique poussée des réservoirs s'est révélée onéreuse, encombrante et lourde. La présente invention se propose d'éviter les variations de pression intempestives des réservoirs égalisateurs dues au réchauffement par les parois du réservoir de l'air détendu froid qu'ils contiennent après le déclenchement d'une phase de freinage. L'invention propose d'utiliser des moyens simples et faciles à mettre en oeuvre et qui ne se dégradent pas dans le temps. A cet effet, le réservoir est rempli d'un matériau divisant l'espace intérieur du réservoir en une multitude d'espaces alvéolaires, séparés les uns des autres mais communiquant entre eux par des passages étranglés. La multitude d'espaces séparés remplis d'air empêche la chaleur des parois du réservoir de se transmettre à un volume d'air important avant un long délai. I1 s'avère qu'aucune augmentation de pression ne se manifeste avant 1 à 2 minutes, selon le volume du réservoir (de 2 à 10 litres) alors qu'une application des freins à pression de freinage constante dure rarement plus d'une à deux minutes (la durée de freinage à fond du TGV de 300 km/h à l'arrêt est de l'ordre de 80 secondes), le train étant alors au voisinage de l'arrêt ou bien les conditions de freinage modifiées par le chauffage des pistes de friction exigeant un nouveau réglage de la pression de freinage. Selon un autre mode de réalisation le matériau divisant l'espace intérieur est un matériau isolant thermique souple tel que de la matière plastique, par exemple une mousse à cellules ouvertes, la mousse étant légèrement comprimée dans le réservoir de forme générale cylindrique ou bien étant disposée sous la forme d'au moins un bloc libre dans l'espace intérieur du réservoir. L'utilisation d'un matériau isolant ralentit encore plus la transmission de la chaleur des parois du réservoir à l'air contenu dans les espaces séparés. L'existence d'espaces séparés communiquant entre eux par des passages étranglés constitue un aspect essentiel de l'invention car l'utilisation de fibres de verres, qui constituent un excellent isolant thermique, pour remplir l'espace intérieur du réservoir égalisateur, ne s'est pas révélé favorable du fait qu'il n'a pas été possible de réaliser les espaces alvéolaires séparés entre les fibres de verre. Un mode de réalisation très avantageux de l'invention a constitué à utiliser, pour diviser l'espace intérieur un matériau constitué par des fibres minces en matière plastique hydrophobe qui sont vrillées et juxtaposées pour constituer un bloc poreux du genre des plaques ou éponges à récurer et former des espaces séparés impropres à retenir l'eau de condensation. Selon un autre mode de réalisation, les fibres en matière plastique sont assemblées en un bloc cohérent cylindrique remplissant l'espace intérieur de forme générale cylindrique du réservoir, ou bien les fibres en matière plastique sont contenues dans un sac cylindrique perméable à l'air et qui vient se loger juste dans l'espace intérieur de forme générale cylindrique du réservoir. Le réservoir est avantageusement constitué de l'assemblage d'un élément principal à extrémité annulaire cylindrique ouverte permettant l'introduction du matériau divisant l'espace intérieur et sur laquelle est monté et fixé par tout moyen adéquat tel que collage, filetage, soudure, un couvercle à rebord annulaire cylindrique coopérant intérieurement et/ou extérieurement avec l'extrémité annulaire cylindrique ouverte de l'élément principal. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les parois du réservoir sont réalisées en un matériau isolant thermique et présentant une résistance mécanique élevée, par exemple de la matière plastique ABS. Le système de commande de freinage à relais de pression à grand débit pour la commande du freinage d'un train est caractérisé selon 1 invention en ce que le réservoir égalisateur dudit système, servant à stocker la pression pneumatique variable de commande dudit relais de pression et à temporiser les variations de ladite pression de commande, est équipé de moyens protégeant l'air comprimé qu'il contient du réchauffement rapide par les parois du réservoir, conformément au mode de réalisation précédemment décrit. D'autres buts, avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description d'un mode de réalisation de l'invention, faite à titre non limitatif et en regard du dessin annexé dans lequel la figure unique représente schématiquement le dispositif de réservoir pneumatique selon l'in- vention inclus dans un système de télécommande de pression de freinage à réservoir égalisateur pour freinage ferroviaire. Sur la figure unique, on a représenté schématiquement un dispositif de commande électropneumatique du frein dans une locomotive ou motrice de traction ferroviaire. Les variations de pression de freinage au serrage ou au desserrage sont obtenues à partir des variations de la pression régnant dans un réservoir égalisateur 1 qui constitue l'un des objets de l'invention.La pression régnant dans le réservoir 1 est transmise par une conduite 2 à la chambre de commande 3 d'une valve à grand débit 4 d'un type bien connu et qui comporte sur le plan des principes un piston de commande à grande sensibilité 5 (généralement à membrane) agissant par un poussoir 6 sur un clapet 7 (toujours du type équilibré et comportant souvent un clapet interne de petit débit 7a) de grande section (jusqu'à 50 mm de diamètre) qui, en position d'ouverture, relie une chambre d'alimentation 8 à une chambre de sortie 9 et de là à une conduite 9a d'alimentation de la conduite générale de freinage 10. La conduite générale 10 est raccordée par des accouplements amovibles (ou têtes d'accouplement) 11 à la conduite générale 10a qui court tout le long du train et sert simultanément à l'amenée de la pression d'air comprimé pour remplir les réservoirs auxiliaires de chaque véhicule freiné et à la transmission pneumatique des ordres de freinage. La chambre pneumatique 8 est reliée en permanence à un réservoir principal 31 chargé en air comprimé par un compresseur 12 via un sécheur d'air 12a. Dans les versions les plus élaborées (notamment pour le matériel voyageur) le réservoir principal 31 est relié à une conduite principale 13 qui, par l'intermédiaire d'accouplementsl3a court également tout le long du train pour assurer la réalimentation rapide des réservoirs auxiliaires des divers véhicules du train.La conduite principale 13 facilite le desserrage des freins qui, selon la règle de sécurité ferroviaire, ne doivent pas être desserrés avant que l'on ne soit en état de les serrer à nouveau. Le clapet 7 de la valve à grand débit 4 présente une partie centrale creuse 14 reliée à l'échappement. Lorsque la pression régnant dans une chambre de réaction 15, délimitée par le piston 5 et reliée à la chambre de sortie 9 par un étranglement 15a d'amortissement des variations de pression, devient inférieure à la pression de commande régnant dans la chambre 3, la chambre de sortie 9 est reliée à l'échappement pour mettre la conduite générale 10, 10a à l'échappement. La variation de la pression qui règne dans la chambre de commande 3 est obtenue par la variation de la pression régnant dans le réservoir égalisateur 1 qui sert de réservoir de réserve et de réservoir tampon pour faire varier de façon progressive la diminution de pression témoin servant à contrôler la pression de freinage. La baisse de la pression régnant dans le réservoir 1 déclenchant le serrage ou l'augmentation du serrage des freins, s'obtient à l'aide d'une électrovalve de serrage 16 qui, par commande (par disparition de courant pour réaliser une commande de sécurité) de son bobinage électrique d'excitation 17 par des commutateurs électriques à bouton poussoir 18 et 18' (commande à deux postes pour une locomotive) relie par une courte conduite de raccordement 19 le réservoir 1 à l'échappement.La temporisation de la purge du réservoir 1 s'obtient par un orifice calibré 16a souvent constitué par la section de passage sous le clapet de l'électrovalve 16. L'augmentation de la pression régnant dans le réservoir 1 s'obtient par une électrovalve de desserrage 20 dont le bobinage d'excitation 20a est relié à des commutateurs électriques à bouton poussoir 21 et 21'. Les bobinages 17 et 20a des électrovalves de serrage et desserrage sont alimentés en courant électrique depuis la batterie de la motrice de traction. L'électrovalve de desserrage 20 est alimentée en air comprimé via un étranglement de contrôle de débit 22 depuis le réservoir principal 31. Selon l'invention, le réservoir égalisateur 1 est rempli d'un matériau divisant son espace intérieur la en une multitude d'espaces alvéolaires séparés les uns des autres par des cloisons et communiquant entre eux par des passages étranglés. Un moyen avantageux pour réaliser cette division de l'espace intérieur consiste à remplir le réservoir 1 d'un matériau éponge ou mousse en matière plastique isolante. Le matériau éponge peut être bourré dans le réservoir ou peut se présenter sous la forme d'un bloc libre dans le réservoir. Ces solutions à mousse plastique très efficaces sur le plan de l'isolation thermique se révèlent retenir l'eau de condensation de l'air comprimé dont le séchage n'est pas toujours parfait malgré l'existence du sécheur 12a et d'un purgeur 31a du réservoir principal. Une autre solution économique et ne retenant pratiquement pas l'eau de condensation, consiste à utiliser, pour remplir l'espace intérieur la, des fibres minces 23 en matière plastique hydrophobe ou ne retenant pas l'eau et qui sont vrillées et/ou enroulées et juxtaposées pour constituer un bloc poreux du genre des plaques ou éponges à récurer. Les fibres 23 forment des multitudes d'espaces alvéolaires 23a ouverts chacun en plusieurs points sur les espaces voisins avec un minimum de "micromares" propres à retenir de l'eau condensée. Afin de faciliter la mise en place du "paquet" fibres de plastiques 23, celles-ci sont enfermées dans un sac 24 qui est soit poreux soit rendu poreux en ménageant une pluralité de trous, soit est déchirée à ses extrémités après mise place du paquet de fibres 23 dans un corps de réservoir cylindrique 25 constituant l'élément principal du réservoir 1. Le sac 24 présente de préférence un diamètre extérieur et une longueur correspondant au diamètre intérieur du corps de réservoir 25, pour être monté et logé juste dans le corps 25 qu'il remplit complètement. Les réservoirs égalisateurs présentent des capacités limitées comprises généralement entre 2 et 10 litres et leur réalisation peut être simplifiée. Afin que le réservoir 1 présente une bonne résistance à la corrosion et un faible poids, on peut le réaliser en alliage d'aluminium ou en matière plastique (par exemple en ABS qui présente l'avantage de réduire les transferts thermiques vers l'extérieur). L'élément principal au corps de réservoir 25 en forme de boite cylindrique à fond plat ou à fond bombé, muni le cas échéant d'un ou plusieurs raccords 26, est rempli du paquet de fibres 23 et est ensuite obturé par un couvercle 27 muni éventuellement d'au moins un raccord 28. Le couvercle 27 vient de préférence s'ajuster de façon étanche par son rebord périphérique annulaire 27a sur l'extrémité libre annulaire 29 de l'élément principal 25 où il est collé ou soudé ou fixé par un filetage 30 permettant son démontage ultérieur, par exemple pour renouveler le paquet de fibres 23. Le fonctionnement du système de commande électropneumatique du frein, équipé du réservoir égalisateur 1 selon l'invention, va maintenant être explicité rapidement en relation avec le freinage d'un train contrôlé depuis une motrice. Au cours de la marche freins desserrés, la pression du réservoir égalisateur 1 est maintenue automatiquement à la valeur standard de la conduite générale (5 kg/cm2 ou 5 bars selon les nouvelles normes du freinage européen) par un détendeur d'automaticité non représenté. Pour déclencher un freinage, le conducteur appuie sur le bouton poussoir de serrage 18a du commutateur 18 pour provoquer la mise hors service du détendeur d'automaticité et la mise à l'échappement gradué du réservoir égalisateur 1, ce qui provoque la baisse de la pression de la chambre de commande 3 de la valve à grand débit 4 et la mise à l'échappement à grand débit de la conduite générale de freinage 10 provoquant le serrage progressif des freins des divers véhicules du train.Lorsqu 'une pression de freinage suffisante est atteinte, le conducteur relâche le bouton poussoir 18a, ce qui isole le réservoir égalisateur 1. Dans ce système de freinage classique, après un délai de 4 à 10 secondes, l'air contenu dans le réservoir 1 et qui avait été brutalement refroidi par détente, se réchauffe au contact des parois du réservoir et voit sa pression remonter de 0,1 à 0,3 bars, ce qui déclenche un desserrage intempestif des freins des divers véhicules du train et, le cas échéant, l'application du frein rhéostatique pour des motrices plus complexes telles que celles du TGV. Dans un train relativement long dont la commande de freinage des véhicules est réalisée par des triple valves, il peut se produire un desserrage total des freins à partir d'une remontée de pression simplement de l'ordre de 0,2 bars. Dans le système de freinage selon l'invention, les nombreuses alvéoles formées par le bourrage de fibres 23 et les nombreuses parois de ces alvéoles ralentissent considérablement l'échange thermique avec les parois 25, 27 du réservoir sans ralentir la transmission de la pression c'est-à-dire le transit de l'air comprimé. Il faut compter, selon la dimen sion et la forme du réservoir égalisateur de 1 à 2 minutes avant qu'une montée de pression de l'ordre de 0,1 bars ne se manifeste. Les phases de freinage ne durant généralement pas plus de 1 à 2 minutes à taux constant, les variations de pression du réservoir égalisateur 1 ne sont plus gênantes.En effet les durées du freinage à fond sont de l'ordre de la minute (80 secondes pour le TGV à 300 km/h) et les freinages de maintien exigent de fréquents réglages, soit parce que la pente de la voie varie soit parce que l'échauffement des pistes de friction fait varier le coefficient de frottement. Au cours du desserrage des freins par remontée de la pression dans le réservoir égalisateur 1, à la suite de l'excitation de l'électrovalve de desserrage 20, les variations de température de l'air contenu dans le réservoir 1 sont partiellement compensées du fait de la détente de l'air comprimé du réservoir principal Il à travers I'électrovalve 20 et de la compression de l'air contenu initialement dans le réservoir 1. De plus, la fin de la remontée de la pression dans le réservoir 1 est suivie d'une surcharge (normalement de 0,4 bars) qui est lentement éliminée et les variations éventuelles de la température de l'air du réservoir 1 ne posent alors pas de problèmes importants. On notera que le remplissage en fibres du réservoir égalisateur 1 ne réduit que faiblement (de l'ordre de 10% au maximum) sa capacité. Les volumes d'air contenus dans les tronçons de tube 2 et 19 ainsi que dans la chambre de commande 3 sont faibles (de l'ordre de 1/100 de celui du réservoir 1) et leur réchauffement ne perturbe pratiquement pas la pression du réservoir 1. Dans certaines applications ou ces volumes "parasites" sont plus importants, il est possible d'utiliser des conduites de raccordement isolées thermiquement tout en augmentant la capacité du réservoir 1. Pour apprécier l'intérêt du réservoir égalisateur selon l'invention, il convient de se rappeler que le réchauffement de l'air à l'intérieur du réservoir égalisateur 1 est surtout provoqué par la chaleur latente des parois du réservoir, le coefficient d'échange entre l'air comprimé à l'intérieur du réservoir et les parois ae celui-ci étant supérieur à celui du réservoir avec l'ambiance extérieure du fait de la densité supérieure de l'air comprimé à l'intérieur du réservoir. Le garnissage en fibres 23 permet d'utiliser des réservoirs égalisateurs en alliage d'aluminium compacts, légers, faciles à fabriquer et à loger, sans risquer des variations de pression rapides par réchauffement de l'air contenu. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de réservoir de pression pneumatique destiné à servir de réserve de pression de commande de la variation d'une pression, par exemple pour commander la variation de la pression d'air comprimé de la conduite générale de freinage d'un train à l'aide d'une valve à grand débit, caractérisé en ce qu'il est rempli d'un matériau (23) divisant l'espace intérieur (la) du réservoir (1) en une multitude d'espaces alvéolaires (23a) séparés les uns des autres mais communiquant entre eux par des passages étranglés. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau divisant l'espace intérieur (la) est un matériau isolant thermique souple tel que de la matière plastique. 3.- Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le matériau divisant l'espace intérieur (la) est une mousse à cellules ouvertes. 4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la mousse est légèrement comprimée dans le réservoir (1). 5.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la mousse est disposée sous la forme d'au moins un bloc libre dans l'espace intérieur (la) du réservoir (1). 6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le matériau divisant l'espace intérieur est constitué par des fibres minces (23) en matière plastique hydrophobe et qui sont vrillées et/ou enroulées et juxtaposées pour constituer un bloc poreux et former des espaces séparés (23a) impropres à retenir l'eau de condensation. 7.- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les fibres en matière plastique (23) sont assemblées en un bloc cohérent remplissant l'espace intérieur (la) du réservoir (1). 8.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le matériau (23) divisant l'espace intérieur est contenu dans au moins un sac (24) perméable à l'air et qui vient se loger dans l'espace intérieur (la) du réservoir. 9.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le réservoir (1) est constitué de l'assemblage d'un élément principal (25) à extrémité annulaire ouverte (29) permettant l'introduction du matériau (23) divisant l'espace intérieur (la) et sur laquelle est monté et fixé par tout moyen adéquat tel que collage, filetage (30), soudure, un couvercle (27) à rebord circonférentiel (27a) coopérant intérieurement et/ou extérieurement avec l'extrémité annulaire ouverte (29) de l'élément principal (25). 10.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les parois du réservoir (1) sont réalisées en un matériau isolant thermique et présentant une résistance mécanique élevée, par exemple de la matière plastique ABS. 11.- Système de commande de freinage à relais de pression à grand débit pour la commande du freinage d'un train, comportant un réservoir égalisateur, servant à stocker la pression pneumatique variable de commande dudit relais de pression et à temporiser les variations de ladite pression de commande, caractérisé en ce que le réservoir égalisateur (1) selon l'une des revendications 1 à 10, est équipé de moyens (23) protégeant l'air comprimé qu'il contient du réchauffement rapide par les parois (25, 27) du réservoir.