Brevet FR2872120A1 — publié le 20051230

L'invention concerne une rame de transport ferroviaire, un ensemble d'un moteur et de deux compresseurs destiné à être utilisé dans une rame de transport ferroviaire et l'utilisation d'un compresseur dit "à piston sec" dans une rame de transport ferroviaire. Dans les trains, par exemple dans le T.G.V. (Train à Grande Vitesse), divers organes doivent être alimentés en air comprimé pour assurer leur fonctionnement. A titre d'exemple, ces organes peuvent être les freins, les suspensions, les portes, le pantographe, les toilettes chimiques, le klaxon, les essuie-glaces, etc. L'air comprimé est produit par un compresseur installé dans une motrice. Le compresseur alimente en air comprimé un réseau de canalisations qui approvisionne, le long de la rame, les divers organes. Si la rame comporte deux motrices, un compresseur est généralement installé dans chaque motrice. Une défaillance de l'un des compresseurs est comblée par l'autre compresseur qui assure alors l'intégralité de la production d'air. Toutefois, dans cette configuration, il ne reste plus qu'un compresseur, obligé à produire deux fois plus d'air. Le risque est grand de voir ce dernier compresseur défaillir également. Les conséquences d'une telle défaillance sont catastrophiques, car le train doit alors être arrêté en pleine voie, un train de dépannage étant amené sur le lieu de la panne pour remorquer la rame arrêtée. Les coûts engendrés sont considérables. De surcroît, les compresseurs permettant de délivrer la puissance requise pour le fonctionnement des différents organes, en l'espèce 22 kW pour le compresseur de chaque motrice dans un T.G.V, sont de très grandes dimensions, tant et si bien qu'il est nécessaire, pour changer un compresseur, de démonter le toit de la motrice et de le sortir par l'ouverture ainsi dégagée. Un tel changement nécessite l'allocation de voies spécialisées, de personnel compétent et l'immobilisation de la motrice pendant un temps conséquent. L'invention vise à pallier ces inconvénients. A cet effet, l'invention concerne une rame de transport ferroviaire, comportant au moins une motrice, des organes fonctionnant avec de l'air comprimé et des moyens de production d'air comprimé comportant au moins un ensemble d'un moteur et de deux compresseurs de production d'air comprimé entraînés par le moteur. L'audace de la demanderesse n'est pas mince. En effet, afin de pallier le danger de la défaillance d'un compresseur, elle propose le doublage du nombre de compresseurs. Mais, chaque doublet de compresseur étant entraîné par un moteur unique, la résolution apparente du problème redonne naissance à un problème similaire, puisque la défaillance d'un moteur entraîne l'arrêt simultané de deux compresseurs. Ainsi, le danger de la défaillance d'un compresseur a été en partie résolu, mais en recréant le même danger pour le moteur, alors qu'il aurait été plus logique de mettre dans chaque motrice deux ensembles indépendants d'un moteur et d'un compresseur. L'invention n'était donc pas évidente, et elle était même déconseillée, puisqu'elle propose de résoudre un problème grâce à des moyens donnant naissance à un problème comparable. Les avantages de l'invention sont toutefois nombreux. Tout d'abord, le remplacement d'un compresseur, par exemple fournissant une puissance de 22 kW, par deux compresseurs se fait par la mise en place de deux compresseurs de puissance réduite de moitié, par exemple deux compresseurs de 11 kW. Ces compresseurs sont de dimensions inférieures au compresseur initial et peuvent notamment être sortis de la motrice sans avoir à en démonter le toit. L'expérience a prouvé que le temps de remplacement d'un compresseur, qui atteignait une journée, peut être réduit à une heure. De plus, les compresseurs classiquement utilisés sont des compresseurs lubrifiés par pompe à huile. Ces dispositifs ne fonctionnent pas correctement en cas de pente du sol sur lequel les rails sont fixés. Il était donc souhaitable de pouvoir utiliser, dans les rames de trains, des compresseurs utilisant la technologie dite "à piston sec", dans laquelle le fonctionnement du compresseur se fait sans lubrification. Un exemple de tels compresseurs est celui des compresseurs commercialisés par la société SWAN (Tong Cheng Iron Works Co., Ltd, Taiwan), par exemple le modèle SDU-41 5. Toutefois, une telle technologie n'a jamais pu être mise en oeuvre dans le domaine ferroviaire, car les puissances délivrées par ce type de compresseurs ne sont pas suffisantes, limitées à l'heure actuelle à I1 kW. Pourtant, grâce à l'invention, on peut placer, dans une motrice, par exemple une motrice de TGV dont les compresseurs doivent délivrer une puissance de 22 kW par motrice, deux compresseurs de 11 kW entraînés par un même moteur. Il est donc possible, désormais, d'appliquer la technologie du compresseur à piston sec à un train, ce qui fournit une solution au problème de pente évoqué précédemment, et permet également l'utilisation d'une technologie qui préserve l'environnement, puisqu'elle n'utilise pas de lubrifiants. Les compresseurs à piston sec devraient par ailleurs avoir une durée de vie plus longue que les compresseurs à huile. Un dernier avantage lié à l'invention mérite d'être souligné. En plaçant les deux compresseurs de part et d'autre de leur moteur d'entraînement, la demanderesse a constaté que les vibrations des deux compresseurs s'annulent. Ainsi, l'invention permet de passer d'une configuration à un gros compresseur et un moteur, engendrant des vibrations importantes, à une configuration à deux compresseurs et un moteur dont les vibrations s'annulent en grande partie. L'invention concerne également, à titre de produit intermédiaire, un ensemble d'un moteur et de deux compresseurs destiné à être utilisé dans la rame de transport ferroviaire présentée ci-dessus. L'invention concerne en outre, à titre de moyen intermédiaire, l'utilisation, dans une rame de transport ferroviaire, d'un compresseur dit "à piston sec" pour la production d'air comprimé. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de la 15 forme de réalisation préférée de la rame de transport ferroviaire de l'invention, en référence au dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 représente une vue de profil schématique de la forme de réalisation préférée de la rame de transport ferroviaire de l'invention; - la figure 2 représente une vue de dessus schématique d'un ensemble d'un moteur et de deux compresseurs entraînés par le moteur dans une motrice de la forme de réalisation préférée de la rame de transport ferroviaire de l'invention et - la figure 3 représente une vue en coupe schématique d'une partie d'une tête de compression d'un compresseur mis en place dans la forme de réalisation 25 préférée de la rame de transport ferroviaire de l'invention. En référence à la figure 1, la rame de transport ferroviaire 1 de l'invention comprend une première motrice 2, à la suite de laquelle sont accrochés des voitures 4, et une seconde motrice 3, accrochée à la voiture 4 la plus éloignée de la première motrice 2. Ainsi, la rame 1 comprend des voitures 4 et deux motrices 2, 3, chacune située à une extrémité de la rame. Les motrices 2, 3 et les voitures 4 sont reliées entre elles par des faisceaux de canalisations 5. Ces faisceaux de canalisations 5 comportent divers éléments, notamment des câbles rigides de fixation, des canalisations de transport d'énergie électrique et des canalisations de transport d'air comprimé. Dans chaque motrice 2, 3, sont installés deux compresseurs (21, 22), (31, 32), respectivement, entraînés par un moteur unique 23, 33, respectivement. Les compresseurs (21, 22), (31, 32), entraînés par leur moteur 23, 33, fournissent de l'air comprimé qui est distribué dans l'ensemble de la rame 1, par des canalisations prévues à l'intérieur des motrices 2, 3 et des voitures 4 et par les faisceaux de canalisations 5 assurant la liaison entre ces divers éléments. 2872120 4 L'air comprimé est utilisé pour permettre le fonctionnement de divers organes de la rame, tels que les freins, les suspensions, les portes, le pantographe, les toilettes chimiques, le klaxon, les essuieglaces, ... Ainsi, la rame 1 de l'invention diffère des rames de l'art antérieur en ce que chaque motrice ne comporte plus un unique compresseur entraîné par un moteur, mais un ensemble d'un moteur 23, 33 et de deux compresseurs (21, 22), (31, 32) entraînés simultanément par le moteur 23, 33. Les compresseurs (21, 22), (31, 32) sont ici tous identiques, de puissance 11 kW et fournissent de l'air 1 o comprimé à 9 ou 10 bars. La figure 2 représente l'ensemble du moteur 23 et des deux compresseurs 21, 22 de la première motrice 2, mais il va de soi que la description qui va en être faite s'applique également à l'ensemble du moteur 33 et des deux compresseurs 31, 32 de la seconde motrice 3, qui lui est identique. En référence à la figure 2, les compresseurs 21, 22 sont placés de part et d'autre du moteur 23. Chaque compresseur 21, 22 comporte ici quatre têtes de compression 21', 22', respectivement, qui seront décrites plus en détails ultérieurement. Chaque compresseur 21, 22 comporte un arbre 21 a, 22a, relié mécaniquement aux têtes 21', 22' pour leur permettre d'assurer la production d'air comprimé lorsqu'il est mis en rotation. A l'extrémité libre de l'arbre 21a, 22a de chaque compresseur 21, 22 est fixée une poulie 21p, 22p, respectivement. Le moteur 23 comporte également un arbre 23a, à l'extrémité libre duquel est fixée une poulie 23p, qui est ici une poulie double, c'est-à-dire une poulie agencée pour pouvoir entraîner simultanément deux courroies en rotation. Elle peut par exemple se présenter sous la forme de deux disques solidaires de l'arbre 23a du moteur 23 et comportant chacun une rainure de réception d'une courroie. Entre la poulie 21p du premier compresseur 21 et la poulie double 23p du moteur 23 est montée une première courroie 231; entre la poulie 22p du second compresseur 22 et la poulie double 23p du moteur 23 est montée une seconde courroie 232. Ainsi, lorsque le moteur 23 fonctionne, c'est-à-dire que son arbre 23a est mis en rotation, il entraîne en rotation les arbres 21a, 22a des deux compresseurs 21, 22, par l'intermédiaire de sa poulie double 23p et des courroies 231, 232. Un unique moteur 23 permet donc à deux compresseurs 21, 22 d'assurer la production d'air comprimé. De la même façon, les compresseurs 31, 32 de la seconde motrice 3 comporte des têtes 31', 32', qui assurent la production d'air comprimé grâce à l'unique moteur 33, situé entre les deux compresseurs 31, 32 et entraînant leurs arbres en rotation grâce à deux courroies 331, 332 transmettant le mouvement de son arbre. En référence à la figure 3, chaque tête de compression 21', 22', 31', 32' comporte en son sein un cylindre 40, à l'intérieur duquel peut coulisser un piston 41. De son côté interne, le piston 41 supporte un arbre 42, mécaniquement relié à l'arbre du compresseur 21, 22, 31, 32, par l'intermédiaire d'un mécanisme ad hoc, et au piston 41 de façon à transformer le mouvement rotatif de l'arbre du compresseur 21, 22, 31, 32 en un mouvement de translation du piston 41 dans le cylindre 40. L'arbre 42 peut avantageusement être une bielle. De son côté externe, le piston 41 est libre de se déplacer dans la chambre 43 définie par le cylindre 40. A l'extrémité externe de cette chambre 43, sont agencés un clapet d'aspiration 44 et un clapet de refoulement 45. Ainsi, le mouvement de va-et-vient du piston 41 dans la chambre 43 provoque successivement l'aspiration d'air par le clapet d'aspiration 44, la compression de l'air puis son expulsion par le clapet de refoulement 45. L'air ainsi comprimé est alors distribué par les canalisations précédemment évoquées, de façon bien connue de l'homme du métier. Ce type de compresseur 21, 22, 31, 32, avec un arbre et quatre têtes de compression 21', 22', 31', 32', n'a été donné qu'à titre d'exemple, et tout type de compresseur entraîné par un moteur peut être utilisé. Il n'est en outre pas décrit plus précisément car il est bien connu de l'homme du métier. Dans la forme de réalisation préférée de l'invention, les compresseurs 21, 22, 31, 32 utilisés sont des compresseurs utilisant la technologie dite "à piston sec", c'est-à-dire une technologie dans laquelle le fonctionnement du compresseur ne nécessite pas l'usage de lubrifiant. Ce type de compresseur est bien connu de l'homme du métier, qui pourra appliquer son choix du compresseur à l'utilisation qui en est faite. Le compresseur ne comporte d'ailleurs pas forcément une tête de compression avec un piston semblable à celui qui vient d'être décrit, mais peut comporter une chambre avec un piston rotatif, ou autre. Quoiqu'il en soit, l'utilisation d'un ensemble d'un moteur et de deux compresseurs entraînés par le moteur dans chaque motrice offrent de nombreux avantages. Tout d'abord, en cas de défaillance d'un compresseur, les trois autres peuvent assurer la production d'air comprimé. En outre, le fait d'utiliser deux compresseurs, ici de 11 kW, pour produire une puissance de 22 kW, permet d'appliquer la technologie du compresseur à piston sec, pour l'instant limitée à des puissances de 11 kW, au domaine ferroviaire. Ces compresseurs de plus faible puissance sont en outre moins volumineux, ce qui autorise de les sortir de s lo la motrice sans nécessairement en démonter le toit. Enfin, en plaçant deux compresseurs (21, 22), (31, 32) de part et d'autre d'un unique moteur 23, 33, les vibrations liées au fonctionnement des compresseurs (21, 22), (31, 32) s'annulent en grande partie. Il pourrait être prévu la possibilité d'effectuer un découplage des compresseurs (21, 22), (31, 32) sur leur moteur 23, 33, afin de pouvoir choisir de n'entraîner qu'un compresseur avec le moteur, ce qui pourrait être utile dans certaines applications. L'invention a été décrite avec chaque ensemble d'un moteur et de deux compresseurs contenus dans une motrice, mais il va de soi que le ou les ensembles pourraient être placés dans une ou des voitures prévues à cet effet. 2872120 7 Revendications 1- Rame de transport ferroviaire, comportant au moins une motrice (2, 3), des organes fonctionnant avec de l'air comprimé et des moyens de production d'air comprimé comportant au moins un ensemble d'un moteur (23, 33) et de deux compresseurs ((21, 22), (31, 32)) de production d'air comprimé entraînés par le moteur (23, 33). 2- Rame selon la revendication 1, dans laquelle les compresseurs ((21, 22) , (31, 32)) sont des compresseurs dits "à piston sec". 3- Rame selon l'une des revendications 1 et 2, dans laquelle les compresseurs ((21, 22), (31, 32)) de l'ensemble sont placés de part et d'autre du 15 moteur (23, 33). 4- Rame selon la revendication 3, dans laquelle chaque compresseur ((21, 22), (31, 32)) comporte un arbre d'entraînement (2la, 22a) sur lequel est fixée une poulie (21p, 22p), le moteur (23, 33) comporte un arbre d'entraînement (23a) sur lequel est fixée une poulie double (23p) et la poulie (21p, 22p) de chaque compresseur ((21, 22), (31, 32)) est liée à la poulie double (23p) du moteur (23, 33) par l'intermédiaire d'une courroie ((231, 232), (331, 332)). 5- Rame selon l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle l'ensemble 25 est placé dans une motrice (2, 3). 6- Rame selon la revendication 5, comportant deux motrices (2, 3) et un ensemble dans chaque motrice (2, 3). 7- Rame selon la revendication 6, dans laquelle chaque compresseur ((21, 22), (31, 32)) fournit une puissance de 11 kW. 8- Ensemble d'un moteur (23, 33) et de deux compresseurs ((21, 22), (31, 32)) destiné à être utilisé dans une rame de transport ferroviaire (1) selon 35 l'une des revendications 1 à 7. 9- Utilisation, dans une rame de transport ferroviaire (1) comprenant au moins une motrice (2, 3) et des organes fonctionnant avec de l'air comprimé, d'un compresseur ((21, 22), (31, 32)) dit "à piston sec" pour la production d'air comprimé.