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Moteurs oscillantsLe moteur à vapeur oscillant est généralement considéré comme le moteur à réaliser par le modéliste débutant. Ils sont aussi utilisés comme moteurs pour animer de petits jouets à vapeur. Cesmoteurs ne font pas définitivement pas partie de l'aristocratie du modélisme vapeur.
http://www.labbookpages.co.uk/metalwork/singleOsc.html
Thomas Aveling traction engine Made by Victorian Models LtdJersey, Channel Islands.
http://www.mikes-steam-engines.co.uk/scratch_built.htm
http://eureka-i-found-it.com/steam/
Locomotive de parquet (dribbler) début du XXème siècle
Trop simples, justes bon à animer des jouets ? Et pourtant..Il faut savoir que c'étaient des moteurs très appréciés dans la marine. Ils étaient compacts, puissants,plus légers que leurs homologues à balancier, inversé ou non, moins de pièces en mouvement. La technologie des joints tournants ne permettait pas d'assurer une étanchéité au-delà de 3 bars, ce qui leur fut fatal. Ils assuraient un centre de gravité très bas et convenaient parfaitement aux bateaux à roues à aubes. Leur règne fut d'assez courte durée car la taille et la vitesse des bateaux augmentant, ils durent s'effacer dès que la propulsion par hélice prit le dessus et que les chaudières marines à haute pression s'imposèrent.
Le Diesbar un vénérable exemple de cette technologie
C'est en 1841 que le Diesbar fut équipé par un ensemble moteur oscillant construit par John Penn &sons. C'est une machine à 3 cylindres. Deux cylindres oscillants et un cylindre fixe. Le cylindre fixe sert de pompe à vide pour le condenseur.
Ce moteur a aujourd'hui 165 ans et fonctionne toujours. L'histoire de ce moteur a commencée en 1841 dans le Bohemia, puis en 1857 dans le Stadt Meissen. Enfin il fut installé en 1891 dans le Diesbar. Il y a donc 124 ans qu'il anime le Diesbar. C'est une preuve éclatante de la qualité de l'ingénierie et de la construction des moteurs John Penn & sons, moteurs renommés à juste titre.
https://www.asme.org/about-asme/who-we-are/engineering-history/landmarks/245-oscillating-steam-engine
Puissance 110 CV à 2,5 bars. Vitesse de rotation 38 trs/mn entraînant des roues de 3,80m de diamètre pour un vitesse de 14 km/h. Alésage x course 662 x 686 mm
Le Diesbar fait 53,5m de long, maître couple aux roues 10,2m, tirant d'eau 0,8m. Capacité 160 passagers.
Coupe sur la pompe à vide (cylindre fixe)
Dans cette aventure de la vapeur dans les transports maritimes, le nom de John Penn revient souventcar on le crédite du développement et de l'optimisation du moteur oscillant marin.
John Penn & SonsSource documentaire : http://www.gracesguide.co.uk/John_Penn_and_Sons
John Penn senior fonda son entreprise vers 1800 à Greenwich. Ce n'est qu'en 1825 qu'il s'orienta vers la mécanique de marine en développant des moteurs à balanciers de 40CV pour des navires de taille modeste à moyenne.
La fabrication de moteurs oscillants marins débuta en 1833 en équipant deux bateaux à aubes assurant la liaison Londres-Richmond. C'est à cette époque que John Penn Jr. prit progressivement les rênes de l'entreprise. En 1843 il remporta l'appel d'offre de la re-motorisation du bateau de guerre The Eagle. Ce fut un succès, son moteur était plus léger et deux fois plus puissant que le précédent. Il motorisa ou remotorisa un certain nombre de bateaux, dont des bateaux de guerre à roues à aubes jusqu'à leur disparition vers 1860. Les moteurs oscillants développaient de l'ordre de 260CV pour les dernières versions. Le SS Great Britain fut remotorisé en 1852 avec un ensemble oscillant de 500 CV ce qui donna au navire un réserve substantielle de vitesse apte à le maintenir enservice.
Réalisation d'un modèle de moteur John Penn & Sons par Peter Southworth
Source http://modelengineeringwebsite.com/Penn_paddle_engine.html
Entre temps, conscient de l'évolution des besoins, John Penn et son équipe développa le moteur à vapeur de type Trunk engine. C'est un moteur à piston coulissant, qui fut largement utilisé et qui convenait mieux à la propulsion par hélice : compacité plus grande, centre de gravité très abaissé, meilleur rapport poids-puissance car utilisant de la vapeur haute pression. C'est en 1845 qu'il motorisa l' Arrogant et l'Encounter avec des moteurs type trunk de 300 à 400 CV.
Mais, comme si tout cela ne suffisait pas, il introduisit la propulsion par hélice sur les bateaux de guerre, améliorant au passage le rendement des hélices de propulsion et de la transmission. Il mit aupoint et généralisa les paliers en bois de Gaïac (Lignum vitae) qui sont imputrescibles, légèrement déformables et naturellement lubrifiés à l'eau de mer. Ils sont encore utilisés de nos jours.
http://www.lignum-vitae-bearings.com/gallery/
John Penn s'efforça de développer et de généraliser sur ses moteurs la standardisation mécanique, alors balbutiante, en appliquant les standards du moment comme le filetage Withworth.
John Penn & sons était une entreprise prospère, très appréciée et considérée comme l'une des mieuxéquipée en mécanique navale.
John Penn confia sa firme en 1872 à ses deux fils pour prendre sa retraite. John Penn mourut en 1878. La firme disparut en 1914 après les classiques et tristes épopées de rachats et fusions de conglomérats qui, au nom de la rationalisation et du profit, ravagent des pans entiers d'industries prospères et viables.
Moteurs d'atelierA côté de ces gigantesques mécaniques de pointe que sont les moteurs marins, des moteurs oscillants modestes trouvèrent leur place dans les petits ateliers et dans les entrepôts. Peu à peu ils furent remplacés par les moteurs classiques de type vertical à tiroir. La puissance de ces moteurs oscillants s'échelonnait de 1/4 CV à 4 CV.
Modèle créé par Myers
Les moteurs suivants ne sont pas des maquettes.
Ci-après, extraits du catalogue Appleby, utilisation sur des monte-charges et de petites grues.
La gravure est celle d'un monte-charge utilisant des oscillants double effet montés à 90° de déphasage sur le vilebrequin et alimentés en vapeur à 3 bars (45 Psi). Selon la cylindrée la capacité de levage en prise directe allait de 700 kg à 3 tonnes. Les deux moteurs étaient commandés par une vanne d'admission unique avec tige de rappel de commande à l'étage supérieur. A pleine vapeur le moteur en charge tournait, selon le catalogue, à 100 trs/mn ce qui pour un tambour de 200mm de diamètre aurait donné une vitesse de déroulé moyen de chaîne de 62m/mn1
1 !! un peu rapide et/ou optimiste
Moteur mural – Roy OzoufLe modéliste américain Roy Ozouf, à partir d'une gravure datée de 1870, a reconstitué les plans d'unmodèle d'atelier. Ce qui le rend attractif, c'est qu' il s'agit d'un modèle mural, sûrement de puissance très modeste, avec une distribution de type Penn2, mais simplifiée. Même s'il n'est pas très simple il peut se construire sans pièces de fonderie.
Ce moteur est très intéressant et change du traditionnel moteur vertical à tiroir.
2 comme celle des gros moteurs de marine
J'ai repris les plans3 de Roy pour les passer en métrique et étudier4 le moteur. Chapeau bas pour la conception à partir d'une simple gravure, il faut dire que ce monsieur était contremaître outilleur et modéliste de renom.
Distribution
3 Réédités par Camelback press « Three elegant oscillators »4 Je n'ai jusqu'à présent rien trouvé de mieux pour comprendre un moteur et me faire une idée de la difficulté
d'usinage que de le redessiner en CAO.
La première partie est classique. L'excentrique entraîne la bielle d'excentrique. Le pivot est là pour prendre en compte le déplacement angulaire de la bielle lors de son mouvement. Cette bielle transmet le mouvement à un joug muni d'une rainure annulaire. Ce joug se déplace verticalement de la valeur donnée par l'excentrique.
La seconde partie de la chaîne cinématique est propre aux moteurs oscillants dont le cylindre impose un déplacement angulaire. L'amplitude du déplacement est commandée par la géométrie du maneton et de la bielle motrice par rapport à l'axe de pivotement du moteur.
Amplitude du mouvement angulaire du cylindre. L'axe de maneton de bielle décrit un cercle de rayon R=23,8mm
Le tasseau de renvoi coulisse dans sa rainure. Il exécute une mesure indirecte de la position du piston. L'axe de son alésage, qui reçoit le tenon de la biellette d'attache, va se déplacer verticalementet horizontalement. Son déplacement vertical va finalement induire, via la biellette d'attache, l'amplitude du mouvement du doigt qui commande en fin de chaîne le tiroir vapeur.
Le rayon de la rainure circulaire n'est donc pas anodin.
Il en va de même pour la biellette de liaison. La distance entre l'axe d'alésage et l'axe du tenon cylindrique, le bras de levier en quelque sorte , est un paramètre influent du mouvement final du doigt qui actionne le tiroir vapeur. Plus cette distance est faible, plus l'amplitude de mouvement du doigt est importante pour un même mouvement du tasseau. La possibilité de modifier cet entraxe estlimitée sous peine de blocage du mouvement. Cela est dû à la contrainte de pivotement imposée par le support du pivot du doigt de commande qui est fixé sur le couvercle de cylindre.
On voit donc que les éléments de cette distribution sont le morceau de bravoure de ce modèle, non qu'ils soient intrinsèquement difficiles à fabriquer mais leur positionnement géométrique (intersection, parallélisme, orthogonalité) doit être rigoureux.
Le réglage fin de position du tiroir s'obtient en agissant sur deux paramètres : la position de l'écrou sur la tige de commande du tiroir et l'angle entre la biellette de liaison et le doigt de commande.
L'épure suivante illustre les déplacements horizontaux et verticaux du tasseau en fonction de sa position dans la rainure circulaire du joug d'excentrique. Rappelons que ce joug coulisse en mouvement de glissière vertical selon la position de l'excentrique calé sur le vilebrequin.
Nota : je n'ai pas construit ce modèle qui s'ajoute à la liste (unpeu trop longue ) des projets à venir. Donc je livre les plans tels quels, même si, ayant été dessinés à partir d'un modèle 3D enCAO il y a une bonne garantie sur leur exactitude.
Entre la position neutre (verticale) et la position extrême le tasseau va se déplacer verticalement de 12,46-11,95 soit 0,5 mm
1.000ECHELLE
1.400ECHELLE
R17.5
50
12
3.5
96
2222
140
102
11.6 11.612 1226
M 4 trous5
6 trous avec lamage 6.5
5
6060
20
6.5
35
20
17.6
3
3
0.700ECHELLE
XSEC0001-XSEC0001COUPE
1060
6010
140
6
129.5 15.9 13.2
47.6
47.630
127
9797
9.59.
58 70
30.1 35
17.5 17.5
17.5 17.5
35
0.700ECHELLE
3.9
42.9
R5.6
R30.9
R24
R13R
13
812.5
9.5
87.3
4.88.
2
R9
R9
12
4.8
R14R9
17
R4 M5
3.126.3
44.4
35
R3.75
R3.75
8
2 5 2 5.5
14.5
7.5
4.5
4.5
1.2
M5
2 12 2
16
20
12 18
2 15.1
17.1
R11
R9
16
47.6
R3
R3
R3
R12
Palier supérieur& inférieur
Bague palier vilebrequin Bague pivot moteur
313.4
10.9
48.8
76
11.4
3
8.88.8 26.9
6.4
44.5
35
7
14.4
6.6
3.1
R23.6
R15.6
R12
Guide de glissière d'excentrique
60.4
6.49.5
28.69.5
6.4
23.8 45 50
16M 4 trous2.5
18.7
4 M6 trous
3
21
6.2
28
3.2
15.9
R17.5
18
4
17.1
40
1.300ECHELLE LONGITUDINALE-LONGITUDINALECOUPE
CANAUX_VAPEUR-CANAUX_VAPEURCOUPE
SUR_PIVOT-SUR_PIVOTCOUPE
2.000ECHELLE
2.000ECHELLE
2.000ECHELLE
9.5
6.3
perceren place
4
19.1
41.4
2.44
2.4
4
9.5
28.6
2.4 2.4
14.3
9.6
17.5
M 4 trous2
4
11.9 6.3
4 trous2
lamagetête de vis
3.6
16
23.8
8.8
3.2
3.2
2
R3.
2
13.6
9.6
4
LONGITUDINALE-LONGITUDINALECOUPE
TRANSVERSALE-TRANSVERSALECOUPE
20.7
R1.6
R3.2
3.2
28.6
28.6
12.8
6.45
4.5
3
M 2 trous
2
19
22.2
7.2
8.5
8.5
7.2
2.8 3.2
10
3.2
9.6
20.7
41.44.8
8
3
28.6
41.4
2
141
.4
9.6
8.5
108.
52.8
3.2
18.8
28.5
12 trous2.1
3
7
6.4 2
8.4
R3.
5
R1.7
4.4
2 trous2.1
9.613
3
5
Presse-étoupe
Couvercle vapeur
Boîte vapeur
HORIZONTALE-HORIZONTALECOUPE
35
6
50
3.5 8.
53.
5
1.2
4560
15
90
30M4 trous
2
6 trous3.1
21
1.5
4.71.2
20
11
8 R17
R2
20
4 trous2.1
68.
7 11
4 39.5
16.5
8
R17
R25
2
11 5
16
4
12.2
11
7.323
3.1R
2
67.6
50.2
Presse-étoupe
Couvercle supérieur
angles non critiques
Pièce réalisée en mécanosoudure
Support pivotdoigt de distribution
6 trous3.1
21
35
8
35 50
7
2.4 1.4
4
12.7
14
9.5
8.7
2.6
6.4
3.8
2.4
4.8
2.4
1.6
0.8
3.5
Couvercle inférieurValve (tiroir vapeur)
Tiroir vapeur
18
1610
17
26
9
3.260 6
4.7
12.4
6.4
4.8
5
2 2
6.4
2.4
9.5
5
M2.5
6.4
M2
2.510 29
Tige commande de tiroir
Ecrou de tiroir
Pivots de cylindresoudés après perçagecanaux vapeur
285
3
9.5
36.
5
1 à
2mm
0.9 à 1.2mm 60
9
2.9
76.4 6.4
94.7
M565
3M
3 su
r 3 à
4m
m
Piston
Tige de piston
VOIR DETAIL A
6.000ECHELLE ADETAIL
R12
2 trous3
1621.8
10
R5
M58
9.5
716.5
24
R12
2 trous3
21.8
16
R5
10
24
5
879.
5
16.5
1.2
Ebauche servant à fabriquerles deux têtes de bielle.Après perçage des 2 trous 3 l'ébauche est sciéeLes deux parties sont réassembléesaprès mise à la cote. Le trou central est percé et alésé après temontage
2.000ECHELLE
Distribution (ensemble)
R56
R53.2
3.4
3
6.4
10
7.2 3.2
4
1.3
52
7.4
11.3
8
R45
5.2
R3.2
4.8
R48.4
R45
R53
.2
R48
.414.7
3.5
3
13.6
4.8
6.4
3
3.2
6.4
3
15.9
3.2
2.4
4
2.4
22.3
1.6
Tasseau de glissière
Biellette de jonction
Guide circulaire
M2
R11
R15
3
R3.2
R2.5
6.4
28.6
36
2244
.5
3.2
10.9
6.9 41
.3
8.6
2 trous3.1
1012.4
31.1
3.2
6.4
6.4
R12
16
10
R5
9.5
16.5
7
1.2
5
8
8
2 trous3
21.8
1/2 cage d'excentriquepartie supérieure
1/2 cage d'excentriquepartie inférieure
6.4
6.4
15.9
2.9
3
18.83.2
22
12.8
22.3
2.2
Doigt basculant de commande de valve
8 9.4 8
28.6
1.6 1.6
10
R10.3
12
10
23.8
R8.7
8
42.8
16 36.5
52.5
8 12
14.3 46.8
10 12
61.1
1.6
11.9
20 12 1410.3
12 1820
1.6 10.311.9
12 18
11.1
1.6
25
14
1 1
6.48.4
22M3
Vilebrequin axe gauche
Vilebrequin axe droit
Maneton de bielle
Volant de bielle
Excentrique
Bague A
Bague B
Bague C
814 18
5 11
16
R50
11
3.83.83.4
5
141840
3
R1.
5
8.2
72
4.7
11
R25R24.7
R20
Poulie roue
Moyeu
après usinage de la rouele moyeu est soudé
VOIR DETAIL A
4.000ECHELLE ADETAIL
R13
R40
R3
37
27
R29.4
21
39
72
R50
14
5
4.5
4.5
10
26
Robinet admission vapeur
6620.6 43.8 1.6
16
12
16
13.6
M10 4
M813
6
10
16
9 6
2
11
20
4 trous2
7.6
6 410
3.5 4 3
10.5
20
4 trous27.
6
10 M6 12
1.3
4 3
7
6
60longueur selon implantation
4
Tube de jonctionfiletage M6 à une extrémité
Corps de vanneadmission & échappement
VOIR DETAIL A
Selon joint
2.400ECHELLE ADETAIL
Selon joint
12
M5
84 8
M10
1.5
M5 64.5
14.5
7
8
2
2.5
4M2
6
M5
4 HEX
322
6
4.60.7
31
90
2.4
Vue arrièrecôté bille
Bille d'étanchéité
Gorge selon joint
3.000ECHELLE
3.2
0.8
3
10
25
4
2.4R1
20
R118
8
R1.6
12.7 cotenon critique
22.2
3.55
2.2 1.26
9.4
12
82.5 4
6.5M
10
1.2
Boulon serrage Volant
Volant de manoeuvre
Bouchon échappement
Echappement
