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de Marc Dufour

Rail et
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Le turbotrain

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B — ÉQUIPEMENT THERMIQUE

1 — GROUPE ÉLECTROGÈNE


Fig. 17 — Groupe bi-TURMO-alternateur
avec moteurs TURMO III G

Le groupe électrogène est constitué essentiellement par deux turbomoteurs TURMO III G, en première étape, qui seront ensuite remplacés par des TURMO X, entraînant à vitesse constante, par l'intermédiaire d'un réducteur commun, un générateur électrique (fig. 17).

Les deux turbomoteurs, disposés côte à côte, ont leur partie arrière articulée sur le réducteur et leur partie avant supportée, à l'aide d'une bielle permettant leur dilatation, par un châssis sur lequel est fixé le réducteur. L'ensemble compact ainsi constitué repose sur quatre plots élastiques: deux étant fixés à l'alternateur de traction, deux au châssis support des turbomoteurs (fig. 18).

La présence d'une roue libre sur chacun des deux arbres d'entrée du réducteur commun permet le fonctionnement avec un ou deux turbomoteurs en service.

Caractéristiques principales du groupe :

  • Puissance nominale dans les conditions standards de référence (15°C - l013 mbar) :
    • TURMO III G : 2 X 940 kW = 1 880 kW
    • TURMO X: 2 x 1 100 kW = 2 200 kW

  • Fig. 18 — Groupe bi-TURMO-alternateur
    prêt à être mis en place (cliché Alsthom)

    Vitesse de rotation des arbres de sortie des turbomoteurs (constante) tr/mn 5 785
  • Vitesse de rotation des alternateurs (constante) tr/mn 4000
  • Masse d'un turbomoteur (sec) :
    • TURMO III G 360 kg
    • TURMO X 400 kg
  • Masse du réducteur commun (sec) 900 kg
  • Masse des alternateurs 3 240 kg
  • Masse du groupe complet (en ordre de marche) :
    • TURMO III G 4 525 kg
    • TURMO X 4 605 kg
  • Capacité des circuits de graissage :
    • par turbomoteur 20 l
    • réducteur commun. 40 l

2 — TURBOMOTEURS ÉLÉMENTAIRES

Le TURMO 111 G ne diffère du TURMO 111 F1 des turbotrains E.T.G. que par des équipements extérieurs et par le réglage de la puissance nominale.

Le TURMO X constitue une nouvelle version plus puissante de cette machine.

Le turbomoteur TURMO 111 G (fig. 19) se compose de deux parties principales :

  • un générateur de gaz,
  • une turbine réceptrice transformant l'énergîe cinétique des gaz en travail mécanique; cette turbine étant mécaniquement indépendante du rotor du générateur de gaz, est appelée « turbine libre ».

Le générateur de gaz comprend essentiellement :

  • un compresseur composé d'un étage axial et d'un étage centrifuge,
  • une chambre de combustion annulaire dans laquelle se trouve centrifugé le combustible,
  • une turbine à deux étages entraînant le compresseur.


Fig. 19 — Groupe bi-TURMO-alternateur avec moteurs TURMO III G

Le TURMO X comporte un étage supplémentaire en ce qui concerne le compresseur .

La puissance utilisable, délivrée par le générateur de gaz, dépend de sa vitesse de rotation. Celle-ci est fonction du débit de combustible contrôlé lui-même par les organes de régulation du groupe.

La turbine libre fournit la puissance motrice par l'intermédiaire d'un réducteur, de rapport de réduction 0,28 environ, incorporé au turbomoteur. Une tuyère dirige les gaz sortant de la turbine libre vers le dispositif d'échappement de la motrice.

Caractéristiques principales :

pour les conditions standards de référence (15°C - 1 013 mbar) :

 

TURMO
IIIG

TURMO
X

 

Puissance nominale

940

1 100

kW

Vitesses nominales :

 

 

 

générateur de gaz

32 000

31 600

tr/mn

turbine libre

20 789

20 789

tr/mn

arbre de sortie

7 785

7 785

tr/mn

Consommations à puissance nominale :

 

 

 

Combustible

400

342

g/kW/h

3 — SILENCIEUX D'ÉCHAPPEMENT

Les gaz d'échappement sont évacués en toiture à travers un silencieux constitué par une combinaison d'éléments absorbants (tôles perforées et matelas de laine de verre) et de résonateurs accordés pour l'atténuation des sons de fréquences relativement basses. Le silencieux comprend une double gaine extérieure, refroidie grâce à une circulation d'air capté et refoulé en toiture par un jeu d'écopes. Il est nécessaire de renouveler en permanence l'air du compartiment moteur afin d'évacuer la chaleur rayonnée par les turbomoteurs et le réducteur commun, ainsi que celle provenant des radiateurs d'huile. L'énergie résiduelle contenue dans les gaz d'échappement des turbomoteurs est utilisée pour assurer la ventilation du compartiment grâce à la conception particulière du silencieux et de ses tubulures de raccordement. L'ensemble constitue des trompes d'extraction d'air fonctionnant par effet de venturi.

L'air chaud, évacué dans le silencieux d'échappement en même temps que les gaz, est remplacé par de l'air frais capté à l'extérieur de la rame.

4 — ALIMENTATION EN COMBUSTIBLE

En fonctionnement normal, l'utilisation du combustible diesel S.N.C.F. dans les TURMO ne pose pas de problème particulier. Par contre, l'allumage de la chambre de combustion de ces turbomoteurs nécessite l'emploi d'un combustible plus volatil; En conséquence, l'installation a été conçue pour permettre l'alimentation des turbomoteurs en PSP (pétrole sans paraffine) pendant les phases de lancement, puis en combustible diesel pendant leur fonctionnement normal.

Les turbomoteurs sont alimentés en carburant sous pression par l'un des deux groupes electropompes ci-après :

  • groupe électropompe 72 V branché sur batterie pour le lancement des turbomoteurs et tant que le réseau 400 Hz n'est pas établi en ce qui concerne le lancement du premier turbomoteur,
  • groupe électropompe fonctionnant sur le réseau 400 Hz pour la marche normale; il est substitué automatiquement au précédent dès que ce réseau est établi.

Les circuits des deux turbomoteurs d'un groupe sont identiques et alimentés en parallèle.

Le PSP, puisé dans un réservoir de 150 litres par un groupe électropompe 72 V - 400 l/h, est refoulé au groupe bi-TURMO sous une pression de 7 bars. Les filtres, disposés sur le circuit de refoulement, assurent un degré de filtration de 5 microns.

Un détendeur régule à 5 bars, à l'aide d'un jeu d'électrovannes, la pression du PSP distribué au circuit des allumeurs torches et au circuit principal d'injection. Le débit de carburant du circuit principal est contrôlé par un doseur piloté par la pression d'injection au générateur de gaz.

Une pompe, entraînée par le même moteur que la pompe de PSP, aspire le combustible diesel dans les réservoirs de 4 000 litres pour le refouler, après filtration à 5 microns, au groupe bi-TURMO sous une pression régulée à 1,1 bar. Ce circuit, contrôlé par une électrovanne, comprend une pompe intégrée au régulateur du générateur de gaz qui élève à nouveau la pression du combustible, et un robinet progressif qui assure la transition entre les phases de lancement et le fonctionnement normal (mise en action de la pompe 400 Hz).

5 — FONCTIONNEMENT DU GROUPE BI-TURMO

Les turbomoteurs sont lancés l'un après l'autre.

Le lancement de chaque turbomoteur, entièrement automatisé, consiste à entraîner mécaniquement le rotor du générateur de gaz puis à injecter du carburant dans la chambre de combustion en provoquant soninflammation par étincelles électriques.

L'action sur le bouton-poussoir de lancement d'un turbomoteur se traduit par le déroulement des séquences suivantes :

  • mise en service du groupe électropompe double « PSP -combustible diesel » ;
  • après une période de « gavage », simultanément :
  • mise sous tension de la dynamo-démarreur, à partir d'une batterie d'accumulateurs de 24 V, et des « allumeurs torches » (pendant 5 s),
  • alimentation de la roue d'injection en PSP;
  • dès que la vitesse du générateur de gaz atteint 13 000 tr/mn :
  • coupure de l'alimentation du démarreur et alimentation de la roue d'injection en combustible diesel ;
  • quand la vitesse du générateur de gaz atteint 21 000 tr/mn :
  • mise en service progressive de la régulation et des différentes sécurités du groupe électrogène ;
  • à l'issue de cette séquence (ou après mise sous tension du circuit des auxiliaires, consécutive au lancement du premier turbomoteur) :
  • mise en service de la pompe 400 Hz et arrêt du groupe électropompe double.

Chaque arrêt normal d'un turbomoteur est précédé d'une courte période de fonctionnement sur PSP en vue de faciliter la prochaine opération de lancement.

L'action sur le bouton-poussoir d'arrêt se traduit par le déroulement automatique des séquences suivantes :

  • mise au ralenti du turbomoteur et mise en marche du groupe électropompe double,
  • passage sur PSP ,
  • coupure de l'alimentation en PSP et arrêt du groupe électropompe double en service.

Régulation

Les différents dispositifs de régulation du groupe électrogène ont pour rôle :

  • de corriger le courant d'excitation de l'alternateur de traction affiché par la position du manipulateur en fonction de la puissance disponible à la sortie du réducteur commun,
  • de maintenir constante à 4 000 tr/mn la vitesse des alternateurs quelle que soit la puissance demandée.

Un régulateur RA, entraîné par le réducteur commun, délivre au régulateur du générateur de gaz (RG) de chaque turbomoteur une pression d 'huile modulée en fonction de la vitesse de l'alternateur. Toute variation de cette vitesse (consécutive, par exemple, à une modification du courant d'excitation) se traduit par une action des régulateurs RG sur le débit carburant de chaque générateur de gaz pour modifier la: puissance fournie afin de rétablir la vitesse initiale à la sortie du réducteur commun.

Chaque régulateur RG module une pression d'huile en fonction de la puissance du générateur de gaz correspondant. L'exploitation de ce paramètre à l'aide de deux manostats « Top Min » et « Top Max » permet :

  1. Lorsqu'un premier seuil de puissance est atteint (action du « Top Min »), d'interdire toute augmentation du courant d'excitation de l'alternateur de traction;
  2. Lorsqu'un second seuil de puissance est atteint (action du « Top Max » ), de commander une diminution automatique de ce courant d ' excitation.
 

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