15-Le régulateur

Le règulateur

15 novembre 2016 :

Bon, comme j'ai du suspendre temporairement les travaux sur la chaudière et que je vais saupoudrer mes machines avec de la poudre de laiton, j'en profite aussi pour usiner le presse-étoupe par où passera la tige de commande du régulateur.  J'avais acheté à l'époque une pièce de fonderie qui me sert de base, mais quelquefois, il vaudrait mieux partir d'un bloc de brut.
J'ai commence par dresser les deux faces latérales de façon à pouvoir prendre la pièce dans le 4 mors. Je commence alors par l'usinage de la partie cylindrique qui rentrera dans la chaudière.  L'étanchéité sera assurée par deux Oring.

Je peux maintenant repasser sur le 3 mors pour terminer la partie externe.  Pas évident et comme je devrai de toute façon reprendre la pièce à la table rotative, j'arrête ici.

J'en profite quand même pour percer le trou, y mettre un petit coup d'alésoir et terminer par le filet.

Au passage, le 4 mors à laissé de belles traces.  J'ai bien serré, mais le bronze était aussi particulièrement tendre.  Heureusement, je n'avais fait que de dresser les faces et ces horreurs devraient disparaître lors de la mise à dimensions.

La table rotative me permet de fraiser le secteur dans lequel viendra osciller la manivelle de commande.  J'en profite aussi pour terminer le nettoyage de la face interne de la courbe.

Et voilà la pièce terminée.  Le but recherché en fabricant cette pièce maintenant était aussi de ne pas me prendre la tête avec le traçage des trous.  On voit ici le presse-étoupe fixé sur son embase en inox qui elle sera soudée sur la chaudière.

Un vue de l'arrière.  Le tube traversera la face arrière de la boîte à feu et sera soudée sur ses deux faces.

Bon, maintenant j'attaque la fabrication du raccord qui se vissera sur la plaque tubulaire avant et qui fera la jonction entre le tube sortant du régulateur et le tube amenant la vapeur dans le fond de la boîte à fumée.

Rien de bien particulier, sinon qu'il s'agit quand même d'une pièce demandant pas mal de soin.  Elle comporte deux filets externes ainsi qu'un filet interne dans lequel viendra se visser la bague qui compressera l'Oring assurant l'étanchéité de la sortie de vapeur.

Cette bague, qui me sert de référence pour la coupe du filet femelle a été usinée en mesurant le filet avec des piges de contrôle.  Ca permet de garantir un filet dans les tolérances.  Ici, la photo n'est là que pour illustrer la prise de mesure.  En réalité il s'agit du filet d'un des sièges de soupapes que j'ai déjà usiné pour pouvoir m'en servir de référence lorsque j'usinerai le filet dans la face supérieure du dôme.

Mesure des filets avec les piges :

Suite à un commentaire d'Alain, j'explique ici comment on mesure un filet avec les piges de contrôle.  Je connaissais la méthode de nom, mais comme la plupart des usineurs amateurs, je ne l'avais jamais appliquée.
La méthode se base simplement sur la mesure extérieure prise sur les piges.  La différence par rapport au diamètre nominal est fonction du diamètre des piges et de l'angle du filet.

Je donne ici les deux formules permettant de calculer cette différence :
   
   Filet métrique : de = d - (1.5155 p) + (3 d')
   Filet Whitworth : de = d - (1.6008 p) + .1657 d')

Dans mon exemple, le filet est du M24 x 150 et le diamètre des piges que j'utilisait était de 1.016 mm

Donc, on aura  :  de = 24 - (1.5155 x 1.5) +  (3 x 1.016) = 24.775 mm   Si on y regarde de près, c'est la valeur affichée sur le micromètre.  Donc, le filet est dans les tolérances et peut être considéré comme un vrai filet M24 x 150
Encore un petit truc.  Comment faire tenir trois piges qui ne demandent qu'à aller se perdre dans le bac à copeaux du tour tout en faisant la mesure au micromètre ?  Tout simplement en les "collant" sur le filet avec un peu de graisse, tout au moins les deux du dessus.

Et voilà les pièces terminées.  Tant que j'y suis, je vais en profiter pour fabriquer l'écrou de fixation de la conduite de sortie de vapeur.

5 décembre 2016

Juste pour ne pas que les mauvaises langues disent que je profite de l'hiver pour hiberner.  

Voici le raccord terminé, avec son écrou, son olive et l'outil qui va bien pour visser le tube venant du régulateur et la bague qui va presser l'Oring.  C'est la bague qu'on voit vissée dans le raccord.  Ici, les cotes étaient importantes, de façon à ce que lorsque la bague est vissée à fond, l'Oring ne soit pas écrasé, mais juste pressé suffisamment pour le tenir en place.

Bon, après cette parenthèse, je vais pouvoir retourner à la chaudière.


17 avril 2017

Bon, maintenant que la chaudière est presque terminée (il reste juste le support de régulateur à souder), je peux me lancer dans le régulateur lui-même.
J'avais l'intention de le faire en bronze, mais je n'ai pas vraiment de bronze dans les bonnes dimensions sauf accepter un déchet très important, donc je le ferai en laiton.  Si la corrosion est trop importante, on le refera en bronze.

Je commence par le corps du régulateur et ne dresse que les deux faces latérales et les extrémités.  Il est trop tôt pour usiner la glace car je dois encore serrer la pièce dans le mandrin du tour, ce qui risque toujours de laisser des traces. 

Ensuite, on perce de part en part.  Ici, je ressors les quelques forets longs dont je dispose.  Le perçage en diamètre 8 ne pose pas de problème.  Je passe ensuite au diamètre 12, mais en rangeant le foret dans son tiroir, je me rends compte que je dispose aussi d'un foret de 13.  Sans réfléchir, je me dis que je vais encore agrandir un peu le diamètre, le diamètre final étant de 14 mm, mais là, je peux le faire avec un foret classique en deux fois, car il faut de toute façon percer les extrémités à 14.5 pour le filetage.

Tout se passe bien, mais lors d'une reprise de fond trop enthousiaste, je casse le foret.   Pas trop grave, ce n'est que de la ferraille, mais ça m'embêterait très fortement de devoir recommencer toute la pièce.  Enfin, je suis parvenu sans trop de problèmes à récupérer les morceaux, en commençant par un coup de soufflette à travers la broche du tour pour faire sortir un maximum de copeaux et en tapotant l'extrémité du foret avec un tube de cuivre.

Ici, une petite réflexion s'impose.  Que s'est-il passé ?  C'est très simple.  Lors de la reprise, le foret s'est vissé dans le trou existant et a calé.  L'inertie du tour a fait le reste.
Le vissage des forets lors du perçage des alliages cuivreux est bien connu des bricoleurs.  Il existe d'ailleurs des forets spéciaux avec un angle d'hélice très élevé, où les gougures sont presque parallèles à l'axe, ce qui empêche le foret de se visser dans le trou. 
Par contre, l'erreur que j'ai faite était de procéder à un reperçage avec un diamètre tout juste supérieur au diamètre précédent (foret de 13 dans trou de 12).  Le foret n'ayant presque pas de métal en face de lui, rien ne l'empêche de faire un "bon en avant" et de se bloquer.  J'aurais donc du me limiter à un perçage de 8 suivi directement du perçage à 13.
Quoiqu'il en soit, le résultat est très bon comme témoigne le débouché du trou parfaitement au centre de la face opposée.

Il faut maintenant percer un trou de 28 dans le corps du régulateur.  Ici, j'ai trouvé une fraise de 28 qui m'a facilité la vie.  Sinon, je me serais contenté d'un trou de 25.
 

Le résultat est impeccable, mais il faut bien centrer car il ne reste pas beaucoup de viande de chaque côté.

Tant que j'y suis, je fraise les rainures dans lesquelles viendra se glisser la plaque de fixation.

Avant de commencer la tubulure de raccord avec la conduite de sortie de vapeur, je commence par faire la conduite de façon à avoir un filet pour contrôler le filet femelle qui sera fait au tour.

Ici, je pars d'un rond de laiton de 18 que je perce en retenant la leçon de mon expérience précédente et là, pas de problème.  Le filet est ici fait à la filière.

Voilà, la tubulure.  Rien de compliqué, mais il fallait que j'usine une gorge pour loger un Oring dans le fond.   N'ayant pas d'outil approprié, je prends un heure pour me bricoler un porte-grain.

Et voilà les différents éléments prêts pour la brasure. 

3 mai 2017

Bonjour, j'ai encore pu progresser un peu.
Après brasure et nettoyage à l'acide, voici ce que ça donne.  Un léger débordement de brasure, mais je voulais être certain d'avoir une bonne pénétration entre les deux pièces.

Il faut maintenant percer la tubulure de sortie et tarauder pour visser le bouchon.

  Onpeut maintenant passer au tiroir.  Ici, rien de particulier.  Du fraisage classique, tout en essayant de soigner l'état de surface.

Le seul point délicat est le fraisage les logements des ressorts qui serviront à maintenir le tiroir sur la glace en début de chauffe (après, la pression de la chaudière y suffira).  

Pour réaliser r la lumière, j'effectue des perçages (presque) jointifs et découpe le reste au bocfil.  La finition se fait à la lime.

Les biellettes de commande sont découpées dans une plaque de laiton.  Là encore, rien de chinois.

Le moyeu de la biellette inférieure comporte un trou carré dans lequel viendra se loger la tige de commande.  Ici, comme pour les purgeurs, je réalise le carré par brochage rotatif. 

Et voilà, les deux pièces sont prêtes pour la brasure.

 La journée est presque terminée, mais je veux quand même percer la lumière dans le corps du régulateur.  Même technique que pour le tiroir.

Bon, la finition n'est pas terrible, mais ça restera comme ça, car dans mon empressement de fin de journée, je me suis planté dans la position du trou.  Là, il est temps d'arrêter et de réfléchir un peu au problème. Au lieu de me presser, j'aurais mieux fait de terminer ma journée un peu plut tôt...

Après réflexion, je décide finalement de souder un bouchon.  Le perçage avec une fraise permet d'obtenir un trou peu profond et à fond plat.  Il suffit juste maintenant d'y souder un petit disque de laiton.

Et voila le bouchon après la soudure.  Ici, la soudure à l'étain est suffisante.  Le point de fusion se situe au delà de la température de l'eau dans la chaudière en service (environ 180°) et même si la résistance mécanique de l'alliage d'étain est diminuée, la pression de la vapeur tendra à pousser le bouchon dans le fond de son logement, donc pas de risque.

On peut maintenant surfacer la glace.   J'utilise une grosse fraise de façon à couvrir la largeur du régulateur avec la fraise et à pouvoir travailler en une seule passe.

On peut maintenant repercer la lumière ... au bon endroit.

Ici, après perçage des trous, pas question d'utiliser le bocfil.  Il faut faire un détourage avec une fraise de 3mm, ce qui explique l'utilisation de la tête multiplicatrice.

Et voilà le résultat.  On ne voit même plus où est le bouchon.

Il reste maintenant à polir la glace.  Cette opération se fait sur des papiers émeri de granulométrie décroissante collés sur une plaque de marbre.  Ici, le géologue ne résiste pas à mentionner qu'il s'agit d'un magnifique marbre Portor ;-)  La dernière granulométrie utilisée est le 1500. 

Les ressorts de maintient du tiroir ont été découpés dans du ressort de balais d'essuie glace.  Après la mise en forme, ils ont subi un revenu de 3 heures à 300 degrés (la température recommandée semble si situer entre 250 et 300°.  Pour le temps, une demi-heure devrait suffir pour de petites pièces comme celles-ci).  Ca peut paraître bizarre de faire un revenu sur un acier qui n'a pas subi de recuit et qui à priori possède toujours ses propriétés élastiques, mais lors de la mise en forme, par définition, on dépasse la limite élastique de l'acier.  On se retrouve donc avec un acier ayant subi une déformation plastique et dans lequel se trouvent emprisonnées pas mal de contraintes internes.  Pour les supprimer, une seule solution, le revenu.  Je n'approfondirai pas les explications ici, n'ayant pas envie de transformer ce blog en cours de physique des matériaux.

La tige de commande est une tige inox de 10.  Les deux extrémités sont tournées au diamètre 6 et un carré est fraisé.  Pour le tournage d'une pièce aussi longue, j'insiste sur la nécessité d'immobiliser la tige dans la broche du tour et de ne pas la laisser libre.  J'ai un jour essayé avec une tige d'alu sur un petit tour et j'ai cru que le tour allait s'envoler.  La tige était pliée à 90 degrés au ras de la broche !  Donc, je sacrifie un peu de temps pour faire un bouchon troué que je pousse à l'extrémité de la broche.  Ici, le dépassement de la tige hors de la broche n'aurait pas présenté un réel danger (environ 15 cm), mais par contre je risquais de gauchir la tige.

Et voilà une vue d'ensemble de la bête.

Avant de présenter le régulateur dans son logement, il faut encore fabriquer des cales d'épaisseur qui permettront le cas échéant d'en ajuster la hauteur sur son support.  Les cales sont boulonnées ensemble et façonnées d'un seul bloc.

Et voilà la bête en place sur la chaudière.  Le positionnement se fait d'une part par le tuyau de sortie de vapeur et d'autre part par la tige de commande.  On peut donc maintenant souder la plaque support à l'intérieur de la bride qui supportera le dôme.

Enfin, presque, car il faudra encore résoudre une petit problème.  Une des vis qui servent d'axe aux biellettes de commande accroche un peu.  Rien de bien grave, mais il faut essayer de trouver une solution élégante.

4 juillet 2017

Désolé pour cette (très) longue absence...
Nous nous étions quitté sur une biellette de commande du régulateur qui tapait sur le bord de la bride.  Après quelques heures de réflexion, il y avait deux solutions au problème.  Changer les longueurs des biellettes ou déplacer légèrement le régulateur vers l'avant.  J'ai finalement opté pour les deux.  Changer la longueur des biellettes m'a entre-autre permis d'ajuster les positions extrêmes du levier de commande entre les positions ouverte et fermée.

Voici le régulateur dans sa nouvelle position.  Plus aucun problème d'interférence avec le bord de la bride.

Et pour terminer, deux petites vue du régulateur.  Toutes les vis sont freinées avec du fil inox pour éviter de devoir un jour aller les récupérer dans le fond de la chaudière.

Pour le levier, le problème était d'orienter exactement le carré d'entraînement par rapport au levier lui-même.  J'ai décidé de contourner le problème en fabriquant le carré d'entraînement séparément du levier.  Une fois en place, il me suffira de positionner le régulateur dans la position voulue, d'orienter le levier dans la position correspondante, et de souder les deux pièces au TIG après les avoir légèrement pointées.

Pour en finir avec le régulateur, il fallait encore fabriquer une douille pour le serrage du raccord sur la plaque tubulaire avant.  Comme je n'ai pas de coffret à douilles poids lourd, j'ai décidé d'en bricoler une.

Bon, nous devrions normalement en avoir terminé avec le régulateur.  Enfin, en théorie, car en pratique, il reste deux petits problèmes.
La lubrification.  Dans les vraies locos, il y a un robinet à boule situé au dessus du régulateur ce qui permet de le lubrifier en laissant couler un peu d'huile.  Ca devrait marcher ici et c'est d'ailleurs ce qui était prévu, mais je n'ai pas trop envie d'introduire de l'huile dans la chaudière.  Donc, il n'est pas impossible, voir très probable que je décide de remplacer le tiroir par un tiroir en téflon, ou au moins en ajustant une semelle en téflon sur le tiroir existant.  J'y réfléchirai dans les prochains mois.
Deuxième problème, l'étanchéité du joint de presse-étoupe de la commande du régulateur.  Lors du test de la chaudière, c'est ce qui avait cédé à 14 bars et un essai effectué avec un joint en carton ne m'a pas trop inspiré confiance non plus.  Donc, il est très probable que je le modifie mais là, il faudra également effectuer une petite modif sur la chaudière.  A voir donc dans les prochaines semaines.  En attendant, j'attaque les superstructures avec la tôle de tablier, la selle de chaudière et autres choses.

 

8 avril 2024

 Juste une petite mise à jour de ce chapitre.  Lors des ses premières utilisations, le régulateur s'est montré assez dur et peu sensible.  J'ai donc décidé de voir si je ne pouvais pas améliorer la situation.  

J'avais une petit appréhension car je ne voulais pas me lancer dans un démontage complet, mais une fois le dôme retiré, le régulateur est bien accessible.  C'est l'occasion aussi de voir un peu comment il se comporte.  Juste un peu d'oxydation superficielle, mais sinon, tout est bon.

 J'en profite pour remesurer le recouvrement de la lumière dans les positions ouvertes et fermées.

Et on démonte.  Pourquoi cette ficelle ???  Tout simplement parce que l'axe ne demande qu'à tomber dans la chaudière... 

Même pas besoin de refaire une nouvelle semelle en téflon.  Je retourne juste l'ancienne et découpe une nouvelle lumière (à gauche).  J'ai fait une petite excroissance, de façon à laisser passer immédiatement la vapeur et à créer une surpression en aval du tiroir, ce qui devrait réduire la force appliquée par la vapeur.

Autre chose, lors du remontage, je me suis aperçu que l'ajustement était vraiment très "juste".  Encore une fois, je me suis rappelé les paroles du regretté Claude Desmarais qui disait toujours "laisse du jeux".  Et en plus, ici, je peux franchement en laisser car le tiroir est plaqué sur la glace par deux ressorts et la pression de la vapeur fait le reste.  Donc, un gros coup de lime sur les glissières du tiroir ne fera certainement pas de tort.