Паровоз существует более ста лет. До сих пор он остаётся наиболее распространённым видом тяги на железных дорогах. И действительно, у паровоза есть немало достоинств: он прост по конструкции, гибок в управлении и надёжен в эксплуатации. Стоимость паровоза сравнительно невелика, а ремонт его несложен. Эти качества позволяют паровозу успешно конкурировать с другими видами локомотивов.
Однако паровозы не лишены и существенных недостатков. К их числу относятся прежде всего низкий коэффициент полезного действия паровой машины. Из каждых 100 килограммов топлива, которое сжигается в топке паровоза, полезно расходуется всего 6—7 килограммов. Основная же масса получаемого тепла улетает в атмосферу. Большой расход топлива и воды приводит к тому, что паровоз требует частых остановок для пополнения их запасов. Это усложняет эксплуатацию паровозов и требует больших капиталовложений для постройки угольных эстакад и водокачек.
*
Недостатки паровоза заставляют конструкторов работать над созданием других, более совершенных локомотивов. Одним из самых экономичных двигателей является дизель. Неудивительно поэтому, что конструкторы давно стремятся поставить дизельный двигатель на колеса и превратить его в локомотив. Такие локомотивы, в которых вместо паровой машины используется дизель, называют тепловозами. Тепловозы действительно оказались свободными от многих недостатков паровоза. Так, например, коэффициент полезного действия их почти в шесть раз выше. Тепловозы могут пробегать большие расстояния без набора воды и топлива.
Однако, несмотря на столь явные свои преимущества, тепловозы все же не получили большого распространения. Объясняется это тем, что, освободившись от недостатков паровой машины, тепловоз приобрёл взамен их другие недостатки, свойственные двигателям внутреннего сгорания.
*
Одним из этих недостатков является трудность запуска тепловоза. Всем известно, что двигатель внутреннего сгорания может работать только «с хода». Прежде чем впустить горючее в цилиндры двигателя, его необходимо раскрутить, сообщить его маховику некоторую скорость. В автомобильных, самолётных и стационарных двигателях первоначальный запуск производят при помощи сжатого воздуха. Таким образом, тепловозы приходится оборудовать специальными компрессорными установками, что значительно удорожает их первоначальную стоимость и усложняет эксплуатацию.
Другой недостаток дизеля заключается в что двигатели этого типа могут работать только в одном, строго определенном интервале скоростей. Так, например, дизель, рассчитанный на 200 оборотов в минуту, ниже 100 работать не будет. Это неудобное свойство двигателя внутреннего сгорания вынуждает конструкторов тепловозов прибегать к сложным механическим и электрическим передачам от мотора к рабочим колёсам.
В современных тепловозах обычно заставляют дизель приводить в действие динамомашину, которая, в свою очередь, питает током электромоторы, вращающие колеса. Без этого промежуточного устройства тепловоз не смог бы сдвинуть с места прицепленный к нему состав.
Соединение в одном локомотиве электрического и теплового двигателей значительно усложняет конструкцию тепловоза, ещё более увеличивает его стоимость и затрудняет эксплуатацию.
Вот почему паровоз при всех его недостатках продолжает занимать первое место среди различных типов локомотивов. Из этого своеобразного тупика, в котором оказалась конструкторская мысль специалистов локомотивостроения, в последнее время найден блестящий выход.
*
Молодой советский инженер Л. М. Майзель изобрёл новый тип локомотива, в котором сочетаются достоинства паровоза и тепловоза. Свой локомотив изобретатель назвал теплопаровозом. Идея его очень проста. На больших скоростях дизель оказывается отличным двигателем — значит, его надо оставить в новом локомотиве. Но на малых скоростях и при трогании с места паровая машина выгоднее дизеля, следовательно и от неё не стоит отказываться. В новом локомотиве оба эти двигателя соединены вместе.
Теплопаровоз представляет собой локомотив с двумя цилиндрами — по одному с каждой стороны машины. В каждом из цилиндров находятся два поршня, двигающихся в противоположные стороны. Локомотив начинает свою работу как паровоз. В момент трогания с места работает только паровая машина. При этом пар поступает в цилиндры то с внешних краёв их, заставляя поршни сближаться, то в промежуток между поршнями, заставляя их расходиться.
Как только скорость локомотива достигнет 35 километров в час, начинает работать двигатель внутреннего сгорания. Это производится следующим образом: когда поршни, разойдясь до предела, находятся в крайнем положении, в пространство между ними вдувается воздух. Происходит так называемая продувка цилиндров. Воздух очищает пространство между поршнями от пара. Затем поршни начинают сближаться и сжимают оставшийся в цилиндре воздух.
В тот момент, когда поршни сблизятся до предела, в пространство между ними вбрызгивается жидкое топливо. Топливо воспламеняется, и газообразные продукты его сгорания отбрасывают поршни в разные стороны. Таким образом, один и тот же цилиндр является одновременно частью и паровой машины, и двигателя внутреннего сгорания.
Двигатель внутреннего сгорания на теплопаровозе двухтактный. Любопытно, что в первом такте двигателю помогает паровая машина: сжатие воздуха, происходящее в обычных дизелях за счёт инерции маховика, в теплопаровозе производится при помощи пара.
Такое конструктивное соединение двух двигателей разных типов в одном цилиндре оказалось весьма выгодным. Теплопаровоз, равный по мощности паровозу «ИС», имеет паровой котёл с поверхностью нагрева вдвое меньшей. Отпала необходимость в сложных и дорогих компрессорных установках, которыми приходилось пользоваться, чтобы пустить в ход обычный тепловоз.
Конструкторам теплопаровоза удалось достичь большой экономии тепла. Так, например, холодильник дизеля одновременно служит и водоподогревателем для паровой машины: вода из тендера сначала поступает в рубашку цилиндра и охлаждает его, сама при этом нагреваясь; горячая вода затем направляется в котёл.
Тепло выхлопных газов используется для подогрева воздуха, поступающего в топку. А отработанный пар, прежде чем уйти в атмосферу, вращает две турбинки. Одна из них подаёт воздух в топку, а другая создаёт в ней разрежение и тем усиливает тягу.
Мощность теплопаровоза достигает 3,5 тыс. лошадиных сил. Он способен развивать скорость до 120—130 километров в час. Его паровая машина работает при давлении в 20 атмосфер. Котлы с таким высоким давлением до сих пор на наших паровозах не ставились. Коэффициент полезного действия теплопаровоза почти в два с половиной раза выше, чем у самых совершенных паровозов.
Значительно увеличился и безостановочный пробег локомотива. В то время как паровоз проходит без набора воды и топлива 200—250 километров, теплопаровоз может пробегать без остановки по 600— 700 километров.
Колёсная формула теплопаровоза 1-4-1. Это значит, что новый локомотив имеет четыре пары ведущих колёс и две пары бегунков. Так как поршни теплопаровоза двигаются в противоположные стороны, то их штоки нельзя непосредственно соединять с колёсами. В этом случае колеса вращались бы в разных направлениях. Поэтому поршневые штоки соединены предварительно с так называемыми отбойными валами. А уже эти отбойные валы связаны с дышлом, которое толкает ведущие колеса.
Применение цилиндров с двумя поршнями привело к тому, что машина оказалась динамически хорошо уравновешенной. У паровоза движение поршней вызывает качания и толчки. Ход паровоза становится неровным, что вредно влияет на путь, приводит к преждевременному его износу. Теплопаровоз оказался свободным и от этого недостатка. Он идёт плавно, без резких толчков.
*
Недавно коллектив Ворошиловградского паровозостроительного завода выпустил первый советский пассажирский теплопаровоз. Советские конструкторы работают над дальнейшим совершенствованием локомотива этого типа. Изобретатель теплопаровоза Л. М. Майзель награждён правительством орденом Ленина.
Комментариев нет:
Отправить комментарий