Лев Гумилевский - Русские инженеры
Увеличивая поверхность нагрева, конструкторы в то же время, конечно, работали и над улучшением пропорций котла: расширяли размеры топки и площадь колосниковой решетки. Вместе с тем росли и размеры самого котла, хотя железнодорожные габариты ограничивают его высоту, ширину и длину, а верхнее строение пути ставит предел сцепному весу паровоза, нагрузке на ось.
Современный паровоз вырос так, что у него почти исчезла труба. Тяга в топке достигается установкой конуса, усовершенствование которого — постоянная забота всех конструкторов.
Рост паровоза в длину также ограничен: удлиняя котел, приходится, естественно, увеличивать и протяжение экипажной части для размещения на ней котла. Но на известном пределе такой паровоз уже не может свободно проходить на закруглениях рельсового пути, рассчитанных на установившиеся габариты. С таким положением дела столкнулись прежде всего американцы: у них из-за экономии и спешки практиковались особенно крутые повороты пути. Американские инженеры вышли из положения, применив поворотные тележки, на которых концы экипажной рамы лежат свободно, так что, проходя кривые, тележки делают повороты самостоятельно, рама же поворачивается при прохождении закругления движущими осями, на которых она покоится неподвижно.
Но дело ведь не только в размерах котла. Раз увеличены его размеры, возрастает неизбежно и общий вес паровоза, а тяжесть его не может быть больше допускаемой прочностью рельсов.
Товарный паровоз серии «Э» с перегревом пара.
Значит, для того чтобы не превысить предельной для данного пути нагрузки на ось, необходимо увеличивать число паровозных осей. И если общий вес паровоза нельзя распределить между движущими осями, способными свободно проходить на закруглениях, то конструкторам ничего другого не остается, как добавлять спереди или сзади, или и там и тут поддерживающие оси.
Таким образом, к повышению общей производительности паровозов и котловой их мощности техника шла двумя путями: с одной стороны, сохраняя сцепной вес и котловые пропорции паровозов, добавляли бегунки, позволявшие разместить котел с большой поверхностью нагрева; с другой стороны, не меняя типа паровоза, улучшали пропорции котла, увеличивая размеры топки и колосниковой решетки.
При всех своих конструктивных достижениях современный паровоз не избавился еще от своего главного недостатка. До сих пор он остается самой прожорливой машиной, почти такой же расточительной, как и во времена Черепановых, хотя к концу XX века был создан целый ряд самых разнообразных и экономичных тепловых двигателей.
Создание каждого нового двигателя неизменно влекло за собой попытки использовать его для замены паровоза более совершенным и более экономичным локомотивом. Последовательно выходили на железнодорожные пути газовозы, тепловозы, турбовозы, электровозы, но ни один из них не смог все же вытеснить паровоза, и по сей день господствующего на железных дорогах всего мира.
В чем же тут дело?
Преимущество паровоза, которое заставляет предпочитать его всем другим типам тяговых машин, заключается в простоте паровозной машины и более всего в ее гибкости.
В паровозной машине можно получить очень большое вращающее усилие, необходимое при трогании с места или для больших подъемов, можно постепенно менять скорость в самых широких пределах, без резких скачков, как у автомобиля, у которого только три ступени скорости. Шофер, в сущности, перескакивает с одной скорости на другую, тогда как паровозный машинист может с тихого хода переходить на самый быстрый с исключительной плавностью.
Кроме гибкости, транспортная паровая машина должна удовлетворять трудным условиям: она обязана противостоять толчкам и тряске, работать, то развивая полную мощность, то снижая ее до минимума. Частые трогания с места и остановки тяжело отражаются на механизме. Во время движения паровоз подвергается в результате действия сил инерции самым разнообразным, резко действующим колебаниям. На извивах пути он расталкивает, «расширяет» рельсы и, случается, сходит с них без всяких видимых причин. Паровоз обычно подвергается текущему осмотру в самых неблагоприятных условиях, а поэтому все главные части его должны быть доступны глазу. Не говоря уже о железнодорожном габарите, все это вместе взятое лишает транспортную паровую машину возможности воспользоваться многими достижениями паровой техники для повышения ее экономичности, применяемыми в судовых и стационарных паровых двигателях. Сюда относятся установка конденсатора, многократное расширение пара и т. д.
Основным типом паровозной машины до сих пор является двухцилиндровая машина простого действия с выхлопом отработавшего пара в воздух.
Единственным достижением новейшей паротехники, приемлемым для усовершенствования паровоза, оказался перегрев пара.
Применение перегретого пара следует считать крупнейшим усовершенствованием паровоза со времен Черепановых. Экономия, получаемая от перегрева пара, составляется из уменьшения расхода пара примерно на 20 процентов и затраты топлива на 15.
Значительную экономию дают также предварительный подогрев воды, подаваемой в котел отработавшим паром, и подогрев воздуха, идущего в топку, топочными газами. К этим средствам в борьбе за экономичность тяги стали прибегать с недавних пор все чаще и чаще.
Разумеется, конструктору паровоза, связанному по рукам и ногам условиями, в которых работает паровоз, вопросы перегрева пара, подогрева воды и воздуха приходится решать не так легко, как они решаются на стационарных фабрично-заводских паровых машинах.
И вот, несмотря на такое положение дела, Сергей Петрович Сыромятников, знакомясь с вопросами термодинамики и теплотехники, с недоумением обнаружил, что специальной паровозной теплотехники вообще не было: тепловой процесс в паровозе приравнивался к обычному тепловому процессу в стационарных паровых машинах.
Между тем, уже размышляя над своим дипломным проектом, молодой русский ученый увидел, что машина и паровой котел паровоза работают в условиях, резко отличающихся от тех, в которых работает фабричная паровая установка.
В то время как стационарная паровая машина работает в постоянных, не изменяющихся условиях, паровоз должен работать при резко меняющемся режиме. Паровоз делает частые остановки в пути — стационарный двигатель работает безостановочно. Равномерность хода обязательна для стационарного двигателя; паровозу при страгивании с места поезда нужна максимальная мощность и самый тихий ход. Всякое изменение профиля пути отражается на работе паровоза: под уклон он может двигаться, не тратя пара, — наоборот, при подъеме машинист принимает все меры к форсированию котла, то-есть всемерно повышает его паропроизводительность, которая зависит от площади нагрева, от сорта топлива, от величины топки, от температуры воздуха и от множества других причин: В то же время паровоз при движении вздрагивает на стыках рельсов, качается на рессорах, шатается, стремясь преодолеть инерцию прямого движения на закруглениях пути, — все это и многое другое ежеминутно меняет условия работы котла и машины у паровоза, в то время как у стационарной машины режим работы остается строго постоянным.
За последние годы в США и Англии вышли в свет две книги по паровозному делу — Джонсона и Филипсона, но в этих книгах нет и намека на теорию теплового процесса.
Правда, во время войны в немецком техническом журнале — органе общества инженеров — появилась серия статей о тепловой работе котла, но тут были использованы данные и формулы Сыромятникова.
Характерно, что когда Сергею Петровичу показали эти журналы, он лукаво усмехнулся и сказал:
— Ну и пусть их пробавляются старьем…
Сам он давно уже заменил эти формулы другими, более точными и простыми.
Почему же в продолжение целою столетия термодинамики и теплотехники всего мира не увидели явной необходимости рассматривать тепловой процесс паровоза как совершенно самостоятельный, а не уподоблять его тепловому процессу стационарных двигателей?
Невозможно ничем иным объяснить этот факт, кроме как консерватизмом мысли, устоявшимися теоретическими взглядами, рутиной.
Советский строй, Коммунистическая партия и Советское правительство создали для науки и ученых исключительно благоприятные условия. Наука в нашей стране служит народу и не имеет никаких других интересов, кроме интересов народа. Именно поэтому советская наука стала самой передовой наукой в мире, а советские ученые — открывателями новых, передовых, смелых путей в разрешении любых научных проблем.
Природное дарование, первоклассная школа, блестящие руководители и, более всего, новое положение науки в стране после Великой Октябрьской социалистической революции способствовали успешной творческой работе Сергея Петровича Сыромятникова, его выдающимся научным достижениям.
