Русские инженеры

Для глубокого изучения полного курса аналитической механики Жуковский вел дополнительные занятия с группой студентов, в числе которых был и Сыромятников. Целый год студенты решали сложнейшие задачи, требовавшие глубокого и тонкого анализа. Но, заканчивая эти занятия, Жуковский добродушно предупредил:

— Конечно, господа, на экзаменах вас будут не это спрашивать, но зато вы теперь знаете метод аналитических решений, и мы с вами хорошо поработали…

Подобно своим товарищам, Сергей Петрович убедился очень скоро в том, насколько важнее владеть методом в науке, нежели суммой затверженных наизусть формул и правил.

Для своего дипломного проекта Сыромятников взял проект паровоза, который и выполнил под руководством А. С. Раевского, проходя практику на Путиловском заводе. Сыромятников уже в это время обращает внимание на слабую изученность теплового процесса в паровозе при высоком состоянии термодинамики и теплотехники вообще и, в частности, при постоянном стремлении паровозостроителей к повышению экономичности паровоза.

Со времени первых русских паровозостроителей Черепановых мощность паровозов возросла больше чем в сто раз, число их увеличилось в тысячи раз, а их экономичность удалось поднять примерно только в два раза. Потребность в угле для паровозов возросла в огромной степени.

Надо сказать, что особенно настойчиво вопросом о повышении экономичности паровых машин стали заниматься лишь с последней четверти прошлого века, когда цены на нефть и уголь необычайно поднялись вследствие усилившегося на них спроса. До этого времени конструкторы в паровозостроительном деле стремились главным образом к увеличению мощности и силы тяги.

Сила тяги паровоза зависит, с одной стороны, от его сцепного веса, а с другой — от мощности самой машины.

Мощность машины, в свою очередь, зависит от величины давления пара в котле. Однако давление пара и в новейших паровозах не превышает 15–18 атмосфер. Дело заключается вовсе не в ограниченной прочности материалов, которые могут выдерживать и более высокие давления. Основная трудность сводится к тому, как поддерживать это давление на постоянной высоте.

Ведь по мере расходования пара машиной давление в котле, естественно, падает. Стало быть, котел должен обладать такой паропроизводительностью, чтобы немедленно возмещать убыль пара.

Увеличивая площадь нагрева в котле, можно повысить паропроизводительность, и если площадь нагрева у паровоза Черепановых равнялась всего-навсего 13 квадратным метрам, то у современных паровозов она доходит до семисот и более квадратных метров, причем такое резкое увеличение котловой мощности достигнуто при неизменности железнодорожных габаритов.

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.