Русские инженеры

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.