/
Author: Гумилевский Л.И.
Tags: тепловозы железнодорожный транспорт железнодорожное движение локомотивы
Year: 1957
Text
„Поставить в тече-
ние пятилетия желез-
нодорожному транс-
порту... 2 250 магист-
ральных двухсекцион-
ных тепловозов.
...Спроектировать и
изготовить в 1956 —
1957 годах опытные
образцы грузовых те-
пловозов мощностью
2 500 3 000 лошадиных
сил в одной секции, пас-
сажи рек их тепловозов
и электровозов, а так-
же га зош урбовозов**.
Ии Директив
сы'яда KIH'U по ше-
с т о м у п п т n.tr тне-
му н.п/ну рани и там
и а ровного хоанйсгп-
ва (:( < !’ на
НИИ) годы.
ЛЕВ ГУМИЛЕВСКИЙ
ТЕПЛОВОЗЫ
ИЗДАТЕЛЬСТВО ЦК ВЛКСМ
„МОЛОДАЯ ГВАРДИЯ**
19 5 7
ТЕХНИКА ШЕСТОЙ ПЯТИЛЕТКИ
СОДЕРЖАНИЕ
I Проблема экономичного локомотива . . 3
II Тепловоз с электропередачей .... 26
III Тепловозостроение в СССР............41
IV Неразрешимая или нерешенная про-
блема? ....................................55
Этот очерк написал старейший советский писа-
тель, популяризатор науки и техники, автор
нескольких книг о железнодорожном транспорте.
Здесь рассказывается о том, как создавался
современный тепловоз, о трудностях, которые
пришлось преодолевать изобретателям, и о тех
проблемах, которые еще предстоит решить кон-
структорам новых локомотивов.
I. ПРОБЛЕМА ЭКОНОМИЧНОГО ЛОКОМОТИВА
Однажды Карл Линде, профессор и знаменитый
и юбрстатель холодильных машин, читал в Мюнхенской
высини гсхнической школе свою обычную лекцию
по термодинамике. Со свойственным ему блеском и
остроумием он излагал теорию идеального теплового
двигателя Карно.
('.иди Карно, гениальный французский ученый, ос-
новоположник термодинамики, предугадал вперед
за сто лет пути развития моторостроения. Он считал,
чю, работая по циклу, выведенному им путем теоре-
1пческих рассуждений, этот двигатель должен будет
претворять в полезную работу до 70 процентов тепло-
творной способности потребляемого топлива. Такой
высокий показатель полезного действия, по утвержде-
нию Карно, возможен был лишь в том случае, если
процесс сгорания в двигателе будет происходить по
и ютерме, то есть при постоянной температуре, не
и (меняющейся во все время рабочего процесса.
Обратив внимание на исключительную экономич-
ною п идеального двигателя Карно, лектор указал на
поразительно малый коэффициент полезного действия
паровых машин.
11аши паровые машины, — заметил он, — над
ычорыми в течение столетия работали лучшие умы
человечества, имеют коэффициент полезного действия
не-то в десять-двенадцать процентов и то при условии,
гс. hi мощность их не ниже тысячи лошадиных сил.
Машины мощностью до двухсот лошадиных сил пре-
июряЮ1 в полезную работу уже не более восьми про-
iH'iiioB геплогворной способности топлива, а машины
3
в пятьдесят лошадиных сил — не свыше пяти процентов.
Лучший современный паровоз, — смеясь, добавил он, —
где установка конденсатора, повышающего коэффици-
ент полезного действия паровой машины, невозможна,
превращает в работу только пять процентов всего тепла
горения, а из этих пяти процентов одна пятая часть те-
ряется на трение механизмов. Таким образом, только
четыре процента первоначального тепла переходит в ме-
ханическую работу, остальное буквально вылетает
в трубу...
Столь ничтожное использование тепловой энергии
сжигаемых в топках паровых котлов угля и нефти при-
вело аудиторию в изумление. Один из слушателей был
совершенно потрясен; несколько секунд он сидел не-
подвижно, не отрывая глаз от губ профессора, точно
ожидая, что тот внесет поправки в свои данные. Но
Линде спокойно продолжал лекцию. Тогда взволно-
ванный слушатель наклонился к своей тетради, где
он записывал вычисления и формулы, и на полях ее
торопливо написал: «Изучить возможность применения
изотермы на практике».
Этот слушатель был Рудольф Дизель.
Студенты в аудиториях в те годы рассаживались на
скамьях по алфавиту; рядом с Дизелем сидел русский
слушатель Георгий Филиппович Депп. Это был жи-
вой, проворный, любопытный человек. Он искоса
взглянул на своего соседа и на запись, сделанную им,
но, конечно, ему, как и самому Дизелю, в голову не
могла прийти мысль о том, что беглая запись в сту-
денческой тетради определила в тот час весь жизнен-
ный пугь Рудольфа Дизеля и положила начало раз-
мышлениям, в результате которых много лет спустя
явился удивительный плод чистой теории, изумивший
весь мир и открывший новую страницу в истории ми-
ровой техники.
Это было в 1878 году.
С тех пор в продолжение четырнадцати лет этот
сын бедного немецкого ремесленника непрестанно раз-
мышлял над способами осуществления идей Карно.
За эти годы юноша превратился в инженера, ученого.
В 1892 году Дизель взял патент на изобретенный им
двигатель, а через год опубликовал брошюру, в кото-
4
|ин1 излагал теорию своего двигателя, названного им
tn <<• 'и. мотором, и одновременно предлагал его кон-
ci рукцию.
Работа молодого ученого была озаглавлена так:
о Теория и конструкция рационального теплового дви-
। а геля, призванного заменить паровую машину и дру-
। не существующие в настоящее время двигатели».
/Хизель был представителем нового поколения изо-
бретателей, хотя деятельность его проходила в самом
конце XIX века. Изобретатели предшествующих поко-
лений шли к осуществлению своих не всегда даже яс-
ных им идей ощупью, исходя из опыта и случайных
наблюдений, не имея зачастую никакого теоретическо-
го багажа. Таков был даже Уатт, которому приходилось
самому разрабатывать теоретические основания для
практически осуществляемых идей. Дизель же, воору-
женный теоретическими знаниями, наоборот, пошел
к разрешению заданной техникой задачи, исходя из
требований теории.
Современники не очень доверяли Дизелю, и, только
пройдя через ряд огорчений и неудач, ему удалось
найти предпринимателей, согласившихся предоставить
средства и мастерские для постройки его двигателя.
Понадобилось, однако, еще пять лет упорной, настой-
чивой практической работы, чтобы воплотить требова-
ния теории в жизнь. В суровой борьбе с людьми, при-
родой, несовершенством .технических средств Дизель
вынужден был пойти на ряд отступлений от своего
первоначального проекта, по в конце концов именно
в 1897 году он все-таки смог предъявить миру свой
цвадцатисильный двигатель. Коэффициент полезного
действия его равнялся 34 процентам и был втрое выше,
чем у паровых машин того времени.
Это был двигатель внутреннего сгорания, то есть
двигатель, у которого сгорание топлива происходит
внутри рабочего цилиндра в отличие от паровой маши-
ны, являющейся двигателем внешнего сгорания. У па-
ровой машины топливо сгорает в топке парового кот-
ла. а в цилиндре работает водяной пар, подводимый
из котла, в то время как в двигателе внутреннего сго-
рания рабочим телом являются газы, образующиеся
в цилиндре от сгорания топлива.
5
Надо заметить, что попытки создания двигателя
внутреннего сгорания делались еще задолго до появле-
ния паровой машины. В сущности, обыкновенная пушка
представляет собой также двигатель внутреннего сго-
рания с той только разницей, что здесь поршень вовсе
вылетает из цилиндра.
Попытки создать двигатель внутреннего сгорания
усилились после того, как в 1709 году французский
инженер Филипп Лебоп открыл способ получать из раз-
ных твердых топлив светильный газ. Однако первым
нашел себе практическое применение газовый двигатель
французского рабочего Жана Ленуара, взявшего па-
тент в 1860 году.
Двигатель Ленуара конструктивно копировал паро-
вой двигатель, но у Ленуара в цилиндр подавался
не водяной пар, а светильный газ, смешанный с воз-
духом. Смесь взрывалась электрической искрой, газ
и воздух распределялись коробчатым золотником, а
прямолинейно-возвратное движение поршня превра-
щалось во вращательное на валу двигателя при помо-
щи кривошипа.
Потребность в небольшой, удобной для мелкой про-
мышленности установке, не нуждающейся в громоздком
паровом котле, была так велика, что даже маломощ-
ный и далеко не экономичный двигатель Ленуара имел
большой, хотя и кратковременный успех. На новый
двигатель возлагались такие надежды, ему сулили
столь блестящие перспективы, что немецкий купец
Николай Отто, забросив свои торговые дела, взялся
за двигатели. Без всякой научной и практической под-
готовки он начал производить опыты с построенным по
его заказу газовым двигателем. Отто заставлял ма-
шину засасывать смесь воздуха и газа в самых раз-
нообразных пропорциях, производил взрыв смеси при
самых различных положениях поршня и после каж-
дого опыта записывал, рассчитывал, соображал.
Уважение к расчету, привитое торговым делом, Отто
перенес и в свое техническое предприятие.
Таким образом, этот купец, в сущности говоря, вел
правильную экспериментальную работу, хотя экспери-
ментировал он не ради проверки теоретических поло-
жений, о которых он понятия не имел, а в поисках слу-
6
чая, который бы показал ему, при каких условиях
лучше всего может работать газовый двигатель.
В результате Отто убедился, что взрыв надо про-
изводить при самом начале хода поршня. И вот од-
нажды, выключив зажигание и желая вернуть поршень
к его крайнему положению, когда смесь уже нахо-
дилась в цилиндре, Отто повернул маховое колесо,
а затем дал искру. Возвращаясь к верхнему положе-
нию, поршень, естественно, резко сжал находившую-
ся в цилиндре горючую смесь. К великому удивлению
и не меньшей радости, Отто увидел, что маховое ко-
лесо на этот раз получило необычайно сильный тол-
чок и сделало значительно больше оборотов, чем
обычно.
Это было одно из величайших открытий в тепло-
технике: горючая смесь, подвергнутая предваритель-
ному сжатию, совершила гораздо большую работу, чем
без сжатия. Так был открыт истинный и верный путь
к созданию наивыгоднейшего процесса работы в ци-
линдре двигателя внутреннего сгорания. Но Отто не
хватало хотя бы элементарных теоретических знаний,
чтобы немедленно пойти по этому пути.
Ничего толком не понимая в рабочем процессе,
происходящем в цилиндре двигателя, Отто не сразу
воспользовался своим открытием. Сначала вместе
с другим изобретателем, инженером Лангеном, он стал
выпускать в продажу вертикальные атмосферные га-
зовые двигатели. В таких двигателях поршень взлетал
вверх под давлением газов, расширяющихся после
взрыва, а опускался под давлением атмосферного
давления и собственной тяжести.
Однако впоследствии, продолжая занятия на со-
зданном компаньонами заводе «Отто — Дейтц» близ
Кельна, Отто возвратился к своему открытию и по-
строил первый в мире четырехтактный дви-
гатель внутреннего сгорания. Топливом для него
служил газ.
Это было уже в 1876 году.
Четырехтактный рабочий процесс, лежащий в ос-
нове всего современного моторостроения и предложен-
ный французским ученым 5о де Роша, получил назва-
ние «цикл Отто». Он состоит в том, что пущенный
7
в ход посторонней силой двигатель при первом ходе
поршня втягивает в цилиндр смесь газа и воздуха,
а при втором, обратном, ходе сжимает смесь поршнем
в запертом цилиндре примерно до одной пятой перво-
начального объема. При третьем ходе смесь зажигает-
ся электрической искрой и образующиеся продукты
сгорания, расширяясь, толкают поршень назад с боль-
шой силой. Обратным, четвертым, ходом поршня от-
работавшие газы выбрасываются из цилиндра.
Первые два хода и последний совершаются за счет
инерции маховика. Один только третий ход из четырех
является рабочим. Первый ход, или такт, называет-
ся ходом всасывания, второй — сжатием, третий —
рабочим, а четвертый — выхлопом. Приведенная в дви-
жение посторонней силой, машина начинает далее ра-
ботать самостоятельно, повторяя свои четырехтактные
циклы. Впуск газа и воздуха, как и выхлоп, совершает-
ся при помощи клапанов, автоматически открыва-
ющихся в нужный момент.
Двигатели Отто, оказавшиеся несравненно более
экономичными, чем двигатели Ленуара, получили очень
большое распространение во всех областях промыш-
ленности: на фабриках, заводах, мелких предприяти-
ях, вроде типографий, мастерских. А уже через год
после их появления в Германии были выданы два
патента на локомотивы с газовыми двигателями
Отто.
Однако, пока проектировались, рассчитывались и
строились эти первые локомотивы с тепловой тягой,
инженер Люриг решил, что будет удобнее поставить
двигатель в самый вагон. В 1892 году по Дрезден-
ской городской железной дороге стал курсировать
пассажирский вагон с двигателем Отто. Это и был
первый тепловоз. В вагоне помещалось несколько ре-
зервуаров с газом, сжатым до шести атмосфер. Спе-
циальные двигатели Отто располагались под сиденьями
посередине вагона. Валы их связывались с движущи-
ми осями посредством цепей Галля. На крыше вагона
находились резервуары с водой для охлаждения ци-
линдров двигателя.
Опытный вагон понравился публике. Через два
года была построена в Дессау железная дорога с та-
8
। и мп газоходами. Опа работала довольно долго, по
не могла конкурировать с трамваями.
I [а конечных пунктах липни были станции для сжа-
игя газа, его поставлял городской газовый завод. Ли-
нию протяжением около 5 километров обслуживали
десять вагонов-газоходов системы Люрига.
Зависимость от газового завода и дороговизна топ-
лива не могли содействовать повсеместному примене-
нию двигателей Отто.
Стремление избавиться от газа заставило изобре-
тателей искать другое топливо. Уже па заводе
«Отто — Дейтц» главный инженер предприятия Гот-
либ Даймлер, оказавший очень много услуг Отто при
создании газовых двигателей, пробовал заменять све-
тильный газ парами керосина и бензина. Талантливый
конструктор в конце концов бросил работу у Отто
и организовал в Капштадте собственные мастерские,
чтобы заняться разработкой конструкции бензинового
мотора.
Сжатие рабочей смеси, то есть смеси воздуха и газа,
перед зажиганием чрезвычайно повысило коэффициент
Вагон-газоход.
9
полезного действия двигателей. В этих двигателях сте-
пень сжатия доходила до 5, то есть горючая смесь
перед воспламенением сжималась до одной пятой
своего объема: при гаком предварительном сжатии
давление расширявшихся газов после сгорания значи-
тельно возрастает.
Точные подсчеты показали, что чем больше смесь
сжимается перед зажиганием, тем большая часть
тепла превращается в работу: при высокой степени
сжатия получается большее расширение газов после
воспламенения и уменьшается потеря тепла.
Казалоа\ что конструкторы новых двигателей и
должны были идти все дальше и дальше в увеличении
степени сжатия. Однако с повышением сжатия горючая
смесь взрывается еще до появления искры благодаря
высокой температуре, что резко уменьшает мощность
двигателя внутреннего сгорания.
Таким образом, изобретательская мысль как буд-
то замкнулась в кругу технической возможности, и пос-
ледователям Отто не оставалось ничего, кроме как
развивать его идею, не выходя за пределы этого
круга.
В 1883 году Даймлер построил быстроходный дви-
гатель, работавший по циклу Отто, но не на газе, а на
бензине. Даймлер построил особый аппарат, получив-
ший потом название «карбюратор»: в нем происходило
испарение бензина и смешение его паров с воздухом.
Смесь поступала в цилиндр, где сначала сжималась,
а затем зажигалась электрической искрой.
Освободившись от необходимости иметь при мото-
ре «газовый завод», Даймлер поставил свой двигатель
на обыкновенные извозчичьи дрожки и заставил его
вращать колеса экипажа.
Так был построен первый автомобиль.
Испытывая мотор, Даймлер не знал еще, где он
найдет применение. Одновременно с автомобилем он
построил локомотивчик для узкоколейных заводских
путей, а затем и пассажирский вагон.
Такой пробный вагон курсировал в Вюртемберге на
Кирхгеймской дороге. Сейчас бензиновые моторы со-
хранились лишь на автодрезинах и мотовозах малой
мощности.
Найдя широчайшее распространение в автомобиль-
ном и воздушном транспорте, бензиновые двигатели,
как и газовые, не привились в качестве тепловозных
машин вследствие их небольшой мощности, малой эко-
номичности, сложности устройства и дороговизны топ-
лива.
Задачу создания экономичного, удобного и просто-
го двигателя, способного действительно заменить па-
ровую машину с ее громоздким паровым котлом
и низким коэффициентом полезного действия, разре-
шил Рудольф Дизель.
Подвергшийся неоднократному испытанию в
1897 году первый дизель-мотор работал по новому
циклу, названному «цикл Дизеля». При первом такте
он засасывал чистый воздух, при втором такте обрат-
ным ходом поршня воздух сжимался до одной четыр-
надцатой своего первоначального объема с такой си-
лой, что нагревался до температуры около 750 граду-
сов, и при третьем такте вводимое в цилиндр топливо
вспыхивало в раскаленном воздухе само собой. Чет-
вертым ходом поршня
выбрасывались продукты
сгорания.
Топливо впрыскива-
лось в цилиндр постепен-
но, так что сгорало, а не
взрывалось. Для впуска
топлива, засасывания воз-
духа и для выхлопа в дви-
гателе автоматически от-
крывались и закрывались
специальные клапаны.
Двигатель приводил в
действие компрессор, то
ость насос, нагнетающий
воздух в отдельный ре-
зервуар. Этот сжатый воз-
дух употреблялся для
впрыскивания в цилиндр
топлива, а также для пу-
ска двигателя в ход. Пре-
имущества дизель-мотора
Опытный двигатель Дизеля.
И
при несравнимой ни с одним двигателем экономично-
сти обеспечили ему широчайшее распространение во
всех областях промышленности и транспорта. Если
предсказание Дизеля о закате паровой машины и не
сбылось, то развитие дизель-моторов превзошло самые
смелые его ожидания, особенно после того, как кон-
структорское бюро петербургского завода «Русского
общества «Дизель» заставило работать дизель-мотор
на сырой нефти вместо керосина, применявшегося са-
мим Дизелем и всеми заводами в Западной Европе.
Любопытно отметить, что, продавая свой патент
в Россию, Дизель, считавший русскую технику очень
отсталой, потребовал от покупателя организации спе-
циального «Русского общества «Дизель», которое
должно было консультироваться по всем вопросам
с немецкими заводами.
Но консультация русским инженерам не понадоби-
лась. В ноябре 1899 года Георгий Филиппович Депп —
видный русский теплотехник, профессор Технологиче-
ского института и председатель Русского технического
общества — произвел испытания созданного в России
первого двигателя тяжелого топлива, работающего на
сырой нефти. Испытания дали блестящие результа-
ты и, докладывая о них членам Русского технического
общества, Депп сказал в заключение, изложив историю
получения патентных прав от Дизеля:
— Моя уверенность, что заводы, способные строить
самые совершенные машины, у нас найдутся, оправ-
далась. Первая же попытка построить у пас двигатель,
пользующийся нефтью, которой столь богата наша ро-
дина и которая представляет наивыгодиейшее во всех
отношениях топливо, увенчалась успехом. Безукориз-
ненно выполненный нефтяной мотор пущен в ход,
и я не могу не подчеркнуть, что именно у нас разре-
шен вопрос об экономичном тепловом двигателе, так
как только с переходом на нефть окончательно и бес-
поворотно решается судьба дизель-мотора, обеспечи-
вается ему широчайшее распространение.
Предвидение Деппа оправдалось вполне; с этого
момента дизель-мотор, превращенный в двигатель тя-
желого топлива, начал завоевывать одну область за
другой как в промышленности, так и на транспорте.
12
Хотя двигатели этого типа и сохраняют название
«дизель-моторы», или просто «дизели», им, конечно,
приличествует более название «русский двигатель»,
под которым они и были известны за границей в пер-
вое время. Это название тем более законно, что дви-
i атель тяжелого топлива не только был создан в Рос-
сии, но в России же и был впервые применяем для
разных целей.
Здесь впервые он был поставлен для работы на
электростанциях, на судах, на подводных лодках. Реч-
ные и морские суда, оборудованные двигателем Ди-
зеля, получили название теплоходов.
Первым таким теплоходом было построенное Сор-
мовским заводом нефтеналивное судно «Вандал»,
появившееся на Волге в навигацию 1903 года.
Поставленные в качестве судовых машин затем на
буксирный волжский пароход «Коломенский дизель»,
русские двигатели произвели переворот в мировом су-
достроении; с этого времени началось строительство
речных и океанских теплоходов.
Современное развитие двигателей тяжелого топли-
ва таково, что они успешно конкурируют не только
с тяжелыми паровыми машинами, но даже с самыми
легкими и быстроходными моторами легкого топлива
в автомобильном и тракторном деле, в строительной
промышленности, дорожном строительстве, экскава-
торных конструкциях и в авиации.
Начало теплоходостроения, в смысле постройки
мелких моторных судов с двигателями внутреннего
сгорания, работающими на легком топливе, то есть
бензине и керосине, началось еще с семидесятых го-
дов. Однако ввиду небольшой мощности этих двига-
телей и дороговизны потребляемого ими топлива не
было никаких оснований к оборудованию ими коммер-
ческих и тем более военных судов. Мешало также
и недоверие к новому типу двигателей среди судо-
строителей и практиков, работавших с паровыми ма-
шинами. Господствовало мнение, что постановка но-
вых двигателей на суда вообще невозможна, так как
действующие силы окажутся настолько значительны-
ми, что потребуется фундамент огромных размеров,
который все же не сможет предотвратить вибрацию.
13
Появление двигателей Дизеля, работающих на тя-
желом, более дешевом топливе, именно на нефти, за-
ставило судостроителей несколько иначе смотреть на
дело. Основное преимущество новых двигателей — по-
разительно высокий коэффициент их полезного дей-
ствия — приводило к невероятно малому расходу го-
рючего на силу-час. Вместо обычного расхода
0,8—0,9 килограмма угля па силу-час на пароходах
дизель-моторы потребляли всего лишь 0,2 килограм-
ма, то есть в четырё раза меньше.
Легко было представить, какие огромные перспек-
тивы открывало перед судоходством такое сокращение
в весовом отношении расхода топлива в коммер-
ческом и особенно в военном флоте. Сравнивая
обычное паровое судно с тепловым, предназначенным
для одинакового по дальности плавания, легко было
рассчитывать, что судно, с двигателями Дизеля может
взять вчетверо меньший по весу запас топлива, уве-
личив за этот счет свою грузоподъемность. Наоборот,
если будет взято обоими одинаковое количество топли-
ва, то, очевидно, теплоход сможет пройти в четыре
раза большее расстояние, нежели пароход. Для рус-
ского судоходства это обстоятельство должно было
иметь колоссальное значение, так как давало возмож-
ность, не прибегая к погрузкам дополнительного топли-
ва в пути, пройти с собственным его запасом огром-
нейшие расстояния, например между портами Балтий-
ского или Черного моря и портами Дальнего Востока.
Для военного времени, когда погрузка в дороге может
оказаться затруднительной или невозможной, это
обстоятельство имело особенно важное значение.
Такие преимущества дизель-мотора и его несравни-.
мая ни с какими современными двигателями эконо-
мичность способствовали бурному развитию дизеле-
строения, в котором участвовали все виднейшие за-
воды Европы и Америки.
В 1906 году швейцарскому заводу братьев Зульцер
в Винтертуре удалось сконструировать дизель-мотор
мощностью в 100 лошадиных сил в одном цилиндре. Со-
единяя в одном двигателе восемь цилиндров, можно
было достичь мощности в 800 лошадиных сил. К это-
му же времени выяснилось огромное превосходство
14
поставленных на суда дизелей перед паровыми судовы-
ми двигателями. Поэтому вполне естественно стал во-
прос и о замене паровой машины локомотива дизель-
мотором.
XIX век в истории цивилизации часто именуется
«веком пара, электричества и железных дорог». В те-
чение прошлого века и начала нынешнего развитие
паровых машин достигло своего предела как по линии
мощностей, разнообразного применения, так и по ли-
нии повышения экономичности.
Однако коэффициент полезного действия у парово-
за, несмотря на то, что над усовершенствованием его
работали выдающиеся умы всего мира, не превышал
и все еще не превышает 6—7 процентов.
Со времени первых паровозостроителей мощность
паровоза возросла больше чем в сто раз, число их
увеличилось в тысячи раз, а экономичность удалось
поднять менее чем в два раза.
Надо сказать, что особенно настойчиво вопросом
повышения экономичности паровых машин стали зани-
маться лишь с последней четверти прошлого века.
К этому времени выяснилось, что запасы минераль-
ного топлива ограничены, а цены на нефть и уголь
необычайно поднялись вследствие усилившегося на
них спроса.
До этого же конструкторы в паровозостроительном
деле стремились главным образом к увеличению мощ-
ности и силы тяги. Сила тяги паровоза зависит, с одной
стороны, от его сцепного веса, а с другой — от мощ-
ности самой машины.
Мощность машины, в свою очередь, зависит от ве-
личины давления пара в котле при других равных
условиях. Давление пара и в новейших паровозах не
превышает 15—18 атмосфер. Дело здесь вовсе не
н ограниченной прочности материалов, которые могут
вы терживать и более высокие давления. Нет, основная
трудность сводится к тому, как поддерживать это
давление на постоянной высоте.
Ведь по мере расходования пара машиной давле-
ние г. котле, естественно, падает. Стало быть, котел
должен обладать такой паропроизводптелыюстыо, что-
бы немедленно возмещать убыль пара.
15
Увеличивая площадь нагрева в котле, мы можем
повысить паропроизводительность, и если площадь на-
грева у паровоза Черепановых равнялась всего-навсе-
го 13 квадратным метрам, то у современных паровозов
она доходит до 700 и более квадратных метров, при-
чем такое резкое увеличение котловой мощности до-
стигнуто при неизменности железнодорожных габа-
ритов!
Увеличивая поверхность нагрева, конструкторы
в то же время, конечно, работали и над улучшением
пропорций котла: расширяли размеры топки и пло-
щадь колосниковой решетки. Вместе с тем росли
и размеры самого котла, хотя железнодорожные габа-
риты 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. Поэтому тяга в топке достигается уста-
новкой конуса, усовершенствование которого — по-
стоянная забота всех конструкторов.
Рост паровоза в длину также ограничен: удлиняя
котел, приходится, естественно, увеличивать и протя-
жение экипажной части для размещения на ней котла.
Но на известном пределе такой паровоз уже не может
свободно проходить на закруглениях рельсового пути,
рассчитанных на прежние габариты. С таким положе-
нием дела столкнулись прежде всего американцы:
у них из-за экономии и спешки практиковались осо-
бенно крутые повороты при слабом верхнем строении
пути. Американские инженеры вышли из положения,
применив поворотные тележки. Концы эки-
пажной рамы лежат на таких тележках свободно, так
что, проходя кривые, тележки делают повороты само-
стоятельно, рама же поворачивается при прохождении
закругления движущими осями, на которых она по-
коится неподвижно.
Но дело ведь не только в размерах котла. Раз он
увеличен, возрастает неизбежно и общий вес паровоза,
а тяжесть его не может быть больше, чем допускается
прочностью рельсов.
Значит, для того чтобы не превысить предельной
для данного пути нагрузки на ось. необходимо увелп-
16
чнвать число паровозных осей. И если общий вес па-
ровоза нельзя распределить между движущими осями,
способными свободно проходить на закруглениях, то
конструкторам ничего другого не остается, как до-
бавлять спереди, или сзади, или и там и тут поддержи-
вающие оси.
Таким образом, к повышению общей паропроизво-
дительности паровозов и котловой их мощности тех-
ника шла двумя путями: с одной стороны, сохраняя
сцепной вес и котловые пропорции паровозов, до-
бавляли бегунки, позволявшие разместить котел
с большой поверхностью нагрева; с другой стороны,
нс меняя типа паровоза, улучшали пропорции котла,
увеличивая размеры топки и колосниковой решетки.
В результате общего труда конструкторов и изо-
бретателей многих стран и многих поколений удалось
довести современный паровоз до пределов его техни-
ческих возможностей.
Вот, например, как выглядит новейший советский
паровоз, спроектированный коллективом конструкто-
ров под руководством главного конструктора Коло-
менского паровозостроительного завода Л. Лебедян-
ского.
Его колесная формула — 1—4Д-4—2. Это значит,
что у него впереди одна бегунковая ось, в середине —
две тележки с четырьмя движущими осями каждая
и позади две поддерживающие оси. Этот грузовой па-
ровоз предназначен для работы на участках с трудным
профилем пути: большими подъемами и крутыми по-
воротами. Он может водить поезда весом около 3 ты-
сяч тонн. ЛАагистральные товарные паровозы серии Л,
широко распространенные на наших железных доро-
гах, водят поезда в полтора раза меньшего веса.
Конструкционная скорость паровоза 85 километ-
ров в час. Длина вместе с тендером более 38 метров.
Вес в рабочем состоянии, с полными запасами угля
и воды, около 380 тонн. Тендер вмещает 60 тонн воды
и 35 тони угля. Нагрузка на движущие оси паровоза
составляет 20 тонн, поэтому его можно использовать
на всех основных магистралях страны. Рама паровоза
разделена на две части — переднюю и заднюю, соеди-
ненные между собой шкворнем, причем передняя опо-
2 Тепловозы
17
ра котла — скользящая. Такой сочлененный паровоз
успешно проходит по кривым участкам малого ра-
диуса.
В буксах паровоза и тендера стоят конические ро-
ликовые подшипники, которые уменьшают силу тре-
ния, повышают коэффициент полезного действия
локомотива. В дышловом механизме также применены
подобные подшипники, а в звеньях парораспределе-
ния — игольчатые подшипники, которые служат в не-
сколько раз дольше, чем втулки.
Котел паровоза — цельносварной, с радиальной
топкой новой конструкции и камерой догорания.
Цельносварные паровозные котлы таких размеров
строятся впервые. Для облегчения очистки топки па-
ровоз снабжен пневматическим механизмом.
Улучшено управление паровозом. Для паровозной
бригады сделана просторная и удобная будка.
Это, конечно, превосходная машина.
Но при всех конструктивных достижениях совре-
менный паровоз не избавился еще от своего главного
недостатка. До сих пор он остается прожорливой ма-
шиной, почти такой же расточительной, как и во вре-
мена Черепановых и ‘ Стефенсона, хотя к концу
XIX века был создан целый ряд разнообразных и эко-
номичных тепловых двигателей.
Из современных тепловых двигателей наибольшую
экономию в топливе дает двигатель тяжелого топлива,
сохранивший название «дизель», или «двигатель с вос-
пламенением от сжатия». Дизель обращает в работу
свыше трети тепла, получаемого от сгорания топлива,
так как вследствие высокого сжатия воздуха в цилин-
дре еще до поступления туда топлива создается очень
высокая температура.
Газовый двигатель в этом отношении приближает-
ся к дизелю. При благоприятных условиях коэффициент
полезного действия у пего достигает 25—30 процентов.
Паровая турбина обращает в работу в лучшем слу-
чае 28 процентов.
Бензиновые двигатели затрачивают непосредствен-
но на дело от 18 до 24 процентов горючего.
Наилучшие паровые поршневые машины редко
дают 15 процентов полезного действия. Хорошая
18
поршневая машина судового типа с тройным или чет-
верным расширением пара превращает в механиче-
скую энергию не более 17 процентов тепла, получен-
ного в топке.
В сравнении с паровыми машинами Ползунова
и Уатта коэффициент полезного действия современных
паровых двигателей и турбин повысился во много раз.
По паровоз, где применение обычного конденсатора
невозможно, а компаунд-машины неудобны, продол-
жает работать с коэффициентом полезного действия
не свыше б—7 процентов.
При таких условиях создание каждого нового дви-
гателя неизменно влекло за собой попытки использо-
вать его для замены паровоза более совершенным
и более экономичным локомотивом. Последовательно
выходили на железнодорожные пути газовозы, тепло-
возы, турбовозы, электровозы, но ни один из этих ло-
комотивов не смог все же вытеснить паровоза, и по сей
день еще господствующего на железных дорогах мно-
гих стран.
В чем же тут дело?
Преимущество паровоза перед всеми другими ти-
пами тяговых машин заключается в простоте паровоз-
ной машины и более всего в ее гибкости.
Если впустить некоторое количество «свежего» или
«острого» пара в цилиндр через паропровод с кра-
ном и, быстро закрыв кран, «отсечь» тем самым даль-
нейший приток пара в цилиндр, то поступивший пар,
расширяясь, будет, подобно пружине, толкать пор-
шень. По мере того как поршень отодвигается под
давлением пара, пространство, занимаемое паром
и цилиндре, будет увеличиваться, а давление расши-
ряющегося пара, естественно, падать.
Если не закрывать крана в паропроводе, не произ-
iio'in ль отсечки п а р а, то в цилиндр все время,
пока отходит поршень, будет поступать острый пар из
Kio.ia. В этом случае в цилиндре будет все время со-
хранятся полное, как и в котле, паровое давление,
и машина окажется более мощной. Но для этого необ-
\ouiMo значительно больше пара, чем было нужно,
когда поршень двигался только за счет расширения,
а мы требуем от всякой тепловой машины экономного
2*
19
расходования топлива. При малых скоростях движе-
ния паровоза преобладают потери от охлаждения па-
ровой машины; тогда приходится увеличивать отсечку
пара.
Отсечка пара в самых широких пределах умень-
шает или увеличивает но мере надобности мощность
машины. В этом величайшее достоинство и главное
преимущество паровоза перед другими типами тяговых
машин.
Способность изменять отсечку пара сообщает па-
ровозу то, что техники называют гибкостью. В паро-
возной машине можно получить вследствие ее гибко-
сти очень большое вращающее усилие, необходимое
при трогании с места или для больших подъемов. Ма-
шина при этом тратит много пара и тратит его неэко-
номно, потому что пар выпускается почти при полном
давлении, ио зато она дает нужную мощность.
Машинист, меняя отсечку, может добиться почти
полного давления пара в течение всего хода поршня.
Пар, выпускаемый паровозом, при таком наполнении
цилиндра создает то тяжелое пыхтение, которое мы
слышим, когда поезд трогается со станции или одоле-
вает подъемы.
Но как только паровоз набрал скорость, машинист
уменьшает отсечкой количество пара, поступающего
в цилиндр, и дает ему возможность работать с расши-
рением более экономично: прежде чем выпустить пар
в воздух через конус, машина использует почти все
его давление.
Помимо экономии, при отсечке легче поддерживать
большую скорость. Ведь в случае большого наполне-
ния цилиндров паром его туда будет впущено столько,
что при скором ходе он не успеет вовремя выйти из
цилиндров и окажет противодействие обратному ходу
поршней. Во избежание этого машинист, меняя на
быстром ходу паровоза отсечку, уменьшает до предела
наполнение цилиндров паром.
Машинист, управляя паровозом, изменяет по свое-
му желанию впуск и отсечку пара.
Отсечку можно менять не только в самых широких
пределах, но и постепенно, без резких скачков, как
у автомобиля, у которого только три ступени скорости.
20
Шофер, в сущности, перескакивает с одной скорости
на другую, тогда как паровозный машинист может
с тихого хода переходить на самый быстрый с исклю-
чительной плавностью.
Искусство взять с места тяжелый состав и затем
разогнать его без толчков и рывков во многом зави-
сит от умения машиниста направить нужное количе-
ство пара в цилиндры машины. Это подлинное
мастерство, так как водителю паровоза нужно умело
сочетать мощность машины с весом поезда, располо-
жением вагонов, погодой, состоянием пути и множест-
вом иных обстоятельств, очень существенных и непо-
стоянных.
Кроме гибкости, транспортная паровая машина
должна удовлетворять трудным условиям: она обяза-
на противостоять толчкам и тряске; работать, то раз-
вивая полную мощность, то снижая ее до минимума.
Частые трогания с места и остановки тяжело отра-
жаются на механизме. Опираясь на рельсы только
внизу и будучи свободен во всех других направлениях,
паровоз подвергается в результате действия сил инер-
ции самым разнообразным, вредно действующим ко-
лебаниям. На кривых участках пути он расталкивает,
«расшивает» рельсы и, случается, сходит с них как
будто даже без всяких видимых причин. Паровоз
обычно подвергается текущему осмотру на станциях,
в и но в неблагоприятных условиях, а поэтому все
жи.шейные части его должны быть доступны глазу. Не
говоря уже о железнодорожном габарите, все это вме-
(•(<• взятое лишает транспортную паровую машину воз-
можности воспользоваться многими достижениями па-
ровой техники для повышения ее экономичности,
применяемыми в судовых и стационарных паровых
двигателях. Сюда относится 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. Единствен-
ным достижением новейшей паротехники, приемлемым
для усовершенствования паровоза, оказался п е р е-
। р е в и а р а, сокращающий расход пара и экономя-
щий топливо.
21
В общем для того, чтобы вытеснить с рельсов па-
ровоз, заменить дизель-мотором старую, испытанную
паровую машину, дизель-мотор должен был обладать
множеством новых качеств, необязательных для» ста-
ционарных установок, но совершенно необходимых
всякой транспортной машине.
И вот над решением трудной задачи стал работать
сам изобретатель.
По предложению Дизеля постройку дизель-локо-
мотива начал тот же завод братьев Зульцер. С уча-
стием Дизеля и инженера Клозе владелец завода ор-
ганизовал в Швейцарии «Общество термолокомоти-
вов», которое приступило к осуществлению проекта.
Над конструкцией первого днзель-локомотива Ди-
зель и Клозе трудились шесть лет. К началу 1912 года
тепловоз был готов и начались его испытания.
Этот тепловоз был выстроен заводом Борзига. Он
весил до 100 тонн. Мощность главного двигателя со-
ставляла 700 лошадиных сил, а вспомогательного —
250 лошадиных сил. Поставленные на тепловозе дви-
гатели были связаны с осями ведущих колес непосред-
ственно путем шатун-кривошипной передачи. Для пу-
ска локомотива с места употреблялся сжатый воздух,
так как крутящего момента, необходимого для при-
ведения в движение поезда, двигатели Дизеля сами
по себе дать не могли.
Первый тепловоз Дизеля непосредственного действия во время
пробного пробега.
22
Внутренний вид тепловоза Дизеля непосредственного действия.
Железные дороги были последней областью, где
дизель-мотор вступал в борьбу с паровой машиной.
И мало кто сомневался в успехе тепловоза, преимуще-
ства которого заключались в его экономичности, ма-
лом расходе воды, сокращении пунктов водоснабже-
ния, экономии времени на набор топлива, быстроте
пуска в ход, отсутствия дыма. В местностях безвод-
ных или с плохой водой тепловозы могли иметь исклю-
чительное распространение. В воде тепловоз нуждался
только для охлаждения цилиндров, причем ее можно
ведь охлаждать и затем вновь пускать в работу.
Но именно здесь, в той самой области, которая бо-
лее всего нуждалась в замене паровой машины, в той
самой области, которая породила самую идею дизель-
мотора, Рудольф Дизель и потерпел решительное по-
ражение.
Владельцы предприятий, строивших паровые дви-
гатели, уже давно всячески преследовали изобретателя.
Они развили бешеную кампанию против Дизеля и его
моторов. В Германии, обладавшей огромными запаса-
ми угля и не имевшей в своем распоряжении нефтя-
ных источников, эта кампания находила всемерную
поддержку. При таком положении дела общественное
мнение никак не реагировало на появление в Швей-
царии первого тепловоза. Между тем его испытания
па линии Винтертур — Ромасгорн дали как будто даже
хорошие результаты.
23
Дирекция прусских железных дорог взяла тепловоз
для опытной работы на линии Берлин — Мансфельд,
и он совершил переход из Винтертура в Берлин само-
стоятельно с полным составом пассажирских вагонов.
Это был обычный пассажирский поезд, но без пасса-
жиров. Люди, озадаченные внешним видом локомоти-
ва, главным образом отсутствием у него котла и тру-
бы, считали поездку небезопасной. Конечно, не было
ни флагов, ни оркестров, и на пути вдоль линии попа-
дались только путевые сторожа, с недоумением встре-
чавшие и провожавшие странный локомотив.
Однако в практической работе, на которую тепло-
воз был поставлен в Берлине, он не смог ответить на все
предъявленные к нему требования. Он был излишне
мощей при больших скоростях и недопустимо слаб
при малых, то есть именно тогда, когда локомотиву
нужна наибольшая сила тяги, как при страгивании
с места.
Дело сводится к тому, что у паровоза машина —
двигатель, соединенный с движущими осями
непосредственно, осуществляет страгиваиие с места
и движение на различных скоростях благодаря воз-
можное! и менять отсечкой пара число оборотов в са-
мых широких пределах.
У двигателей Дизеля мощность обусловливается
количеством горючего и воздуха, нужного для горения.
Стало бьнь, работа ja одни оборот зависит от разме-
ров цилиндра, а мощность машины прямо пропорцио-
нальна числу оборотов.
Дизель-локомотив развивал мощность пропорцио-
нально скорости движения и, естественно, не мог от-
вечать самому основному требованию, предъявляемо-
му к тяговой машине, — давать наибольшую силу
тяги при наименьшей скорости. Сжатого же воздуха,
употреблявшегося для трогания с места, не хватало
при частых остановках в пути.
Дизель, конечно, знал, что «там, где опыт кончает-
ся неудачей, часто начинается открытие». Но в это
время изобретателю уже шел пятьдесят шестой год,
его преследовали головные боли, сердце слабело, а во-
круг него царила невыносимая атмосфера злобы, на-
смешек и клеветы. Тепловоз Дизеля, предоставленный
24
самому себе, оказавшийся непригодным для поездной
। .цжбы, к величайшему торжеству всех защитников
паровых машин, был выброшен в лом.
Сам же Дизель в ночь с 29 на 30 сентября 1913 го-
ла бесследно исчез с парохода на пути из Бельгии
в Англию.
('.начала неудача опыта с тепловозом Дизеля по-
.к•рвала веру в возможность применения тепловой
1МГИ па железных дорогах, а затем началась первая
мировая война, и тепловозостроение заглохло на не-
• колько лет.
Оно возобновилось в Советской России по инициа-
шве В. И. Ленина н здесь вступило в новую стадию
своего развития: из тех самых противоречий, которые
сопровождали применение дизель-мотора в новой для
него области, как Фрина из морской пены, явилась
оригинальная и остроумная машина.
От своего предшественника она и получила в на-
следство название «тепловоз».
Честь создания этой машины принадлежит замеча-
гсльному русскому инженеру Якову Модестовичу Гак-
келю.
II. ТЕПЛОВОЗ С ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧЕЙ
Посвящая в своей брошюре о тепловозах несколько
страниц деятельности отца в этой области, Екатерина
Яковлевна Гаккель говорит о том, что в России инже-
неры и ученые начали работать над созданием тепло-
воза еще в самом начале нашего века.
В 1901 году полковник А. И. Одинцов и инженер
К. Г. Кузнецов разработали проект тепловоза с двумя
двигателями внутреннего сгорания, приводящими в дви-
жение два генератора электрического тока. Электри-
ческая энергия генераторов передавалась осевым тяго-
вым электромоторам.
Это был прототип современного тепловоза с элек-
трической передачей, к сожалению не осуществивший-
ся, как и множество других инженерных проектов
в царской России.
В 1909 году проект тепловоза был разработан на
Коломенском паровозостроительном заводе. В 1910 го-
ду проект тепловоза предложил инженер В. А. Шту-
кепберг. Он думал поставить на тендер паровоза ди-
зель с компрессором для приготовления сжатого
воздуха. Сжатый воздух должен был работать в ци-
линдрах вместо пара. Преимуществом такого тепло-
воза была возможность использовать существующие
паровозы.
Идея нового тепловоза была выдвинута также
группой инженеров Харьковского паровозостроитель-
ного завода: А. С. Раевским, А. В. Липко-Парафиев-
ским, Б. И. Корчевским и другими.
Одновременно с Дизелем размышлял в России над
конструкцией специального тягового двигателя на тя-
26
жилом топливе известный инженер, основоположник
московской школы теплотехников, Василий Игнатьевич
Гриневецкий.
После окончания курса в Московском высшем тех-
ническом училище Василий Игнатьевич остался при
нем для подготовки к научной деятельности и в про-
должение многих лет был сначала профессором, а за-
1гм директором училища.
lie ограничиваясь вопросами теории рабочего про-
цесса в двигателях внутреннего сгорания, Гриневецкий
(рудился и как инженер-конструктор. Ему-то и при-
надлежит смелая идея теплового двигателя, обладаю-
щего всеми достоинствами дизеля, но освобожденного
«и <чо недостатков при тяговой работе. Проблему те-
нлпно а Гриневецкий разработал с исчерпывающей
полноюй и с тонким пониманием новых задач, выдви-
। ш । и \ к ii< । ин гельностыо.
В I'JO'.l году опытный двигатель Гриневецкого был
п>|< i| 11ушловскнм заводом, и вплоть до начала
Мрвой мировой войны конструктор производил его ие-
ны Hllllbl.
Война iKiMeuin.nii продолжению опытов. Впослед-
Г1ПНН I ришпецкпй со своими учениками создал не-
сколько проемов гииловоза с тяговым двигателем на
иокелом топливе.
В то же время на Коломенском заводе под руко-
Ьодсгпом Мейнеке и на Ташкентской железной дороге
под руководством Ю. Б. Ломоносова проектировались
кпливозы с применением электрической передачи.
Проект Ломоносова был вполне закончен, и отдельные
•теги тепловоза даже построили, но в целом проект
in- был осуществлен. Он погиб в недрах бюрократиче-
ских канцелярий министерства путей сообщения.
В результате осуществления всех этих проектов
стало очевидным, что все предложения переконструи-
ровать дизель так, чтобы он годился для тяговой ра-
боты, не имели успеха. Бесплодные попытки пере-
ел роить дизель для тяги и побуждали конструкторов
заняться поисками всякого рода передач. О поисках
в этой области рассказывает Е. Я. Гаккель.
Если бы вал перестроенного дизеля оказалось воз-
можным непосредственно соединить с осями движу-
27
щих колес локомотива, то такой локомотив имел бы
самую простую «энергетическую цепь». Но при дви-
жении поезда, как уже говорилось, изменяется и ско-
рость движения локомотива и развиваемая им сила
тяги. Поэтому обычный двигатель внутреннего сгора-
ния оказывается негодным для такой работы. Тро-
нуться во главе поезда с места при небольших числах
оборотов двигателя невозможно. Попытки создать спе-
циальный двигатель для тепловозов не привели к ус-
пеху. Изменения скорости движения локомотива и его
силы тяги решили осуществлять посредством спе-
циальной «передачи» от коленчатого вала двигателя
к осям движущих колес локомотива.
Из множества предлагавшихся такого рода пере-
дач применение получили в основном три вида: меха-
ническая, гидравлическая и электрическая.
Механическая передача осуществляется так нее,
как на автомобилях, тракторах, в приводах к станкам
и в других машинах, — посредством зубчаток.
Переключение зубчатых колес позволяет при той
же скорости вращения вала двигателя получать раз-
личную скорость осей локомотива.
Если мощность, развиваемая дизелем или вообще
каким-либо двигателем внутреннего сгорания, остает-
ся неизменной, то с изменением скорости вращения
колес, а значит, скорости движения локомотива, из-
меняется и развиваемая им сила тяги.
Простой математический расчет показывает, что
при постоянной мощности скорость движения обратно
пропорциональна силе тяги локомотива. Это как раз
именно то, что нужно при движении поезда. Когда
поезд идет на тяжелый подъем, движение происходит
с малой скоростью. Зато на легких участках, когда
требуется небольшая сила тяги, поезд может идти
с большой скоростью.
Гидравлическая передача состоит из насоса и ги-
дравлического двигателя или турбины.
Дизель приводит в действие насос, а гидравличе-
ский двигатель — оси движущих колес локомотива.
При такой передаче дизель может работать на посто-
янном режиме, с одной и той же мощностью. Из-
менение силы тяги локомотива и скорости его движе-
28
ним upon (водится за счет изменения передаточного
Min и при и шеиенни числа оборотов.
I.и..in передача широкое практическое применение
п<> г,пи.и пл локомотивах малой и средней мощности.
> в мричсская передача, получившая наибольшее
ршнро' ।ранение, состоит из генератора и электродви-
1нолей.
. <нсь дизель вращает генератор, а электродвига-
|« fn. питаемые энергией генератора, вращают оси
।нижущих колес локомотива.
Имеете с предложениями разных передач появи-
лис1. п оригинальные проекты тепловозов. Так,
и 1913 году ученик Гриневецкого, Алексей Нестерович
ПЬ лест, представил в качестве студенческой диплом-
ной работы проект своеобразного тепловоза. По его
• амыслу в паровозных цилиндрах должна была рабо-
i.iи. смесь продуктов сгорания и пара.
Смелую идею Шелеста специалисты оценили очень
высоко, по в царское время проект остался неосущест-
вленным.
I (еутомимо разрабатываемую русскими инженера-
ми идею тепловозной тяги удалось осуществить лишь
после Октябрьской революции.
В. И. Гриневецкий в своей книге «Проблема тепло-
воза п ее значение для России», вышедшей в 1917 го-
ду, писал:
«Вопрос введения тепловозной тяги на наших рель-
совых путях приобретает все большее значение, и бу-
дущие перспективы этого грандиозного русского тех-
нического вопроса теперь, в 1917 году, уже иные... От
замены паровозов тепловозами можно ожидать повы-
шения использования тепла по крайней мере вчетве-
ро. Такое повышение экономичности при громадном
расходе топлива паровозами имело бы огромное эко-
номическое значение везде и особенно в России.
В ном вопросе русская техника, не глядя особенно на
Запад, должна проявить свою инициативу и должна
сама справиться со всеми трудностями».
Только при советской власти идея создания тепло-
noioB воплотилась в жизнь. Гениальный ум Владимира
Ильича Ленина увидел в первых проектах новый тип
локомотива и предугадал его блестящую будущность.
29
Несмотря на тяжелое хозяйственное и финансовое
положение молодой Советской республики, Совет Тру-
да и Обороны уже в январе 1922 года вынес постанов-
ление об особо важном значении тепловозов для на-
шей страны.
По распоряжению В. И. Ленина в октябре
1922 года была отпущена значительная сумма на по-
стройку опытных тепловозов различных конструкций.
«Крайне желательно, — указывалось в директиве
Наркомату путей сообщения и Госплану 27 января
1922 года, — не упустить время для использования
сумм, могущих оказаться свободными по ходу исполне-
ния заказов на паровозы, для получения гораздо более
целесообразных для нас тепловозов».
По указанию Владимира Ильича к этому делу
была привлечена группа выдающихся отечественных
специалистов. На заводах «Красный путиловец», Бал-
тийский судостроительный и «Электрик» началась по-
стройка тепловоза конструкции профессора Якова Мо-
дестовича Гаккеля.
Бывший народоволец и политический ссыльный,
а позднее профессор электротехнического института,
Яков Модестович Гаккель принадлежал не к инжене-
рам-исполнителям, а к инженерам-творцам.
Едва сойдя со школьной скамьи, Гаккель увлекся
летным делом. Он сконструировал ряд самолетов ори-
гинальной конструкции. Некоторые машины получили
в свое время известность благодаря поставленным на
них рекордам. На первой Международной воздухопла-
вательной выставке поплавковый гидросамолет Гакке-
ля получил Большую серебряную медаль.
После Великой Октябрьской социалистической
революции Яков Модестович взял на себя инициативу
создания первого русского тепловоза. Он учел опыт
Дизеля и русских конструкторов и решил применить
электрическую передачу.
К этой идее конструкторская мысль возвращалась
не без колебаний и сомнений. Дело в том, что первые
теплоходы на Волге имели как раз электрическую пе-
редачу, но их очень скоро' заменили суда, где дизель
вращал непосредственно винт. Разница между дви-
жением судна в воде и движением локомотива по
30
I” понятна: трогание с места и ход судна осу-
Шесгпляются прямым вращением гребного винта или
hti.i'-cji, опирающегося на воду, — законы движения
локомотива по рельсам своеобразны и требуют, как
мы уже говорили, наибольшей силы тяги при наимень-
шей скорости.
Копируя установку двигателя па судах, копструк-
Торы отказались вначале от электрической передачи.
IL. так как не удалось построить практически год-
ный тепловоз с непосредственной передачей от дизеля
к осям, вновь возникла мысль испробовать на тепло-
возе электропередачу.
Чувствуя постоянное внимание Владимира Ильича
к своему детищу, Гаккель взялся за дело с огромной
•пергией. Проект он составил очень быстро, после чего
бы,ю создано специальное «Бюро постройки теплово-
юн системы профессора Я. М. Гаккеля».
Это были годы, когда рабочие возвращались
с фронтов гражданской войны на фабрики и заводы.
Они сызнова учились держать инструмент в руках,
знавших столько лет лишь пулемет и винтовку. Старые
станки и новое, социалистическое отношение к труду
помогли создавать советскую промышленность. Еще
едва мерцало электричество, но и при керосиновых
коптилках инженеры и конструкторы упорно сидели
за чертежными досками.
Тепловоз Гаккеля—удивительное создание совет-
ских рабочих и инженеров. Тепловоз собрали из частей
разных машин.
Специального тепловозостроительного завода в то
время в нашей стране еще не было, поэтому в no-
ri ройке первого мощного тепловоза участвовали че-
1ыре ленинградских завода. Тысячесильный дизель для
п пловоза взяли готовым с подводной лодки «Лебедь»,
итераторы — с подводных лодок типа «Язь». Тяговые
ллектродвигатели спроектировал для тепловоза член-
кор респондент Академии наук СССР А. Е. Алексеев.
11од его же руководством они были построены на за-
воде «Электрик». Электрическая схема первого теп-
ловоза и система его управления были разработаны
А Е. Алексеевым, Я. М. Гаккелем и академиком
!'• Ф. Миткевичем.
31
Ходовые части тепловоза были спроектированы и
построены па Путиловском заводе под руководством
профессора А. С. Раевского. Первый опыт постройки
ходовых частей для локомотива в виде тележек себя
вполне оправдал, и в настоящее время на всех теплово-
зах с электрической передачей и на электровозах при-
меняется такой тип ходовых частей.
Для объединения всей работы при «бюро» был со-
здан постоянный технический совет под председатель-
ством профессора Н. Л. Щукина.
Сборку тепловоза производил Балтийский завод.
5 августа 1924 года первый мощный магистральный
тепловоз с электрической передачей появился на рель-
совых путях завода.
6 ноября тепловоз был передан для дальнейшего
испытания железнодорожникам ленинградского узла.
Газета «Гудок» сообщала тогда своим читателям:
«Первые испытания, произведенные с тепловозом
инженера Гаккеля на 30-верстной дистанции между
Ленинградом и Колпином, дали хорошие результаты.
Теперь тепловоз будет испытан на большом рассто-
янии».
Много впечатлений осталось в памяти советских
железнодорожников от первых рейсов на тепловозе.
«Помню, — рассказывает инженер В. Овсянников, —
иду па одной из узловых станций к дежурному до-
кладываться, чтобы зря не держал поезд, а дежурный
как раз с диспетчером разговаривает.
— Пришел состав, — докладывает дежурный, — а
паровоза нет ни в голове, ни в хвосте...
Пришлось объяснить, что локомотив в голове, что
он в полной исправности и что уже можно давать
отправление.
У тепловоза на каждой станции, где останавли-
ваемся, толпа: путевые рабочие, машинисты, пассажи-
ры... Только успевай отвечать на вопросы, которыми
забрасывают бригаду! Да, этому локомотиву ни воды,
ни угля не требуется: может пробежать без останов-
ки хоть тысячу верст. Есть ли еще подобные машины?
Нет, это первая. Она создана по заданию Владимира
Ильича Ленина. Конструировали тепловоз советские
инженеры, построили ленинградские рабочие.
32
1Ь рвые рейсы Пыли проделаны на Октябрьской жс-
•I. hhH'i пороге, па коротких расстояниях, однако с со-
cinniiMii несом I 000 тонн. Затем начались регулярные
р* и и ни маршрутам Москва — Курск, Москва — Харь-
IUHI Ind in и более дальние поездки, и не одного только
пи ъ lui’.i |еЛ1»ского характера: из Баку и из Грозного
шн । и ia in мы в Москву на седьмые-восьмые сутки
н> ||х< на.швине составы, 12 тысяч верст проходили со
гргшк н коммерческой скоростью 28 верст в час, при
ыюм ui'.'iii состав с грузом нефти брутто 79 тысяч пудов,
и ра ход топлива — почти в четыре раза меньший, чем
у паровоза Э.
Потребовалось в кратчайший срок подвезти для
,'и-и и и градских предприятий топливо из Москвы, и эта
n.i i ни была поручена нам, тепловозникам. Из Кокан-
дп и Москву на девятые сутки доставляли груз хлоп-
ка Па тепловозах были проделаны рейсы и из Москвы
в 11» зябииск с особо срочными и важными грузами:
т\ 1.1 мы вели составы через Куйбышев, а возвраща-
ли' I. через Свердловск — Казань. Помню, как уди-
вило тогда многих эксплуатационников, что тепловоз
iipniiic.'i 4 500 километров и не заходил ни в одно депо!
y.i.Hiiio провели рейс из Москвы на Сурамский пере-
вил и обратно.
...В те годы Владимира Ильича уже не было с на-
ми, по ленинское задание было выполнено. Детище
llii.ii’ia — советский тепловоз — уверенно повел по-
< та ио магистралям Родины».
В дни, когда на магистральные пути ленинградско-
го узла вышел в первый рейс тепловоз профессора
Гаккеля, были успешно завершены испытания друго-
го советского тепловоза Э-ЭЛ, построенного по проек-
ту профессора Ломоносова.
1 Этот тепловоз, мощностью в 1 050 лошадиных сил,
оборудованный также электропередачей, оправдал все
но «лягавшиеся на него надежды.
Лежащая в основе современного тепловозостроения
система электропередачи устранила основной недоста-
ть тепловоза Дизеля и обеспечила возможность
держать двигатель под постоянной нагрузкой и с по-
стоянным числом оборотов, что поставило его в наи-
An.iee благоприятные условия работы.
I I г1М1жозы
33
Электрическая передача на тепловозах получила
исключительно широкое применение. Это объясняется
тем, что тепловозы с электропередачей имеют коэффи-
циент полезного действия на ободе колес 28 — 29 про-
центов, хорошую тяговую характеристику и плавное
трогание с места. Кроме того, электрическая передача
позволяет легче, чем любая другая: механическая,
гидромеханическая, воздушная, газовая, — автомати-
зировать управление, обеспечить надежность в работе
и плавное вписывание тепловоза в кривые, то есть
в повороты во время движения.
Основные преимущества электрической передачи:
возможность легкого получения тяговой характеристи-
ки, практически совпадающей с характеристикой по-
стоянной мощности, сравнительная простота устрой-
ства, легкость управления — делают возможной работу
нескольких секций по системе многих единиц, управ-
ляемых с одного поста машиниста. Это позволяет
удваивать, утраивать и даже учетверять мощность
тепловоза, обслуживаемого одной бригадой.
6 ноября 1924 года был торжественно подписан
протокол испытаний первого тепловоза с электропере-
дачей, который гласил:
«...Создание этого тепловоза и опыты с ним выве-
ли идею тепловоза из стадии академического изучения
и воплотили ее в формы, пригодные для несения ре-
гулярной товарной службы.
Последний факт заслуживает быть отмеченным на
страницах истории железнодорожной техники».
Вместе с советскими инженерами протокол испы-
таний первого магистрального тепловоза советской
конструкции подписали представители германской на-
уки тех лет, представитель дорог Голландии, предста-
витель английской технической прессы и многие другие
представители иностранной науки и техники.
По советским проектам было построено еще не-
сколько поездных тепловозов мощностью до 1 000 ло-
шадиных сил и два маневровых тепловоза мощностью
600 лошадиных сил — все с электрической передачей.
Особый интерес представлял среди них сдвоенный
тепловоз мощностью 2 тысячи лошадиных сил. В честь
В. М. Молотова этому тепловозу была присвоена
34
Тепловоз коломенского завода серин ВМ.
НМ. Его построили целиком из советских мате-
ри и лов советские инженеры.
1> 1931 году на наших дорогах было уже столько
А|ЛЛ<>нозов, что оказалось возможным перевести на теп-
joiio шую тягу первую из линий, намеченных к тепло-
||н1НПЦНИ по плану реконструкции железнодорожного
Транспорта.
А 11 геями и опытом советских тепловозников, возро-
Jantiiiinx интерес к тепловозной тяге, широко восполь-
jlnn.iлись в Европе и Соединенных Штатах Америки.
II Дании, например, уже в 1930 году была переведена
ив 1(»пловозную тягу четвертая часть всей сети, а в по-
c. и ауюшем году единственный датский паровозострои-
ТО^п.иый завод Фрика выпустил тридцать тепловозов
И юлько два паровоза. Таким образом, введенная на-
шими конструкторами электропередача решила вопрос
пП использовании дизелей для тяги. В Соединенных
llli.iTax Америки испытанные сначала на маневровой
р||6оте тепловозы доказали свою работоспособность
Н выгодность и побудили к введению тепловозной тяги
N па основных линиях.
I 11ервын пробег пассажирского поезда с тепловозом
Состоялся в Америке в мае 1934 года, а первый товар-
ный тепловоз был введен в регулярную эксплуатацию
п 1910 году.
Многолетний опыт эксплуатации тепловозов в СССР
35
позволяет установить целый ряд их основных технико-
экономических преимуществ перед другими видами
локомотивов.
Экономический коэффициент полезного действия
тепловоза составляет 27 — 28 процентов против
6—7 процентов у паровоза.
Иначе говоря, тепловоз уже по одному расходу
топлива экономичнее паровоза более чем в четыре
раза.
Но это лишь одно преимущество. Другим является
то, что тепловоз расходует самое незначительное коли-
чество воды, идущей на охлаждение двигателя: 15 —
20 литров на 1 000 километров. Это обстоятельство
крайне важно и прежде всего для дорог, где трудно
получить воду требуемого качества и где па водоснаб-
жение приходится затрачивать огромные средства, как,
напрцмер, в Закаспийских и Заволжских степях.
Благодаря малому расходу топлива и воды эти
локомотивы способны совершать большие пробеги
без экипировки. Так они и работают уже на многих
участках дорог: Ашхабад—Красноводск, Гудермес —
Астрахань и других.
Зсе это поставило во весь рост задачу всемерного
развития тепловозостроения в СССР. За послевоенное
пятилетие транспорт получил сотни новых магистраль-
ных тепловозов, что позволило в 1951 году перевести
на тепловозную тягу 7 тысяч километров железных
дорог.
В последующие годы переведены на тепловозную
тягу Ашхабадская дорога, Орджоникидзевская — в ча-
сти, прилегающей к Каспийскому морю, Ташкентская.
За два послевоенных года на тепловозную тягу
было переключено все товарное и пассажирское дви-
жение на пути от Красноводска до Зиадина, направ-
ление Махачкала — Астрахань. Тепловозы пошли по
Рязано-Уральской дороге на участке Верхний Бас-
кунчак —• Палласовка.
И все же внедрение тепловозной тяги отстает от
потребностей железнодорожного хозяйства: тепловозы
недостаточно использовались для пассажирских поез-
дов и почти вовсе не применялись для маневровой ра-
боты.
36
Л между тем как наша советская практика, так
и мировой опыт показывают значительные выгоды пе-
।...i t в-ле пюдорожных линий на тепловозную тягу.
I и , при внедрении тепловозов на вновь строящихся
ж«.|< UII.I\ дорогах значительно сокращаются затраты
нл и а обслуживание. Большая экономия достигается
n,i р< моте: пробег между капитальными ремонтами
у о.... чем у паровоза, в два раза, а между
। Р' шими ремонтами — в два с половиной раза. Если
при и» числении в тепловых калориях расход топлива
у и пловозов в четыре раза меньше, чем у паровоза,
То по весу расход топлива у тепловоза в десять-две-
liB Hi.i 11. раз меньше. А это значит, что тепловозная
ин л ведет к резкому уменьшению перевозок топлива,
рис\<>чуемого железнодорожным транспортом на соб-
ственные нужды, что, в свою очередь, повышает про-
питую способность линии.
< Сказалось далее, что применение тепловоза на ма-
невровой работе очень удобно и выгодно. Наш тепло-
пи । ГЭ-1, из числа первенцев советского тепловозо-
CIроения при маневрах нуждается в экипировке только
O.IHH раз в девять суток и, таким образом, практически
алменяет на маневрах два паровоза серии Э.
37
«Современный тепловоз с электропередачей, — го-
ворит советский специалист по тепловозостроению про-
фессор К. А. Шишкин, — может обеспечить идеальную
тяговую характеристику, которая предъявляется ко
всякому локомотиву, высокий коэффициент полезного
действия, имеет автоматическое управление, прекрас-
ное реверсирование, сравнительно прост по своей
конструкции и обладает надежной работоспособностью.
Почти такими же свойствами обладает тепловоз с гид-
ромеханической передачей. Что же касается тепловоза
с непосредственной передачей, го многолетние работы
в этом направлении за рубежом и в СССР не привели
к-успеху и до сих пор даже не имеется удовлетвори-
тельно работающего тягового двигателя внутреннего
сгорания. На пути создания такого специального тя-
гового двигателя стоят огромные технические трудно-
сти, которые вряд ли будут преодолены, и поэтому
современная тепловозостроительная техника не идет
по этому пути. Это направление — пройденный этап,
а тепловоз без передачи не может считаться идеалом».
Происходивший в Москве в июле 1955 года Пленум
ЦК КПСС поставил большие задачи перед работни-
ками всех отраслей советской промышленности и транс-
порта в деле технического прогресса. Указывалось
па пленуме и на то, что паровозы с их малой эконо-
мичностью должны быть заменены локомотивами бо-
лее экономичными и совершенными — тепловозами
и электровозами.
Принятые пленумом решения побудили к еще более
активному действию советскую инженерно-техническую
мысль.
Широкие круги железнодорожников от министра
до стрелочника задумались над вопросами тех-
нической реконструкции транспорта. А когда были
опубликованы Директивы XX съезда КПСС по шесто-
му пятилетнему плану развития народного хозяйства
СССР на 1956— 1960 годы, стало совершенно ясно,
что для железнодорожного транспорта в Советском
Союзе наступила новая эпоха, новый период развития.
В самом деле, Директивы предусматривают за пять
ближайших лет развитие производства электровозов
и тепловозов до таких размеров, чтобы совершенно
38
Советский тепловоз с электрической передачей ТЭ-1.
прекратить выпуск магистральных паровозов к концу
mu плетки, а сверх того создать газотурбовозы.
Прекратить выпуск паровозов! Тех самых паро-
Ihmoii, с которыми связано было человечество в течение
чуть ли не целого столетия. Недаром же XIX век на-
зывали «веком пара, электричества и железных дорог».
Но ведь это значит построить не десятки, не сотни,
п тысячи тепловозов и электровозов. Так оно и есть.
Чтобы в 1960 году можно было выполнить новыми
Локомотивами до 45 процентов всего грузооборота,
вл пять лет промышленность должна поставить желез-
нодорожному транспорту 2 тысячи электровозов и
2 250 магистральных двухсекционных тепловозов. На
последний год пятилетки приходится 1 630 тепловозов,
л ло в двенадцать раз больше того, что было выпуще-
но в 1955 году.
11о дело не только в количестве. Директивы
XX съезда считают важнейшей задачей нового пяти-
ли него плана в области транспорта дальнейший
По ч ьем технического уровня железнодорожного хо-
лмйства, а такой подъем нельзя осуществить одним
Только количеством выпускаемых тепловозов или элек-
тровозов. Этот подъем требует создания новых, мощ-
ных локомотивов, наиболее прогрессивных и совершен-
ных, в том числе и газотурбовозов и атомовозов.
39
Конструкторская мысль не может замкнуться
в творческом кругу. И если, скажем, Директивами
XX съезда поставлена задача уже в 1956— 1957 годах
дать опытные образцы грузовых тепловозов мощностью
2 500 — 3 000 лошадиных сил в одной секции, то не-
ожиданно выплывает и осуществляется, как мы уви-
дим дальше, идея тепловозе! для узкоколейных желез-
ных дорог и это уже в развитие Директив по шестому
пятилетнему плану.
Надо помнить и о том, что широкое внедрение элек-
трической и тепловозной тяги необходимо сочетать
с усилением и реконструкцией путевого хозяйства, обо-
рудованием дорог автоблокировкой, диспетчерской
централизацией стрелок, применением радиосвязи
и телевидения. Например, пассажирский тепловоз
ТЭ-7 рассчитан на скорость в 140 километров в час при
нынешнем рельсовом пути, но когда рельсы будут
заменены более тяжелыми, ТЭ-7 поведет поезда со
скоростью 160 километров в час.
Только комплексное проведение этих и многих дру-
гих мероприятий даст возможность повысить пропуск-
ную способность важнейших железнодорожных на-
правлений.
А рядом возникает проблема подготовки кадров
как для производства дорогих и сложных машин, так
и для управления ими.
XX съезд КПСС состоялся всего лишь через шесть
месяцев после Июльского пленума. Но и за этот
небольшой срок усилиями советских людей широко
был открыт путь к резкому увеличению производства
тепловозов и электровозов новейшей конструкции,
к внедрению новых локомотивов на транспорте.
III. ТЕПЛОВОЗОСТРОЕНИЕ В СССР
(кнопкой базой тепловозостроения в СССР
до Июльского пленума являлся Харьковский завод
Триигпортного машиностроения. Здесь были созданы
Огпоппые типы наших тепловозов с электрической
ж р<-чачей.
Здесь же были решены некоторые проблемы даль-
Н«'Пп1сго улучшения уже созданного типа машин и идут
поиски таких, которые были бы еще более мощными,
бы»проходными и экономичными. Одним из новых
Тепловозов является, например, «зимний тепловоз»,
приспособленный для работы на дорогах в суровых
Климатических условиях. Чтобы топливо, которым
Пишется двигатель, не застывало даже при самой
ИИзкой температуре, введена очень оригинальная и
Остроумная система его подогрева.
11остроен мощный тепловоз с электрической пере-
дачей — ТЭ-2 — тепловоз сочлененного типа, состоящий
Мд двух секций. При каждой секции — две двухосные
Тележки.
Конструкторы придали тепловозу красивую об-
лекаемую форму. Кузова окрашены голубой и сереб-
ристой красками.
Внутри каждого кузова стоят два спаренных дизе-
ли Там же находятся генераторы. Общая мощность
Тепловоза 2 тысячи лошадиных сил. Вырабатываемая
•» 'к ктроэнергия передается восьми тяговым моторам,
расположенным на осях тепловоза.
Управлеш е машиной максимально механизировано.
Пуск дизелей, например, производится простым нажа-
тием кнопки на пульте машиниста.
41
Известно, что электрическая машина обратима. Ге-
нератор, вал которого связан с валом дизеля, во вре-
мя пуСка превращается в электродвигатель, питаемый
от аккумуляторной батареи. Такой простой пуск ди-
зеля — одно из больших достоинств тепловоза с элек-
трической передачей. Контакторы и реле являются
аппаратами управления, то есть включения и выключе-
ния тяговых электродвигателей, замыкания и размы-
кания цепей независимого возбуждения генератора и
его возбудителя, изменения подачи топливных насо-
сов. Во время движения все управление осуществляет-
ся с помощью одной рукоятки; поворачивая эту ру-
коятку машинист имеет возможность регулировать
одновременно работу дизелей, генераторов и тяговых
моторов.
Весь коллектив завода принял участие в постройке
нового тепловоза. В цехах развернулось социалисти-
ческое соревнование за скорейшее изготовление де-
талей и узлов машины. В результате она была выпу-
щена в рекордно короткий срок.
Отличительная черта этого тепловоза — высокая
экономичность. Например, за весь рейс от Харькова
до Москвы со скорым поездом он израсходовал лишь
2,6 тонны дизельного топлива. ТЭ-2 способен прохо-
дить по 1 000 километров без набора топлива и воды.
Он может водить поезда со скоростью до 93 километ-
ров в час. Машина приспособлена к работе как с пас-
сажирскими, так и с товарными поездами в самых раз-
личных условиях.
Встретить прибывших с новой машиной предста-
вителей харьковского завода собрались руководящие
работники Министерства транспортного машинострое-
ния, Министерства путей сообщения, Научно-исследо-
вательского института железнодорожного транспорта,
рабочие-железнодорожники.
Главный конструктор завода по локомотивострое-
нию А. А. Кирнарский рассказал собравшимся:
— Новый тепловоз по мощности вдвое сильнее,
чем обычные магистральные тепловозы, выпускаемые
нашим заводом. Он может успешно водить как товар-
ные, так и пассажирские поезда. Коллектив завода по-
строил новый локомотив за один месяц!
42
Ikpuiji» рейсы показали хорошие качества маши-
ны Во И| н'мя испытаний на участках Основа — Гот-
н >i 1< Ьнпой дороги тепловоз без толкача тянул на
Опдти м состав весом в 2 200 тонн, что выше нормы,
jh'i-iii-T шиной для паровозов ФД на этом участке.
I • ii< ы Чариков—Киев—Харьков тепловоз прошел без
IlnAtipii поды и топлива в пути.
1 |.р(ч год завод спроектировал еще более совер-
IHviiin.iii тепловоз ТЭ-3, превосходящий по мощности
раза серийную машину ТЭ-2.
Ггиловоз ТЭ-3 состоит из двух секций. В каждой
H.i них установлен дизель мощностью в 2 тысячи ло-
liiniutlibl.x сил.
I « ил< )1юз ТЭ-3 спроектирован коллективом конструк-
гпрон синода под руководством Л. А. Кирнарского и
II /I Вернера.
Мощность каждой секции у нового тепловоза, как
HHiiiH1. равна общей мощности тепловоза ТЭ-2.
В !> же время вес ее примерно на 40 тонн меньше.
Об» секции совершенно одинаковы и могут работать
tyMoc гоятельно. Двигатель тепловоза расходует мень-
топлива, чем двигатель ТЭ-2.
Тепловоз ТЭ-3 мощностью 2 тысячи лошадиных сил.
43
чены. В тепловозе установлен небольшой автомати-
ческий котел, с помощью которого подогреваются
топливо, масло и вода, когда приходится долго стоять
на путях при больших морозах.
ТЭ-3 способен водить товарные составы со ско-
ростью до 100 километров в час. В то же время кон-
структоры работали и над созданием пассажирского
локомотива, который водил бы поезда со скоростью
140 160 километров.
В 1955 году завод начал серийный выпуск новых
локомотивов, применяя скоростные режимы обработки
металла, новейшие приспособления и инструменты.
Сочлененный паровоз не механическое соединение
двух, а оригинальная, очень остроумная конструкция
с общей тяговой характеристикой значительно лучшей,
чем у двух обычных тепловозов. И коэффициент ис-
пользования мощности у него значительно выше, и
скорость он может обеспечить почти в полтора раза
больше.
У сочлененного тепловоза мощность двойная, а на-
грузка на ось та же — значит, сохраняются проходи-
мость и маневренность. Машина новая, а детали на
80 процентов используются прежние, серийные — зна-
чит, можно быстро и легко организовать массовый
выпуск. Есть и ряд других усовершенствований: облег-
ченная тележка, более мягкое рессорное подвешива-
ние, удобный доступ к тяговым моторам.
Быстрый рост перевозок требует повышения веса
поезда, а для этого нужны сильные и тяжелые локо-
мотивы. Повышать мощность паровоза, не увеличивая
числа его движущих колес, нельзя. Заменить рельсы
прочными стоит дорого и требует времени. Чтобы по-
лучить большую мощность па паровозе, приходится
строить, как мы уже показали, сочлененные парово-
зы. Эксплуатация их дороже обычных паровозов.
Сдвоенные тепловозы ТЭ-2 с дизелями по 1 000 ло-
шадиных сил в каждой секции и ТЭ-3 с дизелями по
2 тысячи лошадиных сил решают задачу проще. Сочле-
ненный тепловоз ТЭ-3 имеет примерно ту же мощность,
что и сочлененный паровоз. Однако можно ставить во
главе поезда не две, а три и более секции, управляемые
с одного поста как единый локомотив.
44
ТЭ-3 с двумя секциями общей мощностью 4 тысячи
лошадиных сил.
I <11. юно:! ТЭ-3, состоящий из двух секций, уже спо-
ги<« и водить на участках с тяжелыми подъемами
Нуне «/i.i весом в 3 500 топи. Всесторонние испытания
«« и ’юно.за показали высокие качества нового локомо-
liiitn. и он пошел в серийное производство.
' I ели до июльского Пленума ЦК КПСС тепловозы
выпускал один харьковский завод, то после решений
и н иума Министерство транспортного машинострое-
нии привлекло к производству тепловозов крупнейшие
сини «аноды: ворошиловградский, коломенский и брян-
I кмй,
Все они были специализированы, и тепловозы нача-
fil пы пускать путем широкой кооперации этих пред-
МЬи>г1ип. За полгода, от июльского Пленума до XX
ПЪг* и, кооперированная работа заводов доказала
Крю успешность такой организации.
Наряду с серийным выпуском тепловозов харьков-
.fliiili «ввод должен был поставлять дизели ворошилов-
। р и некому заводу.
С В спою очередь, по плану кооперации на вороши-
Л1Ш1 радском заводе наряду с выпуском тепловозов
rti.iM оборудовано поточное производство экипажной
•in* in машины, с тем чтобы снабжать ею харьковский
hoюм* некий заводы.
В результате такого кооперирования ворошилов-
ipiKioiii завод, более пятидесяти лет строивший па-
р' '|**и.|, сумел выпустить свой первый тепловоз ТЭ-3
45
шее условие успешного разрешения этих задач — ши-
рокие лабораторные исследования в специальных ин-
ститутах и на заводах. К сожалению, станций для ис-
пытаний новых локомотивов на заводах еще нет, хотя
они необходимы тут не в меньшей мере, чем аэроди-
намические трубы для самолетов.
Первое место в научно-исследовательской работе
должно было бы принадлежать, конечно, Всесоюзному
научно-исследовательскому институту железнодорож-
ного транспорта.
— Однако до последнего времени работами, свя-
занными с внедрением новых видов тяги, в институте
занимались мало, — мужественно признается директор
института товарищ И. А. Иванов. — Многие вопросы
оставались практически вне поля деятельности инсти-
тута. Ие уделялось, например, должного внимания
улучшению динамических свойств тепловозов и элек-
тровозов, технологии ремонта этих локомотивов... Да
и лабораторная база недостаточно развивалась для
проведения таких исследований...
Решения XX съезда КПСС побудили институт уси-
лить исследовательские работы в области тепловозной
и электрической тяги. На эти работы переключены
хорошо оснащенные лаборатории динамических и проч-
ностных испытаний паровозов, заканчивается строитель-
ство лабораторного корпуса для исследования и испы-
тания тепловозов и электровозов.
Наше социалистическое, плановое хозяйство раз-
вивается путем комплексного решения проблем, то есть
одновременного решения ряда связанных друг с дру-
гом важных хозяйственных и технических вопросов.
Особое значение поэтому для технического подъема
железнодорожного транспорта приобретает работа
Научно-исследовательского института комплексных
транспортных проблем, возглавляемого членом-корре-
спондентом Академии наук Т. С. Хачатуровым.
Основная задача института — разработка пробле-
мы единой транспортной сети страны и методов взаи-
модействия различных видов транспорта: железнодо-
рожного, речного, морского, автомобильного и
воздушного. Все виды транспорта в нашей стране дол-
жны развиваться как единая транспортная сеть, не
48
конкурируя друг с другом, а помогая друг другу пе-
ревозить быстрее, больше и дешевле.
Ускорению, увеличению и удешевлению перевозок
способствует и массовый переход к новым видам тя-
ги — электровозной и тепловозной, представляющий
также комплексное решение проблемы.
Почему, собственно, прожорливым паровозам на
смену идут одновременно и тепловозы и электровозы,
а не одни тепловозы?
Электрификация выгодна при больших размерах
движения, чтобы расход па содержание, ремонт и
амортизацию проводов, подстанций и прочих постоян-
ных устройств распределялся на большую массу пе-
ревозок.
Дизель остается самым выгодным двигателем по
коэффициенту полезного действия, по ему нужна де-
фицитная и дорогая нефть. Если бы даже удалось по-
строить тепловоз без передач, со специальным тяго-
вым двигателем, то такой локомотив еще не был бы
идеальным: перед конструктором возникла бы даль-
нейшая задача — заменить нефтяное топливо углем.
Посылать электровозу ток с районной гидростанции
или электростанции, работающей на дешевом топливе,
конечно, выгоднее, чем ставить на локомотиве собствен-
ную станцию с турбиной или дизелем. Однако воздуш-
ная проводка стоит дорого и, главное, требует больших
затрат металла.
Какой же из двух типов лучше?
Еще в 1918 году В. И. Ленин указывал на необхо-
димость электрификации транспорта. А в Государ-
ственном плане электрификации России (ГОЭЛРО)
уже конкретно намечалась электрификация несколь-
ких железнодорожных магистралей и пригородных
участков.
Электровоз — экономичный, мощный и удобный тип
локомотива. Электрическая тяга, как и тепловозная,
по сравнению с паровой имеет большие преимущества.
За счет увеличения веса поездов и пропускной способ-
ности участков электровозы перевозят вдвое больше
грузов, чем паровозы, становятся ненужными водо-
снабжение и другие специальные устройства, облегча-
ются условия труда.
4 Тепловозы
49
У электрической тяги есть одна чрезвычайно любо-
пытная особенность. Когда поезд идет под уклон, дви-
гатели могут работать как генераторы. Они тормозят
состав и дают энергию в сеть. За счет такого торможе-
ния удается на некоторых дорогах экономить четвертую
часть энергии.
Наша промышленность налаживает выпуск шести-
осных локомотивов ВЛ-23 мощностью 4 300 лошадиных
сил. Новый электровоз Н-8 мощностью 5 700 лоша-
диных сил испытывался на Урале. Уже электрифи-
цирована часть дорог Урала, Кузбасса, Кавказа, Коль-
ского полуострова, больше тысячи километров великой
Транссибирской магистрали.
Электрическая тяга выгоднее тепловозной при вы-
сокой грузонапряженности и трудном профиле линий.
Тепловозная же тяга выгодна при средних разме-
рах движения, равнинном профиле и особенно в без-
водных районах.
Эти преимущества тепловозной тяги побудили Ка-
лужский машиностроительный завод построить опытные
образцы оригинального тепловоза ТУ-2.
Он предназначен для работы на узкоколейных же-
лезных дорогах. Такие дороги строились и раньше
в районах малонаселенных с незначительным движе-
нием и главным образом в качестве подъездных путей.
Узкоколейные дороги сейчас получили распространение
в некоторых районах.
Калужский узкоколейный тепловоз в качестве ос-
новного двигателя имеет дизель в 300 лошадиных сил,
соединенный с электрогенератором в 195 киловатт. Та-
ким образом, это тепловоз с электрической передачей.
Скорость его около 50 километров в час, водит он со-
ставы весом в несколько сот тони.
До сих пор узкоколейные железные дороги обслу-
живались повсюду паровозами. Преимущество узкоко-
лейного тепловоза перед ними не только в более
высоком коэффициенте полезного действия, но, и это
главное, он не нуждается в постоянном пополнении за-
пасов воды и топлива, что в безводных краях имеет
большое значение.
Прежде чем начать серийный выпуск новых локо-
мотивов, калужский завод пригласил будущих водите-
ли
лей ТУ-2. Они не только освоились с новыми машина-
ми и научились водить их, но и дали ряд ценных указа-
ний строителям оригинальной машины.
Теперь ТУ-2 пошел в серийное производство.
Тепловозы очень хороши также на маневрах и для
пассажирского движения. Они могут делать очень
большие безостановочные пробеги, а при некоторых
условиях и сильно повысить скорость движения.
Стремление к скоростному железнодорожному
транспорту породило в последние годы новые средства
передвижения: автомотрисы и дизель-поезда. Автомот-
рисы— это вагоны, снабженные двигателем, который
тем или иным способом связан с движущими осями.
По большей части здесь применяется та же силовая
установка, что и па тепловозах с передачами.
Преимущества автомотрис заключаются в том, что
они могут развивать огромную скорость хода при срав-
нительно маломощном двигателе. В то же время они
очень легки и не требуют переустройства пути, без че-
го движение сверхскоростных локомотивов с тяжелыми
составами становится рискованным.
Представление об этом новом виде железнодорож-
ного транспорта дает советская скоростная автомотри-
са, построенная еще в 1936 году тем же Калужским
машиностроительным заводом. Она предназначена для
пригородного сообщения и состоит из двух вагонов об-
текаемой формы цельносварной конструкции. В при-
цепном вагоне восемьдесят мест, а в моторном — пять-
десят восемь. Все места мягкие.
В головной части автомотрисы расположены ма-
шинное отделение и управление. Силовая установка
состоит из дизеля в 440 лошадиных сил, генератора
в 205 киловатт и двух тяговых электромоторов. Авто-
мотриса, таким образом, представляет собой располо-
женный в самом вагоне тепловоз с электропередачей.
Она рассчитана на скорость движения в НО—
115 километров в час. Расстояние от Москвы до Ленин-
града может пробежать за шесть часов, в то время
как «Красная стрела» покрывает его лишь за девять
часов.
Автомотрисы из-за малой мощности не привились
широко пи у нас, ни за границей. Более удобным
4* 51
'скоростным транспортом оказались дизель-поезда.
В дизель-поездах, как в электропоездах пригородного
сообщения, концевые вагоны представляют собой мо-
торные вагоны, в передней ча-
сти которых расположены си- £ <
ловые установки, управление 'щ Д
ими и поездом. В остальной же Я lb
части этих вагонов, мало чем 3 __
отличающихся, по сути дела, от
автомотрис, и в средних ваго- -<=>
нах расположены пассажир-
скис места. й» Жйй
Дизель-генератор автомотрисы.
Такого рода скоростные дизель-поезда рассчитаны
на скорость в 140—150 километров в час.
В концевых моторных вагонах дизель-поезда раз-
мещены, кроме силовых установок и мест для пасса-
52
жиров, еще и багажные отделения. Число мест в по-
езде — 164, из них: по двадцать восемь в моторных ва-
гонах, двадцать два места в вагоне с буфетом и по
тридцать восемь мест в остальных вагонах; все места
мягкие, по четыре и два места в купе. Поезд снабжен
автоматическим тормозом. Сцепка вагонов автомати-
ческая. Для передвижения состава в холостом состоя-
нии моторные вагоны оборудованы специальными крю-
ками.
Силовые и вспомогательные установки поезда об-
служивают машинист и три помощника. Один из по-
мощников находится с машинистом в головном вагоне,
другой — в хвостовом вагоне, а третий следит за ра-
ботой механизмов всего поезда. Связь машиниста с по-
мощниками осуществляется с помощью телефона и
световой сигнализации.
Каждая тяговая силовая установка состоит из ди-
зеля, генератора и системы автоматического управле-
ния. Управление обеими силовыми установками поез-
да производится с любого из двух постов управления
по системе многих единиц.
Дизель-поезд снабжен установкой для отопления
вагонов в холодное время года и охлаждения их при
высоких наружных температурах воздуха.
Такой поезд по своему оборудованию, системе
автоматического управления и тяговым характеристи-
кам представляет интерес. Однако ряд существенных
недостатков не позволяет выбрать его в качестве типо-
вого для пассажирских перевозок на железных доро-
гах Советского Союза. По достигнутым скоростям они
соревнуются с автотранспортом.
Наш локомотивный парк включает в себя, как ви-
дите, ряд совершенных по современному состоянию тех-
ники локомотивов.
Намеченная партией и правительством программа
крутого подъема промышленности и сельского хозяй-
ства связана с дальнейшим ростом перевозок, с новым
повышением пропускной способности железных дорог.
Это большая задача. Решение ее — в строительстве
новых и совершенствовании существующих железнодо-
рожных линий, в усилении локомотивного и вагонного
парков и в замене паровозов тепловозами и •»лек
тровозамщ не говоря уже о поисках новых способов
тяги, новых конструкций локомотивов.
Замена паровозов тепловозами не может, конеч-
но, ограничиться только количеством их. Нужны тепло-
возы разных назначений: товарные, пассажирские,
маневровые...
Пассажирский тепловоз Харьковского завода с кон-
струкционной скоростью в 140 километров в час уже
создан и поступил после предварительных испытаний
в опытную эксплуатацию на линии Москва — Ленин-
град.
Коллектив ворошиловградского завода построил
маневровый тепловоз мощностью в 750 лошадиных
сил, с гидромеханической передачей. Заводские испы-
тания показали высокие эксплуатационные качества
всех узлов и деталей нового локомотива, и завод при-
ступил к постройке первой партии маневровых тепло-
возов.
Таким образом, тепловозный парк наш располагает
тепловозами всех необходимых типов.
Разнообразны природные условия в нашей стране.
На отдельных участках железнодорожной сети оказы-
вается более выгодным применение то одного, то дру-
гого типа локомотива. В процессе борьбы за первен-
ство техническая мысль совершенствуется и предлагает
различные типы локомотивов. Сейчас трудно предска-
зывать победу тому или иному типу локомотива.
В наше время грандиозных открытий и изобретений
всегда нужно быть готовыми к тому, что завтра по-
явится машина, совсем не похожая на существующие,
и по-новому решит проблему тяги.
IV. НЕРАЗРЕШИМАЯ ИЛИ НЕРЕШЕННАЯ ПРОБЛЕМА?
Советский строй открыл безграничные просторы
для развития науки, для широкого применения ее до-
стижений в социалистическом производстве. Во всех
важнейших отраслях народного хозяйства нашей стра-
ны есть научно-исследовательские институты, занима-
ющие видное место в системе научных учреждений
СССР.
Отраслевые научно-исследовательские институты
в содружестве с коллективами предприятий разраба-
тывают и внедряют в производство прогрессивную тех-
нику, создают новые типы оборудования для про-
мышленности, сельского хозяйства и транспорта,
совершенствуют технологические процессы. Достаточ-
но сказать, что машиностроительная промышленность
ежегодно создает 600—700 новых типов станков, ма-
шин и механизмов, облегчающих труд и повышающих
его производительность.
Однако отдельные отрасли народного хозяйства
отстают в разработке и внедрении новых экономичных
и высокопроизводительных машин, соответствующих
современному уровню техники.
Одною из таких отраслей является и тепловозо-
строение. В тепловозах все еще ограничиваются
использованием электропередач. А между тем элек-
тропередача обеспечивает вовсе не лучшее, не един-
ственное и не самое совершенное использование дизе-
ля на тяговой машине.
Всякая передача отнимает у двигателя какую п>
долю его мощности, растрачиваемую на тренвс и ; >-
даточных частей механизма и на покрытие i.pyrnx и>>»
терь, а электрическая к тому же значительно усложня-
ет конструкцию, еще более увеличивает стоимость
тепловоза и усложняет его эксплуатацию. Вот почему
проблему тепловоза нельзя считать окончательно ре-
шенной применением электропередачи.
Правда, многократные попытки решить проблему
иным путем до сих пор не привели к успеху, но каждая
из этих попыток, обнажая новые и новые противоре-
чия, ближе и ближе ведет нас к цели.
Известно, что внедрению тепловозов в значитель-
ной мере мешает необходимость использования ими
высокоценного и дефицитного жидкого топлива. По-
этому широкие перспективы применения этих локомо-
тивов открывает замена жидкого топлива твердым.
В 1932—1936 годах Ленинградский институт инже-
неров железнодорожного транспорта разработал
проект газогенераторного тепловоза. В проекте пре-
дусматривалась установка на тепловозе газового че-
тырехцилиндрового четырехтактного горизонтального
двигателя мощностью 2 450 лошадиных сил при 300 обо-
ротах в минуту. На тендере тепловоза размещалось
пять газогенераторов с механической загрузкой. Вслед-
ствие сложности и громоздкости всего тепловоза про-
ект не был осуществлен.
В 1934 году инженер Г. К. Хлебников выдвинул
идею газобаллонных тепловозов с получением газа на
центральных газогенераторных станциях. Баллоны
со сжатым газом размещались на прицепляемом
к тепловозу тендере. Однако это предложение не было
осуществлено.
В 1938—1939 годах коломенский завод построил
газогенераторный теплопаровоз. В двигателе с расхо-
дящимися поршнями средние полости являлись как бы
газовым двигателем с низким сжатием, а крайние —
паровой машиной. К теплопаровозу прицеплялся тен-
дер с газогенератором. Во время наладочных испыта-
ний двигатель работал. Однако вследствие сложности,
высокой стоимости и низкой экономичности газогенера-
торный теплопаровоз оказался бесперспективным, и
работы над ним были прекращены.
В 1942—1944 годах по предложению инженеров
А. А. Пойдо и П. В. Якобсона был сделан технический
56
Газогенераторный тепловоз ТЭ-4.
проект перевода тепловоза серии Э-ЭЛ на смешанное
топливо. Основным топливом для двигателя являлся
(газ, получаемый из угля в газогенераторной установке
на тендере. Для запала рабочей смеси служило жидкое
топливо. Проект не получил реализации вследствие
того, что тепловозы серии Э-ЭЛ к тому времени уста-
рели. Поэтому возник вопрос о переводе на смешан-
ное топливо современного тепловоза ТЭ-1.
I Переход к проектированию и строительству мощ-
ного двигателя, работающего на генераторном газе
из угля, можно было осуществить, лишь решив во-
I1 просы питания двигателя газом и сжигания смешан-
ного топлива.
После исследований, произведенных во Всесоюзном
научно-исследовательском институте железнодорожно-
го транспорта, в 1950 году проектирование было за-
кончено. Тогда же была начата постройка газогенера-
торной установки и переделка серийного тепловоза
ТЭ-1 для работы на смешанном топливе.
Испытания этого тепловоза были положены в осно-
ву создания первой опытной партии газогенераторных
тепловозов на базе тепловоза серии ТЭ-1 и одного
тепловоза в 2 тысячи лошадиных сил на базе теплово-
за ТЭ-2. Тепловозы серии ТЭ-1 были переделаны
I Улан-Удинским паровозостроительным заводом и пу-
щены в опытную эксплуатацию.
57
В 1952 году харьковский завод построил по схеме
газогенераторного тепловоза ТЭ-1 и техническим усло-
виям Министерства путей сообщения на базе серийно-
го тепловоза ТЭ-2 мощный газогенераторный тепловоз,
получивший серию ТЭ-4.
В этих машинах обычные их двигатели переведены
на смешанное топливо, причем расходуется 15—
25 процентов тепла жидкого топлива и 75—85 про-
центов газа, получаемого из твердого топлива. При
таком способе перевода тепловоза на газ мощность
двигателя и его коэффициент полезного действия не-
сколько ниже, чем на жидком топливе, но все же раза
в три выше, чем у паровоза. Двигатель требует весьма
незначительных переделок, а сам тепловоз сохраняет
надежность и эксплуатационную маневренность теп-
ловоза жидкого топлива.
Работа двигателей внутреннего сгорания на сме-
шанном топливе основана на разности температур
самовоспламенения газо-воздушной смеси и смеси
воздуха с жидким топливом. Температура самовос-
пламенения газо-воздушной смеси выше температуры
самовоспламенения смеси жидкого топлива с возду-
хом. Жидкое топливо является средством воспламе-
нения газо-воздушной смеси в цилиндрах, а при ухуд-
шении качества газа компенсирует недостаток тепла,
получаемого при сгорании газа, тем самым сохраняя
номинальную мощность двигателя.
Система питания цилиндров двигателя жидким
топливом в основном сохранена.
Питание цилиндров двигателя воздухом и газом
осуществляется раздельно через всасывающие клапа-
ны. Смешение воздуха и газа происходит в цилиндрах
двигателя. Этот способ дает возможность обойтись без
смесителей.
Принятая схема переоборудования двигателя позво-
ляет работать как на смешанном топливе, так и на
одном жидком топливе, что сохраняет маневренные
качества тепловоза и надежность в работе.
Расход топлива газогенераторными тепловозам!!
ТЭ-1 оказался выше расхода топлива серийными теп-
ловозами, но все же он значительно ниже, чем
у паровозов.
58
Внедрение газогенераторных тепловозов может
оправдываться тем, что у них по сравнению с парово-
зами получается высокая экономия топлива и воды.
Тепловозы на смешанном топливе могут получить
более широкое применение, чем на жидком топливе.
На том же жидком топливе, которое отпускают же-
лезнодорожному транспорту, можно эксплуатировать
газогенераторных тепловозов в три раза больше, чем
тепловозов только на жидком топливе.
Пробеги газогенераторных тепловозов па линии и
результаты, полученные при тягово-эксплуатационных
испытаниях, показали, что газогенераторные тепловозы
могут выполнять работу с теми же показателями, что
и серийные тепловозы.
Десять газогенераторных тепловозов, построенных
на базе тепловоза ТЭ-1, работают на Приволжской
железной дороге. К сожалению, газогенераторный теп-
ловоз ТЭ-4 харьковского завода еще не доведен до
серийного образца.
Все это положило, конечно, только начало созда-
нию экономичного локомотива на твердом топливе и
развитию новой отрасли железнодорожной техники.
Конструкторское бюро коломенского завода не
случайно обратилось к идее теплопаровоза, то есть
локомотива, в котором были бы использованы преиму-
щества дизеля и паровой машины путем объединения
работы обоих двигателей.
Мысль соединить дизель и паровую машину явилась
впервые у английского изобретателя Стилля. Вначале он
построил стационарный тепло-паровой двигатель, рабо-
тавший так. Поршень движется в одну сторону давле-
нием пара, как в паровой машине, а обратный ход его
совершается, как в дизеле, под давлением газов, обра-
зующихся от сгорания топлива. При этом тепло ди-
зельной части цилиндра используется для подогрева
воды. Отработавшие газы дизеля идут также на подо-
гревание котла. Для пуска в ход паровой котел нагре-
вается особой нефтяной топкой, ио когда двигатель
уже начал работать, в котле для парообразования ока-
зывается достаточным того тепла, которое развивается
в дизельной части. Коэффициент полезного действия
у такого двигателя доходит до 30 процентов.
59
Двигатель Стилля, установленный на пароходе «До-
лиус», вероятно, оправдал себя на практической рабо-
те, так как вскоре англичане построили второй такой же
теплопароход.
Вслед за тем на заводе Китсона в Лидсе был постро-
ен теплопаровоз Китсона—Стилля. На нем было осу-
ществлено такое же сочетание дизеля и паровой маши-
ны, но с некоторыми особенностями в конструкции. На
теплопаровозе имеется всего восемь цилиндров, по четы-
ре в ряд, параллельно расположенных под котлом и не
видных со стороны. Первый ряд цилиндров обращен
штоками к дымовой трубе, а второй — к будке маши-
ниста. Штоки соединены с движущимися осями посред-
ством передачи.
Этот теплопаровоз не дал возможности судить, на-
сколько такой тип локомотива обладает гибкостью па-
ровоза и экономичностью дизель-мотора.
Впрочем, мы можем судить о тяговой машине этой
конструкции по опыту советского теплопаровоза.
Чтобы объединить в локомотиве достоинства дизе-
ля и паровой машины, устранив в то же время свойст-
венные им недостатки, прежде всего, конечно, приходит
в голову идея пользоваться ими попеременно: при тро-
гании с места и на подъемах пусть работает паровая
машина, а при больших скоростях и на ходу — дизель.
Вопрос заключается в том, как объединить работу
пара и продуктов сгорания в одном цилиндре? Совет-
ский конструктор Л. М. Майзель предложил в каждом
из цилиндров локомотива ставить два поршня, расходя-
щихся в противоположные стороны. Локомотив начи-
нает свою работу как паровоз, но пар подается то
с внешних сторон, сближая поршни, то в промежутках
между ними, заставляя разбегаться. Конечно, штоки
таких расходящихся поршней, если бы их соединить
непосредственно с движущимися осями, вращали бы
колеса в противоположные стороны. Поэтому поршне
вые штоки соединены непосредственно с отбойными
валами, а валы уже связаны с дышлами, вращающи
ми колеса движущихся осей.
Как только скорость локомотива достигает уровня,
на котором возможно работать дизелем, машинист вы
ключает пар и вдувает в промежуток между поршнями
60
сжатый воздух. Цилиндр очищается от пара и начинает
работать по дизельному циклу. Сближающиеся порш-
ни сжимают остающийся воздух и нагревают его до
температуры воспламенения топлива, затем в проме-
жуток между сблизившимися поршнями подается доза
горючего, оно вспыхивает, газы раздвигают поршни,
и паровая машина превращается временно в двига-
тель внутреннего сгорания.
Такая объединенная конструкция имеет свои преи-
мущества. Ведь для пуска дизеля нужна посторонняя
сила. На тепловозах, как мы говорили, запуск дизеля
электрический, по обычно оп пускается в ход при помо-
щи сжатого воздуха, накопляемого компрессором, ко-
торый приводится от самого дизеля. При объединении
в цилиндре паровой машины и дизеля особый запуск не
нужен, так как паровой цилиндр превращается в дизель-
ный па ходу.
Идея Майзеля нашла применение в теплопаровозе,
сконструированном ворошиловградским паровозо-
строительным заводом.
Теплопаровоз — сильная машина. Паровой котел
у пего вдвое меньше, чем у паровоза ИС, но мощность
обоих локомотивов, как и скорость их, примерно одина-
кова. Давление в котле теплопаровоза достигает 20 ат-
мосфер. Паровые котлы с таким давлением пара у нас
еще не строились, и опыт такого рода очень важен.
Теплопаровоз ворошиловградского
Питательная вода сначала охлаждает цилиндр дизе-
ля, а потом уже идет в котел. Таким образом, тепло ди-
зеля подогревает котловую воду, а не теряется зря, как
обычно. В общем получается очень хорошее исполь-
зование тепла, растрачиваемого дизелем, и достигается
в два раза больший коэффициент полезного действия,
чем у самых хороших паровозов.
Все как будто бы отлично. Однако для продувки ци-
линдра при превращении его из парового в дизельный
сжатый воздух все-таки нужен, а значит, нужен и ком-
прессор. А отбойные валы, объединяющие работу про-
тивоположно движущихся поршней, по сути дела, игра-
ют такую же роль, как и механическая передача. Если
к этому добавить невероятную сложность конструкции,
то понятно, почему основательные испытания этого
теплопаровоза заставили завод отказаться от построй-
ки новых машин этого вида.
Неудача с тепло паровозом не остановила, конечно,
поисков новых способов объединения в локомотиве до-
стоинств дизеля и паровой машины с устранением
в то же время свойственных им недостатков.
Такой способ найден был конструктором «теплово-
за непосредственного действия» М. И. Пригоровскнм.
Основные недостатки дизеля состоят в том, что
у него нельзя резко менять скорость хода. Дизель, де-
лающий, скажем, 200 оборотов в минуту, не станет ра-
ботать меньше, чем при 100 оборотах. Дальнейшее
замедление хода поршня приведет к медленному сжа-
тию воздуха, и температура в цилиндре окажется недо-
статочной для самовоспламенения горючего. Кроме
того, понизится и экономичность двигателя, так как
именно вследствие высокого сжатия он экономичен.
Нельзя повысить мощность дизеля и увеличивая
дозу горючего: цилиндр всасывает строго определен
ное количество воздуха, и в нем может сгореть только
ограниченное количество топлива.
Михаил Иванович Пригоровский взглянул на дело
иначе. Студентом работая у конструктора самолетов,
он изучил на практике мощные бензиновые двигатели
С дизелями его познакомил профессор Косицкий
один из первых теоретиков и историков дизелестрсн -
ния. Окончив Киевское железнодорожное технически.
62
училище, Пригоровский работал и машинистом, и сле-
сарем, и ремонтным рабочим.
Таким образом, и паровоз и моторы Пригоровский
знал как свои пять пальцев. Тогда-то ему и пришла
мысль перестроить дизель так, чтобы он обладал сверх
своих собственных качеств еще и превосходными каче-
ствами паровой машины.
В чем они заключались?
Пригоровский стал, отвечая себе на этот вопрос, на
несколько необычную, но совершенно правильную и,
главное, очень ясную точку зрения. Он рассуждал та-
ким образом: паровой котел с топкой является генера-
тором, то есть производителем пара. В топке котла то-
пливо сгорает и превращает воду в упругий и горячий
пар. Сгорание топлива и парообразование протекают
беспрерывно и устойчиво. Пар — уже готовый вид
энергии—поступает в цилиндр в большем или мень-
шем количестве. Поэтому возможность в самых широ-
ких пределах регулировать машину вытекает из то-
го, что она является приемником готовой энергии. Ди-
зель нуждается в энергии извне лишь при запуске;
в дальнейшем он сам производит энергию — расширя-
ющиеся при сгорании топлива газы. Для того чтобы
дизель получил свойства паровой машины, ему не хва-
тает при уменьшении мощности воспламеняющего го-
рючее приспособления, а при увеличении ее —воздуха,
нужного для сгорания топлива. Пригоровский решил
восполнить эти недочеты в специальном тяговом двига-
теле.
В тепловозе Пригоровского устанавливается ком-
прессорный агрегат, так сказать, «воздухогенератор»,
заготовляющий для тягового дизеля сжатый воздух.
Эта установка имеет свой вспомогательный дизель,
она же снабжает энергией и запальное приспособле-
ние тягового дизеля.
Тяговый дизель вращает движущие колеса. Он обо-
рудован автоматическим устройством, распределяю-
щим топливо и воздух. Помимо нормального всасыва-
ния воздуха, в цилиндр тягового дизеля подается еще
дополнительный заряд сжатого воздуха вместе с топ-
ливом, когда требуется большая мощность машины
Впуск топлива и воздуха тут похож на отсечьv парц
в паровой машине и ведет к таким же результатам. Ку-
лисный механизм для распределения сжатого воздуха и
подачи топлива делает управление тепловозом не бо-
лее трудным и сложным, чем паровозом.
Пригоровский взял патент на изобретенную им си-
стему тягового двигателя для тепловоза еще в 1922 го-
ду. Проект, представленный Пригоровским, подвергся
обсуждению. Конструктора премировали. Он истратил
деньги на перестройку старого дизель-мотора в тяговый
и в мастерских индустриального института стал прово-
дить первые опыты.
Они заняли довольно много времени. В конце кон-
цов изобретатель добился полного успеха: тяговый дви-
гатель работал нормально, обладая свойствами паровой
машины.
Проект Пригоровского снова подвергся обсуждению,
ему даже отпустили средства на дальнейшие опыты,
но внедрение новой техники — дело трудоемкое, а иное
да и длительное.
Лишь незадолго до начала Великой Отечественной
войны окончательно решено было осуществить интерес
нейший проект Пригоровского. Война задержала нача
тую работу.
Тепловоз непосредственного действия спроектирован
на скорость хода 150 километров в час и на мощность
4 200 лошадиных сил. Без тендера тепловоз может со-
вершить безостановочный пробег в 1 000 километров,
а с тендером, увеличивающим запас топлива, — 10 ты-
сяч километров.
Талантливый советский конструктор, по сути дела,
создал специальный тяговый двигатель, уже ничего иг
имеющий общего с дизелем, поскольку в нем нарушен
цикл Дизеля и введен совершенно оригинальный рабо!
чий процесс.
Развитие двигателя Дизеля, чрезвычайно поднявшей
го значение нефти, как топлива, способствовало обо*
стрению борьбы между углем и нефтью, между
промышленными группами, чьи интересы были с ними
связаны. Эта борьба помогла не только развитию дни!
гателей Дизеля и усовершенствованию паровых кот кт
и паровых двигателей, переходивших к применении»
пара высокого давления для повышения экономичное гц
64
паровых машин, но имела громадное значение для раз-
вития нового типа двигателя, получившего название
«паровая турбина». Этот двигатель, внедряясь одно-
временно с дизелем во все области промышленности
и транспорта, взгромоздился, наконец, на колеса
и в качестве турбовоза явился на железную дорогу
отстаивать здесь старинные права угля и пара.
В то время как одна часть изобретателей, исходя из
готовой технической формы цилиндра и поршня, работа-
ла над созданием двигателя внутреннего сгорания
с прямолинейно-возвратным движением, с преобразо-
ванием этого движения во вращательное путем криво-
шипно-шатунной передачи, другая часть стремилась
к созданию двигателя с непосредственным вращатель-
ным движением.
К концу прошлого века появились центробежные
насосы, центрифуги, сепараторы — машины, вращав-
шиеся с неслыханной скоростью. Затем были изобрете-
ны динамо-машины, генераторы, вырабатывающие
электрический ток. При этом оказалось, что генера-
торы работают нормально, делая 3 тысячи оборотов
в минуту.
Подобным машинам нужны двигатели с равным чис-
лом оборотов, чтобы, не прибегая к передачам, соеди-
нять на одном валу двигатель и рабочую машину. Та-
кими двигателями оказались изобретенные к тому вре-
мени паровые турбины.
По принципу действия они делятся на два вида.
В активных турбинах Лаваля струя пара направлялась
на колесо с лопатками. В реактивных турбинах Парсон-
са пар впускался в ряд лопаток особой формы, укреплен-
ных на одном валу. Выходя из этих лопаток, пар застав-
лял вал или ротор турбины вращаться.
Паровые турбины имеют ряд преимуществ перед па-
ровой машиной Уатта: большую экономичность, быстро-
ходность, легкость установки. Но в них оказался и круп-
ный недостаток, а именно: чрезвычайно большая ско-
рость. Турбина Лаваля делала около 30 тысяч оборотов
в минуту, а турбина Парсонса— 18 тысяч. Двигатели
с такими скоростями не могли иметь применения, и оба
изобретателя начали думать, как бы снизить число обо-
ротов.
б Тепловозы
65
Лаваль, не убавляя скорости самого турбинного ко-
леса, что было бы невыгодно, поставил зубчатую пере-
дачу, а Парсонс снизил скорость вращения ротора тем,
что заставил пар терять давление постепенно в венцах
лопаток, разделив их на особые группы.
Вслед за Лавалем и Парсонсом лад усовершенство-
ванием турбин и приспособлением их для разных целей
начал работать целый ряд изобретателей: в Америке —
Чарлз Кертис, во Франции — Огюст Рато, в Швеции —
бра и,я Юнгстрем, в Швейцарии — Генрих Целли.
В течение двух десятилетий паровая турбина сдела-
ла огромные успехи. Вслед за стационарными турбина-
ми, оказавшимися очень удобными для электростанций,
Парсонс начал строить судовые турбины, а Целли пер-
вым попытался установить турбину на локомотив.
1акой локомотив приемлем для железнодорожного
хозяйств у,кг потому, что движущей силой тут остает-
ся пар и. И1.1ЧИГ, вспомогательное оборудование и ма-
териальная служба не требуют перестройки. Двойная
экономия пара и наличие в самом двигателе враща-
тельного движения k i.iioi । ербовоз весьма удачным
во всех оTHoiiiriiit । iiiiiom локомотива.
Но перед Целли и братьями Юнгстрем, почти одно-
временно взявшими я ы конструирование турбовоза,
возникли большие трудпж in I тайная из них заключа-
лась в том, как пер* i ni. работу роторов турбины дви-
жущим осям.
Труднейшую задачу спи к* иия числа оборотов тур-
бинного ротора и соединении ннокущих осей с ротором
Целли, а потом и Юнгстрем pa ipriiiii.iii по примеру Ла-
валя. Они поставили особою tuna рубчатые передачи—•
геликоидальные, то есть с косой нарезкой зубцов. За-
бавно, что эти передачи по своим размерам во много
раз больше самой турбины.
Чем ближе подвигались конструкторы к цели, тем
серьезнее становились противоречия, из которых воз-
никал новый локомотив.
Транспортному двигателю, как воздух для дыхания,
нужен реверс—устройство, позволяющее менять пря-
мой ход на обратный. В самой турбине реверса осу-
ществить до сих пор еще не удалось никому, хотя над
этим вопросом бились и Лаваль, и Парсонс, и многие
66
с
Турбовоз системы Целли.
другие конструкторы. Парсонс па судах ставил обычно
две турбины: большую для прямого хода и менее мощ-
ную — для обратного. Так же поступили и конструкто-
ры турбовозов, поставив для каждого хода отдельную
турбину.
Турбовозы проектировались как мощные и быстро-
ходные локомотивы, и потому с особенной остротой пе-
ред Целли встал вопрос о том, как обеспечить турбовоз
водой и в то же время не прибегать к слишком частым
остановкам в пути для возобновления ее запасов. И вот
Целли решил нарушить старую железнодорожную тра-
дицию и снабдить новый локомотив конденсатором, по
особого типа.
Установка конденсатора на турбовозе имела целью
конденсировать отработавший пар, с тем чтобы образу-
ющуюся воду снова направлять в котел. Такой круго-
оборот воды с незначительными потерями, во-первых,
избавил бы от необходимости частых остановок в пути,
а во-вторых, создал бы возможность подавать воду в ко-
тел очень горячей.
Для такого конденсатора вакуум не нужен, а зна-
чит, не нужно и охлаждающей воды.
В обычной атмосфере пар конденсируется при тем-
пературе в 80 — 90 градусов, и, значит, безвакуумный
конденсатор может быть охлажден просто током воз-
духа, направленного на конденсационные трубки.
б* 67
Таким безвакуумным конденсатором и вооружили
свои турбовозы Целли и братья Юигстрем, но поступи-
ли они различно.
В турбовозе Юнгстремов отработавший в турбине
пар проходи г через систему трубок, помещенных впере-
ди локомотива и охлаждаемых сильным встречным по-
током воздуха на ходу турбовоза. Полученная таким
образом вода возвращается в котел, имея температуру
около 90 градусов.
Целли поместил свой конденсатор в тендере парово-
за, где конденсационные трубки охлаждаются специаль-
ным вентилятором. Конечно, из дымовой трубы при-
шлось убрать конус, через который паровозы выпускают
отработавший пар для усиления тяги. Целли заменил
это приспособление маленькой турбинкой с вентилято-
ром. Такое переустройство тяги в дымовой трубе ока-
залось не хуже, а лучше конуса.
Первый турбовоз Целли мощностью в 1 000 лошади-
ных сил построил завод братьев Зульцер в Винтертуре
в 1920 году. В течение пяти лет он подвергался всякого
рода испытаниям. О благоприятных результатах их Цел-
ли доложил в декабре 1924 года Обществу инженеров-
механиков в Нью-Йорке.
После этого завод Круппа построил второй турбо-
воз системы Целли мощностью в 2 тысячи лошадиных
сил. Он начал курсировать на железных дорогах Гер-
мании.
В настоящее время в Германии, Швеции и Англии
работает довольно много турбовозов, но вопрос о том,
насколько они могут заменить старое детище Стефенсо-
на, далеко еще не решен.
Скорость турбовозов около 80 километров в час,
и в отношении быстроходности они не имеют никаких
преимуществ перед современными паровозами. Хотя
турбина экономичнее парового двигателя, но устрой-
ство ее сложнее, а применение передачи лишает маши-
ну гибкости и увеличивает количество трущихся частей,
непроизводительно расходующих энергию на преодоле-
ние трения.
Механическая передача от турбины к движущим
осям, примененная в турбовозах Целли и братьями Юнг-
стрем, оказалась в практический работе неудобной.
68
Американцы воспользовались практикой электропере-
дачи и построили локомотив с паровой турбиной, вер-
нее с турбогенератором. Соединенный непосредственно
с турбиной, он дает электрический ток шести электромо-
торам общей мощностью в 5 тысяч лошадиных сил.
Эго огромная, мощная и быстроходная машина.
Американцы правильно назвали локомотив электрово-
зом с паровой турбиной, а не турбовозом. Он вдвое
больше обычного паровоза и покрывает втрое большее
расстояние без остановок для пополнения запасов топ-
лива и воды. Скорость его 190 километров в час. Па-
ровой котел отапливается нефтью, но более низкого ка-
чества, чем потребляемая дизелями. Управление элек-
тровозом полностью автоматизировано.
Локомотив сконструирован и построен фирмой
«Дженерал электрик компапи», имеющей опыт в строи-
тельстве военных судов с турбогенераторами.
Гораздо более характерным для транспортной техни-
ки США является резкое послевоенное увеличение чис-
ла тепловозов с электропередачей на железных дорогах
страны. Тепловозная тяга получила здесь такое рас-
пространение, что в 1954 году на железных дорогах
первого класса 80 процентов всех перевозок осуще-
ствлено было тепловозами.
Технический опыт военных лег в значительной мере
содействовал появлению еще одного типа локомотива —
газотурбовоза. Здесь дизель-мотор заменен газовой тур-
биной с электрической передачей энергии турбины на
колеса. Опытные газотурбовозы такого типа имеются
и в других странах, а в настоящее время проектируют-
ся и в СССР.
Газотурбовозы отличаются большой мощностью.
Так, состоящий всего лишь из одной секции шестиос-
ный газотурбовоз, длиной в 25 метров, развивает мощ-
ность в 4 500 лошадиных сил. Коэффициент полезного
действия этих машин составляет нечто среднее между
коэффициентами полезного действия паровозов и тепло-
возов. Но надо помнить, что газотурбовозы едва лишь
начинают свой путь развития, как, впрочем, и сама га-
зовая турбина.
Идея газовой турбины возникла очень давно, ио по-
настоящему начали ею заниматься лишь после того,
69
как выяснились преимущества паровой турбины. Про-
блема истинной газовой турбины внутреннего сгорания
оказалась технически трудно разрешимой.
Сначала появились турбины, работающие так назы-
ваемыми выхлопными газами, отходящими от тех или
иных двигателей внутреннего сгорания. Такая турбина
была предложена французским инженером Огюстом Ра-
то. Он применил выхлопные газы авиационных двигате-
лей для движения небольшой газовой турбины, соеди-
ненной с турбокомпрессором. Турбокомпрессор тут по-
дает сжатый воздух в цилиндры двигателя. Этот так
называемый наддув двигателей внутреннего сгорания
особенно необходим на большой высоте: разреженный
на таких высотах воздух при обыкновенном засасыва-
нии не может дать нормальной мощности двигателя.
Позднее наддув двигателей внутреннего сгорания,
в том числе и двигателей Дизеля, стал применяться во
многих стационарных двигателях, в частности и тепло-
возных дизелях.
Эта вспомогательная газовая турбинка, вероятно,
подсказала английскому инженеру Франку Уиттлу
идею использовать газовую турбину для реактивного
движения самолетов. В 1930 году, когда ему было все-
го 22 года, он взял патент на свое изобретение: оно за-
ключалось в разработке путей использования принци-
па реактивного движения, в усовершенствовании кон-
струкций газовых турбин и воздушных компрессоров,
применяемых в сочетании с реактивным движением.
Турбореактивный двигатель получил огромное рас-
пространение в авиации. В таком двигателе, для того
чтобы обеспечить сгорание нужного количества топли-
ва, перед камерой сгорания во внутреннем потоке ста-
вится компрессор, повышающий давление воздуха до
нескольких атмосфер. Компрессор же вращается тур-
биной, приводимой в действие газами, выходящими из
камеры сгорания.
Газовые турбины внутреннего сгорания, осущест-
влявшиеся на ранней поре, не имели никакого практи-
ческого значения, так как не пошли дальше первона-
чальных опытов.
Некоторое значение имели только работы Гольц-
варта, начатые им в 1908 году и продолжавшиеся два
70
десятилетия: все же они не преодолели технических
трудностей в деле создания удовлетворенности рабо-
тающей турбины.
Однако острый интерес теплотехников к этому ти-
пу двигателя никогда не прекращался и не прекра-
щается до сих пор.
Газовая турбина — важнейшее достижение со-
временной теплотехники — удачно сочетает выгодные
особенности внутреннего сгорания и паровой турбины
как ротационного двигателя.
Большая доля заслуг с созданием турбин внутрен-
него сгорания принадлежит русским инженерам и уче-
ным. В конце прошлого века инженер-механик русско-
го флота П. Д. Кузьминский сконструировал такую ма-
шину в качестве корабельного двигателя. Было немало
и других интересных попыток. В 1912 году А. Н. Шелест
указал на новый принцип работы тепловых машин в ви-
де механического генератора газов.
Теперь уже умерший Алексей Несторович Шелест,
профессор Высшего технического училища имени Бау-
мана, заслуженный деятель науки и техники, отдал бо-
лее полувека суровому непрерывному труду.
Но когда заходил разговор о его последних работах,
Шелест говорил:
— Сделано много, по надо сделать еще больше. Сей-
час мне кажется, что сил у меня стало столько, что я
добьюсь поставленной перед собой цели. Ну, еще шесть
или восемь лет — и наши советские тепловозы получат
свою машину...
С удивительным научным предвидением Алексей Не-
сторович еще в 1912 году спроектировал машину для
тепловоза. Она получила практическое осуществление
за границей через 27 лет — в 1939 году, но по тем
же принципам, которые были опубликованы Ше-
лестом еще тогда, когда он был студентом. Не одна эта
работа Алексея Несторовича имела большое влияние
как на русскую, так и на заграничную теплотехнику.
Ему первому удалось установить общий закон теплоем-
кости. Крупный европейский ученый швейцарский про-
фессор Остертаг писал ему: «Меня очень радует, что
вам удалось установить общий закон теплоемкости,
который в технике принесет большую пользу».
71
В 1918 году, на первом съезде начальников тяги же-
лезных дорог, Шелест делал доклад о тепловозах.
В 1921 году он получил четыре первые премии на кон-
курсе по созданию лучшей топки для паровозов по раз-
ным видам топлива — по торфу, подмосковному углю,
по сырым дровам — и на конкурсе по созданию искро-
удержателя, ио пе переставал пропагандировать тепло-
возы.
Работы Шелеста были известны Владимиру Ильи-
чу. На заседании Совета Труда и Обороны в 1922 году
по предложению Ленина было решено построить за гра-
ницей три опытных тепловоза по расчетам Шелеста.
Тогда же Алексею Несторовичу, по желанию Владими-
ра Ильича, была предоставлена возможность целиком
отдаться проектированию тепловозов.
В области теплотехники труды Алексея Несторови-
ча охватывают многие вопросы. Ряд важных проблем
был осуществлен им самим. Творческая энергия его
с годами не только не слабела, но возрастала.
— Чудесно работать в наши дни, — говорил он пи-
сателю К. Левину, навестившему его в день присужде-
ния высокой награды. - Хочется сделать как можно
больше для Родины, для родного народа, а высокая
оценка моих скромных трудов побуждает еще больше
трудиться.
В руководимой им тепловозостроительной лабора-
тории неустанно продолжалось совершенствование
машины для тепловозов. Алексей Несторович всегда
считал, что выгодные по своей экономичности тепло-
возы займут рано или поздно все же свое место па
наших железных дорогах.
Шелест спроектировал и локомотив с газовой тур-
биной постоянного давления. Он предусматривал и
возможность работы турбин на пылеобразном твердом
топливе.
Об этих изобретениях А. Н. Шелеста в Чикаго
7 мая 1927 года в механической секции Ассоциации
железнодорожников был сделан доклад «Современ-
ное состояние тепловозов». В этом докладе, который
был пнем опубликован, отмечались работы Шелеста
над механическим генератором газов и локомотивом
с газовой турбиной.
72
Теорию газовых турбин и современной газотурбин-
ной установки с горением при постоянном давлении
создал советский ученый, профессор В. М. Маковский.
Газовая турбина состоит из трех основных частей:
компрессора, сжимающего воздух, камеры горения,
где сжигается топливо, и турбины. Мощность турби-
ны используется частью для вращения компрессора.
Современная машина этого типа в некоторых случаях
разделяется на две турбины • компрессорную и глав-
ную, которые механически между собой даже не свя-
заны.
Основная трудность решения проблемы газотурбин-
ной установки — в невозможности иметь высокие тем-
пературы по условиям жаропрочности металлов. Со-
здание эффективных газовых турбин стало возможным
лишь после того, как металлургия освоила производ-
ство сплавов, способных более или менее длительное
время работать с большими напряжениями и при вы-
сокой температуре.
Сейчас металлургическая промышленность постав-
ляет жаропрочные сплавы для газовых турбин, кото-
рые работают при температурах 700—800 градусов и
выше. В то же время успехи аэродинамики дали воз-
можность изготовлять компрессоры с высоким коэф-
фициентом полезного действия. Они дают значитель-
ное увеличение отношения полезной работы к потерян-
ной на компрессоре.
Для повышения экономичности газотурбинных ус-
тановок применяются регенераторы, где часть тепла
рабочего тела, выходящего из турбины, отдается ра-
бочему теплу, поступающему в камеру сгорания. Га-
зовые турбины турбореактивных двигателей отлича-
ются исключительной несложностью конструкции.
Турбина в них используется непосредственно для со-
здания тяги.
Можно без преувеличения сказать, что создание
газовой турбины явилось одним из основных условий,
обеспечивших развитие турбореактивных и турбовин-
товых двигателей, находящих широкое применение
в современной авиации.
Однако газовые турбины в стационарных установ-
ках и на транспорте применяются еще очень мало.
73
В авиации насчитываются тысячи газовых турбин.
Стационарных газовых турбин во всех странах имеет-
ся не более 200, а газотурбовозов — лишь несколько
десятков. Коэффициент полезного действия газовой тур-
бины зависит от температуры газа перед соплами: чем
выше температура, тем выше коэффициент. Однако по
условиям жаропрочности применяемых сплавов со-
временные турбины не допускают высоких температур
газа, что приводит к сравнительно невысоким коэф-
фициентам полезного действия. По этим причинам
развитие стационарных и транспортных газовых тур-
бин задерживается.
Другим препятствием развитию газотурбостроения
служат малоэффективные способы сжигания твердого
топлива в камерах турбин, где поэтому приходится
применять жидкое топливо. Дело в методах очист-
ки продуктов сгорания от золы, пыли, шлаков. Твердые
частицы в рабочем газе содействуют быстрому износу
лопаток турбины. Опыт котельных установок очень
мало приносит пользы газотурбинным установкам.
Современные достижения в области гидравлики
турбин и компрессоров благодаря применению регене-
рации, промежуточного охлаждения при сжатии воз-
духа и многоступенчатого сгорания позволяют повы-
сить эффективный коэффициент полезного действия до
30 процентов.
Одно освоение сжигания твердого топлива в газо-
вых турбинах без существенного изменения темпера-
туры газа дает возможность построить газотурбовоз
с эксплуатационным коэффициентом полезного дей-
ствия в 12—13 процентов вместо существующих
5—6 процентов у паровоза.
Однако до сего времени как промышленные, так
и транспортные газотурбинные установки работают
нлп на жидком топливе, или на природном газе. Ре-
зультаты проведенных повсюду опытов сжигания твер-
дого топлива в газотурбинных установках внушают
надежду на успех. Надо только усилить исследователь-
скую и конструкторскую работу в этой области, что
и делается в настоящее время с большим размахом.
Честь создания технического проекта первого в на-
шей стране газотурбовоза принадлежит конструкто-
74
рам коломенского завода п сотрудникам кафедры
турбостроения Московского высшего технического учи-
лища имени Баумана. Они работали в тесном содру-
жестве. Серьезную помощь оказали им и строители
авиационных газовых турбин.
Этот первый газотурбовоз рассчитан на потребле-
ние жидкого топлива — дешевого мазута. В дальней-
шем предполагается переход на твердое топливо. Коэф-
фициент полезного действия у газотурбовоза, рабо-
тающего на жидком топливе, оказывается равным
18 процентам, значительно ниже, чем у дизеля. При
повышении температуры в камере сгорания, что
зависит только от жаростойкости лопаток и дисков
турбины, коэффициент этот может быть увеличен. Во-
обще такой газотурбовоз вдвое более экономичен, чем
паровоз. Особенно он экономичен при работе зимой.
Важно и то, что локомотив не нуждается в воде, что
делает его особенно удобным на безводных участках
движения.
Скорость движения нового локомотива около
100 километров в час. Односекционный газотурбовоз
благодаря небольшим размерам силовой установки
обладает значительной мощностью при меньшем весе
на единицу мощности. Это даст возможность нашему
первому газотурбовозу даже самые тяжелые подъемы
одолевать со скоростью 30—35 километров в час. За
700—800 километров пути с тяжелым составом одно-
секционный газотурбовоз истратит около 12 тони жид-
кого топлива, ио, повторяем, самого дешевого.
Конечно, управление такой машиной полностью
автоматизировано и конструкторами предусмотрены
все удобства для водителя. Интересно, что такой ло-
комотив можно переоборудовать в передвижную элек-
тростанцию. В этом случае вместо энергопоезда в де-
сять-двенадцать вагонов будет курсировать на линии
один энерговагон с газотурбинной установкой мощ-
ностью до 5 тысяч киловатт.
Несомненно, что как проектирование, так и по-
стройка газотурбовоза обогатит Коломейцев ценным
опытом. Придется прежде всего создать хорошо обо-
рудованную экспериментальную лабораторию для
испытания деталей установки и агрегатов. Такой лабо-
7К
рагории, к сожалению, еще пет на заводе. Но трудно
рассчитывать на то, что газотурбовоз на жидком топ-
ливе с коэффициентом полезного действия более низ-
ким, чем у дизеля, полностью мог бы решить проблему
газотурбовоза. Не случайно не нашли широкого при-
менения газовые турбины в качестве тягового двига-
теля локомотива.
Иное дело, если решится проблема использования
твердого топлива в газотурбинных установках. Заме-
на паровозов такими локомотивами открывает путь
к огромному снижению расходов угля на железных до-
рогах, позволяет создавать локомотивы практически
неограниченной мощности, допускает значительное
повышение скорости движения.
Газотурбовозы на твердом топливе мощностью
6 тысяч лошадиных сил для начала проектируются
па ворошиловградском заводе. При содружестве уче-
ных и техников, теоретиков и практиков газотурбовоз
будет создан в нашей стране.
Внедрение его должно дать огромный экономиче-
ский эффект. Газотурбовоз на твердом топливе может
работать на топливе любого качества, в том числе и
на мелком, и расходует в два раза меньше топлива,
чем паровоз. Напомним, что значительная часть всего
добываемого в СССР угля сжигается в топках парово-
зов.
Если заменить паровозы газотурбовозами, то сэко-
номленного топлива хватило бы для работы всех те-
пловых электростанций Советского Союза.
Газотурбовозы можно построить мощностью до
8 тысяч лошадиных сил и больше. Это значительно
превышает мощность находящихся в эксплуатации ло-
комотивов.
Не решает ли при таком положении дела газотур-
бовоз проблему совершенного, наиболее экономичного
локомотива?
Внедрению газовых турбин в качестве локомотивных
двигателей препятствует несовершенство конструкций
камер сгорания для твердого топлива и конструкций
очистителей запыленного газового потока перед тур-
биной. Но в инженерном деле в конечном счете все ре-
шает конструкция.
76
Газообразное топливо — одно из самых удобных
топлив как для поршневого двигателя внутреннего
сгорания, так и для газовой турбины. Но если мы на-
правим газ из газогенератора в цилиндр двигателя, то
ничего нового не получим. С точки зрения тепловой
экономичности использование газогенераторного газа
в цилиндре двигателя более рационально, чем в каме-
ре газовой турбины при низких температурах перед
турбиной.
Газогенератор в условиях железнодорожной служ-
бы пока еще только ищет свое полное конструктивное
решение как в комбинации с поршневым двигателем,
так и в комбинации с газовой турбиной низких темпе-
ратур. . ’ ( “ . . . • '
Непосредственное сжигание угля в камерах газо-
вых турбин явится новым для железнодорожного
транспорта. Попытки сжигания угля непосредственно
в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания к успеху
не привели.
Дизель, проектируя свой двигатель, рассчитывал
питать его угольной пылью, но не достиг успеха. Бли-
жайший его сотрудник Рудольф Павликовский в тече-
ние сорока лет после Дизеля продолжал работать над
созданием угольного мотора, работающего по циклу
Дизеля. Накануне войны ему удалось построить такой
двигатель, названный им «рупамотор», то есть мото-
ром Рудольфа Павликовского. Секрет оказался будто
бы не в слабой прочности материалов, не в плохой
конструкции, а в недостаточной размельченности
угольной пыли, которую применял Дизель.
Однако дальнейших известий о рупамоторе не по-
явилось. Совершенно ясно, что соединение процессов
сжатия, сгорания и расширения в одном цилиндре,
удачное для жидкого и газообразного топлива, оказа-
лось непригодным для твердого. Разделение процессов
должно оказаться благоприятным при использовании
твердого топлива в газовой турбине.
Разделение процессов позволяет осуществить и
очистку газов перед их расширением и избежать изно-
са рабочих органов турбины, что помешало использо-
ванию угля в цилиндрах двигателей. Газотурбовозов на
твердом топливе еще нет, имеются только проекты
77
в США, Англии и СССР. Силовые установки для та-
ких газотурбовозов в США и Англии испытываются на
стендах уже в течение шести лет, однако трудности
поставленной задачи не преодолены и работы не вы-
шли из стадии экспериментов. Коэффициент полезного
действия такого газотурбовоза, конечно, ие будет вы-
ше, чем у газотурбовоза на жидком топливе.
Сравнивать газотурбовоз на твердом топливе с па-
ровозом можно будет лишь после того, как будут
получены данные в результате длительной эксплуата-
ции такой газотурбинной установки. Газотурбовозы на
жидком топливе в СССР будут иметь ограниченное
применение по условиям экономичности и соотношения
цен на твердое и жидкое топливо. Значительное рас-
пространение газотурбовоз может получить лишь при
использовании твердого топлива.
Основной трудностью при создании газовых турбин
с непосредственным сжиганием является проблема
очистки продуктов сгорания от частиц золы, шлака
и других загрязнений. Опыт показывает, что создание
такого очистителя — задача довольно сложная.
Газовая турбина совершила подлинную револю-
цию в авиации. Нет сомнения, что внедрение газовой
турбины будет способствовать прогрессу многих отрас-
лей народного хозяйства и в первую очередь энергети-
ки и железнодорожного транспорта.
Но если бы в конце концов удалось создать газо-
турбовоз с непосредственным сжиганием твердого
топлива, без всяких тепловых потерь, с коэффициентом
полезного действия, о котором мечтал Карно, могли ли
бы мы считать проблему идеального локомотива окон-
чательно и навсегда разрешенной?
Мы знаем теперь, что всякий атом, из совокупно-
сти которых состоит вещество, в свою очередь, состоит
из ядра, заряженного положительным электричеством,
и движущихся вокруг него электронов — мельчайших
частиц отрицательного электричества. Их число точно
таково, что отрицательный заряд электронов равен
положительному заряду ядра. Но так как атомы раз-
личных элементов имеют различное число электронов,
от одного до ста, то, значит, и положительный заряд
ядра неодинаков у атомов различных элементов.
Основная энергия атома заключена в ядре. Состоя-
щая из электронов оболочка содержит незначитель-
ную часть атомной энергии.
Сжигая каменный уголь, нефть, керосин, бензин
в топках паровых котлов или в двигателях внутренне-
го сгорания, мы используем энергию электронных обо-
лочек атомов, то есть ничтожную часть всей энергии
атома. Неизмеримо большая часть энергии, заключен-
ной в ядре атома, остается неиспользованной.
Сколь не рационально такое хозяйствование, мож-
но судить уже по одному тому, что в одном грамме
вещества столько энергии, сколько могут дать при
сгорании 3 тысячи тонн каменного угля.
Мы окружены буквально неисчерпаемыми запаса-
ми атомной энергии, и вопрос только в том, чтобы
найти пути ее использования.
Общим трудом современников пока что найдены
два пути использования ядериой энергии: объединение
(или сплавление) ядер легких элементов и расщепле-
ние ядер атомов в тяжелых элементах — урана или
плутония.
Первый путь привел к созданию водородных бомб,
взрывом которых осуществляется сплавление ядер
водорода.
Второй путь привел не только к взрыву атомных
бомб, по и к созданию атомных котлов, или реакторов,
в которых расщепление атомных ядер сопровождает-
ся выделением тепла.
Это тепло используется у нас на атомной электро-
станции для получения пара высокой температуры
и давления, направляемого затем в обычный турбоге-
нератор.
Это первое в мире применение ядерной энергии
для народнохозяйственных нужд знаменует прише-
ствие нового источника энергии, самого мощного и,
вероятно, самого дешевого. Если бы даже не удалось
найти, что мало вероятно, других путей и форм исполь-
зования атомной энергии, то и найденных уже доста-
точно для оценки перспектив, открывшихся перед че-
ловечеством.
Советская атомная электростанция, работая при
электрической мощности в 5 тысяч киловатт, расхо-
79
дует 30 граммов урана в сутки. .'Ini получения таком
мощности обычным путем на и-п кии hi станции при-
шлось бы расходовать в сутки около 100 тонн угля.
При таком положении дела прежде всего напраши-
вается мысль о замене паровых кол.юн атомными на
транспорте, основным бедствием которого является
необходимость возить с собой или за собой топливо
и притом в огромном объеме, когда речь идет об угле.
Основным препятствием к установке атомных кот-
лов на транспорте является громоздкость атомных
реакторов. Для защиты от вредных излучений, проис-
ходящих при расщеплении ядер, реакторы изолируют-
ся бетоном и свинцом, причем толщина изолирующих
стен доходит до 2 метров.
Еще можно говорить об атомных котлах на огром-
ных океанских судах, где при всех условиях атомный
котел займет меньше места, чем необходимые запасы
угля.
Но о замене существующих паровых машин и дви-
гателей с воспламенением от сжатия на локомотивах
можно будет говорить только после того, как будет
решена по-новому проблема изоляции котла.
Конечно, проблема облегчения защиты реактора не
такая уже неразрешимая проблема и вряд ли можно
сомневаться в том, что она будет разрешена в бли-
жайшие же годы, если не месяцы и дни.
Путь к бесконечному совершенствованию тепло-
воза открыт!
Гу милевский. Лев Иванович
ТЕПЛОВОЗЫ
Редактор В. Пекелис Худож. редактор А. Степанова
Художник О. Шу хвостов Техн, редактор Л. Королева
А01368 Поди, к печати 7/Ш 1957 г. Бумага 84x108% = 1,25 бум. л. = 4,1 печ. л.
Уч.-изд. л. 3,97 Тираж 15 000 экз.+35 ООО экз. (массовый) Цена 1 р. 20 к. Заказ 2944
Типография „Красное знамя*4 издательства „Молодая гвардия44.
Москва, А-55, Сущевская, 21.
Квоагло.ммг 4u>Httin< tuJ
Книга „Ген »ohihii.i*‘ ii/мг
доллгч) in ci /nt in hvfin.th
шит 1141 plitin и III •• • II ll Ml’
шестой шип и leiiibn
puu ужа riM/ii.iii книги:
Г. К // л и I» о u г к о ji, I о
комошивы билыи а т
рог** и /1. >ifi лn,t ^liiiitiiHh-
крылы**.
Просим присылать tta-
ши отзывы о содержании,
художественном оформле-
нии и полиграфическом
исполиепии книги.
Укажите ваш адрес,
проф)ессию и возраст.
Пишите по адресу: Мо-
сква, А-55, Сущевская ул.,
д. 21, Издательство ЦК
ПЛ КСМ „Молодая гвар-
дия**, массивы й отдел.