poster444

О строящихся заграницей тепловозах

Читатели журнала “Локомотив” знакомятся с историей создания первого магистрального тепловоза, сконструированного нашим великим соотечественником Ю.В. Ломоносовым. Статья д-ра техн. наук В.Д. Кузьмича проливает свет на многие перипетии того времени, сложнейшие моменты становления тягового подвижного состава России. В этом отношении особый интерес представляет доклад Ю.В. Ломоносова на XXXIII съезде инженеров тяги в июне 1923 г. Вниманию читателей мы и предлагаем изложение этого документа в подлиннике (с сохранением орфографии того времени).

Вопрос о тепловозах, т.е. о применении к локомотивам двигателей внутреннего сгорания, сделался сейчас очень модным, особенно у нас в России. Говорят обычно об экономии топлива. Действительно, полный коэффициент полезного действия тепловозов будет, вероятно, 0,20 — 0,24 в то время, как для паровозов он 0,05 — 0,08. Но есть еще одно соображение в пользу тепловозов, по моему, даже более важное. Я говорю о воде. При мало-мальски плохой воде уход за котлами и ремонт их есть бич службы тяги. Не даром идея тепловоза зародилась в 1909 году на Ташкентской ж.д., где нефть дешева, а воду даже весьма сомнительного качества приходится качать на полтораста верст; и зародилась именно как попытка снять с паровоза котел.

Как у нас, так и заграницей первоначально идея тепловоза представлялась в форме постановки на колеса двигателя Дизеля. По этому принципу строятся заграницей и заказанные нами два тепловоза. Основная трудность на этом пути — это передача движения от вала Дизеля к колесам. По условиям габарита
Дизель приходится располагать вдоль рам, т.е. его вал перпендикулярно осям. Это одно в простейшем случае вызывает необходимость конической зубчатой передачи. Но как показала попытка Зульце- ра (1910 — 1913), жесткая передача от Дизеля к колесам невозможна. Слишком неэластичен Дизель, и слишком изменчивы условия профиля на железной дороге. Паровоз, как двигатель, представляет максимум эластичности, Дизель — минимум. Он работает надежно только в сравнительно тесных пределах числа оборотов, паровоз — от 0 до максимума.

Правда, эти пределы в последнее время сильно раздвинуты; например, двигатель Дизеля, принятый нами для первого тепловоза, на испытании работал вполне удовлетворительно от 1 до 7 оборотов в секунду, но все-таки не от нуля, как паровоз. Поэтому передача от Дизеля к осям все-таки должна быть эластичной.

Самое простое и надежное решение — это электрическая передача, примененная на большом числе автомотрис и применяемая как на тепловозе зе. На оси Дизеля ставится динамо постоянного тока, а каждая ось снабжается сериес-мотором. При таком устройстве, помимо идеально эластичной и вполне надежной передачи, мы имеем полную равномерность вращения колес в пределах одного оборота, что очень важно в товарной службе и благодаря чему коэффициент сцепления можно брать равным — /4, к в то же время полное отсутствие избыточных противовесов и шатунов, что особенно важно в пассажирской службе при больших скоростях. Отрицательная сторона электрической передачи —- это ее большой вес и стоимость. При массовом производстве паровозов Эш в Трольгетане, себестоимость их, включая предпринимательскую прибыль, составляла около 80.000 рублей золотом, себестоимость же электротепловоза тоже при массовом производстве не будет меньше 115.000 рублей золотом.

Естественно поэтому, что мы не могли остановиться на электрической передаче и стали искать других более дешевых путей. Из числа гибких передач в последнее время большие успехи сделала гидравлическая. Мы применили ее на втором тепловозе. При таком устройстве вес тепловоза уменьшился на 14 тонн, а стоимость при массовом производстве до 75.000 руб. золотом, т.е. мы полагаем, что он будет даже несколько дешевле паровоза. Но, с другой стороны, за электрический тепловоз можно ручаться, что он пойдет, ну а что касается гидравлического, это еще большой вопрос. И даже в самом благоприятном случае много еще пота и крови на него надо затратить; и много веры, что “терпение и труд все перетрут”. Меня лично больше всего пугают большие скорости: масло в передаче будет нагреваться и сбиваться в пену, т.е. терять свою вязкость; а тогда никакой передачи не будет. Поэтому мы сразу же устраиваем энергичное охлаждение гидравлической передачи.

При тех затруднениях, которые встречают обе наши передачи, я не мог не приветствовать идеи А.Н. Шелеста отказаться вовсе от передачи и сделать сам двигатель таким же эластичным, как паровоз. С этой целью Шелест предлагает сохранить паровозную машину во всей ее неприкосновенности, но заставить в ее цилиндрах работать не пар, а смесь пара и газа. Подобную же идею еще в 1910 г. выдвигал покойный В.А. Штукенберг, бывший тогда начальником Ташкентской ж.д.; только вместо смеси пара и газа он предлагал в паровозные цилиндры направлять сжатый воздух.

В проекте Шелеста нефть сжигается в замкнутом помещении; там образуется газ очень высокого давления и температуры. Для понижения давления Шелест пропускает его через газовую турбину, а для понижения температуры — через водяную завесу. При прохождении через нее газа получается парообразование, и газ смешивается с паром. Наличие в проекте Шелеста газовой турбины и замкнутой камеры сгорания заставляют сомневаться в его скором осуществлении. Это детали значительно более смелые, чем гидравлическая передача.

Некоторые думают, что проект Шелеста вообще не осуществим, так как он основан на отрицании второго принципа термодинамики. Это, однако, не верно. На этом отрицании построена не сама идея Шелеста, а только его расчеты, которые, понятно, дают поэтому для его тепловоза преувеличенные значения теплового коэффициента полезного действия.

Идея Штукенберга была нами оставлена вследствие опасения слишком низких температур расширяющегося воздуха, т.е. попросту, замерзания цилиндров. Несколько месяцев тому назад, по инициативе фирмы MAN, мы опять к ней вернулись, решив подогревать сжимаемый воздух отходящими газами Дизеля. Этим достигаются две цели: устраняется опасность замерзания цилиндров и, вследствие утилизации тепла отходящих газов, повышается коэффициент полезного действия. Получается очень простая схема: вдоль рам располагается дизель-компрессор, т.е. агрегат, у которого газовые и воздушные поршни насажены на одни и те же скалки; этим механический коэффициент п.д. компрессора доводится до 0,98.

Отходящие газы из Дизеля идут в поверхностный подогреватель воздуха. Цилиндры остаются паровозного типа, но их приходится делать большего диаметра, т.к. при давлении свыше 6 атмосфер подогревание воздуха отходящими газами уже затрудняется. Мне представлялось желательным поверхностный подогреватель заменить подогревателем смешения, а академик Крылов рекомендовал дополнительное сжигание нефти в цилиндрах паровозного типа. Представители фирмы MAN отвергли эти предложения, боясь загрязнения копотью органов парораспределения.

Уже здесь в Москве я узнал, что подобная идея разрабатывается проф. Мазингом. Это показывает на ее жизненность. Во всяком случае такой тепловоз, обладая всеми преимуществами системы Шелеста, не имеет столь рискованных деталей, как газовая турбина и камера сгорания. Поэтому, по моему мнению, ее необходимо во что бы то ни было испытать.

Возвратимся, однако, к тем двум тепловозам, которые сейчас фактически строятся для нас заграницею. При их проектировании мы умышленно воздержались от всяких новшеств; мы компоновали, но не изобретали. Нашей задачей было получить тепловоз вообще, а не тепловоз, связанный непременно с нашими именами. В паровозах я не враг смелых новшеств, ибо там они уже не могут убить самой идеи паровоза. Но в тепловозе какая-нибудь неудачная деталь может зарезать все дело, убить веру в самую идею тепловоза. Наши дизеля — это дизеля германских лодок, испытанные десятками; наше электрическое оборудование первого тепловоза — типовое оборудование электровозов Браун-Бовари, тоже достаточно испытанное; наша гидравлическая передача, это — комбинация систем Ленца и Дженн.

В первом электрическом тепловозе все ясно, все до такой степени испытано, что на основании результатов опытов с дизелями, динамо и моторами этого типа мы смогли построить предварительный паспорт. Любопытно, что кривая силы тяги по мощности дизеля почти совпадает с кривой по котлу для паровоза Э при Z = 40, т.е. при интенсивности парообразовании в 40 килограмм с 1 кв. метра водяной поверхности нагрева в час. Но между этими двумя кривыми есть глубокая разница. В паровозе мы можем безнаказанно в течение некоторого время превышать предел силы тяги по котлу за счет понижения уровня воды в котле. Мы можем, так сказать, делать займы у котла, благодаря чему ограничение силы тяги по котлу там есть ограничение весьма эластичное. Наоборот, у тепловоза ограничение силы тяги по мощности дизеля есть ограничение абсолютно жесткое. Никакие займы тут невозможны, никакого резерва у машиниста нет. Он во всякий момент мо?кет передать на оси только то число паровых лошадей, которое дает дизель, минус потери передачи и ни на одну паровую лошадь больше.

Это верно и для электрической и для гидравлической передачи. В этом отношении паровоз имеет серьезные преимущества.
Независимо от этого, кривые силы тяги нашего электрического тепловоза имеют евщ одну характерную особенность. Дело в том, что регулирование работы его электромоторов достигается изменением возбуждения главной динамо, которое совершается от особой возбудительницы. Больше 1000 вольт она не дает, и поэтому к ограничению по сцеплению и по мощности дизеля для этого тепловоза мы еще имеем ограничение по возбуждению (см. черт.)
Поэтому при больших скоростях наш электротепловоз дает меньшее значение силы тяги, чем паровоз 0—5—0 Э.

Что касается тепловоза с гидравлической передачей, то там регулирование производится изменением наклона шайбы Джени, т.е. производится не скачками, как в автомобиле, а непрерывно. Наша гидравлическая передача еще не испытана, и потому построить для
нее кривые силы тяги нельзя. Пока заводом Линке-Гофман в Бреславле для себя построен тепловоз этого типа только на 120 HP (лошадиных сил — ред.). У него передача Ленца с 3 скоростями; работает не дурно.

Говоря о регулировании, нельзя упускать из вида, что в обоих наших тепловозах, кроме изменения передаточного числа между числом оборотов движущих колес и дизеля, оно будет производиться и изменением этого последнего числа оборотов. Наши дизеля могут работать от 1 до 7,5 оборотов в минуту (здесь, видимо, ошибка; правильнее, конечно, в «секунду» — ред.), причем максимум полезного действия соответствует 5. Для тепловоза с гидравлической передачей оно будет нормальным, доводить же число оборотов дизеля до 7,5 мы будем только на предельных подъемах. При электрической передаче ее коэффициент полезного действия растет с числом оборотов, и потому большую часть пути придется ехать с предельным числом оборотов дизеля.

В заключение позволю себе остановиться на вопросе о холодильнике для охлаждающей воды. Мы умышленно проектируем очень небольшой холодильник, достаточный только для наружных температур не свыше 30 °С. Дело в том, что холодильник очень увеличивает вес тепловоза и таскать зимой, когда и без того сопротивление поездов у нас резко возрастает, мертвый груз представляется совершенно нецелесообразным. Для лета же, и особенно для дорог Туркестана и Юга Европейской России, мы проектируем своего рода тендер с дополнительным холодильником.

СЦБот

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Локомотив".

Перенес: Admin