Прощание с паром: История паровозостроения. Последний паровоз Что делается за рубежом
Петербургский учёный уверен, что энергетический кризис даст вторую жизнь давно забытым паровым локомотивам
Что может быть несовременнее паровоза? Кажется, что тихоходные, пыхтящие и чадящие чудовища навсегда остались в кадрах старых фильмах про русскую Гражданскую войну или освоение американского Дикого Запада. Между тем, в Санкт-Петербурге живёт человек, настаивающий, что нам уже в нынешнем веке придётся возобновить строительство локомотивов на паровой тяге.
Столь странная идея может показаться противоречащей элементарному здравому смыслу. Ведь коэффициент полезного действия паровозов не превышает 9,2 процента. Тогда как у тепловозов КПД достигает 25%, а у электровозов, даже с учетом потерь при получении электроэнергии, приближается к 30%. Если же учесть вредный дым из трубы и тяжёлые условия работы то можно подумать, что призывы к возрождению паровозов – удел безнадёжно оторванных от реальности мечтателей.
Полный вариант текста напечатан в газете "Наша Версия на Неве" № 164, 14 - 20 февраля 2011
Паровоз - самостоятельно (автономно) передвигающийся по рельсовому пути локомотив , имеющий паросиловую энергетическую установку.
Энергетическая цепь паросиловой установки паровоза включает в себя паровой котёл - тепловой генератор (парогенератор) и поршневую паровую машину в качестве теплового двигателя, который при помощи кривошипно-шатунного механизма приводит во вращение ведущие колёса (колёсные пары). В паровом котле происходят три последовательных этапа преобразования энергии: в топке парового котла протекает процесс горения топлива и преобразования его внутренней химической энергии в тепловую, носителем которой служат продукты сгорания - дымовые газы; в собственно паровом котле осуществляется процесс теплообмена между продуктами сгорания топлива и водой с целью доведения воды до кипения и образования насыщенного пара; в пароперегревателе повышаются температура и теплосодержание пара (также за счёт теплообмена с продуктами сгорания топлива).
Питание парового котла водой из водяного бака, находящегося на тендере паровоза, осуществляется инжекционным водяным насосом за счёт использования какой-то части энергии сжатого пара на собственные нужды паровоза.
Историческая справка
Идея создания транспортного средства, самостоятельно передвигающегося по рельсовым путям, принадлежит английскому изобретателю Р. Тревитику, который в 1803 году повозку, приводимую в движение паром, получаемым от размещённого на ней парового котла, поставил на рельсы.
Конструкция первого паровоза предопределила формы и направление развития будущих локомотивов, в которых на протяжении многих десятилетий использовались горизонтально расположенный котел, вырабатывающий пар высокого давления, выпуск пара для усиления тяги в дымовую трубу и т. п.
Однако из-за большой собственной массы (около 6 т) паровоз разрушал чугунные рельсы. Не выдержал испытаний и второй паровоз, но предпосылки для усовершенствования локомотива были созданы и получили развитие в работах других изобретателей.
Паровоз Дж. Стефенсона «Ракета» (Великобритания, 1829 год)
В 1810-20-е ггоды было создано несколько конструкций паровозов для применения в рудниках и шахтах: в 1811 году английский механик М. Муррей построил паровоз с зубчатыми колёсами, которые сцеплялись с находящимся между рельсов третьим колесом; в 1812 году английский изобретатель У. Брентон создал «шагающий» паровоз, отталкивающийся от пути рычагами; в 1813 году инженер У. Хедли установил на повозке сдвоенную паровую машину (паровоз известен под названием «Пыхтящий Билли»). В 1814 году паровоз «Блюхер», не отличавшийся оригинальностью конструкции, построил Дж. Стефенсон. В устройство второго паровоза, «Эксперимент», изобретатель внёс ряд усовершенствований: использовал двухцилиндровую паровую машину, спаренные колёса с наружными соединительными дышлами, применил отвод пара через дымовую трубу для усиления тяги через специальное устройство - конус, ставшее впоследствии непременной частью любого паровоза.
В 1819 году были построены пять паровозов для эксплуатации в шахтах; затем в 1823 году - для железнодорожной линии Стоктон - Дарлингтон, строительством которой Стефенсон руководил. В 1825 году паровоз, названный «Локомошен», под № 1 провёл по дороге поезд в день её открытия. Однако, несмотря на применение конусной тяги и другие усовершенствования, паровоз не смог развивать высокую скорость из-за малой мощности парового котла.
В 1829 году Стефенсон построил паровоз «Ракета », использовав идею многотрубного котла. В 25 трубах циркулировала не вода, как в предыдущих моделях, а горячие газы, то есть впервые был применён жаротрубный котел. Это нововведение позволило паровозу значительно увеличить скорость. На единственном в своем роде соревновании, известном как битва паровозов в Рейнхилле, проводившемся администрацией железной дороги Ливерпуль - Манчестер 1 октября 1829 года, он показал рекордную для того времени среднюю скорость 22 км/ч.
Паровоз Черепановых (Россия, 1834 год)
После усовершенствования конуса скорость движения паровозов удалось увеличить до 38 км/ч. Эта победа доказала целесообразность применения паровой тяги на жжелезнодорожном транспорте и обусловила его дальнейшее развитие. Первый в России паровоз был построен в 1834 году М. Е. Черепановым (1803-1849 ггоды) под руководством и при участии его отца Е. А. Черепанова (1774-1842 ггоды) на Выйском заводе. Машину называли «сухопутным пароходом», «пароходкой», «паровой телегой». Слово «паровоз» впервые появилось в петербургской газете «Северная пчела» в 1836 году. В дальнейшем термины «паровоз» и «локомотив» стали синонимами.
Паровоз был испытан на опытном участке чугунной дороги протяжённостью 853,5 м, специально проложенной от Выйского завода. Паровоз смог везти состав до 3,3 т со скоростью 13-16 км/ч. По данным профессора В. С. Виргинского задние (ведущие) колёса паровоза имели диаметр больше, а передние (бегунковые) - меньше. (Модель паровоза Черепановых, имеющая одинаковые размеры колёс, находится в Центральном музее железнодорожного транспорта в Санкт-Петербурге.)
В марте 1835 года Черепановы построили второй, более мощный паровоз. Однако Черепановым и горному инженеру Ф. И. Швецову, в начале 1830-х годов предложившему проложить рельсовые пути на заводе, не удалось переубедить заводскую администрацию в преимуществах паровой тяги, и первые русские паровозы практического применения не нашли.
Однако паровоз остаётся одним из уникальных технических творений человечества, безраздельно господствовавшим на железнодорожном транспорте более 130 лет.
Во многих странах сохраняются паровозы-памятники, пользуются популярностью ретро-поезда с паровой тягой. Часть паровозного парка находится в запасе, при необходимости работоспособность паровозов может быть восстановлена.
Галерея
Промышленный танк-паровоз типа 0-2-0, масштаб 1:10. Спроектирован и построен для маневровой работы у металлургических печей крупных промышленных предприятий. В 1930-е годы такие паровозы строились на Невском, Муромском и Сормовском заводах. Экспонат ЦМЖТ
Первый русский паровоз, построенный механиками Черепановыми в 1833-1834 годах в Нижнем Тагиле. Это паровоз водил по заводской дороге составы с рудой весом до трёх тонн со скоростью до шестнадцати километров в час. Модель в масштабе 1:2 сделана тоже Черепановыми в 1839 году. Экспонат ЦМЖТ
Паровоз с «ногами »Брентона, 1813 год. Это паровоз имел один горизонтальный цилиндр, шток поршня которого был соединён с «ногами», снабжёнными «ступнёй» в виде скобы. При движении поршня паровой машины «нога» упиралась в землю, заставляя паровоз продвинуться на длину хода поршня. Таким образом достигалась скорость порядка пяти километров в час. Экспонат ЦМЖТ
Конструкционная скорость пассажирского тепловоза ФД п (точнее паровоза ИС "Иосиф Сталин", стыдливо переименованного в годы борьбы с "культом личности") составила 115 км/ч; опытные паровозы типа 2-3-2 для скоростных пассажирских перевозок на испытаниях развивали скорость до 160-170 км/ч. Для сравнения: пассажирский тепловоз ТЭП70 имеет конструкционную скорость 160 км/ч.
В США были выпущены мощные сочленённые паровозы типа 1-5+5-1 (с двумя или несколькими самостоятельными экипажными частями), которые обеспечивали расчётную силу тяги до 660 кН. Отечественный магистральный грузовой паровоз последнего типа развивал мощность 1800 кВт, имел конструкционную скорость 80 км/ч; пассажирский паровоз - соответственно 1900 кВт и 125 км/ч. Первые магистральные тепловозы, появившиеся в 20-х гг. 20 в., имели в несколько раз более высокий, чем у паровозов, к.п.д, что явилось одной из решающих причин довольно быстрого их развития и совершенствования. В СССР была организована разработка проектов тепловозов для последующей постройки их на отечеств, заводах и за границей. Магистральный тепловоз ЩЭЛ-1 построен ленинградским заводам в 1924 году; тепловозы Э ЭЛ 2 и Э МХ 3 были заказаны для отечественных железных дорогах в Германии в счёт поставок паровозов. В 1931 году Ашхабадская ж. д.первой на сети ж. д. Советского Союза перешла на тепловозную тягу. интенсивно в СССР Замена паровозной тяги на тепловозную и электровозную началась с конца 1940-х и особенно развернулась после 1950-х годов, когда был прекращён выпуск паровозов (1956 год).
| Год | Протяженность линий на конец года, тыс. км | Выполнение грузовой работы за год, % | |||
| Электри-фицированных | На тепловозной тяге | Электровозами | Тепловозами | Паровозами | |
| 1955 | 5,36 | 6,4 | 8,4 | 5,7 | 85,9 |
| 1960 | 13,81 | 17,7 | 21,8 | 21,4 | 56,8 |
| 1965 | 24,9 | 54,8 | 39,5 | 45,0 | 15,5 |
| 1970 | 33,9 | 76,2 | 48,7 | 47,8 | 3,5 |
| 1975 | 38,9 | 91,6 | 51,7 | 47,9 | 0,4 |
| 1980 | 43,7 | 98,1 | 54,9 | 45,1 | 0,0 |
Современные тепловозы в большом диапазоне реализации мощности имеют к.п.д около
30%, а среднеэксплуатационный к.п.д - около 25%. По сравнению с паровозами тепловозы
помимо более высокой экономичности обладают рядом других положительных эксплуатационных
характеристик: позволяют увеличить массу поезда, удлинить тяговые плечи, сократить
простой в ремонте, повысить производительность труда. Серийные тепловозы ТЭ10
и 2ТЭ116 при мощности дизеля 2206 кВт имеют расчётную силу тяги 253 кН в секции
и развивают мощность на колёсах 1612- 1668 кВт. Выпускаются 2-х, 3-х, 4-х секционные
тепловозы ТЭ10. Тепловозы 2ТЭ121 при мощности дизеля 2941 кВт имеют силу тяги
300 кН в секции и развивают мощность на колёсах 2173 кВт. Конструкционная скорость
грузовых тепловозов 100 км/ч, пассажирских - 160 км/ч. Созданы опытные образцы
тепловозов с секционной мощностью (по дизелю) 4412 кВт.
Первые попытки использования электрической энергии для тяги поездов относятся
к концу 19 века. Первый отечественный электровоз ВЛ19, выпущенный в 1932, имел
6 тяговых двигателей мощностью по 340 кВт каждый и развивал скорость до 90 км/ч.
Наиболее распространённые современные электровозы постоянного тока ВЛ10 имеют
расчётную силу тяги 502 кН при расчётной скорости 45,8 км/ч, развивают мощность
на колёсах 5280 кВт. Электровозы переменного тока ВЛ80 с расчётной силой тяги
512 кН при расчётной скорости 43,5 км/ч развивают мощность на колёсах 6350 кВт.
Конструкционная скорость большинства грузовых электровозов - до 110 км/ч, а
пассажирских электровозов ЧС2 и ЧС4 - 160 км/ч. С 1985 года для вождения тяжеловесных
и длинносоставных поездов началось создание мощных грузовых электровозов нового
поколения, развивающих мощность около 10 тысяч кВт. Грузовые электровозы постоянного
тока ВЛ15 развивают мощность 9000 кВт при силе тяги 688 кН, а грузовые электровозы
переменного тока ВЛ85 имеют мощность 10 000 кВт при силе тяги 720 кН; пасс.
Не остаются в стороне и локомотивы пассажирского парка. Электровозы постоянного
тока ЧС7 имеют мощность 6160 кВт, а его "собратья" ЧС8, работающие на переменном
токе - мощность 7200 кВт.
Собственный к.п.д электровозов достигает 88-90% при общем к.п.д электрической
тяги (с учётом к.п.д ТЭЦ или ГЭС, тяговых подстанций, линий электропередачи
и контактной сети) около 22-24%. Возврат энергии может достигать 25% расхода
энергии на тягу.
Перспективно использование в качестве моторного топлива на тепловозах сжатого
и сжиженного природного газа. Повышению экономичности могут способствовать совершенствование
термодинамического цикла дизеля, освоение высокотемпературных топливных элементов.
Достаточно высокой мощностью - до 6300 кВт - обладает газотурбовоз. Однако из-за
сравнительно невысокого к.п.д (12-18%) и сложности изготовления этот локомотив
ни как не выйдет из периода экспериментальных поездок. В мире он был выпущен
малыми сериями за рубежом (Германия, США), единичные экземпляры построены в
нашей стране.
Дальнейшее совершенствование электровозов и тепловозов будет направлено на повышение
их надёжности и экономичности, улучшение тяговых качеств, снижение затрат на
обслуживание и ремонт путём создания безремонтных конструкций узлов и агрегатов,
применения бесколлекторного тягового привода, микропроцессорной техники в системах
управления, регулирования, диагностики. Дальнейшее развитие локомотивостроения
связано с увеличением единичной мощности и скорости движения. Возможно, получат
свою реализацию проекты турбопоездов, в которых используется авиационная газовая
турбина. Ведь уже сейчас скорость до 200 км/ч, для стран Европы и России воспринимается
как обыкновенное техническое решение, а значит поезда будут стремиться закрепить
свой рекорд скорости - почти 600 км/ч.
Паровоз П36, прозванный генералом за цветные полосы, похожие на лампасы, Стал самым последним советским паровозом. Он выпускался Коломенским заводом с 1950 по 1956 годы и вобрал в себя все достижения мирового паровозостроения.
История П36 началась вскоре после окончания войны, в
связи с восстановлением народного хозяйства, на железных дорогах сильно возрос
объём пассажирских перевозок. Возникла необходимость в пассажирских паровозах с
осевой нагрузкой 18 тс.
В 1947 году в 1947 году Коломенскому заводу был передан заказ на постройку пассажирского паровоза типа 2-4-2.
Проектирование нового паровоза велось под руководством главного конструктора Льва Сергеевича Лебедянского.
В марте 1950 года было закончено изготовление первого опытного паровоза типа 2-4-2 которому присвоили заводское наименование П36-0001. На нём были реализованы все достижения в области советского паровозостроения: цельносварной котёл, механический углеподатчик, воздушный привод реверса, брусковая рама, водоподогреватель; все буксы локомотива и тендера были оснащены роликовыми подшипниками. Его сцепной вес составлял 75 т, а общая масса в рабочем состоянии - 135 т. В том же году паровоз был отправлен на Октябрьскую железную дорогу в локомотивное депо Москва-Октябрьская. Там его подвергли тяжёлым испытаниям, в ходе которых машинист Н. А. Ошац несколько раз водил этим локомотивом грузовые поезда по участку Ленинград-Сортировочный-Московский - Ховрино по графику пассажирских поездов.
Испытания подтвердили хорошие тягово-теплотехнические качества нового паровоза. При форсировке котла 70-75 кгс/(м² ч) локомотив развивал мощность 2500-2600 л.с., а при скорости 61 км/ч в течение 1 часа удалось реализовать форсировку 91 кгс/(м² ч). При скорости 86,4 км/ч была достигнута максимальная мощность - 3077 л.с. (паровоз ИС - 3200 л.с.), а максимально реализованный коэффициент полезного действия оказался равен 9,22 % - самый высокий среди всех советских пассажирских паровозов (всего на 0,05 % ниже, чем у грузового паровоза серии ЛВ. У паровоза серии ИС КПД был равен 7,45 %, а у скоростного 2-3-2К - 8,23 %). При работе с поездами на участке Москва - Бологое паровоз П36 на единицу работы потреблял топлива на 2 % меньше, чем паровозы Су, а при работе на участке Москва - Скуратово (Московско-Курская железная дорога) расход топлива у паровоза П36 был на 19-22 % меньше, чем у предвоенных паровозов ИС.
Так как результаты испытаний первого паровоза оказались положительными, Коломенскому заводу был выдан заказ на изготовление опытной партии подобных паровозов. В 1953 году завод выпустил паровозы № 0002-0005, а в 1954 - № 0006. В отличие от первого паровоза, на них были установлены скользящая (вместо гибкой) передняя опора топки, усиленные буксы движущих колёсных пар, саморегулирующиеся буксовые клинья. С целью снизить вес локомотива, на паровозах № 0002-0006 было установлено конусное устройство (вместо вентилятора, как на № 0001), упрощена декоративная обшивка и снято тормозное оборудование с бегунковой тележки. Однако общая масса изменилась незначительно, так как при этом были усилены ряд элементов экипажной части (особенно рамы тележек) и движущего механизма. Эти паровозы были отправлены для испытаний на различные дороги: № 0003 и 0004 на Московско-Курскую, № 0002 и 0005 на Красноярскую, № 0006 на экспериментальное кольцо Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта.
Внеся очередные небольшие изменения в конструкцию, Коломенский завод в 1954 году
выпустил установочную партию паровозов (№ 0007-0036). Эти паровозы были
отправлены на Московско-Рязанскую и Октябрьскую дороги. Благодаря
конструкционным изменениям сцепной вес был снижен до 72,4 т, а общая масса - до
133,2 т, поэтому в конце того же года паровоз П36 принят к серийному
производству. В 1955 году Коломенский завод построил 125 (№ 0037-0161) таких
локомотивов, а в 1956 - 90 (№ 0162-0251). В процессе их производства завод
продолжал вносить некоторые изменения в конструкцию. Так на паровозах с № 0037
были усилены подвески рессор и стала применяться пароразборная колонка с
цельнолитым корпусом (вместо комбинированного). С № 0104 число секций
колосниковой решётки было увеличено с 2 до 4, при этом их индивидуальный привод
был заменён на групповой. Паровозы № 0145 и 0146 в качестве опыта были
оборудованы увеличителем сцепного веса, который за счёт разгрузки бегунковых и
поддерживающих осей увеличивал сцепной вес на 6-6,5 тонн. Однако, едва
начавшись, серийное производство было вскоре остановлено. Это было связано с
тем, что в феврале 1956 года на XX съезде КПСС было принято указание о «широком
внедрении электровозов и тепловозов», а также о прекращении строительства
паровозов. 29 июня того же года Коломенский завод построил свой последний
паровоз - П36-0251. На дверце дымовой коробки и дымоотбойных щитах этого
локомотива было написано: «1869 г. 10 420 1956 г. Последний паровоз постройки
Коломенского завода им. В. В. Куйбышева» (10 420 - заводской номер паровоза). В
тот же день того же года завод выпустил тепловоз ТЭ3-1001, тем самым
окончательно перейдя на производство тепловозов.
Стоит ли жалеть японцев?
Что думают китайцы о
русских
Смоленская земля мстит полякам
Первый в мире мобильник был советский
Без пакта Молотова-Риббентропа
обойтись было нельзя
Золотые запасы стран мира
Золотовалютные резервы стран мира
Кто и как продавал Аляску
Почему мы проиграли Холодную войну
Тайна реформы 1961 года
Как остановить вырождение нации
Почему в 1944
году депортировали чеченцев и ингушей
В какой стране больше всего убийств?
Ледовое побоище
Бородинское сражение
Нападение Германии на СССР
В конструкции паровоза основными элементами являются паровая машина и паровой котел, экипажная часть. К паровозу прицепляется тендер, в котором размещены запасы топлива, воды и смазки. Топливом для такого паровоза являются каменный уголь, торф, дрова, мазут, горючие сланцы. Иногда запасы топлива и воды могут находиться в самом паровозе - это танк-паровоз .
Принцип работы двигателя основан на теплоотдаче. При сгорании топлива в топке тепло передается через стенки топки и жаровых труб воде в котле, которая превращается в пар. Паровая машина преобразует тепловую энергию в механическую энергию, которая приводит в движение поршни в паровых цилиндрах , это движение передается колесам, и они движутся. Чтобы повысить экономичность, используются специальные установки, где пар перегревается и его температура повышается значительно.
Экипажная часть - это рама, колесные пары с буксами, рессорное подвешивание, тележки - бегунковые и поддерживающие, также с колесными парами, и аппараты сцепления. Самые первые паровозы были построены в Великобритании в 1803 г., изобретатель Р. Тревитик; в 1814 г. - изобретатель Дж. Стефенсон. Паровоз Дж. Стефенсона назывался «Ракета».
В России первый паровоз был построен и пущен в 1833 г. на железной дороге Петербург - Москва, конструкторы Е. А. и М. Е. Черепановы. Использование паровозной тяги распространилось на железных дорогах многих стран в конце XIX - начале XX вв. Около 100 лет они служили для ведения поездов. Но в 1950-х гг. паровозы постепенно стали заменяться тепловозами и электровозами, которые оказались более экономичными. С 1956 г. производственный выпуск паровозов был прекращен, хотя они еще продолжали эксплуатироваться.
В чем разница между тепловозом и паровозом? В отличие от паровоза двигателем тепловоза является двигатель внутреннего сгорания - дизель. Он установлен в машинном отделении и преобразует тепловую энергию топлива при его сжигании в механическую энергию, и она передается через гидромеханическую или электрическую силовую передачу движению колесных пар. Тепловоз оказался более экономичным локомотивом , чем паровоз. Самые первые тепловозы в России появились в 1920-х гт.
Широкое распространение получили тепловозы с электрической передачей. В их устройстве коленчатый вал вращает электрогенератор, который вырабатывает ток, питающий тяговые двигатели , они передают вращение колесным парам через зубчатую передачу.
Экипажная часть тепловоза -рама, тележки с колесными парами, буксами, рессорное подвешивание. На раме находится кузов тепловоза, в котором расположена кабина, из кабины машинист управляет движением при помощи устройства - контроллера. Изменение режимов работы тяговых двигателей идет автоматически.
Между кабиной и машинным отделением расположена аппаратная камера с размещенными устройствами и приборами переключений в силовой цепи. В машинном отделении расположены: двигатель, генератор , компрессор , аккумуляторная батарея. Тепловозы могут развивать скорость более 160 км/ч, их КПД - более 30%.
