Лев Гумилевский – История локомотива (страница 25)
Стремясь к расширению областей применения паровых турбин, Целли с успехом осуществил установку своей тысячесильной турбины на буксирном пароходе, курсировавшем на Цюрихском озере, а затем всецело занялся вопросом применения турбины для локомотива.
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
При всех достоинствах электровозов, электрификация железных дорог требовала дополнительных сооружений. Наоборот, сохранение в тяговой машине, способной заменить паровоз, пара, как движущего средства, было бы вполне естественно, последовательно и выгодно, так как в этом случае все вспомогательное оборудование и материальная служба могли быть использованы без изменений. Примерно двойная экономия в расходе пара открывала турбовозостроению широкие перспективы, особенно в направлении развития высокомощных локомотивов. С точки зрения динамики, наличие в самом двигателе вращательного движения делает турбовоз весьма удачным типом тяговой машины.
Перед Целли и братьями Юнгстрем, почти одновременно с ним начавшими работать над той же проблемой в Швеции, стоял, однако, ряд трудностей. Из них основными были: передача работы роторов турбины к ведущим осям и установка конденсатора, без которого работа паровой турбины становится чрезвычайно невыгодной.
Конденсатор, впервые примененный к паровому двигателю Уаттом, значительно повысил коэфициент полезного действия паровой машины. Соединение конденсатора с паровой машиной чрезвычайно повышает способность пара к расширению. Так как с увеличением давления пара тепловая его энергия возрастает, а с понижением давления — уменьшается, то, подводя к паровой машине пар высокого давления и отводя его из машины в конденсатор при самом незначительном давлении, можно тем большую разность теплосодержаний или тем больший перепад тепла превратить в механическую работу, чем выше давление пара в котле и чем глубже вакуум в конденсаторе.
В турбине, где имеется достаточно места для расширения пара, где можно устроить широкое сообщение с конденсатором, где не надо прибегать к клапанам, как в паровой машине Уатта, представляется возможность использовать весьма глубокий вакуум. Поэтому применением конденсатора к турбине была достигнута значительная экономичность ее работы.
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
Все паровозы, начиная от первых паровозов Тревитика и Стефенсона и кончая современными Целли паровозами, работали без конденсаторов, чем и объясняется в значительной мере их неэкономичность. Установка конденсатора на паровозе считалась нецелесообразной не столько из-за громоздкости аппарата, сколько из-за необходимости иметь для него огромное количество воды для охлаждения. Если частые остановки для пополнения запасов воды, нужной только для парового котла, сильно тормозят работу паровоза, то увеличение их в связи с добавочным запасом еще и для конденсатора, сделало бы паровоз еще более непригодным для развитого движения.
Между тем, наличие конденсатора могло бы иметь еще и то значение, что собираемую в конденсаторе воду, в которую превращается отработавший пар, можно было вновь направлять в котел.
Выход из положения конструкторы турбовозов нашли в охлаждении прошедшей через конденсатор воды.
Сущность этой системы заключается в том, что после нагревания вследствие конденсации пара, вода охлаждается током воздуха перед новым поступлением в конденсатор и количество циркуляционной воды остается одно и то же. Технически задача была разрешена конструкторами различно.
В турбовозе Юнгстремов вода проходит систему трубок, помещенных впереди локомотива, и сильным потоком воздуха, встречного быстро идущему поезду, эта вода в достаточной степени охлаждается.
Целли же поместил в тендере турбовоза, служащем для хранения запасов воды, специальный вентилятор, создающий искусственный ветер, направленный на разбрызгиваемую теплую воду, поступающую из конденсатора.
Труднейшую часть проблемы турбовоза, задачу снижения числа оборотов турбинного ротора до нужного осям локомотива, и задачу соединения этих осей с ротором, конструкторы разрешили применением тех же зубчатых передач, к которым первым прибегнул Лаваль, а затем и Парсонс, при установке своих судовых турбин.
Но для локомотива двигатель еще должен иметь реверс, то есть способность менять прямой ход на обратный, без чего невозможно маневрирование. Реверс турбины, как и на турбинных пароходах, осуществлен был установкой на одном валу двух турбин: одной, более мощной — для переднего хода и другой, менее мощной — для обратного.
Первый турбовоз Целли, мощностью в тысячу лошадиных сил, был выстроен Винтертурским паровозостроительным заводом в 1920 году. В течение последующих пяти лет он подвергся длительным испытаниям, о благоприятных результатах которых Целли сделал подробный доклад в декабре 1924 года на годовом собрании Общества инке-неров-механиков в Нью-Йорке.
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
Вскоре заводом Крупна был построен второй турбовоз по системе Целли, мощностью в две тысячи сил, который и начал курсировать на железных дорогах Германии.
В настоящее время в Швеции, Германии, Англии выстроено достаточное количество такого рода локомотивов с турбинами и конденсаторами, чтобы по имеющемуся опыту их эксплуатации судить, насколько турбовозы могут найти себе применение на современном железнодорожном транспорте. Очевидно, что они найдут себе пока место рядом с паровозами в тех случаях, когда имеется надобность в длительном движении без частых остановок.
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
Присутствие конденсатора в турбовозе представляет еще и ту выгоду, что нет надобности к возобновлению запасов в пути, так как пар из котла конденсируется в воду и вновь поступает в котел почти без потерь, в то время, как паровоз выпускает отработавший пар на воздух, что вынуждает его к частым и продолжительным остановкам в пути для пополнения запасов воды.
Скорость турбовозов достигает восьмидесяти километров в час, и в отношении быстроходности они не представляют никаких преимуществ перед современными паровозами.
Но турбовозы внесли в историю локомотивостроения еще один интересный и значительный момент: они доказали полную возможность применения конденсатора в условиях железнодорожного транспорта и поставили на очередь вопрос о постройке паровозов с конденсатором.
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
Современный паровоз
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
«Битва локомотивов» в Ренгилле, решившая спор между лошадью и локомотивом, является детской забавой в сравнении с состязанием современных локомотивов за первенство на железных путях.
Надо заметить, что окруженное могучими соперниками, вынужденное отстаивать свое первое место, столетнее детище Стефенсона вовсе не похоже сейчас на старую, дряхлую машину, вот-вот готовую свалиться с железной колеи под откос, чтобы найти здесь последнее и вечное успокоение. Современный паровоз вырос и возмужал настолько, что о решительном уничтожении его не может быть и речи.
Происходящая на наших глазах «битва» тяговых машин, очевидно, закончится не победой одной из них, а полюбовным распределением отдельных эксплуатационных участков между всеми ими.
Простое сравнение Стефенсоновской «Ракеты» и современного паровоза дает представление о том развитии, которое прошел паровоз за сто лет своего существования.
Мощность «Ракеты» не превышала шестнадцати лошадиных сил. Современный паровоз имеет мощность в две тысячи лошадиных сил. При автоматической подаче топлива в Америке работают паровозы мощностью в четыре тысячи лошадиных сил. Соответственно этому увеличены размеры паровозов, а поезда достигают веса более чем в три тысячи тонн.
Благодаря применению пара высокого, в современном смысле слова, давления, удалось в новейших паровозах повысить коэффициент полезного действия до 15–17 %. Однако трудности конструкции еще не преодолены и такие паровозы насчитываются единицами. Паровозы в массе своей остаются очень неэкономичными машинами всё с тем же коэффициентом полезного действия в 7–8 %.
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
Основной тенденцией современного локомотивостроения является увеличение скорости. Если в отношении экономичности не удалось достигнуть больших успехов, то скорость в сто километров в час является обычной для современного пассажирского паровоза. Так называемые «сверхскоростные паровозы» идут значительно дальше этого. На линии Гамбург — Берлин в 1936 году представителям прессы был продемонстрирован новейший тип сверхскоростного паровоза завода Борзига, рассчитанного на предельную скорость хода в 180 километров в час с поездом весом в четыреста тонн.
В испытательном пробеге паровоз, как сообщают германские газеты, развил на коротком участке скорость в 192 километра. Журналисты, ехавшие из Гамбурга в Берлин в поезде с таким паровозом, отметили спокойный ход при скорости, превышающей 150 километров. Расстояние в 285 километров было пройдено за 145 минут, включая десятиминутную остановку. Германские железные дороги приобрели у Борзига два таких паровоза и пустили их в эксплуатацию.