Однажды Карл Линде, профессор и знаменитый и изобретатель холодильных машин, читал в Мюнхенской высшей технической школе свою обычную лекцию но термодинамике. Со свойственным ему блеском и остроумием он излагал теорию идеального теплового двигателя Карно.

Сади Карно, гениальный французский ученый, основоположник термодинамики, предугадал вперед м его лет пути развития моторостроения. Он считал, что, работая по циклу, выведенному им путем теоретических рассуждений, этот двигатель должен будет претворять в полезную работу до 70 процентов теплотворной способности потребляемого топлива. Такой высокий показатель полезного действия, по утверждению Карно, возможен был лишь в том случае, если процесс сгорания в двигателе будет происходить по изотерме, то есть при постоянной температуре, не вменяющейся во все время рабочего процесса.

Уважаемые пользователи! Не забывайте, пожалуйста, при копировании любых материалов данного сайта яруга.рф оставлять активную гиперссылку на копируемые материалы этого сайта.

Обратив внимание на исключительную экономичного идеального двигателя Карно, лектор указал на поразительно малый коэффициент полезного действия паровых машин.

Наши паровые машины, — заметил он, — над которыми в течение столетия работали лучшие умы человечества, имеют коэффициент полезного действия всего в десять-двенадцать процентов и то при условии, если мощность их не ниже тысячи лошадиных сил. Машины мощностью до двухсот лошадиных сил претворяют в полезную работу уже не более восьми процентов теплотворной способности топлива, а машины в пятьдесят лошадиных сил — не свыше пяти процентов. Лучший современный паровоз, — смеясь, добавил он, — где установка конденсатора, повышающего коэффициент полезного действия паровой машины, невозможна, превращает в работу только пять процентов всего тепла горения, а из этих пяти процентов одна пятая часть теряется на трение механизмов. Таким образом, только четыре процента первоначального тепла переходит в механическую работу, остальное буквально вылетает в трубу...

Столь ничтожное использование тепловой энергии сжигаемых в топках паровых котлов угля и нефти привело аудиторию в изумление. Один из слушателей был совершенно потрясен; несколько секунд он сидел неподвижно, не отрывая глаз от губ профессора, точно ожидая, что тог внесет поправки в свои данные. Но Линде спокойно продолжал лекцию. Тогда взволнованный 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 живой, 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 студенческой тетради определила в тот час весь жизненный путь Рудольфа Дизеля и положила начало размышлениям, в результате которых много лет спустя явился удивительный плод чистой теории, изумивший весь мир и открывший новую страницу в истории мировой техники.

Это было в 1878 году.

С тех пор в продолжение четырнадцати лет этот сын бедного немецкого ремесленника непрестанно размышлял 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 которой и излагал теорию своего двигателя, названного им дизель-мотором, и одновременно предлагал его конструкцию.

Работа молодого ученого была озаглавлена так: «Теория и конструкция рационального теплового двигателя, призванного заменить паровую машину и другие не существующие в настоящее время двигатели».

Дизель был представителем нового поколения изобретателей, хотя деятельность его проходила в самом конце XIX века. Изобретатели предшествующих поколений шли к осуществлению своих не всегда даже ясных им идей ощупью, исходя из опыта и случайных наблюдений, не имея зачастую никакого теоретического багажа. Таков был даже Уатт, которому приходилось самому разрабатывать теоретические основания для практически осуществляемых идей. Дизель же, вооруженный 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, настойчивой практической работы, чтобы воплотить требования теории в жизнь. В суровой борьбе с людьми, природой, несовершенством технических средств Дизель вынужден был пойти на ряд отступлений от своего первоначального проекта, но в конце концов именно в 1897 году он все-таки смог предъявить миру свой двадцатисильный 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 машины, являющейся двигателем внешнего сгорания. У паровой машины топливо сгорает в топке парового котла, а в цилиндре работает водяной пар, подводимый из котла, в то время как в двигателе внутреннего сгорания рабочим телом являются газы, образующиеся в цилиндре от сгорания топлива.

Надо заметить, что попытки создания двигателя внутреннего сгорания делались еще задолго до появления паровой машины. В сущности, обыкновенная пушка представляет собой также двигатель внутреннего сгорания 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 Лебон открыл способ получать из разных твердых топлив светильный газ. Однако первым нашел себе практическое применение газовый двигатель французского рабочего Жана Ленуара, взявшего патент в 1860 году.

Двигатель Ленуара конструктивно копировал паровой двигатель, но у Ленуара в цилиндр подавался не водяной пар, а светильный газ, смешанный с воздухом. Смесь взрывалась электрической искрой, газ и воздух распределялись коробчатым золотником, а прямолинейно-возвратное движение поршня превращалось во вращательное на валу двигателя при помощи кривошипа.

Потребность в небольшой, удобной для мелкой промышленности установке, не нуждающейся в громоздком паровом котле, была так велика, что даже маломощный 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 Oттo, забросив свои торговые дела, взялся за двигатели. Без всякой научной и практической подготовки он начал производить опыты с построенным по его заказу газовым двигателем. Отто заставлял машину засасывать смесь воздуха и газа в самых разнообразных пропорциях, производил взрыв смеси при самых различных положениях поршня и после каждого 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 экспериментировал он не ради проверки теоретических положений, о которых он понятия не имел, а в поисках случая, который бы показал ему, при каких условиях лучше всего может работать газовый двигатель.

В результате Отто убедился, что взрыв надо производить при самом начале хода поршня. И вот однажды, выключив зажигание и желая вернуть поршень к его крайнему положению, когда смесь уже находилась в цилиндре, Отто повернул маховое колесо, а затем дал искру. Возвращаясь к верхнему положению, поршень, естественно, резко сжал находившуюся в цилиндре горючую смесь. К великому удивлению и не меньшей радости, Отто увидел, что маховое колесо на этот раз получило необычайно сильный толчок и сделало значительно больше оборотов, чем обычно.

Это было одно из величайших открытий в теплотехнике: горючая смесь, подвергнутая предварительному сжатию, совершила гораздо большую работу, чем без сжатия. Так был открыт истинный и верный путь к созданию наивыгоднейшего процесса работы в цилиндре 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 газовые 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 созданном компаньонами заводе «Огто — Дейтц» близ Кельна, Отто возвратился к своему открытию и построил первый в мире четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. Топливом для него служил газ.

Это было уже в 1876 году.

Четырехтактный рабочий процесс, лежащий в основе всего современного моторостроения и предложенный французским ученым Бо де Роша, получил название «цикл Отто». Он состоит в том, что пущенный 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 первоначального объема. При третьем ходе смесь зажигается электрической искрой и образующиеся продукты сгорания, расширяясь, толкают поршень назад с большой силой. Обратным, четвертым, ходом поршня отработавшие 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, называется ходом всасывания, второй — сжатием, третий — рабочим, а четвертый — выхлопом. Приведенная в движение посторонней силой, машина начинает далее работать самостоятельно, повторяя свои четырехтактные циклы. Впуск газа и воздуха, как и выхлоп, совершается при помощи клапанов, автоматически открывающихся в нужный момент.

Двигатели Отто, оказавшиеся несравненно более экономичными, чем двигатели Лепуара, получили очень большое распространение во всех областях промышленности: на фабриках, заводах, мелких предприятиях, 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 Дрезденской городской железной дороге стал курсировать пассажирский вагон с двигателем Отто. Это и был первый тепловоз. В вагоне помещалось несколько резервуаров с газом, сжатым до шести атмосфер. Специальные двигатели Отто располагались под сиденьями посередине вагона. Валы их связывались с движущими осями посредством цепей Галля. На крыше вагона находились резервуары с водой для охлаждения цилиндров двигателя.

Опытный вагон понравился публике. Через два года была построена в Дессау железная дорога с такими газоходами. Она работала довольно долго, но не могла конкурировать с трамваями.

На конечных пунктах линии были станции для сжатия газа, его поставлял городской газовый завод. Линию протяжением около 5 километров обслуживали десять вагонов-газоходов системы Люрига.

Зависимость от газового завода и дороговизна топлива не могли содействовать повсеместному применению двигателей Отто.

Стремление избавиться от газа заставило изобретателей искать другое топливо. Уже на заводе «Отто — Дейтц» главный инженер предприятия Готлиб Даймлер, оказавший очень много услуг Отто при создании газовых двигателей, пробовал заменять светильный 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 полезного действия двигателей. В этих двигателях степень сжатия доходила до 5, то есть горючая смесь перед воспламенением сжималась до одной пятой своего объема: при таком предварительном сжатии давление расширявшихся газов после сгорания значительно 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.

Казалось, 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 будто замкнулась в кругу технической возможности, и последователям Отто не оставалось ничего, кроме как развивать его идею, не выходя за пределы этого круга.

В 1883 году Даймлер построил быстроходный двигатель, работавший по циклу Отто, но не на газе, а на бензине. Даймлер построил особый аппарат, получивший 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 моторе «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 сохранились лишь на автодрезинах и мотовозах малой мощности.

Найдя широчайшее распространение в автомобильном и воздушном транспорте, бензиновые двигатели, как и газовые, не привились в качестве тепловозных машин вследствие их небольшой мощности, малой экономичности, сложности устройства и дороговизны топлива.

Задачу создания экономичного, удобного и простого двигателя, способного действительно заменить паровую машину с ее громоздким паровым котлом и низким коэффициентом полезного действия, разрешил 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 обратным ходом поршня воздух сжимался до одной четырнадцатой своего первоначального объема с такой силой, что нагревался до температуры около 750 градусов, и при третьем такте вводимое в цилиндр топливо вспыхивало в раскаленном воздухе само собой. Четвертым ходом поршня выбрасывались продукты сгорания.

Топливо впрыскивалось в цилиндр постепенно, так что сгорало, а не взрывалось. Для впуска топлива, засасывания воздуха и для выхлопа в двигателе автоматически открывались и закрывались специальные клапаны.

Двигатель приводил в действие компрессор, то есть насос, нагнетающий воздух в отдельный резервуар, Этот сжатый воздух употреблялся для впрыскивания в цилиндр топлива, а также для пуска двигателя в ход. Преимущества дизель-мотора при несравнимой ни с одним двигателем экономичности 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 конструкторское бюро петербургского завода «Русского общества «Дизель» заставило работать дизель-мотор на сырой нефти вместо керосина, применявшегося самим 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 специального «Русского общества «Дизель», которое должно было консультироваться по всем вопросам с немецкими заводами.

Но консультация русским инженерам не понадобилась. В ноябре 1899 года Георгий Филиппович Депп — видный русский теплотехник, профессор Технологического института и председатель Русского технического общества — произвел испытания созданного в России первого двигателя тяжелого топлива, работающего на сырой нефти. Испытания дали блестящие результаты 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, оправдалась. Первая же попытка построить у нас двигатель, пользующийся нефтью, которой столь богата наша родина и которая представляет наивыгоднейшее во всех отношениях топливо, увенчалась успехом. Безукоризненно выполненный нефтяной мотор пущен в ход, и я не могу не подчеркнуть, что именно у нас разрешен вопрос об экономичном тепловом двигателе, так как только с переходом на нефть окончательно и бесповоротно решается судьба дизель-мотора, обеспечивается ему широчайшее распространение.

Предвидение Деппа оправдалось вполне; с этого момента дизель-мотор, превращенный в двигатель тяжелого топлива, начал завоевывать одну область за другой как в промышленности, так и на транспорте.

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 первое время. Это название тем более законно, что двигатель тяжелого топлива не только был создан в России, 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. Речные и морские суда, оборудованные двигателем Дизеля, получили название теплоходов.

Первым таким теплоходом было построенное Сормовским 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 судостроении; с этого времени началось строительство речных и океанских теплоходов.

Современное развитие двигателей тяжелого топлива 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, экскаваторных конструкциях и в авиации.

Начало теплоходостроения, в смысле постройки мелких моторных судов с двигателями внутреннего сгорания, работающими па легком топливе, то есть бензине и керосине, началось еще с семидесятых годов. Однако ввиду небольшой мощности этих двигателей и дороговизны потребляемого ими топлива не было никаких оснований к оборудованию ими коммерческих и тем более военных судов. Мешало также и недоверие к новому типу двигателей среди судостроителей и практиков, работавших с паровыми машинами. Господствовало мнение, что постановка новых двигателей на суда вообще невозможна, так как действующие силы окажутся настолько значительными, что потребуется фундамент огромных размеров, который все же не сможет предотвратить вибрацию.

Появление двигателей Дизеля, работающих на тяжелом, более дешевом топливе, именно на нефти, заставило судостроителей несколько иначе смотреть на дело. Основное преимущество новых двигателей — поразительно высокий коэффициент их полезного действия — приводило к невероятно малому расходу горючего на силу-час. Вместо обычного расхода 0,8—0,9 килограмма угля на силу-час на пароходах дизель-моторы потребляли всего лишь 0,2 килограмма, то есть в четырё раза меньше.

Легко было представить, какие огромные перспективы открывало перед судоходством такое сокращение в весовом отношении расхода топлива в коммерческом 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, увеличив за этот счет свою грузоподъемность. Наоборот, если будет взято обоими одинаковое количество топлива, то, очевидно, теплоход сможет пройти в четыре раза большее расстояние, нежели пароход. Для русского судоходства это обстоятельство должно было иметь колоссальное значение, так как давало возможность, не прибегая к погрузкам дополнительного топлива в пути, пройти с собственным его запасом огромнейшие расстояния, например между портами Балтийского 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 несравнимая ни с какими современными двигателями экономичность способствовали бурному развитию дизелестроения, в котором участвовали все виднейшие заводы Европы и Америки.

В 1906 году швейцарскому заводу братьев Зульцер в Винтертуре удалось сконструировать дизель-мотор мощностью в 100 лошадиных сил в одном цилиндре. Соединяя в одном двигателе восемь цилиндров, можно было достичь мощности в 800 лошадиных сил. К этому же времени выяснилось огромное превосходство поставленных на суда дизелей перед паровыми судовыми двигателями. Поэтому вполне естественно стал вопрос и о замене паровой машины локомотива дизель-мотором.

XIX век в истории цивилизации часто именуется «веком пара, электричества и железных дорог». В течение прошлого века и начала нынешнего развитие паровых машин достигло своего предела как по линии мощностей, разнообразного применения, так и по линии повышения экономичности.

Однако коэффициент полезного действия у паровоза, 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 заниматься лишь с последней четверти прошлого века. К этому времени выяснилось, что запасы минерального топлива ограничены, а цены на нефть и уголь необычайно поднялись вследствие усилившегося на них спроса.

До этого же конструкторы в паровозостроительном доле стремились главным образом к увеличению мощности и силы тяги. Сила тяги паровоза зависит, с одной стороны, от его сцепного веса, а с другой — от мощности самой машины.

Мощность машины, в свою очередь, зависит от величины давления пара в котле при других равных условиях. Давление пара и в новейших паровозах не превышает 15—18 атмосфер. Дело здесь вовсе не и ограниченной прочности материалов, которые могут выдерживать и более высокие давления. Нет, основная трудность сводится к тому, как поддерживать это давление па постоянной высоте.

Ведь по мере расходования пара машиной давление и котле, естественно, падает. Стало быть, котел должен обладать такой паропроизводительнстью, чтобы немедленно возмещать убыль пара.

Увеличивая площадь нагрева в котле, мы можем повысить паропроизводительность, и если площадь нагрева у паровоза Черепановых равнялась всего-навсего 13 квадратным метрам, то у современных паровозов она доходит до 700 и более квадратных метров, причем такое резкое увеличение котловой мощности достигнуто при неизменности железнодорожных габаритов!

Увеличивая поверхность нагрева, конструкторы в то же время, конечно, работали и над улучшением пропорций котла: расширяли размеры топки и площадь колосниковой решетки. Вместе с тем росли и размеры самого котла, хотя железнодорожные габариты 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 установкой конуса, усовершенствование которого — постоянная забота всех конструкторов.

Рост паровоза в длину также ограничен: удлиняя котел, приходится, естественно, увеличивать и протяжение экипажной части для размещения па ней котла. Но на известном пределе такой паровоз уже не может свободно проходить на закруглениях рельсового пути, рассчитанных на прежние габариты. С таким положением дела столкнулись прежде всего американцы: у них из-за экономии и спешки практиковались особенно крутые повороты при слабом верхнем строении пути. Американские инженеры вышли из положения, применив поворотные тележки. Концы экипажной рамы лежат на таких тележках свободно, так что, проходя кривые, тележки делают повороты самостоятельно, рама же поворачивается при прохождении закругления движущими осями, на которых она покоится 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 увеличивать число паровозных осей. И если общий вес паровоза нельзя распределить между движущими осями, способными свободно проходить на закруглениях, то конструкторам ничего другого не остается, как добавлять спереди, или сзади, или и там и гут поддерживающие оси.

Таким образом, к повышению общей паропроизводительности паровозов и котловой их мощности техника шла двумя путями: с одной стороны, сохраняя сцепной вес и котловые пропорции паровозов, добавляли бегунки, позволявшие разместить котел с большой поверхностью нагрева; с другой стороны, не меняя типа паровоза, улучшали пропорции котла, увеличивая размеры топки и колосниковой решетки.

В результате общего труда конструкторов и изобретателей многих стран и многих поколений удалось довести современный паровоз до пределов его технических возможностей.

Вот, например, как выглядит новейший советский паровоз, спроектированный коллективом конструкторов под руководством главного конструктора Коломенского паровозостроительного завода Л. Лебедянского,

Его колесная формула — 1—4+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 паровоз предназначен для работы на участках с трудным профилем пути: большими подъемами и крутыми поворотами. Он может водить поезда весом около 3 тысяч тонн. Магистральные товарные паровозы серии Л, широко распространенные на наших железных дорогах, водят поезда в полтора раза меньшего веса.

Конструкционная скорость паровоза 85 километров 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 тонн 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, соединенные между собой шкворнем, причем передняя опоpa котла — скользящая. Такой сочлененный паровоз успешно проходит по кривым участкам малого радиуса.

В буксах паровоза и тендера стоят конические роликовые подшипники, которые уменьшают силу трения, повышают коэффициент полезного действия локомотива. В дышловом механизме также применены подобные подшипники, а в звеньях парораспределения — игольчатые подшипники, которые служат в несколько 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 паровоз снабжен пневматическим механизмом.

Улучшено управление паровозом. Для паровозной бригады сделана просторная и удобная будка.

Это, конечно, превосходная машина.

Но при всех конструктивных достижениях современный паровоз не избавился еще от своего главного недостатка. До сих пор он остается прожорливой машиной, почти такой же расточительной, как и во времена Черепановых и Стефенсона, хотя к концу XIX века был создан целый ряд разнообразных и экономичных тепловых двигателей.

Из современных тепловых двигателей наибольшую экономию в топливе дает двигатель тяжелого топлива, сохранивший название «дизель», или «двигатель с воспламенением от сжатия». Дизель обращает в работу свыше трети тепла, получаемого от сгорания топлива, так как вследствие высокого сжатия воздуха в цилиндре еще до поступления туда топлива создается очень высокая температура.

Газовый двигатель в этом отношении приближается к дизелю. При благоприятных условиях коэффициент полезного действия у пего достигает 25—30 процентов.

Паровая турбина обращает в работу в лучшем случае 28 процентов.

Бензиновые двигатели затрачивают непосредственно на дело от 18 до 24 процентов горючего.

Наилучшие паровые поршневые машины редко дают 15 процентов полезного действия. Хорошая поршневая машина судового типа с тройным или четверным расширением пара превращает в механическую энергию не более 17 процентов тепла, полученного в топке.

В сравнении с паровыми машинами Ползунова и Уатта коэффициент полезного действия современных паровых двигателей и турбин повысился во много раз.

Но паровоз, где применение обычного конденсатора невозможно, а компаунд-машины неудобны, продолжает работать с коэффициентом полезного действия не свыше 6—7 процентов.

При таких условиях создание каждого нового двигателя неизменно влекло за собой попытки использовать его для замены паровоза более совершенным и более экономичным локомотивом. Последовательно выходили на железнодорожные пути газовозы, тепловозы, турбовозы, электровозы, но пи один из этих локомотивов не смог все же вытеснить паровоза, и по сей день еще господствующего па железных дорогах многих стран.

В чем же тут дело?

Преимущество паровоза перед всеми другими типами тяговых машин заключается в простоте паровоз-ион машины и более всего в ее гибкости.

Если впустить некоторое количество «свежего» или «острого» пара в цилиндр через паропровод с крапом и, быстро закрыв кран, «отсечь» тем самым дальнейший приток пара в цилиндр, то поступивший пар, расширяясь, будет, подобно пружине, толкать поршни,. По мере того как поршень отодвигается под давлением пара, пространство, занимаемое паром и цилиндре, будет увеличиваться, а давление расширяющегося пара, естественно, падать.

Если не закрывать крана в паропроводе, не производить отсечки пара, то в цилиндр все время, пока отходит поршень, будет поступать острый пар из котла. В этом случае в цилиндре будет все время сохраняться полное, как и в котле, паровое давление, и машина окажется более мощной. Но для этого необходимо значительно больше пара, чем было нужно, когда поршень двигался только за счет расширения, а мы требуем от всякой тепловой машины экономного расходования топлива. При малых скоростях движения паровоза преобладают потери от охлаждения паровой машины; тогда приходится увеличивать отсечку пара.

Отсечка пара в самых широких пределах уменьшает или увеличивает по мере надобности мощность машины. В этом величайшее достоинство и главное преимущество паровоза перед другими типами тяговых машин.

Способность изменять отсечку пара сообщает паровозу то, что техники называют гибкостью. В паровозной машине можно получить вследствие ее гибкости очень большое вращающее усилие, необходимое при трогании с места или для больших подъемов. Машина при этом тратит много пара и тратит его неэкономно, потому что пар выпускается почти при полном давлении, но 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 одолевает подъемы.

Но как только паровоз набрал скорость, машинист уменьшает отсечкой количество пара, поступающего в цилиндр, и дает ему возможность работать с расширением 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 наполнения 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 своему 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.

Шофер, в сущности, перескакивает с одной скорости на другую, тогда как паровозный машинист может с тихого хода переходить на самый быстрый с исключительной плавностью.

Искусство взять с места тяжелый состав и затем разогнать его без толчков и рывков во многом зависит от умения машиниста направить нужное количество пара в цилиндры машины. Это подлинное мастерство, так как водителю паровоза нужно умело сочетать мощность машины с весом поезда, расположением вагонов, погодой, состоянием пути и множеством иных обстоятельств, очень существенных и непостоянных.

Кроме гибкости, транспортная паровая машина должна удовлетворять трудным условиям: она обязана противостоять толчкам и тряске; работать, то развивая полную мощность, то снижая ее до минимума. Частые трогания с места и остановки тяжело отражаются на механизме. Опираясь на рельсы только внизу и будучи свободен во всех других направлениях, паровоз подвергается в результате действия сил инерции самым разнообразным, вредно действующим колебаниям. 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, и депо в неблагоприятных условиях, а поэтому все жизненные части его должны быть доступны глазу. Не говоря уже о железнодорожном габарите, все это вместе взятое лишает транспортную паровую машину возможности воспользоваться многими достижениями паровой техники для повышения ее экономичности, применяемыми в судовых и стационарных паровых двигателях. Сюда 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. Единственным достижением новейшей паротехники, приемлемым для усовершенствования паровоза, оказался перегрев пара, сокращающий расход пара и экономящий топливо.

В общем для того, чтобы вытеснить с рельсов паровоз, заменить дизель-мотором старую, испытанную паровую машину, дизель-мотор должен был обладать множеством новых качеств, необязательных для4 стационарных установок, но совершенно необходимых всякой транспортной машине.

И вот над решением трудной задачи стал работать сам изобретатель.

По предложению Дизеля постройку дизель-локомотива начал тот же завод братьев Зульцер. С участием Дизеля и инженера Клозе владелец завода организовал в Швейцарии «Общество термолокомотивов», которое приступило к осуществлению проекта.

Над конструкцией первого дизель-локомотива Дизель 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 составляла 700 лошадиных сил, а вспомогательного — 250 лошадиных сил. Поставленные на тепловозе двигатели были связаны с осями ведущих колес непосредственно путем шатун-кривошипной передачи. Для пуска локомотива с места употреблялся сжатый воздух, так как крутящего момента, необходимого для приведения в движение поезда, двигатели Дизеля сами по себе дать не могли.

Железные дороги были последней областью, где дизель-мотор вступал в борьбу с паровой машиной. И мало кто сомневался в успехе тепловоза, преимущества которого заключались в его экономичности, малом расходе воды, сокращении пунктов водоснабжения, экономии времени на набор топлива, быстроте пуска в ход, отсутствия дыма. В местностях безводных или с плохой водой тепловозы могли иметь исключительное 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 более всего нуждалась в замене паровой машины, в той самой области, которая породила самую идею дизель-мотора, Рудольф Дизель и потерпел решительное поражение.

Владельцы предприятий, строивших паровые двигатели, уже давно всячески преследовали изобретателя. Они развили бешеную кампанию против Дизеля и его моторов. В Германии, обладавшей огромными запасами угля и не имевшей в своем распоряжении нефтяных источников, эта кампания находила всемерную поддержку. При таком положении дела общественное мнение никак не реагировало на появление в Швейцарии первого тепловоза. Между тем его испытания па линии Винтертур — Ромасгори дали как будто даже хорошие результаты.

Дирекция прусских железных дорог взяла тепловоз для опытной работы на линии Берлин — Мансфельд, и он совершил переход из Винтертура в Берлин самостоятельно с полным составом пассажирских вагонов. Это был обычный пассажирский поезд, по без пассажиров. Люди, озадаченные внешним видом локомотива, главным образом отсутствием у него котла и трубы, считали поездку небезопасной. Конечно, не было ни флагов, ни оркестров, и на пути вдоль линии попадались только путевые сторожа, с недоумением встречавшие и провожавшие странный локомотив.

Однако в практической работе, на которую тепловоз был поставлен в Берлине, он не смог ответить на все предъявленные к нему требования. Он был излишне мощен 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 возможное! и менять отсечкой пара число оборотов в самых широких пределах.

У двигателей Дизеля мощность обусловливается количеством горючего и воздуха, нужного для горения. Стало быть, работа за один оборот зависит от размеров цилиндра, а мощность машины прямо пропорциональна числу оборотов.

Дизель-локомотив развивал мощность пропорционально скорости движения и, естественно, не мог отвечать самому основному требованию, предъявляемому 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 кончается неудачей, часто начинается открытие». Но в это время изобретателю уже шел пятьдесят шестой год, его преследовали головные боли, сердце слабело, а вокруг него царила невыносимая атмосфера злобы, насмешек и клеветы. Тепловоз Дизеля, предоставленный самому себе, оказавшийся непригодным для поездной службы, к величайшему торжеству всех защитников паровых машин, был выброшен в лом.

Сам же Дизель в ночь с 29 на 30 сентября 1913 года бесследно исчез с парохода на пути из Бельгии в Англию.

Сначала неудача опыта с тепловозом Дизеля подорвала веру в возможность применения тепловой тяги на железных дорогах, а затем началась первая мировая война, и тепловозостроение заглохло на несколько лет.

Уважаемые пользователи! Не забывайте, пожалуйста, при копировании любых материалов данного сайта яруга.рф оставлять активную гиперссылку на копируемые материалы этого сайта.

Оно возобновилось в Советской России по инициативе В. И. Ленина и 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 наследство название «тепловоз».

Честь создания этой машины принадлежит замечательному русскому инженеру Якову Модестовичу Гаккелю.

Источник: Лев Гумилевский, "Тепловозы"