Серокой: Все сообщения за 2 Марта 2011 года

«Ах, какая чудная картина, когда по рельсам мчится паровоз!» Сейчас и песню эту мало кто помнит, и саму «чудную картину». А ведь было! Окутываясь клубами дыма, солидно покрикивая на переездах, паровозы везли по магистралям тяжелые составы.

В эпоху своего расцвета паровозы не без оснований считались шедеврами передовой инженерной мысли. Однако, пройдя более чем вековой путь развития, они уступили дорогу локомотивам с электрической тягой и тепловозам. 30 лет назад производство паровиков было прекращено, и вскоре они исчезли так же, как динозавры или мамонты. О былом величии паровой тяги свидетельствуют только отдельные музейные экземпляры.

Чем же они оказались плохи?

Критикуя какую-либо машину, обычно подчеркивают, что у нее КПД, как у паровоза. А какой он был? В монографии «Паровозы» (1949 г.) под редакцией академика С. П. Сыромятникова приведено значение 8,2%, достигнутое в опытном локомотиве Коломенского паровозостроительного завода.

У серийных паровозов КПД не превышал 7,8%. Это значит, что меньше десятой части энергии сгоревшего угля шло на полезную работу, остальная, в прямом и переносном смысле, вылетает в трубу. Хватает у паровоза и недостатков, связанных с эксплуатацией. Вспомним хотя бы тяжелейшую процедуру удаления накипи из котла. Тот, кто мучился, очищая вручную свой чайник, поймет, чего это стоило. И все же интерес к этим динозаврам технической эволюции пробудился вновь.

Какие же, ранее неведомые достоинства обнаружили у них специалисты? Может быть, мы и вправду скоро увидим мчащиеся по рельсам паровозы? Попробуем разобраться.

Достоинством обернулось то, что раньше считалось недостатком, – топление углем. О паровозе в Харьковском политехническом вспомнили как раз потому, что он работает на угле. В уникальном Канско-Ачинском бассейне наиболее дешевым, открытым способом можно добывать очень много этого топлива, но оно обладает довольно низкой теплотворной способностью, и его дальнейшая транспортировка к месту потребления нерентабельна. Вот тут-то, возможно, и окажется целесообразным применение паровозов. Расходуя местный низкосортный уголь, они могут повысить Эффективность транссибирских перевозок. В топке паровоза прекрасно сгорают и такие угли. Более того, при сжигании угольной пыли полнота сгорания топлива увеличивается почти до 95%. Одно это позволяет значительно уменьшить тепловые потери котла. За прошедшие годы этот способ усовершенствовали для электростанций. Его применение вполне возможно и на паровозе.

Итак, в пылеугольной топке энергия топлива почти полностью перешла в тепловую. Теперь ее надо «перекачать» в пар. Как это сделать наиболее эффективно? И опять ничего изобретать не надо, поскольку на тех же электростанциях прекрасно работают водотрубные котлы. Их конструкция рассчитана на высокое давление – это тоже вклад в повышение общего КПД паровоза. Перегрев пара, водо- и воздухоподогрев увеличивают КПД примерно на треть. Есть резервы и у самой паровой машины. Увеличить срок между чистками котла от накипи можно магнитной обработкой воды.

Как видите, резервы у обновленного паровоза есть. Именно их использовали сотрудники и студенты Харьковского политехнического института, разрабатывая новые паровые локомотивы. Проекты убедительно доказали, что возможно создание паровозов с КПД вдвое, а то и в трое большим, чем в прошлом.

Не вызывает сомнений, что современное состояние промышленности позволяет создать практически любой локомотив, например по одному из проектов ХПИ. Но от опытной машины до ее серийного производства путь не скор и не близок. А главное – он должен быть оправдан.

Теперь слово за экономикой. Паровоз, конечно, не альтернатива другим типам локомотивов. Но, кто знает, может быть, и ему найдется работа на железных дорогах XXI века.


КАКИМ ОН МОЖЕТ БЫТЬ?

Спроектированный в ХПИ паровоз трехсекционный. В нем 4 четырехосных экипажа, а на крайних секциях еще по двухосной бегунковой тележке. Поэтому осевая формула выгладит довольно замысловато: 2–4–0+(0–4–0+0–4–0)+0–4–2 (в скобках часть формулы, относящаяся к средней секции). Ее симметрия иллюстрирует одинаковую приспособленность локомотива к движению передним и задним ходом.

В бункере тендера 60 т специально приготовленной угольной пыли. Через 12 створок, каждая из которых имеет индивидуальный привод, он попадает в шнековый транспортер. Чтобы уголь не смерзался и не примерзал к стенкам, по всей наружной поверхности бункера расположены радиаторы обогрева. В морозы вентилятор будет закачивать туда отработанный горячий газ. Управлять подачей топлива – выбором степени и продолжительности открытия створок бункера, подбором скорости вращения шнека – будет, естественно, автоматика. Через форсунки топливо распыляется в факельной камере. Воздух для этого нагнетает центробежный вентилятор. Он прогоняет поток по специальным коробам, огибающим паровой котел. Нагретый воздух под давлением 0,3 атм и вдувает уголь. Горящая с температурой около 1500оС смесь отдает тепло трубкам водотрубного котла, затем пароперегревателя, и наконец, водоподогревателя. Остывшие до 200оС газы, очистив предварительно от золы, выбрасывают через дымовую трубу в атмосферу. Для очистки в поток газа впрыскивают воду. Водой же смывают и задержанную золу, которая накапливается в шлакосборном бункере. По предварительным оценкам, можно уловить до 95% пылеобразных шлаков, как раз и образовывавших традиционный дым. Так называемое мокрое шлакоудаление обеспечивает долговечность топки. Но самое главное – делает паровоз экологически чище.

В котле вода, нагреваясь, поднимается по трубкам, превращается в пар. Под давлением 32 атм он через 16 комплектов электроуправляемых клапанов подается в паровые машины. Когда машинист открывает регулятор, он направляет пар либо в 1, либо в 2, 3,…и, наконец, во все 8 блоков цилиндров. Таим образом, у локомотива 8 ступеней регулирования тяги. Так называемый мятый пар из машины идет в верхнюю часть пароконденсатора, где его принудительно охлаждают атмосферным воздухом. Из водосборника регенерированную воду через подогреватель закачивают в нижнюю часть котла.

Электроэнергией локомотив снабжают 2 генератора постоянного тока, один работает от паровой турбины, другой – только во время движения от бегунковой тележки пароконденсаторной секции. По расчетам, мощность его машин 8000 л. с., а КПД можно довести до 20–21%. Кроме того, за счет большого сцепного веса локомотив развивает тягу 65 тыс. кг.


ЧТО ДЕЛАЕТСЯ ЗА РУБЕЖОМ?

*ПАРАМЕТРЫ ЛОКОМОТИВОВ С УГОЛЬНЫМ ОТОПЛЕНИЕМ
Наименование параметра	ХПИ (Проект)	ACE 3000(США)
Длина по сцепкам, м	66	34
Мощность максимальная, л. с.	8000	3000
Высота,