Проект теплопаровоза ТП1

Паровозы в течение долгих десятилетий составляли основу локомотивного парка многих стран. К настоящему времени они уступили свое место более совершенным и эффективным тепловозам и электровозам, однако этот переход не был легким и быстрым. Первые проекты локомотивов с двигателями внутреннего сгорания появились еще в начале прошлого века, но для доведения многообещающей идеи до практического использования понадобилось потратить массу времени и сил. В ходе подобных работ отечественные и зарубежные конструкторы предложили массу оригинальных идей. В частности, в конце тридцатых годов в нашей стране прорабатывался вопрос строительства т.н. теплопаровозов – локомотивов, совмещающих в себе основные черты техники с паровыми силовыми установками и двигателями внутреннего сгорания.

Появлению идеи теплопаровоза в определенной мере поспособствовал тот факт, что до начала сороковых годов создатели локомотивной техники имели специфические взгляды на облик перспективных машин. В то время в нашей стране считалось, что тепловоз будущего должен иметь дизельный двигатель и механизм прямой передачи крутящего момента на движущие колесные пары. Подобная архитектура локомотива, применявшаяся на паровозах, не в полной мере подходила технике с дизельными двигателями. Дизели того времени могли нормально работать только при вращении коленчатого вала со скоростью не менее 120-130 оборотов в минуту. Это означало, что тепловоз с прямым приводом просто не сможет завести двигатель на стоянке и тронуться с места без посторонней помощью.

К середине тридцатых годов были предложены несколько вариантов перспективных локомотивов, в составе силовой установки которых в той или иной роли использовался дизельный двигатель. Так, студент Московского электромеханического института инженеров транспорта Л.М. Майзель в 1935 году предложил создать локомотив, оснащенный одновременно дизельным двигателем и паровой машиной. Предварительные расчеты показывали, что оба двигателя смогут работать как независимо друг от друга, так и вместе. Народный комиссариат путей сообщения заинтересовался этой идеей и инициировал разработку подобной техники, получившей название «теплопаровоз». В течение следующих лет конструкторы ряда паровозостроительных предприятий и смежных организаций разработали несколько проектов перспективных локомотивов.


Проект теплопаровоза ТП1
Единственная известная фотография теплопаровоза ТП1-1. Фото Wikimedia Commons


Работы по тематике теплопаровозов продолжались несколько лет, но первый удачный проект такой техники стартовал только в июле 1939 года. Его авторами были инженеры Коломенского паровозостроительного завода. Руководство разработкой осуществляли Л.С. Лебедянский, М.Н. Щукин и А.И. Козякин. Несмотря на сложность, коломенские специалисты быстро справились с созданием проекта и строительством опытного локомотива. На все эти работы ушло всего пять месяцев. Уже в конце 39-го начались заводские испытания нового прототипа.

Проект Коломенского паровозостроительного завода получил понятное и очевидное название ТП1 – «Теплопаровоз, первый». Для обозначения локомотива, использовавшегося в испытаниях, использовался индекс ТП1-1. В будущем могли появиться ТП1-2, ТП1-3 и другие машины серии, но этого не случилось.

В соответствии с техническим заданием Наркомата путей сообщения, коломенские инженеры должны были разработать теплопаровоз с силой тяги на уровне паровоза ФД или лучше. Он должен был развивать мощность порядка 3000-3500 л.с. При этом до 2000 л.с. следовало получать от газового двигателя, а с паровой машины планировалось снимать не более 1000-1500 л.с. Подобные требования сказались на конструкции локомотива, а также потребовали использования некоторых новых идей.

В рамках нового проекта предлагалось использовать ряд оригинальных и смелых технических решений, которые могли обеспечить решение поставленных задач. Кроме того, для упрощения всех работ планировалось широко использовать существующие узлы и агрегаты, а также отработанные идеи. В результате получился локомотив оригинальной конструкции, отличавшийся от техники того времени как внешним видом, так и внутренним строением. При этом в его конструкции широко использовались агрегаты существовавших в то время серийных паровозов.

Основой теплопаровоза ТП1 стала экипажная часть с осевой формулой 1-5-1, в конструкции которой было видно влияние паровоза ФД. На раме крепилась одна беговая ось, пять движущих и одна поддерживающая. Беговая и поддерживающая оси оснащались колесами малого диаметра, движущие – крупными, диаметром 1,5 м.

На раме экипажной части установили котел, разработанный на основе агрегатов паровоза Су. После некоторых доработок конструкции ряд параметров базового котла изменился в ту или иную сторону. В результате всех доработок котел теплопаровоза ТП1 имел испаряющую поверхность 170,6 кв.м и пароперегреватель площадью 80,5 кв.м. Имелась колосниковая решетка площадью 4,67 кв.м. В котле достигалось давление пара до 13 кгс/кв.см. Предполагалось, что котел будет использоваться для движения с малыми скоростями. При разгоне предлагалось подключать к работе тепловой двигатель.

Теплопаровоз ТП1 имел любопытную компоновку агрегатов. Перед котлом установили переднюю кабину с рабочим местом машиниста. Такая кабина с лобовыми стеклами улучшала обзор и позволяла машинисту с большим удобством следить за дорогой, сигналами и т.д. При этом позади котла сохранилась кабина «классической» конструкции. Там должна была находиться обслуживающая бригада, отвечающая за эксплуатацию котла, подачу топлива и т.д.

Сзади к основной машине пристыковывался тендер, состоящий из двух частей. В передней располагались вентиляторы, газогенераторы и угольная яма. Задняя часть тендера, в свою очередь, оснащалась цистерной для воды, пароконденсаторами и некоторыми другими агрегатами. Для экономии места на теплопаровозе газогенераторы теплового двигателя, пароконденсаторы и ряд других узлов, используемых силовой установкой, были смонтированы в тендере. Локомотив и тендер соединялись набором трубопроводов для передачи генераторного газа, воды и пара, а также винтовыми конвейерами для твердого топлива.

Наибольший интерес в проекте ТП1 представляла конструкция силовой установки, совмещавшей в себе черты паровой машины и дизельного двигателя. По бокам от котла, в центральной части локомотива, предлагалось устанавливать по два цилиндра диаметром по 500 мм каждый. Внутри цилиндра помещались два поршня с ходом 700 мм. Поршни располагались таким образом, что цилиндр разделялся на три отдельные камеры. В общей сложности в составе подобной силовой установки имелось четыре цилиндра, восемь поршней и 12 камер.

Цилиндры каждого борта размещались горизонтально, один над другим. Поршни соединялись с шатунами, ползунами, коромыслами и другими деталями, которые преобразовывали их возвратно-поступательное движение во вращение отбойных валов с маховиками. В конструкции экипажной части присутствовали два таких вала, перед движущими осями и позади них. Отбойные валы оснащались дышлами, соединенными с движущими колесами.

При использовании такого двигателя в режиме паровой машины распределение пара выполнялось при помощи механизма Маршаля. Отработанный пар не выбрасывался в атмосферу, а по трубопроводам отправлялся в пароконденсаторы тендера. Это позволило значительно снизить расход воды. Работа в режиме дизеля обеспечивалась турбогазовоздуходувкой, обеспечивающей подачу газовоздушной смеси в цилиндры. Кроме того, цилиндры оснащались электрическими свечами.

Силовая установка теплопаровоза должна была работать в режиме перовой машины при начале движения и разгоне до скоростей порядка 15-25 км. При достижении этой скорости частота движения поршней позволяла переходить на применение дизельного двигателя.

Пять газогенераторов, установленных в тендере, должны были потреблять твердое топливо (антрацит) и вырабатывать горючий газ в количестве порядка 4800 куб.м в час. Для повышения производительности газогенераторы оснащались паротурбинным насосом мощностью 300 л.с., прокачивавшим через них 200 куб.м воздуха в минуту.

Генераторный газ подавался в теплообменник для подогрева воды, поступающей в котел. В специальных котлах-утилизаторах газ охлаждался с 700°C до 200°C, после чего поступал на калорифер и два фильтра. В ходе фильтрации из газа удалялась вся угольная пыль, а кроме того, он дополнительно охлаждался до 100°C. После этого горючий газ смешивался с атмосферным воздухом и подавался в центральные камеры четырех цилиндров. Передние и задние камеры использовались только для подачи пара. При встречном движении поршней производилось сжатие газовоздушной смеси, после чего смесь загоралась от искры электрической свечи. Выхлопные газы выбрасывались наружу.

Характерной особенностью проекта ТП1 было использование общих цилиндров, предназначенных для применения на всех режимах работы. При начале движения, разгоне или торможении перспективный теплопаровоз должен был использовать пар, образуемый в котле, а на скоростях свыше 20-25 км/ч появлялась возможность подключения теплового двигателя, заметно повышающего общую мощность силовой установки.

Проект теплопаровоза ТП1
Схема теплопаровоза ТП1. Рисунок журнала "Техника - молодежи"


Использование оригинальной силовой установки и ряда новых агрегатов сказалось на массе конструкции. Общая рабочая масса теплопаровоза ТП1 без тендера достигла 158 т, сцепная масса составила 120 т. Для сравнения, паровоз ФД, который был своеобразным эталоном при разработке нового проекта, в рабочем состоянии весил не более 145 т, а самые тяжелые модификации имели сцепную массу на уровне 110 т.

По расчетам, первый отечественный теплопаровоз должен был иметь достаточно высокие характеристики. Так, конструкционная скорость была определена на уровне 85 км/ч. Расчетный коэффициент полезного действия составлял 11%. Для сравнения, аналогичный параметр паровозов того времени не превышал 6-8%. Таким образом, перспективный локомотив заметно превосходил существующую технику по экономичности и поэтому представлял большой интерес для железнодорожников.

Работы по проекту ТП1 начались в середине лета 39-го, а строительство опытного теплопаровоза завершилось в середине декабря. 26 декабря локомотив с условным обозначением ТП1-1 и личным именем «Сталинец» впервые вышел на железнодорожные пути. В этот день была выполнена первая испытательная поездка по существующей линии от станции Голутвин в сторону г. Рязань. В дальнейшем Коломенский паровозостроительный завод провел некоторые другие испытания, по результатам которых была выполнена доводка конструкции.

Заводские испытания и совершенствование конструкции продолжались до июня 1940 года. После этого доработанный локомотив отправили в Москву, где должны были пройти испытания на базе Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. На экспериментальном кольце института опытный теплопаровоз испытывался с июня по ноябрь того же года. За это время было выполнено 76 (по другим данным, 78) тестовых поездок, за время которых локомотив преодолел 1790 км.

Во время испытаний в Москве были выявлены новые недостатки конструкции. На этот раз дело касалось конструкции оригинальной силовой установки. Специалисты НИИ Железнодорожного транспорта установили, что комбинированный двигатель может стабильно работать только в режиме паровой машины. При подаче газовоздушной смеси начинались проблемы. При разгоне до скоростей на уровне 40-45 км/ч силовая установка стабильно работала не более 10-15 минут. После этого начинались преждевременные вспышки топлива, происходившие уже на стадии подачи смеси в цилиндры. Подобная проблема не позволяла продолжать движение, не говоря уже о дальнейшем разгоне.

В ноябре 1940 года опытный локомотив ТП1-1 отправили в Коломну для осуществления необходимых доработок. За следующие несколько месяцев рабочие завода исправили ряд мелких недостатков, а также доработали силовую установку. Расчеты показали, что причиной нестабильного поведения двигателя и преждевременного возгорания газовоздушной смеси является повышенное давление в центральных камерах цилиндров. Для сокращения давления до приемлемого уровня пришлось уменьшить длину головок поршней, тем самым немного увеличив размеры центральных камер.

Совершенствование теплопаровоза «Сталинец» завершилось в начале лета 1941 года. В самое ближайшее время планировалось начать новый этап испытаний и доводки, которые в итоге могли открыть локомотиву дорогу к серийному производству и использованию на железных дорогах страны. Тем не менее, началась Великая Отечественная война, из-за чего масса перспективных проектов была заморожена или закрыта в связи с невозможностью продолжения работ. Проект ТП1 пополнил печальный список проектов, которые не были реализованы из-за начала войны.

Дальнейшая судьба первого отечественного теплопаровоза, вышедшего на испытания, неизвестна. Вероятно, в течение некоторого времени он хранился на одном из предприятий, а после был разобран на запчасти или утилизирован. При этом нельзя исключать, что опытный локомотив применялся по прямому назначению для перевозки грузов, однако данные на этот счет отсутствуют. Так или иначе, единственный образец теплолокомотива ТП1 до наших дней не дожил.

Следует отметить, в предвоенный период разработкой теплопаровозов занимались не только в Коломне. К этой программе также был привлечен Ворошиловградский завод им. Октябрьской революции. Перед Великой Отечественной и сразу после нее специалисты этого предприятия разработали два проекта перспективных теплопаровозов, которые тоже представляют большой интерес с точки зрения техники и истории.


По материалам:
http://rzd-expo.ru/
http://ivan1950.tripod.com/
http://mstrainsim.narod.ru/
http://zdrus.narod.ru/
Курихин О. Коломенский теплопаровоз // Техника – молодежи, 1980. №11
Автор: Рябов Кирилл


Мнение редакции "Военного обозрения" может не совпадать с точкой зрения авторов публикаций

CtrlEnter
Если вы заметили ошибку в тексте, выделите текст с ошибкой и нажмите Ctrl+Enter
Читайте также
Комментарии 17
  1. Серый 43 4 декабря 2015 08:21
    Интересная статья,приятно прочитать! А Лебедянский-это конструктор легендарной "Лебедянки"? Паровоза дожившего до наших дней,они до сих пор стоят на хранении,так сказать-мобрезерв
    1. Просто ВВ 5 декабря 2015 04:49
      так сказать-мобрезерв


      А смысл хранения?
      Топливо на станциях? Хотя, как папа говорил:"Напихал соломы и поехал!" (хотя соломы тоже нет!)
      Вода? Часто можно увидеть на станции водораздаточные колонки? Если где-то на очень заброшенном полустанке, где не успели спилить....
      И самый главный момент: - сколько машинистов умеют водить составы на паровозной тяге?
      Ещё в 1984 году мой попутчик по Трансибу, машинист на пенсии сетовал на то,что не учат сейчас (1984 год) машинистов паровозы водить - за те пару часов, что по программе - толком тронуться-остановиться научиться нельзя sad
      А эта техника всегда завораживала, особенно паровозы к пассажирским составам- все-таки разноцветными они были, а для мальчишек это более привлекательно: огромный шипяще-пыхтящий и ещё разноцветный
  2. амурец 4 декабря 2015 08:30
    Это только один из теплопаровозов.С 1935 года довольно широко работы по теплопаровозам велись на Ворошиловградском паровозостроительном заводе.Ссылка Раков.В.А."Локомотивы отечественных железных дорог 1845-1955гг".Сам теплопаровоз комментировать не буду,потому что машина очень сложная и капризная.Точно также сложен и капризен газогенератор.
  3. igordok 4 декабря 2015 08:57
    Несколько не в тему. Взято с http://starcom68.livejournal.com/1918356.html

    Как соблюдение правил приводит к предсказуемым последствиям. Товарный поезд Union Pacific шел себе по штату Канзас в районе Шарон-Спрингс. Тепловоз прошел всего несколько миль от станции, когда у одного из вагонов, груженных углем произошло воспламенение подшипника тележки.
    Машинист, согласно инструкции остановил состав и доложил о ситуации дежурному по станции. Остановили поезд на деревянном мосту.
    Машинист сообщил дежурному о такой ситуации и попросил разрешения убрать состав с моста, но получил инструкцию - не двигаться! Результат налицо.
    Правила есть правила, но иногда надо руководствоваться здравым смыслом.

  4. mishastich 4 декабря 2015 09:29
    Большое спасибо Кириллу.

    Будет ли статья по ОВ?
  5. pimen 4 декабря 2015 09:58
    гибрид паровой машины и ДВС, да ёщё работающий на угле - это круто
  6. инженер74 4 декабря 2015 10:51
    Спасибо за статью! good Очень люблю читать про научно-технический поиск!
    "Убивают" сроки: Июль начало разработки, конец года- испытания! ИМХО, так за деньги не работают, только за ИДЕЮ!
    Сам теплопаровоз - суровый "стимпанк", но сколько полезных решений и идей от него разошлись по другим проектам! Сколько инженеров и рабочих опыта набрались! Бесполезных разработок не бывает!
    1. амурец 4 декабря 2015 12:12
      Цитата: инженер74
      Сколько инженеров и рабочих опыта набрались! Бесполезных разработок не бывает!

      А кто сказал что разработки бесполезные.Идея смелая и сложная.Дело в том что хотели решить проблему старыми методами.Элетрофикация железных дорог требовала больших средств на строительство электростанций,электротехнических заводов.Тепловозостроение находилось в зачаточном состоянии.Проблем хватало и с дизелями,и тяговыми электродвигателями,и коммутирующими аппаратами.Эти же проблемы,кроме дизелей, характерны и для электровозов.К сожалению я не смогу сбросить 10-ю главу "Раков.В.А.Локомотивы отечественных железных дорог.1845-1955гг."В этой главе пишется о разработках теплопаровозов и их доводке.Кстати разработки теплопаровозов дали направление новой схеме паровоза,который состоит из трёх секций.Но главная изюминка состоит в том,что газ из газогенератора или пар из котла идут на турбину вращающую тяговый генератор,а дальше электроэнергия через коммутирующую аппаратуру идёт на тяговые двигатели.Паровую версию японцы построили,идут испытания,но результатов я не знаю.Преимущество схемы состоит в том,что топливом может всё что угодно:древесные отходы,топливные брикеты,жидкое топливо,уголь.Описание было в журнале Электрическая и тепловозная тяга где-то 1980-1986гг.и не помню ещё в каком журнале.Потом янаходил небольшие заметки и упоминания о прходяших испытаниях,но подробностей не было.
      1. инженер74 4 декабря 2015 13:08
        Тут ещё один интересный момент- Коломенский Завод вообще какое-то очень странное предприятие: за полгода сделали теплопаровоз, за 3 года (54-57) спроектировали с нуля ГТУ(!) и построили на её базе газотурбовоз (Г1-01)... Сроки нереальные даже для XXI века!
        Что-то за люди там работали! smile
        1. амурец 4 декабря 2015 15:59
          Цитата: инженер74
          Что-то за люди там работали!

          И работают.Завод живой до сих пор.По крайней мере продукция этого завода неплохого качества.Дизеля он начал строить раньше,чем немы в Германии.Если интересно то в журнале двигатель и на сайте завода есть история завода.
          1. Штык 4 декабря 2015 20:53
            Цитата: амурец
            И работают.Завод живой до сих пор.По крайней мере продукция этого завода неплохого качества.Дизеля он начал строить раньше,чем немы в Германии.

            Коломенский завод одним из первых в мире освоил производство нового класса тепловых двигателей – дизелей. В 1903 году здесь был изготовлен первый одноцилиндровый вертикальный дизель мощностью 18 л.с., а через некоторое время завод стал крупнейшим в стране производителем дизелей. В 1904-1905 гг. дизели с торговой маркой Коломенского завода нашли применение как на заводах, так и в трубопроводном транспорте и на электрических станциях.
            Коломенские инженеры нашли способ применения дизеля в качестве силовой установки для речных и морских судов. В 1907 году по проекту русского инженера-изобретателя Раймонда Александровича Корейво был построен первый в мире речной буксирный теплоход «Коломенский дизель», с этого времени началась эра теплоходостроения в России и в Европе. Начались первые поставки дизелей для Военно-Морского Флота. Продукция предприятия была удостоена высших наград на шести международных выставках, получив, таким образом, международное признание. Коломенский завод стал ведущим российским предприятием по теплоходостроению.
      2. Комментарий был удален.
  7. pimen 4 декабря 2015 14:12
    Цитата: амурец

    А кто сказал что разработки бесполезные.Идея смелая и сложная.Кстати разработки теплопаровозов дали направление новой схеме паровоза,который состоит из трёх секций.Но главная изюминка состоит в том,что газ из газогенератора или пар из котла идут на турбину вращающую тяговый генератор,а дальше электроэнергия через коммутирующую аппаратуру идёт на тяговые двигатели.

    Идея, безусловно, красивая: любое топливо; тепло от установки подогревающее газогенератор, и парогенератор; вода охлаждающая газ от газогенератора и установку, но даже если газогенератор вместе с паром и потянут турбину, то общие размеры для самоходной машины должны получаться неприличными
    1. амурец 4 декабря 2015 15:53
      Цитата: pimen
      то общие размеры для самоходной машины должны получаться неприличными

      Да!Я же написал Состоит из трёх секций.Средняя длина секции грузового локомотива 18 метров.В общем получается 54 метра.Если по Транссибу ходили поезда длиной более километра,то относительная длина небольшая.Не знаю как сейчас,но в 1987 году на БАМе ходил эксперементальный тепловоз 4-ТЭ-10С.Его длина 68 метров.Так что ничего страшного.
  8. 16112014nk 4 декабря 2015 16:57
    Цитата: инженер74
    за полгода сделали теплопаровоз, за 3 года (54-57) спроектировали с нуля ГТУ(!

    Очень интересно. В детстве жил недалеко от жел. дороги, видел практически все типы паровозов -"ФД", "СО", "ОВ", "Л", но такой - первый раз. Но самый красивый паровоз - без сомнения П-36, к тому же самый скоростной. А почему быстро сделали? Так в то время была ответственность за поставленные задачи, чего нет сейчас. А сейчас воры и жулики послушали Путина в Кремле, который из года в год говорит практически одно и тоже и никаких реальных мер против них не принимает, и пошли по своим делам. Которые( дела )к речи Путина не имеют никакого отношения.
    1. Штык 4 декабря 2015 21:04
      Цитата: 16112014nk
      . Но самый красивый паровоз - без сомнения П-36, к тому же самый скоростной.

      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. Несколько паровозов П36 стали экспонатами железнодорожных музеев, многие из которых находятся в исправном состоянии.
      1. Bad_gr 4 декабря 2015 23:22
        На мой взгляд, паровоз с виду гораздо интересней выглядит, чем тепловоз-электровоз. Брутальней, что ли.
        Это пассажирский (о нём говорилось чуть выше)

        а это грузовой. Красавцы.
        1. Штык 5 декабря 2015 06:20
          Цитата: Bad_gr
          а это грузовой. Красавцы.

          Паровоз П38 (паровоз 38-го типа — заводское обозначение) — опытная серия из 4 грузовых паровозов, выпущенных в СССР в 1954—1955 гг...
  9. Штык 4 декабря 2015 21:19
    Теплопаровоз - очень сложная и не очень надежная машина. Более прогрессивное направление - тепловозы, Коломенским заводом выпускались ещё с 1931 года (продолжение серии Ээл, первый двухсекционный тепловоз — серии ВМ, маневровые — серии О). В 1941 году в связи с началом Великой Отечественной войны выпуск тепловозов был прекращён.
    С марта 1947 года возобновился выпуск отечественных тепловозов.
  10. Комментарий был удален.

Информация

Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.
Картина дня