Проект теплопаровоза №8000

С 1935 года советские ученые и конструкторы вели работы в перспективном направлении т.н. теплопаровозов. Эта концепция подразумевала строительство локомотивов с комбинированной силовой установкой, в составе которой объединялись паровая машина и двигатель внутреннего сгорания. Эта идея была предложена студентом Московского электромеханического института инженеров транспорта Л.М. Майзелем, который принял активное участие в дальнейших работах. В течение нескольких первых лет ученые и инженеры вели теоретические работы, а в 1939 году стартовали сразу несколько новых проектов, которые разрабатывались Коломенским и Ворошиловградским паровозостроительными заводами.

Ворошиловградский паровозостроительный завод (ныне Луганский тепловозостроительный) начал работы по перспективному проекту в первых месяцах 1939 года. Работы возглавили А.С. Близнянский, Д.В. Львов и П.А. Сорока. Кроме того, в проекте принял участие и автор идеи Л.М. Майзель, к этому времени закончивший институт и устроившийся работать на Ворошиловградский завод. Всего за несколько месяцев группа инженеров сформировала облик перспективного локомотива, а затем разработала проект, по которому в дальнейшем был построен опытный теплопаровоз. Примечательно, что все проектные работы заняли лишь несколько месяцев. Проект был готов уже в июне 1939 года, после чего стартовало строительство локомотива.

В рамках программы разработки и строительства теплопаровозов ворошиловградские инженеры получили задание создать пассажирский локомотив, который по своим характеристикам был бы похож на серийный паровоз ИС. Для сравнения, Коломенский завод должен был создать теплопаровоз ТП1, по характеристикам похожий на грузовой паровоз ФД. В соответствии с техническим заданием, ворошиловградский теплопаровоз должен был иметь осевую формулу 1-4-2 или схожую, а также развивать мощность до 3000 л.с. Таким образом, в будущем перспективный локомотив мог бы стать полноценной заменой для существующих паровозов ИС. Следует отметить, немного позже началась разработка и грузового теплопаровоза, однако реализация этого проекта затянулась на несколько лет.


Проект теплопаровоза №8000
Общий вид теплопаровоза №8000


Примечательно, что проект теплопаровоза, разрабатывавшийся Ворошиловградским паровозостроительным заводом, так и не получил особого обозначения. В истории он остался под заводским номером прототипа. Опытный локомотив имел номер 8000, который теперь применяется для обозначения всего проекта. В дальнейшем был создан еще один аналогичный проект, известный под индексом «№8001».

В ходе разработки нового проекта было решено использовать некоторые наработки по существующим проектам, а также заимствовать у серийных паровозов определенные агрегаты. При этом, однако, появилось предложение не копировать общие особенности паровоза ИС. В частности, новый теплопаровоз получил колесную формулу 1-4-1 с одной поддерживающей осью вместо двух, как у «эталонного» паровоза. Кроме того, из-за некоторых особенностей новой силовой установки пришлось перепроектировать существующие агрегаты котла, заимствованного у паровоза Су.

Теплопаровоз №8000 получил экипажную часть, основанную на агрегатах существующих паровозов, но имеющую некоторые отличия от серийных моделей. Она имела осевую формулу 1-4-1 с одной бегунковой, четырьмя движущими и одной поддерживающей осями. Кроме того, позади бегунковой и перед поддерживающей осями располагались два отбойных вала, использовавшихся для передачи крутящего момента от двигателя на движущие колеса. Бегунковая и поддерживающая оси с колесами малого диаметра располагались на тележках типа Бисселя. Движущие колеса были заимствованы у паровоза ИС и имели диаметр (по кругу катания) 1850 мм.

На раме теплопаровоза смонтировали котел, основанный на агрегатах паровоза Су. Предполагалось, что силовая установка локомотива №8000 будет отличаться от Су меньшим диаметром цилиндров. Это привело к необходимости повышения давления пара и соответствующей доработки котла. Самым заметным изменением стала доработка топки. Изначально применялась топка Бельпера с плоским горизонтальным потолком. Для повышения параметров котла при сохранении приемлемых габаритов пришлось использовать радиальный потолок.

Обновленный котел имел испаряющую поверхность площадью 199,5 кв.м, пароперегреватель площадью 72,6 кв.м и колосниковую решетку площадью 4,73 кв.м. После всех этих доработок давление пара в котле было поднято до 20 кгс/кв.см. Для сравнения, у базового Су этот параметр равнялся всего 13 кгс/кв.см. Таким образом, имелись все основания рассчитывать на сохранение требуемых параметров и выполнение технического задания.

В отличие от коломенского ТП1, ворошиловградский теплопаровоз №8000 имел минимальные внешние отличия от серийных паровозов, заметные только специалистам. Так, локомотив имел только одну заднюю кабину для обслуживающей бригады. Для выполнения некоторых работ по бокам от котла предусматривались две площадки с доступом через лестницы в передней части.

Тендер так же не имел внешних отличий от серийных образцов. Внутри прямоугольного корпуса располагались угольные ямы, цистерны для воды и дизельного топлива, а также некоторые другие агрегаты. С локомотивом тендер соединялся сцепным устройством, а также набором трубопроводов и конвейерами для подачи твердого топлива к топке.

По бокам рамы были расположены два цилиндра диаметром 430 мм, являвшиеся основой оригинальной комбинированной силовой установки. Оба цилиндра выполнили в виде единого блока, так же выполнявшего функцию одной из опор котла. Таким образом, крупный блок прочно закреплялся в конструкции локомотива, а также являлся одной из силовых деталей.

Внутри цилиндра располагались два поршня с ходом 770 мм, разделявшие общий объем на три отдельные камеры. По задумке конструкторов, во время работы поршни должны были двигаться в разных направлениях, приводя в движение шатуны. Предполагалось, что пар будет последовательно подаваться в две боковые и одну центральную камеру, обеспечивая правильное движение поршней и приводя в движение иные детали силовой установки.

Шатуны поршней цилиндра через систему жестких элементов были связаны с двумя отбойными валами: два передних цилиндра должны были вращать передний, размещенный между бегунковой и движущей осью, два задних – отбойный вал, находящийся перед поддерживающей осью. При помощи дышл и спарников крутящий момент отбойных валов передавался на движущие оси.

Проекты теплопаровозов, разрабатывавшиеся в 1939 году, подразумевали использование силовой установки схожей конструкции. Предполагалось, что паровая машина будет применяться для страгивания с места и разгона до определенных скоростей. После этого планировалось подавать в цилиндры дизельное топливо, при помощи чего можно было достичь заметного прироста мощности и сокращения расхода топлива.

В качестве рабочего объема теплового двигателя предлагалось использовать центральные камеры цилиндров. При разгоне до скорости порядка 15-25 км/ч, когда поршни начинали двигаться с нужной частотой, в центральную камеру следовало впрыскивать дизельное топливо, вследствие чего она начинала работать по принципу двухтактного дизеля. В боковые камеры на всех режимах работы силовой установки подавался только пар. Для подачи дизельного топлива теплопаровоз получил насосы с газовыми толкателями типа Аршаулова.

Из-за специфики нововведений и некоторых особенностей новых оригинальных агрегатов теплопаровоз №8000 почти не отличался от «эталонного» паровоза ИС по габаритам и массе. Рабочая масса этого локомотива составляла 140 т, сцепная – 100 т. Расчетная мощность двигателя составляла 3000-3500 л.с. (1500 л.с. на паровой машине и 2000 л.с. на дизеле), что позволяло определить конструкционную скорость на уровне 130 км/ч.

Для сравнения, рабочий вес паровоза ИС достигал 132-135 т, а максимальная мощность составляла 3200 л.с. Конструкционная скорость была заявлена на уровне 115 км/ч. Примечательно, что сцепной вес паровоза составлял лишь 81-82 т, тогда как у «№8000» этот параметр был на 20 т больше. Такие различия были связаны с конструкцией экипажной части, а именно с количеством поддерживающих осей и, как следствие, распределением веса по осям.

Проект теплопаровоза, в дальнейшем получившего обозначение №8000, был завершен в июне 1939 года. Вскоре рабочие завода приступили к строительству опытного локомотива. Ввиду сложности конструкции, а также загруженности предприятия, сборка прототипа продлилась около трех месяцев. На испытания он вышел только в середине октября.

Первая испытательная поездка состоялась 18 октября. В этот день опытный теплопаровоз проехал перегон от Ворошиловграда до Кондрашевского и вернулся обратно. Следует отметить, уже в ходе этой поездки специалисты завода проверили работу силовой установки в комбинированном режиме. Вскоре начались испытания на других участках железных дорог. В качестве тестовых трасс использовались перегоны Южной и Северо-Донецкой железных дорог. До января 1940 года теплопаровоз №8000 в общей сложности прошел около 2000 км, используя разные режимы работы силовой установки.

В начале февраля 1940 года, после проведения заводских испытаний и доводки, локомотив №8000 отправился в Москву. 7 февраля он добрался до столицы, где был отправлен в Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта. Последующие испытания планировалось проводить на экспериментальном кольце института. Примечательно, что уже на этом этапе специалисты отмечали: Ворошиловградскому паровозостроительному заводу удалось успешно решить задачу строительства локомотива с комбинированной паровой и тепловой машинами.

Тесты на экспериментальном кольце НИИЖТ показали, что перспективный теплопаровоз имеет высокие характеристики, выгодно отличающие его от существующих паровозов. Так, были подтверждены расчетные характеристики мощности и скорости движения. Кроме того, был установлен расход горючего при работе. За счет использования дизельного топлива, резко повышающего мощность локомотива, удалось достичь двукратной экономии горючего в сравнении с паровозами типа ИС.

Тем не менее, не обошлось без проблем. Из-за дефектов конструкции имели место большие утечки пара, что сделало невозможным проверку силовой установки на некоторых режимах. К примеру, так и не удалось проверить локомотив на затяжных подъемах при использовании только паровой машины. Также не были проведены некоторые другие испытания теплопаровоза при работе без применения дизеля. Кроме того, отмечалось заметное превышение рекомендуемой нагрузки на рельсы, связанное с конструкцией экипажной части и весом всего локомотива.

Испытания в НИИЖТ продолжались до начала лета 1940 года, после чего опытный теплопаровоз вернули на завод-изготовитель. Вскоре конструкторы предприятия разработали проект модернизации локомотива, подразумевавший доработку и замену большого количества различных узлов и агрегатов. В частности, предлагалось заменить колесные пары, изменить блоки цилиндров, а также серьезно доработать элементы силовой установки и других некоторых других узлов.

Однако дальнейшие расчеты показали нецелесообразность такой модернизации. Выяснилось, что подобное обновление существующего теплопаровоза будет стоить примерно столько же, сколько и строительство нового локомотива. В связи с этим программу модернизации значительно сократили, оставив в ней только небольшие и незначительные доработки, которые позволяли оставить затраты на приемлемом уровне.

В ходе доработки по сокращенному плану опытный теплопаровоз лишился некоторых паропроводов, которые посчитали излишними, получил новые подшипники отбойных валов, а также золотниковые механизмы парораспределения вместо кулачковых. Кроме того, ряд болтовых соединений заменили сварными и провели некоторые другие доработки. За счет подобных доработок удалось решить некоторые проблемы, однако снизить повышенную нагрузку на рельсы так и не удалось, поскольку сцепной вес сократился незначительно.

Модернизация по сокращенному плану заняла достаточно много времени, из-за чего локомотив №8000 вновь отправился в Москву только в июне 1941 года. В ходе очередных испытаний планировалось проверить возможности теплопаровоза по буксировке составов. Такие тесты начались уже на станции Дебальцево близ Ворошиловграда. По маршруту Дебальцево – Люблино локомотив провел состав массой 900 т.

Проект теплопаровоза №8000
Схема локомотива №8000


В Москву теплопаровоз прибыл 20 июня, и после небольшой подготовки совершил очередной рейс с полезной нагрузкой. 21 июня началась поездка по маршруту Москва – Бологое – Москва с поездом массой 1100 т. Такие испытания продолжались в течение длительного времени и позволили установить реальные характеристики перспективного локомотива. На следующий день после отправки в Бологое началась Великая Отечественная война, серьезно повлиявшая на дальнейшую эксплуатацию теплопаровоза.

После проверок на Октябрьской железной дороге локомотив №8000 отправили на дорогу им. В.В. Куйбышева, где он эксплуатировался в течение нескольких следующих месяцев. Летом 1942 года опытный теплопаровоз работал на Московско-Рязанской железной дороге, где применялся для буксировки грузовых и пассажирских составов. В ходе этого этапа эксплуатации специалисты НИИЖТ, следившие за работой локомотива, подготовили очередной отчет. На этот раз отмечалось, что коэффициент полезного действия теплопаровоза на отдельных участках маршрутов достигает 10-11%.

При этом значительное негативное влияние на реальные показатели оказывали ограничения скорости, действовавшие на железной дороге между Москвой и Рязанью. Из-за них локомотив не имел возможности набрать высокую скорость, на которой силовая установка могла развить максимальную мощность и показать наилучшую экономичность.

В 1943 году появилось оригинальное предложение, касавшееся режимов работы центральных камер цилиндров. По предложению Л.М. Майзеля, при снижении давления в камерах до уровня котлового в них следовало впускать пар. За счет этого можно было немного снизить температуру цилиндров и поршней, а также создать лучшие условия для использования энергии пара. В то время теплопаровоз №8000 работал на Ташкентской железной дороге, где и начались проверки нового предложения. В дальнейшем эта методика тестировалась при возвращении в Москву (через Сибирь), а также на перегонах вблизи столицы. Впуск пара в центральные камеры позволил немного повысить мощность силовой установки и увеличить максимальную скорость движения.

Последние испытательные поездки, в ходе которых опытный локомотив тянул грузовые и пассажирские составы, проходили с 1946 по 1948 годы. В течение этого этапа испытаний проверялись различные аспекты работы силовой установки, а также составлялся обновленный список требований к перспективным теплопаровозам. Существующий «№8000» имел ряд серьезных недостатков, которые проявились в ходе опытной эксплуатации и мешали его полноценному использованию. В новых проектах следовало избавиться от этих проблем.

Главным недостатком считалась повышенная нагрузка на рельсы. Из-за большой сцепной массы, которую так и не удалось сократить до приемлемого уровня, приходилось ограничивать скорость движения. К примеру, на рельсах с весом на уровне 40-43 кг на 1 м длины следовало двигаться со скоростью не более 70 км/ч.

Также эксплуатация показала, что блок цилиндров нуждается в серьезных доработках. Существующая конструкция имела недостаток в виде регулярных поломок стальных втулок, исключавших использование дизельного двигателя. Ремонт занимал некоторое время и выводил локомотив из эксплуатации. С более серьезными проблемами приходилось сталкиваться при поломках экипажной части. В конструкции последней отсутствовали буксовые клинья, из-за чего при ее поломке требовалось разбирать весь локомотив и изготовлять новые полотна рамы.

Прототип теплопаровоза №8000 имел как преимущества, так и недостатки. Специфика последних в итоге сказалась на решении специалистов народного комиссариата путей сообщения. По их мнению, в существующем виде локомотив не мог использоваться в реальных перевозках, поскольку имеющиеся недостатки затрудняли эксплуатацию, обслуживание и ремонт. Опытные поездки прекратились в 1948 году. По решению руководства, локомотив №8000 списали за отсутствием перспектив. Вскоре его утилизировали.

Проект пассажирского теплопаровоза был закрыт из-за массы проблем, от которых можно было избавиться только путем создания совершенно нового локомотива. После завершения работ по проекту «№8000» специалисты Ворошиловградского паровозостроительного завода вернулись к созданию грузового теплопаровоза, разработка которого была приостановлена несколькими годами ранее. Было решено обновить существующий проект с использованием полученного опыта и имеющихся наработок. Новый локомотив получил заводской номер №8001 и достоин отдельного рассмотрения.


По материалам:
http://poezdon.ru/
http://mstrainsim.narod.ru/
http://strangernn.livejournal.com/
Раков В.А. Локомотивы отечественных железных дорог 1845-1955. – изд. 2-е, переработанное и дополненное. – М.: «Транспорт», 1995
Автор: Рябов Кирилл

Использованы фотографии: Раков В.А. Локомотивы отечественных железных дорог 1845-1955

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

Видео в тему

Читайте также
Загрузка...
Комментарии 8
  1. амурец 8 декабря 2015 08:09
    Не могу понять почему умные люди не могли понять тупиковость идеи?Ведь и первые дизеля были рассчитаны на работу на пылеугольном топливе и я не думаю что Львов и Майзель не знали о провале этой работы как и провале работ в СССР и за рубежом по механическим силовым передачам тепловозов,в чём убедился профессор Ломоносов Ю.В. Автору спасибо за то что осветил малоизвестные страницы нашего Ж.Д.Транспорта.
    1. Капитан Нэмо 9 декабря 2015 01:26
      Цитата: амурец
      Не могу понять почему умные люди не могли понять тупиковость идеи?Ведь и первые дизеля были рассчитаны на работу на пылеугольном топливе

      Локомотив это вам не автомобиль, если паровоз может трогаться с места плавно, то тепловоз с механической передачей на колёса как у автомобиля трогаясь с места или при переключении передач будет рвать сцепки со всеми последствиями если в этот момент будет истощена пневмотическая тормозная система всего поезда.
      Проблема разрыва сцепок конечно была решена ещё на тепловозе 20х Щэл-1, который сейчас стоит в Ховрино за счёт применения электрической передачи, но она сложней, дороже и тяжелей механической, последнее критично для тепловозов в отличии от электровозов где частенько применяется весовой баласт.
      Кажется с этим связано то, что и на карьерных самосвалах семейства "Белаз" грузоподъёмностью 80-120т, также уже не используется механическая передача на колёса хоть там и нет сцепок как у вагонов поезда.
      1. Nick1953 9 декабря 2015 18:51
        "если паровоз может трогаться с места плавно, "
        Батенька, вы,видно, не катались на паровозах! :-)
        Состав трогается с таким рывкрм, что боишься упасть с полки!
        А как трогались тяжеловесные? Паровоз здавал назад, чтобы сжать буфера состава, потом рвал вперёд. Грохоту было! :-) :-)
  2. mishastich 8 декабря 2015 09:00
    Die sowjetische Hybride der Diesel-Dampflokomotive.

    Ждем про 8001.
  3. Робертъ Невский 8 декабря 2015 12:09
    Спасибо автору за статью! Ждем еще статьи о паровозах! hi
  4. moskowit 8 декабря 2015 16:24
    Интересно и занимательно с обилием технической информации. Спасибо. О таком направлении в паровозо-тепловозостроении не знал.
  5. shturman032 8 декабря 2015 22:04
    ТП1 красивый был образец теплопаровозостроения, но к тому времени уже вовсю колесили электровозы и тепловозы, если бы не война, век паровозов кончился бы раньше
    1. амурец 9 декабря 2015 01:09
      Цитата: shturman032
      к тому времени уже вовсю колесили электровозы и тепловозы, если бы не война, век паровозов кончился бы раньше

      Не думаю!Рывок теплоэлектровозостроении произошёл после 20-го съезда партии.Хотя впервые внимание на тепловозы Сталин обратил внимание в1945году,когда ехал на Потсдамскую конференцию.Его заинтересовал локомотив,который тянул правительственный поезд,которому не нужна частая экипировка.До и во время ВОВ тепловозы были сосредоточены на Ашхабадской Ж.Д.Хотя ТУРКСИБ изначачально проектировался под тепловозы.Ссылка:Виролайнен Вольдемар Матвеевич в мемуарах"Зелёная улица".Биография автора есть в Википедии и БСЭ.
      1. shturman032 9 декабря 2015 09:23
        Извиняюсь, Я имел ввиду иностранные ЖД. Хотя и у нас например был ВЛ22- красавец электровоз.

Информация

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