Паровози

Ласкаво просимо на сторінку, присвячену захоплюючій історії залізниць. Тут ви дізнаєтесь, як розвиток залізничного транспорту змінив світ.

Ми розповімо про ключові події та досягнення, які відіграли важливу роль у становленні залізничної галузі. Від перших паровозів до сучасних високошвидкісних поїздів – поринайте у захоплюючу подорож часом і відкривайте для себе історію, яка пов'язана з кожною залізницею у нашому сучасному світі.

Бурхливе зростання промисловості та торгівлі наприкінці XIX століття спричинило так само стрімкий розвиток усіх галузей залізничного транспорту. Виникла проблема збільшення провізної здатності залізниць, а разом із нею необхідність підвищення сили тяги, потужності та паливної економічності паровоза. Конструкція паровоза переважно сформувалася до 1900 р. і збереглася до останніх років його побудови. Доцільність збільшення потужності паровозів, особливо вантажних, диктувалася також комерційними міркуваннями.

На початку XX століття стало очевидним, що витрати на перевезення вантажів зменшуються із збільшенням маси поїздів. Російський професор Ю. Ст. Ломоносов ще 1924 р. говорив, що особливо повчальний приклад американських доріг: вони палять за годину майже вдвічі більше вугілля, ніж наші, але вони втричі сильніші за наші і в результаті, незважаючи на дорожнечу робочих рук в Америці, собівартість тонно-кілометра вантажу, що перевозиться, там значно нижча, ніж у нас.

Збільшення енергетичної потужності локомотива доцільно лише за наявності можливості перетворення їх у зовнішню механічну роботу, що витрачається на пересування поїздів, т.е. е. за умови забезпечення надійної реалізації високих значень сили тяги.Таким чином, назріла необхідність зростання потужності паровозів неминуче спричиняла збільшення числа спарених (провідних) осей, навантаження на вісь або того й іншого разом. До початку XX століття панівним типом вантажних паровозів у Європі були тривісні машини з осьовою формулою 0-3-0* (* Прим: Осьова формула характеризує тип локомотива: перша цифра - число передніх осей, що підтримують; друга - число рушійних (зчіпних); третя - число задніх підтримуючих осей.), в Америці - паровози з чотирма зчіпними осями 1-4-1 (типу "Мікадо").

У 20-ті роки переважаючими типами вантажних паровозів у країнах Європи стали паровози 1-4-0, 1-5-0 при навантаженнях на вісь 20 т, німецькі залізниці мали кілька танк-паровозів типу 1-5-1 з навантаженням на вісь 25 т для керування важкими вантажними поїздами.

У Сполучених Штатах Америки та Канаді найбільшого поширення набули вантажні паровози з п'ятьма осями, що рухаються, типів 1-5-0 (Декапод), 1-5-1 (Санта-Фе), 1-5-2 (Техас) з навантаженням на вісь приблизно 27 т; для доріг з більш потужним верхнім будовою було побудовано паровози з навантаженням на вісь до 35 т.

З подальшим збільшенням потужності вантажних паровозів у Європі та Америці стали створюватися паровози з кількістю спарених осей у жорсткій рамі понад п'ять. Вперше паровоз із шістьма спареними осями був збудований у 1912 р. в Австрії; 1918 р. для Вюртембергських залізниць було побудовано паровоз 1-6-0; 1931 р. у Польщі створили паровоз 1-6-2 для гірських ділянок Болгарії, сила тяги цього паровоза 270 кН.

У 1926 р. для Тихоокеанської залізниці був побудований трициліндровий шестивісний паровоз 2-6-1 для роботи на ділянках з крутими та затяжними підйомами. Цей паровоз мав силу тяги 438 кН за потужності 3490 кВт (4750 к. с.).Парк цих машин сягнув 60 паровозів.

На залізницях Радянського Союзу до створення в 1931 р. потужного паровоза ФД парк вантажних паровозів складався в основному з паровозів 0-5-0 серії Е та паровозів 1-5-0 серії Е різних модифікацій з розрахунковою силою тяги 181-195 кН (18 ,1-19,5 тс) та осьовими навантаженнями 15,6-17,1 т. У 1934 р. було розпочато масовий випуск паровоза 1-6-0 серії СО, створеного на базі паровоза Ем, що має розрахункову силу тяги 199 кН при навантаженні на вісь 17,5 т.

У 1931 р. Луганський паровозобудівний завод розпочав випуск вантажних паровозів серії ФД типу 1-5-1 з розрахунковою силою тяги 233 кН (3,3 тс). Це був найпотужніший у Європі паровоз масового випуску того часу з розрахунковою потужністю 1910 кВт (2600 к. с.). Протягом обмеженого часу реалізувалися потужності до 2130 кВт (2900 к. с.).

У 1935 р. на Ворошиловградському заводі було збудовано досвідчений вантажний паровоз типу 2-7-2. Це був єдиний паровоз у світі із сімома спареними осями у жорсткій рамі. Його розрахункова сила тяги становила 280 кН (28,0 тс), потужність, що розвивається, - до 2940 кВт (4000 к. с.). Паровоз практично не був використаний у поїзній роботі через руйнівні дії такого складного екіпажу на верхню будову колії.

У післявоєнний період паровозобудування в СРСР було випущено два серійні типи вантажних паровозів з п'ятьма зчіпними осями в жорсткій рамі з навантаженням на вісь 18 т: паровози 1-5-0 серії Л і 1-5-1 серії ЛВ з розрахунковою силою тяги відповідно 221, 5 та 231,5 кН. Умови експлуатації та вимоги перевізної роботи дозволяли обходитися паровозами, що мають не більше чотирьох-п'яти спарених осей у єдиній рамі.

Зростання вантажообігу залізниць, прокладання трас у гірських умовах зажадали створення паровозів із великою кількістю осей.Побоюючись високих бічних впливів рушійних осей на шлях при багатовісних жорстких екіпажах, паровозна техніка пішла шляхом створення потужних багатовісних паровозів при екіпажі зчленованого типу. Найбільшого поширення набув зчленований паровоз типу " Маллет " , вперше побудований в 1894 р. Відомі також інші типи зчленованих паровозів, які отримали, проте, широкого поширення через свою складність і високих ремонтних витрат: паровози Ферлі, Гаратта, Гольве, Дю-Буске та ін Паровоз типу "Маллет" мав, як правило, дві рами: задню, жорстко прикріплену до котла, і рухливу передню, з'єднану із задньою за допомогою шворня. Кожна рама розташовувалась на окремій групі спарених рушійних осей (від двох до п'яти), які мали свою парову машину. Найбільшого поширення такі паровози набули на залізницях США та Канади (вперше у 1904 р. на залізницях штатів Балтімор та Огайо).

Американські зчленовані паровози забезпечували реалізацію розрахункової сили тяги 660 кН (паровоз типу 1-5+5-1). У 1915-1916 pp. у Сполучених Штатах Америки було створено потрійний зчленований вантажний паровоз (триплекс) "Маллет" з 12 зчіпними осями типу 1-4+4+4-1 для залізниць Ері та Вергінської. Третя група провідних осей цього паровоза з машиною була під тендером. Розрахункова сила тяги триплексу становила 72,6 кН. Для збільшення потужності вантажних паровозів без зміни їх розмірів та суттєвого зростання навантаження на зчіпні осі на американських паровозах застосовували допоміжний паровий двигун – бустер (паровози Лайма).Бустерний двигун, як правило, розташовувався на задньому (підтримуючому) візку паровоза і включався в дію періодично: при торканні та розгоні важкого поїзда, малих швидкостях руху на підйомах.

Паровоз серії П-36 У Росії перші зчленовані вантажні паровози нормальної колії були побудовані Брянським та Путилівським заводами за проектом заводу Хеншеля у 1898-1899 роках. для Московсько-Казанської залізниці Паровози типу 0-3+3-0 отримали серію Q. Пізніше, 1903 р., такі паровози були замовлені й у Сибірської залізниці. Сила тяги паровоза Q сягала 140 кН, що призводило до розривів гвинтової упряжі перших вагонів поїзда. У 1949 р. Коломенським паровозобудівний завод ім. В. В. Куйбишева було побудовано дослідний зразок зчленованого вантажного паровоза П-34 типу 1-3+3-1 з розрахунковою силою тяги 242 кН. Потужний паровоз П-34 з відносно невисоким осьовим навантаженням призначався для широкого використання на лініях, що мають верхню будову колії, що відповідає технічному рівню передвоєнних років. У 1954 р. на тому ж заводі були побудовані два досвідчені зчленовані паровози П-38 типу "Маллет" 1-4+4-2. Розрахункова сила тяги паровоза становила 400 кН. То справді був найпотужніший радянський паровоз.

Потужність паровоза, яка може бути реалізована досить тривалий час за інших рівних умов, безпосередньо залежить від паропродуктивності котла, тобто розмірів поверхні, що випаровує котла, кількості і якості палива, яке може бути ефективно спалено в топці. Площа колосникових грат та обсяг топок потужних паровозів, що весь час збільшуючись, досягли межі можливості їх опалення вручну, виникла нагальна потреба у створенні механічного вуглеподатчика.Так, площа колосникових грат зчленованих американських паровозів 1-4+4-1 і 1-4+4-2 досягла 7,7-16,9 кв. м. Перші спроби створення механічного вуглеподатчика - стокера були в США 1889 р., але вони виявилися незадовільними. Потрібні були багаторічна праця, великі спеціальні досліди, експлуатаційні перевірки вуглеподатчиків багатьох систем, поки було створено кілька типів, що відповідають вимогам ефективного спалювання вугілля в паровозній топці. В результаті потужні паровози стали оснащуватися стокерами двох видів: з верхньою та нижньою подачею палива. Паровози з великою площею колосникових грат оснащувалися також стокером "Дуплекс" - з двосторонньою верхньою подачею вугілля в топку. У Радянському Союзі стокери вперше були встановлені на паровозах ФД та ІВ; паровоз 2-7-2 Луганського заводу, який мав площу колосникових грат 12 кв. м, було обладнано стокером типу "Дуплекс". Тендери деяких потужних американських паровозів оснащувалися пушером – механічним пристроєм, що просуває вугілля до транспортера стокера від задньої частини вугільного бункера. Пушер також використовувався для розпушування вугілля, що змерзлося.

Успіхи застосування пиловугільного опалення у стаціонарній енергетиці викликали інтерес до цього виду опалення на паровозах. Смолоскипне спалювання вугільного пилу, що стійко забезпечує підвищений коефіцієнт корисної дії (К.П.Д.) паровоза, стало надзвичайно важливим резервом збільшення його потужності та економічності при обмеженому обсязі топки. Спроба застосування пиловугільного опалення на паровозі вперше була зроблена в США в 1900 р., в 1914 р. було передано в дослідну експлуатацію перший паровоз із пиловугільним опаленням.У наступні роки інженери-теплотехніки низки країн неодноразово поверталися до цієї проблеми.

Найбільш суттєві роботи в цій галузі проводилися в США та Бразилії у 1917-1929 рр., у Німеччині - у 1923-1930 рр., потім у НДР у повоєнні роки. У Радянському Союзі питаннями пиловугільного опалення займалися у 1920-1925 роках. і в 1930-1934 pp. Було створено паровоз серії ФД із пилокутним опаленням. У 1950-1956 pp. пристроями пилокутного опалення було обладнано чотири серійні типи паровоза радянських залізниць. Щоправда, всі ці роботи, як у нашій країні, так і за кордоном, не виходили за межі досвідчених, пошукових. У процесі цих робіт і створювалися варіанти конструкцій паровозів з пилоприготуванням на паровозі та стаціонарним, випробовувалися різні принципи утворення пилоповітряної суміші для факела, досліджувалося застосування вугілля різних фізико-хімічних якостей. У ряді випадків будувалися досвідчені партії паровозів, як це було у Бразилії, Німеччині. Але необхідної експлуатаційної надійності роботи пиловугільних паровозів не було досягнуто. Згоряння маси вугілля в потоці смолоскипа при високих температурах, що відбувається не тільки в топковому просторі, але і в трубчастій частині котла, призводило до занесення розплавленими частинками шлаку задніх грат топки і жарових труб, що різко погіршувало процес згоряння палива. Причому при використанні пилу з малозольного вугілля з високою температурою плавлення шлаку час безперервної форсованої роботи котла значно зростає, але неминуче має процес шлакоутворення на трубчастій частині котла.

В останні десятиліття світового паровозобудування неодноразово порушувалося питання про можливі межі потужності паровозів, що було викликано наявністю конкуренції інших видів локомотивної тяги та вимогами безперервного збільшення пропускної спроможності доріг. Наведений аналіз та розрахунки з урахуванням реальних можливостей існуючих конструкцій та теплотехнічних якостей паровозів показали, що для європейських та американських доріг кордоном потужності є 5900-6600 кВт (8000-9000 к.с.), що зумовлено граничними розмірами котла. Таким чином, перехід на прогресивні види тяги - тепловозну та електричну, що відбувся наприкінці 50-х - на початку 60-х років, був продиктований не межею потужних можливостей паровоза, а значною перевагою нових видів тяги перед паровою за енергетичною економічністю, середньодобовою продуктивністю, а також скороченням кількості працюючих у локомотивному господарстві, поліпшенням умов праці.

Але паровози не пішли в небуття подібно до Атлантиди, у низці країн (переважно азіатських та африканських) вони досі працюють, в основному як маневрові локомотиви.

Ведуться розробки з удосконалення паровоза. На думку фахівців, ККД сучасного паровоза може бути піднято до 15%. За цих умов витрати на експлуатацію таких паровозів, за даними розрахунків, істотно нижчі від витрат на тепловозну тягу.