Рельсовый транспорт стоит на пороге очередной «смены поколений». Более 60 последних лет тепловозы были доминирующим типом локомотивов во всем мире. Теперь баланс сил меняется. Впрочем, железная дорога всегда была полем битвы передовых технологий. За 200 лет истории локомотивостроения по рельсам успели прокатиться самые разные поезда. Оставить заметный след удалось не всем.
Это первая часть цикла #законы эволюции
Первые модели поездов ходили на пару. В движение такие локомотивы приводила паросиловая установка (состояла из котла и паровой машины), работающая, как правило, на угле или нефти. Нагретый пар из котла поступал в цилиндры машины, там его тепловая энергия запускала поршень.
Именно по такому принципу работал первый рельсовый поезд, который предложил миру в 1804 году изобретатель Ричард Тревитик. Изобретение не вызвало особого интереса у потенциальных клиентов. Рельсы не выдерживали давления паровозов.
Тем не менее, уже с 1814 года несколько усовершенствованных моделей на базе чертежей Тревитика начали работать на копях и шахтах. Первые грузовые поезда могли перевозить около 30—40 т груза со скромной скоростью до 6—8 км/час.
Еще через 10 лет в 1825 году между населенными пунктами Дарлингтон и Стоктон прошел поезд инженера Джорджа Стефенсона.
Масса модели вместе с грузом и пассажирами составляла 90 т, скорость его движения — от 10—25 км/час.
Технологию продолжили дорабатывать. Уже в 1829 году в паровозе «Ракета» впервые применили жаротрубный котел инженера Бута. Благодаря новации скорость увеличилась до 45 км/час.
В последующие годы в паровозах повышались площади поверхности нагрева в котлах, давление, применялись паровые машины с большим числом цилиндров (2-, 3-, 4-цилиндровые). Но всех эти меры смогли поднять КПД паровозов с 1—1,5 до 3—8%.
В итоге с 1930-х годов производители поездов стали использовать другие виды тяги, а уже в 1950-х во всем мире быстро свернули производство паровозов. Не исключено, что решение было поспешным.
В мире существует несколько моделей современных паровозов, которые используются в основном для развлечения клиентов и экспериментов. Самый известный из них — LNER Peppercorn Class A1 60163 Tornado. Инженерам этих моделей удалось добиться КПД до 14%. Теоретически, если развивать технологию, этот показатель может превысить 20%. Впрочем, второй шанс доминировать на железных дорогах мира паровозы вряд ли получат.
Паровоз проиграл конкуренцию тепловозу — локомотиву, оснащенному двигателем внутреннего сгорания. ДВС, разработанный инженером Рудольфом Дизелем в 1897 году, уже имел мощность 20 л. с. и КПД выше, чем у паровых машин. Первые тепловозы в 1912—1913 годах прошли испытания в Германии и Швейцарии. Тесты подтвердили, что КПД тепловозов — 14—16%.
Первые серийные тепловозы были созданы в США. Их распространение ускорил закон штата Нью-Йорк, запрещавший с 1908 года использование паровозов на территории острова Манхэттен. Поводом для акта стала авария двух поездов из-за видимости, ограниченной паровозным дымом.
Популярность локомотивов с ДВС закрепило внедрение технологии электропередачи в 1930-х. До этого мотористу одновременно приходилось вручную регулировать обороты дизеля и напряжение генератора. Как следствие, в 1938 году массовую популярность приобрели 20-тонные маневровые тепловозы Boxcab от General Electric. В течение нескольких десятилетий тепловозы заняли доминирующее положение по всему миру. КПД локомотивов этого типа выросло до 26—29%.
Одновременно в мире развивалось производство модификации тепловозов-газотурбовозов, локомотивов с газотурбинным двигателем внутреннего сгорания (ГТД). Если тепловозы в качестве топлива потребляли дизель, а иногда бензин, то газотурбовозы могли работать на низкосортном топливе — мазуте и даже сырой нефти. Первый поезд такого типа создала швейцарская компания Brown Boveri в 1941 году.
Правда, со временем классические тепловозы вытеснили своих младших братьев. Оказалось, что расход топлива у газотурбовозов выше, а КПД при неполной загрузке ниже. К тому же на ряде локомотивов этого типа при низкой температуре воздуха тяжелое топливо становилось гуще, и для пуска генератора приходилось использовать более дорогой дизель. В 60-е годы производство газотурбовозов стали сворачивать.
Сегодня тепловоз — все еще самая популярная технология в мире. К современным моделям нет претензий по мощности. Но они не проходят испытание на экологичность. Например, по оценке Управления энергетической информации США (EIA), в 2018 году на долю дизельного топлива пришлось примерно 9% от общих выбросов CO2 в США.
После того как подсчет углеводородных выбросов стал одним из главных в международной повестке, спрос на тепловозы стал снижаться, многие производители переориентировались на другие типы поездов. В ЕС к 2030 году от них планируют избавиться вовсе.
Это не значит, что тепловозы вмиг исчезнут. В прошлом году британские компании Porterbrook и Eminox сообщили об успешной модернизации дизельных поездов, которая позволит снизить число выбросов оксида азота на 80%, а углекислого газа — на 90%.
Вторая часть цикла уже на следующий день, после выхода первой части.
______________________________
Будем рады вашему вниманию через лайк и комментарии 🤗
А еще приходите в гости к нам наш сайт - TRAIN AND BRAIN