Всем доброго времени суток! Сегодня я немного отвлекусь от темы паровозов-памятников. Мне хочется рассказать про уникальные локомотивы, которые начали создаваться с середины 1920-х годов в СССР, а именно про теплопаровозы. Уже из самого названия ясно, что этот тип локомотива сочетает в себе как признаки паровоза, так и тепловоза, но обо всём по порядку.
В 1924 году в СССР был сконструирован первый в мире тепловоз под руководством инженера Я.М. Гаккеля - локомотив с двигателем внутреннего сгорания и электрической передачей, то есть двигатель не был связан с колёсами на прямую. Крутящий момент передавался от двигателя на генератор, который вырабатывал электрический ток, который в свою очередь подавался на тяговые электродвигатели непосредственно связанные с колёсными парами. Именно по такому принципу и работают большинство современных магистральных и маневровых тепловозов.
Применения на железнодорожном транспорте двигателя внутреннего сгорания благодаря его высокому коэффициенту полезного действия (по сравнению с паровой машиной) позволило более экономично использовать топливо. Вместе с тем двигатель внутреннего сгорания не может прийти в действие при неподвижных поршнях и совершать работу при низких скоростях их перемещения. Эта проблема легко решается использованием промежуточной передачи (которая отсутствует у паровых локомотивов), например, механической, гидравлической или электрической, о которой говорилось выше.
В начале двадцатого века инженеры искали всё новые и новые способы усовершенствования существующих локомотивов, а также стремились создавать принципиально новые типы машин. После создания первого тепловоза, в СССР начались работу по созданию тепловоза с непосредственной передачей крутящего момента от двигателя к колёсам. Основной целью было снижение стоимость локомотива, так как отпадала необходимость в дорогой электрической передаче.
В этот период было предложено сразу несколько вариантов. Но принцип везде был похожим - разгон локомотива осуществлялся либо паром, либо сжатым воздухом, а на высокой скорости двигатель начинал работать по циклу Дизеля. Наиболее интересным среди всех оказался проект студента Московского электромеханического института инженеров транспорта - Л.М. Майзеля. Он предложил построить локомотив, сочетающий в себе тепловоз непосредственного действия (то есть без промежуточной передачи) и паровоз. Паровая машина при этом должна была использоваться не только при разгоне, но и при дальнейшем следовании, причём работать одновременно с двигателем внутреннего сгорания. При этом по предложению Л.М. Майзеля должен был использоваться один и тот же цилиндр, как для цикла паровой машины, так и для цикла двигателя внутреннего сгорания.
Справедливости ради стоит отметить, что проекты тепловозов непосредственного действия разрабатывались не только в СССР. В 1926 году завод Ансальдо в Генуе построил тепловоз непосредственного действия типа 2-3-1. В качестве силовой установки использовался шестицилиндровый двигатель Юнкерса. А в 1928 году английский завод Китсон в Лондоне построил тепловоз типа 1-3-1 с котлом Стилла. Тепловоз завода Ансальдо разгонялся с помощью сжатого воздуха из баллонов, для этого были установлены специальные машины, заряжающие баллоны, подобные паровозным. Тепловоз Китсон-Стилла приводился в движении с помощью пара, получаемого от небольшого котла паровозного типа. При достижении определённой скорости, когда становилось возможным самовоспламенения топлива в цилиндрах, двигатель начинал работать по циклу Дизеля. Оба проекта оказались неудачными, при переходе машин на работу по циклу Дизеля происходили резкие взрывы, не хватала пара или воздуха на разгон и тд.
Однако, вернёмся в СССР. После рассмотрения в научно-техническом совете НКПС проектов Л. М. Майзеля, Научно-исследовательскому институту железнодорожного транспорта было поручено сделать технический проект теплопаровоза - именно такое название получил локомотив новой конструкции.
Сочетание паровой машины и дизельного двигателя в одном локомотиве должно было позволить осуществлять неограниченное количество пусков теплопаровоза, а также получить хорошие тяговые характеристики. На низких скоростях должна была работать паровая машина, так как при таком режиме движения мощность локомотива ограничивается сцепным весом. На более высоких скоростях мощность начинает ограничиваться паропроизводительностью котла, при этом у теплопаровоза в это время вместе с паром в паровой машине начинают работать газы, образующиеся от сгорания топлива. Предполагалось, что такое сочетание паровой машины и двигателя внутреннего сгорания повысит мощность и экономичность локомотива, также у теплопаровоза должно было значительно снизится потребление воды по сравнению с паровозом, что увеличивало расстояние, преодолеваемое локомотивом между наборами воды. Перед тепловозами у теплопаровозов преимущество виделось в том, что он мог быть легче освоен в эксплуатации работниками депо, привыкшими работать с паровозами.
В 1939 году было принято решение о постройке двух теплопаровозов - пассажирского на Ворошиловградском (Луганском) и грузового на Коломенском заводах.
Согласно заданию, выданному Ворошиловградскому заводу тепловпаровоз по своим тяговым качествам должен был быть эквивалентен паровозу 1-4-2 серии ИС (одному из самых мощных пассажирских паровозов в мире) и развивать наибольшую мощность - 3000 л.с.
Конструкторское бюро Ворошиловградского завода под руководством А. С. Близнянского, Д. В. Львова и П. А. Сорокина при участии Л. М. Майзеля спроектировало теплопаровоз типа 1-4-1.
С каждой стороны у теплопаровоза были цилиндры, в которых размещались разбегающиеся в противоположные стороны поршни, работавшие на отбойные валы, которые в свою очередь, через спарники соединялись с движущими колёсными парами. Многие детали теплопаровоза были унифицированы с паровозами серии ИС.
Двумя поршнями каждый цилиндр делился на три части. До скорости 15 - 25 км/ч подавался для работы только пар. При больших скоростях средняя полость цилиндра начинала работать как в двухтактном двигателе, для чего в неё прекращалась подача пара и начинало впрыскиваться топливо, как в двигателе внутреннего сгорания. В крайние полости при этом продолжал поступать пар. Котёл теплопаровоза был максимально унифицирован с котлом паровозов Су, однако давление пара увеличилось и составило - 20 кгс/кв.см. Масса теплопаровоза составляла 140 тонн, а конструкционная скорость 130 км/ч.
18 октября 1939 года теплопаровоз совершил поездку от Ворошиловграда до станции Кондрашевской и обратно. Уже к ноябрю пробег нового локомотива составлял около 2000 км. испытания проходили на Северо-Донецкой и Южной железных дорогах. При этом скорость составляла 100 - 105 км/ч, а мощность до 3000 л.с. В феврале 1940 года новый локомотив прибыл в Москву на экспериментальное кольцо Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. По данным предварительных испытаний расход топлива оказался в два раза ниже по сравнению с паровозами ИС. Летом 1940 года теплопаровоз был отправлен обратно на завод-изготовитель. Предполагалось провести усовершенствование конструкции. К лету 1941 года доработки были произведены, а 20 июня 1941 года теплопаровоз, получивший номер 8000 вновь прибыл в Москву, приведя из Дебальцево в Люблино поезд массой 900 тонн. 21 июня теплопаровоз сделал рейс с поездом массой 1100 тонн из Москвы до станции Бологое. В 1942 году теплопаровоз 8000 работал на Московско-Рязанской железной дороге. По результатам замеров, проведённых Научно-исследовательским институтом железнодорожного транспорта коэффициент полезного действия достигал в отдельные поездки 10 - 11%.
В процессе эксплуатации локомотива с пассажирскими и товарными поездами был выявлен ряд недостатков. Так конструкция цилиндрового блока была неудовлетворительной, начали образовываться трещины в стальной втулке, становилось невозможным использовать двигатель внутреннего сгорания. Также неудовлетворительными оказались экипажная часть и воздоходувка, сказалась большая унификация с паровозами - локомотивами совершенно другого типа. Наиболее существенным недостатком стала высокая нагрузка от колёсных пар на рельсы - 25 тс. Из-за чего скорость движения теплопаровоза на рельсах имевших массу 40 - 43 кг на 1 метр длины не могла превышать 70 км/ч. И этот конструктивный недостаток уже никак нельзя было устранить. При скоростях 15 - 20 км/ч, невозможно было реализовать одновременную работу паровой машины и двигателя внутреннего сгорания. Возникала резкое колебание силы тяги, что при включении дизеля сильно снижало тепловую экономичность локомотива и возникала опасность полной остановки из-за снижения паропроизводительности котла. В 1948 году теплопаровоз был полностью отстранён от работы.
Практически одновременно с Ворошиловградским заводом к постройке теплопаровоза приступил Коломенский завод. При этом в Коломне создавался грузовой теплопаровоз, работающий на твёрдом топливе. В соответствии с заданием НКПС локомотив должен был иметь силу тяги как у одного из самых мощных паровозов того времени - ФД и, и развивать мощность 3000 - 3500 л.с. Из них до 2000 л.с. газовыми двигателями и 1000 - 1500 - паровыми.
По сравнению с дизельным теплопаровозом на теплопаровозе Коломенского завода были установлены два цилиндра с разбегающимися поршнями с каждой стороны. Движение от поршней через ползуны, шатуны, качающиеся коромысла и наклонные шатуны передавались отбойным валам, связанными с движущими колёсами.
"Газовая" часть цилиндров работала по двухтактному циклу. Газ и воздух подавался турбогазовоздуходувкой. Котёл также был максимально унифицирован с котлом паровозов Су. Для получение газа из антрацита на тендере был установлен специальный газогенератор, который производил до 4750 куб. м. газа в час. Задняя часть тендера использовалась для конденсационных устройств, которые уже зарекомендовали себя на паровоза СО с конденсацией. Как и на многих паровозах того времени, на теплопаровозе коломенского завода было применено пылеугольное отопление с вентиляторной тягой. Будка машиниста располагалась в передней части локомотива, а будка за котлом предназначалась для персонала, обслуживающего котёл и газогенератор. Масса теплопаровоза составляла 158 тонн.
Проектирование теплопаровоза осуществлялось ведущими инженерами того времени - Л. С. Лебедянским, М. Н. Щукиным и А. И. Козякиным. 26 декабря 1939 года теплопаровоз типа 1-5-1 совершил первый пробный пробег от станции Голутвин в сторону Рязани. Новому локомотиву было дано обозначение - ТП1-1 (теплопаровоз, 1 вариант, №1). В июне 1940 года локомотив поступил в Москву для испытаний на экспериментальном кольца Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. Нормальная работа двигателя получалась на скоростях не выше 25 - 30 км/ч. При скорости 40 - 45 км/ч начинались преждевременные вспышки топлива в момент зарядки двигателя газовоздушной смесью. Всего к ноябрю 1940 года ТП1-1 проехал 1790 км. В первой половине 1941 года Коломенский машиностроительный завод устранил на теплопаровзе отдельные дефекты, но начавшаяся война не позволила довести до конца доработку локомотива.
В целом, теплопаровоз 1-4-1 Ворошиловградского завода оказался более удачным и в конце 1940 года началось проектирование на его базе грузового теплопаровоза, аналогичного по конструкции паровозам ФД. К началу войны постройка этого локомотива была почти закончена. И возобновилась после победы в 1945, причём в конструкцию были внесены некоторые изменения, сказался опыт эксплуатации теплопаровоза 1-4-1.
К сентябрю 1948 года тепловоз был полностью готов. Он получил номер 8001. Уже на заводских испытаниях было установлено, что до скорости 30 км/ч двигатель работал неустойчиво. Осуществить парогазовый цикл, то есть добавлять пар в дизельную полость цилиндра при снижении давления газов до котлового, не удавалось. А отказ о парогазового цикла делал новый локомотив повторением теплопаровоза 1-4-1.
Уже к началу 1950-х работы над теплопаровозами были прекращены. После войны многие заводы успешно освоили выпуск тепловозов с электрической передачей, которые по всем параметрам превосходили теплопаровозы. Да и коэффициент полезного действия тепловозов был значительно выше - до 27%, по сравнению с 11% у теплопаровозов. По сравнению с паровозами у теплопаровозов была очень сложная конструкция, что усложняло и удорожало производство и ремонт таких локомотивов.
На этом я закончу свой рассказ. В заключение, хочется отметить, что несмотря на отказ СССР от таких локомотивов, само по себе создание машины, сочетающей в себе признаки парового двигателя и двигателя внутреннего сгорания можно считать уникальным. Проекты, разработанные в нашей стране являются настоящим инженерным чудом.
