В 1930-х годах стремление повысить тепловую эффективность с использованием воздухоподогревателей и подогревателей приняло экстремальные формы. В американских локомотивах уже давно использовались подогреватели воды типа Уортингтона, которые, будучи довольно простыми, не сводили на нет тепловую экономию за счёт дополнительных капитальных затрат и расходов на техническое обслуживание. Несколько советских локомотивов были оснащены разновидностями таких устройств. Но ещё большего теплового эффекта можно было добиться с помощью подогревателей питательной воды, в которых отработанный пар направлялся в тендер и использовался для подогрева питательной воды.
Практика не совсем соответствовала теории, и локомотивные бригады недолюбливали это устройство, потому что оно, постоянно доставляло проблемы. Каганович, легко поддающийся очарованию инноваций, которые казались одновременно революционными и актуальными для решения текущих проблем, поддержал эту идею и в июне 1939 года приказал мастерским и локомотивным депо установить подогреватели питательной воды на 5000 локомотивов.
Этого так и не удалось добиться. Одно или два депо сделали то, что им было сказано, но другие нашли причины отставать от программы. Более того, половина локомотивов, на которых было установлено это оборудование, эксплуатировались без него. Одной из причин его непопулярности было то, что из-за неисправности клапана вода могла попасть прямо из тендера через паропровод в цилиндры. Существовал способ избежать этого, но он добавлял ещё одну проблему в жизнь локомотивных бригад. Если вода попадала в цилиндр, у локомотива мог сломаться шток поршня.
Зимой существовала дополнительная опасность того, что вода скапливалась в паровой трубе и замерзала. Во время войны все нагреватели питательной воды были демонтированы. Еще одним усовершенствованием в области теплоснабжения, полюбившимся исследователям из MEMIIT и НИИЖТ, стал предварительный нагреватель воздуха. В различных формах это связано с прохождением воздуха, предназначенного для колосниковой решетки, над нагревательными элементами или между ними, через которые проходит либо отработанный пар, либо горячие топочные газы. «Батарея» элементов располагалась в передней части локомотива, что приводило к появлению локомотивов странного вида.
Пассажирский локомотив Су был обычным объектом для этих экспериментов. С 1933 по 1940 год различные локомотивы оснащались вертикальными или барабанными рядами труб перед дымовыми камерами, через которые поступающий воздух нагревался по мере продвижения к решётке. Накопление сажи и золы внутри труб не позволяло этим устройствам соответствовать даже критериям успеха, установленным в МНИИТ. В 1940 году НИИЖТ оснастил Em724-50 другим типом воздушного отопителя, но результаты оказались неудовлетворительными, после чего на Em707-40 был установлен «улучшенный» (но не более эффективный) отопитель.
Пока всё это происходило, исследователи нашли время, чтобы искать ещё более интересные способы повышения тепловой эффективности. Вентиляторы дымовых камер, которые были установлены на локомотивах-конденсаторах, чтобы заменить паровую тягу на обычных локомотивах, начали устанавливать на локомотивах, не являющихся конденсаторами. Утверждалось, что это обеспечивало более равномерную тягу, позволяя лучше использовать уголь и позволяя использовать более низкосортный уголь.
Брянский завод осуществил первую модернизацию в марте 1939 года, но примерно в то же время в Коломне установили такой же вентилятор на два локомотива Су; последние предназначались для Северо-Кавказской железной дороги, и считалось, что, будучи мазутными, они выиграют.
В итоге их передали Октябрьской железной дороге и переоборудовали в угольные, но, тем не менее, они покинули Коломну с турбокомпрессорами.
Некоторые локомотивы ФД также были оснащены вентиляторами дымовых камер. Вентилятор дымовых камер был одним из тех устройств, дефекты которых были очевидны, но не упоминались. Опыт эксплуатации локомотивов с конденсаторами показал, что эти вентиляторы, вращающиеся с очень высокой скоростью при высоких, но нестабильных температурах, были постоянным источником проблем. Тем не менее, поскольку эта идея исходила от исследователей, пользовавшихся благосклонностью Кагановича, они были установлены в больших количествах.
У них было одно преимущество: во время войны они позволяли локомотивам работать на топливе очень низкого качества. С другой стороны, помимо проблем с обслуживанием, у них был существенный недостаток: когда локомотивы работали на полную мощность, вентиляторы перегревались, тяга прекращалась, и поезд останавливался из-за нехватки пара. Они также создавали значительное противодавление в цилиндрах, иногда достигавшее 1 кг/см2; поэтому они не способствовали повышению механической эффективности, как бы ни повышали тепловую эффективность.
В 1941 году паровоз Эм707-32 под руководством Сыромятникова и его коллег из МЭМИИТ был «комплексно модернизирован» в Ростовских мастерских. Эта модернизация включала установку воздухоподогревателя, подогревателя питательной воды и увеличенного пароперегревателя для компенсации тепловых изменений, вызванных этими двумя устройствами.
Подогреватель питательной воды вскоре вышел из строя, и Сыромятников признал, что он нуждается в гораздо более тщательных исследованиях (которые проводились МЭМИИТ и НИИЖТ).
По словам Сыромятникова, даже без подогревателя питательной воды была достигнута экономия топлива на 20-30 %. В ходе испытаний, проведенных Сыромятниковым и его коллегами, год спустя были получены несколько иные данные об экономии - от 7 до 2%. Очевидно, Каганович был в восторге от этого последнее достижение исследователей MEMIIT, поскольку он щедро раздал награды этому учреждению и распорядился, чтобы еще 20 единиц оборудования были "комплексно модернизированы" для дальнейших испытаний. Воодушевленный, без сомнения, этой поддержкой, Сыромятников написал, что руководители Дирекции тяги НКПС должны "учитывать благоприятные перспективы" комплексной модернизации.
Однако, когда в 1949 году НИИЖТ провел испытания, не было выявлено абсолютно никакого повышения эффективности; противодавление, помимо прочего, уравновешивало любые тепловые эффекты.!
В 1939 году в Коломне были выпущены два Су, 215-48 и 215-49, с полным набором тепловых устройств, которые были так популярны среди исследователей локомотивов. У них была принудительная тяга и воздухоподогреватели, в которых элементы располагались рядом с решёткой и нагревались не горячим газом, а отработанным паром. 215-49 имел подогреватель питательной воды тендерного типа, а 215-48 — аппарат типа «Уортингтон».
После испытаний НКПС решила стандартизировать вариант 215-49, в результате чего появился новый класс — тип «Сум». Было построено около 200 таких локомотивов, но к 1954 году от аппаратов для предварительного подогрева воздуха и воды отказались. Они не только имели дефекты, которые можно было предсказать, исходя из предыдущего опыта с воздухоподогревателями, водоподогревателями и турбовентиляторными двигателями, но и их изменённые тепловые характеристики означали, что их пароперегреватели стали слишком маленькими. Локомотивы серии СО с воздухоподогревателями, предположительно, были модернизированы примерно в то же время.
В 1951 году в результате послевоенного расцвета Сыромятниковской школы локомотивостроения появился Лк-4276. Это был стандартный локомотив типа Л с пароперегревателем дымовой камеры, разработанным Пириным из НИИЖТа под руководством Сыромятникова. Брянск выполнил окончательные чертежи, а Ворошиловград построил локомотив.
Дымовая камера была разделена внутри, и у локомотива было два дымохода. Сыромятников давно утверждал, с теоретическим обоснованием, что традиционное расположение внутри котла не давало достаточно места для действительно большого пароперегревателя. За много лет до этого на локомотиве 2-10-0, построенном в США, был установлен пароперегреватель в дымовой камере, но это не увенчалось успехом. Возможно, конструкция Пирина была бы лучше, но испытания были прерваны и больше не возобновлялись, когда устройство разбилось и сгорело.
Венцом славы школы Сыромятникова стал ФД21-3I28, появившийся вскоре после смерти профессора, в 1952 году.
Это был ФД21-3I28 с революционным котлом, разработанным под руководством Сыромятникова. В 1940 году во Франции Шапелон построил инновационный грузовой локомотив, одной из особенностей которого было использование передней части котла не для повышения давления пара, а для размещения подогревателя питательной воды.
Сыромятников развил эту идею. Утверждая, что только та часть котла, которая находится ближе всего к топке, вырабатывает пар в достаточном количестве, Сыромятников зарезервировал первые две трети корпуса котла для размещения воздухоподогревателя (в передней части) и большого пароперегревателя (в центральной части корпуса котла). Но проект не получил дальнейшего развития, хотя, судя по всему, ничего плохого о нём не писали.
После 1935 года было проведено очень мало исследовательских проектов, направленных на повышение механической эффективности локомотивов. В 1935 году была предпринята неудачная попытка установить золотниковые клапаны Ленца на Су205-58 и Су205-59, а в 1951 году на СО I7-2877 было установлено предохранительное устройство.
Последняя была направлена на временное увеличение сцепного веса.
Одно недорогое механическое усовершенствование было разработано в 1936 году инженером Октябрьской железной дороги Н. И. Патлых, бывшим учеником Раевского. Это была новая конструкция клапанного механизма, которая увеличивала минимальный сцепной вес на 20–30 процентов, сохраняя при этом максимальный сцепной вес на уровне 80 процентов. Это означало как более высокую производительность при запуске, так и более экономичную работу на высокой скорости. Су204-71 был оснащён таким образом в 1936 году, вероятно, по инициативе Октябрьской железной дороги.
В то время устройство не было испытано научно-исследовательским институтом, и НКПС не проявляло к нему интереса. Только в 1947 году клапанное устройство Патлыха было испытано за пределами Октябрьской железной дороги. В НИИЖТ его наконец сравнили с тремя другими вариантами клапанного механизма Су, в том числе с двумя типами, использовавшимися в довоенных и послевоенных партиях. Механизм Патлиха оказался явно самым удачным, но испытания проводились слишком поздно, чтобы его можно было широко использовать, поскольку срок службы Су подходил к концу.
Продолжение следует…