После постройки и первых испытаний пассажирского теплопаровоза типа 1―4―1 в конце 1940 г. на Ворошиловградском паровозостроительном заводе под руководством главного конструктора П. А. Сороки началось проектирование теплопаровоза типа 1―5―1, предназначенного для тяги грузовых поездов и равного по мощности паровозу серии ФД. Принцип устройства и работы нового грузового теплопаровоза был такой же, как пассажирского типа 1―4―1. Постройка грузового теплопаровоза типа 1―5―1 велась в 1941 г. и к началу войны была почти полностью закончена, но из-за начавшихся военных действий была прервана на завершающей стадии. Она возобновилась в начале 1945 г., причём на основании накопленного к этому времени опыта эксплуатации пассажирского локомотива для грузового был перепроектирован и заново изготовлен ряд узлов, неудовлетворительно работавших на теплопаровозе типа 1―4―1. Это такие узлы, как цилиндровый блок, поршни, шатуны, парогазовые клапаны, система охлаждения и др. Таким образом, в нём были учтены все конструктивные недостатки, выявившиеся при опытной эксплуатации пассажирского теплопаровоза. Грузовой теплопаровоз запроектирован для работы по смешанному циклу – парогазовому, такому же, как на пассажирском теплопаровозе. Это позволило упростить машину, улучшить её тягово-теплотехнические характеристики и повысить тяговые свойства локомотива в целом. Локомотив состоял из парового котла, ходовой части, парогазовой машины и тендера. От пассажирского теплопаровоза он отличался машиной, которая состояла из четырёх цилиндров, имеющих по два разбегающихся поршня. Поршни при помощи шатунов и ведущих дышел связаны с отбойными валами и колёсами. Спарники, связывающие колёса и отбойные валы, одновременно служили синхронизатором для поршней. В сентябре 1948 г. работы по переделке теплопаровоза типа 1―5―1, получившего номер 8001, были закончены. Котёл нового теплопаровоза имел поверхность нагрева общую 230 м2, испаряющую 221 м2, поверхность нагрева пароперегревателя 113,5 м2, площадь колосниковой решётки 6 м2 и давление пара 17 ат. С каждой стороны теплопаровоза располагалось по два цилиндра. Поршни передних полостей машины диаметром 400 мм были связаны через скалки, крейцкопфы и шатуны с качалкой и одновременно жёстко соединялись с поршнями задних полостей диаметром 425 мм. Вторые поршни задних полостей также имели диаметр 425 мм и были тронкового типа, т. е. машины, в отличие от пассажирского теплопаровоза, имели только две полости. Задние полости цилиндров предназначались для работы на паре и по парогазовому циклу. Ход поршней машины равнялся 770 мм, диаметр движущих колёс – 1500 мм. Мощность теплопаровоза составляла 3200 л.с., конструкционная скорость 85 км/ч. Согласно проекту общая масса теплопаровоза в рабочем состоянии должна была составлять 141 т, сцепная масса – 107 т; фактически же эти массы по данным взвешивания равнялись соответственно 152,9 и 116,3 т.
В качестве продувочного насоса использована поршневая воздуходувка. Давление продувочного воздуха 0,3 ати. Парораспределение Гейзингера. Тендер шестиосный. Теплопаровоз снабжён отбойными валами, что исключало необходимость в ведущем колесе и тем самым давало возможность удлинить пробег между обточками до 80 – 100 тыс. км.
При трогании с места с поездом локомотив разгонялся паром до скорости 10 км/ч и в это время двигатель его работал как паровая прямоточная машина с разбегающимися поршнями. Как только локомотив достигал скорости 10 км/ч, машина автоматически переводилась на парогазовый цикл. При расхождении поршней продувочный воздух заполнял объём между поршнями; при схождении поршней воздух сжимался и при подходе к мёртвому положению газовые толкатели топливного насоса подавали мазут к форсунке, через которую топливо впрыскивалось в камеру машины. Мазут воспламенялся, и поршни под давлением газов начинали расходиться. В момент, когда давление в цилиндре выравнивалось с котловым давлением, распределитель автоматически открывал впуск пара на линии расширения газа, причём установленная реверсом отсечка регулировала его количество, отсекая впуск пара в нужной части хода поршней. Пар, смешиваясь с газами, перегревался до 600 – 700°С и, действуя совместно с газами, доводил поршни до крайних мёртвых положений, после чего происходил выхлоп. Затем процесс повторялся. Такое решение позволяло получать нужный крутящий момент при работе двигателя внутреннего сгорания. По мере снижения нагрузки, например, при переходе поезда на более лёгкий профиль, появлялась возможность уменьшить отсечку или перейти полностью на газовый цикл и с определённого момента использовать машину только как двигатель внутреннего сгорания, имея четыре выхлопа за оборот колеса. В последнем случае обеспечивалась сила тяги примерно 10000 – 12000 кгс.
При наличии описанных конструктивных особенностей теплопаровоз был в состоянии развивать большую мощность по сравнению с эквивалентным по котлу паровозом, так как к работе пара приплюсовывалась работа газа; в свою очередь уменьшение размеров котла давало возможность обойтись без стокера и камеры догорания; снижались также затраты металла на единицу мощности и т. д. Всё это в своей совокупности должно было снизить эксплуатационные расходы по содержанию и уходу за локомотивом. Однако при заводских испытаниях теплопаровоза №8001 в 1948 – 1949 гг. было установлено, что до скорости 30 км/ч двигатель работал неустойчиво, наблюдалось сильное подёргивание теплопаровоза. При работе двигателя внутреннего сгорания из-за высоких давлений при вспышках в цилиндрах, доходивших до 55 ат вместо 36 ат по проекту, у теплопаровоза возникали большие динамические усилия, приводящие к перегрузке движущего механизма; среднее индикаторное давление в задних полостях цилиндров при работе на паре составляло 5 – 7 ат вместо 10 – 13 ат, принятых по расчёту. Предусмотренную дополнительную подачу пара в дизельные полости цилиндров при снижении давления газа до давления пара в котле осуществить практически не удалось, а предлагавшийся конструкторами отказ от парогазового цикла снизил бы проектную мощность локомотива и сделал бы его по существу повторением пассажирского теплопаровоза. В результате теплопаровоз №8001 так и остался на Ворошиловградском паровозостроительном заводе, а позже, как и большинство экспериментальных локомотивов, был отправлен на металлолом.
Поддержите канал-поставьте лайк.
