Проект теплопаровоза ТП1

Паровозы в течение долгих десятилетий составляли основу локомотивного парка многих стран. К настоящему времени они уступили свое место более совершенным и эффективным тепловозам и электровозам, однако этот переход не был легким и быстрым. Первые проекты локомотивов с двигателями внутреннего сгорания появились еще в начале прошлого века, но для доведения многообещающей идеи до практического использования понадобилось потратить массу времени и сил. В ходе подобных работ отечественные и зарубежные конструкторы предложили массу оригинальных идей. В частности, в конце тридцатых годов в нашей стране прорабатывался вопрос строительства т.н. теплопаровозов – локомотивов, совмещающих в себе основные черты техники с паровыми силовыми установками и двигателями внутреннего сгорания. Появлению идеи теплопаровоза в определенной мере поспособствовал тот факт, что до начала сороковых годов создатели локомотивной техники имели специфические взгляды на облик перспективных машин. В то время в нашей стране считалось, что тепловоз будущего должен иметь дизельный двигатель и механизм прямой передачи крутящего момента на движущие колесные пары. Подобная архитектура локомотива, применявшаяся на паровозах, не в полной мере подходила технике с дизельными двигателями. Дизели того времени могли нормально работать только при вращении коленчатого вала со скоростью не менее 120-130 оборотов в минуту. Это означало, что тепловоз с прямым приводом просто не сможет завести двигатель на стоянке и тронуться с места без посторонней помощью. К середине тридцатых годов были предложены несколько вариантов перспективных локомотивов, в составе силовой установки которых в той или иной роли использовался дизельный двигатель. Так, студент Московского электромеханического института инженеров транспорта Л.М. Майзель в 1935 году предложил создать локомотив, оснащенный одновременно дизельным двигателем и паровой машиной. Предварительные расчеты показывали, что оба двигателя смогут работать как независимо друг от друга, так и вместе. Народный комиссариат путей сообщения заинтересовался этой идеей и инициировал разработку подобной техники, получившей название «теплопаровоз». В течение следующих лет конструкторы ряда паровозостроительных предприятий и смежных организаций разработали несколько проектов перспективных локомотивов. Единственная известная фотография теплопаровоза ТП1-1. Фото Wikimedia Commons Работы по тематике теплопаровозов продолжались несколько лет, но первый удачный проект такой техники стартовал только в июле 1939 года. Его авторами были инженеры Коломенского паровозостроительного завода. Руководство разработкой осуществляли Л.С. Лебедянский, М.Н. Щукин и А.И. Козякин. Несмотря на сложность, коломенские специалисты быстро справились с созданием проекта и строительством опытного локомотива. На все эти работы ушло всего пять месяцев. Уже в конце 39-го начались заводские испытания нового прототипа. Проект Коломенского паровозостроительного завода получил понятное и очевидное название ТП1 – «Теплопаровоз, первый». Для обозначения локомотива, использовавшегося в испытаниях, использовался индекс ТП1-1. В будущем могли появиться ТП1-2, ТП1-3 и другие машины серии, но этого не случилось. В соответствии с техническим заданием Наркомата путей сообщения, коломенские инженеры должны были разработать теплопаровоз с силой тяги на уровне паровоза ФД или лучше. Он должен был развивать мощность порядка 3000-3500 л.с. При этом до 2000 л.с. следовало получать от газового двигателя, а с паровой машины планировалось снимать не более 1000-1500 л.с. Подобные требования сказались на конструкции локомотива, а также потребовали использования некоторых новых идей. В рамках нового проекта предлагалось использовать ряд оригинальных и смелых технических решений, которые могли обеспечить решение поставленных задач. Кроме того, для упрощения всех работ планировалось широко использовать существующие узлы и агрегаты, а также отработанные идеи. В результате получился локомотив оригинальной конструкции, отличавшийся от техники того времени как внешним видом, так и внутренним строением. При этом в его конструкции широко использовались агрегаты существовавших в то время серийных паровозов. Основой теплопаровоза ТП1 стала экипажная часть с осевой формулой 1-5-1, в конструкции которой было видно влияние паровоза ФД. На раме крепилась одна беговая ось, пять движущих и одна поддерживающая. Беговая и поддерживающая оси оснащались колесами малого диаметра, движущие – крупными, диаметром 1,5 м. На раме экипажной части установили котел, разработанный на основе агрегатов паровоза Су. После некоторых доработок конструкции ряд параметров базового котла изменился в ту или иную сторону. В результате всех доработок котел теплопаровоза ТП1 имел испаряющую поверхность 170,6 кв.м и пароперегреватель площадью 80,5 кв.м. Имелась колосниковая решетка площадью 4,67 кв.м. В котле достигалось давление пара до 13 кгс/кв.см. Предполагалось, что котел будет использоваться для движения с малыми скоростями. При разгоне предлагалось подключать к работе тепловой двигатель. Теплопаровоз ТП1 имел любопытную компоновку агрегатов. Перед котлом установили переднюю кабину с рабочим местом машиниста. Такая кабина с лобовыми стеклами улучшала обзор и позволяла машинисту с большим удобством следить за дорогой, сигналами и т.д. При этом позади котла сохранилась кабина «классической» конструкции. Там должна была находиться обслуживающая бригада, отвечающая за эксплуатацию котла, подачу топлива и т.д. Сзади к основной машине пристыковывался тендер, состоящий из двух частей. В передней располагались вентиляторы, газогенераторы и угольная яма. Задняя часть тендера, в свою очередь, оснащалась цистерной для воды, пароконденсаторами и некоторыми другими агрегатами. Для экономии места на теплопаровозе газогенераторы теплового двигателя, пароконденсаторы и ряд других узлов, используемых силовой установкой, были смонтированы в тендере. Локомотив и тендер соединялись набором трубопроводов для передачи генераторного газа, воды и пара, а также винтовыми конвейерами для твердого топлива. Наибольший интерес в проекте ТП1 представляла конструкция силовой установки, совмещавшей в себе черты паровой машины и дизельного двигателя. По бокам от котла, в центральной части локомотива, предлагалось устанавливать по два цилиндра диаметром по 500 мм каждый. Внутри цилиндра помещались два поршня с ходом 700 мм. Поршни располагались таким образом, что цилиндр разделялся на три отдельные камеры. В общей сложности в составе подобной силовой установки имелось четыре цилиндра, восемь поршней и 12 камер. Цилиндры каждого борта размещались горизонтально, один над другим. Поршни соединялись с шатунами, ползунами, коромыслами и другими деталями, которые преобразовывали их возвратно-поступательное движение во вращение отбойных валов с маховиками. В конструкции экипажной части присутствовали два таких вала, перед движущими осями и позади них. Отбойные валы оснащались дышлами, соединенными с движущими колесами. При использовании такого двигателя в режиме паровой машины распределение пара выполнялось при помощи механизма Маршаля. Отработанный пар не выбрасывался в атмосферу, а по трубопроводам отправлялся в пароконденсаторы тендера. Это позволило значительно снизить расход воды. Работа в режиме дизеля обеспечивалась турбогазовоздуходувкой, обеспечивающей подачу газовоздушной смеси в цилиндры. Кроме того, цилиндры оснащались электрическими свечами. Силовая установка теплопаровоза должна была работать в режиме перовой машины при начале движения и разгоне до скоростей порядка 15-25 км. При достижении этой скорости частота движения поршней позволяла переходить на применение дизельного двигателя. Пять газогенераторов, установленных в тендере, должны были потреблять твердое топливо (антрацит) и вырабатывать горючий газ в количестве порядка 4800 куб.м в час. Для повышения производительности газогенераторы оснащались паротурбинным насосом мощностью 300 л.с., прокачивавшим через них 200 куб.м воздуха в минуту. Генераторный газ подавался в теплообменник для подогрева воды, поступающей в котел. В специальных котлах-утилизаторах газ охлаждался с 700°C до 200°C, после чего поступал на калорифер и два фильтра. В ходе фильтрации из газа удалялась вся угольная пыль, а кроме того, он дополнительно охлаждался до 100°C. После этого горючий газ смешивался с атмосферным воздухом и подавался в центральные камеры четырех цилиндров. Передние и задние камеры использовались только для подачи пара. При встречном движении поршней производилось сжатие газовоздушной смеси, после чего смесь загоралась от искры электрической свечи. Выхлопные газы выбрасывались наружу. Характерной особенностью проекта ТП1 было использование общих цилиндров, предназначенных для применения на всех режимах работы. При начале движения, разгоне или торможении перспективный теплопаровоз должен был использовать пар, образуемый в котле, а на скоростях свыше 20-25 км/ч появлялась возможность подключения теплового двигателя, заметно повышающего общую мощность силовой установки. Схема теплопаровоза ТП1. Рисунок журнала "Техника - молодежи" Использование оригинальной силовой установки и ряда новых агрегатов сказалось на массе конструкции. Общая рабочая масса теплопаровоза ТП1 без тендера достигла 158 т, сцепная масса составила 120 т. Для сравнения, паровоз ФД, который был своеобразным эталоном при разработке нового проекта, в рабочем состоянии весил не более 145 т, а самые тяжелые модификации имели сцепную массу на уровне 110 т. По расчетам, первый отечественный теплопаровоз должен был иметь достаточно высокие характеристики. Так, конструкционная скорость была определена на уровне 85 км/ч. Расчетный коэффициент полезного действия составлял 11%. Для сравнения, аналогичный параметр паровозов того времени не превышал 6-8%. Таким образом, перспективный локомотив заметно превосходил существующую технику по экономичности и поэтому представлял большой интерес для железнодорожников. Работы по проекту ТП1 начались в середине лета 39-го, а строительство опытного теплопаровоза завершилось в середине декабря. 26 декабря локомотив с условным обозначением ТП1-1 и личным именем «Сталинец» впервые вышел на железнодорожные пути. В этот день была выполнена первая испытательная поездка по существующей линии от станции Голутвин в сторону г. Рязань. В дальнейшем Коломенский паровозостроительный завод провел некоторые другие испытания, по результатам которых была выполнена доводка конструкции. Заводские испытания и совершенствование конструкции продолжались до июня 1940 года. После этого доработанный локомотив отправили в Москву, где должны были пройти испытания на базе Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. На экспериментальном кольце института опытный теплопаровоз испытывался с июня по ноябрь того же года. За это время было выполнено 76 (по другим данным, 78) тестовых поездок, за время которых локомотив преодолел 1790 км. Во время испытаний в Москве были выявлены новые недостатки конструкции. На этот раз дело касалось конструкции оригинальной силовой установки. Специалисты НИИ Железнодорожного транспорта установили, что комбинированный двигатель может стабильно работать только в режиме паровой машины. При подаче газовоздушной смеси начинались проблемы. При разгоне до скоростей на уровне 40-45 км/ч силовая установка стабильно работала не более 10-15 минут. После этого начинались преждевременные вспышки топлива, происходившие уже на стадии подачи смеси в цилиндры. Подобная проблема не позволяла продолжать движение, не говоря уже о дальнейшем разгоне. В ноябре 1940 года опытный локомотив ТП1-1 отправили в Коломну для осуществления необходимых доработок. За следующие несколько месяцев рабочие завода исправили ряд мелких недостатков, а также доработали силовую установку. Расчеты показали, что причиной нестабильного поведения двигателя и преждевременного возгорания газовоздушной смеси является повышенное давление в центральных камерах цилиндров. Для сокращения давления до приемлемого уровня пришлось уменьшить длину головок поршней, тем самым немного увеличив размеры центральных камер. Совершенствование теплопаровоза «Сталинец» завершилось в начале лета 1941 года. В самое ближайшее время планировалось начать новый этап испытаний и доводки, которые в итоге могли открыть локомотиву дорогу к серийному производству и использованию на железных дорогах страны. Тем не менее, началась Великая Отечественная война, из-за чего масса перспективных проектов была заморожена или закрыта в связи с невозможностью продолжения работ. Проект ТП1 пополнил печальный список проектов, которые не были реализованы из-за начала войны. Дальнейшая судьба первого отечественного теплопаровоза, вышедшего на испытания, неизвестна. Вероятно, в течение некоторого времени он хранился на одном из предприятий, а после был разобран на запчасти или утилизирован. При этом нельзя исключать, что опытный локомотив применялся по прямому назначению для перевозки грузов, однако данные на этот счет отсутствуют. Так или иначе, единственный образец теплолокомотива ТП1 до наших дней не дожил. Следует отметить, в предвоенный период разработкой теплопаровозов занимались не только в Коломне. К этой программе также был привлечен Ворошиловградский завод им. Октябрьской революции. Перед Великой Отечественной и сразу после нее специалисты этого предприятия разработали два проекта перспективных теплопаровозов, которые тоже представляют большой интерес с точки зрения техники и истории. По материалам: http://rzd-expo.ru/ http://ivan1950.tripod.com/ http://mstrainsim.narod.ru/ http://zdrus.narod.ru/ Курихин О. Коломенский теплопаровоз // Техника – молодежи, 1980. №11