Теплопаровоз
ТЕПЛОПАРОВОЗ - локомотив, энергетическая установка, которая состоит из дизельного двигателя, парового котла и паровой машины, работающих совместно. В конструкции теплопаровоза объединены элементы тепловоза непосредственного действия и паровоза; теоретически такой локомотив должен обладать положительными свойствами этих локомотивов. Попытки создания теплопаровоза в 20-30-е гг. 20 в. в разных странах различными изобретателями и фирмами относились к начальному периоду разработки конструкций тепловозов и ставили задачей реализовать идею тепловоза непосредственного действия, которая в России разрабатывалась в 1906-1912 гг. проф. В. И. Гриневецким, в 1910-1913 гг.- инж. А. И. Липецом, в те же годы в Германии – Р. Дизелем (см. в ст. Тепловоз).
Общие сведения
Усилия изобретателей были направлены на то, чтобы устранить ставшую уже тогда очевидной неизбежную необходимость промежуточной передачи, усложнявшей и удорожавшей конструкцию. В СССР идея теплопаровоза была выдвинута и разработана в 1935 г. инж. Л.М. Майзелем (МЭМИИТ), который предложил для работы паровой машины в режиме паровоза и дизеля в тепловозном режиме использовать одни и те же рабочие цилиндры двигателя. Предусматривались также возможность одновременной работы паровой и дизельной части энергетической установки теплопаровоза (так локомотив был назван изобретателем), что отличало его от предыдущих разработок, где паровая машина использовалась лишь для трогания с места и разгона локомотива, а дизель работал в режиме поездного движения (например, тепловоз с паровым котлом, построенный в Великобритании в 1928 г.). Предполагалось, что такое сочетание двух тепловых двигателей позволит повысить мощность локомотива за счет мощности дизеля и увеличить его пробеги между наборами воды из-за меньшего расхода пара. В 1939 г. на Луганском заводе с участием Л. М. Майзеля был разработан проект и построен пассажирский теплопаровоз с осевой формулой 1-4-1, который на испытаниях развивал мощность до 2200 кВт при движении со скоростью поезда около 80 км/ч.
Конструкция
Теплопаровоз имел два рабочих цилиндра по типу двухтактного тепловозного дизеля с расходящимися поршнями. До скорости 15-25 км/ч во все три полости цилиндра (по обе стороны поршней и между ними) подавался пар. При увеличении скорости в среднюю полость цилиндра подавалось жидкое топливо и она работала как двигатель внутреннего сгорания, в то время как внешние полости цилиндра продолжали работать как паровые машины. Первый теплопаровоз (№ 8000), находился в опытной эксплуатации с 1941 г. на Октябрьской, Московско-Рязанской и Ташкентской железных дорогах. Ряд существенных конструктивных недоработок не мог быть полностью устранен при его неоднократных переделках. Отстутствие в то время возможности и средств автоматизации не позволяло обеспечить удовлетворительное согласование режимов работы дизельной и паровой части энергетической установки. В 1948 г. работы по его совершенствованию были прекращены. В 1940-1948 гг. на заводе был создан более мощный тип грузового теплопаровоза с осевой формулой 1-5-1 (№ 8001). Были продолжены попытки реализации главной идеи – повышение рачетного кпд локомотива до 14-16% (по сравнению с 6-8% у паровоза) за счет достижения совместной и согласованной работы паровой и дизельной частей энергетической установки. В частности, предполагалось использовать возможность работы средней части цилиндра по парогазовому циклу с дополнительным впуском пара из котла в дизельную полость. Работа также не была доведена до успешного результата. В 1939 г. опытный грузовой теплопаровоз создан на Коломенском заводе. Энергетическая установка этого локомотива была еще сложнее: тепловой двигатель имел четыре цилиндра (по два с каждой стороны), конструкция объединяющего их кривошипно-шатунного механизма с двумя отбойными валами была очень громоздкой. Дизель был рассчитан на работу без жидкого топлива – на газе, поэтому в состав энергетической установки был включен газогенератор для газификации угля, который использовался для топки парового котла. В 1940 г. теплопаровоз, названный ТП1-1, был испытан на кольце ВНИИЖТ, но работы по его доводке не были завершены.
Недостатки
Идея теплопаровоза была не вполне корректной, т. к. «искусственное» совмещение паровой машины и дизеля в одном цилиндре не оправдано также и из-за того, что не совпадают оптимальные значения величин сжатия воздуха в цилиндре дизеля и пара в паровой машине. Степень сжатия воздуха в цилиндре дизеля, работающего по принципу самовоспламенения топлива за счет высокой температуры сжатого воздуха, принципиально должна быть высокой (не менее 10-12), в то время как в паровой машине паровоза сжатие пара вообще играет вспомогательную роль. В результате оба тепловых двигателя совместно работали существенно менее эффективно, чем могли бы работать по отдельности – на тепловозе и паровозе. Потому работы по созданию теплопаровозов прекратились по мере расширения производства тепловозов.