Благородная родословная
Идея постройки более мощного, а значит и более тяжелого паровоза с пятью движущими осями вместо четырех вызывала интерес у промышленников Европы еще в конце XIX века. Было просчитано, что чистая прибыль использования паровозов с новой колесной формулой 0-5-0 возрастала от увеличения пропускной способности железных дорог. Кроме того, такие паровозы сулили экономию капиталовложений не только благодаря меньшему расходу топлива, но и, что самое важное, они не требовали укрепления железнодорожного пути, так как нагрузка на рельс от одной оси, как и при четырех движущих осях, оставалась неизменной — до 16 т.
Практика австрийского применения таких новых паровозов в самом конце того же XIX века отмела в сторону и последние сомнения скептиков — паровозы с колесной формулой 0-5-0 хорошо вписывались во все европейские повороты и зигзаги железнодорожных путей.
Естественно, не желали терять свои «копейки» и промышленники Российской империи, в результате чего было принято решение о замене отечественных паровозов типа 1-4-0 серий Ц, Ш, X на локомотив с бóльшим сцепным весом. Учитывая положительный опыт Европы, в 1908 г. определились и со своими требованиями к такому паровозу: паровозы типа 0-5-0 должны были иметь более мощный котел и обеспечивать скорость на подъеме не ниже 10 км/ч, что считалось тогда хорошим показателем.
Эскизный проект нового отечественного паровоза типа 0-5-0 был совместно выполнен инженерами Владикавказской железной дороги М.Е. Правосудовичем и В.И. Лопушинским и представлен на рассмотрение в комиссию под председательством профессора Н.Л. Щукина. Сам председатель, да и многие члены комиссии, сомневались в хорошей проходимости такого паровоза по российским изгибам железных дорог. Однако, взвесив все «за» и «против», комиссия все же одобрила проект с радужными оттенками ожидаемой от этого прибыли: «приветствовать появление проекта товарного паровоза 0-5-0 с давлением на ось 16 т». Как видим, там, где крутились большие деньги, решения принимались достаточно быстро, чего не скажешь о печальных судьбах многих иных изобретений российских гениев с неясными перспективами и финансовыми результатами.
В 1912 г. на Луганском паровозостроительном заводе началась постройка первых паровозов типа 0-5-0. Технические параметры паровоза Э (такое обозначение получил новый паровоз) по положительным результатам всесторонних испытаний были утверждены спустя два года. А теперь любопытный момент. Как такое иногда бывает, подписав решение о паровозе, Э. Щукин неосознанно поставил крест на своем же детище — выпуск новых паровозов серии Щ, начатый в 1912 г., продолжался после этого всего два года.
По окончании Первой мировой и гражданской войн Страна Советов заполучила и разваленный железнодорожный транспорт. Количество неисправных паровозов доходило до 60% от имевшегося парка. Наиболее мощные по тому времени паровозы серий Э составляли от общего числа национализированных паровозов всего 4%. Парк грузовых локомотивов состоял преимущественно из маломощных паровозов серий Щ (с колесной формулой 1-4-0) и О (с колесной формулой 0-4-0), поэтому основной задачей Советской власти первых лет этого периода стало восстановление парка старых, а в перспективе — и создание новых паровозов.
Как и следовало ожидать, практика выявляла необходимость постоянных конструктивных улучшений любой техники. Несмотря на то, что паровозы типа Э выпускали все отечественные паровозостроительные заводы, львиная доля изменений в его конструкцию в дореволюционной России пришлась на Луганский завод как на ведущий по данному типу. Изменениям, доработкам и нововведениям подверглась вся конструкция паровоза, вплоть до песочниц, и такая тенденция оставалась существовать и после революции. Так постепенно в умах конструкторов и заказчика выкристаллизовывался новый, более мощный и менее хлопотный паровоз.
И наконец, заканчивая о подноготной паровоза СО, последние штрихи о его прародителе.
В 1891 г. Коломенский паровозостроительный завод построил небольшой танк-паровоз с осевой формулой 0-2-0. Это был первый для Российской империи паровоз с конденсацией пара. Предназначался он для обслуживания легких пригородных поездов и как новинка был направлен на Юго-Западную железную дорогу с припиской в депо Киев.
Конструкция паровоза была любопытной. Часть отработавшего пара из машины направлялась в трубчатый конденсатор, расположенный на крыше, где пар охлаждался естественным воздухом, при этом на стоянках конденсация была хуже — конденсатор не обдувался возникающим во время движения потоком воздуха. Сконденсированная вода стекала в водяной бак и возвращалась в котел, где давление пара достигало 10 кгс/см2 . Восемь таких паровозов даже были построены для военных нужд и направлены на Дальний Восток.
В 1904 г. Коломной были спроектированы и построены дополнительно еще два танк-паровоза с конденсацией пара, уже для Одесской городской железной дороги, и два — для Петербургской лесной дороги взамен тамошней конной тяги.
В Советской России работы в этом плане продолжились. С целью параллельного испытания тепловоза и паровозов с конденсацией пара, НКПС отправил в 1933 г. на завод Хеншель (Германия), для оборудования более совершенными конденсационными устройствами, паровоз типа Э зав. номер 5224, построенный этим же заводом в 1921 г. Этот доработанный паровоз, получивший обозначение ЭГК 5224, был первым, а до появления СОК — единственным в Советском Союзе довольно-таки мощным паровозом с конденсацией пара. Его основные параметры остались такими же, как и у паровозов серии ЭГ , увеличились лишь сцепная масса с 80 до 84 т и масса тендера в рабочем состоянии с 52 до 71 т.
Длительные и всесторонние испытания «европейского» ЭГК на суровых просторах России выявили сложность и затратность его ремонта. Были и конструктивные недостатки. В результате неудавшиеся попытки улучшить плохое отделение масла от конденсата, замерзания холодильника, неудовлетворительной регулировки газососа, в конце концов привели к тому, что НКПС потерял живой интерес к ЭГК 5224 как паровозу с конденсацией пара. Но это была иностранная система конденсации, и требовалось доказать, что советские системы лучше — правда, для этого напрашивался более мощный паровоз. Поэтому для начала Коломенский завод переделал еще 18 штук все тех же паровозов типа ЭМ под конденсацию пара.
В итоге после окончания испытаний паровоз ЭГК 5224 в 1937 г., а позже и те ЭМК поступили в депо Сарепта Сталинградской железной дороги и были последовательно выведены из эксплуатации лишь к 1965 г.
Мы забежали несколько вперед, разговаривая о паровозах с конденсацией пара. Безусловно, были и ФД с конденсацией пара, 10 неудачных опытных единиц. Но всех их вместе взятых было несравненно мало с тем объемом паровозов СО, на которых изначально пал жребий конструкторского внедрения конденсации пара. А пока же вернемся назад, к стандартному варианту прародителя паровоза СО.
Паровозы серий Э имели мощность около 1000 л.с., расчетную силу тяги 17,8 тонн и довольно высокий КПД. — до 7,8%, что достигалось перегревом пара до 300o С. Э успешно эксплуатировались и в годы Великой Отечественной, причем из-за своей простоты и надежности оказались идеальными прифронтовыми локомотивами. Этот паровоз оказался лучшим товарным поездом дореволюционной постройки и строился со многими улучшениями вплоть до конца эры паровозов.
На паровозе Э машинист П.Ф. Кривонос летом 1938 г. прославился на всю страну (кто учился в советской школе — с его успехом знаком, и сегодня его именем назван один из пассажирских электровозов ВЛ «Укрзализныци»). По состоянию на 1 января 1940 г. паровозы серии Э эксплуатировались на 38 из существовавших тогда 43 железных дорог Советского Союза.
Конечно, паровозы серии Э были и так востребованы, однако поднявшаяся из руин двух войн — Первой мировой и гражданской — Советская Республика нуждалась в таком локомотиве, который воплотил бы в себе все преимущества уже конструктивно устаревающего паровоза серии Э, а именно: его хороший КПД, простоту, сравнительно малую нагрузку на рельсы, возможность дешевого переоборудования под систему конденсации. Новый паровоз должен был оставить за собой многолетние наработки и опыт паровозных бригад по эксплуатации паровоза Э, он должен был строиться без особых перепрофилирований производств на всех заводах, а эксплуатироваться без перестройки депо, поворотных кругов и ж/д полотна. Кроме того, к новому паровозу требовалось дополнительно еще одно маленькое, но весомое условие — повышенная мощность без существенного увеличения расхода топлива и воды.
Новый паровоз виделся как локомотив для вождения среднегруженых составов и как «вездеход» — его должны были выдерживать все линии с легким покрытием пути. Следует отметить, что проблема легкого покрытия железнодорожного полотна крайне остро стояла перед Советским Союзом. Если в европейской части страны тяжеловозы типа ФД или ИС могли применяться часто и густо, то чем дальше на восток, тем сильнее на первый план выходили именно паровозы Э, способные пройти любые участки пути хоть по Турксибу, хоть по Транссибу, а на севере — и по индустриализирующемуся Уралу. Но их мощности уже не соответствовали новым задачам рвущегося из оков экономической блокады нового государства. Вдобавок ко всему засушливые районы Средней Азии, малозаселенные районы Севера и Дальнего Востока остро нуждались в таком локомотиве, который бы мало зависел от воды. Немецкая система конденсации пара не прошла, первые тепловозы оказались «сырыми», о чем мы еще вскользь поговорим, для электровозов требовались значительные капиталовложения под электрификацию дорог, оставался единственный выход — новый паровоз, а на его базе — и паровоз с конденсацией пара. Но серийного не существовало, его еще надо было создавать.
Шаги вперед с оглядкой назад
Технический проект нового паровоза разработки советских конструкторов был создан в 1933 г. в бюро мощных локомотивов Ленинградского института инженеров железнодорожного транспорта (НИИ реконструкции тяги НКПС) под руководством профессора К.А. Шишкина, при участии д-ра техн. наук П.А. Слитикова и др. Основная мысль проекта состояла в следующем: переход от осевой формулы типа 0-5-0 к типу 1-5-0 позволял бы при сохранении той же нагрузки от колесных пар на рельсы значительно увеличить котел, а следовательно, и повысить мощность и скорость движения паровоза.
Детальное (под установочную партию) проектирование паровоза было поручено Харьковскому паровозостроительному заводу под руководством главного конструктора П.М. Шаройко. В свете новых традиций Страны Советов к 7 ноября 1934 г. завод построил первый в Советском Союзе паровоз с новой колесной формулой 1-5-0.
В январе 1935 г. под руководством д-ра техн. наук проф. В.Ф. Егорченко проводилось испытание нового паровоза СО на опытном кольце ЦНИИ в Подмосковье. Результаты испытаний показали, что мощность паровоза… превысила расчетную.
На испытаниях при малых скоростях паровоз СО развил силу тяги на 8% больше, чем паровоз Эм. При этом на больших скоростях этот показатель возрастал на 35%. Увеличение силы тяги дало прирост скорости на расчетном подъеме на 30-35% при одновременном увеличении веса состава на 6-7% (первоначально конструкционная скорость паровоза составляла 65 км/ч, результаты испытаний дали основание ее повысить до 70, а в 1936 г. — и до 75 км/ч). Вес паровоза увеличился на 12- 15%, а вот информация о КПД паровоза у авторов вызвала некоторое удивление — на паровозе СО17-2956, находящемся в Нижненовгородском музее, утверждается, что он составляет 6,5%, т.е. ниже, чем у Э. Этому вряд ли стоит верить, ибо запускать в производство заведомо третьесортную технику в годы экстренной индустриализации страны было бы опасно для жизни — скорее всего, как минимум КПД СО должен быть равен Э. К ошибочности этой надписи мы еще вернемся, но уже по другому поводу.
Первые паровозы СО были направлены на Московско-Рязанскую железную дорогу, где и прошли положительно пробную эксплуатацию.
Выйдя вслед за ФД на просторы страны, СО вскоре твердо закрепил новое достижение машинистов — увеличение весовых норм вождения составов. Если до 1936 г. стандартом являлся поезд с грузом 2500 тонн, то менее сильный новичок СО, повторив достижения ФД, произвел настоящий фурор. Старые каноны были с легкостью побиты, и НКПС увеличил нормы вождения составов до 4000 тонн, что было в те времена достаточно серьезным успехом советской инженерной мысли на фоне мировых держав. Мощные паровозы Страны Советов стали системой, а не исключением из правил.
Что интересно, практика эксплуатации паровозов СО подтвердила еще одни прогнозы конструкторов — площадь колосниковой решетки этого паровоза оказалась предельной по физическим нагрузкам для человека, и дальнейшее увеличение площади решетки влекло бы за собой применение углеподатчика. Поэтому с целью возможного будущего усовершенствования паровоза шуровочное отверстие топки было сразу спроектировано из расчета будущей установки такого механизма.
Конструктивно паровоз СО имел много общего от своего предшественника, но были и существенные усовершенствования.
В отличие от паровозов серии Э, имевших топки с плоскими потолками кожуха и огневой коробки, на паровозах серии СО были сделаны радиальные топки с цилиндрическим потолком, хорошо зарекомендовавшие себя на паровозах серии ЕЛ . Для уменьшения зарастания элементов накипью и их прогорания вместо перегревателя системы С.М. Чусова был установлен передовой двухоборотный пароперегреватель Шмидта типа Ж-241. В топке устанавливались кипятильные трубы с переменным по длине диаметром от 80 до 89 мм.
Котел был спроектирован заново. Цилиндрическая часть котла склепывалась из трех барабанов, соединенных внахлест. Сухопарник устанавливался на втором барабане. Передняя дверка дымовой коробки была сделана небольшого диаметра, что значительно облегчало ее открывание и обеспечивало более плотное ее прилегание к переднему листу дымовой коробки.
Паровая машина паровоза серий СО осталась та же, что и у паровоза серий Э. Она имела цилиндрические золотники диаметром 250 мм, диаметр поршня составлял 650 мм с ходом 700 мм, парораспределительный механизм — системы Гейзингера.
Рама паровоза, подобно паровозу Э, осталась листовой, с толщиной полотен 32 мм. Ведущая ось — третья сцепная. Бандаж ведущей оси спроектирован безребордным. Передняя тележка одноосная системы Бисселя была выполнена взаимозаменяемой с передней тележкой уже существовавшего с 1931 г. паровоза серии ФД, максимальное отклонение тележки составляло 125 мм на сторону. Переднее и заднее сцепные колеса имели поперечное перемещение по 6 мм в стороны, второе и четвертое сцепные колеса — по 4 мм, ведущее колесо не имело поперечного перемещения. Все это позволяло вписываться паровозу в любые изгибы пути. Подвешивание спаренных колес предусматривалось одинарным, а подвешивание бегунка — двойным. Рессорное подвешивание паровоза осуществлялось в трех точках и состояло из следующих групп: передней — из рессор бегунковой оси и первых двух сцепных осей, двух задних — из соединенных продольными балансирами рессор третьей, четвертой и пятой сцепных осей правой и левой сторон паровоза.
В экипажной части были применены новые шатуны и спарники, были усилены параллели и пальцы кривошипов. От паровоза ЭМ были взяты колесные пары диаметром 1320 мм, буксы, буксовые направляющие и частично — рессорное подвешивание. Была усилена ось ведущей колесной пары.
Общая масса паровоза в рабочем состоянии составила 96,5 т, сцепная масса — 87,5 т, т.е. средняя нагрузка от движущей колесной пары на рельсы составила до 17,5 тс. По законам обозначения паровоз СО должен был теперь именоваться как СО17. В случае увеличения нагрузки от оси на рельс изменялась и цифра, что и произошло с СО19.
Паровоз серии СО имел такие же габаритные размеры, как и паровоз самой массовой серии ЭМ.
Однако эксплуатация, как это и должно быть, благие намерения разработчиков максимально облегчить заводам ускоренный перевод производства с одного типа паровоза на другой выявила и существенные конструктивные недостатки паровоза СО.
Так, например, новое развитие теории паровозостроения выявило эффект сильного «мятия» пара в каналах перед цилиндрами. Согласно этой теории каналы от сухопарника к цилиндрам машины следовало делать с минимальным количеством изгибов, а при их наличии — с максимальной их гладкостью и пропускной способностью (такие меры снижают потерю кинетической энергии молекул пара об изгибы и стенки каналов и максимально сохраняют эту энергию для удара о поршни цилиндров).
Кроме того, малый диаметр движущих колес, нижнее рессорное подвешивание повлекли за собой недостаточную уравновешенность машины на ходу. Листовая рама от паровоза Э воспринимала новые повышенные нагрузки несколько хуже. Ручное отопление выматывало кочегара. С дальнейшим развитием требований к паровозам вскоре на СО стал проявляться еще один конструктивный эффект отставания от прогресса — недостаточная температура перегретого пара.
Из всех перечисленных недостатков наиболее уязвимым и трудно исправимым местом паровоза СО оказалась все же его слабая экипажная часть. Все это и породило необходимость поиска замены этому паровозу, и только благодаря близившемуся закату эры паровой тяги паровоз СО успел стать самым массовым и таким же знаменитым, как ФД или ИС, а последующий за СО паровоз серии Л так и не успел затмить его собой ни количеством, ни именем, ни подвигом.
Статья была опубликована в августовском номере журнала "Наука и техника" за 2011 год
