История локомотива

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀ ^{Глава 13} Генрих Целли ⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

на одном валу, заставил вал вращаться, пользуясь реактивной силою пара, выходящего из этих лопаток, и создал тип реактивной паровой турбины.

Использование энергии пара в турбинах представляло большие преимущества перед паровой машиной Уатта, однако турбины имели огромный недостаток, а именно — чрезвычайно большую скорость вращения. Турбина Лаваля делала около тридцати тысяч оборотов в минуту, а турбина Парсонса около восемнадцати тысяч. Практически двигатели с такими скоростями были ненужны, и оба изобретателя должны были снижать число оборотов.

Лаваль, не снижая оборотов турбины, для снижения числа оборотов рабочей машины применил зубчатую передачу, а Парсонс начал снижать число оборотов своей турбины, распределяя давление пара на большое количество ступеней давления в венцах лопаток самой турбины.

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀ Турбина Лаваля

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

Вслед за Парсонсом и Лавалем над дальнейшим развитием турбины и приспособлением ее для практических надобностей промышленности и транспорта стал работать целый ряд изобретателей и конструкторов: в Америке — Чарльз Кэртис, во Франции — Огюст Рато, в Швейцарии — Генрих Целли, в Швеции — братья Юнгстрем.

В течение двух десятков лет паровая турбина, в деле своего развития и распространения сделала огромные успехи. Вслед за стационарными турбинами, оказавшимися очень удобными для электростанций, Парсонс начал строить судовые турбины, а Целли сделал первую попытку поставить турбину на локомотив.

Пользуясь опытом своих предшественников, Целли сконструировал паровую турбину, настолько удобную и экономичную, что некоторое время в Европе существовал даже «синдикат Целли», включавший ряд лучших заводов, которые строили только турбины его системы.

Эту турбину Целли и решил использовать, как локомотивный двигатель.

Генрих Целли, родившийся в 1862 году и благополучно здравствующий поныне, является типичным представителем современного поколения изобретателей. Он стоял вполне на уровне современных технических знаний, обладал способностью отлично разбираться в практических требованиях эпохи. Кроме того, — и это самое главное, — он имел в своем распоряжении материальную базу для осуществления своих замыслов, которую не всякий современный изобретатель может иметь в капиталистическом обществе, где каждое изобретение приходит к практическому своему успеху в результате долгих расчетов, многих опытов и требует весьма совершенных технических средств, немыслимых без наличия материальной и очень солидной базы.

Генрих Целли родился в Цюрихе, самом населенном торгово-промышленном научном и художественном центре Швейцарии. Это был скромный, тихий, способный мальчик, хорошо окончивший курс общественной школы и затем здесь же в Цюрихе поступивший в федеральный техникум. Он без колебания избрал для себя профессию инженера. Двадцатилетним юношей он окончил курс на механическом отделении, остался на год работать в электротехнической лаборатории для подготовки дипломной работы, а затем еще год пробыл практикантом на виднейшем в Европе машиностроительном заводе бр. Зульцер в Винтертуре.

Целли избежал участи Рудольфа Дизеля, за несколько лет до него работавшего здесь же в качестве практиканта, которому администрация цеха запрещала даже знакомиться с соседними цехами. Нет, будущему главному инженеру завода Эшер-Висс в Швейцарии была предоставлена полная возможность детально изучить технологический процесс огромных винтертурских предприятий.

Вернувшись в Цюрих, Целли получил диплом инженера-механика, после чего уехал в Париж в качестве инженера-механика. Сутолока шумной столичной жизни вызвала в нем отвращение. Целли возвратился на родину, начал спокойную размеренную жизнь и занял давно уже ожидавшее его видное место на заводе Эшер-Висс.

По инициативе нового инженера, который отлично учел потребности времени, завод организовал у себя паротурбостроительный отдел. Здесь, окруженный идеальной обстановкой для работы, Целли построил свою первую турбину, которая стала затем объектом производства нового отдела завода. Сам он вскоре был назначен главным инженером, а через несколько лет был избран директором предприятия.

Стремясь к расширению областей применения паровых турбин, Целли с успехом осуществил установку своей тысячесильной турбины на буксирном пароходе, курсировавшем на Цюрихском озере, а затем всецело занялся вопросом применения турбины для локомотива.

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀ Генрих Целли

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

При всех достоинствах электровозов, электрификация железных дорог требовала дополнительных сооружений. Наоборот, сохранение в тяговой машине, способной заменить паровоз, пара, как движущего средства, было бы вполне естественно, последовательно и выгодно, так как в этом случае все вспомогательное оборудование и материальная служба могли быть использованы без изменений. Примерно двойная экономия в расходе пара открывала турбовозостроению широкие перспективы, особенно в направлении развития высокомощных локомотивов. С точки зрения динамики, наличие в самом двигателе вращательного движения делает турбовоз весьма удачным типом тяговой машины.

Перед Целли и братьями Юнгстрем, почти одновременно с ним начавшими работать над той же проблемой в Швеции, стоял, однако, ряд трудностей. Из них основными были: передача работы роторов турбины к ведущим осям и установка конденсатора, без которого работа паровой турбины становится чрезвычайно невыгодной.

Конденсатор, впервые примененный к паровому двигателю Уаттом, значительно повысил коэфициент полезного действия паровой машины. Соединение конденсатора с паровой машиной чрезвычайно повышает способность пара к расширению. Так как с увеличением давления пара тепловая его энергия возрастает, а с понижением давления — уменьшается, то, подводя к паровой машине пар высокого давления и отводя его из машины в конденсатор при самом незначительном давлении, можно тем большую разность теплосодержаний или тем больший перепад тепла превратить в механическую работу, чем выше давление пара в котле и чем глубже вакуум в конденсаторе.

В турбине, где имеется достаточно места для расширения пара, где можно устроить широкое сообщение с конденсатором, где не надо прибегать к клапанам, как в паровой машине Уатта, представляется возможность использовать весьма глубокий вакуум. Поэтому применением конденсатора к турбине была достигнута значительная экономичность ее работы.

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀ Движущая часть турбовоза: турбина и передача

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

Все паровозы, начиная от первых паровозов Тревитика и Стефенсона и кончая современными Целли паровозами, работали без конденсаторов, чем и объясняется в значительной мере их неэкономичность. Установка конденсатора на паровозе считалась нецелесообразной не столько из-за громоздкости аппарата, сколько из-за необходимости иметь для него огромное количество воды для охлаждения. Если частые остановки для пополнения запасов воды, нужной только для парового котла, сильно тормозят работу паровоза, то увеличение их в связи с добавочным запасом еще и для конденсатора, сделало бы паровоз еще более непригодным для развитого движения.

Между тем, наличие конденсатора могло бы иметь еще и то значение, что собираемую в конденсаторе воду, в которую превращается отработавший пар, можно было вновь направлять в котел.

Выход из положения конструкторы турбовозов нашли в охлаждении прошедшей через конденсатор воды.

Сущность этой системы заключается в том, что после нагревания вследствие конденсации пара, вода охлаждается током воздуха перед новым поступлением в конденсатор и количество циркуляционной воды остается одно и то же. Технически задача была разрешена конструкторами различно.

В турбовозе Юнгстремов вода проходит систему трубок, помещенных впереди локомотива, и сильным потоком воздуха, встречного быстро идущему поезду, эта вода в достаточной степени охлаждается.

Целли же поместил в тендере турбовоза, служащем для хранения запасов воды, специальный вентилятор, создающий искусственный ветер, направленный на разбрызгиваемую теплую воду, поступающую из конденсатора.

Труднейшую часть проблемы турбовоза, задачу снижения числа оборотов турбинного ротора до нужного осям локомотива, и задачу соединения этих осей с ротором, конструкторы разрешили применением тех же зубчатых передач, к которым первым прибегнул Лаваль, а затем и Парсонс, при установке своих судовых турбин.

Но для локомотива двигатель еще должен иметь реверс, то есть способность менять прямой ход на обратный, без чего невозможно маневрирование. Реверс турбины, как и на турбинных пароходах, осуществлен был установкой на одном валу двух турбин: одной, более мощной — для переднего хода и другой, менее мощной — для обратного.

Первый турбовоз Целли, мощностью в тысячу лошадиных сил, был выстроен Винтертурским паровозостроительным заводом в 1920 году. В течение последующих пяти лет он подвергся длительным испытаниям, о благоприятных результатах которых Целли сделал подробный доклад в декабре 1924 года на годовом собрании Общества инке-неров-механиков в Нью-Йорке.

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀ Турбовоз Целли мощностью в 1000 лош. сил

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

Вскоре заводом Крупна был построен второй турбовоз по системе Целли, мощностью в две тысячи сил, который и начал курсировать на железных дорогах Германии.

В настоящее время в Швеции, Германии, Англии выстроено достаточное количество такого рода локомотивов с турбинами и конденсаторами, чтобы по имеющемуся опыту их эксплуатации судить, насколько турбовозы могут найти себе применение на современном железнодорожном транспорте. Очевидно, что они найдут себе пока место рядом с паровозами в тех случаях, когда имеется надобность в длительном движении без частых остановок.

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

Турбовоз Целли, построенный Крупном, мощностью в 2000 лош. сил

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

Присутствие конденсатора в турбовозе представляет еще и ту выгоду, что нет надобности к возобновлению запасов в пути, так как пар из котла конденсируется в воду и вновь поступает в котел почти без потерь, в то время, как паровоз выпускает отработавший пар на воздух, что вынуждает его к частым и продолжительным остановкам в пути для пополнения запасов воды.

Скорость турбовозов достигает восьмидесяти километров в час, и в отношении быстроходности они не представляют никаких преимуществ перед современными паровозами.

Но турбовозы внесли в историю локомотивостроения еще один интересный и значительный момент: они доказали полную возможность применения конденсатора в условиях железнодорожного транспорта и поставили на очередь вопрос о постройке паровозов с конденсатором.

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀

⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀