Русские инженеры
Шрифт:
Основным типом паровозной машины до сих пор является двухцилиндровая машина простого действия с выхлопом отработавшего пара в воздух.
Единственным достижением новейшей паротехники, приемлемым для усовершенствования паровоза, оказался перегрев пара.
Применение перегретого пара следует считать крупнейшим усовершенствованием паровоза со времен Черепановых. Экономия, получаемая от перегрева пара, составляется из уменьшения расхода пара примерно на 20 процентов и затраты топлива на 15.
Значительную экономию дают также предварительный подогрев воды, подаваемой в котел отработавшим паром, и подогрев воздуха, идущего в топку, топочными газами. К этим средствам в
Разумеется, конструктору паровоза, связанному по рукам и ногам условиями, в которых работает паровоз, вопросы перегрева пара, подогрева воды и воздуха приходится решать не так легко, как они решаются на стационарных фабрично-заводских паровых машинах.
И вот, несмотря на такое положение дела, Сергей Петрович Сыромятников, знакомясь с вопросами термодинамики и теплотехники, с недоумением обнаружил, что специальной паровозной теплотехники вообще не было: тепловой процесс в паровозе приравнивался к обычному тепловому процессу в стационарных паровых машинах.
Между тем, уже размышляя над своим дипломным проектом, молодой русский ученый увидел, что машина и паровой котел паровоза работают в условиях, резко отличающихся от тех, в которых работает фабричная паровая установка.
В то время как стационарная паровая машина работает в постоянных, не изменяющихся условиях, паровоз должен работать при резко меняющемся режиме. Паровоз делает частые остановки в пути — стационарный двигатель работает безостановочно. Равномерность хода обязательна для стационарного двигателя; паровозу при страгивании с места поезда нужна максимальная мощность и самый тихий ход. Всякое изменение профиля пути отражается на работе паровоза: под уклон он может двигаться, не тратя пара, — наоборот, при подъеме машинист принимает все меры к форсированию котла, то-есть всемерно повышает его паропроизводительность, которая зависит от площади нагрева, от сорта топлива, от величины топки, от температуры воздуха и от множества других причин: В то же время паровоз при движении вздрагивает на стыках рельсов, качается на рессорах, шатается, стремясь преодолеть инерцию прямого движения на закруглениях пути, — все это и многое другое ежеминутно меняет условия работы котла и машины у паровоза, в то время как у стационарной машины режим работы остается строго постоянным.
За последние годы в США и Англии вышли в свет две книги по паровозному делу — Джонсона и Филипсона, но в этих книгах нет и намека на теорию теплового процесса.
Правда, во время войны в немецком техническом журнале — органе общества инженеров — появилась серия статей о тепловой работе котла, но тут были использованы данные и формулы Сыромятникова.
Характерно, что когда Сергею Петровичу показали эти журналы, он лукаво усмехнулся и сказал:
— Ну и пусть их пробавляются старьем…
Сам он давно уже заменил эти формулы другими, более точными и простыми.
Почему же в продолжение целою столетия термодинамики и теплотехники всего мира не увидели явной необходимости рассматривать тепловой процесс паровоза как совершенно самостоятельный, а не уподоблять его тепловому процессу стационарных двигателей?
Невозможно ничем иным объяснить этот факт, кроме как консерватизмом мысли, устоявшимися теоретическими взглядами, рутиной.
Советский строй, Коммунистическая партия и Советское правительство создали для науки и ученых исключительно благоприятные условия. Наука в нашей стране служит народу и не имеет никаких других интересов, кроме интересов народа. Именно поэтому советская наука стала самой передовой наукой в мире, а советские ученые — открывателями
Природное дарование, первоклассная школа, блестящие руководители и, более всего, новое положение науки в стране после Великой Октябрьской социалистической революции способствовали успешной творческой работе Сергея Петровича Сыромятникова, его выдающимся научным достижениям.
Никто до него не поставил своей задачей прежде всего изучить тепловой процесс в паровозе, чтобы затем перейти к разрешению вопроса о повышении коэффициента полезного действия паровой машины. Сергей Петрович, окончив курс училища в 1917 году, ставит перед собой эту задачу.
Он поступает на работу в организованный в 1918 году Экспериментальный институт путей сообщения НКПС, главными консультантами в котором были Н. Е. Жуковский и С. А. Чаплыгин. Этот институт, последовательно преобразовывавшийся в Научно-технический комитет и затем в Центральный научно-исследовательский институт по вопросам железнодорожного транспорта, следовал новым традициям советской науки, связывая научное исследование с требованиями практики. Здесь в течение 1918–1925 годов Сыромятников и создает в основном теорию и методику точного теплового расчета при проектировании паровозов, опираясь на лабораторный опыт и еще более на тот опыт, который он приобрел, участвуя в испытаниях всех наших новых паровозов. Когда на железнодорожном транспорте начиналась борьба со всяческими «нормами» и «пределами», эта борьба захватывает и Сергея Петровича. Защитники устаревших норм ссылались на технические соображения, будто бы препятствовавшие увеличению норм и расширению пределов. Сергей Петрович, участвуя в испытаниях новых паровозов, провел целый ряд опытов, показавших всю несостоятельность этих доводов.
Необычайная по глубине и тонкости наблюдательность Сыромятникова позволила ему составить себе полное и точное представление о тепловом процессе паровоза и прийти к заключениям, поразительным по своей широте и проникновенности. Термодинамические основы далеко не исчерпывают всех сторон теплового процесса, как, например, сжигание топлива, отдача тепла через стенки паропроводов и т. д. Если эти вопросы и были изучены в тепловых стационарных установках, работающих при постоянном режиме, то в условиях переменного режима эти звенья теплового процесса приходилось изучать заново, лишь в самой слабой мере опираясь на работы других. Какое бы отдельное звено этого процесса ни брал Сыромятников, — будь то горение или теплопередача, служебный расход пара или потери тепла, перегрев пара или тяга газов, — везде он находит все новые и новые детали, характеризующие тепловозный процесс паровоза и указывающие теоретические пути к повышению его экономичности.
Даже в тех вопросах, которые до Сергея Петровича уже изучались выдающимися термодинамиками, он находит «слабые места». Так, например, в вопросе передачи тепла через стенки топочной коробки и дымогарных труб известные термодинамики Редтенбахер и Ранкин рассматривали только случай передачи тепла от одного тела к другому исключительно путем соприкосновения.
«Между тем в действительности, — указывает Сыромятников, — теплопередача всегда совершается одновременно соприкосновением и лучеиспусканием, причем преобладающим в количественном отношении может оказаться и тот и другой способ. Так, например, в паровозном котле с внутренней топкой и дымогарными трубами в пределах топочной камеры теплопередача в подавляющей своей части протекает путем лучеиспускания раскаленного слоя газового факела, тогда как в дымогарных трубах этот способ передачи тепла почти отсутствует».