Лев Гумилевский - Русские инженеры

XIX век в истории цивилизации часто именуется «веком пара, электричества и железных дорог». И надобно сказать, что за два предшествующих столетия развитие паровых машин достигло чрезвычайно высокого уровня как по росту мощностей, так и в деле повышения экономичности, не говоря уже о необозримом разнообразии их применения.

И только паровоз, несмотря на то, что над усовершенствованием его работали и работают по сей день выдающиеся умы всего мира, имеет коэффициент полезного действия не свыше шести-семи процентов. А так как из этих шести-семи процентов еще одна шестая часть теряется на трение механизмов, то получается, что только около пяти процентов сожженного в топке паровоза топлива переходит в механическую работу, остальные же 95 процентов в буквальном смысле слова вылетают в трубу!

Прожорливость паровозов такова, что не менее третьей части всего добываемого в СССР топлива поглощает железнодорожный транспорт.

Когда несколько лет тому назад на одном из научно-технических совещаний академик Сергей Петрович Сыромятников заключил свой доклад о проекте нового, высокоэкономического паровоза заявлением, что по самым осторожным расчетам этот паровоз будет иметь коэффициент полезного действия не менее чем в десять с половиной процентов, один из присутствующих воскликнул:

— Если это вообще возможно, так почему же за границей нет ничего подобного?

— Да потому, — внушительно ответил Сергей Петрович, — что наша страна является родиной железнодорожной науки, и никто в мире не располагает и не может располагать таким огромным научно-исследовательским опытом в паровозостроении, как мы!

Именно благодаря внедрению научного метода во все отрасли железнодорожной техники на русских железных дорогах раньше, чем в других странах, вводился перегрев пара, принцип «компаунд», сочлененные паровозы «маллеты» и многие другие достижения паровозостроительной техники. Высокому состоянию железнодорожной науки в нашей стране обязаны мы и тем, что у нас появились первые тепловозы с электропередачей, разрешившие в основном проблему тепловоза и положившие начало современному тепловозостроению.

Сейчас советское паровозостроение приступило к созданию паровоза с коэффициентом использования топлива, в полтора раза превышающим нынешний, достигнутый паровозостроением за сто лет его беспрерывного развития. Создателем такого паровоза является академик Сергей Петрович Сыромятников.

Сын железнодорожного врача, Сергей Петрович Сыромятников рос и учился в Пензе. Круг тех людей, с которыми имел дело отец, мальчику в раннем возрасте представлялся таинственным, почти сказочным, потому что ребенок этих людей не видел, не знал, между тем постоянно слышал разговоры о них, о непонятных событиях, происходивших в особом мире железных дорог, существовавшем где-то очень близко.

Скоро, впрочем, он получил доступ в этот мир, доселе дававший знать о своем существовании только тонкими гудками маневровых паровозов, доносившимися беспрерывно в квартиру врача, жившего поблизости от станции. Как только мальчик получил возможность отлучаться из дому без взрослых, он стал довольно много времени проводить на станции возле мощных, сверкающих и ревущих паровозов, казавшихся почти одушевленными и независимыми.

Эти первые впечатления детства, видимо, оставили свой след. По окончании Пензенской гимназии он во что бы то ни стало решил поступить в Московское высшее техническое училище, хотя для этого и пришлось ему держать конкурсный экзамен, в то время как в любой университет он мог поступить со своим «аттестатом зрелости» без всякого экзамена.

Здесь юноша столкнулся с такими замечательными представителями русской науки, как Жуковский, Бриллинг, Раевский, Гавриленко. Его товарищами оказались ныне широко известные советские авиаконструкторы Герои Социалистического Труда Туполев, Микулин, Климов, Швецов.

Жуковский был замечательным учителем, видевшим в учениках не студентов, которым нужно было держать экзамен и получить диплом, а своих преемников в науке, в которых он верил, пожалуй, даже больше, чем в самого себя по присущей ему скромности.

Для глубокого изучения полного курса аналитической механики Жуковский вел дополнительные занятия с группой студентов, в числе которых был и Сыромятников. Целый год студенты решали сложнейшие задачи, требовавшие глубокого и тонкого анализа. Но, заканчивая эти занятия, Жуковский добродушно предупредил:

— Конечно, господа, на экзаменах вас будут не это спрашивать, но зато вы теперь знаете метод аналитических решений, и мы с вами хорошо поработали…

Подобно своим товарищам, Сергей Петрович убедился очень скоро в том, насколько важнее владеть методом в науке, нежели суммой затверженных наизусть формул и правил.

Для своего дипломного проекта Сыромятников взял проект паровоза, который и выполнил под руководством А. С. Раевского, проходя практику на Путиловском заводе. Сыромятников уже в это время обращает внимание на слабую изученность теплового процесса в паровозе при высоком состоянии термодинамики и теплотехники вообще и, в частности, при постоянном стремлении паровозостроителей к повышению экономичности паровоза.

Со времени первых русских паровозостроителей Черепановых мощность паровозов возросла больше чем в сто раз, число их увеличилось в тысячи раз, а их экономичность удалось поднять примерно только в два раза. Потребность в угле для паровозов возросла в огромной степени.

Надо сказать, что особенно настойчиво вопросом о повышении экономичности паровых машин стали заниматься лишь с последней четверти прошлого века, когда цены на нефть и уголь необычайно поднялись вследствие усилившегося на них спроса. До этого времени конструкторы в паровозостроительном деле стремились главным образом к увеличению мощности и силы тяги.

Сила тяги паровоза зависит, с одной стороны, от его сцепного веса, а с другой — от мощности самой машины.

Мощность машины, в свою очередь, зависит от величины давления пара в котле. Однако давление пара и в новейших паровозах не превышает 15–18 атмосфер. Дело заключается вовсе не в ограниченной прочности материалов, которые могут выдерживать и более высокие давления. Основная трудность сводится к тому, как поддерживать это давление на постоянной высоте.

Ведь по мере расходования пара машиной давление в котле, естественно, падает. Стало быть, котел должен обладать такой паропроизводительностью, чтобы немедленно возмещать убыль пара.

Увеличивая площадь нагрева в котле, можно повысить паропроизводительность, и если площадь нагрева у паровоза Черепановых равнялась всего-навсего 13 квадратным метрам, то у современных паровозов она доходит до семисот и более квадратных метров, причем такое резкое увеличение котловой мощности достигнуто при неизменности железнодорожных габаритов.