Паровоз

Паровоз — это автономный локомотив, использующий в качестве силовой установки паровую машину. Паровозы относятся к классу тепловых машин внешнего сгорания и являются одним из первых видов тягового подвижного состава на железных дорогах. Основным источником энергии для них служит органическое топливо (уголь, реже дрова, нефть или мазут), сжигаемое в топке.

История

Предшественники и первые опыты

Идея использования паровой машины для перемещения повозки возникла в XVIII веке. В 1769 году французский инженер Николя-Жозеф Кюньо построил первый действующий паровой автомобиль («телегу Кюньо»), предназначавшийся для буксировки артиллерийских орудий. Однако это была колёсная машина, а не рельсовое транспортное средство.

Первым рельсовым паровозом принято считать локомотив, построенный в 1804 году британским изобретателем Ричардом Тревитиком. Он предназначался для рельсовой дороги на металлургическом заводе в Пен-и-даррене (Уэльс). Машина могла тянуть поезд массой около 10 тонн, однако из-за несовершенства конструкции и большого веса часто ломала чугунные рельсы.

Эра Стефенсона и начало коммерческого использования

Решающий прорыв совершил английский инженер Джордж Стефенсон. В 1814 году он построил паровоз «Блюхер», а в 1825 году открыл первую в мире железную дорогу общего пользования между Стоктоном и Дарлингтоном, по которой курсировал его паровоз «Локомоушн № 1». Однако наиболее известным стал паровоз «Ракета», построенный Стефенсоном в 1829 году для участия в Рейнхиллских состязаниях. «Ракета» продемонстрировала высокую скорость (до 48 км/ч) и надёжность, что доказало перспективность железнодорожного транспорта.

Развитие в XIX — начале XX века

В течение XIX века конструкция паровоза непрерывно совершенствовалась. Основные направления развития:

• Увеличение мощности и силы тяги за счёт роста размеров котла и цилиндров.
• Повышение экономичности — применение компаунд-машин (двойного расширения пара), перегрева пара, пароперегревателей.
• Улучшение ходовых качеств — появление тележек, более совершенных рессор и тормозов.
• Стандартизация и унификация типов паровозов.

К концу XIX — началу XX века паровоз стал основным видом тяги на железных дорогах мира. Развитие получили различные типы: пассажирские (с большими ведущими колёсами для высоких скоростей), грузовые (с малыми колёсами для большой силы тяги) и маневровые (компактные и манёвренные).

Золотой век и закат

Первая половина XX века считается «золотым веком» паровозостроения. Были созданы такие рекордные машины, как американские «Big Boy» (самые тяжёлые в мире — 548 тонн) и британский «Mallard» (установивший мировой рекорд скорости для паровозов — 202,7 км/ч в 1938 году). Однако после Второй мировой войны начался массовый переход на более эффективные виды тяги — тепловозную и электровозную. Паровозы проигрывали по коэффициенту полезного действия (КПД — около 5–7% против 25–30% у тепловозов и электровозов), требовали частого и трудоёмкого обслуживания (чистка топки, заправка водой, смазка), а также создавали значительное загрязнение окружающей среды.

В СССР паровозы активно эксплуатировались до середины 1950-х годов, после чего было принято решение о полном прекращении их производства и замене на тепловозы и электровозы. Последний паровоз советской постройки (серии П36) был выпущен в 1956 году. В других странах, например, в Китае и Индии, паровозы использовались вплоть до 1990-х годов.

Классификация

Паровозы классифицируются по нескольким основным признакам.

По роду службы

• Пассажирские — рассчитаны на высокие скорости (до 120–150 км/ч), имеют большие ведущие колёса (диаметр 1,7–2,3 м) и мощный котёл.
• Грузовые — обладают высокой силой тяги, малыми ведущими колёсами (диаметр 0,8–1,5 м), часто имеют большее число сцепных осей.
• Маневровые — компактные, с небольшим котлом, предназначены для работы на станциях и сортировочных горках.
• Танк-паровозы — не имеют тендера, запасы топлива и воды размещаются на самом локомотиве. Используются на маневровых и местных работах.

По типу паровой машины

• С простым расширением — пар последовательно работает в одном или нескольких цилиндрах.
• Компаунд (двойного расширения) — пар сначала поступает в цилиндр высокого давления, затем — в цилиндр низкого давления. Позволяет более полно использовать энергию пара и повысить КПД.

По осевой формуле

Осевая формула описывает количество и расположение колёсных пар. В российской системе используется запись в виде цифр (например, 1-3-1 — одна бегунковая ось, три сцепные, одна поддерживающая). В международной системе (UIC) — буквенно-цифровой код (например, 2-8-2 по системе Уайта — «Микадо»). Наиболее известные типы:

• 0-2-0 — «Танк» (маневровый, без поддерживающих осей).
• 1-3-1 — пассажирский (например, серия Су в России).
• 1-4-1 — грузопассажирский (серия Л в СССР).
• 1-5-0 — грузовой (серия Э, один из самых массовых в мире).
• 2-3-1 — скоростной пассажирский (серия П36, ИС).

Устройство и принцип действия

Основными элементами паровоза являются:

• Котёл — цилиндрический резервуар, в котором вода нагревается и превращается в пар. Состоит из топки (огневой коробки), жаровых труб и паросборника (сухопарника). Топливо сжигается в топке, горячие газы проходят по жаровым трубам, нагревая воду.
• Паровая машина — преобразует энергию пара в механическую работу. Включает цилиндры, поршни, золотники и парораспределительный механизм (кулисный механизм). Пар под давлением поступает в цилиндр, толкает поршень, который через шатун вращает колёса.
• Экипажная часть — рама, колёсные пары, рессоры, буксы. Обеспечивает движение и воспринимает нагрузки.
• Тендер — прицепной вагон с запасами топлива (угля) и воды. Не все паровозы имеют тендер (танк-паровозы).

Принцип работы: вода в котле нагревается до кипения, образуется пар, который накапливается в паросборнике. При открытии регулятора пар поступает в цилиндры, толкает поршни, и через кривошипно-шатунный механизм вращает ведущие колёса. Отработанный пар выбрасывается в атмосферу через конус и дымовую трубу, создавая характерный «пыхтящий» звук.

Значение и наследие

Паровоз сыграл ключевую роль в промышленной революции XIX века. Он обеспечил массовую перевозку грузов и пассажиров на большие расстояния, стимулировал развитие металлургии, машиностроения и угольной промышленности. Железные дороги на паровой тяге связали континенты, способствовали освоению новых территорий (например, Транссибирская магистраль в России).

К середине XX века паровозы были вытеснены более эффективными локомотивами, однако они сохраняют культурное и историческое значение. Многие паровозы восстановлены и эксплуатируются на туристических и музейных железных дорогах. В ряде стран (например, в Германии, Великобритании, России) существуют общества любителей паровозов, проводятся ретро-поездки. Паровоз является символом эпохи пара и технического прогресса.

Интересные факты

• Самый массовый паровоз в мире — российская/советская серия Э. Выпускался с 1912 по 1957 год, построено более 11 000 экземпляров.
• Самый быстрый паровоз — британский LNER Class A4 4468 «Mallard», разогнавшийся до 202,7 км/ч в 1938 году.
• Самый тяжёлый паровоз — американский Union Pacific «Big Boy» (серия 4000), вес с тендером — 548 тонн.
• В СССР паровозы выпускались на нескольких заводах: Коломенском, Луганском, Брянском, Харьковском, Сормовском и других.
• Коэффициент полезного действия паровоза редко превышал 10%, что делало его одним из самых неэффективных тепловых двигателей.

Источники

• Раков В. А. «Локомотивы отечественных железных дорог (1845–1955)». М., 1995.
• Хмелевский А. В., Смыков В. К. «Паровозы. Устройство, работа и ремонт». М., 1975.
• Британская энциклопедия (Encyclopædia Britannica), статья «Steam locomotive».
• Железнодорожный транспорт: энциклопедия / гл. ред. Н. С. Конарев. М., 1994.
• Исторические обзоры и технические описания паровозов (Музей железных дорог России, Санкт-Петербург).