Первый паровоз типа 1-5-1 серии ФД

В честь одного из лучших наркомов путей сообщения, организатора борьбы за обновление и реконструкцию социалистического транспорта, чекиста <http://ru.enc.tfode.com/%D0%A7%D0%B5%D0%BA%D0%B8%D1%81%D1%82>, непримиримого борца с контрреволюцией <http://ru.enc.tfode.com/%D0%9A%D0%BE%D0%BD%D1%82%D1%80%D1%80%D0%B5%D0%B2%D0%BE%D0%BB%D1%8E%D1%86%D0%B8%D1%8F>, саботажем <http://ru.enc.tfode.com/%D0%A1%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%82%D0%B0%D0%B6> и вредительством <http://ru.enc.tfode.com/%D0%92%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE>, верного часового пролетарской страны, железного Феликса Дзержинского <http://ru.enc.tfode.com/%D0%94%D0%B7%D0%B5%D1%80%D0%B6%D0%B8%D0%BD%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9,_%D0%A4%D0%B5%D0%BB%D0%B8%D0%BA%D1%81_%D0%AD%D0%B4%D0%BC%D1%83%D0%BD%D0%B4%D0%BE%D0%B2%D0%B8%D1%87>, назвать его именем паровоз типа 1-5-1 <http://ru.enc.tfode.com/1-5-1>, присвоив ему серию «ФД».

В конце октября строительство нового паровоза, которому присвоено полное обозначение ФД20-1 было завершено. Многое во внешнем виде нового паровоза говорило о влиянии североамериканской школы паровозостроения, а также размещённый в центре фронтальной дверцы прожектор <http://ru.enc.tfode.com/%D0%9F%D1%80%D0%BE%D0%B6%D0%B5%D0%BA%D1%82%D0%BE%D1%80>. Несколько портил вид 4-осный тендер, который никак не гармонировал с большим паровозом, но это объяснялось тем, что 6-осный тендер, который специально создавался для этого паровоза на Коломенском заводе, ещё не был готов, из-за чего, дабы не задерживать испытания, было решено использовать доработанный тендер от паровозов Су <http://ru.enc.tfode.com/%D0%9F%D0%B0%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B7_%D0%A1%D1%83> и Эу <http://ru.enc.tfode.com/%D0%9F%D0%B0%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B7_%D0%AD%D1%83>, а позже был спроектирован и построен другой 4-осный тендер для эксплуатации не только с первым ФД, но и первыми ИС <http://ru.enc.tfode.com/%D0%9F%D0%B0%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B7_%D0%98%D0%A1>. Паровоз был построен в рекордно короткий по меркам мирового паровозостроения срок - 70 производственных дней. Создание нового мощного паровоза в такой короткий срок считалось успехом в индустриализации Советского Союза, а также крупным шагом в развитии советского локомотивостроения. Тогда же слёт ударников Луганского завода рапортовал Коллегии ОГПУ:

 

«Рис. 4.1.1.Схема паровоза ФД20-1»

ИСПЫТАНИЯ

 

В январе - феврале 1932 года <http://ru.enc.tfode.com/1932_%D0%B3%D0%BE%D0%B4> были произведены заводские испытания ФД20-1, которые подтвердили, что он полностью удовлетворяет предъявляемым ему требованиям. Его мощность достигала 2600 л. с., а позже даже сумели получать 3000 л. с., что превосходило мощность паровоза серии Эу вдвое. Также на новом паровозе была достигнута расчётная величина парообразования - 65 кг пара за 1 час с 1 м² поверхности нагрева, - впервые на российских и советских паровозах, причём как отечественной постройки, так и импортных (для сравнения: расчётная величина парообразования котла паровоза Су <http://ru.enc.tfode.com/%D0%9F%D0%B0%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B7_%D0%A1%D1%83> составляет 37-42 кг пара за 1 час с 1 м² поверхности нагрева).

В марте того же года паровоз для практических испытаний отправили на Южные железные дороги в депо Красный Лиман <http://ru.enc.tfode.com/%D0%9B%D0%BE%D0%BA%D0%BE%D0%BC%D0%BE%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%B4%D0%B5%D0%BF%D0%BE_%D0%9A%D1%80%D0%B0%D1%81%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%9B%D0%B8%D0%BC%D0%B0%D0%BD>. В период с марта по май паровоз совершал опытные поездки на 26-километровом перегоне <http://ru.enc.tfode.com/%D0%96%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D0%B7%D0%BD%D0%BE%D0%B4%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B6%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%B3%D0%BE%D0%BD> Яма - Нырково, на котором практически на всём протяжении был подъём в 9,5 ‰, что делало этот участок оптимальным вариантом для получения тягово-теплотехнических параметров. Опытные поездки проводились Институтом реконструкции тяги (ИРТ) НКПС, под наблюдением представителя ОГПУ - Р.П. Гриненко. Руководителем тягово-теплотехнических опытов был В.Ф. Егорченко, а его заместителем был В.Г. Голованов. Эксплуатационными опытами руководили А.А. Скорбященский и его заместитель - И.Н. Марчевский. Организацией всех этих испытаний и опытов занималась комиссия под председательством А.А. Терпугова. На основании этих испытаний были даны следующие замечания:

применённый на паровозе стокер <http://ru.enc.tfode.com/%D0%9C%D0%B5%D1%85%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D1%83%D0%B3%D0%BB%D0%B5%D0%BF%D0%BE%D0%B4%D0%B0%D1%82%D1%87%D0%B8%D0%BA> B-K (Би-Кэй) не даёт возможности отапливать паровоз смоченным (например, из-за дождя) углём;

при ручном отоплении наблюдается повышенный унос несгоревших частиц;

стокер отличается весьма грубым регулированием как машины, так и дутья, что осложняет его настройку при движении с малыми углами отсечки.

В июне начали проводить путевые испытания, целью которых было проверить воздействие паровоза на железнодорожный путь <http://ru.enc.tfode.com/%D0%96%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D0%B7%D0%BD%D0%BE%D0%B4%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B6%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BF%D1%83%D1%82%D1%8C>. В ходе этих испытаний ФД20-1 ездил не только по рельсам <http://ru.enc.tfode.com/%D0%A0%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D1%81> типа IIа (вес 38,4 кг/м), на которые был рассчитан, но и по более лёгким - IIIа (вес 33,5 кг/м). На основании этих поездок, институт дал следующее заключение:

В июле начались эксплуатационные испытания ФД20-1 на участке Красный Лиман <http://ru.enc.tfode.com/%D0%9A%D1%80%D0%B0%D1%81%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%9B%D0%B8%D0%BC%D0%B0%D0%BD> - Балаклея <http://ru.enc.tfode.com/%D0%91%D0%B0%D0%BB%D0%B0%D0%BA%D0%BB%D0%B5%D1%8F> (Южные железные дороги), в ходе которых он водил грузовые поезда наравне с паровозами Э. Также, по предложению ОГПУ, на паровозе начались опыты с конусами <http://ru.enc.tfode.com/%D0%9A%D0%BE%D0%BD%D1%83%D1%81%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D1%83%D1%81%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE> различных типов и конструкций, с целью определения оптимального варианта для серийных паровозов, в результате которых было установлено, что наилучшие результаты были у четырёхдырного конуса с раздельным выхлопом пара из правого и левого цилиндров паровой машины.

В августе же приказом дирекции Южных дорог, № 149, было назначено время нахождения сквозного товарного поезда, ведомого паровозом ФД20-1, в пути между станциями Красный Лиман <http://ru.enc.tfode.com/%D0%9A%D1%80%D0%B0%D1%81%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%9B%D0%B8%D0%BC%D0%B0%D0%BD> и Основа, в грузовом и порожнем направлениях, при установленных коммерческой скорости и весе состава.

 

Таблица 1.1 Время нахождения товарного поезда в пути

Показатель	Поезд, ведомый паровозом серии Э *1	Поезд, ведомый паровозом ФД20-1 *2
В грузовом направлении
Среднее время нахождения товарного поезда в пути, ч	12	7,8
Коммерческая скорость, км/ч	14,7	22,6
Расчётный вес состава, т	1750	2000
В порожнем направлении
Среднее время нахождения товарного поезда в пути, ч	10	7,3
Коммерческая скорость, км/ч	17,7	24,2
Расчётный вес состава, т	1300	1500
*1 - в соответствии с графиком движения, действующим с 22 мая 1932 года для паровозов серии Э. *2 - в соответствии с приказом дирекции Южных дорог № 149 от 10 августа 1932 года для паровоза ФД20-1.

 

В целом же результаты всех испытаний оказались положительными и показали, что паровоз серии ФД может быть принят в качестве основной единицы грузового паровозного парка советских железных дорог.

ОБЩЕЕ ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ИСПЫТАНИЙ ПАРОВОЗА ФД20-1

 

Паровоз ФД имеет силу тяги при малых скоростях на 15-20 % больше паровоза Эу, тогда как мощность его при скоростях больше 30 км/ч на 100 % больше мощности паровоза Эу. Эти соотношения отвечают необходимости получить возможно большее увеличение пропускной способности при винтовой стяжке, то есть при небольшом увеличении веса поезда, но при значительном повышении скорости.

Применение принципа ограниченной отсечки и золотников большого диаметра дало при скоростях до 40 км/ч перерасход пара порядка 3 %, а на скоростях выше 40 км/ч - экономию пара порядка 5-8 %.

Перегрев пара у паровоза ФД при большом отношении Hп/H=0,5 (прим.: Hп - площадь поверхности пароперегревателя; H - площадь испаряющей поверхности нагрева котла) на 15-20 °C ниже перегрева у Эу при одинаковых форсировках поверхности нагрева, что объясняется наличием камеры догорания и мелкотрубного пароперегревателя.

Максимальные значения мощности были получены на смесях 25 % ПЖ + 35 % АРШ + 40 % п/м К, 30 % ПС + 30 % Г + 40 % АК и 100 % Д, при чём были реализованы необычные для других паровозов советской и американской постройки (Та и Тб) форсировки котла zкн равные 65 кг/м²·ч. Достаточно развитый объём парового пространства котла избавляет его от значительного несения воды, которое является бичом паровозов Та и Тб.

Условия работы паровоза ФД на рядовых, несортированных по крупности углях при неоднородности смесей по их физическим качествам требуют для хорошего топочного режима вмешательства ручного отопления, участие которого можно оценить в 20-25 % от общего расхода топлива. Так называемый комбинированный метод отопления повышает при форсировках zкн, равных 45 кг/м²·ч, коэффициент полезного действия котла на 5-10 % по сравнению с отоплением одним стокером. При решётках <http://ru.enc.tfode.com/%D0%9A%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D1%81%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D1%80%D0%B5%D1%88%D1%91%D1%82%D0%BA%D0%B0> в 7 м² применение комбинированного отопления затруднений не представляет.

Коэффициент полезного действия <http://ru.enc.tfode.com/%D0%9A%D0%BE%D1%8D%D1%84%D1%84%D0%B8%D1%86%D0%B8%D0%B5%D0%BD%D1%82_%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D0%B7%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D0%B4%D0%B5%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B8%D1%8F> котла ФД, как стокерного, можно считать вполне удовлетворительным: при комбинированном отоплении zкн составляет 45 кг/м²·ч, а ηкбр равен 60 %, при уносе 20 %. Абсолютная разница между ФД и Эу в ηкбр составляет около 3-4 %, в пользу последнего. При отоплении стокером, разница в КПД уже достигает 10-11 %.

При существующем стокере с верхней подачей и паровым распылением применение несортированных углей следует считать нерациональным, так как большое содержание мелочи сильно увеличивает унос и понижает КПД котла.

ИСПЫТАНИЯ КОНУСОВ

 

Поначалу на паровозе ФД20-1 стоял обыкновенный круглый конус постоянного сечения диаметром 160 мм и с рассекателем (мостиком) шириной 14 мм. Площадь выхлопного отверстия составляла 179 см² и с таким конусом паровоз прошёл испытания первого и второго циклов. Однако уже в ходе испытаний первого цикла обнаружилось, что в цилиндрах паровой машины появляется повышенное противодавление, величина которого на высоких скоростях могла достигать 1 кгс/смІ <http://ru.enc.tfode.com/%D0%9A%D0%B3%D1%81/%D1%81%D0%BC%C2%B2>, что значительно снижало эффективность работы машины и мощность паровоза. Тогда комиссия ОГПУ выступила с инициативой провести опыты, в ходе которых определить наиболее подходящий тип конуса для советских паровозов.

В июле - августе на ФД20-1 были начаты сравнительные испытания конусов, причём изготовленных как по проектам, разработанным в ЦЛПБ, так и проектам разработки ТБ ОГПУ. испытания проводились группой сотрудников ИРТ под руководством старшего научного сотрудника П. А. Гурского. Все представленные в ходе испытаний типы конусов можно разделить на 4 группы:

круглые конусы - имеют выходное отверстие круглой формы, при этом мог быть установлен обычный мостик, либо четырёхсторонний рассекатель;

конусы с фигурной формой выхлопного отверстия - отверстия в плане имели звездчатую <http://ru.enc.tfode.com/%D0%97%D0%B2%D0%B5%D0%B7%D0%B4%D0%B0_%28%D0%B3%D0%B5%D0%BE%D0%BC%D0%B5%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%8F%29> (с сердечником или без), либо крестообразную <http://ru.enc.tfode.com/%D0%9A%D1%80%D0%B5%D1%81%D1%82> форму;

конусы с промежуточными насадками (одно-, либо двухтрубные);

четырёхдырные конусы с изолированными каналами.

При этом для каждой группы конусов были спроектированы отдельные варианты дымовых труб, благодаря чему испытания каждого конуса проводились с соответствующей ему дымовой трубой.

При испытаниях конусы в основном сравнивались по коэффициенту полезного действия, который по грубой оценке определялся соотношением создаваемого в дымовой коробке разрежения (в мм водного столба) к противодавлению в паровых цилиндрах (Pe, в кгс/смІ <http://ru.enc.tfode.com/%D0%9A%D0%B3%D1%81/%D1%81%D0%BC%C2%B2>). В сентябре испытания были завершены и сотрудники ИРТ дали заключение, что наилучшие результаты показал четырёхдырный конус. Для того чтобы понять, какие преимущества дал новый тип конуса по сравнению со старым, достаточно сравнения. Так, паровоз ФД20-1 развивал наибольшую мощность при:

ε = 0,5 и V = 35 км/ч

ε = 0,4 и V = 40 км/ч

При этих условиях:

для однодырного конуса с постоянным сечением и простым мостиком:

при ε = 0,5 и V = 35 км/ч, противодавление Pe = 0,68 кгс/смІ <http://ru.enc.tfode.com/%D0%9A%D0%B3%D1%81/%D1%81%D0%BC%C2%B2>, а сила тяги при этом Fi = 14 800 кгс (тяговые данные были получены ещё в ходе испытаний первого цикла)

при ε = 0,4 и V = 40 км/ч, противодавление Pe = 0,88 кгс/смІ <http://ru.enc.tfode.com/%D0%9A%D0%B3%D1%81/%D1%81%D0%BC%C2%B2>, а сила тяги при этом Fi = 17 200 кгс

для четырёхдырного конуса с раздельным выхлопом:

при ε = 0,5 и V = 35 км/ч, Pe = 0,19 кгс/смІ <http://ru.enc.tfode.com/%D0%9A%D0%B3%D1%81/%D1%81%D0%BC%C2%B2>

при ε = 0,4 и V = 40 км/ч, Pe = 0,21 кгс/смІ <http://ru.enc.tfode.com/%D0%9A%D0%B3%D1%81/%D1%81%D0%BC%C2%B2>

Таким образом, теоретическое приращение мощности паровоза (ΔNi) будет составлять:

при ε = 0,5 и V = 35 км/ч, ΔNi = 7,5 %

при ε = 0,4 и V = 40 км/ч, ΔNi = 8,7 %

Проведённые в дальнейшем тяговые испытания также подтвердили увеличение мощности при экономии в топливе и воде, в результате чего на всех дальнейших паровозах ФД стали четырёхдырный конус с раздельным выхлопом. Диаметр каналов у такого конуса составлял 100 мм, а общая площадь выхлопных отверстий была равна 314 см².

паровоз рельсы испытание нагрузка

СЕРИЙНЫЕ ПАРОВОЗЫ