Некоторые моменты в создании и развитии ДВС и дизеля

Весьма интересна и поучительна история создания более прогрессивного вида тягового двигателя по сравнению с паровой машиной. Произошло это в то время, когда ещё и сам паровоз и его паровые тяговые машины только что были созданы и всё 19 столетие продолжали совершенствоваться. Однако, ученые, конструкторы, заглядывая вперёд, уже изобретали новые тепловые машины: двигатель внутреннего сгорания и дизель, КПД которых стал значительно выше, чем у паровой машины. Одним из ярких примеров применения этих совершенных двигателей, стало и их использование на одном из новых видов ж.-д. транспорта – тепловозах.

Из истории создания тепловой машины

Отметим, что первые успехи, прежде всего, в области электроэнергетики и нефтепереработки явились базой для качественного скачка в развитии мировой теории и практики прикладной механики и, в частности, в создании тепловых машин. В первоначальный период в поисках принципиально нового двигателя, зарубежные инженеры и ученые опережали русских коллег. Затем и отечественные теплоэнергетики стали их быстро догонять. Поэтому остановимся на истории создания тепловых машин – двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и дизеля, чтобы полнее представить их постепенную эволюцию и внедрение в сферу транспорта, в том числе, в – тепловозостроение.

Сразу заметим, что важным отличием тепловых машин от паровых является отсутствие таких промежуточных звеньев, как: топка и парообразующий котёл, находящихся в технологической цепи перед рабочими цилиндрами. В новых тепловых машинах непосредственно в самих цилиндрах сжигается горючая смесь: либо от внешнего зажигания (это ДВС), либо – самовоспламеняется (это – дизель) КПД новых тепловых машины стала доходить до 30% , а в последующем – до 45% в сравнении с КПД паровых машин, находящегося в пределах 5 – 8 % .

У истоков новых двигателей внутреннего сгорания (ДВС), а позже и дизеля – стояли видные творцы науки и техники, деяния главных из них закреплены в хронологии:

• в 1801 г. Филипп Лебон (1767 (?) – 1804), французский инженер, взял патент на конструкцию газового двигателя в 1799 г.. Принцип действия этой машины основывался на известном свойстве открытого им светильного газа ( получаемого при перегонке древесины или угля), который в смеси с воздухом при поджоге взрывался с выделением большого количества теплоты. Продукты горения при этом стремительно расширялись, оказывая сильное давление на окружающую среду. Лебон вынашивал мысль о создании реального двигателя внутреннего сгорания, однако в 1804 г. он погиб, не успев воплотить в жизнь свое изобретение;
• в 1806 г. Братьями Жозефом (1765-1833) и Клодом Ньепс (1762 - ?), французскими изобретателями, был построен первый в мире действующий двигатель внутреннего сгорания (ДВС), который они назвали  «пирэолофор», что в переводе с греческого означало «влекомый огненным ветром». Тогда же братья представили французской Академии наук доклад о новой машине, которая по силе была сравнима с паровой, но потребляла меньше топлива. Машина работала на угольной пыли. Они поставили свой двигатель на трехметровую лодку, весом 450 кг и часто плавали на ней. Отметим, что изобретатели были одержимыми натурами настолько, что, например, Клод всю жизнь конструировал «Вечный двигатель», а Жозеф в 1822 г. стал первооткрывателем фотографии;
• в 1860 г. бельгийский инженер Этьен Ленуар (1822-1900) изобрел и запатентовал одноцилиндровый двухтактный двигатель внутреннего сгорания, работающий на угольном газе и со свечой зажигания. Позже, в 1863 г. Ленуар улучшил конструкцию своего двигателя, использовав вместо газового топлива, керосин. Этот ДВС был установлен на первое в мире колёсное транспортное средство. На нём он проехал исторические 50 миль с помощью керосинового двигателя с принудительным зажиганием и ременного привода на заднюю ось.

 

Ф. Лебон	Ж. Ньепс	Э. Ленуар

Следует напомнить, что к концу XIX в. все возможные технические ухищрения по совершенствованию паровых машин транспортных средств передвижения с целью повышения их КПД – себя исчерпали. И тут для них, как раз, и произошел тот реальный научно-технический прорыв в деле конструирования новой тяговой машины для локомотивов. Это были двигатели внутреннего сгорания и дизельные двигатели.

Самым видным из создателей всё более усовершенствовавших ДВС, был немецкий изобретатель Николаус Отто (1832-1891). Так, в 1862 г. он построил модель четырёхтактного ДВС, а позже в 1876 г. спроектировал и осуществил улучшенную систему зажигания и с нею предложил миру практически применимый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания.

Другими немецкими изобретателями являлись Готтлиб Даймлер (1834-1900) и Вильгельм Майбах (1846-1929), которые много работали над своими вариантами ДВС. Главным их приоритетом стало конструирование в 1885 г. первого в мире карбюратора по изготовлению топливно-воздушной смеси и подачи её тепловому двигателю.Ещё в 1883 г. Даймлер построил быстроходный двигатель, работавший по циклу Отто, но не на природном газе, а на парах бензина. Вначале Даймлер поставил свой ДВС на обыкновенные извозчичьи дрожки и заставил его вращать колёса экипажа. Одновременно он построил мотрису с двухцилиндровым газовым ДВС мощностью до 10 л.с.для узкоколейных заводских путей.

Н.Oттo	Г.Даймлер	В.Майбах

Рудольф Дизель (1858-1913), выдающийся немецкий учёный, главным детищем которого стал  тепловой двигатель– дизель (1892 г.). Разработанный им двигатель представлял собой совершенно новый вид ДВС. Р.Дизель реализовал такой процесс самовоспламенения смеси (горючего вещества и воздуха), поступавшего в рабочую камеру цилиндрического двигателя, в которой она из-за сжатия поршнем с помощью компрессора под давлением 25-60 кгс/см² самопроизвольно вспыхивала, т.к. возникали значительные температуры (700-900^°С). Такое воспламенение смеси вызволяло из неё колоссальную энергию (т.к. происходил процесс разрыва молекулярных связей смеси), она увеличивалась в объеме и создавала мощное давление на поршень. Заметим, что этот процесс принципиально отличается от двигателя внутреннего сгорания (предложенного Н. Отто), в котором воспламенение горючей смеси происходило с помощью искры зажигания. 

Россия в этом хронологическом ряду изобретателей усовершенствований ДВС представлена: Василием Яковлевым (1883 г.) Игнатием Костович (1884 г.), Борисом Луцким (1885 г.), Евгением Яковлевым (1889 г.), Эммануэлем Нобель (1897 г.), Георгием Депп (1899 г.), Василием Гриневецким (1906 г.) и другими.

В 1883 г. инженер В.С. Яковлев в качестве ДВС трудился над компактным ДВС, работавшим на керосине. Конструктор исходил из потребностей русской мелкой кустарной промышленности и сельского хозяйства, нуждавшихся в небольшом, экономичном, легком двигателе, с одной стороны, и, с другой – из-за достаточного наличия в стране превосходного по качеству знаменитого «русского керосина».

В музее ВВС в г. Монино, под Москвой, можно увидеть оригинальный по виду ДВС – четырёхтактный многоцилиндровый бензиновый двигатель, который был сделан в 1884 г. Его создал Игнатий Степанович Костович (1851-1916), талантливый русский изобретатель и конструктор, для своего дирижабля "Россия" – самого крупного в мире в то время. 

Выдающийся русский инженер Борис Григорьевич Луцкий (1865-1920) долгое время работал в Германии, где запатентовал множество автомобильных, лодочных и авиационных двигателей. В 1885 г. он спроектировал вертикальный газовый двигатель, имеющим сверху «атмосферный» впускной клапан. Луцкий конструировал ДВС мощностью от 4 до 1200 л.с. и даже более.

Однофамилец В. С. Яковлева, русский инженер и предприниматель Евгений Александрович Яковлев (1857-1889), работавший много над совершенствованием ДВС, сумел наладить производство автомобилей и в 1896 г. выпустил на своём Петербургском Машиностроительном заводе свой первый отечественный образец. 

 

Автомобиль Е.А. Яковлева, 1896 г.

 

В 1898 г. Эммануэль Нобель (с 1889 – русский подданный) приобрел лицензию на двигатель внутреннего сгорания у Р. Дизеля. Двигатель приспособили в 1899 г. для работы на нефти, а не на керосине (см. ниже материал о Г. Депп). Тогда Механический завод «Людвиг Нобель» (позже «Русский дизель») в Петербурге и развернул массовое производство дизелей. В 1900 г. на Всемирной выставке в Париже двигатель Дизеля получил Гран-при. Этот двигатель получил в Европе название «русский дизель».

В 1899 г. известный русский теплотехник, профессор Петербургского Технологического института Георгий Филиппович Депп усовершенствовал керосиновый дизельный мотор, превратив его в первый в мире дизельный двигатель, работавший на, так называемом, тяжелом топливе, т.е. – на сырой, необработанной нефти.
Василий Игнатьевич Гриневецкий (1871-1919) создал в 1906 г. свою конструкцию дизеля. Это был двигатель внутреннего сгорания, работающий по циклу Дизеля с наддувом от поршневого компрессора и двойным расширением. Он состоял из трех цилиндров. Атмосферный воздух засасывался в первый – компрессорный цилиндр, где сжимался до 6 – 7 кгс/см² и поступал во второй, где происходило сжатие до 30 – 60 кгс/см². В конце сжатия воздуха впрыскивалось топливо и начиналось горение и расширение смеси. Она, продолжая гореть, поступала в третий цилиндр, и в нем производилось дополнительное расширение, что позволяло поршню совершать механическую работу.

Ещё раз подчеркнём, что новые вышеприведенные конструкции тепловых машин с использованием в них новых видов, как горючего, так и процессов по их возгоранию – стали революционным переворотом в теплоэнергетике.

Новые тепловые машины  с успехом  использовались, как в качестве стационарных двигателей на многих заводах и фабриках, так и активно включались в процесс модернизации транспорта: автомобиле- и судостроение, а позже и – в локомотивостроение. При этом следует отметить, что ДВС породили, как новые разновидности сухопутного транспорта: автомобили, автобусы, мотоциклы и обмоторенные велосипеды, так, и его новый вид – воздушный транспорт (разного типа самолёты и даже дирижабли). Здесь применение ДВС было закономерным, т.к. при относительно небольшом весе и размере, они рационально вписывались в габариты вышеозначенных видов передвижных средств. А вот дизели, такие большие по размерам и массе и, главное, более мощные – стали широко применяться, в первую очередь на водном транспорте. В 1903 г. ими уже оборудовали многие крупнотоннажные речные суда (так появились теплоходы взамен пароходов), а также и морские корабли. Производство дизельных подводных лодок и надводных кораблей военного флота было особенно важно для увеличения их скорости и грузоподъемности. Вслед за ними уже на очереди модернизации находился ж.-д. транспорт, в недалёкие планы которого входили намерения перехода на тепловую или электрическую тягу поездов. Новым прогрессивным двигателем для тепловоза должен был стать – дизель.

Дизель и на сегодня остается самой мощной и экономичной тепловой машиной, КПД которого достигает 45%, а, при использовании энергии отработавших газов и утилизации тепловой энергии, КПД может достичь 85%.

Начальные подходы к тепловозостроению       

Будет познавательным небольшой рассказ о попытках локомотивостроителей многих стран на рубеже XIX-XX вв. начать конструирование предвестников тепловозов. В первую очередь стоит вспомнить о том, что делалось в этом направлении в России.

В 1892-1897 гг., когда Р.Дизелем был получен патент на дизель, а потом последовало изготовление его первого образца в мире, появился первый проект русского тепловоза или, как его тогда называли – нефтевоза. Он был разработан в 1894 г., видным ученым- механиком Виктором Львовичем Кирпичевым[1], который предложил применить в качестве силовой установки на локомотиве две тяговые машины. Первая – паровая, для трогания с места и разгона, и вторая – калоризаторная, нефтяная. Последняя представляла собою один из вариантов дизеля – с небольшой степенью сжатия горючей смеси, воспламеняемой калильной головкой – калоризатором. В режиме установившегося хода эти машины должны были работать совместно. Позже в своём проекте предполагался и иной вариант: для трогания с места: подавать в цилиндры тепловой машины сжатый пар, а после набора скорости – подавать в них же дизельное топливо. Кирпичев, как и некоторые из изобретателей того времени, пытался непосредственно связать между собой цилиндры двигателя и ведущие колеса локомотива.

Идеи Кирпичева позже, в 1920-х–1930-х гг. были подхвачены целой плеядой русских ученых и конструкторов: В.И Гриневецким, А.И Липецом, И.Ф. Ядовым, Г.К. Хлебниковым, М.И. Пригоровским, В.А. Штукенбергом, Л.М. Майзелем и другими. Майзель дал другое наименование локомотиву Кирпичёва – теплопаровоз.

 Из зарубежных примеров следует отметить воплощенные в реальность типы теплопаровозов, созданные итальянцем Ансальдо в 1926 г. и английским заводом Китсона – Стилла в 1928 г. Все они предполагали работу тяговых двигателей в различных режимах движения локомотива, сочетая работу на них и паровых двигателей, и ДВС.

В нашей стране лишь в 1930-х гг. была осуществлена постройка трех опытных теплопаровозов двумя локомотивостроительными заводами по проектам НИИЖТа. Первые два (пассажирский и грузовой теплопаровозы) создали на Ворошиловоградском паровозостроительном заводе с участием конструкторов: А.С. Близнянского, Д.В. Львова и П.А. Сороки. Третий, как грузовой теплопаровоз, построили на Коломенском машиностроительном заводе по проектам Л.С. Лебедянского, М.Н. Щукина и А.И. Козякина.

 

Теплопаровоз  1-5-1 Коломенского з-да.

 

Эти локомотивы были весьма сложными по конструкции, но расчетный К.П.Д. их составлял 14-16%, а паровоза 6-7%. Однако, к этому времени и у нас и заграницей уже стали появляться опытные т е п л о в о з ы, и от теплопаровозов отказались. Значительно раньше на железных дорогах появились маломощные автомотрисы (самоходные единицы подвижного состава, рассчитанные на перевозку пассажиров), изготовленные на Мытищинском вагоностроительном заводе, который в 1912-1914 гг. выпустил их всего семь экземпляров. Вот их некоторые технические характеристики:

• шестицилиндровый керосиновый двигатель «Дейц»;
• связь с колесной парой – электрическая: ДВС - эл.генератор-эл.двигатели-колесная пара;
• скорость до 80 км/ ч.

Автомотрисы этого завода использовали для пригородного движения на Казанской железной дороге. Они вмещали свыше семидесяти пассажиров. В 1913 г. эта идея получила развитиевпроекте Е.Е. Лонкевича. Он предложил к реализации тепловоз малой мощности (мотовоз) с механической передачей, который должен был осуществить Коломенский завод, но помешала война. Однако подобные мотовозы, например, из импортного поступления в 1916 г. фирмы «Плимут» из США всё же работали на путях промпредприятий, осуществляя маневровую работу.

 

Автомотриса, 1912 г.

 

Что касается начала предварительных разработок мощных магистральных тепловозов, то здесь следует отметить инженера Н.Г. Кузнецова и полковника А.И. Одинцовым. Они впервые в мире в 1905 г. создали проект поездного тепловоза с электрической передачей и индивидуальными тяговыми электродвигателями, который оказался лучшим прототипом будущих реальных разработок в нашей стране, но он не был построен по неизвестным причинам.

Далее следует вспомнить замечательного инженера и конструктора А.И. Липеца, который в 1913 г. выполнил проект тепловоза с оригинальной «пневматической сцепкой» дизеля при запуске.

Несколько позже многие эти идеи получили развитие в проекте мощного тепловоза, инженера Коломенского завода Ф.Х. Мейнеке. Этот локомотив (с дизельным двигателем с электропередачей[2] тележечного типа (осевая формула 1-2-1+1-2-1), мощностью 1600 л.с.) разрабатывался с 1909 г. по 1913 г., и по техническому уровню эта конструкция на то время была лучшей в мире! Но, опять вмешалась война 1914 г. и создание этого тепловоза остановилась.

Наконец, коснёмся зарубежных разработок. В 1892 г. по Дрезденской городской железной дороге стал курсировать вагон с двигателем Отто. Это был прообраз первого пассажирского тепловоза заграницей. Опытный вагон понравился публике. Через два года была построена в Дессау первая городская железная дорога с такими тепловозами-газоходами[3]. Она работала довольно долго, но не могла конкурировать с электрическими трамваями.

И всё же в Европе в 1912 г. была предпринята попытка создания дизельного тепловоза немецкой фирмой «А. Борзиг» совместно с фирмой «Братья Зульцер» (Швейцария), которые построили для этого двигатель под руководством Р. Дизеля. Сам же оригинальный локомотив по заказу прусских казённых железных дорог начали строить на заводе в городе Винтертур. Главный двигатель этого тепловоза мощностью 1200 л.с. представлял собой 2-тактный четырёхцилиндровый дизель, коленчатый вал которого был соединён дышлами с ведущи­ми колёсами. Тепловоз этой модели в 1914 г. совершил несколько опытных поездок, после чего стала ясна его непригодность для железнодорожного транспорта, и он был продан на слом. Вот так вот. В начале Первой мировой войны идею тепловозной тяги немцы забросили вместе с неудавшимся тепловозом.

Лишь в середине 1920-х гг. на отечественных заводах стали выпускать маломощные тепловозы (мотовозы) с автомобильными карбюраторными двигателями мощностью 20-60 л.с., а позже до 300 л.с., как для узкоколейных подъездных путей промпредприятий, так и для маневровой работы на ж.-д. путях нормальной колеи.

Что касается магистральных тепловозов, то во всём мире они воплощалась в этот период либо в виде проектов, либо неудачных опытных образцов. Но впереди их ещё ждали лучшие времена!

Undoubtedly, there are some points you perhaps think about drugs. Let's discuss about how you can make sure that medications you order online are sure. You can purchase cure to treat acute treatment of the symptoms of osteoarthritis or trigeminal neuralgia. Some services offer to their customers Viagra. If you're concerned about sexual disease, you perhaps already know about levitra 20mg. Maybe every man knows at least something about levitra 10mg. Matters, like , are linked sundry types of health problems. Notwithstanding erectile disfunction is more common among older men, that doesn't something you simply have to live with. Several medicines may add to sex drive difficulties, so its essential to cooperate with your heartiness care purveyor so that the prescription can be tailored to your needs. Causes of sexual disfunction include injury to the penis. Chronic disease, definite remedies, and a status called Peyronie's disease can also cause sexual dysfunction. Do not give Viagra or any drug to anyone under 18 years old without prescription.