«Верблюжий горб»
Цена на антрацит в США в конце XIX века была довольно высокой: кроме железных дорог уголь нужен был еще и промышленности. При этом до 20% добытого угля шло в отвалы — слишком мелкие осколки размером около одного сантиметра, так называемый штыб. Этот самый штыб был на удивление дешев, ведь использовать его можно разве что для отопления домов, да и то топить угольной крошкой и пылью — удовольствие ниже среднего.
Инженер Джон Вуттен решил приспособить дешевое топливо для паровозов. Затея сулила большую выгоду. Но как ее воплотить в жизнь? Тяга в паровозной топке сильная, и такие мелкие частички угля просто унесет в трубу. Решение оказалось простым и гениальным: нужно расширить топку, тогда уменьшится восходящий поток воздуха. Мало того, раз угольки такие мелкие, они сгорают быстро и целиком, тепла выделяется больше, а дыма почти нет, что идеально для паровозов пассажирских поездов.
Топка Вуттена была запатентована в 1877 году, и тогда же были построены «кэмелбэки» для Pennsylvania Railroad. Использование в качестве топлива бросового штыба давало экономию до двух тысяч долларов в год на каждом паровозе! Так что к 1883 году пассажирские поезда водил уже 171 «кэмелбэк».
При постройке этих локомотивов пришлось решить ряд технических проблем, ведь у широкой топки и колосниковая решетка вдвое шире обычной. Она теперь не помещалась между выступавшими над рамой паровоза ведущими колесами большого диаметра, расстояние между которыми продиктовано шириной железнодорожной колеи.
Из-за этого топку пришлось поднять выше колес, но если сзади разместить традиционным образом будку, то машинист с помощником из нее просто ничего не увидят, кроме самой топки. Тогда будку надвинули на котел, и она этаким горбом торчала посередине паровоза, став причиной прозвища «кэмелбэк» — «верблюжий горб». Для кочегара сделали отдельный навесик перед топкой, откуда он и должен был закидывать уголь, руководствуясь лишь показаниями приборов.
В случае каких-то нештатных ситуаций машинист и кочегар пытались друг до друга докричаться, но это не всегда получалось. Рабочее место кочегара не было оборудовано защитой от ветра и холода, но это еще не самое страшное: площадка, на которой он стоял, была подвижной, шарнирно соединенной и с паровозом, и с тендером. Когда локомотив проходил крутые радиусы кривых или стрелки, удержаться на этой площадке было чрезвычайно сложно.
Кочегар должен был балансировать на болтавшемся из стороны в сторону пятачке, работая лопатой. Случалось, кочегары падали и калечились.
Машинисту тоже приходилось несладко. Вместо коротких рукояток и кранов, теперь тяги систем управления пришлось тянуть далеко назад, к лицевой части котла, и для работы ими приходилось прикладывать значительные усилия. Мало того, будка стояла прямо над ведущими колесными парами, как раз над шатунами, которые в случае срыва на ходу пробивали пол и грозили увечьями. Да и сидеть верхом на паровом котле тоже было далеко не безопасно: котлы и взорваться могли на подъеме и спуске.
Паровозы с «верблюжьим горбом» строили почти семьдесят лет, аж до 1920-х годов. Выпуск прекратили из соображений безопасности по решению специальной комиссии правительства штата Огайо.
Паровоз на… электричестве!
В Швейцарии своих углеводородов не было, а вот паровозы были. Даже в годы Второй мировой войны швейцарцы умудрялись покупать уголек для них в Германии, но в 1942 году немецкой армии так намяли бока на Восточном фронте, что уголь и нефть до зарезу стали нужны самому Третьему рейху, поэтому всякий экспорт стратегического сырья был прекращен.
К счастью, на горных реках Швейцарии было построено множество небольших электростанций, а раз есть электричество, то можно перевести железные дороги на электровозную тягу. И перевели. Да вот только не все. Маневровую работу на станциях выполняли небольшие паровозы — чем их топить? Почему и здесь бы не пустить электровозы?
Маневровая работа требует частого изменения скорости и направления движения, а контролировать обороты асинхронного двигателя переменного тока без использования электроники затруднительно. Конечно, маневровые электровозы со временем построили, но решать-то проблему требовалось срочно.
13 января 1943 года из мастерских депо станции Ивердон-ле-Бен, что в 60 километрах от Берна, выехал необычного вида локомотив. Это был, конечно, паровоз, но на крыше будки у него красовался электровозный пантограф. За основу пароэлектрического гибрида был взят серийный маневровый локомотив швейцарских железных дорог серии Е 3/3 «Тигерли». В его котел вмонтировали два мощных ТЭНа (теплоэлектронагревателя), так что локомотив сразу получил прозвище «tauchsieder» — «электрокипятильник».
Ток от контактной сети шел через понижающий трансформатор. На паровозе стояла мощная аккумуляторная батарея для питания циркуляционного насоса и внутренней электросети. В результате переделки паровоз стал на 7 тонн тяжелее, поэтому пришлось усиливать экипажную часть и рессоры.
Зато экономия на угле составляла до тонны в сутки, что в год позволяло сберечь более трехсот тонн ценного сырья. Паровоз мог работать и на неэлектрифицированных участках пути, но только 20 минут, так как ровно на такое время хватало запаса пара в котле без подогрева. 11 февраля 1943 года был переделан на электропитание второй паровоз типа Е 3/3, однако он оказался и последним: подоспели электровозы.
Скоростные паровозы
США
Руководство американской железной дороги New York Central решило создать скоростной и весьма комфортабельный поезд с говорящим названием «Меркурий». Спроектировать облик паровоза для него пригласили в 1935 году дизайнера Генри Дрейфуса. Обтекаемые формы локомотива должны были помочь развивать скорость до 160 км/ч.
Все наружные трубы, свистки и другие выступающие детали Дрейфус закрыл обтекаемым кожухом, в котором сделал вырез над ведущими колесами. Диски этих колес были окрашены алюминиевой краской с черным кольцом, отделявшим «алюминиевый» центр от обода. Мало того, в движении колеса подсвечивались расположенными под обтекателем электрическими лампами.
Паровоз был покрашен, как и весь состав, в элегантный серо-голубой цвет с отделкой из матового алюминия и выглядел в то время до крайности футуристично, отражая концепцию поезда будущего. Первый «Меркурий» вышел на линию между Кливлендом и Детройтом 13 июля 1936 года, а последний фирменный поезд с этим названием прошел по трассе 11 июля 1959 года.
Генри Дрейфус разработал и дизайн паровозов J-3a Super Hudson с максимальной скоростью до 198 км/ч, водивших с 1937 года престижные пассажирские поезда «Эмпайр-стейт-экспресс» от Нью-Йорка до Буффало.
СССР
Ворошиловградский завод имени Октябрьской революции на американский дизайн смотрел внимательно. Так, в 1937 году один из выпускавшихся там паровозов «ИС» («Иосиф Сталин») был снабжен обтекаемым кожухом, получив название ИС20-16. Было установлено, что при скоростях выше 100 км/ч применение такого обтекателя может дать выигрыш в мощности на 200–250 л. с.
ИС20-16 смог разогнаться до скорости 155 км/ч, но так и остался опытной машиной. Зато выпускавшаяся в 60–70-е годы полиэтиленовая игрушка, изображавшая некий красный паровоз, удивительно похожа именно на ИС20-16, так что память о нем осталась в сердцах многих советских детей.
Super Hudson тоже не был обойден вниманием конструкторского отдела Ворошиловградского завода. Уж очень похожим на него получился опытный скоростной паровоз с колесной формулой 2-3-2 и конструкционной скоростью 180 км/ч. Постройка паровоза № 6998 была завершена в апреле 1938 года с использованием деталей от серийных паровозов ФД и ИС.
В опытной эксплуатации «2-3-2» водил скорые и курьерские поезда по Южно-Донецкой железной дороге, потом работал на Октябрьской железной дороге. Именно его изобразил А. Дейнека на своем мозаичном панно «Лыжники и торжество индустриализации» (эту работу можно увидеть на станции московского метро «Новокузнецкая»).
«Священная корова»
Сразу после Второй мировой войны железная дорога «Чесапик и Огайо» решила запустить скоростной пассажирский поезд по маршруту Вашингтон — Цинциннати. Часть пути должна была проходить по крутому горному участку, не оборудованному электрической сетью. Конструкторы завода «Болдуин» предложили решение — проект локомотива с паротурбинной силовой установкой, которая крутила генераторы, а те, в свою очередь, питали восемь тяговых электромоторов. Паротурбинная установка на выходе выдавала 6000 л.с. Крейсерская скорость — 160 км/ч (100 миль в час). Подразумевалось, что эксплуатация потребует гораздо меньше обслуживающего персонала, так как не будет кривошипно-шатунного механизма.
Новый локомотив отнесли к типу «паротурбоэлектровоз». Такие схемы традиционны для водного транспорта, но на железной дороге никогда не применялись. Первенцем как раз и стал пассажирский локомотив Baldwin M1, построенный заводом «Болдуин и Вестингауз» в трех экземплярах в 1947–1948 годах. Но за всю историю эксплуатации (до 1949 года) ни один из локомотивов так и не смог пройти весь свой маршрут без поломок.
В основном это были короткие замыкания в электромоторах, плохо защищенных от попадания воды и угольной пыли. Прозвище «священная корова» придумали заводские механики из-за огромных размеров локомотива, ведь 47-метровый Baldwin M1 вместе с тендером — самый длинный паровой локомотив в США. Но еще и из-за того, что вставшая на перегоне машина могла парализовать все железнодорожное движение. Она стояла намертво, как та самая священная корова на индийском тракте, и, чтобы ее сдвинуть, приходилось затевать целую ремонтно-спасательную операцию. В конце концов управление дороги устало от такой работы, и в 1950 году все три экземпляра были распилены и отправлены на переплавку.
Попой кверху
Железные дороги строят не только на равнинах, но и в горах. Например, железная дорога Шёнберг в Австрии от городка Пухберг-ам-Шнеберг до плато под вершиной Шнеберг идет на высоту 2076 метров и имеет уклон пути 19,6% (11 градусов). Совсем немало, поэтому путь оборудован между обычными рельсами еще и третьим зубчатым рельсом-рейкой, по которому катится специальное зубчатое колесо локомотива — для надежного сцепления.
Эта ветка для горных туристов была построена в 1897 году, так что с пассажирскими поездами на ней работали сначала паровозы. Туристы-то могут и на наклонившихся сиденьях посидеть, а вот вода в паровозном котле всегда будет сохранять горизонтальную поверхность, рискуя на крутых подъемах обнажить участки свода топки с гудящим в ней пламенем.
Если топка прогорит или огнепроводные трубы в котле обнажатся — беды не миновать. На таких паровозах часто ставят вертикальный котел, но здесь пошли другим путем. Никто же не обещал делать паровозы только с горизонтальным относительно рельсов котлом, можно его и приподнять немного сзади. Да, построенный заводом Krauss & Comp в 1896 году реечный паровоз SKGLB Z с номером 999.101 выглядит на ровном участке пути чудно, зато на горных участках его котел всегда остается в горизонтальном положении.
Без дыма и огня
Паровоз — надежная машина, но из трубы у него порой вылетают горящие кусочки угля и искры. А если нужно перевозить грузы на подъездных путях порохового завода или еще среди какой горючей химии? Для этого придумали паровозы вообще без топки — нет у них кочегара, ничто нигде не горит. Перегретую воду заранее накачивают в огромный прочный резервуар-аккумулятор, и паровая машина работает от выделяемого этой водой пара, пока вода не остынет или уровень ее не понизится. Тогда паровоз уйдет на перезарядку.
На немецком фармацевтическом заводе «Байерверке» работал вот такой симпатичный пузан — огнебезопасный узкоколейный паровоз Salophen 22. Собственно, «салофен» — это название популярного антисептического и жаропонижающего средства, придуманного в 1891 году той самой фирмой «Байер». Тоже такой вот механизм, без жара. Построен паровозик был в 1917 году локомотивным заводом Гогенцоллернов в Дюссельдорфе. Забавно, что проработал он аж до 1973 года!
Атомный паровоз
Вскоре после первого применения атомных бомб, сброшенных бомбардировщиками США на японские города Хиросиму и Нагасаки, об опасности радиации было известно еще очень немного. Да что там говорить, совсем еще недавно, в 1930–1940-е годы, даже выпускали «особо полезную» косметику с радием!
Так что открытие нового неисчерпаемого источника энергии восприняли с огромным энтузиазмом и без особой опаски. Атомные реакторы предполагали использовать везде и всюду, а об атомных локомотивах для железных дорог речь пошла сразу после окончания войны.
К середине 1954 года в Университете Юты под руководством профессора Лайла Борста был разработан проект двухсекционного атомного локомотива Х-12. В передней секции располагались кабина локомотивной бригады, атомный реактор, турбина, конденсаторы для превращения обратно в воду выходящего из турбины радиоактивного водяного пара и четыре электрогенератора мощностью 1,3 МВт каждый. Для охлаждения реактора и отвода лишнего тепла предназначалась вторая секция с мощными блоками радиаторов, так что полная длина локомотива получилась 49 метров.
Реактор должен был быть компактным (по метру в высоту и в ширину, 40 см длиной) и простым, поэтому выбрали вариант с активной зоной, в которой еще на заводе для ядерного топлива смешивались 19,8 кг оружейного урана-235 с замедлителем, в роли которого выступали 357 литров воды. При аварийной ситуации с перегревом и закипанием реакция самостоятельно прерывалась. Для защиты людей от проникающей радиации ядерный реактор был окружен водой и стальными листами с заливкой промежутков между ними парафином и гипсом.
Масса первой секции с реактором, турбиной, генераторами, конденсатором пара и прочим оборудованием достигала по проекту 326 тонн, так что пришлось поставить под нее аж три трехосные тележки, все девять осей которых были ведущими и вращались мощными электромоторами — 8000 л.с., которые кратковременно могли форсироваться даже до 10 000 л.с.
Предполагалось, что ядерный реактор, запущенный на заводе при производстве локомотива Х-12, глушиться при эксплуатации уже не будет никогда, а просто честно отработает положенные три года, после чего будет заменяться новым. Можно было только аварийно остановить процесс ядерного распада.
Для этого была предусмотрена система управляющих стержней, которые падали бы в активную зону автоматически при резком изменении скорости поезда в результате столкновения или еще какой-либо катастрофы. Паровую турбину, загрязненную радиоактивным паром от реактора, тоже обслуживать не предполагалось, раз в полгода ее нужно было просто менять, а заодно дозаправлять в реактор 50 литров водно-урановой смеси.
Авторы проекта предполагали, что для постройки первого атомного локомотива понадобится 5,2 миллиона долларов. Однако, по расчетам, большая цена должна была окупиться за десять лет, ведь локомотив требовалось заправлять всего лишь раз в полгода, а водить поезда он мог бы непрерывно при минимальном техническом обслуживании и смене локомотивных бригад.
Особо выгодно было бы пускать составы на дальние расстояния: Х-12 мог бы тянуть грузовой поезд из 120 вагонов длиной почти 2,5 километра и весом до 20 тысяч тонн со средней скоростью 80 км/ч!
Проектом профессора Борста заинтересовалась фирма Babcock & Wilcox, собравшая комиссию для оценки возможности его реализации. Однако выводы оказались неутешительными. Разработчики неверно определили цену оружейного урана: она на тот момент была вовсе не 20 долларов за грамм, а в шесть раз больше, что сразу снижало экономическую привлекательность идеи. Кроме того, Х-12 сочли все же слишком опасным для эксплуатации на железных дорогах общего назначения.
Фото: Getty Images, Wikimedia
