Загадка второго паровоза Черепановых
В Википедии можно прочесть о двух паровозах, спроектированных и построенных талантливыми русскими инженерами Черепановыми.
Парово́зы Черепа́новых — первые паровозы, построенные в России. Первый паровоз был построен в 1833 году, второй — в 1835. Железнодорожный путь, по которому ходили паровозы, имел ширину колеи 1645 мм (2 аршина и 5 вершков).
Первый паровоз был построен Ефимом и Мироном, отцом и сыном Черепановыми в 1833 году на Выйском заводе, входившем в состав Нижнетагильских заводов. Испытания паровоза начались в августе 1834 года.
Устройство этого паровоза и история его создания были описаны в пятом номере «Горного журнала» за 1835 год. «Горный журнал» приводит следующие сведения о технических характеристиках паровоза:
Сухопутный пароход, ими устроенный, ходит ныне в обе стороны по нарочно приготовленным на длине 400 сажень (853,5 м) чугунным колёсопроводам. Пароход их неоднократно был в действии и показал на деле, что может возить более 200 пуд (3,3 тонны) тяжести со скоростью от 12 до 15 вёрст в час (13 — 16 км/ч). Самый пароход состоит из цилиндрического котла длиною 5 1/2 футов (1676 мм) диаметром 3 футов (914 мм) и из двух паровых лежачих цилиндра длиной 9 дюймов (229 мм), в диаметре 7 дюймов (178 мм).
Кроме того, до настоящего времени частично сохранились выполненные с натуры племянником Ефима Черепанова Амосом чертежи, а также действующая модель паровоза, сделанная ими в 1837 году для промышленной выставки в Петербурге. По ним в 1949 году была изготовлена копия паровоза, которая ныне стоит перед Дворцом культуры железнодорожников напротив вокзала в Екатеринбурге. Макеты первого паровоза Черепановых можно увидеть в нескольких технических музеях России.
Второй паровоз был удостоен лишь небольшой заметки в "Горном журнале".
Ныне гг. Черепановы устроили другой пароход большего размера, так что он может возить за собой до тысячи пудов тяжести. По испытании сего парохода оказалось, что он удовлетворяет своему назначению; почему и предложено и ныне же продолжить чугунные колесопроводы от Нижне-Тагильского завода до самого медного рудника, и употребить пароход для перевозки медных руд из рудника в завод[1].
В заметке приводились некоторые его технические характеристики:
Длина котла — 6 футов (1829 мм)
Диаметр котла — 3 фута и 4 дюйма (1016 мм)
Доцент Московского института железнодорожного транспорта Михаил Адольфович Зейгенбок обратил внимание на несоответствие между относительно небольшим увеличение геометрических размеров котла второго паровоз и пятикратным увеличением тяги в сравнении с первым. Расчёты показали, что такого эффекта невозможно было достичь без принципиальных изменений в конструкции.
Паровозы Стефенсона, лидеры паровозостроения того времени, достигали и более высоких показателей, но при значительно больших размерах рабочего котла.
Михаил Зейгенбок поначалу отнёс это несоответствие на некомпетентность журналиста, но решил в этом убедиться. В архивах Академии Наук он внимательно изучил сохранившиеся чертежи первого паровоза, и обратил внимание, что среди них встречались чертежи деталей и узлов, которые невозможно было использовать в паровозе в принципе. Зато, они соответствовали конструкции газогенератора и двигателя внутреннего сгорания. Вероятно, конструкторы, воссоздавшие первый паровоз просто проигнорировали эти чертежи, как не соответствующие поставленной задаче.
История газогенераторных двигателей началась в самом начале 19-го века
В 1799 году французский инженер Филипп Лебон открыл светильный газ и получил патент на использование и способ получения светильного газа путём сухой перегонки древесины или угля. В 1801 году Лебон взял патент на конструкцию газового двигателя, однако в 1804 году он был убит, не успев воплотить в жизнь своё изобретение.
В 1860 г. бельгийский официант и, по совместительству, инженер-любитель Этьен Ленуар создал и запатентовал двигатель внутреннего сгорания, работающий на светильном газе.
В 1862—1863 гг. газогенераторная силовая установка мощностью до 4 л.с. была установлена на восьмиместный открытый омнибус. КПД двухтактного двигателя Ленуара достигал всего 5 %.
В 1883 г. английский инженер Э. Даусон впервые сформулировал концепцию сочетания газогенератора и двигателя внутреннего сгорания в едином блоке, который целиком мог быть установлен на транспортной или иной машине. Значение этой работы было настоль велико, что в течение некоторого времени полуводяной газогенератор повсеместно назывался «газом Даусона». Первый классический газогенераторный автомобиль, использующий в качестве топлива древесные чурки и древесный уголь, был построен Тейлором в 1900 г. во Франции (патент в России выдан в 1901 г.).
Михаил Зейгенбок предположил, что второй паровоз Черепановых был... тепловозом на газогенераторном двигателе. Косвенно об этом говорила и причина отказа Демидова от эксплуатации паровозов.
В отличие от стационарных паровых двигателей, востребованных в то время российской промышленностью, первой русской железной дороге Черепановых не было уделено того внимания, которого она заслуживала. Начальство Нижнетагильского завода, да и сам заводчик Н. Демидов весьма скептически относились к постройке паровиков. Вдобавок подрядчики конного извоза были настроены против железной дороги.
Но главное, в качестве топлива в паровозах Черепановых использовались дрова. «Сухопутный пароход» потреблял их в таком количестве, что очень скоро встала проблема с подвозом. За годы эксплуатации весь лес в окрестностях железной дороги был вырублен, и дрова приходилось доставлять издалека на той же конной тяге. Это решающим образом повлияло на судьбу паровоза в отличие от машин главного инженера угольных копей Стефенсона.
Впоследствии вместо паровоза стали использовать гужевую упряжь, таская по ветке вагоны с рудой.
Видимо, Черепановы пытались решить проблему "прожорливости" паровоза, разработав принципиально новый, более экономичный, двигатель для локомотива и добились в этом успеха. Но газогенераторный "паровоз" тоже потреблял дрова, хоть и в меньших количествах, поэтому, заводчик отказался от использования обоих локомотивов, не вникая в тонкости технологий. Слишком новаторскими были конструкция и принцип её работы, поэтому, они были не поняты и отвергнуты современниками.
Что же касается заметки в "Горном журнале", то можно только гадать, почему речь в ней шла всего лишь о втором паровозе. Скорее всего, Черепановы сами не спешили делиться техническими секретами. Паровоз уже был известен современникам, никаких особенных секретов его конструкция не содержала, потому первый российский паровоз и был достаточно подробно описан в журнале. А тепловоз был на то время единственной в мире машиной принципиально новой конструкции.
Газогенераторные двигатели в дальнейшем получили широкое применение
В 1919 г. французский инженер Георг Имберт создал газогенератор прямоточного (обращённого) типа, в котором топливо и газифицирующий агент при газификации движутся в одном направлении. В 1921 был создан автомобиль с газогенератором на этом принципе. При этом древесина пиролизуется не в цилиндрах (как у Форда, Круппа или Порше), а в котле, где древесина «сжигалась» при недостатке кислорода (частичнозамещённый пиролиз), что являлось большим шагом вперед по сравнению с полукоксованием от Круппа. Это позволило настолько улучшить качество газогенераторов, что газогенераторные двигатели снова стали реальными конкурентами бензиновых и дизельных двигателей.
В Германии во время войны стали делать газогенераторы не только дровяные, но и на брикетах из буроугольной крошки и пыли, так как этого топлива там было достаточно много. Грузовики с газогенераторами ездили не быстро — 20 км в час — на низкокалорийном газе, в который превращались в газогенераторе дрова. В некоторых странах мира и в настоящее время используют такие автомобили (в очень небольших количествах), довольно много их в сельской местности Северной Кореи[1].
В 1938 г. в Европе насчитывалось около 9 тыс. автомашин, работавших на газогенераторном горючем. К 1941 г. это количество увеличилось почти в 50 раз. В том числе в Германии их число достигло 300 тыс.
Первое в СССР испытание автомобиля на шасси ФИАТ-15 с газогенераторной установкой В. С. Наумова состоялось в 1928 году. В 1934 году проведён первый испытательный пробег газогенераторных автомобилей по маршруту Москва — Ленинград — Москва, в котором участвовали ГАЗ-АА и ЗИС-5 с установками, спроектированными в НАТИ[2].
В СССР в 1936 г. было принято постановление СНК СССР о производстве газогенераторных автомобилей и тракторов.
В 1936 году выпущена первая партия газогенераторных грузовиков ЗИС-13, а затем — ЗИС-21 и на Горьковском заводе — ГАЗ-42. В начале 1941 года выпускались работавшие на древесных чурках газогенераторные установки для автомобилей ЗИС, тракторов ЧТЗ и ХТЗ. Они имели существенные недостатки: небольшую мощность, быстрый износ металла, заводские дефекты, приводившие к большим простоям. Однако газогенераторные автомобили и трактора стали большим плюсом во время Великой Отечественной войны — они активно использовались в тылу.
А Черепановы построили первый тепловоз на газогенераторном двигателе в 1835 году...