какую энергию использовали первые железнодорожные локомотивы
Переход от паровой тяги к электрической в СССР
Опубликовано 04.01.2020 · Обновлено 04.02.2021
Несомненно эра паровых локомотивов должна была уйти и ей на замену пришел более экономичный и мощный локомотив — электровоз. В СССР такая смена рабочих лошадок железных дорог началась в 1932-м году, когда прибыла партия электровозов компании General Electric для работы на Сурамских перевалах Закавказской дороги. Это было сложное, и вместе с тем наиболее важное в торговом плане (транспортировка сурамской нефти) направление, с крутыми подъемами и тоннелями. С этого момента, но позже многих развитых стран, в СССР началась работа по оборудованию инфраструктуры для перехода на электрическую тягу повсеместно.
Электровоз Сс-14 (Сурамский электровоз)
» data-medium-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/01/suram-el-ss-300×199.jpg» data-large-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/01/suram-el-ss-1024×678.jpg» width=»1024″ height=»678″ gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″ data-src=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/01/suram-el-ss-1024×678.jpg» alt=»Электровоз Сс-14″ data-srcset=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/01/suram-el-ss-300×199.jpg 300w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/01/suram-el-ss-768×509.jpg 768w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/01/suram-el-ss.jpg 1200w» data-sizes=»(max-width: 1024px) 100vw, 1024px» /> Электровоз Сс-14 (Сурамский электровоз)
Экономические факторы перехода на электротягу
Паровоз, несмотря на свой грозный и тяжелый вид, не является таким уж мощным локомотивом с точки зрения тяговых характеристик. Для своей работы им используется энергия давления перегретого водяного пара, которая создает тяговое усилие на поршень в цилиндре паровой машины, а после совершения некоего перемещения поршня всё еще перегретый пар (температура >100º C) сбрасывается в атмосферу. А вместе с этим паром по ветру летит напрасный труд кочегаров, экипировщиков, а еще конечно же деньги — уголь и вода просто тоннами оказываются «выброшенными» на ветер. Вот к примеру в кораблестроении к «концу паровозной эры» уже был осуществлен либо переход к двигателям внутреннего сгорания, либо к паровым турбинам, так как они более полно используют энергию пара. Даже на железной дороге американцами был изобретен такой чудо-агрегат как «Паротурбовоз», принцип действия которого прямо следует из названия. А еще эксплуатация паровозов нуждается в развитой инфраструктуре станций экипирования, где можно долить воды и досыпать угля, для управления таким локомотивом требуется труд минимум троих человек, управление является сложным, требующим наработки определенного навыка. Кабина паровоза технически имеет крайне ограниченный обзор на дорогу, а для изменения направления движения паровоза требуется физически его разворачивать, либо на разворотном круге, либо треугольнике.
» data-image-caption=»» data-medium-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/08/z5-300×239.jpg» data-large-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/08/z5.jpg» width=»999″ height=»795″ gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″ data-src=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/08/z5.jpg» alt=»Паровоз на ходу» data-srcset=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/08/z5-300×239.jpg 300w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/08/z5-768×611.jpg 768w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/08/z5.jpg 999w» data-sizes=»(max-width: 999px) 100vw, 999px» />
Все вышеперечисленные факторы — это большие минусы парового движения. Если сюда добавить еще и тяжесть производства таких локомотивов, ведь это огромное количество литых металлических конструкций, да на одни колесные пары, в высоту с человеческий рост, можно глянуть, и подумать — как это дорого в производстве. Так что в СССР хоть и затягивали с прогрессом, но экономически закупка электровозов и развертывание инфраструктуры были значительно более выгодным занятием, нежели дальнейшая эксплуатация паровой тяги.
Энергоснабжение
» data-image-caption=»» data-medium-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/01/h97y8yh-300×192.jpg» data-large-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/01/h97y8yh-1024×656.jpg» width=»1024″ height=»656″ gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″ data-src=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/01/h97y8yh-1024×656.jpg» alt=»Электровоз ВЛ22м» data-srcset=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/01/h97y8yh-300×192.jpg 300w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/01/h97y8yh-768×492.jpg 768w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/01/h97y8yh.jpg 1280w» data-sizes=»(max-width: 1024px) 100vw, 1024px» />
С 1928-го года началось сооружение электрораспределительной инфраструктуры на железной дороге. Силовые подстанции использовали электрическую энергию электростанций, которая подводилась по высоковольтным линиям трехфазного тока. Выпрямительными установками подстанций напряжение приводилось к повсеместному железнодорожному стандарту — 3000 В, и это речь уже идет о постоянном токе. Такой стандарт электропитания на тот момент был принят в Европе и Америке. Кстати, система питания на постоянном токе особенно хорошо подходит для осуществления рекуперации, то есть обратного преобразования энергии движения поезда в электричество. Электровозы с функцией рекуперативного торможения было выгодно использовать на сурамских перевалах, так как в одном направлении электровоз работал в основном только как генератор, и износ тормозных колодок минимален, и экономия электроэнергии значительная.
Какую энергию использовали первые железнодорожные локомотивы
Электровозы!
История создания электровозов!
Первые попытки использовать электрическую энергию для механической работы начали осуществлять с начала 19-го века.
Опыты Б. С. Якоби, проведённые в 1834 году с собранным им электродвигателем, оснащённым вращающимся якорем, имели важное значение для рельсового транспорта на тяге от электродвигателей.
Одновременно в США, Германии, Англии и Франции проводились опыты по перемещению макетов экипажей с помощью электрических двигателей.
В 1879 году на Германской промышленной выставке демонстрировался электровоз мощностью 3 л. с., созданный немецким инженером Вернером фон Сименсом. Локомотив использовался для катания посетителей по территории выставки. Скорость составляла 6,5 км/ч, локомотив питался от третьего рельса постоянным током напряжением 160 В.
В 1883 году американский инженер Лео Дафт построил свой первый электровоз «Ампер» (Ampre). Электровоз «Ампер» имелл массу в две тонны, а мощность составляла 25 л. с., и мог тянуть за собой массу в десять тонн с максимальной скоростью 9 миль в час (16,7 км/ч).
После «Ампера» Лео Дафт построил локомотивы «Вольта» (Volta) и «Пачинотти» (Pacinotti).
Позднее Лео Дафт занялся электрификацией трёхмильного участка балтиморской конки, однако данный опыт к успеху не привёл, так как система с питанием от третьего рельса оказалась слишком опасной для условий города и очень капризной в эксплуатации.
Электрическая тяга имела много положительных факторов и уже к 1900 году во многих странах стали появляться электрические локомотивы и пассажирские вагоны с тяговыми двигателями (прототип электропоездов) и трамваи.
В октябре 1903 года в Германии поезд, в составе которого был моторный вагон производства компании Сименс, развил скорость 210 км/ч на участке между Мариенфельде и Цоссеном в районе Берлина.
История электровозов в России!
Электровозы в России появились в 1930-х годах, во времена СССР.
Для оснащения первых электрифицированных участков электровозами, электровозы закупали за границей, и начали разработку своих отечественных электровозов.
Народный комиссариат путей сообщения (НКПС) остановил свой выбор на предложениях компаний Дженерал Электрик (США) и Tecnomasio Italiano-Brown-Boweri (Италия). Дженерал Электрик должна была поставить 8 электровозов, из них 2 с установленными тяговыми электродвигателями (ТЭД), а на 6 других ТЭД производства московского завода «Динамо» должны были установить уже в СССР. И еще 7 электровозов было заказано у итальянской компании.
В 1929 году на заводе «Динамо» и Коломенском заводе началась подготовка к производству электрического оборудования и механической части отечественных электровозов.
В августе 1932 года с Коломенского завода поступила механическая часть электровоза. Собранный электровоз получил обозначение серия Сс (Сурамский Советский) и был обкатан в ноябре 1932 года на Северных железных дорогах.
На фотографии электровоз Сс.
6 ноября 1932 года первый отечественный электровоз ВЛ19 был выпущен и также поступил для испытаний на Сурамский участок.
В начале 1938 года начали проектирование электровоза серии ВЛ22, а уже в сентябре 1938 года первый электровоз этой модели был выпущен.
На фотографии электровоз ВЛ22.
На фотографиях электровозы серии ВЛ8.
Электровозов ВЛ61, в 1954-1958 годах было построено 12 единиц, и они поступили для эксплуатации на участок «Ожерелье» Павелец Московско-Курско-Донбасской железной дороги, работы по электрификации которого на переменном токе были проведены в 1955 год-1956 годах.
В 1956 году, на 20-ом съезде КПСС, было принято решение о начале массового внедрения на советских железных дорогах тепловозной и электровозной видов тяги, а также о прекращении строительства паровозов.
В том же, 1956 году, крупнейшие в СССР паровозостроительные заводы, Коломенский и Ворошиловградский, выпустили свои последние паровозы и перешли на выпуск тепловозов.
Одновременно было принятии решение о закупке двух магистральных электровозов в Чехословакии, которые были поставлены в 1957 году.
Постановлением Совета министров СССР № 1106 от 3 октября 1958 года на сети железных дорог СССР было начата электрификация на переменном токе.
За 1959-1960 год новая система электрификации была введена на линиях протяжённостью 1220 км.
На фотографии электровоз ВЛ10.
Производство электровозов в других странах!
США были пионерами в электровозостроении и электрификации железных дорог, и в 1920-1930-х годах стали страной с самым развитым производством электровозов. Основной компанией-производителем американских электровозов была Дженерал Электрик. Но в дальнейшем, в связи с развитием и совершенствование дизелестроения, и особенностями эксплуатации железных дорог США, дальнейшее развитие электровозов и электрификации в США было приостановлено. В результате производство электровозов в США было прекращено, так как импорт электровозов из-за границы был более рентабельным (по причине ограниченной потребности в них), нежели организация и содержание собственного производства.
В Европе, производство электровозов осуществляется в Германии, Франции, Италии, Швейцарии, Австрии, Швеции, Испании, Великобритании, Турции, Чехии, Польше. На Европу приходится большая часть всех электрифицированных железных дорог в мире, соответственно в Европе же электровозостроение получило наибольшее развитие. Производство электровозов в Европе покрывает не только внутриевропейские потребности в данных типах локомотивов, но и составляют большую часть всего общемирового экспорта электровозов.
В странах Азии электровозы производятся в Японии, Корее, Индии, Китае и КНДР.
В Японии электрифицированные железные дороги получили широкое распространение. В Японии электровозы производятся компаниями: Hitachi, Mitsubishi и Toshiba Electric.
Современные электровозы!
Современные электровозы – это мощные надежные машины, которые осуществляют железнодорожные перевозки в самых разных странах и практически на всех континентах.
Электровозы. Развитие электрификации железных дорог и электровозостроения.
Локомотивы: что мы знаем о самоходном рельсовом экипаже
Электричество помогло создать невероятно мощные и быстрые локомотивы без едкого выхлопа. В первой половине двадцатого века именно они помогли нарастить грузо- и пассажироперевозки, с которыми не справлялись архаичные паровозы. Сейчас электрические локомотивы заняли свою нишу, органично разделив обязанности и железнодорожные ветки с тепловозами. Для тех, кто знает о локомотивах чуть больше, чем ничего, мы и подготовили этот пост. В нем мы расскажем про самые первые электрические локомотивы XIX века, зарождении электрифицированных дорог в СССР и Японии.
Первые электропоезда
В XIX веке изобретатели пытались найти новые сферы применения электричества. В 1837 году шотландец Роберт Дэвидсон создал модель электрической рельсовой повозки, а в 1842 году представил первый электролокомотив Galvani на гальванических элементах. Galvani протестировали в Шотландии на отрезке пути Глазго-Эдинбург, где он с грузом в 6 тонн проехал более двух километров со скоростью 6 км/ч. Из-за малой мощности и дороговизны (обслуживать батареи стоило вчетверо дороже, чем жечь уголь) Дэвидсон прекратил совершенствование своего изобретения.
В 1851 году на дороге между американским Вашингтоном и Бладенсбургом профессор Смитсоновского института Чарльз Пейдж запустил свой электросостав, развивший скорость 30 км/ч.
Рисунок — вот и всё, что дошло до наших дней от электровагона Чарльза Пейджа. Источник: Wikimedia
В течение нескольких десятилетий изобретатели предлагали свои идеи по совершенствованию электротранспорта. Майкл Фарадей разработал электрогенератор, позволявший постоянно вырабатывать большой ток (в отличие от маломощных и дорогих гальванических элементов). В результате в 1879 году на Берлинской выставке Вернер фон Сименс построил кольцевую трехсотметровую железную дорогу, по которой двигался пассажирский состав из электровоза и трех тележек с лавками, получающий постоянный ток в 150 В от третьего рельса. Электричество вырабатывалось паровой динамо-машиной, установленной в павильоне неподалеку. Двигатель электровоза развивал 2,2 кВт (3 л.с.) мощности и достигал скорости 13 км/ч. За время работы выставки в течение четырех месяцев состав перевез 86 тысяч пассажиров, каждый из которых платил за билет 20 пфеннигов, уходивших на благотворительность. Берлинскую выставку и электропоезд Сименса можно считать первым примером коммерческой перевозки электрическим железнодорожным транспортом.
Появление тяговитых электропоездов проложило железнодорожные пути туда, куда паровозам с их дымом и паром вход был заказан – под землю. В 1890 году в Лондоне открылась подземная железнодорожная линия, длиной 5,6 км, а 16 электровозов с мощностью 36,7 кВт поставили Mather & Platt и Siemens Bros. Это был лондонский метрополитен.
В 1895 году на американском железнодорожном маршруте Балтимор-Огайо появился электрифицированный участок длиной 11 км, часть которого в черте города пролегала под землей. Впрочем, дальше электрификация железных дорог в США продвигалась неторопливо.
Первая российская электрическая железная дорога начала строиться между Санкт-Петербургом и Красной Горкой в 1913 году, но начавшаяся Первая мировая остановила проект — построенный отрезок до петербургской Стрельны теперь отдан под трамвайное движение (маршрут №36). После революции по плану электрификации страны началось активное строительство железных дорог для электровозов, первая из которых была проложена в 1926 от Баку до Сабунчи. Затем электропоезда начали появляться на дорогах, идущих из Москвы.
Собственного производства электровозов в СССР в то время еще не существовало, поэтому в 1932 году 8 локомотивов для новых дорог были закуплены у General Electric, причем только два из них поставлялись с электродвигателями, а для оставшихся шести предполагалось использовать двигатели отечественного производства.
СИ — один из первых импортных электровозов в СССР. Источник: Wikimedia
Две полностью оснащенных модели получили название С10, а шесть заготовок и изготовленные позже по лицензии электровозы, для которых заводом «Динамо» были построены двигатели на 340 кВт, необычно именовались СС — Сурамский советский, по имени Сурамского перевала, для которого они изначально и закупались. Модифицированные электровозы семейства С окончательно вывели из эксплуатации только в 1979 году.
Формально, СС не был советским электровозом, ведь за основу была взята импортная модель. Так что первым отечественным электровозом нужно считать ВЛ19 1932 года, который был действительно спроектирован в СССР.
ВЛ19, первый электровоз советской разработки. Источник: Wikimedia
Электровозам здесь не место
Удивительно, но мощные и эффективные локомотивы для электрифицированных железных дорог прижились не везде. Из-за необходимости затратного строительства инфраструктуры, электровозная тяга стала популярна в небольших странах, магистральных ветках и в местах со сложным рельефом. А вот история электровозов в США несколько драматична.
Соединенные Штаты были первой страной, начавшей электрификацию железных дорог. В самом начале XX века на электрическую тягу переходило восточное побережье страны — электрифицировать махом все главные ветки было фантастически дорого, поэтому электровозам отдали пассажирские перевозки между соседними штатами. Но с популяризацией дизельных двигателей и изобретением тепловоза электровозы начали понемногу сдавать. Тепловозы работают на любом пути без проводов и тяговых подстанций, а при нечастых поездках дизель выходил дешевле электричества. Если электрификация СССР породила избыток электроэнергии благодаря строительству ГЭС, то в Америке электричество добывалось в основном сжиганием угля.
Красавец А (GE-750) ушел с американских железных дорог в начале 1980-х. Кстати, изначально электровоз проектировался для СССР, но из-за Холодной войны к нам так и не попал. Источник: Wikimedia / Drew Jacksich
Вторая мировая ненадолго повлияла на предпочтения железнодорожников — бензин и дизель, ставшие топливом для военной техники, отправлялись на нужды армии, поэтому электровозы вновь стали более выгодным типом локомотивов. Электрификация железных дорог продолжилась до начала 1950-х годов, а точнее, до послевоенного экономического подъема. Самолеты, активное строительство асфальтовых трасс и автомобилизация страны затормозили не только электрификацию, но и развитие железнодорожного транспорта в принципе. К XXI веку от 409 тысяч километров путей осталось всего 220 тысяч, причем на 80% из них нет пассажирского сообщения. Реальность сурова: самолеты и грузовые автомобили выходят быстрее и дешевле.
Сейчас в США электрифицированные железные дороги встречаются только на пригородном сообщении и нескольких ветках между восточными штатами, а по оставшимся, еще не демонтированным путям передвигаются дизельные тепловозы.
Особый японский путь
В Японии железные дороги стали главным видом пассажирского транспорта, буквально впитавшись в национальную ДНК. Ни в одной другой стране мира поезда не перевозят такое количество пассажиров, как в Японии. Если в России железные дороги перевозят порядка 1,15 млрд пассажиров в год (без учета метро), то в Японии при втрое меньшей протяженности сети — более 9 млрд. И это при населении страны в 122 миллиона человек! А в огромном Китае (1,386 млрд жителей) и Индии (1,339 млрд человек) поезда перевозят 3 млрд и 8,26 млрд пассажиров в год соответственно.
Железные дороги Японии уникальны уже тем, что в стране используются сразу четыре вида колеи, причем самая массовая из них — узкая Капская колея шириной 1067 мм (22300 км, 13200 км электрифицировано). Европейская колея (1435 мм) насчитывает 3978 км пути, редкая Шотландская колея (1372 мм) — 96 км и наконец 48 км узкой колеи (762 мм). Для сравнения, ширина колеи в России равна 1520 мм.
Участок пути на Сахалине, где Капская колея перетекает в Российскую. Источник: Wikimedia
Первая железнодорожная ветка открылась в Японии в 1872 году, с этого момента в стране строились пути Капской колеи. Сейчас нет однозначного мнения, почему Япония взяла узкую колею за основу своих дорог. Считается, что это была воля скрупулезного чиновника, который отдал предпочтение Капской колее только из-за дешевизны ее прокладки и экономичности соответствующих поездов. Впоследствии эта особенность превратилась в проблему для развития высокоскоростного железнодорожного транспорта, что и породило появление альтернативной европейской колейности.
Первый успешный опыт Японии с Европейской колеей состоялся в 1934 году, когда между городами Далянь и Чанчунь в Южной Манчжурии был пущен состав «Азия-Экспресс», развивавший огромную по тем временам скорость 130 км/ч. Благодаря широкой колее Азия-Экспресс имел просторные комфортабельные вагоны с кондиционированием и обзорной площадкой.
Локомотив того самого Asia-Express теперь можно увидеть в железнодорожном музее Шэньяна. Источник: Wikimedia / Arnie97
Незадолго до войны власти Японии, увидев экономические перспективы Европейской колеи, готовились к реализации проекта железнодорожного тоннеля до Корейского полуострова, но в 1943 году от идеи пришлось отказаться, как и от «Азия-Экспресса».
После войны Япония продолжила расширять существующую сеть узкоколейных дорог, однако Европейская колея не была забыта. Экономический рост требовал строительства высокоскоростных веток, но существующие линии с Капской колеей не были приспособлены для передвижения со скоростью быстрее 110 км/ч. Так родился проект Shinkansen, сутью которого было строительство новых линий для скоростных пассажирских поездов, связывающих крупнейшие города всей страны. В его основу легла Европейская колея.
Открытие Shinkansen дало начало скоростным пассажирским перевозкам в Японии. На фото состав Shinkansen серии 0. Источник: KYODO
В 1964 году Shinkansen был официально запущен, первый отрезок пути связал Осаку и Токио. Электропоезд Shinkansen серии 0 работал на переменном токе 25 кВ, 60 Гц, имел мощность 15877 кВт и разгонялся до 210 км/ч. С тех пор маршрутная сеть Shinkansen растянулась от самого юга страны до северного острова Хоккайдо — те самые 3989 км, упомянутые ранее. Современные электропоезда Shinkansen в целях безопасности путешествуют на скоростях до 260 км/ч.
Удивительно, но в пику рекордному числу пассажирских перевозок, на японские железные дороги приходится исчезающе малая доля грузов — около 1% от перевозок по всей стране. Что, впрочем, не повлияло на развитие индустрии электровозостроения. Несколько крупных японских компаний, включая Toshiba, производят очень интересные и экономичные электровозы, большая часть которых идет на экспорт. Например, промышленные железные дороги ЮАР работают на электровозах Toshiba, также они поставляются в Китай, Индию, Турцию и Новую Зеландию.
Вклад Toshiba
В 1926 году свет увидел первый электровоз Shibaura. Это была аккумуляторная модель AB10, изготовленная по заказу Арсенала армии Японии. Перед Shibaura стояла задача разработать локомотив, не дающий искр. Хранилище боеприпасов или химическая фабрика — не лучшие места, где можно искрить пантографами или трубой топки. В 1931 году AB10 переделали для широкого применения, заменив батареи на пантографы для питания от контактной сети, и дали индекс EB10.
Кстати, японские железные дороги вновь вернулись к идее аккумуляторного локомотива в XXI веке. Toshiba создала первый японский гибрид тепловоза и электровоза на литий-ионных аккумуляторах Type HD300. Гибрид отвечает требованиям экономии и экологичности: во время работы Type HD300 оперирует дизельным двигателем, также подзаряжающим батареи. Но в черте города или при маневрировании гибрид переключается на автономное электрическое питание, что полностью исключает дизельный выхлоп. Правда, мощность Type HD300 очень скромная — всего 500 кВт.
Type HD300 — первый японский гибридный электро/тепловоз. Не очень тяговитый, но универсальный и экологичный. Источник: Toshiba
Зато у Class EH800, самого мощного японского электровоза, она составляет 4000 кВт.
Type EH800 производства Toshiba является самым мощным японским электровозом на сегодняшний день — 4000 кВт чистой мощности. Источник: Toshiba
Toshiba не просто собирает электровозы, но и постоянно работает над инновациями. Сейчас в локомотивах компании применяются герметизированные синхронные двигатели с постоянными магнитами, которые отличаются тишиной и высоким ресурсом из-за защиты от пыли и грязи, которые неминуемо оседают внутри негерметизированных охлаждаемых воздухом двигателях. По результатам российских исследований, такие двигатели экономичны и эффективны.
Синхронный электродвигатель на постоянных магнитах производства Toshiba делает электропоезда тихими, долговечными и экономичными. Источник: Toshiba