Пионер тепловозостроения

Профессор Алексей Нестерович Шелест взволнованно ходил по своему кабинету. За окном январская ночь, а он все не мог успокоиться. В руке он держал телеграмму: "Председатель Совнаркома приказал принять все меры к скорейшей постройке Вашего тепловоза. Телеграфируйте Наркомпуть Ваши предложения по этому поводу".

Невольно мысль профессора обратилась к прошедшим дням Он вспомнил себя учащимся Конотопского железнодорожного училища. Еще тогда его поражала низкая эффективность паровозов. Из 100 килограммов топлива, попадающего в топку, толькс пять-шесть расходуются полезно, а остальные 94-95 безвозвратно теряются. Естественно, возникал вопрос: почему же люди не научились за сто лет эксплуатации паровоза лучше использовать топливо?

Причина низкой экономичности паровоза в большой теплоте парообразования воды. Ведь для нагрева одного литра воды в чайнике до кипения требуется затратить сравнительно немного тепла: всего около 100 калорий. Если продолжать нагрев воды, она при кипении обратится в пар. Но оказывается, что для превращения одного литра воды, нагретого до температуры кипения, в пар потребуется в пять с лишним раз больше тепла, чем для нагрева воды до кипения!

На паровозе пар получается в котле, из котла поступает в паровую машину, которая вращает колеса паровоза. Пар расширяется до атмосферного давления и через трубу паровоза выбрасывается в атмосферу. Таким образом, тепло, потраченное на превращение воды в пар, на паровозе не используется... Сколько выдумки и изобретательности проявили инженеры и техники для повышения коэффициента полезного действия паровоза, но использовать теплоту парообразования не смогли!..

Если нельзя повысить экономичность паровоза из-за пара, то нужно заставить работать на локомотиве газ, решил А. Шелест. Однако решение задачи далось не сразу. Прошли годы упорной работы, и только в 1913 году, уже студентом московского училища, А. Шелест изобрел тепловоз, для которого рабочей средой являлся газ. На свое изобретение он получил патент сначала в Англии, затем в России.

Сущность открытия заключалась в том, что двигатель вместе с компрессором образовали замкнутый агрегат - механический генератор сжатых газов. Вся мощность двигателя затрачивалась на привод компрессора, который является наддувочным агрегатом, так как сжатый воздух из компрессора направлялся в камеру сгорания. В камере воздух дополнительно сжимался поршнем, после чего подавалось топливо, которое сгорало в сильно нагретом воздухе. Продукты сгорания сначала расширялись в камере сгорания, а затем по трубе направлялись к специальной расширительной машине поршневого или турбинного типа, которая приводила в движение тепловоз.

Так в новом тепловозе пар был заменен газом, и эффективность нового тепловоза по сравнению с паровозом возросла в шесть раз, то есть на совершение работы тепловоз затрачивал в шесть раз меньше топлива, чем паровоз!

В 1915 году А Шелест защищает конструкцию своего тепловоза как дипломный проект. Его учитель, профессор В Гриневецкий, уже тогда охарактеризовал А Шелеста, как "весьма крупную техническую силу", как "инженера вполне зрелого и способного к исключительно оригинальной, научно продуманной и конструктивно самостоятельной научной работе". С тех пор до конца своей жизни А. Шелест неразрывно связан с МВТУ, работая там профессором и руководителем основанных им тепловозной лаборатории и тепловозной кафедры.

Пионер тепловозостроения

В 1922 году по инициативе В. И. Ленина Совнаркомом было принято решение о постройке первых грех мощных тепловозов: с электрической передачей, с механической передачей и по системе А. Шелеста.

По заказу Советского правительства постройка тепловоза системы А. Шелеста началась в октябре 1923 года в Англии, на заводе "Армстронг - Витворт" в Ньюкасле. По договоренности с администрацией завода предварительно было решено построить не весь тепловоз, а только четырехтактный генератор сжатых газов в натуральную величину. В феврале 1926 года газогенератор был пущен в ход и начал генерировать газ при давлении 9 атмосфер. Температура выпускных газов была около 400 градусов по Цельсию. В 1927 году генератор был привезен в Москву и установлен в лаборатории тепловозных машин системы А Шелеста, организованной в МВТУ.

Параллельно с созданием тепловоза с генератором сжатых газов А. Шелест работал над усовершенствованием паровоза. В 1921 году он получает четыре первые премии на Всесоюзном конкурсе изобретателей за автоматические топки для паровозов, работающих на дровах и на торфе, за искроуловитель и за тепловоз новой системы.

Особое значение для улучшения работы паровозов имели паросушители системы А. Шелеста. Все существующие паросушители, основанные на центробежной силе отсеивания капель воды, обладали тем недостатком, что при пульсирующем расходе пара частицы его ударяются о ранее отсеянную воду и вновь насыщаются влагой. Паросушитель системы А. Шелеста позволил отсепарировать воду из пара и отвести ее по специальной дренажной трубке обратно в паровой котел. В современных паровозных котлах влажность пара доходит до 5-10 процентов на хорошей и до 16-24 процентов на плохой воде. Эта влага, попадая в пароперегреватель, сильно понижает температуру пара. Паросушитель системы А. Шелеста позволяет ежегодно экономить в масштабах паровозного парка наших железных дорог около пяти миллионов тонн условного топлива стоимостью 50 миллионов рублей при одновременном увеличении мощности паровозов. Опы ты с новыми паросушителями проводились на паровозах на Бутовском кольце, в депо Ховрино, Конотоп, Сортировочная, Тихорецкая и Кавказская. Паросушители везде оправдали себя. С целью популяризации изобретения и его конкретных конструкций профессор А. Шелест написал в 1943 году специальную книгу "Паросушители".

На наших железных дорогах применяется и предложенный А Шелестом паровозный сифон Интересна история внедрения этого изобретения. Статья о новом сифоне была опубликована в журнале "Железнодорожный транспорт" в 1944 году с подробными чертежами. Автор рассчитывал на то, что машинисты, которые пожелают попробовать новый сифон, сумеют легко построить его в собственном депо. Действительно, спустя немного времени руководители депо Лихоборы Московской Окружной железной дороги, встретив профессора А. Шелеста на конференции, горячо благодарили его за новый сифон и рассказали, что машинисты, применяющие этот прибор, очень довольны достигнутыми результатами. Специальный приказ Министерства путей сообщения № 1090 от 31 декабря 1948 года рекомендовал применять сифон А. Шелеста на паровозах различных серий.

Большое значение в наши дни приобретает изобретенный профессором А. Шелестом локомотив с газовой турбиной постоянного давления сгорания. Изобретение в 1922 году было запатентовано в ряде стран. В патенте № 95277 от 16 июня 1922 года описан наиболее перспективный в наши дни газотурбовоз с двухвальной газовой турбиной.

Еще более интересно изобретение, над которым работал А. Шелест в последние годы своей жизни. В 1947 году ему было выдано авторское свидетельство на изобретение машины с использованием атмосферного тепла. За счет использования энергии атмосферного тепла коэффициент полезного действия этой машины далеко превзошел многие энергетические установки.

Всю свою изобретательскую деятельность профессор А. Шелест неразрывно связывал со своей научной работой. Часто изобретения заставляли его решать ряд теоретических вопросов. В 1922 году, например, он опубликовал закон теплоемкости, согласно которому теплоемкости всех тел природы прямо пропорциональны числу атомов в молекуле Одновременно им были выведены математические уравнения, выражающие зависимость теплоемкостей твердых, жидких и газообразных тел от температуры.

Вот что писал сам профессор А Шелест по этому поводу:

"В 1914 году автором был установлен новый принцип работы двигателей внутреннего сгорания. Процесс получился настолько экономичным, что вызывал сомнения в правильности расчета. Экспериментальные теплоемкости того времени различались между собой на 50 и более процентов Это обстоятельство побудило автора взяться за создание теоретической базы по теплоемкости, В основу рассмотрения была взята калориметрическая бомба и исследованы в ней процессы сжигания различных смесей горючего и кислорода".

В этом объяснение причин, почему профессор А. Шелест начал работать над теплоемкостями, раскрыта одна из важнейших задач практики в процессе познания теории теплоемкостей.

Много изобретений сделал профессор А Шелест за свею жизнь, которая оборвалась в январе 1954 года, но до сих пор многие из них являются достижениями техники сегодняшнего дня. Изобретения профессора А. Шелеста вышли далеко за пределы железнодорожного транспорта Они применяются не только на тепловозах и паровозах, но и на морских судах, ими интересуется также автомобильная и тракторная промышленность.

Советский ученый и изобретатель Алексей Нестерович Шелест, создавший оригинальный тепловоз своей системы, разработавший его теоретические и расчетные основы, считается одним из пионеров отечественного тепловозостроения. Имя профессора А. Шелеста, заслуженного деятеля науки и техники, доктора технических наук, известно далеко за пределами нашей Родины.