Если напомнить, что непосредственная практическая цель устройства паровых котлов заключается в осуществлении теплопередачи от газов к воде, то легко понять, сколь существенно важным является указание ученого для нахождения коэффициента теплопередачи.
Товарный паровоз серии «ФД».
Нет почти ни одного вопроса из рассмотренных в труде Сыромятникова, где автору не приходилось бы путем проводимого заново глубокого и тонкого анализа делать те или иные открытия. В решении этих сложных задач ему помогает огромная эрудиция во всех отраслях современного естествознания. Ведь, скажем, процесс горения для полноты анализа должен рассматриваться и как химическая реакция.
Раскрывая с исчерпывающей полнотой тепловой процесс паровоза с точки зрения самых последних достижений науки, Сыромятников в то же время очень далек от мысли оценивать использование паровоза только по его тепловой работе. Бесспорно, например, что форсировка котла ведет к некоторой потере топлива, так как тут нельзя добиться химически полного сгорания угля, но «экономичность работы паровоза должна рассматриваться с точки зрения ее конечного эффекта, — говорит Сыромятников. — Повышая форсировки паровоза, мы увеличиваем его мощность, скорости движения поездов, а следовательно, ускоряем оборот паровозов и вагонов, что при заданном грузообороте требует меньшего количества единиц подвижного состава. Меньшее же количество паровозов, обслуживающих данный грузооборот, требует и меньшего количества топлива, что в конечном счете ведет не к увеличению, а к уменьшению общего количества топлива, сжигаемого в паровозах».
Приступая к изучению отдельных звеньев теплового процесса паровоза, Сыромятников столкнулся еще и с недостаточностью и с неточностью экспериментальных данных, имевшихся до него в литературе.
Например, величину коэффициента теплопередачи в дымогарных трубах один ученый считал вдвое, а другой втрое большей, чем третий. Для того чтобы определить истинную величину этого коэффициента, Сыромятников провел около четырехсот опытных поездок на различных паровозах, да еще произвел специальные исследования работы пирометров, которыми измеряются высокие температуры. На основании этих исследований он составил таблицу поправок к показаниям пирометров, объяснив, почему происходит неточность их показаний в данном случае.
Экспериментировать на паровозе, в условиях его нормальной работы, это, конечно, совсем не то, что производить опыты в просторной лаборатории с максимумом возможных удобств. Но советский ученый, пренебрегая всеми трудностями, провел огромную работу, которая дала прекрасные результаты. Недаром был так велик среди железнодорожников авторитет этого ученого. Сыромятников мог дать дельный совет и кочегару, и машинисту, и коллеге-профессору, и студенту-дипломнику, и, конструктору, проектирующему новый паровоз.
Разработанной Сыромятниковым теории посвящена его книга «Тепловой процесс паровоза», представляющая единственное и первое в мире руководство для научно обоснованного проектирования и расчета новых и для тепловой модернизации действующих паровозов. Одновременно в Московском высшем техническом училище имени Баумана он начинает читать курс лекций по этой дисциплине и создает советскую школу паровозной теплотехники, опираясь на весь предшествующий опыт теплотехнической мысли в нашей стране.
Заслуги Сыромятникова высоко оцениваются Советским правительством и научной общественностью. Он награждается орденом Ленина и орденом Трудового Красного Знамени.
В 1943 году Сыромятникову присуждается Сталинская премия, в этом же году он избирается академиком.
Совет Министров Союза ССР присваивает ему звание генерал-директора тяги первого ранга.
Если сравнить вышедшее в 1947 году пятое издание монументального труда Сыромятникова с первым изданием, то мы увидим, что в течение двух десятилетий советский ученый ни на одну минуту не успокаивался на достигнутом и продолжал последовательно развивать теорию, меняя концепции и не стесняясь устранять ошибки, выяснившиеся в свете нового опыта и все более и более углубленного анализа.
Сыромятников осветил все вопросы паровозной теплотехники в разработанной им теории так ярко, что практическое приложение ее для создания нового экономичного паровоза было лишь делом времени. Перед возглавляемым им конструкторским бюро он поставил задачу — создать паровоз с высоким коэфициентом использования, однако без коренной ломки общего вида современного паровоза, со всеми обычными для него размерами.
— Я не изобретатель, — говорил он, — я ничего не предлагаю нового, не собираюсь ломать уклада железнодорожного хозяйства. Я ученый, исследователь, теоретик. Я предлагаю только использовать науку и здравый смысл при создании нового паровоза.
Отделка паровоза серии «Л» на Коломенском заводе.
Все технические и конструктивные решения, намеченные Сыромятниковым, поражают своей простотой Они теоретически предусмотрены им уже в его монументальном труде, который он заканчивает перечнем мероприятий, способных поднять экономичность паровоза.
Установив, что огромный резерв тепла содержится в отработавшем паре, который выбрасывается через конус в атмосферу, Сыромятников предложил наиболее рациональные размеры насадок конуса для паровозов разных серий. Правильным выбором насадок достигается определенное сокращение расхода топлива и в проектируемом паровозе.
Главное же, должен быть резко повышен явно недостаточный перегрев пара, затем надо оборудовать паровоз рациональным типом водоподогревателей с подогревом воды по меньшей мере до 100° и надежно работающими воздухоподогревателями с подогревом воздуха до 200°.
Подсчитывая, что могут дать предлагаемые им теоретически обоснованные мероприятия для повышения коэффициента полезного действия паровоза, Сыромятников приходит к заключению, что коэффициент этот будет равен 10,5 процента, то-есть повысится в полтора раза против существующего для среднего паровоза в настоящее время. И только осторожность практика заставляет его, проектируя новый паровоз, гарантировать повышение коэффициента полезного действия в более скромных размерах.
Не предлагая как будто «ничего нового», Сергей Петрович своими требованиями поставил перед конструкторами очень трудные задачи, которые были решены только при его участии.
Все теоретически обоснованные конструктивные решения были проверены на моделях, построенных в лаборатории института сначала отдельными узлами, а затем в целом на модели паровоза. Коэффициент использования в десять с половиной процентов можно было считать гарантированным.
Раскрывая в своей книге перспективы повышения коэффициента полезного действия паровоза, Сыромятников заканчивает свой труд обращением к молодежи:
«Эту интереснейшую и почетную перспективную задачу мы, люди старого поколения паровозников, вложившие и свою лепту в дело развития и усовершенствования паровоза, передаем в ваши руки, молодое поколение паровозников!»
Чтобы понять все значение того скачка по повышению экономичности, который сделан в новом паровозе Сыромятникова, достаточно вспомнить, что каждый процент использования в новом паровозе означает экономию угля в десятки миллионов тонн.
Технический проект Сыромятникова так последовательно прост и ясен, что, знакомясь с ним, вряд ли кто-нибудь не спросит себя с недоумением: «Как же это не пришло никому в голову?»
Но из более чем столетней истории локомотива мы знаем, что громоздкие и сложные решения проблемы экономичности в виде тепловозов, электровозов и турбовозов, не говоря уже о соленоидах, шаропоездах и аэровагонах, приходили на ум гораздо чаще и скорее, чем простые решения в виде перегрева пара, водоподогрева, воздухоподогревания. Такие решения, подсказываемые совокупностью всех экономических условий, среди которых возникает данная проблема, возможны только в социалистическом обществе, обязывающем советского инженера решать все возникающие перед наукой и техникой проблемы, исходя из нужд всего общества в целом и каждого человека в отдельности.
Отсюда возникает новая характерная черта нашей инженерии: наряду с решением грандиозных задач уделять внимание повседневно возникающим хозяйственным и производственным проблемам, будь то конструкция газовой горелки или карманный электрический фонарик.
Попробуем проследить, как эта новая благородная черта инженерного стиля проявилась на одном примере — создании оригинальной миниатюрной ветроэлектростанции, так необходимой для наших сельскохозяйственных районов.
В «Заметках о ветросиловых установках», опубликованных в XX «Ленинском сборнике», мы можем видеть, что В. И. Ленин уделял большое внимание и поднятому перед ним вопросу об использовании ветряных двигателей при осуществлении плана электрификации страны. Посылая на отзыв Г. М. Кржижановскому один из докладов по этому поводу, Владимир Ильич обращал особенное внимание его на то место доклада, где говорилось, что, приложив к теоретическим исследованиям работу инженера-конструктора, «мы за десять лет можем получить в пять раз больше энергии, чем по проекту ГОЭЛРО, вне оазисов мощных станций»[51].
По расчетам профессора В. П. Ветчинкина, над нами проносится технически уловимой ветряной энергии примерно в 100 раз больше, чем это нужно для покрытия всех энергетических потребностей нашей страны, тогда как вся технически уловимая гидроэнергия не покроет и половины потребностей.
Непосредственное улавливание солнечной энергии нужно считать в настоящее время задачей практически неразрешенной, а для северных широт и неразрешимой, так как потребность в энергии, идущей в основном на отопление и освещение, максимальна как раз в периоды наименьшего времени пребывания солнца над горизонтом. Ветер же обладает как раз обратным, благоприятным для средних и высоких широт свойством: его среднезимняя мощность примерно вдвое выше среднелетней.
Энергия ветра используется во многих странах, но общая мощность ветряных двигателей составляет повсюду лишь малую долю мощности тепловых станций.