Основное достоинство паровоза с конденсационной установкой—осуществление замкнутого цикла воды. Отработавший пар отводится на тендер, где охлаждается и конденсируется (сжижается) в дистиллированную воду, поступающую затем снова в котел.
Наличие замкнутого цикла воды позволяет в десять и более раз увеличить пробег паровоза между пунктами набора воды. Наличие потерь воды отрицательно сказывается на величине пробегов паровоза с конденсацией пара. Если потеря воды при продувке цилиндров машины паровоза является неизбежной, то другие потери воды—на утечки через неплотности труб, сферических соединений гибких паровых и водяных труб, через сальники машины паровоза и насосов (тормозного, питательных)— должны быть сведены к минимуму—хорошим уходом за ними, тщательным и высококачественным ремонтом.
Уже первые паровозы «СО» с конденсаторами дают пробеги между пунктами набора воды до 900—1000 км. Если сопоставить даже эти цифры, могущие в дальнейшем безусловно быть повышенными, с величиной пробега обычных паровозов (90— 130 км), будет видно огромное значение конденсации пара.

 

Во-первых, резко сокращаются стоянки под набором воды и значительно увеличивается в связи с этим коммерческая скорость движения, улучшающая использование паровоза и вагонов, ускоряющая грузооборот, повышающая пропускную способность участка. При данном же грузообороте уменьшается число действующих паровозов с соответственным уменьшением расходов топлива (как из-за сокращения числа паровозов, так и из-за сокращения простоев) и расходы на содержание бригад. Оставляя же прежнее количество паровозов, мы тем самым высвобождаем значительные рессурсы для дальнейшего увеличения объема работы ж.-д. транспорта, облегчая тем самым дальнейший подъем народного хозяйства страны.

 

Во-вторых, резко увеличивая пробеги между пунктами набора воды, мы можем в несколько раз сократить число пунктов водоснабжения на данной дороге, оставляя при этом лишь пункты с хорошей (мягкой) водой. Экономия на содержании водокачек, их силовых установок—налицо. При постройке новых дорог в несколько раз сокращаются огромные капитальные затраты на сооружение пунктов водоснабжения, водонапорных башен, силовых и насосных установок, разводящей сети, колонок и т. д. Особенно большое значение эта экономия приобретает в безводных местностях.
В-третьих, при оценке больших пробегов между пунктами набора воды нужно иметь в виду и то, что паровоз с конденсацией пара становится еще более независимым от станционных сооружений.

Изложенными огромными достоинствами паровозов с конденсацией пара дело далеко не исчерпывается.
Наличие замкнутого цикла воды дает еще целый ряд огромных выгод.

Во-первых, питая котел дистиллированной водой, не содержащей в себе накипеобразующих примесей, мы значительно можем поднять междупромывочные пробеги паровоза. Если в настоящее время обычно между промывочные пробеги по сети, не говоря о рекордных, не превышают 10—15 тыс. км, то паровозы с конденсацией пара, как правило, могут давать междупромывочные пробеги в 50—70 тыс. км, при чем сама величина пробега практически ограничивается частично попадающим в котел маслом, содержащимся в отработавшем пара. Наличие в котле масла, как известно, ухудшает парообразование (масло нетеплопроводно), ведет к появлению течи связей из-за увеличенных деформаций топки и т. д. Для отделения масла, как будет указано в дальнейшем, применяются маслоотделители.
Большие пробеги паровозов между промывками позволят в дальнейшем приурочить промывки к подъемочному ремонту паровозов; тем самым еще более увеличится эффективность работы паровоза.

 

Во-вторых, питая котел дистиллированной водой, мы улучшаем условия работы стенок топки и труб. Улучшается парообразование из-за увеличения коэфициента теплопередачи, достигается лучшее использование тепла газов сгорания, понижение температуры уходящих газов и в результате—увеличение мощности и к. п. д. котла, увеличение технических скоростей движеня. Отсутствие накипи на стенках, обеспечивая лучшее охлаждение стенок топки и труб водой, обусловливает понижение их температуры. Это увеличивает срок службы стенок, делает редкими случаи течи связей, и все вместе взятое значительно уменьшает котельный ремонт с его расходами на материалы и рабочую силу, простоями паровоза и т. д.
Отсутствие в конденсате разъедающих стенки котла солей со своей стороны увеличивает срок службы частей котла. Даже запасы на износ стенок котла могуг быть резко уменьшены—до 0,00—0,05 мм. Последнее мероприятие облегчит вес котла, т. е. позволит "вписать" в вес паровоза котел с несколько большей поверхностью нагрева. Это соответственно увеличит и котловую мощность паровоза, что очень важно для увеличения скоростей движения и увеличения силы тяги.

 

В-третьих, дистиллированная вода в значительно меньшей степени «вскипает» при большом парообразовании. Это уменьшает влажность пара, повышает перегрев, позволяет значительно меньше опасаться высокого уровня воды, вызывающего бросание ее.

 

В-четвертых, конденсационная установка позволяет питать котел подогретой до 85—95° водой, что также улучшает условии работы котла.

Наконец, в-пятых, отсутствие накипеобразуюших веществ в сыром паре, поступающем в пароперегреватель и содержащем в себе частицы воды, даст надежную работу элементов, не вызывая их закипания,—этого бича современных паровозов, в особенности работающих на жесткой воде. Напомним, что за последние годы пришлось отказаться от лучших по своей тепловой работе перегревателей Чусова и вернуться к менее эффективным (по температуре перегрена) перегревателям Шмидта. У обычных паровозов элементы Чусова (трубки ¹⁸/₂₄) быстро закипают, перекаливаются и горят. То, что мы выигрываем на перегреве, проигрываем на ухудшении эксплуатационных показателей работы (простои, ремонт, стоимость запасных элементов и т. д.). У паровозов с конденсацией положение иное, и дающие большой перегрев элементы Чусова снова должны будут получить распрастранение. Больший перегрев даст дальнейшее увеличение мощности паровоза, поднимет его экономичность.
Мы рассмотрели многочисленные преимущества применения конденсации отработавшего пара только с двух точек зрения—увеличения пробегов между пунктами набора воды и питания котла дистиллированной водой.
Имеется еще одна сторона дела, значительно улучшающая работу конденсаторного паровоза: взамен конусной установки применяется во всех отношениях более рациональный прибор для создания искусственной тяги газов сгорания. Мы говорим о турбо-вентиляторной дымососной установке, вкратце нами уже рассмотренной. Напомним, что наличие турбо-вентилятора дает вполне равномерную тягу газов сгорания. Пульсации разрежения, весьма значительные при работе конуса, отсутствуют вовсе, унос топлива (и провал в зольник) во много раз меньше, мощность и к. п. д. котла еще более возрастают. Имея перепускной клапан-байпасс, пускающий часть пара помимо турбины, машинист в любой момент может иметь любое разрежение в дымовой коробке и регулировать парообразование по своему усмотрению в самых широких пределах. Имея под рукой вентиль для подвода к дымососной турбине свежего пара, машинист и при движении с закрытым регулятором и на стоянке может иметь любое парообразование. «Маневренность» котла резко возрастает; поднятие давления пара (при растопке) производится быстро, простои еше более сокращаются.
Нужно отметить что для приведения в движение дополнительных устройств (две турбины) отработавший в машине пар должен иметь несколько повышенное давление (при больших форсировках оно доходит до 1,6 атм. изб.) по сравнению с обычным выхлопным давлением при конусной установке. Но это увеличение противодавления в цилиндрах с избытком компенсируется рассмотренным значительным улучшением работы котла и увеличением его мощности; огромные эксплуатационные преимущества конденсаторного паровоза целиком сохраняются.

Внедрение паровозов с конденсацией начато в 1936 г., когда ряд паровозов "СО" и "Э^м" был оборудован конденсационными установками. Впервые конденсатор советской конструкции был поставлен на паровозе "СО". Остановимся вкратце на конструктивных особенностях главнейших частей этого характерного паровоза, по своей мощности стоящего между паровозами "Э^м" и «ФД». Если принято паровозы "Э^м" называть нормальными (по мощности) паровозами, а «ФД»—мощными, то паровоз "СО"  может быть назван паровозом повышенной мощности.

Уже к 1932—1933 гг. паровозный парк был насыщен паровозами серий «Э», «Э^у» и "Э^м", относительно слабосильными, и уже не отвечающими современным требованиям. НКПС не нуждался в дальнейших заказах этих паровозов. Нужны были более мощные паровозы. Между тем старые не реконструированные заводы, в частности Орджоникидзеградский (б. Брянский) завод «Красный Профинтерн» и Харьковский завод им. Коминтерна, по своему оборудованию, в частности по станочному, не были приспособлены к выпуску паровозов "ФД", имеющих брусковые рамы, блочные цилиндры и т. д. Поэтому по заданию НКПС Харьковский завод спроектировал более мощный чем «Э^м» паровоз "СО" с колосниковой решеткой в 6 м² (у "Э^м" — 4,46 м², у «ФД» — 7,04 м², но по типу схожий с паровозами "Э^м". Так, рама оставлена листовой, цилиндры—чугунными, приваливающимися к раме с боку, и т. д. Заводы без труда перешли с постройки паровозов 0-5-0 серии «Э^м» на выпуск паровозов 1-5-0.

Рассмотрим вкратце особенности паровоза "СО" по котлу, машине и экипажу.

 

Котел
Топка—радиальная, с 4 циркулящюнными трубами, потолок кожуха топки— полукруглый. Отопление пока ручное, в дальнейшем должен быть поставлен стокер. Арматура—объединенная с "Э^м". Колосники — качающиеся, зольник — бункерного типа, с двумя бункерами. Паровых колпаков два: передний—питательный с водоочисттелем, второй—сухопарный, в котором размещен регулятор паровоза. Перегреватель — Шмидта.

 

Машина
Цилиндры имеют диаметр 650 мм, одинаковый с паровозами "Э^м". Это позволяет использовать имеющиеся на заводах сложные модели для отливки цилиндров. Машина однотипна с паровозами "Э^м", что позволяет использовать имеющиеся многочисленные шаблоны, приспособления, специальный режущий и измерительный инструмент для изготовления дышлового и парораспределительного механизма. Дышла — также на втулках (у первых "СО" — неподвижных, в дальнейшем — на плавающих).

 

Экипаж
Толщина рамы (листовой)—32 мм, буксовые направляющие и междурамные скрепления—по типу «Э^м»; многие скрепления одинаковы. Передняя тележка —Бисселя, по типу «ФД», не представляющая затруднений при изготовлении; возвращающее устройство тележки — на секторах.
Рессорное подвешивание — нижнее, осуществлено в 3 точках, в отличие от "Э^м", у которого подвешивание осуществлено в 4 точках.
Колесные пары и буксы — по типу паровоза «Э^м» последнего выпуска.
Многочисленные мелкие детали паровозов «СО» и "Э^м" одинаковы. Тендеры— однотипны. В итоге мы видим, что паровозы "Э^м" и «СО» во многом сходны между собой. Тендеры-конденсаторы для обоих паровозов одинаковы.

На фиг. 502 показана полная (заводская) схема конденсатора на паровозе "СО"; однотипна схема и для "ФД".
Рассмотрим схему трубопроводов и перечислим основные приборы по схеме фиг. 502. Начнем с основных детатей. Пар из котла 1 направляется в паровую машину паровоза 2. При выходе из машины ставится водоотделитель 3, назначение которого—задержать воду и не допустить ее вместе с паром в турбину дымососа 4. Паропровод к турбине имеет обводную трубу с управляемым из будки машиниста перепускным клананом-байпассом 5. К турбине же по трубе, снабженной запорным вентилем 6, подводится острый пар из пароразборной колонки паровоза 7. Вышедший из турбины 4 пар попадает в маслоотделитель 8, в который, как видно из схемы, также отводится выхлопной пар от тормозного насоса 9 и от питательных насосов котла 10 и 11. Почти очищенный от масла пар по шарнирному сферическому трубопроводу 12 большого диаметра (внутренний диаметр 310 мм) отводится на тендер, где поступает в турбину вентилятора 13 и далее по двум разводящим трубам поступает в правую и левую группы радиаторов 14 и 15. Через радиаторы проходит холодный воздух, который гонят вентиляторные колеса, приводимые в движение турбиной вентилятора. Пар охлаждается и конденсируется в воду, поступающую в сборные трубы 16 и 17, отводящие конденсат в подвешенный к раме тендера бак конденсата 18. В баке имеются фильтры из люфы¹ для задерживания масла. Из бака вода по трубе 19 и шарнирному сочленению 20 поступает к разделительной коробке 21 для дальнейшей подачи в котел насосами 10 или 11. При питании котла насосом 17 (нормальный режим) вода проходит через три параллельно поставленных маслоотделителя 22. В этих маслоотделителях от воды отнимаются последние остатки масла. Как видим, уделено особое внимание вопросу масло-отделения.
Бак сырой воды 23 располагается между правым и левым рядами радиаторов на раме тендера под вентиляторными колесами; поэтому для пополнения воды необходимо было поставить в передней части тендера (с боков) два небольших наливных бака 24 и 25, снабженные горловинами дтя набора воды. Все три бака соединяются друг с другом большими соединительными трубами 26.
Питание котла сырой водой (пополнение убыли) производится нормально насосом 10, получающим сырую воду по трубе 27. Переключение насоса 10 на подачу сырой воды осуществляется поворотом рукоятки трехходового крана 29.
Этим исчерпывается перечисление основных элементов схемы. Имеется ряд дополнительных устройств, обеспечивающих бесперебойную и надежную работу установки при всех условиях.
На разделительной коробке 21 установлены два эжектора (струнных прибора) 29 и 30, назначение которых—обеспечить бесперебойное засасывание воды насосами 10 и 11. При температуре воды, поступающей к насосам, в 85—95^о, из-за необходимого разрежения, имеющегося перед насосами, во всасывающей трубе начинается испарение воды; образующийся пар засасывается насосом вместо воды. Для устранения этого от нагнетательных труб насоса берется часть (около 20—25%) воды, которая возвращается через эжектор снова к насосу. Вода, проходит через эжектор, создает энергичный напор, который обеспечивает надежную работу насоса.
От пароразборной (распределительной) колонки паровоза 7 посредством вентиля 31 и шарнирного паропровода 32 острый пар подводится к установленной на тендере второй распределительной колонке 33.

Эта колонка обслуживает острым паром:

1) турбину вентилятора 13;

2) прогревательные трубки питательной трубы и баков, как показано на схеме (спуск этих трубок—в тот же бак конденсата 18), и

3) эжектор 34, посредством которого избыток конденсата из бака 18 перекачивается в бак сырой воды 23.

 

 

¹ Южное растение

Приводим основные цифры, хараюеризующие конденсатор, устанавливаемый на паровозах "СО" и"Э^м". Конденсатор рассчитан на конденсацию 14 т пара в час при температуре воздуха +40° и до 11 т в час при высшей т-ре воздуха+55°. Это дает наибольшие форсировки котла: для паровоза "СО"—свыше 60 кг пара с 1 м² в час и для "Э^м"—свыше 70.

 

Тендер
Общий вес тендера с полными запасами воды и топлива.	73.4 т
Запас сырой воды	10,85 т
Запас конденсата	3,00 т
Запас угля	11,00 т
Длина тендера	12520 мм
Ширина тендера наибольшая	3050 мм
Высота тендера наибольшая	4 770мм
Диаметр колес	900 мм
Конденсатор
Охлаждающая поверхность	2 180 м2
Число радиаторов (секций)	18 шт
Число вентиляторов	3
Наибольшее число оборотов вентилятора	1000 об/мин.
Наибольшая производительность вентиляторов (воздуха)	650 000 л/час
Наибольшая производительность конденсатора (холодильника):
а) при 40' воздуха	14000 кг пара в час
б) при 55° воздуха	11000 кг пара в час
(температура конденсата 90о)
Наибольшая скорость воздуха	12 м/сек.
Турбина вентилятора
Примерное дапление пара при входе	0,6 кг/см
Наибольшая мощность	150—170л. с.
Наибольшее число оборотов	7 000 об/мин.
Передаточное число редуктора (к вентиляторам)	7:1
Диаметр (средний) рабочего колеса турбины	400 мм
Вес турбины с редуктором	1 032 кг
Турбина дымососа
Примерное давление пара при входе	1,0 кг/см2
Наибольшая мощность	60 л. с.
Наибольшее число оборотов	3 500 об/мин
Диаметр (средний) рабочего колеса турбины	500 мм
Вес турбины	920 кг