Пусть x км/ч - начальная скорость тепловоза.
Тогда через 2 часа скорость тепловоза стала (x+12) км/ч.
2x км - путь, который тепловоз прошел с начальной скоростью.
5(x+12) км - путь, который тепловоз прошел с увеличенной скоростью.
Всего 261 км тепловоз прошел.
Составим уравнение:
$$2x + 5(x+12) = 261$$
$$2x + 5x + 60 = 261$$
$$7x = 201$$
$$x = \frac{201}{7} = 28 \frac{5}{7} $$
Ответ: $$28 \frac{5}{7}$$ км/ч.