V minulom článku sme skúmali problémy súvisiace s inštaláciou kotlov Nikloss na Varyag - týmto jednotkám je venovaná väčšina internetových bitiek okolo elektrárne krížnika. Je však zvláštne, že drvivá väčšina záujemcov o túto tému pripisuje kotlom takú veľkú dôležitosť a úplne prehliada parné stroje krížnika. Medzitým je s nimi spojený obrovský počet problémov zistených počas prevádzky "Varyag". Aby sme tomu všetkému porozumeli, je potrebné najskôr obnoviť pamäť dizajnu lodných parných strojov na konci minulého storočia.
V skutočnosti je princíp činnosti parného motora celkom jednoduchý. Existuje valec (zvyčajne je umiestnený vertikálne na lodných strojoch), vo vnútri ktorého je piest schopný pohybu hore a dole. Predpokladajme, že piest je v hornej časti valca - potom je para pod tlakom dodávaná do otvoru medzi ním a horným krytom valca. Para sa rozpína a tlačí piest nadol, aby sa dostala k dolnému bodu. Potom sa postup opakuje „presne naopak“- horný otvor sa zatvorí a do dolného otvoru sa teraz dodáva para. Súčasne sa výstup pary otvára na druhej strane valca a zatiaľ čo para tlačí piest zdola nahor, vyčerpaná para v hornej časti valca sa posunie do výstupu pary (pohyb výfuková para v diagrame je označená bodkovanou modrou šípkou).
Parný motor teda zaisťuje vratný pohyb piestu, ale na jeho premenu na otáčanie hriadeľa skrutky sa používa špeciálne zariadenie nazývané kľukový mechanizmus, v ktorom hrá dôležitú úlohu kľukový hriadeľ.
Na zaistenie prevádzky parného motora sú očividne mimoriadne potrebné ložiská, vďaka ktorým sa vykonáva činnosť kľukového mechanizmu (prenos pohybu z piestu na kľukový hriadeľ) a upevnenie rotujúceho kľukového hriadeľa.
Je tiež potrebné povedať, že v čase, keď bol Varyag navrhnutý a vyrobený, celý svet v stavbe vojnových lodí už dávno prešiel na trojité expanzné parné stroje. Myšlienka takého stroja vznikla, pretože para strávená vo valci (ako je znázornené na hornom diagrame) vôbec úplne nestratila svoju energiu a dala sa znova použiť. Preto to urobili - čerstvá para najskôr vstúpila do vysokotlakového valca (HPC), ale po dokončení svojej práce nebola „hodená“späť do kotlov, ale vstúpila do ďalšieho valca (stredný tlak alebo HPC) a znova zatlačil doň piest. Tlak pary vstupujúcej do druhého valca samozrejme klesol, a preto samotný valec musel byť vyrobený s väčším priemerom ako HPC. Ale to nebolo všetko - para, ktorá sa vyvinula v druhom valci (LPC), vstúpila do tretieho valca, ktorý sa nazýva nízkotlakový valec (LPC), a pokračoval v práci už v ňom.
Každý vie, že nízkotlakový valec musí mať v porovnaní so zvyškom valcov maximálny priemer. Konštruktéri to urobili jednoduchšie: LPC sa ukázal byť príliš veľký, takže namiesto jedného LPC vyrobili dva a zo strojov sa stali štvorvalce. Para sa však súčasne dodávala súčasne do oboch nízkotlakových valcov, to znamená, že napriek prítomnosti štyroch „expanzných“valcov zostali tri.
Tento krátky popis stačí na pochopenie toho, čo bolo v poriadku s parnými strojmi krížnika Varyag. A „zle“s nimi bolo, bohužiaľ, toľko, že pre autora tohto článku je ťažké presne vedieť, kde začať. Ďalej uvádzame hlavné chyby, ktorých sa dopustili pri konštrukcii parných strojov krížnika, a pokúsime sa zistiť, kto ich napokon zavinil.
Problém č. 1 teda bol, že konštrukcia parného motora zjavne netoleruje ohybové napätie. Inými slovami, dobrý výkon sa dal očakávať iba vtedy, keď bol parný stroj úplne vyrovnaný. Ak sa táto základňa náhle začne ohýbať, potom to vytvorí ďalšie zaťaženie kľukového hriadeľa, ktorý prebieha takmer po celej dĺžke parného motora - začne sa ohýbať, ložiská, ktoré ho držia, sa rýchlo zhoršia, objaví sa vôľa a kľukový hriadeľ sa posunie, preto už ložiská kľuky trpia - mechanizmus ojnice a dokonca aj piesty valcov. Aby sa tomu zabránilo, musí byť parný stroj nainštalovaný na pevnom základe, ale na Varyagu sa to nerobilo. Jeho parné stroje mali len veľmi ľahký základ a v skutočnosti boli pripevnené priamo k trupu lode. A telo, ako viete, „dýcha“na morskú vlnu, to znamená, že sa pri valcovaní ohýba - a tieto neustále ohyby viedli k zakriveniu kľukových hriadeľov a „uvoľneniu“ložísk parných strojov.
Kto je vinný za túto konštrukčnú chybu Varyagu? Bezpochyby by zodpovednosť za tento nedostatok lode mala byť prisúdená inžinierom firmy C. Crump, ale … existujú tu určité nuansy.
Faktom je, že takáto konštrukcia parných strojov (keď boli na trup lode nainštalované motory bez pevného základu) bola všeobecne uznávaná - Askold ani Bogatyr nemali pevné základy, ale parné stroje na nich pracovali bezchybne. Prečo?
Deformácia kľukového hriadeľa bude očividne tým významnejšia, čím väčšia je jeho dĺžka, to znamená, čím dlhšia je dĺžka samotného parného motora. Varyag mal dva parné stroje, zatiaľ čo Askold mal tri. Podľa plánu boli posledne menované tiež štvorvalcové parné stroje s trochou expanzie, ale vzhľadom na výrazne nižší výkon mali podstatne kratšiu dĺžku. Vďaka tomuto účinku bola výchylka karosérie na strojoch Askold oveľa slabšia - áno, boli, ale, povedzme, „v rámci rozumu“a neviedli k deformáciám, ktoré by parné stroje deaktivovali.
Skutočne sa pôvodne predpokladalo, že celkový výkon strojov Varyag mal byť 18 000 koní, respektíve výkon jedného stroja bol 9 000 koní. Neskôr však Ch. Crump urobil veľmi ťažko vysvetliteľnú chybu, konkrétne zvýšil výkon parných strojov na 20 000 koní. Zdroje to zvyčajne vysvetľujú skutočnosťou, že Ch. Crump do toho išiel kvôli odmietnutiu MTK použiť nútený výbuch počas skúšok krížnika. Bolo by logické, keby Ch. Crump, súčasne so zvýšením výkonu strojov, zvýšil aj produktivitu kotlov v projekte Varyag na rovnakých 20 000 koní, ale nič také sa nestalo. Jediným dôvodom takéhoto činu mohla byť nádej, že kotle krížnika prekročia kapacitu stanovenú projektom, ale ako by to bolo možné urobiť bez toho, aby ste sa museli nútiť?
Tu už je jedna z dvoch vecí - alebo Ch. Crump stále dúfal, že bude trvať na testovaní pri nútení kotlov, a obával sa, že stroje „nenaťiahnu“svoj zvýšený výkon, alebo z nejakého nejasného dôvodu veril, že kotly Varyag a bez nútenia sa dosiahne výkon 20 000 koní. V každom prípade výpočty Ch. Ukázalo sa, že Crump sa mýlil, ale to viedlo k tomu, že každý krížový stroj mal výkon 10 000 koní. Okrem prirodzeného prírastku hmotnosti sa samozrejme zväčšili aj rozmery parných strojov (dĺžka dosahovala 13 m), zatiaľ čo tri stroje Askold, ktoré mali ukazovať 19 000 koní. menovitý výkon, by mal mať iba 6 333 koní. každý (bohužiaľ, ich dĺžka je, bohužiaľ, autorovi neznáma).
Ale čo „Bogatyr“? Napokon bol, rovnako ako Varyag, dvojhriadeľový a každé jeho auto malo takmer rovnaký výkon - 9750 koní. oproti 10 000 hp, čo znamená, že mal podobné geometrické rozmery. Malo by sa však poznamenať, že trup Bogatyru bol o niečo širší ako u Varyaga, mal o niečo nižší pomer dĺžka / šírka a celkovo sa zdal byť tuhší a menej náchylný na priehyb ako trup Varyag. Okrem toho je možné, že Nemci posilnili základ vzhľadom na základ, na ktorom stáli parné stroje Varyag, to znamená, že ak nebol podobný tým, ktoré dostali modernejšie lode, stále poskytoval lepšiu pevnosť ako základy Varjagu. Na túto otázku je však možné odpovedať až po podrobnom preštudovaní plánov oboch krížnikov.
Chyba inžinierov spoločnosti Crump teda nebola v tom, že položili slabý základ pre stroje Varyag (ako sa zdá, urobili aj ostatní stavitelia lodí), ale v tom, že nevideli a neuvedomovali si potrebu. na zaistenie „nepružnosti» Stroje s pevnejším telom alebo prechodom na trojzávitovkovú schému. Svedčí o tom skutočnosť, že podobný problém bol úspešne vyriešený v Nemecku, a to nielen mimoriadne skúseným Vulkánom, ktorý postavil Bogatyr, ale aj druhořadým a bez skúseností s výstavbou veľkých vojnových lodí podľa vlastného návrhu Nemecka. zďaleka nie v prospech amerických konštruktérov. Pre spravodlivosť však treba poznamenať, že ani MTK tento moment nekontroloval, ale malo by byť zrejmé, že nikto mu nekládol úlohu monitorovať každé kýchanie Američanov a nebolo to možné.
Ale bohužiaľ, toto je len prvá a možno ani najvýznamnejšia nevýhoda parných strojov najnovšieho ruského krížnika.
Problém č. 2, ktorý bol zrejme hlavným, bol chybný dizajn parných strojov Varyag, ktoré boli optimalizované pre vysokú rýchlosť lode. Inými slovami, stroje pracovali dobre takmer pri maximálnom tlaku pary, inak začali problémy. Faktom je, že keď tlak pary klesne pod 15,4 atmosféry, nízkotlakové valce prestanú plniť svoju funkciu - energia pary, ktorá do nich vstupuje, nestačila na pohon piestu vo valci. V dôsledku toho pri ekonomických krokoch „vozík začal poháňať koňa“- nízkotlakové valce, namiesto toho, aby pomáhali otáčať kľukovým hriadeľom, sa ním samy dali do pohybu. To znamená, že kľukový hriadeľ získaval energiu z vysokotlakových a strednotlakových valcov a vynakladal ich nielen na otáčanie skrutky, ale aj na zabezpečenie pohybu piestov v dvoch nízkotlakových valcoch. Musí byť zrejmé, že konštrukcia kľukového mechanizmu bola navrhnutá tak, že to bol valec, ktorý poháňal kľukový hriadeľ cez piest a posúvač, ale nie naopak: v dôsledku takého neočakávaného a nie triviálne použitie kľukového hriadeľa, došlo k dodatočnému namáhaniu, ktoré jeho konštrukcia neustanovuje, čo tiež viedlo k zlyhaniu ložísk, ktoré ho držali.
V skutočnosti v tom nemusel byť konkrétny problém, ale iba za jednej podmienky - ak konštrukcia strojov predpokladala mechanizmus, ktorý odpojí kľukový hriadeľ od nízkotlakových valcov. Potom vo všetkých prípadoch prevádzky pri tlaku pary nižšom, ako bol nastavený, stačilo „stlačiť tlačidlo“- a LPC zastavilo načítanie kľukového hriadeľa, ale také mechanizmy konštrukcia „Varyag“neustanovovala. „stroje.
Následne inžinier I. I. Gippius, ktorý dohliadal na montáž a úpravu torpédoborcových mechanizmov v Port Arture, vykonal v roku 1903 podrobné preskúmanie strojov Varyag a na základe jeho výsledkov napísal celý výskumný dokument, ktorý v ňom naznačuje:
Tu je odhad, že závod Crump, ponáhľajúci sa odovzdať krížnik, nemal čas na úpravu distribúcie pary; stroj sa rýchlo rozrušil a na lodi, prirodzene, začali opravovať diely, ktoré trpeli viac ako ostatné, pokiaľ ide o zahrievanie a klepanie, bez odstránenia základnej príčiny. Vo všeobecnosti je nepochybne mimoriadne náročnou úlohou, ak nie nemožnou, narovnať loďou vozidlo, ktoré bolo pôvodne chybné z továrne. “
Je zrejmé, že za tento nedostatok elektrárne Varyag môže výhradne Ch. Crump.
Problém číslo 3 sám osebe nebol obzvlášť závažný, ale v kombinácii s vyššie uvedenými chybami mal „kumulatívny účinok“. Faktom je, že nejaký čas pri navrhovaní parných strojov dizajnéri nebrali do úvahy zotrvačnosť ich mechanizmov, v dôsledku čoho boli tieto neustále vystavené nadmernému namáhaniu. V čase, keď bol Varyag vytvorený, bola teória vyvažovania síl zotrvačnosti strojov študovaná a rozšírená všade. Jeho aplikácia si samozrejme vyžiadala ďalšie výpočty od výrobcu parných strojov a spôsobila mu určité ťažkosti, čo znamená, že náklady na prácu ako celok sa zvýšili. Takže MTC vo svojich požiadavkách, bohužiaľ, nenaznačuje povinnú aplikáciu tejto teórie pri konštrukcii parných strojov a Ch. Crump sa zrejme na tom rozhodol ušetriť (je ťažké si predstaviť, že on sám a nikto z jeho inžinieri majú o tom čokoľvek, nevedeli teóriu). Vo všeobecnosti buď pod vplyvom chamtivosti, alebo kvôli banálnej nekompetentnosti, ale ustanovenia tejto teórie pri vytváraní strojov Varyag (a mimochodom Retvizan) boli ignorované, v dôsledku čoho sa prejavili sily zotrvačnosti „veľmi nepriaznivého“(podľa I. I. Gippiusa) pôsobenia na valce stredného a nízkeho tlaku, prispievajúceho k narušeniu normálnej prevádzky strojov. Za normálnych podmienok (ak by bol parný stroj vybavený spoľahlivým základom a neboli by žiadne problémy s distribúciou pary) by to neviedlo k poruchám, a preto …
Vinu za tento nedostatok parných strojov "Varyag" by s najväčšou pravdepodobnosťou mal niesť Ch. Crump a MTK, ktorí umožnili nejasné znenie objednávky.
Problém č. 4 bolo použitie veľmi špecifického materiálu v ložiskách pre parné stroje. Na tento účel boli použité bronzy z fosforu a mangánu, ktoré, pokiaľ autor vie, neboli v lodiarstve široko používané. V dôsledku toho sa stalo toto: z vyššie uvedených dôvodov ložiská strojov „Varyag“rýchlo zlyhali. Museli byť opravené alebo nahradené tým, čo bolo v Port Arthur po ruke, a tam, bohužiaľ, také potešenie nebolo. V dôsledku toho nastala situácia, keď parný stroj pracoval s ložiskami vyrobenými z materiálov úplne odlišných vlastností - predčasné opotrebovanie niektorých spôsobilo u iných dodatočné napätie, a to všetko tiež prispelo k narušeniu normálnej prevádzky strojov.
Presne povedané, toto je možno jediný problém, ktorého „autorstvo“nie je možné stanoviť. Skutočnosť, že dodávatelia Ch. Crumpa si vybrali takýto materiál, nemohla v žiadnom prípade spôsobiť negatívnu reakciu kohokoľvek - tu boli úplne svojprávni. Bolo zjavne nad ľudské schopnosti predpokladať katastrofický stav elektrárne Varjag, predvídať jej príčiny a poskytnúť Port Arthuru potrebné materiály a bolo len ťažko možné dodať potrebné druhy bronzu „len pre prípad“, vzhľadom na obrovské množstvo všetkých materiálov pre letku. o ktorých potrebe sa vedelo, ale ich potreby nebolo možné uspokojiť. Viniť mechanických inžinierov, ktorí opravovali stroje Varyag? Je nepravdepodobné, že by mali potrebnú dokumentáciu, ktorá by im umožnila predvídať dôsledky ich opráv, a aj keby o tom vedeli, čo by mohli zmeniť? Stále nemali iné možnosti.
Keď zhrnieme našu analýzu elektrárne krížnika „Varyag“, musíme konštatovať, že nedostatky a konštrukčné chyby parných strojov a kotlov sa „skvele“dopĺňali. Človek má dojem, že Niklossove kotly a parné stroje uzavreli sabotážny pakt proti krížniku, na ktorom boli nainštalované. Nebezpečenstvo havárií kotla prinútilo posádku zaviesť znížený tlak pary (nie viac ako 14 atmosfér), ale to vytvorilo podmienky, za ktorých sa parné stroje Varyag museli rýchlo stať nepoužiteľnými a mechanici lodí s tým nemohli nič urobiť.. Dôsledky konštrukčných rozhodnutí strojov a kotlov Varyag však budeme podrobnejšie zvažovať neskôr, keď analyzujeme výsledky ich prevádzky. Potom dáme konečné hodnotenie elektrárne krížnika.
