V posledním článku jsme zkoumali problémy související s instalací kotlů Nikloss na Varyag - těmto jednotkám je věnována převážná část internetových bitev kolem elektrárny křižníku. Je ale zvláštní, že drtivá většina zájemců o toto téma přikládá kotlům tak velkou důležitost a parní stroje křižníku zcela přehlíží. Mezitím je s nimi spojeno obrovské množství problémů zjištěných během provozu "Varyag". Abychom tomu všemu porozuměli, je nutné nejprve obnovit paměť konstrukce lodních parních strojů na konci minulého století.
Princip fungování parního stroje je ve skutečnosti docela jednoduchý. K dispozici je válec (obvykle umístěn svisle na lodních strojích), uvnitř kterého je píst schopný pohybu nahoru a dolů. Předpokládejme, že píst je v horní části válce - pak je pára dodávána pod tlakem do otvoru mezi ním a horním krytem válce. Pára expanduje a tlačí píst dolů, takže dosáhne spodního bodu. Poté se postup opakuje „přesně naopak“- horní otvor je uzavřen a do dolního otvoru je nyní dodávána pára. Současně se výstup páry otevírá na druhé straně válce a zatímco pára tlačí píst zespodu nahoru, vyčerpaná pára v horní části válce se přemístí do výstupu páry (pohyb výfuková pára v diagramu je označena tečkovanou modrou šipkou).
Parní stroj tedy zajišťuje vratný pohyb pístu, ale za účelem jeho přeměny na otáčení hřídele šroubu se používá speciální zařízení nazývané klikový mechanismus, ve kterém hraje důležitou roli klikový hřídel.
Je zřejmé, že pro zajištění provozu parního stroje jsou ložiska extrémně nezbytná, díky čemuž se provádí jak činnost klikového mechanismu (přenos pohybu z pístu na klikový hřídel), tak i upevnění rotujícího klikového hřídele.
Je třeba také říci, že v době, kdy byl Varyag navržen a postaven, již celý svět při stavbě válečných lodí dávno přešel na trojité expanzní parní stroje. Myšlenka takového stroje vznikla, protože pára strávená ve válci (jak ukazuje horní diagram) vůbec neztratila svoji energii a mohla být znovu použita. Proto to udělali - nejprve vstoupila čerstvá pára do vysokotlakého válce (HPC), ale po dokončení své práce nebyla „hozena“zpět do kotlů, ale vstoupila do dalšího válce (středotlaký, neboli HPC) a znovu strčil do ní píst. Tlak páry vstupující do druhého válce samozřejmě klesal, a proto musel být samotný válec vyroben s větším průměrem než HPC. Ale to nebylo vše - pára, která se vyvinula v druhém válci (LPC), vstoupila do třetího válce, nazývaného nízkotlaký válec (LPC), a pokračovala ve své práci již v něm.
Je samozřejmé, že nízkotlaký válec musel mít ve srovnání se zbytkem válců maximální průměr. Konstruktéři to udělali jednodušeji: LPC se ukázal být příliš velký, takže místo jednoho LPC vyrobili dva a ze strojů se staly čtyřválce. Současně byla však pára dodávána současně do obou nízkotlakých lahví, to znamená, že navzdory přítomnosti čtyř „expanzních“lahví zůstaly tři.
Tento krátký popis je dostačující k pochopení toho, co bylo špatně na parních motorech křižníku Varyag. A „špatně“s nimi toho bylo, bohužel, tolik, že autorovi tohoto článku je obtížné přesně vědět, kde začít. Níže popíšeme hlavní chyby, kterých se při konstrukci parních strojů křižníku dopustili, a pokusíme se přijít na to, kdo za ně koneckonců mohl.
Problém č. 1 tedy byl, že konstrukce parního stroje zjevně netoleruje ohybová napětí. Jinými slovy, dobrý výkon se dal očekávat jen tehdy, když byl parní stroj úplně na úrovni. Pokud se tato základna náhle začne ohýbat, pak to vytvoří další zatížení klikového hřídele, který běží téměř po celé délce parního stroje - začne se ohýbat, ložiska, která ho drží, se rychle zhoršují, objeví se vůle a klikový hřídel se přemístí, proto již trpí kliková ložiska - mechanismus ojnice a dokonce i písty válce. Aby se tomu zabránilo, musí být parní stroj instalován na pevný základ, ale na Varyag to nebylo provedeno. Jeho parní stroje měly jen velmi lehký základ a ve skutečnosti byly připevněny přímo k trupu lodi. A tělo, jak víte, „dýchá“na mořskou vlnu, to znamená, že se při válcování ohýbá - a tyto konstantní ohyby vedly k zakřivení klikových hřídelů a „uvolnění“ložisek parních strojů.
Kdo je vinen touto konstrukční vadou Varyag? Bezpochyby by odpovědnost za tento nedostatek lodi měla být přisouzena technikům firmy C. Crump, ale … existují zde určité nuance.
Faktem je, že taková konstrukce parních strojů (když na trup lodi byly instalovány ty bez tuhého základu) byla obecně přijímána - ani Askold ani Bogatyr neměli tuhé základy, ale parní stroje na nich fungovaly bezchybně. Proč?
Je zřejmé, že deformace klikového hřídele bude tím výraznější, čím větší bude jeho délka, tj. Čím delší bude samotný parní stroj. Varyag měl dva parní stroje, zatímco Askold tři. Podle návrhu byly posledně jmenované také čtyřválcové parní stroje s trojitou expanzí, ale vzhledem ke svému výrazně nižšímu výkonu měly výrazně kratší délku. Díky tomuto efektu se vychýlení karoserie na strojích Askold ukázalo být mnohem slabší - ano, byly, ale, řekněme, „v rozumu“a nevedly k deformacím, které by parní stroje deaktivovaly.
Skutečně se původně předpokládalo, že celkový výkon strojů Varyag měl být 18 000 koní, respektive výkon jednoho stroje byl 9 000 koní. Později však Ch. Crump udělal velmi obtížně vysvětlitelnou chybu, konkrétně zvýšil výkon parních strojů na 20 000 koní. Zdroje to obvykle vysvětlují tím, že Ch. Crump na to šel kvůli odmítnutí MTK použít nucený výbuch během testů křižníku. Bylo by logické, kdyby Ch. Crump současně se zvýšením výkonu strojů zvýšil také produktivitu kotlů v projektu Varyag na stejných 20 000 koní, ale nic takového se nestalo. Jediným důvodem takového činu by mohla být naděje, že kotle křižníku překročí kapacitu stanovenou projektem, ale jak by to šlo udělat, aniž bychom se uchýlili k jejich vynucování?
Zde již jedna ze dvou věcí - nebo Ch. Crump stále doufal, že bude trvat na testování při vynucení kotlů a obával se, že stroje „nenatáhnou“svůj zvýšený výkon, nebo z nějakého nejasného důvodu věřil, že kotle Varjag a bez vynucování bude dosaženo výkonu 20 000 koní. Každopádně výpočty Ch. Ukázalo se, že se Crump mýlil, ale to vedlo k tomu, že každý křižníkový stroj měl výkon 10 000 koní. Kromě přirozeného nárůstu hmotnosti se samozřejmě zvětšily také rozměry parních strojů (délka dosáhla 13 m), zatímco tři stroje Askold, které měly vykazovat 19 000 koní. jmenovitý výkon, by měl mít pouze 6 333 koní. každý (bohužel, jejich délka je autorovi bohužel neznámá).
Ale co „Bogatyr“? Nakonec to bylo, stejně jako Varyag, dvouhřídelové a každý jeho vůz měl téměř stejný výkon - 9750 koní. oproti 10 000 hp, což znamená, že měl podobné geometrické rozměry. Je však třeba poznamenat, že Bogatyrův trup byl poněkud širší než u Varyag, měl o něco nižší poměr délka / šířka a celkově se zdál být tuhší a méně náchylný k průhybu než Varujagův trup. Kromě toho je možné, že Němci posílili základ ve srovnání s tím, na kterém stály parní stroje Varyag, to znamená, že pokud nebylo podobné těm, které byly přijímány modernějšími loděmi, stále poskytovalo lepší pevnost než základy Varjagu. Na tuto otázku lze však odpovědět až po podrobné studii plánů obou křižníků.
Chyba inženýrů společnosti Crump tedy nebyla v tom, že položili slabý základ pro stroje Varyag (jak se zdá, udělali ostatní stavitelé lodí), ale v tom, že neviděli a neuvědomovali si potřebu k zajištění „nepružnosti» Stroje se silnějším tělem nebo přechodem na tříšroubové schéma. Svědčí o tom skutečnost, že podobný problém byl úspěšně vyřešen v Německu, a to nejen extrémně zkušeným Vulkánem, který postavil Bogatyra, ale také druhořadým a bez zkušeností s budováním velkých válečných lodí podle vlastního návrhu Německa. zdaleka ne ve prospěch amerických konstruktérů. Pro spravedlnost je však třeba poznamenat, že ani MTK nekontroloval tento okamžik, ale mělo by být chápáno, že mu nikdo nestanovil úkol sledovat každé kýchnutí Američanů, a to nebylo možné.
Ale bohužel, toto je jen první a možná ani nejvýznamnější nevýhoda parních strojů nejnovějšího ruského křižníku.
Problém č. 2, který byl zřejmě hlavním, byl vadný design parních strojů Varyag, které byly optimalizovány pro vysokou rychlost lodi. Jinými slovy, stroje fungovaly dobře téměř na maximální tlak páry, jinak začaly problémy. Faktem je, že když tlak páry klesne pod 15,4 atmosféry, nízkotlaké válce přestanou plnit svoji funkci - energie páry, která do nich vstupuje, nestačila pohánět píst ve válci. V důsledku toho při ekonomických tahech „vozík začal pohánět koně“- nízkotlaké válce místo toho, aby pomáhaly otáčet klikovým hřídelem, se jím samy uvedly do pohybu. To znamená, že klikový hřídel přijímal energii z vysokotlakých a středotlakých válců a vynakládal ji nejen na otáčení šroubu, ale také na zajištění pohybu pístů ve dvou nízkotlakých válcích. Je třeba si uvědomit, že konstrukce klikového mechanismu byla navržena tak, že to byl válec, který by poháněl klikový hřídel pístem a jezdcem, ale ne naopak: v důsledku takové neočekávané a ne triviální použití klikového hřídele, došlo k dodatečnému napětí, které jeho konstrukce nepředpokládala, což také vedlo k selhání ložisek, která jej držela.
Ve skutečnosti v tom nemusel být žádný zvláštní problém, ale pouze za jedné podmínky - pokud konstrukce strojů počítala s mechanismem, který odpojuje klikový hřídel od nízkotlakých válců. Poté ve všech případech provozu při tlaku páry nižším, než byl nastavený, stačilo „stisknout tlačítko“- a LPC přestal načítat klikový hřídel, ale takové mechanismy nebyly konstrukcí „Varyag“zajištěny stroje.
Následně inženýr I. I. Gippius, který dohlížel na montáž a seřízení torpédoborcových mechanismů v Port Arthur, provedl v roce 1903 podrobný průzkum strojů Varyag a na základě jeho výsledků napsal celý výzkumný dokument, v němž naznačil následující:
"Zde je odhad, že závod Crump, ve spěchu k předání křižníku, neměl čas upravit distribuci páry;" stroj se rychle rozrušil a na lodi přirozeně začali opravovat součásti, které trpěly více než ostatní, pokud jde o zahřívání, klepání, aniž by byla odstraněna hlavní příčina. Obecně je bezpochyby nesmírně obtížným úkolem, ne -li nemožným, narovnat na lodi vozidlo, které bylo původně vadné z továrny. “
Je zřejmé, že za tento nedostatek elektrárny Varyag je zcela zodpovědný Ch. Crump.
Problém číslo 3 sám o sobě nebyl nijak zvlášť závažný, ale v kombinaci s výše uvedenými chybami měl „kumulativní účinek“. Faktem je, že po určitou dobu při navrhování parních strojů konstruktéři nebrali v úvahu setrvačnost jejich mechanismů, v důsledku čehož byly tyto mechanismy neustále vystavovány nadměrnému namáhání. V době, kdy byl Varyag vytvořen, však byla teorie vyrovnávání sil setrvačnosti strojů studována a rozšířena všude. Jeho aplikace samozřejmě vyžadovala další výpočty od výrobce parních strojů a způsobila mu určité potíže, což znamená, že náklady na práci jako celek vzrostly. Takže MTC ve svých požadavcích bohužel neuvedl povinnou aplikaci této teorie při konstrukci parních strojů a Ch. Crump se zjevně rozhodl na tom ušetřit (je těžké si představit, že on sám a nikdo z jeho inženýři o tom něco mají, nevěděli teorii). Obecně buď pod vlivem chamtivosti, nebo kvůli banální neschopnosti, ale ustanovení této teorie při vytváření strojů Varyag (a mimochodem Retvizan) byla ignorována, v důsledku čehož se setrvačné síly projevily „velmi nepříznivé“(podle I. I. Gippiuse) působení na válce středního a nízkého tlaku, přispívající k narušení normálního provozu strojů. Za normálních podmínek (pokud by byl parní stroj vybaven spolehlivým základem a nebyly problémy s distribucí páry) by to nevedlo k poruchám, a tak …
Vinu za tento nedostatek parních strojů "Varyag" by měl s největší pravděpodobností nést jak Ch. Crump, tak MTK, kteří připustili neurčité znění objednávky.
Problém č. 4 bylo použití velmi specifického materiálu v ložiskách pro parní stroje. K tomuto účelu byly použity fosforové a manganové bronzy, které, jak autor ví, nebyly v lodním stavitelství hojně využívány. V důsledku toho se stalo následující: z výše uvedených důvodů ložiska strojů „Varyag“rychle selhala. Museli být opraveni nebo nahrazeni tím, co bylo po ruce v Port Arthur, a tam, bohužel, takové potěšení nebylo. V důsledku toho nastala situace, kdy parní stroj pracoval s ložisky vyrobenými z materiálů zcela jiných kvalit - předčasné opotřebení některých způsobilo u jiných dodatečná napětí, a to vše také přispělo k narušení normálního provozu strojů.
Striktně vzato je to snad jediný problém, jehož „autorství“nelze stanovit. Skutečnost, že dodavatelé Ch. Crumpa zvolili takový materiál, nemohla v žádném případě vyvolat negativní reakci kohokoli - zde byli zcela sami sebou. Bylo zjevně nad lidské schopnosti předpokládat katastrofický stav elektrárny Varyag, předvídat její příčiny a poskytnout Port Arthuru potřebné materiály, a jen stěží bylo možné dodat potřebné druhy bronzu „jen pro případ“, vzhledem k obrovskému množství veškerého materiálu pro letku. o jehož potřebě se vědělo jistě, ale její potřeby nebylo možné uspokojit. Vinit strojní inženýry, kteří opravovali stroje Varyag? Je nepravděpodobné, že by měli potřebnou dokumentaci, která by jim umožnila předvídat důsledky jejich oprav, a i kdyby o tom věděli, co by mohli změnit? Stále neměli jiné možnosti.
Shrneme -li naši analýzu elektrárny křižníku "Varyag", musíme konstatovat, že nedostatky a konstrukční chyby parních strojů a kotlů se "skvěle" doplňovaly. Člověk má dojem, že Niklossovy kotle a parní stroje uzavřely sabotážní smlouvu proti křižníku, na kterém byly instalovány. Nebezpečí havárií kotle přinutilo posádku stanovit snížený tlak páry (ne více než 14 atmosfér), ale to vytvořilo podmínky, za kterých se parní stroje Varyag musely rychle stát nepoužitelnými a lodní mechanici s tím nemohli nic dělat. Podrobněji však budeme důsledky návrhových rozhodnutí strojů a kotlů Varyag zvažovat později, když analyzujeme výsledky jejich provozu. Poté dáme konečné hodnocení elektrárny křižníku.
