I den senaste artikeln undersökte vi frågorna som rör installationen av Nikloss -pannor på Varyag - huvuddelen av internetstriderna kring kryssarens kraftverk ägnas åt dessa enheter. Men det är märkligt att den överväldigande majoriteten av de som är intresserade av detta ämne, som lägger så stor vikt vid pannorna, helt förbiser kryssarens ångmotorer. Samtidigt är ett stort antal problem som identifierats under driften av "Varyag" förknippat med dem. Men för att förstå allt detta är det nödvändigt att först uppdatera minnet av konstruktionen av fartygets ångmotorer i slutet av förra seklet.
Faktum är att ångmaskinens driftsprincip är ganska enkel. Det finns en cylinder (vanligtvis placerad vertikalt på skeppsmaskiner), inuti vilken en kolv kan röra sig upp och ner. Antag att kolven är högst upp i cylindern - då tillförs ånga under tryck till hålet mellan den och topplocket på cylindern. Ångan expanderar, trycker kolven nedåt och så når den nedre punkten. Därefter upprepas processen "exakt motsatsen" - det övre hålet stängs och ånga tillförs nu det nedre hålet. Samtidigt öppnar ångutloppet på cylinderns andra sida, och medan ångan trycker kolven från botten till toppen förskjuts den förbrukade ångan i cylinderns övre del in i ångutloppet (rörelsen i avgaser i diagrammet indikeras med den prickade blå pilen).
Således tillhandahåller ångmotorn kolvens rörelse fram och tillbaka, men för att omvandla den till skruvaxelns rotation används en speciell anordning som kallas vevmekanism, där vevaxeln spelar en viktig roll.
Självklart är lagren extremt nödvändiga för att säkerställa att ångmotorn fungerar, tack vare vilken både vevmekanismens funktion (överföring av rörelse från kolven till vevaxeln) och fastsättningen av den roterande vevaxeln utförs.
Det måste också sägas att när Varyag konstruerades och byggdes, hade hela världen i konstruktionen av krigsfartyg för länge sedan bytt till trippel expansionsångmotorer. Idén om en sådan maskin uppstod eftersom ångan som tillbringades i cylindern (som visas i det övre diagrammet) inte helt förlorade sin energi alls och kunde återanvändas. Därför gjorde de det - först kom ny ånga in i högtryckscylindern (HPC), men efter att ha avslutat sitt arbete "kastades" den inte tillbaka i pannorna, utan gick in i nästa cylinder (medeltryck eller HPC) och igen tryckte in kolven i den. Självklart minskade trycket för ångan in i den andra cylindern, varför själva cylindern måste tillverkas med en större diameter än HPC. Men det var inte allt - ångan som hade tränat i den andra cylindern (LPC) gick in i den tredje cylindern, kallad lågtryckscylinder (LPC), och fortsatte sitt arbete redan i den.
Det säger sig självt att lågtryckscylindern måste ha en maximal diameter i jämförelse med resten av cylindrarna. Designerna gjorde det lättare: LPC visade sig vara för stor, så istället för en LPC gjorde de två och maskinerna blev fyrcylindriga. Samtidigt levererades ändå ånga samtidigt till båda lågtryckscylindrarna, det vill säga trots att det fanns fyra "expansionscylindrar" återstod tre.
Denna korta beskrivning är tillräckligt för att förstå vad som var fel med ångmotorerna på Varyag -kryssaren. Och "fel" med dem, det var tyvärr så mycket att författaren till denna artikel har svårt att veta exakt var man ska börja. Nedan beskriver vi de viktigaste misstagen som gjordes vid utformningen av kryssarens ångmotorer, och vi kommer att försöka ta reda på vem som trots allt var skyldig till dem.
Så problem nr 1 var att ångmaskinens design uppenbarligen inte tål böjspänningar. Med andra ord, bra prestanda kunde bara förväntas när ångmotorn var helt jämn. Om denna bas plötsligt börjar böja, skapar detta en extra belastning på vevaxeln, som går längs nästan hela längden på ångmotorn - den börjar böja, lagren som håller den försämras snabbt, spel uppträder och vevaxeln förskjuts, det är därför vevlagren redan lider - vevstångsmekanism och till och med cylinderkolvar. För att förhindra att detta händer måste ångmotorn installeras på en solid grund, men detta gjordes inte på Varyag. Hans ångmotorer hade bara en mycket lätt grund och var i själva verket fästa direkt på fartygets skrov. Och kroppen, som du vet, "andas" på havsvågan, det vill säga den böjer sig under rullning - och dessa konstanta böjningar ledde till krumning av vevaxlarna och "lossning" av ångmotorns lager.
Vem är skyldig för denna designfel hos Varyag? Utan tvekan bör ansvaret för denna brist på fartyget tilldelas ingenjörerna på företaget C. Crump, men … det finns vissa nyanser här.
Faktum är att en sådan konstruktion av ångmotorer (när de utan en fast grund var installerad på fartygets skrov) allmänt accepterades - varken Askold eller Bogatyr hade stela fundament, men ångmotorerna fungerade felfritt på dem. Varför?
Uppenbarligen kommer vevaxelns deformation att vara mer betydande, ju större dess längd, det vill säga ju längre ångmaskinens längd. Varyag hade två ångmotorer, medan Askold hade tre. Av design var de senare också fyrcylindriga trippel-expansionsångmotorer, men på grund av deras betydligt lägre effekt hade de en betydligt kortare längd. På grund av denna effekt visade sig kroppens nedböjning på Askold -maskinerna vara mycket svagare - ja, det var de, men låt oss säga "inom förnuftet" och ledde inte till deformationer som skulle inaktivera ångmotorerna.
Faktum är att man ursprungligen antog att Varyag -maskinernas totala effekt var tänkt att vara 18 000 hk, respektive var effekten på en maskin 9 000 hk. Men senare gjorde Ch. Crump ett mycket svårt att förklara misstag, nämligen att han ökade ångmaskinernas effekt till 20 000 hk. Källor förklarar vanligtvis detta genom att Ch. Crump gick för det på grund av MTK: s vägran att använda forcerad sprängning under kryssarens tester. Det vore logiskt om Ch. Crump, samtidigt med ökningen av maskinernas effekt, också ökade produktiviteten för pannorna i Varyag -projektet till samma 20 000 hk, men inget av det här slaget hände. Den enda anledningen till en sådan handling kan vara hoppet om att kryssarens pannor kommer att överstiga den kapacitet som projektet fastställt, men hur skulle detta kunna göras utan att tvinga dem?
Här redan en av två saker - eller Ch. Crump hoppades fortfarande på att insistera på att testa när pannorna tvingades och fruktade att maskinerna inte skulle "sträcka ut" deras ökade effekt, eller av någon oklar anledning, trodde han att pannorna i Varyag och utan att tvinga fram en effekt på 20 000 hk. Beräkningarna av Ch. Crump visade sig ha fel, men detta ledde till att varje kryssningsmaskin hade en effekt på 10 000 hk. Förutom den naturliga massökningen ökade naturligtvis också ångmaskinernas dimensioner (längden nådde 13 m), medan de tre Askold -maskinerna, som skulle visa 19 000 hk. märkeffekt, bör bara ha 6 333 hk. var och en (tyvärr är deras längd tyvärr okänd för författaren).
Men hur är det med "Bogatyr"? Den var trots allt, precis som Varyag, tvåaxlad, och var och en av dess bilar hade nästan samma effekt - 9 750 hk. mot 10 000 hk, vilket betyder att den hade liknande geometriska dimensioner. Men det bör noteras att Bogatyrs skrov var något bredare än för Varyag, hade ett något lägre längd / breddförhållande och på det hela taget verkade vara mer stel och mindre benägen att böja än Varyags skrov. Dessutom är det möjligt att tyskarna förstärkte grunden i förhållande till den som ångmotorerna i Varyag stod på, det vill säga om den inte liknade dem som mottogs av modernare fartyg, gav den ändå bättre styrka än grunden till Varyag. Denna fråga kan dock besvaras först efter en detaljerad studie av ritningarna för båda kryssarna.
Således var ingenjörerna i Crump -företaget fel att de hade lagt en svag grund för Varyag -maskinerna (som det verkar som gjorde andra skeppsbyggare), utan att de inte såg och inte insåg behovet för att säkerställa "oflexibiliteten" Maskiner med en starkare kaross eller en övergång till ett treskruvschema. Det faktum att ett liknande problem framgångsrikt löstes i Tyskland, och inte bara av den extremt erfarna Vulcan, som byggde Bogatyr, utan också av andra klassens och utan erfarenhet av att bygga stora krigsfartyg enligt sin egen design av Tyskland, vittnar långt inte till förmån för de amerikanska konstruktörerna. Men för att vara rättvis bör det noteras att MTK inte heller kontrollerade detta ögonblick, men det bör förstås att ingen hade som uppgift att övervaka varje nysning av amerikanerna, och detta var inte möjligt.
Men tyvärr är detta bara den första och kanske inte ens den mest betydande nackdelen med ångmotorerna i den nyaste ryska kryssaren.
Problem nr 2, som tydligen var det huvudsakliga, var den felaktiga konstruktionen av Varyag ångmotorer, som var optimerade för fartygets höga hastighet. Med andra ord fungerade maskinerna bra vid nära maximalt ångtryck, annars började problem. Faktum är att när ångtrycket sjunker under 15,4 atmosfärer slutade lågtryckscylindrarna att utföra sin funktion - energin från ångan som kom in i dem var inte tillräckligt för att driva kolven i cylindern. Följaktligen, vid ekonomiska drag, började "vagnen att driva hästen" - lågtryckscylindrarna, istället för att hjälpa till att rotera vevaxeln, själva sattes i rörelse av den. Det vill säga vevaxeln fick energi från hög- och medeltryckscylindrarna och spenderade den inte bara på skruvens rotation, utan också för att säkerställa kolvarnas rörelse i två lågtryckscylindrar. Det måste förstås att vevmekanismens konstruktion var utformad för att det var cylindern som skulle driva vevaxeln genom kolven och reglaget, men inte tvärtom: till följd av en så oväntad och icke- vid trivial användning av vevaxeln, upplevde den ytterligare påfrestningar som inte föreskrivs i dess konstruktion, vilket också ledde till att lagren inte kunde hållas kvar.
Faktum är att det kanske inte har varit ett särskilt problem i detta, men bara under ett villkor - om maskinernas konstruktion ger en mekanism som kopplar bort vevaxeln från lågtryckscylindrarna. Då var det i alla fall vid drift med ett ångtryck lägre än det inställda, det var tillräckligt att "trycka på knappen" - och LPC slutade ladda vevaxeln, men sådana mekanismer föreskrevs inte av utformningen av "Varyag" "maskiner.
Därefter har ingenjör I. I. Gippius, som övervakade montering och justering av förstörningsmekanismer i Port Arthur, utförde en detaljerad undersökning av Varyag -maskinerna 1903 och skrev en hel forskningsartikel baserad på dess resultat, angav följande i den:
”Här är gissningen att Crump -fabriken, som hade bråttom att lämna över kryssaren, inte hade tid att justera ångfördelningen; maskinen blev snabbt upprörd, och på fartyget började de naturligtvis fixa de delar som drabbades mer än andra när det gäller uppvärmning, knackning, utan att eliminera grundorsaken. I allmänhet är det utan tvekan en extremt svår uppgift, om inte omöjlig, att räta ut med fartyg betyder ett fordon som ursprungligen var defekt från fabriken."
Det är uppenbart att Ch. Crump är helt och hållet skyldig till denna brist i Varyag -kraftverket.
Problem nummer 3 i sig var inte särskilt allvarligt, men gav i kombination med ovanstående fel en "kumulativ effekt". Faktum är att konstruktörerna under en tid, när de utformade ångmotorer, inte tog hänsyn till trögheten hos deras mekanismer, vilket resulterade i att de senare ständigt utsattes för överdriven stress. Men när Varyag skapades hade teorin om att balansera maskinens tröghetskrafter studerats och spridits överallt. Naturligtvis krävde dess tillämpning ytterligare beräkningar från ångmotortillverkaren och skapade vissa svårigheter för honom, vilket innebär att kostnaden för arbetet som helhet ökade. Så MTC i dess krav tyder tyvärr inte på den obligatoriska tillämpningen av denna teori vid konstruktion av ångmotorer, och Ch. Crump bestämde sig tydligen för att spara på detta (det är svårt att föreställa sig att han själv och ingen av hans ingenjörer har något om detta de visste inte teorin). I allmänhet, antingen under påverkan av girighet, eller på grund av banal inkompetens, men bestämmelserna i denna teori när man skapade Varyag -maskinerna (och förresten Retvizan) ignorerades, vilket resulterade i att tröghetskrafterna gav "mycket ogynnsam" (enligt I. I. Gippius) verkan på cylindrarna för medelhögt och lågt tryck, vilket bidrar till att den normala driften av maskiner störs. Under normala förhållanden (om ångmotorn var försedd med en pålitlig grund och det inte fanns några problem med ångdistribution) skulle detta inte leda till haverier, och så …
Skulden för denna brist på ångmotorer "Varyag" borde med största sannolikhet läggas på både Ch. Crump och MTK, som tillät orderns vaga formulering.
Problem nr 4 var användningen av ett mycket specifikt material i lager för ångmotorer. För detta ändamål användes fosfor- och manganbrons, som, såvitt författaren vet, inte användes i stor utsträckning vid skeppsbyggnad. Som ett resultat hände följande: på grund av ovanstående skäl misslyckades lagren i "Varyag" -maskinerna snabbt. De var tvungna att repareras eller bytas ut mot det som fanns i Port Arthur, och tyvärr fanns det inga sådana här nöjen. Som ett resultat uppstod en situation när ångmotorn arbetade med lager av material av helt andra kvaliteter - för tidigt slitage av vissa orsakade ytterligare påfrestningar hos andra, och allt detta bidrog också till att den normala driften av maskinerna stördes.
Strängt taget är detta kanske det enda problemet vars "författarskap" inte kan fastställas. Att Ch. Crumps leverantörer valde sådant material kunde inte på något sätt orsaka en negativ reaktion från någon - här var de helt i sin egen rätt. Det var klart bortom mänsklig förmåga att anta katastrofala tillståndet i Varyag -kraftverket, att förutse dess orsaker och att förse Port Arthur med nödvändiga material, och det var knappast möjligt att leverera de nödvändiga bronsgraderna "just in case" där, med tanke på den enorma mängden av allt material för skvadronen. behovet var säkert känt, men behoven kunde inte tillgodoses. Skylla på de mekaniska ingenjörerna som reparerade Varyag -maskinerna? Det är osannolikt att de hade den nödvändiga dokumentationen som skulle göra det möjligt för dem att förutse konsekvenserna av sina reparationer, och även om de visste om det, vad skulle de kunna ändra? De hade fortfarande inga andra alternativ.
Sammanfattningsvis vår analys av kryssaren "Varyags" kraftverk måste vi konstatera att bristerna och konstruktionsfelen hos ångmaskiner och pannor "utmärkt" kompletterade varandra. Man får intrycket av att Nikloss pannor och ångmotorer ingick en sabotagepakt mot kryssaren som de installerades på. Risken för pannolyckor tvingade besättningen att upprätta ett reducerat ångtryck (högst 14 atmosfärer), men detta skapade förhållanden under vilka ångmotorerna i Varyag snabbt måste bli oanvändbara och skeppsmekanikerna kunde inte göra något åt det. Vi kommer dock att närmare överväga konsekvenserna av designbesluten för Varyag -maskiner och pannor senare, när vi analyserar resultaten av deras drift. Sedan ger vi den slutliga bedömningen av kryssarens kraftverk.
