История, Как Возникло Древнерусское Государство, История рода Рюриковичей, Старинные Печати, Государственный Герб России: от первых Печатей до наших Дней, Символы и Святыни России в Картинках, Преподобный Феодосий Кавказский, Русские Святые, Как Появились Награды в России, Портреты Российских Царей, Генералов, Изображения Наград, Русские Народные Игры, Русские Хороводы, Русские народные Поговорки, Пословицы, Присловья, История Древней Греции, Чудеса Света, История Развития Флота, Автомобили Внедорожники, Отдых в Волгограде

Меню Сайта

Главная

Как Возникло Древнерусское Государство

Русские князья период от 1303 до 1612 года

Династия Романовых

История России с конца XVIII до начала XX века

История и мистика при Ленине и Сталине

История КГБ от Ленина до Горбачева

История Масонства

Казни

Государственный Герб России: от первых Печатей до наших Дней

Символы и Святыни Русской Православной Церкви

Символы и Святыни России в Картинках

Портреты Российских Царей, Генералов, Изображения Наград

Награды Российской Империи

Русские Народные Игры

Хороводы

Русские народные Поговорки, Пословицы, Присловья

История Древней Греции

Преподобный Феодосий Кавказский

Русские Святые

Алгоритмы геополитики и стратегии тайных войн мировой закулисы

Чудеса Света

Катастрофы

Реактивные самолеты и ракеты Третьего рейха

История Великой Отечественной Войны, Сражения, Нападения, Операции, Оборона

История формирования, подготовка, и выдающиеся операции спецподразделений (спецназа)

История побед летчика Гельмута Липфера

История войны рассказанная немецким пехотинцем Бенно Цизером

Мифы индейцев Южной Америки

История Развития Флота

История развития Самых Больших Кораблей

Постройка моделей Кораблей и Судов

История развития Самых Быстрых Кораблей

Автомобили Внедорожники

Вездеходы Снегоходы

Танки

Подводные Лодки

Туристам информация о Странах

Отдых в Волгограде

Loading

Паровая Турбина на Корабле

Идея парового поршневого двигателя намного моложе, чем идея паровой турбины; свидетельством тому известные из элементарного курса физики эолипил Герона Александрийского и машина Бранка. На протяжении почти 2000 лет изобретатели пытались воплотить идею в механизм, пригодный для практического использования, но лишь в середине XIX в. отдельные попытки увенчались успехом.

Однако из-за низкого качества изготовления в условиях кустарных производств и отсутствия сколько-нибудь серьезной теоретической базы паровые турбины не обладали надежностью. Кроме того, энтузиазм изобретателей не был подкреплен социальным стимулом: ведь паровые машины еще успешно справлялись с возложенными на них функциями во всех областях применения,

Шло время. Развивался монополистический капитализм, концентрировались производительные силы, доминирующее положение в промышленности заняла электроэнергетика. Для электростанций нужны были мощные и быстроходные двигатели: из-за малой мощности и недостаточной быстроходности паровых машин снижался КПД электрогенераторов.

Если паровая машина работает на принципе использования потенциальной энергии пара (его упругости), то турбина использует кинетическую энергию пара. При этом через проточную часть турбины можно пропустить во много раз больше пара, чем через цилиндры паровой машины, что позволяет создать двигатель очень большой мощности.

В технически приемлемом виде паровая турбина была создана почти одновременно, но независимо, в Швеции и Англии, В 1883г. на паровую турбину взял патент талантливый шведский инженер Густав Лаваль. Однако в конечном счете турбина Лаваля не получила распространения. Ее автор, увлекающийся изобретатель, оказался совершенно неспособным администратором и финансистом. После реализации своих идей он быстро охладевал к ним и принимался за очередные, которыми у него всегда была полна голова.

Совсем другим человеком был Чарльз Парсонс, выходец одной из самых аристократических семей Англии, высокообразованный инженер, талантливый изобретатель и не менее талантливый предприниматель. Взяв в 1884г. патент на турбину своей конструкции, Парсонс настойчиво совершенствует двигатель и доводит его до нужной кондиции. Уже в 1894г. стационарные турбины Парсонса по экономичности не уступали паровым машинам.

В этом же году изобретатель предложил английскому Адмиралтейству применить паровую турбину на корабле и высказал уверенность, что на турбинном истребителе можно достигнуть скорости 37 уз. Такой аванс не мог оставить равнодушными даже чопорных лордов Адмиралтейства.

В 1897г. был построен опытный миноносец водоизмещением 44,5 т с турбинной установкой мощностью 2000 л. с, символически названный «Турбинией» (рис. 31). На испытаниях корабль смог развить... 19,7 уз. Причину установили довольно быстро — кавитация, сопровождавшаяся резким падением КПД винта.

По сравнению с «Дэрингом», кавитация винта «Турбинии» носила более интенсивный характер. Ведь число оборотов турбины намного превышало число оборотов паровой машины, в то время как винт миноносца ничем не отличался от винтов, применяемых на кораблях с паровыми машинами.

 

Рис. 31. Опытный миноносец «Турбиния»

При энергичном участии Парсонса началась серия экспериментов. Заимствуя опыт «Дэринга», начали заменять гребные винты. Было опробовано десять различных вариантов винтов, но безуспешно. Тогда было принято беспрецедентное решение: применить на корабле трехвальную энергетическую установку с приводом каждого вала от своей турбины, расположив на каждом валу последовательно один за другим три винта (рис. 32). При этом число оборотов турбины было снижено примерно до 2000 об/мин.

Пришлось полностью заменить кормовую оконечность миноносца и практически реконструировать энергетическую установку. Однако потеря времени и средств была полностью компенсирована: на первом же выходе корабль развил 32,8 уз. Путем увеличения мощности установки до 2400 л. с. и отдельных конструктивных улучшений скорость «Турбинии» была доведена до 34,5 уз.

В 1897г. первый турбинный корабль демонстрировался на Парижской всемирной выставке; под гром аплодисментов тысячной толпы он промчался по Сене. В том же году на торжественном смотре английского флота, устроенном по случаю 75-летия королевы Виктории, «Турбиния» с Парсоном в качестве машиниста, нарушив сценарий церемониала, пронеслась перед строем кораблей. На перехват нарушителя был послан сторожевой корабль, но безрезультатно.

 

Рис. 32. Кормовая оконечность «Турбинии» после реконструкции

Что позволило «Турбинии» развить высокую скорость? Ответ, очевидно, сможет дать читатель, который обратил внимание на то, что на корабле водоизмещением 44,5 т удалось разместить энергетическую установку мощностью 2400 л. с. Это стало возможным только благодаря отличным массогабарит-ным показателям паротурбинной установки.

Как следствие, резко возросла концентрация мощности на тонну водоизмещения (в современной терминологии — энерговооруженность корабля):

Мощность энергетической установки, л. с.

Водоизмещение корабля, т

В то время как на самых быстроходных миноносцах с паровыми машинами этот показатель не превышал 16—18 л. с/т, у «Турбинии» он составил около 54 л. с./т.

Разумеется, «Турбиния» не являлась боевым кораблем, но победила сама идея. Парсонс торжествовал, а английское Адмиралтейство, стремясь не упустить из рук жар-птицу, заказало в 1898г. разным фирмам два турбинных истребителя: «Вайпер» и «Кобра». Контракт предусматривал скорость полного хода  31,5 уз  при водоизмещении, ограниченном 375 т.

В 1900г. истребители были построены. Первый же выход «Вайпера» на испытания оказался триумфальным. При водоизмещении 370 т и мощности установки 10 тыс. л. с. истребитель развил 36,5 уз, превысив на 5 уз контрактную скорость (рис. 33). «Кобра» водоизмещением 390 т показала 35,9 уз и сразу была куплена Адмиралтейством.

Однако недолго раздавались аплодисменты в адрес чудо-кораблей. В августе 1901г. во время учений «Вайпер» сел на камни, и его корпус подозрительно быстро разрушился в районе мидельшпангоута. Прошло около месяца. Не успели утихнуть страсти и споры о причине гибели истребителя, как еще более тяжелая катастрофа постигла «Кобру»: корабль на полном ходу разорвался надвое и в считанные мгновения затонул вместе с 67 членами экипажа.

После гибели первых турбинных истребителей события развивались согласно афоризму: «от любви до ненависти — один шаг». Пророки-скептики, в которых не бывает недостатка при любом нововведении, обрушили свой гнев на Адмиралтейство, обвиняя его в пренебрежении традиционной британской осторожностью. Заодно досталось и турбинам.

Проведенное позже расследование показало, что в стремлении обогнать друг друга и получить выгодный заказ на турбинные истребители конкурирующие фирмы чрезмерно облегчили корпуса кораблей в ущерб прочности. Налицо был не первый и не последний в истории развития техники пример того, как идея, недостаточно подкрепленная конструктивными решениями, при первой же неудаче оказалась дискредитированной.

Под напором критики английское Адмиралтейство в 1902г. заказало большую серию истребителей с паровыми машинами мощностью 7000 л. с. В отличие от 30-узловых и первых турбинных истребителей, к кораблям не предъявлялось требования большой скорости и малозаметных низких силуэтов.

Истребители типа «Ривер» были мореходными кораблями с прочными корпусами, улучшенной обитаемостью и запасом топлива, позволяющим продолжительное время находиться в море. Естественно, за все это пришлось заплатить водоизмещением, которое у отдельных кораблей серии достигало 590 т, и снижением скорости до 25 уз.

 

Рис. 33. Турбинный истребитель «Вайпер».

Были сделаны выводы и по организаций сдаточных испытаний: корабли должны были предъявляться комиссии полностью укомплектованными штатными грузами и запасами. Таким образом, общественному мнению была «брошена кость», и страсти постепенно улеглись.

Между тем адмирал Фишер, ставший к этому времени первым лордом Адмиралтейства (морским министром.— Л. Ш.), не успокоился и предпринял ряд энергичных мер по реабилитации турбинных кораблей. В качестве главного аргумента Фишер ссылался на то, что во Франции и Германии строят истребители со скоростью 30 уз и более. Позиция Фишера в значительной степени была подкреплена успешными испытаниями двух английских турбинных истребителей. Один из них, «Эден», вместо 26 уз по контракту показал около 30 уз, а другой... но прежде чем рассказать об истребителе «Велокс», нужно сделать небольшое отступление.

Получив в свое распоряжение мощные энергетические установки, кораблестроители относительно быстро добились увеличения скорости кораблей почти в два раза и продолжали развивать успех. В то же время достижения в дальности плавания были гораздо скромнее. Конечно, с повышением экономичности энергетических установок дальность плавания возрастала, однако не теми темпами, каких требовала тактика войны на море: морские сражения будущего виделись не вблизи берегов и баз снабжения, а в открытых морях и океанах, куда нужно не только дойти, но выполнить задачу и вернуться затем к месту базирования.

Увеличить дальность плавания принципиально можно двумя способами: погрузив на борт корабля больше топлива или снизив его удельный расход. Первый путь наиболее прост и неприемлем: не изменив водоизмещение корабля, можно разместить на нем добавочный запас топлива только за счет других статей нагрузки, а значит, за счет ослабления боевых средств, ухудшения мореходных или иных качеств.

 

Рис. 34. Истребитель «Велокс»

Наиболее эффективный, но сложный путь — снижение удельного расхода топлива. Снизить удельный расход можно за счет повышения удельной теплоты сгорания (калорийности) топлива или за счет увеличения экономичности энергетической установки. Повышение калорийности — задача проблематичная. В течение более полутора столетий все, что было достигнуто в этом направлении, это переход от угля с удельной теплотой сгорания около 29 МДж/кг на нефть с удельной теплотой сгорания около 46 МДж/кг.

Что же касается экономичности установки, то паровая турбина проблему не решала, а на первых порах даже усугубляла ее сложность. При небольших по отношению к скорости полного хода скоростях турбинные энергетические установки уступали паромашинным в экономичности, Но ведь именно в диапазоне небольших скоростей, как мы знаем, обеспечивается наибольшая дальность плавания корабля. Эта специфика поршневого и турбинного паровых двигателей и была использована на английском истребителе «Велокс», построенном в 1902г. (рис. 34).

В четырехвальной энергетической установке корабля были одновременно применены паровые машины и турбины. Крайние валы приводились во вращение турбинами, а на два средних работали паровые машины. На больших скоростях, вплоть до скорости полного хода, работали турбины, а на скорости порядка 11—12 уз и меньше — паровые машины. Допускалась одновременная и раздельная работа турбин и машин. При контрактной скорости, как и у «Эдена», 26 уз «Велокс» развил на испытаниях 33,6 уз, оправдав тем самым свое название: по-английски velox — быстрый.

Но не скоростью был примечателен этот корабль. «Велокс» вошел в историю как один из первых кораблей с комбинированными энергетическими установками. Один из первых, но не первый.

Впервые обоснование эффективности комбинированных установок было сделано в 1878 г. будущим адмиралом русского флота С. О. Макаровым (1848—1904), который предложил установить на минных катерах в качестве ускорительных двигателей для кратковременного увеличения скорости торпедные поршневые пневматические машинки.

Спустя 10 лет Макаров выдвинул идею применения на кораблях с большой дальностью плавания специальных паровых машин экономического хода и составил докладную записку «Об устройстве вспомогательных -двигателей на кораблях с целью сохранения и экономии горючего». Макаров предлагал применять на кораблях две паровые машины (главную и вспомогательную) в двух вариантах: обе машины работают непосредственно на один и тот же гребной вал либо вспомогательный двигатель присоединяют к валу главной машины через зубчатую передачу.

В реализации идеи корабельной комбинированной энергетической установки большая заслуга принадлежит известному русскому кораблестроителю Н. Е. Кутейникову (1845—1906), предложившему применять трехвальные энергетические установки с расположением на среднем валу паровой машины для экономического хода порядка 9—10 уз. На полном ходу порядка 17—19 уз предусматривалась работа всех трех машин. В. И. Афанасьев писал: «Вопрос о среднем вспомогательном механизме, возбужденный Николаем Евлампиевичем Кутейниковом, настолько важен для военных судов, что он должен быть подвергнут всесторонней разработке».

Впервые двигатели экономического хода появились на крейсерах в конце XIX в. Так, на крейсере «Россия» (1896г.) была применена трехвальная энергетическая установка с паровой машиной экономического хода на среднем валу (рис. 35).

С появлением паровых турбин интерес к комбинированным установкам возрос. В 1903г. в США для России был построен миноносец «Ласточка» с трехвальной комбинированной установкой. На бортовые валы работали турбины, а на средний вал— паровая машина экономического хода.

 

Рис. 35. Крейсер «Россия»

Во Франции исследование возможностей корабельных комбинированных установок было поставлено на широкую экспериментальную основу. Для этой цели были построены три однотипных истребителя водоизмещением около 450 т и оснащены различными энергетическими установками: «Карабинер»— паромашинной,   «Шассёр» — паротурбинной  и   «Вальтижер»- комбинированной, состоящей из паровой машины и турбины. Результаты сравнительных испытаний кораблей сведены в табл. 5.

Комбинированные установки были значительно сложнее обычных, что отражалось на их надежности и удобстве обслуживания. Этим, в частности, объясняется то, что на рассматриваемом этапе они не получили распространения.

Таблица 5 Расход топлива при сравнительных испытаниях французских истребителей

Название

корабля

Расход угля, кг/миля, при скорости

14 уз

24 уз

полный ход

«Карабинер»

32

200

303

«Шассёр»

70

252

279

«Вольтижер»

45

207

264

История развития Самых Быстрых Кораблей