Двигатель корабля: пар и котлы, паровая турбина (1850—1945 гг.).

Двигатель корабля: пар и котлы, паровая турбина (1850—1945 гг.).

Использование паровых двигателей и паровых турбин на воен­ных кораблях не привело к быстрому изменению облика судов, напротив, на протяжении многих лет на пути этого процесса встречалось немало препятствий и даже на кораблях, построенных в 1880 г., все еще оставалось парусное вооруже­ние. Несмотря на то что ранние торговые паро­ходы, подобные «Клермонту» Роберта Фултона, датируются 1807 г., первые пароходы во флоти­лиях появились двадцатью пятью годами позже (где-то в 1830-х гг.) и представляли собой не­большие посыльные суда или колесные корветы.

Первыми представителями такого рода были, наверное, 177-тонное французское посыльное суд­но «Сфинкс» с двигателем мощностью 158 л. с. и французский паровой корвет «Архимед» — оба построенные в 1830 г. В Италии первой парой пароходов стали посыльные суда Бурбонского флота, за которыми следовало посыльное судно «Гульнара», купленное в 1835 г. в Англии фло­том Сардинии.

Построенное в 1850 г. французское судно «На­полеон» с девятью десятками орудий явилось первым винтовым кораблем в родословной па­роходов. Мощность его двигателя составляла 888 л. е., а скорость — 13,5 узлов. Первыми в мире броненосными фрегатами были также винтовые корабли: французский «Глуар» (1861) с дви­гателем корабля мощностью 2 502 л. с. и скоростью 12,85 узлов и британский «Уоррио» (1862) с двигате­лем мощностью 5 395 л. с. и скоростью 14,35 узлов.

После удачного опыта с этими типами кораб­лей военные флоты различных держав оснастили свои суда, находившиеся в строю и построенные исключительно как парусные, паровыми двига­телями и гребными винтами.

Силовая установка корабля ( двигатель корабля в узком понимании) состоит из двух отдельных компонентов: парового источника энер­гии, представляющего собой один или несколько паровых котлов, в которых производится пар, и двигате­ля корабля, где энергия пара преобразуется в механичес­кую энергию, которая вращает вал гребного вин­та или гребного колеса.

На ранних этапах развития котлы были край­не элементарными, цилиндрическими по форме и изготовлялись из медных и железных листов, что допускало использование пара очень низкого давления — около 0,5 кг/кв.см. Первоначально топливом служили дрова, замененные примерно в 1830-1835 гг. углем и лишь в 1905-1915 гг. — нефтью.

Среди колесных судов чаще всего встречалась машина балансирного типа, которая обычно со­стояла из одного вертикального цилиндра. Шток приводил в движение коромысло, другой конец которого соединялся со стержнем, приводившим в движение кривошип, соединенный с валом греб­ного колеса. Другой тип двигателя колесных и винтовых судов — «качающийся цилиндр». Подоб­ные двигатели были известны как пенндвигатели по названию одноименной фирмы «Пенн», которая занималась их производством.

На винтовых судах первые двигатели имели один или несколько горизонтальных цилиндров. Поскольку на одновинтовых судах гребной вал был ниже центровой линии, то цилиндр или цилиндры должны были располагаться попереч­но. Это ограничивало ход поршня и мощность двигателя. Проблема была решена благодаря ис­пользованию двигателей с обратной соединитель­ной тягой, где вместо того чтобы помещаться за штоком поршня, шатун шел назад к цилиндру и вал кривошипа оказывался между цилиндром и крейцкопфом. Таким образом ход поршня удваи­вался по сравнению с двигателем с нормальным креплением шатуна.

Горизонтальные двигатели с раскачивающим­ся цилиндром являлись двигателями двойного действия. Другими словами, пар попеременно воз­действовал на обе стороны поршня. Последующее усовершенствование привело к созданию двигате­лей двойного расширения, где пар поступал сна­чала в цилиндр с высоким давлением, а затем — с низким, позволяя таким образом повысить КПД.

Полностью отработав в цилиндрах, пар посту­пал в конденсаторы, самые старые из которых представляли собой конденсаторы смешанного типа. В этих конденсаторах пар охлаждался с помощью морской воды, которая также пополняла котлы. Содержавшаяся в воде соль осаждалась на стен­ках котлов и конденсаторов, приводя к образова­нию накипи. Когда конденсаторы смешанного типа заменили поверхностными конденсаторами, где циркулировавшая по трубам охлажденная вода не контактировала с паром, котлы стали пополнять не морской, а питьевой водой. Таким образом удалось избежать образования солевой накипи морской воды, но не накипи известковых солей, содержавшихся в питьевой воде. С усовершенство­ванием котлов начали использовать дистиллиро­ванную воду. Эта система применяется и по сей день.

В 1870-1875 гг. на смену цилиндрическим котлам пришли дымогарные, работавшие при вы­соких давлениях. Двигатели из горизонтальных стали вертикальными (известны также как двига­

тели с «опрокинутым цилиндром»). В отличии от горизонтальных двигателей последние были лучше сбалансированы, что ускоряло ход порш­ня, а значит увеличивало число оборотов греб­ного винта в минуту.

Первые броненосцы с вертикальными двига­телями спущены на воду в 1876 г. Это были итальянский «Дуилио» и британский «Инфлек- сибл»

У первых винтовых судов имелся лишь один гребной винт. Два винта появляются в 1869 г. на британском броненосце «Кэптэн» (на крейсе­рах к тому времени уже ставилась пара греб­ных винтов), а в 1862 г. — на судне Конфеде­рации одиннадцати (южных) штатов Америки «Тэллахасси».

Следует упомянуть, что в целях уменьшения размеров двигателя и одновременного увеличе­ния движущей силы, на многих судах на один вал гребного винта ставилась пара маломощных двигателей. Например, у британского броненосца «Девастейшн» (1871) на два винтовых вала при­ходилось четыре двигателя, также как и у италь­янских броненосцев «Италия» и «Лепанто» (1880). Среди первых крейсеров с двумя двигателями на один винтовой вал был британский «Шэннон» (1876). К первым броненосцам с тремя двигате­лями относятся французский «Анри IV» (1899) и германские суда класса «Нассау» (1908); а к первым крейсерам — «Коламбиа» и «Миннеапо­лис» Соединенных Штатов (1894), германский «Фюрст Бисмарк» (1897) и «Шарнхорст» (1906), так же как французский «Дюпюи де Лом» (1890) и «Жанн д'Арк» (1899). С тремя двигателями су­ществовало множество менее крупных судов.

Максимальное число гребных винтов на обыч­ном военном корабле равнялось четырем. Первы­ми линкорами с четырьмя винтами были британ­ский «Дредноут» (1906), итальянские «Данте Алигьери» (1910) и четыре судна класса «Конте ди Кавур» (1911-1915). Все они были снабжены турбинами вместо поршневых двигателей.

Единственные представители шестивинтовых кораблей с поршневыми двигателями — русские круглые броненосцы «Вице-адмирал Попов» и «Новгород» (1876).

Возвращаясь к вопросу о котлах, следует от­метить, что приблизительно в 1885-1890 гг. дымогарные котлы начали заменять водотрубны­ми. Их вес был намного меньше, а процесс па­рообразования проходил при более высоком дав­лении. Двигатели корабля двойного расширения были усовершенствованы до двигателей тройного рас­ширения с числом цилиндров, доходившим до четырех. В 1895 г. огромная четырехцилиндровая машина тройного расширения с возвратно-посту­пательным движением увенчала развитие этого вида двигателя. Лишь в 1905-1910 гг. устарев­ший поршневой двигатель морских судов был заменен турбиной.

Паровая турбина могла использоваться в на­земных силовых установках, однако из-за некото­рых своих особенностей не подходила для кораб­

лей. Во-первых, производительность турбины была наивысшей лишь при очень быстром вращении, в то время как эффективность гребных винтов обеспечивалась при 80-100 оборотах в минуту. Во-вторых, турбина вращалась только в одном на­правлении, которое менять не могла.

Проблему скорости вращения разрешили та­кие предприниматели как Парсонс из Англии со своими реактивными турбинами и Кэртисс из Америки с многоступенчатыми активными турби­нами. Турбина впервые была опробована в Анг­лии в 1894 г. на экспериментальном судне «Тур- биниа». Затем турбина была установлена на не­больших торпедных катерах, а в 1903 г. — на крейсере «Аметист». Среди первых линкоров с турбинными двигателями были британский «Дред­ноут» (1906), итальянский «Данте Алигьери» (1910), русский «Гангут» (1911) и австрийский «Вирибус Юнитис» (1911). К числу крейсеров, кроме «Аметиста» и других британских судов, следует добавить германский «Любек» (1904), австрийский «Сайда» (1912), бразильский «Бахия» (1909) и итальянский «Сан-Марко» (1908). Все линейные крейсера, построенные между 1907 и 1918 гг., имели турбинные силовые агрегаты.

На всех судах с турбинными двигателями проблема изменения направления движения на обратное была решена установкой специального двигателя обратного хода, независимого от тур­бины, предназначенной для прямого хода.

Так же как у возвратно-поступательных дви­гателей происходил переход от одного цилиндра к двум, трем и четырем, у турбин двигатель с одной турбиной сменялся агрегатами с двумя (одна высокого и одна низкого давления) или тремя турбинами (высокого, среднего и низкого давления). На первых турбоходах турбины соеди­нялись непосредственно с валом гребного винта. Обычно турбина высокого давления приводила в движение один гребной винт, а низкого — дру­гой. Таким образом у британского «Дредноута» на четыре вала приходилось два турбоагрегата, как и у французского «Жан Бара», японских кораблей класса «Конго» и других. Однако на итальянском линкоре «Данте Алигьери» и четы­рех судах класса «Конте ди Кавур» три турбоаг­регата приходилось на четыре вала. Два боковых гребных винта вращались за счет турбин высо­кого и низкого давления (они располагались друг за другом на одном валу), один из центральной пары винтов приводится в движение турбиной высокого, а другой — низкого давления третьего турбоагрегата.

В ходе и после первой мировой войны появи­лись редукторы (зубчатый или червячный меха­низм для снижения угловых скоростей и увели­чения крутящих моментов), позволившие турби­нам развивать большие скорости и тем самым повысить их эффективность. (Заметим, что воен- но-морской флот США пытался добиться такого же результата с помощью турбо-электрического привода, в котором турбины приводили в движе­ние электрогенераторы, а те в свою очередь питали электродвигатели, вращавшие гребные винты. Эту систему использовали на четырех линейных кораблях и двух авианосцах, но вскоре отказались из-за ее массивности по сравнению с редуктором.) В результате удалось сократить раз­меры и самих турбин. Помимо этого использова­ние более эффективного топлива (нефти), повыше­ние температуры и давления рабочего режима спо­собствовали возникновению других существенных усовершенствований паровых агрегатов.

Уголь использовался для нагрева котлов до времен первой мировой войны, после чего его полностью вытеснило жидкое нефтяное топливо. Уже в 1890 г. нефть опробовали на небольших торпедных катерах. Главный инженер итальянского флота Витторио Куниберти изобрел нефтяные форсунки для котлов торпедных катеров. Они послужили прототипами для тех, которые впос­ледствии применялись во всем мире. Переход от угля к жидкому нефтяному топливу происходил довольно медленно, поэтому немаловажным явля­ется тот факт, что в 1900-1910 гг. встречались суда с котлами, работавшими частично на угле, а частично — на нефти. Нефть не только облег­

чила эксплуатацию котлов, но и способствовала повышению коэффициента парообразования на 20-25%, что дало возможность быстро менять скорость — крайне важное обстоятельство в открытом море.

Важным недостатком использования жидкого нефтяного топлива было то, что немногие веду­щие страны имели на своих территориях нефтя­ные месторождения, в то время как угля было достаточно. Исключение составляли Соединенные Штаты, которые начали применять нефть в 1911 г. Что же касается Британии, перешедшей на нефть в 1912 г., то ей пришлось приложить определен­ные политические усилия, чтобы удержать кон­троль над источниками нефти в Персидском за­ливе. Германия во время первой мировой войны намеренно избегала принятия нефти в качестве топлива, поскольку таких источников не имела. Проблема была действительно серьезной: когда в первой мировой войне британские месторожде­ния оказались отрезанными подводными лодками, работавшие на нефтяном горючем линкоры были практически обездвижены. То же самое случи­лось с итальянским флотом, лишившимся в 1942-1943 гг. нефтяных поставок.

До самой второй мировой войны на всех боль­ших судах стояли паровые двигатели. Единствен­ное исключение составляли германские линкоры типа «Дейчланд» с дизельными двигателями, что было довольно характерно для военных кораблей, построенных после 1950-1960 гг. Германия пос­троила линкоры типа «Доейчланд», называемые также «карманными» линкорами, потому что в 1931 г. еще действовали ограничения Версальс­кого мирного договора. Эти суда были снабжены дизельными двигателями, что позволяло, не пре­вышая водоизмещения 10 000 тонн, максимально увеличить запас хода. Это имело большое значе­ние для действия на морских путях. Когда обста­новка изменилась и версальские ограничения уже не имели для немцев никакого значения, они от­казались от этого типа двигателей и начали стро­ить гораздо более мощные корабли.

Правда они не переставали ценить достоинст­ва дизеля и планировали применение дизельных агрегатов на некоторых типах тяжелых боевых кораблей. Временный отказ от дизелей, можно приписать тому, что, как надеялись немцы, было лишь временными ограничениями по максималь­ной отдаче на один двигатель.