Křižník "Varyag". Bojujte u Chemulpa 27. ledna 1904. Část 4. Parní stroje
Ve skutečnosti je princip fungování parního stroje velmi jednoduchý. Je zde válec (u lodních strojů obvykle umístěný svisle), uvnitř kterého je umístěn píst schopný pohybu nahoru a dolů. Řekněme, že píst je nahoře na válci – pak je pára pod tlakem přiváděna do otvoru mezi ním a horním krytem válce. Pára expanduje, tlačí píst dolů a tak dosáhne svého nejnižšího bodu. Poté se proces opakuje „přesně naopak“ – horní otvor se uzavře a do spodního otvoru se nyní přivádí pára. Současně se na druhé straně válce otevře parní průduch a zatímco pára tlačí píst zdola nahoru, odsávaná pára v horní části válce je vytlačována do parního průduchu (pohyb odpadní pára je na obrázku označena tečkovanou modrou šipkou).
Parní stroj tedy zajišťuje vratný pohyb pístu, ale pro jeho převedení na rotaci hřídele vrtule se používá speciální zařízení nazývané klikový mechanismus, ve kterém klikový hřídel hraje důležitou roli.

Pro zajištění chodu parního stroje jsou samozřejmě nezbytná ložiska, díky nimž se provádí chod klikového mechanismu (přenos pohybu z pístu na klikový hřídel) a upevnění otočného klikového hřídele.
Je třeba také říci, že v době, kdy byl Varjag navržen a postaven, celý svět v konstrukci válečných lodí již dávno přešel na trojité expanzní parní stroje. Myšlenka takového stroje vznikla proto, že pára, která se vypracovala ve válci (jak je znázorněno na horním diagramu), ještě zcela neztratila svou energii a mohla být znovu použita. Proto to udělali - nejprve čerstvá pára vstoupila do vysokotlakého válce (HPC), ale po vykonání své práce nebyla „hozena“ zpět do kotlů, ale vstoupila do dalšího válce (středotlakého nebo TsSD) a znovu zatlačil píst již v něm. Tlak páry vstupující do druhého válce se samozřejmě snižoval, a proto musel být samotný válec vyroben o větším průměru než HPC. Ale to nebylo vše - pára, která se vypracovala ve druhém válci (TsSD), 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 s ostatními válci maximální průměr. Konstruktéři to měli jednodušší: LPC se ukázalo být příliš velké, takže místo jednoho LPC vyrobili dva a z aut se staly čtyřválce. Pára byla přitom stále přiváděna současně do obou nízkotlakých válců, to znamená, že i přes přítomnost čtyř „prodlužovacích“ válců zůstaly tři.
Tento krátký popis stačí k pochopení toho, co bylo špatného na parních strojích křižníku Varjag. Ale „ne tak“ s nimi, bohužel, bylo tolik věcí, že pro autora tohoto článku je těžké, kde přesně začít. Níže popíšeme hlavní chybné výpočty, ke kterým došlo v konstrukci parních strojů křižníku, a pokusíme se přijít na to, kdo za ně nakonec může.
Problémem č. 1 tedy bylo, že konstrukce parního stroje zjevně netoleruje namáhání v ohybu. Jinými slovy, dobrý výkon se dal očekávat pouze tehdy, když byl parní stroj na absolutně rovném povrchu. Pokud se tato základna náhle začne ohýbat, vytváří to dodatečné zatížení klikového hřídele, které probíhá téměř po celé délce parního stroje - začne se ohýbat, ložiska, která jej drží, se rychle stanou nepoužitelnými, objeví se vůle a klikový hřídel se posune , proto už trpí kliková ložiska - ojniční mechanismus a dokonce i písty válců. Aby se tomu zabránilo, musí být parní stroj instalován na pevném základu, ale to se ve Varjagu nestalo. Jeho parní stroje měly jen velmi lehký základ a byly vlastně připevněny přímo k trupu lodi. A trup, jak víte, „dýchá“ na mořské vlně, to znamená, že se během naklánění ohýbá - a tyto neustálé zalomení vedly k zakřivení klikových hřídelí a „uvolnění“ ložisek parních strojů.
Kdo může za tuto designovou chybu "Varyag"? Bezpochyby by odpovědnost za tento nedostatek lodi měla být svěřena inženýrům společnosti Ch. Krampa, ale ... jsou zde určité nuance.
Faktem je, že taková konstrukce parních strojů (když byly instalovány na trup lodi bez pevného základu) byla obecně obecně přijímána - ani Askold ani Bogatyr neměli pevné základy, ale parní stroje na nich fungovaly bezchybně. Proč?
Je zřejmé, že deformace klikového hřídele bude tím výraznější, čím větší bude jeho délka, tedy čím větší bude délka samotného parního stroje. Varyag měl dva parní stroje, zatímco Askold měl tři. Konstrukčně se jednalo také o čtyřválcové trojexpanzní parní stroje, ale vzhledem k výrazně nižšímu výkonu měly výrazně kratší délku. Díky tomuto vlivu vychýlení trupu na stroje Askold se ukázaly být mnohem slabší - ano byly, ale řekněme "v rozumu" a nevedly k deformacím, které by parní stroje vyřadily z provozu.
Původně se totiž předpokládalo, že celkový výkon strojů Varjag měl být 18 000 koní, respektive výkon jednoho stroje byl 9 000 koní. Později ale C. Crump udělal velmi těžko vysvětlitelnou chybu, totiž zvýšil výkon parních strojů na 20 000 koní. Zdroje to obvykle vysvětlují tím, že C. Crump do toho šel kvůli odmítnutí ITC použít nucený výbuch během testů křižníku. Bylo by logické, kdyby Ch.Kramp spolu s růstem výkonu strojů zvýšil i produktivitu kotlů v projektu Varyag na stejných 20 000 koní, ale nic takového se nestalo. Jediným důvodem k takovému činu mohla být naděje, že kotle křižníku překročí kapacitu stanovenou projektem, ale jak by to bylo možné udělat, aniž bychom je museli nutit?
Zde je jedna ze dvou věcí - buď C. Crump stále doufal, že při vynucení kotlů bude trvat na testování a měl strach, aby stroje „nenatáhly“ svůj zvýšený výkon, nebo se z nejasného důvodu domníval, že kotle Varjag a bez nucení bylo dosaženo výkonu 20 000 koní. Výpočty C. Crumpa se každopádně ukázaly jako chybné, ale to vedlo k tomu, že každý stroj křižníku měl výkon 10 000 hp. Kromě přirozeného nárůstu hmoty se samozřejmě zvětšily i rozměry parních strojů (délka dosáhla 13 m), přičemž tři stroje Askold, které měly vykazovat 19 000 koní. jmenovitý výkon, měl mít každý jen 6 333 koní. každý (bohužel, jejich délka je bohužel autorovi neznámá).
Ale co "Bogatyr"? Ostatně byl stejně jako Varyag dvouhřídelový a každé jeho auto mělo téměř stejný výkon – 9 750 koní. proti 10 000 hp, což znamená, že měl podobné geometrické rozměry. Je však třeba poznamenat, že trup lodi Bogatyr byl o něco širší než trup Varjagu, měl o něco menší poměr délky k šířce a celkově se zdál být pevnější a méně náchylný k průhybu než trup lodi. Varyag. Kromě toho je možné, že Němci zpevnili základ oproti tomu, na kterém stály parní stroje Varjag, to znamená, že pokud nebyl podobný těm, které dostávaly modernější lodě, stále poskytoval lepší pevnost než základy parního stroje. Varyag. Na tuto otázku však lze odpovědět až po podrobném prostudování nákresů obou křižníků.
Chyba inženýrů Kramp tedy nebyla v tom, že dali slabý základ pod stroje Varyag (zdá se, že to udělal zbytek stavitelů lodí), ale že neviděli a neuvědomili si potřebu zajistit „nepružnost » stroje se silnějším tělem nebo přechod na tříšroubové schéma. To, že se podobný problém podařilo vyřešit v Německu, a to nejen mimořádně zkušeným Vulkanem, který Bogatyr postavil, ale i druhořadou a nezkušenou stavbou velkých válečných lodí podle vlastního návrhu Německem, není zdaleka ve prospěch amerických designérů. Pro spravedlnost je však třeba poznamenat, že ani tento okamžik MTC nekontroloval, ale je třeba si uvědomit, že mu nikdo nedal za úkol sledovat každé kýchnutí Američanů, a to nebylo možné.
Ale bohužel, toto je pouze první a možná ani nejvýznamnější nevýhoda parních strojů nejnovějšího ruského křižníku.
Problém číslo 2, který byl zřejmě tím hlavním, byla konstrukční chyba parních strojů Varyag, které byly optimalizovány pro vysokou rychlost lodi. Jinými slovy, stroje fungovaly dobře při téměř maximálním tlaku páry, jinak začaly problémy. Faktem je, že při poklesu tlaku páry pod 15,4 atmosféry přestaly nízkotlaké válce plnit svou funkci – energie páry do nich vstupující nestačila uvést píst ve válci do pohybu. V souladu s tím při ekonomických pohybech „vozík začal řídit koně“ - nízkotlaké válce, místo aby pomáhaly otáčet klikovým hřídelem, byly samy poháněny. To znamená, že klikový hřídel přijímal energii z vysokotlakých a středotlakých válců a utrácel 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 pro skutečnost, že to byl válec, který uváděl klikový hřídel do pohybu pomocí pístu a jezdce, ale ne naopak: v důsledku takového neočekávaného a Při netriviálním použití klikového hřídele došlo k dalšímu namáhání, které nebylo zajištěno jeho konstrukcí, což také vedlo k selhání ložisek, která jej drží.
Ve skutečnosti by v tom nemusel být žádný zvláštní problém, ale pouze pod jednou podmínkou - pokud konstrukce strojů počítala s mechanismem, který odpojuje klikovou hřídel od nízkotlakých válců. Poté ve všech případech provozu při tlaku páry pod nastaveným tlakem stačilo „stisknout tlačítko“ - a LPC přestalo zatěžovat klikový hřídel, ale takové mechanismy nebyly navrženy v konstrukci strojů Varyag.
Následně inženýr I.I. Gippius, který vedl montáž a seřizování mechanismů torpédoborců v Port Arthuru, který v roce 1903 provedl podrobný průzkum strojů Varyag a na základě jeho výsledků napsal celý výzkumný dokument, v něm uvedl následující:
Je zřejmé, že za tento nedostatek elektrárny Varjag může výhradně Ch. Kramp.
Problém č. 3 sám o sobě nebyl nijak zvlášť závažný, ale v kombinaci s výše uvedenými chybami měl „kumulativní efekt“. Faktem je, že při navrhování parních strojů konstruktéři nějakou dobu nebrali v úvahu setrvačnost jejich mechanismů, v důsledku čehož byly tyto stroje neustále vystaveny nadměrnému namáhání. Avšak v době, kdy vznikl Varyag, byla teorie vyvažování sil setrvačnosti strojů prostudována a rozšířena všude. Jeho použití si samozřejmě vyžádalo dodatečné výpočty od výrobce parního stroje a způsobilo mu určité potíže, což znamená, že se práce jako celek prodražila. Takže MTK ve svých požadavcích bohužel neuvedlo povinnou aplikaci této teorie při konstrukci parních strojů a C. Crump se zjevně rozhodl na tom ušetřit (je těžké si představit, že on sám a žádný z jeho inženýrů neměl nic, teorie nebyla známa). Obecně, buď pod vlivem chamtivosti, nebo kvůli banální neschopnosti, ale ustanovení této teorie byla ignorována při vytváření strojů Varyag (a mimochodem, Retvizan), v důsledku čehož síly setrvačnosti měly „velmi nepříznivý“ (podle I. I. Gippia) vliv na válce středního a nízkého tlaku, přispívající k narušení běžného provozu strojů. Za normálních podmínek (pokud by byl parní stroj opatřen pevným základem a nebyly problémy s distribucí páry) by to nevedlo k poruchám, ale ...
Vina za tento nedostatek parních strojů "Varyag" by zřejmě měla být připsána Ch. Krampovi a MTK, kteří dovolili nekonkrétní znění objednávky.
Problém č. 4 bylo použití velmi specifického materiálu při výrobě ložisek pro parní stroje. K tomuto účelu byly použity fosforové a manganové bronzy, které, pokud autor ví, nebyly při stavbě lodí příliš používány. V důsledku toho se stalo následující: z výše uvedených důvodů rychle selhala ložiska strojů Varyag. Musely být opraveny nebo nahrazeny tím, co bylo po ruce v Port Arthuru, a tam, bohužel, žádné takové kudrlinky nebyly. V důsledku toho nastala situace, kdy parní stroj pracoval s ložisky z materiálů zcela jiných kvalit - předčasné opotřebení některých způsobovalo u jiných dodatečná pnutí a to vše také přispělo k narušení běžného chodu strojů.
Přísně vzato je to snad jediný problém, jehož „autorství“ nelze zjistit. To, že dodavatelé C. Crumpa zvolili takový materiál, nemohlo v žádném případě u nikoho vyvolat negativní reakci – zde byli zcela v rámci svých práv. Předpokládat katastrofální stav varjagské elektrárny, předvídat její příčiny a poskytnout Port Arthuru potřebné materiály bylo zjevně mimo lidské schopnosti a bylo stěží možné tam „pro jistotu“ umístit potřebné stupně bronzu. obrovské množství všemožných materiálů pro eskadru, jejichž potřeba byla s jistotou známa, ale potřeby nemohly být uspokojeny. Obviňovat strojní inženýry, kteří opravovali stroje Varyag? Je nepravděpodobné, že měli potřebnou dokumentaci, která by jim umožnila předvídat důsledky provedených oprav, a i kdyby o tom věděli, co by mohli změnit? Neměli žádné jiné možnosti.
Shrneme-li naši analýzu elektrárny křižníku Varjag, musíme uznat, že nedostatky a konstrukční chybné výpočty 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 kotlů nutilo posádku nastavit snížený tlak páry (ne více než 14 atmosfér), tím však vznikly podmínky, za kterých se parní stroje Varjag musely rychle stát nepoužitelnými a lodní mechanici s tím nemohli nic dělat. O důsledcích konstrukčních řešení strojů a kotlů Varyag se však budeme podrobněji zabývat později, až budeme analyzovat výsledky jejich provozu. Poté dáme konečné posouzení elektrárny křižníku.
Pokračování příště...
- Andrej z Čeljabinsku
- Křižník "Varyag". Bitva u Chemulpa 27. ledna 1904
Křižník "Varyag". Bojujte u Chemulpa 27. ledna 1904. Část 2. Ale proč Crump?
Křižník "Varyag". Bojujte u Chemulpa 27. ledna 1904. Část 3. Kotle Nikloss
informace