Крстарица "Варјаг". Борба код Чемулпа 27. јануара 1904. године. Део 4. Парне машине
У ствари, принцип рада парне машине је врло једноставан. Постоји цилиндар (обично се налази вертикално на бродским машинама), унутар којег се налази клип способан да се креће горе-доле. Рецимо да је клип на врху цилиндра - тада се пара доводи под притиском у рупу између њега и горњег поклопца цилиндра. Пара се шири, гурајући клип надоле и тако достиже своју најнижу тачку. Након тога, процес се понавља "потпуно супротно" - горњи отвор је затворен, а пара се сада доводи у доњу рупу. Истовремено, отвор за пару се отвара на другој страни цилиндра и док пара гура клип одоздо према горе, исцрпљена пара у горњем делу цилиндра се гура у отвор за пару (кретање цилиндра). издувна пара је на дијаграму означена испрекиданом плавом стрелицом).
Дакле, парна машина обезбеђује повратно кретање клипа, али да би се он претворио у ротацију елисне осовине користи се посебан уређај који се назива коленасти механизам, у коме радилица игра важну улогу.

Очигледно, да би се обезбедио рад парне машине, неопходни су лежајеви, захваљујући којима се врши рад коленастог механизма (пренос кретања са клипа на радилицу) и причвршћивање ротирајуће радилице.
Такође се мора рећи да је до времена када је Варјаг пројектован и изграђен, цео свет у изградњи ратних бродова одавно прешао на парне машине са троструком експанзијом. Идеја о таквој машини настала је зато што пара која је настала у цилиндру (као што је приказано на горњем дијаграму) још није потпуно изгубила енергију и могла се поново користити. Стога су урадили ово - прво је свежа пара ушла у цилиндар високог притиска (ХПЦ), али након обављеног посла није „бачена“ назад у котлове, већ је ушла у следећи цилиндар (средњи притисак, или ТсСД) и поново гурнуо клип већ у њему. Наравно, смањио се притисак паре која улази у други цилиндар, због чега је и сам цилиндар морао бити направљен већег пречника од ХПЦ-а. Али то није било све - пара која је деловала у другом цилиндру (ТсСД) ушла је у трећи цилиндар, назван цилиндар ниског притиска (ЛПЦ), и наставила свој рад већ у њему.

Подразумева се да је цилиндар ниског притиска морао да има максимални пречник у поређењу са осталим цилиндрима. Дизајнери су то учинили лакше: ЛПЦ се показао превеликим, па су уместо једног ЛПЦ-а направили два и аутомобили су постали четвороцилиндрични. Истовремено, пара се и даље истовремено доводила у оба цилиндра ниског притиска, односно, упркос присуству четири „продужна“ цилиндра, остала су три.
Овај кратак опис је сасвим довољан да се разуме шта није у реду са парним машинама крстарице Варјаг. Али код њих „није тако“, авај, било је толико ствари да је аутору овог чланка тешко одакле тачно да почне. У наставку ћемо описати главне погрешне прорачуне направљене у дизајну парних мотора крстарице и покушати да схватимо ко је, на крају крајева, био крив за њих.
Дакле, проблем број 1 је био да дизајн парне машине очигледно не толерише напрезања савијања. Другим речима, добре перформансе су се могле очекивати само када је парна машина била на апсолутно равном терену. Ако ова база изненада почне да се савија, онда то ствара додатно оптерећење на радилици, која се протеже готово целом дужином парне машине - почиње да се савија, лежајеви који га држе брзо постају неупотребљиви, појављује се зазор и радилица се помера , због чега већ страдају лежајеви радилице - клипњач механизам, па чак и цилиндрични клипови. Да се то не би догодило, парна машина мора бити постављена на чврсту основу, али то није урађено на Варјагу. Његове парне машине су имале само веома лагану основу и заправо су биле причвршћене директно за труп брода. А труп, као што знате, „дише“ на морском таласу, односно савија се током нагиба - а ови стални нагиби довели су до закривљености радилице и „лабавости“ лежајева парних машина.
Ко је крив за овај недостатак дизајна "Варјаг"? Без сумње, одговорност за овај недостатак брода треба приписати инжењерима компаније Цх.Крампа, али ... овде постоје одређене нијансе.
Чињеница је да је такав дизајн парних машина (када су уграђени на труп брода без крутог темеља) био генерално прихваћен - ни Асколд ни Богатир нису имали круте темеље, али су парне машине на њима радиле беспрекорно. Зашто?
Очигледно је да ће деформација радилице бити утолико значајнија, што је већа његова дужина, односно што је већа дужина саме парне машине. Варјаг је имао две парне машине, док је Асколд имао три. Потоњи су по дизајну такође били четвороцилиндрични парни мотори троструке експанзије, али су због знатно мање снаге имали знатно мању дужину. Због оваквог ефекта прогиба трупа на машинама Асколд, оне су се испоставиле много слабије – да, биле су, али, рецимо, „у границама разума“ и нису довеле до деформација које онеспособљавају парне машине.
Заиста, првобитно се претпостављало да ће укупна снага машина Вариаг бити 18 КС, односно снага једне машине је 000 КС. Али касније је Ц. Црумп направио веома тешко објашњиву грешку, наиме, повећао је снагу парних машина на 9 КС. Обично извори то објашњавају чињеницом да је Ц. Црумп кренуо на то због одбијања ИТЦ-а да користи принудно експлозију током тестова крстарице. Било би логично да је Цх.Крамп, уз раст снаге машина, повећао и продуктивност котлова у пројекту Варјаг на истих 000 КС, али се ништа од тога није догодило. Једини разлог за такав чин могла би бити нада да ће котлови крстарице премашити капацитет који је пројектом зацртан, али како то учинити без принуде?
Ево једне од две ствари – или се Ц. Црумп још увек надао да ће инсистирати на тестирању при форсирању котлова и плашио се да машине неће „развући“ своју повећану снагу, или је, из неког нејасног разлога, веровао да су котлови Варјаг и без форсирања постигнута је снага од 20 КС. У сваком случају, испоставило се да су прорачуни Ц. Црумп-а били погрешни, али је то довело до чињенице да је свака машина крстарица имала снагу од 000 КС. Поред природног прираштаја масе, наравно, повећале су се и димензије парних машина (дужина је достигла 10 м), док су три машине Асколд, које је требало да покажу 000 КС. називне снаге, требало је да имају само 13 КС сваки. сваки (авај, њихова дужина је, нажалост, непозната аутору).
Али шта је са "Богатиром"? На крају крајева, био је, као и Вариаг, двоосовински, а сваки од његових аутомобила имао је скоро исту снагу - 9 КС. наспрам 750 КС, што значи да је имао сличне геометријске димензије. Али треба напоменути да је труп Богатира био нешто шири од трупа Варјага, имао је нешто мањи однос дужине и ширине и, у целини, изгледао је да је био чвршћи и мање склон прогибу од трупа брода. Вариаг. Осим тога, могуће је да су Немци ојачали темељ у односу на ону на којој су стајале парне машине Варјаг, односно ако није био сличан онима које добијају модернији бродови, ипак је давао бољу чврстоћу од темеља Вариаг. Међутим, на ово питање се може одговорити тек након детаљног проучавања цртежа обе крстарице.
Дакле, грешка Крампових инжењера није била у томе што су поставили слаб темељ под машине Варјаг (то је, изгледа, чинили и остали бродоградитељи), већ што нису видели и нису схватили потребу да се обезбеди „нефлексибилност » машине са јачим телом или прелазак на шему са три вијка. Далеко је од тога да је сличан проблем успешно решен у Немачкој, и то не само изузетно искусним Вулканом, који је изградио Богатир, већ и другоразредном и неискусном градњом великих ратних бродова по сопственом пројекту Немачке. у корист америчких дизајнера. Међутим, поштено ради, треба напоменути да ни МТК није контролисао овај тренутак, али треба разумети да му нико није поставио задатак да прати сваку кијаву Американаца, а то није било могуће.
Али, нажалост, ово је само први и, можда, чак ни најзначајнији недостатак парних машина најновије руске крстарице.
Проблем број 2, који је, по свему судећи, био главни, била је грешка у дизајну парних машина Вариаг, које су оптимизоване за велику брзину брода. Другим речима, машине су добро радиле при притиску паре близу максималног, иначе су почели проблеми. Чињеница је да када је притисак паре пао испод 15,4 атмосфере, цилиндри ниског притиска престали су да обављају своју функцију - енергија паре која улази у њих није била довољна да покрене клип у цилиндру. Сходно томе, на економским потезима, „колица су почела да терају коња“ - цилиндри ниског притиска, уместо да помогну у ротацији радилице, сами су покретани њиме. То јест, радилица добија енергију из цилиндара високог и средњег притиска и троши је не само на ротацију завртња, већ и на обезбеђивање кретања клипова у два цилиндра ниског притиска. Мора се схватити да је дизајн коленастог механизма дизајниран тако да је цилиндар тај који би покренуо радилицу помоћу клипа и клизача, али не обрнуто: као резултат таквог неочекиваног и нетривијална употреба радилице, искусила је додатна напрезања која нису предвиђена његовим дизајном, што је такође довело до квара лежајева који га држе.
У ствари, у томе можда и није постојао посебан проблем, али само под једним условом – да је дизајн машина предвиђао механизам који одваја радилицу од цилиндара ниског притиска. Затим, у свим случајевима рада при притиску паре испод постављеног, било је довољно „притиснути дугме“ - и ЛПЦ је престао да оптерећује радилицу, међутим, такви механизми нису били предвиђени дизајном машина Вариаг.
Након тога, инжењер И.И. Гипијус, који је водио монтажу и подешавање механизама разарача у Порт Артуру, који је 1903. извршио детаљно испитивање машина Варјаг и на основу његових резултата написао цео истраживачки рад, у њему је навео следеће:
Очигледно је да је Цх.Крамп у потпуности крив за овај недостатак електране Варјаг.
Проблем број 3, сам по себи, није био нарочито озбиљан, али када се комбинује са горе наведеним грешкама, дао је „кумулативни ефекат“. Чињеница је да неко време, приликом пројектовања парних машина, дизајнери нису узели у обзир инерцију својих механизама, због чега су они стално били подвргнути прекомерном стресу. Међутим, до тренутка када је Варјаг створен, теорија балансирања сила инерције машина је проучавана и свуда се ширила. Наравно, његова употреба је захтевала додатне прорачуне од произвођача парне машине и створила му одређене потешкоће, што значи да је рад у целини постао скупљи. Дакле, у својим захтевима, МТК, нажалост, није указао на обавезну примену ове теорије у дизајну парних машина, а Ц. Црумп је, очигледно, одлучио да уштеди на томе (тешко је замислити да он сам и нико од његових инжењера, није имао ништа теорија није била позната). Генерално, било под утицајем похлепе, било због баналне неспособности, али одредбе ове теорије су занемарене приликом стварања машина Варјаг (и, иначе, Ретвизан), услед чега су силе инерције имале „веома неповољан“ (према И. И. Гипијусу) утицај на цилиндре средњег и ниског притиска, доприносећи нарушавању нормалног рада машина. У нормалним условима (ако би парна машина имала чврсту основу и није било проблема са дистрибуцијом паре), то не би довело до кварова, али ...
Кривицу за овај недостатак парних машина „Варјаг” требало би, по свему судећи, свалити на Цх. Крампа и на МТК, који су дозволили неспецифичну формулацију наредбе.
Проблем број 4 је била употреба веома специфичног материјала у производњи лежајева за парне машине. У ту сврху коришћене су фосфорне и манганске бронзе, које, колико је аутору познато, нису имале широку примену у бродоградњи. Као резултат тога, догодило се следеће: због горе наведених разлога, лежајеви машина Вариаг брзо су отказали. Морали су бити поправљени или замењени оним што је било при руци у Порт Артуру, а тамо, авај, није било таквих украса. Као резултат тога, настала је ситуација када је парна машина радила са лежајевима направљеним од материјала потпуно различитих квалитета – превремено хабање једних изазивало је додатна напрезања код других, а све је то такође допринело нарушавању нормалног рада машина.
Строго говорећи, ово је можда једини проблем чије се „ауторство“ не може утврдити. Чињеница да су добављачи Ц. Црумп-а изабрали такав материјал ни на који начин није могла да изазове негативну реакцију било кога - овде су били потпуно у свом праву. Претпоставити катастрофално стање електране Варјаг, предвидети његове узроке и обезбедити Порт Артур потребним материјалима очигледно је било ван људских могућности, и тешко да је било могуће да се ту „за сваки случај“ ставе потребне оцене бронзе. огромна количина свакојаког материјала за ескадрилу, за којом се са сигурношћу знало, али се није могло задовољити. Криви машинске инжењере који су поправљали машине Варјаг? Мало је вероватно да су имали неопходну документацију која би им омогућила да предвиде последице поправке коју су извршили, а и да су за то знали шта би могли да промене? Нису имали друге опције.
Сумирајући нашу анализу електране крстарице Вариаг, морамо признати да су се недостаци и погрешне прорачуне у дизајну парних машина и котлова „сјајно“ допуњавали. Стиче се утисак да су Никлосови котлови и парне машине склопили саботажни пакт против крстарице на којој су постављени. Опасност од хаварија на котлу приморала је посаду да постави смањени притисак паре (не више од 14 атмосфера), али је то створило услове под којима су парне машине Варјаг морале брзо да постану неупотребљиве, а бродски механичари нису могли ништа да предузму. Међутим, последице пројектних решења машина и котлова Варјаг ћемо детаљније размотрити касније, када анализирамо резултате њиховог рада. Затим ћемо дати коначну оцену електране крстарице.
Наставиће се...
- Андреј из Чељабинска
- Крстарица "Варјаг". Битка код Чемулпоа 27. јануара 1904
Крстарица "Варјаг". Борба код Чемулпа 27. јануара 1904. године. Део 2. Али зашто Црумп?
Крстарица "Варјаг". Борба код Чемулпа 27. јануара 1904. године. Део 3. Котлови Никлосс
информације