ВЭ/ВТ/Двигатели судовые
ДВИГАТЕЛИ СУДОВЫЕ (паровые). Первое применение паровой машины, как суд. Д., сделано в 1801 г. англичанином Симингтоном, построившим пар. буксир. шлюп Charlotte Dundas. Спустя 6 лет в Америке построено Робертом Фультоном первое пар. колес. судно Clermont; в 1812 г. Белль применил пар. машину на пасажир. пароходе Comet и уже в 1820 г. паровой суд. Д., в 80 номин. сил, б. поставлен на англ. воен. судне Monkey в 210 тн. В 1822 г. в Англии построено второе такое же судно Active, а в 1823 г. Lighting с Д. в 100 номин. сил. Эти первые пар. суда предназначались исключ-но для буксировки парус. боев. судов и боев. значения не имели. Затем начинается быстрое развитие судов. машиностроения: в 1832 г. фирма Модзлей строит судно Rhadamanthus с балансирной машиной в 400 инд. сил; затем совершается переход к более компакт. машинам с качающимися цилиндрами (Magicienne в 1.300 инд. с., завода Пэнна, 1850 г.).   В это же время неудобный в боев. отношении гребн. колеса заменяются гребн. винтом (см. Винт гребной). В 1850—80 гг. машины с качающ. цил-рами вытесняются горизонт. типом суд. Д., а уже в 1860 г. осуществляется заводом Пэнна для Warrior горизонт. тронковая 2-цилиндр. машина, развившая на пробе 5.469 и. с. при ск-сти судна ок. 14,3 узла. С этого времени все усилия в.-мор. машиностроения направляются к уменьшению веса Д. и занимаемого им места. Усоверш-нием конструкции котлов повышают давление рабоч. пара с 4 англ. фн. на 1 кв. дм. до 22 фн.; увеличивают число оборотов машин и ск-сть хода поршня, к-рая на том же бр-сце Warrior достигает 434 фт. в мин. Но наиб. влияние на развитие в.-мор. машиностроения оказало поверхност. охлаждение пара, применение к-раго уменьшило потерю пресной воды, очень знач-ную при инжекцион. холодильниках, и, кроме того, обеспечило питание котлов чистой водой, что позволило еще увеличить давление пара в котлах (см. прилагаемую таблицу). С течением времени во всех воен. флотах переходят к вертик. типу суд. Д., обладающему след. преимуществами: 1) низкое расположение гребн. вала, требуемое для нормал. действия гребн. винта; 2) уменьшение площади, занимаемой суд. Д.; 3) более правил. работа сальников паров. штоков и более равномер. изнашивание паров. цил-ров; 4) большая доступность рабоч. частей для ухода за машиной во время действия. К недостаткам вертик. типа надо отнести знач-но большую высоту машин, требующую расширения бронев. пояса и соответств. повышения ц. тяжести механизмов. Вертик. тип Д. дает возм-сть разбить общую, необходимую для движения судна, мощность между двумя или тремя суд. Д., заключенными в непрониц. отсеки и действующими на отдел. винты, вследствие чего: 1) два гребн. винта по обе стороны диаметрал. пл-сти знач-но облегчают упр-ние судном; 2) авария одного винта, вала или машины не лишает судно способности передвижения; 3) при одноврем. работе обоих винтов судно не сбивается с курса, и разность бок. давлений на винт не приходится исправлять рулем, понижая ск-сть хода. Трехвинт. Д. сохраняют все преимущ-ва 2-винтовых, позволяя, кроме того, при неполной ск-сти хода, пользоваться двумя бортовыми или даже одной сред. машиной. В виду указ. преимущ-в все соврем. суда боев. флота снабжаются 2 или 3-винт. Д. вертик. типа. В 1870 гг.,   с поднятием рабоч. давления пара в котлах до 60 англ. фн. на 1 кв. дм., к суд. Д. начали применять принцип расширения пара послед-но в неск. цил-рах, резул-том чего явились сначала машины двойн. расширения или "Компаунд", а затем и тройного. В это же время начинается развитие и русского паров. судостроения. Спб. заводы Балтийский и Берда (см. эти слова) сооружают в 70—80-х гг. ряд паров. воен. судов рус. постройки, переходя на них от 2-цилиндр. Д. Компаунд к машинам сперва с 3-мя цил-рами (один выс. давления и два низкого), а затем и с тройн. расширением пара в 3 и 4-х цил-рах (один цил-р выс. давления, один среднего и два низ. давления). Машины 4-крат. расширения и с большим, чем 4, числом цил-ров в воен. флотах не привились по чисто конструктив. соображениям. Путь пара в машинах многократ. расширения показан на прилагаемой таблице (лист 1-й, фиг. 1, 2, 3 и 4). Достоинства таких машин: 1) уменьшение движущихся масс, а с ними и веса и стоимости фундамента, креплений и др. непроизводит. частей; 2) большая равномерность крутящ. момента и полезн. действия, как машин, так и гребн. винтов; 3) экономичность работы пара, а след-но, уменьшение расхода топлива и увеличение района плавания, и 4) отсутствие в работе Д. мертв. точек. Дальнейш. эволюция суд. Д. б. направлена к достижению больш. мощностей при том же весе машин и расходе топлива. С помощью ряда конструкт. усоверш-ний разл. частей котлов и суд. Д., улучшения качества материалов и способов изготовления механизмов оказалось возможным получать ск-сти 19—20 узл. на больш. лин. к-блях и 26—28 узл. на мелк. мин. судах. Экономичность судов. установок увеличилась вдвое (расход угля на 1 инд. силу понизился с 3 до 1,5 англ. фн. в 1 ч.). Сотрясений корпуса от действия машин удалось почти уничтожить уравновешиванием движущихся масс судов. Д. Наконец, и по отношению к беспрерывно исправной работе Д. на продолжит. переходах также достигнуты значит. успехи. Т. обр., выработался современный тип судов. Д. — паров., вертик., 4-цилиндр., тройн. расширения машина (черт. на листе 2). Можно с большой уверенностью сказать, что паров. машина дошла до предела своего развития еще в конце прошл. века. Однако, в.-мор. дело продолжало настойчиво требовать дальнейш. повышения мощности суд. Д. и ск-сти судна. На помощь ему явилась паров. турбина. Развитие турбины видно на диаграмме (фиг. 5—9). Преимущ-ва её: 1) возм-сть получать громад. мощности; на соврем. крейсерах устанавливаются турб. Д. в 65—90 т. л. с., что неск. лет назад казалось бы фантастичным; 2) отсутствие сотрясений вследствие кругового движения всех частей паров. турбины; 3) простой уход во время действия. Все рабочия части турбины скрыты и требуют лишь внимат. наблюдения за выверкой зазоров и правил. работой смазки.   Нет совершенно частей, к-рые во время работы надо было бы ощупывать; необходимо лишь наблюдать за рядом самодействующих манометров, термометров и указателей. О надежности и простоте ухода за турбин. суд. Д. можно судить по примеру построенного в 1906 г. океанского парохода Carmania, к-рый, выполняя условия контракта, сделал 4-мес. непрерыв. плавание между Ливерпулем и Америкой с запечатанными турб-ми, не вскрывая и не осматривая никаких частей их. На величайшем океанском пароходе Lusitania этот срок с успехом б. продлен до года. Первая паров. реактивная турбина, ок. 2 т. л. с., б. установлена Парсонсом в 1894 г. на спец. судне Turbinia в 44½ тн. водоизмещения. Результаты (32,7 узл. хода) побудили англ. адмир-ство дать заказ на два турб. мин-ца Viper и Cobra по 370 тн. (спущены в 1897 г.), к-рые на испытаниях развили ск-сть 36,5 узл. Судьба этих первых турб. мин-цев трагична: Viper разбился на камнях в туман, а Cobra переломился пополам еще во время испытаний, вследствие слабости корпуса. Эта неудача задержала турбиностроение в воен. флоте до 1904 г., когда, на основании опытов и практич. плаваний коммерч. судов, англ. адмир-ство построило крейсер Amethist в 3 т. тн. с турб-ми Парсонса в 14 т. л. с., давший на пробе 23,6 уз. и удовлетворивший всем требованиям с преимуществом перед однотипным кр. Topaz, снабженным поршнев. машинами. Этот опыт оконч-но убедил англ. адмир-ство, и в 1907 г. б. спущен на воду первый турбин. бр-ц Dreadnought, водоизм. в 17.900 тн., с турб-ми Парсонса в 23 т. л. с. К сер. 1911 г. мощность турбин Парсонса, установленных на одних боев. судах англ. флота, превышала 700 т. л. с., общая же мощность их во всех флотах мира достигала свыше 3 милл. л. с. Мощность отдел. современ. установок: англ. брон. кр-ра Lion — 70 т., Queen Mary — 80 т., герм. крейс. Von Der Tann — 80 т., наши лин. к-бли типа Севастополь — 42 т. л. с. Рядом с развитием реактивных турбин Парсонса явились попытки устанавливать на воен. суда турбины активные, а также реактивные друг. систем. Так, во Франции строятся мин-цы с турб-ми Рато и Брегэ; в Германии, после построенного в 1906 г. парохода Kaiser с турб-ми Куртиса, получившими также название A. E. G., б. снабжен ими ряд истребителей, а затем для сравнит. испытаний в 1907—08 гг. б. выстроены легк. крейсера в 4.300 тн.: Kolberg — с турб-ми Шихау, Mainz — с A. E. G., Cöin — с турб-ми Целли и Augsburg — с турб-ми Парсонса, каждый суд. Д. — в 20 т. л. с. Такая же сравнит. постройка легк. кр-ров б. выполнена в 1907 г. и в америк. флоте, где крейс. Birmingham б. снабжен поршн. машинами, Chester — турб-ми Парсонса и Salem — турб-ми Куртиса, все по 3.750 тн. и в 16 т. л. с. Только турбины Парсонса и Куртиса получили пока применение на лин. к-блях и брон. кр-рах, вторая особенно в япон. флоте (крейс. Ibuki — 25 т. л. с., лин. к-бли Aki — 25 т. и Kawachi — 25.500 л. с.); турбины Куртиса имеются на америк. дреднауте North Dakota, 25 т. л. с., предположение на одном из вновь строющихся больш. судов германского и 2-х америк. флота. Борьба между актив. и реактив. турб-ми еще не окончилась и, надо полагать, она закончился их примирением в виде комбинирован. турбин, где часть, получающая непосред-но пар выс. давления, снабжается актив. лопатками, а остальная — реактивными. Такими являются турбины Браун-Бовери, установленные на герм. дреднауте Ersatz Hagen, 27 т. л. с., и турбины Браун-Куртис на англ. кр-ре 2 кл. Bristol, 22 т. л. с. В наст. время усилия турбиностроителей направлены, гл. обр., на конструкт. усоверш-ния турбин, уменьшение их веса и увеличение экономичности комбинацией неск. турбин. Первонач. 3-вальная установка (фиг. 1—7, лист 4) уступила место более экономичной 4-вальной с отдел. крейсер. турб-ми, как это сделано на франц. дреднаутах типа Danton, где при полн. ходе суд. Д. пар поступает в кажд. турбину выс. давления на бортов. валах и затем уже, пройдя их, в турбины низк. давления на сред. валах; при уменьшен. ходах пар первонач-но поступает в турбины сред. давления, откуда переходит в обе турбины выс. давления и затем в турбины низк. давления; наконец, при самых мал. ходах (13—11 узл. и ниже) пар сначала поступает в турбину выс. давления, оттуда в турбину сред. давления и затем направляется тем же путем, как и в предыдущ. случаях. Такая установка хотя и дает больш. экономичность работы (ок. 5,5 клг. пара на силу в час), но занимает много места и имеет больш. вес, почему в англ. флоте на последних судах (Neptun, Indefatigable, Lion и др.) отдел. крейсер. турбин уже не ставят, и лишь в к-сах турбин выс. давления делают добавоч. ступени для крейсер. ходов. В Германии фирмой "Turbinia" взят ряд патентов на комбинации паров. турбин, к-рые в изв. случаях дают весьма хорошие результаты. В послед. время в широких размерах начали пользоваться бай-пассами, т. е. спец. перепускными каналами, позволяющими давать пар в последующую ступень, минуя предыдущую. Это дает возм-сть перегружать турбину, жертвуя её экономичностью для достижения, хотя бы на непродолжит. время, значит. увеличения мощности суд. Д. против необходимой для полн. хода. Получается т. наз. "форсированный ход", превышающий полный ход на 40—50% по мощности турбин и на 10—15% по ск-сти судна, что для воен. судна имеет громад. значение. Задн. ход во всех случаях дается особыми турб-ми, помещающимися или самост-но на тех же валах, что и турбины перед. хода, или еще чаще в общих к-сах с последними. Мощность турбин задн. хода обык-но составляет 50—60% от мощности турбин перед. хода, дабы не утяжелять установки, что на практике вполне достаточно. Сущность и отличие между собой реактив. и актив. турбин заключается в след.: в реактив. турбине (напр., Парсонса) пар, пройдя между неподвиж. направляющими лопатками на к-се турбины с нек-рым давлением и запасом теплов. энергии, поступает в промежутки между лопатками, насаженными на барабан ротора; расширяясь, пар производит давление на эти подвиж. лопатки и заставляет барабан вращаться. В актив. же турбине пар сравнит-но выс. давления расширяется предвар-но в спец. соплах или также направляющих аппаратах, снабженных спец. формы отверстиями, и, выходя из них с большой ск-стью, вступает, по возм-сти без удара, в промежутки между лопатками на вращающемся барабане или диске, к-рому он и отдает свою кинетич. энергию. Иногда падение давления утилизируется не сразу, а в неск. приемов; в друг. случаях таким же путем использовывается ск-сть пара; поэтому, актив. турбины подразделяются на турбины со ступенями давления и турбины со ступенями скорости. Весьма наглядно действие пара в турб-х видно на эскизах фиг. 10—12, лист 1, где одна ломан. линия изображает изменение давления, а другая — ск-сть пара. Конструкция турбин Парсонса и Куртиса видна на черт. листа 3. Турбина Парсонса состоит из кован. стал. барабана, насаженного, б. частью в горяч. состоянии, на один или два диска (патрона, колеса), укрепленных на одном, а чаще на двух отдел. шпинделях. Шейки шпинделей покоятся в подшипниках, к-рые или составляют одно целое с наруж. стальн. или чугун. цил-ром (корпусом) турбины или прикрепляются к нему болтами. Внутр. пов-сть цил-ра и наружная барабана снабжены попереч. канавками, в к-рых укреплены, помощью расчеканки спец. вставок, лопатки, имеющие в сечении форму, похожую на серп, при чём лопатки вставляются в цил-ре и на барабане так, что острая кромка одних обращена к более утолщенной кромке других, как показано на чертеже. Высота лопаток постепенно ступенями увеличивается вследствие увеличения объема пара при расширении его. Один из шпинделей турбины снабжен упорн. подшипником, приспособленным для регулировки зазоров между рядами лопаток. В виду того, что давлением пара на торц. площадь ротора представляется возможным уравновешивать упорн. давление винта и тем разгружать давление на упорн. подшипник и, след-но, знач-но уменьшать размеры последнего, делаются думмисы, т. е. спец. короткие бар-ны, укрепленные на роторе и входящие в соответств. цилиндр. части наруж. к-са турбины, при чём обе пов-сти снабжаются спец. набивочными кольцами для уменьшения побегов пара. Экономичность турбины в большой степени зависит от потери пара через зазоры между кромками лопаток и пов-стями бар-на и цил-ра, почему эти зазоры делаются весьма малыми (сотые доли дюйма), а роторы проверяются на уравновешенность, как статически, так и динамически. Зазоры эти — больное место турбины; при недостаточности их всегда возможно смятие лопаток вследствие касания ими тела цил-ра или ротора; одно из послед. усоверш-ний в этом напр-нии — заострение верхушек лопаток, благодаря к-рому даже в случае соприкасания они просто тупятся, не изгибаясь и не вырываясь. Отсутствие ударов при работе турбины и надлежащая смазка под давлением 5—10 англ. фн. на 1 кв. дм. обеспечивают весьма незначит. изнашивание её подшипников. Носовой шпиндель кажд. вала снабжается приводом к автоматич. регулятору дыхател. клапана на паров. трубопроводе, т. ч. при возрастании числа оборотов доступ пара уменьшается. Кроме того, с этим шпинделем связывается указатель числа оборотов. Кормов. шпиндель снабжается ручным приводом для проворачивания турбины на стоянке. Цил-р турбины снабжается необходимой арматурой: предохранит. клапаном, стопорным, бай-пасным, если таковой требуется, манометрами, термометрами, продуват. кранами и т. п. Характер. особ-стью судов. турбин является способ их закрепления на фундамент. В то время, как пар. машина закрепляется на судов. фунд-те всей своей опор. площадью, паров. турбина имеет закрепленной лишь одну сторону, оставляя другую свободно скользить в направляющих полозьях. Это делается для того, чтобы позволить турбине свободно расширяться от нагревания вдоль оси вала. Для измерения мощности турбины вместо индикатора, неприменимого за отсутствием прямолинейно-поступательного движения, употребляется спец. прибор торсиометр (см. это слово),   основанный на пропорц-сти угла кручения вала и крутящ. момента. Турбина Куртиса, кроме своего актив. действия, отличается от турбины Парсонса устройством ротора, креплением и формой лопаток, разделением внутр. простр-ва диафрагмами и построенным соответ-но наруж. корпусом. Ротор состоит из ряда дисков, насаженных на обточенный уступами общий шпиндель и снабженных на своей окружности лопаточными венцами; форма лопаток соответствует условиям актив. действия пара. Каждое колесо отделено от другого пост. диском (диафрагмой), укрепленным на к-се турбины, для чего последний делается из неск. частей. К к-су же прикреплены или отлиты вместе с ним лопаточ. венцы, служащие направляющими для пара и заменяющие собой сопла, к-рые устанавливаются лишь для впуска пара в первое рабочее колесо. Диафрагмы в месте прохода через них шпинделя имеют спец. сальники для предупреждения побегов пара из одного отделения в другое. В турбину Куртиса пар поступает не по всей окружности первого рабоч. колеса, а лишь на нек-рой его части; этой парциальностью легко пользоваться для изменения хода Д., не понижая существенно его экономичности; напротив, в турбину Парсонса пар поступает по всей окружности, и с уменьшением числа оборотов и мощности Д. расход пара возрастает довольно значительно. Влияние на расход пара зазоров между лопатками и к-сом в турбине Куртиса знач-но меньше, но, несмотря на это, общий расход пара на силу у неё неск. больше, чем у турбины Парсонса. Последним типом турбин, совместившим в себе преимущ-ва обеих систем и начинающим входить в практику воен. флотов, является комбинированная турбина сист. Броун-Бовери, неск. патентов к-рой приведены на эскизах листа 4 (фиг. 9—11). Существенной особенностью этого типа является использование в одной турбине двух начал: активного — в части турбины, получающей пар выс. давления, и реактивного — в части, работающей более низк. давлением. В зав-сти от располагаемого давления и от назначения установки делается та или другая комбинация актив. колес с реактив. барабаном. Изменение мощности турбин достигается изменением числа введенных в работу сопел и мятием пара в стопор. клапанах, а перегрузка — перепусканием пара бай-пассами из актив. колеса в ту или другую ступень реактив. барабана. Такой комбинацией достигаются след. преимущ-ва перед основ. типами турбин Парсонса и Куртиса: 1) более экономич. использование пара выс. давления в актив. части Д. и низк. давления в реактивной; потери пара через зазоры также уменьшаются; 2) отсутствие диафрагм и их сальников, чем устраняется существ. недостаток турбин Куртиса; 3) значит. облегчение всей установки, вследствие компакт. конструкции Д. и меньшего начал. давления в реактив. части, и 4) упрощение трубопроводов между турбинами и упр-ния последними. В заключение необходимо упомянуть о попытках скомбинировать паров. турбину с паров. машинами, сделанных, напр., на громад. океан. пароходе Olympia. Судно имеет три вала; бортовые приводятся в движение пар. машинами, а средний — турбиной, получающей отработавший пар от бортов. машин. Такая установка дает возм-сть на полн. ходах использовать пар крайне экономично, как в паров. машине, так и в турбине, а на мал. ходах только в паров. машинах, выводя турбину из действия. В воен. флотах эта комбинация распространения не получила, как более тяжелая. Делаются также попытки уменьшить вес турбин применением спец. устройств Феттингера, Парсонса и др., позволяющих получать сравнит-но малое число оборотов винта при большом числе оборотов самих турбин. Наконец, настойчиво проводится и в воен. флот тепловые двигатели (см. это слово), (К. Буслей, Судовые механизмы; Ситон, Руководство по проектированию судов. машин и котлов; Ситон и Раунтуэт, Справ. книжка по мор. машинам; Сеннет, Мор. паров. машина; Бауэр, Расчет судов. машин и котлов; Погодин, Паров. машины; Цейнер, Курс теории турбин; Stodola, Паров. турбина и будущность теплов. двигателей; Эйерман, Паров. турбины; Бауэр и Лаше, Судов. турбины; Sothern, The Marine Steam Turbine; Bauer and Robertson, Marine Engines and Boilers; Tompkins, Textbook of Marine Engineering; Stevens and Hobart, Steam Turbine; Inde. The Theory of The Steam Turbine; Stodola, Die Dampfturbinen; Wilda, Der Schiffsmaschinenbau; Его же, Handbuch; Ditrich, Die Dampfturbine; Wilda, Die Dampfturbine; Girard, Traité pratique Des Machines Marines Motrices; Jauch et Masmejean, Cours De Machines Marines; Graffigny, Les Turbomoteurs et Les Machines Rotatives).

 
 

</div>

<div class=innertext>

Примечания 

Ручная ссылка на неоднозначность:Википедия