U prošlom članku ispitali smo pitanja vezana za ugradnju kotlova Nikloss na Varyag - većina bitki na Internetu oko elektrane krstarice posvećena je tim jedinicama. Ali čudno je da, pridajući tako veliku važnost kotlovima, velika većina onih koji se zanimaju za ovu temu potpuno zanemaruju parne strojeve krstarice. U međuvremenu, veliki broj problema identificiranih tokom rada "Varyaga" povezan je s njima. No da bismo sve ovo razumjeli, potrebno je prvo osvježiti sjećanje na dizajn brodskih parnih strojeva krajem prošlog stoljeća.
U stvari, princip rada parne mašine prilično je jednostavan. Postoji cilindar (obično se nalazi okomito na brodskim mašinama), unutar kojeg se nalazi klip koji se može pomicati gore -dolje. Pretpostavimo da je klip na vrhu cilindra - tada se para pod pritiskom dovodi do rupe između njega i gornjeg poklopca cilindra. Para se širi, gurajući klip prema dolje i tako doseže donju točku. Nakon toga, postupak se ponavlja "upravo suprotno" - gornja rupa se zatvara, a para se sada dovodi u donju rupu. Istodobno se otvor za paru otvara s druge strane cilindra, a dok para gura klip odozdo prema gore, istrošena para u gornjem dijelu cilindra istiskuje se u otvor za paru ispušna para na dijagramu je označena isprekidanom plavom strelicom).
Dakle, parni stroj osigurava klipno kretanje klipa, ali kako bi se ono pretvorilo u rotaciju osovine vijka, koristi se poseban uređaj koji se naziva radilica, u kojem radilica ima važnu ulogu.
Očigledno, kako bi se osigurao rad parnog stroja, ležajevi su izuzetno potrebni, zahvaljujući kojima se obavlja i rad koljenastog mehanizma (prijenos kretanja s klipa na radilicu) i pričvršćivanje rotirajuće radilice.
Mora se reći i da je do vremena projektiranja i izgradnje Varyaga cijeli svijet u izgradnji ratnih brodova odavno prešao na parne strojeve s trostrukim proširenjem. Ideja o takvoj mašini pojavila se jer para provedena u cilindru (kao što je prikazano na gornjem dijagramu) uopće nije potpuno izgubila energiju i mogla se ponovno koristiti. Stoga su to i učinili - prvo je svježa para ušla u cilindar visokog pritiska (HPC), ali nakon završetka rada nije se "bacila" natrag u kotlove, već je ušla u sljedeći cilindar (srednji tlak ili HPC), a zatim ponovo gurnuo klip u njega. Naravno, pritisak pare koja ulazi u drugi cilindar se smanjio, zbog čega je sam cilindar morao biti napravljen s većim promjerom od HPC -a. Ali to nije bilo sve - para koja je nastala u drugom cilindru (LPC) ušla je u treći cilindar, nazvan cilindar niskog pritiska (LPC), i nastavila je svoj rad već u njemu.
Nije potrebno spominjati da je cilindar niskog pritiska morao imati najveći promjer u odnosu na ostale cilindre. Dizajneri su to učinili lakše: pokazalo se da je LPC prevelik, pa su umjesto jednog LPC-a napravili dva, a mašine su postale četverocilindrične. Istodobno, para se istovremeno dovodila u oba cilindra niskog tlaka, odnosno, unatoč prisutnosti četiri cilindra za "ekspanziju", ostala su tri.
Ovaj kratki opis sasvim je dovoljan da se shvati što nije u redu s parnim strojevima krstarice Varyag. I "pogrešno" s njima, bilo je, nažalost, toliko toga da je autoru ovog članka teško znati odakle točno početi. U nastavku opisujemo glavne greške napravljene u dizajnu parnih strojeva kruzera, a mi ćemo pokušati otkriti tko je, uostalom, kriv za njih.
Dakle, problem # 1 je bio u tome što dizajn parne mašine očigledno ne podnosi naprezanja na savijanje. Drugim riječima, dobre performanse su se mogle očekivati samo kada je parna mašina bila potpuno ravna. Ako se ova baza odjednom počne savijati, to stvara dodatno opterećenje radilice, koja se proteže gotovo cijelom dužinom parne mašine - počinje se savijati, ležajevi koji je drže brzo se pogoršavaju, pojavljuje se sviranje i pomakne se radilica, zbog čega ležajevi radilice već trpe - mehanizam klipnjače, pa čak i klipovi cilindara. Da bi se to spriječilo, parna mašina mora biti instalirana na čvrstom temelju, ali to nije učinjeno na Varyagu. Njegove parne mašine imale su samo vrlo lagan temelj i zapravo su bile pričvršćene direktno na trup broda. A tijelo, kao što znate, "diše" na morskom valu, odnosno savija se tijekom kotrljanja - a ti stalni zavoji doveli su do zakrivljenosti radilica i "otpuštanja" ležajeva parnih strojeva.
Ko je kriv za ovu grešku u dizajnu Varyaga? Bez sumnje, odgovornost za ovaj nedostatak broda treba prenijeti na inženjere firme C. Crump, ali … ovdje postoje određene nijanse.
Činjenica je da je takav dizajn parnih strojeva (kada su na trup broda ugrađeni oni bez čvrstog temelja) bio općenito prihvaćen - ni Askold ni Bogatyr nisu imali čvrste temelje, ali su parne mašine na njima radile besprijekorno. Zašto?
Očigledno je da će deformacija radilice biti značajnija, što je veća njezina duljina, odnosno što je duža sama parna mašina. Varyag je imao dvije parne mašine, dok je Askold imao tri. Po dizajnu, potonji su također bili četverocilindrični parni strojevi s tri ekspanzije, ali su zbog znatno manje snage imali znatno kraću duljinu. Zbog ovog učinka, iskrivljenost karoserije na Askoldovim strojevima pokazala se znatno slabijom - da, bili su, ali, recimo, "unutar razuma" i nisu doveli do deformacija koje bi onemogućile parne strojeve.
Zaista, prvobitno se pretpostavljalo da je ukupna snaga strojeva Varyag trebala biti 18.000 KS, odnosno da je snaga jedne mašine bila 9.000 KS. No kasnije je Ch. Crump napravio vrlo teško objašnjivu grešku, naime, povećao je snagu parnih strojeva na 20.000 KS. Izvori to obično objašnjavaju činjenicom da je Ch. Crump to učinio zbog odbijanja MTK -a da koristi prisilnu eksploziju tokom testova krstarice. Bilo bi logično da je Ch. Crump, istovremeno s povećanjem snage mašina, također povećao produktivnost kotlova u projektu Varyag na istih 20.000 KS, ali ništa se od toga nije dogodilo. Jedini razlog za takav čin mogla bi biti nada da će kotlovi krstarice premašiti kapacitet utvrđen projektom, ali kako je to moguće učiniti bez pribjegavanja?
Ovdje je već jedna od dvije stvari - ili Ch. Crump se i dalje nadao da će inzistirati na testiranju prilikom forsiranja kotlova i bojao se da mašine neće "rastegnuti" njihovu povećanu snagu, ili je iz nekog nejasnog razloga vjerovao da su kotlovi Varyaga i bez forsiranja postići će se snaga od 20.000 KS. U svakom slučaju, proračuni Ch. Pokazalo se da je Crump pogriješio, ali to je dovelo do činjenice da je svaki stroj za krstarenje imao snagu od 10.000 KS. Osim prirodnog povećanja mase, naravno, povećale su se i dimenzije parnih strojeva (dužina je dosegla 13 m), dok su tri mašine Askold, koje su trebale pokazati 19.000 KS. nazivne snage, trebao bi imati samo 6 333 KS. svaka (avaj, nažalost, njihova dužina nije poznata autoru).
Ali šta je sa "Bogatyrom"? Uostalom, bio je, poput Varyaga, dvoosovinski, a svaki od njegovih automobila imao je gotovo istu snagu - 9.750 KS. protiv 10.000 KS, što znači da je imao slične geometrijske dimenzije. No, valja napomenuti da je trup Bogatyra bio nešto širi od onog u Varyagu, imao je nešto niži omjer dužine i širine i, u cjelini, činilo se da je krutiji i manje sklon skretanju od trupa Varjaga. Osim toga, moguće je da su Nijemci ojačali temelje u odnosu na onu na kojoj su stajali parni strojevi Varyaga, odnosno da nije bio sličan onima koje su primili moderniji brodovi, ipak je pružao bolju snagu od temelje Varjaga. Međutim, na ovo se pitanje može odgovoriti tek nakon detaljnog proučavanja nacrta oba kruzera.
Dakle, greška inženjera kompanije Crump nije bila u tome što su postavili slabe temelje za strojeve Varyag (kao što su, čini se, učinili i ostali brodograditelji), već što nisu vidjeli i nisu shvatili potrebu kako bi se osigurala "nefleksibilnost" Strojevi sa jačim kućištem ili prijelazom na shemu s tri vijka. Činjenica da je sličan problem uspješno riješen u Njemačkoj, a ne samo izuzetno iskusnim Vulkanom, koji je izgradio Bogatyr, već i drugorazrednim i bez iskustva u izgradnji velikih ratnih brodova prema vlastitom nacrtu Njemačke daleko u korist američkih konstruktora. Međutim, iskreno rečeno, valja napomenuti da ni MTK nije kontrolirao ovaj trenutak, ali treba shvatiti da mu nitko nije postavio zadatak da prati svako kihanje Amerikanaca, a to nije bilo moguće.
No, nažalost, ovo je samo prvi, a možda i nije najvažniji nedostatak parnih strojeva najnovije ruske krstarice.
Problem broj 2, koji je očito bio glavni, bio je pogrešan dizajn parnih strojeva Varyag, koji je optimiziran za velike brzine broda. Drugim riječima, mašine su radile dobro pri maksimalnom pritisku pare, inače su počeli problemi. Činjenica je da kada tlak pare padne ispod 15,4 atmosfere, cilindri niskog tlaka prestali su obavljati svoju funkciju - energija pare koja ulazi u njih nije bila dovoljna za pogon klipa u cilindru. U skladu s tim, na ekonomskim potezima, "kolica su počela voziti konja" - cilindri niskog pritiska, umjesto da pomažu u okretanju radilice, sami su se pokrenuli. To jest, radilica je primala energiju iz cilindara visokog i srednjeg pritiska i trošila je ne samo na okretanje vijka, već i na osiguravanje kretanja klipova u dva cilindra niskog pritiska. Mora se shvatiti da je dizajn radilice mehanizam dizajniran za činjenicu da je cilindar taj koji će pogoniti radilicu kroz klip i klizač, ali ne obrnuto: kao rezultat takvog neočekivanog i neočekivanog trivijalna upotreba radilice, doživjela je dodatna naprezanja koja nisu predviđena njegovim dizajnom, što je također dovelo do otkaza ležajeva koji je drže.
U stvari, u tome možda nije bilo određenog problema, ali samo pod jednim uvjetom - ako je dizajn strojeva predviđao mehanizam koji odvaja radilicu od cilindara niskog tlaka. Tada je u svim slučajevima rada pri tlaku pare nižem od zadanog bilo dovoljno "pritisnuti dugme" - i LPC je prestao opterećivati radilicu, međutim takvi mehanizmi nisu predviđeni dizajnom "Varyaga" "mašine.
Nakon toga, inženjer I. I. Gippius, koji je nadzirao montažu i podešavanje mehanizama razarača u Port Arthuru, proveo je detaljno ispitivanje strojeva Varyag 1903. godine i na temelju njegovih rezultata napisao cijeli istraživački rad, u kojem je naznačio sljedeće:
„Ovdje se pretpostavlja da tvornica Crump, u žurbi da preda krstaricu, nije imala vremena prilagoditi distribuciju pare; mašina se brzo uzrujala, a na brodu su, naravno, počeli popravljati dijelove koji su pretrpjeli više od drugih u smislu zagrijavanja, kucanja, bez uklanjanja uzroka. Općenito, nesumnjivo je izuzetno težak zadatak, ako ne i nemoguć, ispraviti brodom vozilo koje je u početku bilo tvornički neispravno."
Očigledno je da je Ch. Crump u potpunosti kriv za ovaj nedostatak elektrane Varyag.
Problem broj 3, sam po sebi, nije bio posebno ozbiljan, ali je u kombinaciji s gore navedenim greškama dao "kumulativni učinak". Činjenica je da neko vrijeme, prilikom projektiranja parnih strojeva, dizajneri nisu uzimali u obzir inertnost svojih mehanizama, zbog čega su ovi stalno bili izloženi prekomjernom naprezanju. Međutim, do stvaranja Varjaga, teorija uravnoteženja sila inercije mašina bila je proučavana i raširena posvuda. Naravno, njegova primjena zahtijevala je dodatne proračune proizvođača parnih strojeva i stvorila mu određene poteškoće, što znači da su se troškovi rada u cjelini povećali. Tako MTC u svojim zahtjevima, nažalost, nije ukazao na obaveznu primjenu ove teorije u dizajnu parnih strojeva, a Ch. Crump je, očito, odlučio uštedjeti na ovome (teško je zamisliti da je on sam, a nitko od njegovih inženjeri imaju nešto o ovome, nisu znali teoriju). Općenito, bilo pod utjecajem pohlepe, bilo zbog banalne nesposobnosti, ali su odredbe ove teorije pri stvaranju strojeva Varyag (i, usput rečeno, Retvizana) zanemarene, uslijed čega su sile inercije "vrlo nepovoljno" (prema I. I. Gippiusu) djelovanje na cilindre srednjeg i niskog pritiska, doprinoseći poremećaju normalnog rada mašina. U normalnim uvjetima (ako je parni stroj imao pouzdan temelj i nije bilo problema s distribucijom pare) to ne bi dovelo do kvarova, pa …
Krivicu za ovaj nedostatak parnih strojeva "Varyag" najvjerojatnije bi trebalo svaliti i na Ch. Crumpa i na MTK, koji su dopustili nejasnu formulaciju naredbe.
Problem # 4 bio je upotreba vrlo specifičnog materijala u ležajevima za parne strojeve. U tu svrhu korištene su fosforne i manganove bronze, koje, koliko je autoru poznato, nisu bile široko korištene u brodogradnji. Kao rezultat toga dogodilo se sljedeće: zbog gore navedenih razloga, ležajevi strojeva "Varyag" brzo su otkazali. Morali su se popraviti ili zamijeniti onim što je bilo pri ruci u Port Arthuru, a tamo, nažalost, nije bilo takvih užitaka. Kao rezultat toga, nastala je situacija kada je parna mašina radila s ležajevima od materijala potpuno različitih kvaliteta - prerano trošenje nekih uzrokovalo je dodatna naprezanja u drugima, a sve je to također pridonijelo narušavanju normalnog rada strojeva.
Strogo govoreći, ovo je možda jedini problem čije se "autorstvo" ne može utvrditi. Činjenica da su dobavljači Ch. Crumpa odabrali takav materijal ni na koji način nije mogla izazvati negativnu reakciju nikoga - ovdje su bili potpuno sami po sebi. Očigledno je bilo izvan ljudskih mogućnosti pretpostaviti katastrofalno stanje elektrane Varyag, predvidjeti njezine uzroke i opskrbiti Port Arthur potrebnim materijalima, a jedva je bilo moguće opskrbiti potrebne vrste bronce "za svaki slučaj" tamo, s obzirom na ogromnu količinu svih materijala za eskadrilu, čija je potreba sigurno bila poznata, ali čije potrebe nisu mogle biti zadovoljene. Krivite mašinske inženjere koji su popravljali mašine Varyag? Malo je vjerojatno da su imali potrebnu dokumentaciju koja bi im omogućila da predvide posljedice njihovih popravaka, pa čak i da znaju za to, što bi mogli promijeniti? Još uvijek nisu imali druge mogućnosti.
Sumirajući našu analizu elektrane na kruzeru "Varyag", moramo konstatirati da su se nedostaci i greške u dizajnu parnih strojeva i kotlova "sjajno" nadopunjavali. Stiče se dojam da su Niklossovi kotlovi i parni strojevi sklopili sabotažni pakt protiv krstarice na kojoj su ugrađeni. Opasnost od nesreća s kotlom natjerala je posadu da uspostavi smanjeni tlak pare (ne više od 14 atmosfera), ali to je stvorilo uvjete pod kojima su parne mašine Varyaga morale brzo postati neupotrebljive, a brodski mehaničari nisu mogli ništa učiniti po tom pitanju. Međutim, kasnije ćemo detaljnije razmotriti posljedice dizajnerskih odluka strojeva i kotlova Varyag, kada analiziramo rezultate njihovog rada. Zatim ćemo dati konačnu ocjenu elektrane krstarice.
