Возможно кому-то тема про энергетические установки кораблей покажется не достойной внимания, ведь гораздо интереснее читать про как корабли стреляют и уничтожают противников, или гибнут сами в решительном и ожесточенном бою. Однако скорость корабль - это его один из самых важных параметров, который и определяет результаты боя. именно поэтому - энергетические установки "японцев".
Сразу отметим - сенсаций не будет, энергетические установки (ЭУ) крейсеров типа «Такао» не содержали в себе никаких принципиально новых инженерных решений и являлись дальнейшим развитием схемы, использовавшейся в конструкции крейсеров типа «Миоко». Подобный эволюционный подход, без ярких инженерных решений, стал характерной чертой большинства боевых кораблей, созданных японскими кораблестроителями в предвоенную эпоху и крейсеров «вашингтонского типа» в частности.
Наибольшее влияние на выбор конструктивных решений и на становление японской школы судовой энергетики в целом оказало длительное сотрудничество с военно-морским ведомством Великобритании. Поэтому неудивительно, что фундаментальная основа конструктивных решений, которые касались механизмов японских кораблей, была заложена британскими специалистами. Приоритет в проектировании отдавался проверенным и надежным решениям, которые бы исключали серьезные проблемы уже при эксплуатации боевых единиц. Поэтому на боевых кораблях императорского флота не было уникальных энергетических установок с высокими параметрами пара (как немецкий «Адмирал Хиппер», американские «Кливленд», «Новый Орлеан» и «Балтимор») или линейных кораблей с дизельными двигателями (броненосные корабли типа «Дойчланд»), которые иногда встречались в составе других флотов. Любопытно, что любое решение сначала применялось на наземных станциях, потом отрабатывалось на вспомогательных судах и только после решения всех технических проблем и всестороннего изучения собранной информации аккуратно переносилось на боевые корабли.
Разработкой и техническим сопровождением при размещении заказов на изготовление и эксплуатацию занималась четвертая секция Морского Технического Департамента (МТД). Секция охватывала проблемы судовой энергетики в целом и вела проектирование как судовых котлов, так и турбозубчатых агрегатов (ТЗА). В дальнейшем целесообразно эти два направления рассмотреть подробнее – начнем с судовых котлов, а затем перейдем к турбинам.
При создании судовых котлов, в свое время, за основу, опять же не без влияния британских специалистов, был взят водотрубный паровой котел Ярроу, который помимо хороших характеристик, надежности и крайне низкой взрывоопасности имел значительный резерв по модернизации и развитию в техническом плане. Первый котел МТД спроектировал в 1902 году, который получил обозначение «Канпон». Конструктивно он представлял собой видоизмененный котел схемы Ярроу с 3-мя коллекторами, расположенными по схеме треугольника. Верхний коллектор был пароводяным (парообразующим) круглого сечения, а нижние коллекторы были водяными с плоскими верхними стенками.
При проектировании был учтен опыт эксплуатации аналогичных котлов на судах Императорского флота английской постройки. Так было выявлено, что прямые трубки котла страдали от неравномерного расширения при пуске и остановке котла, и со временем вальцованное соединение у верхнего парового коллектора давало течи. Применение сварного соединения кипятильных труб с коллектором также не сняло проблемы полностью – материал не выдерживал и давал трещины от сварного шва вдоль трубок. Прямые трубки заменили на изогнутые, конструкция стала менее жесткая и более гибкая к температурным деформациям. Так же уход от прямых трубок облегчил сборку котла при изготовлении и их замену на случай ремонта. Такие котлы получили обозначение «Канпон 1 Го» и устанавливались большой серией на 375-ти тонные японские эсминцы постройки 1904-1905 гг.
Несмотря на модернизацию начальной схемы, эти котлы доставили много проблем при эксплуатации – в месте стыка плоской панели с цилиндрической частью нижних водяных коллекторов, который являлся концентратором напряжений, регулярно появлялись трещины. После экспериментов нижние водяные коллекторы также стали изготавливать круглого сечения, как и верхний, и более таких массовых и серьезных проблем котлы данного типа не доставляли. Доработанный котел получил обозначение «Кампон Ро Го» и стал стандартным для всех кораблей японского флота вплоть до окончания войны.
Котел «Кампон Ро Го» мог выпускаться в 3-х вариантах: большой, средней и малой версии, в зависимости от типа корабля. Характеристики по давлению были абсолютно средними. В то время как специалисты Германии и США экспериментировали с котлами, работающими на давлении до 100 атмосфер, японские котлы работали на давлении 19,3 атм («Канпон Ро Го» большой версии для линкоров) и 18,3 атм – версии котлов для крейсеров и эсминцев.
Японские инженеры тем не менее прекрасно понимали, что использование перегретого пара давало серьезные плюсы в экономии топлива. Так они все-таки решились на использование котлов «Кампон Ро Го» с пароперегревателем, установленным в топке котла и повышающим температуру пара выше на 37 градусов от нормальной при установленном рабочем давлении. Такой, казалось бы, незначительный перегрев сулил экономию топлива на расчетные 10 %. А ведь не надо забывать, что для Тихого океана дальность плавания, напрямую зависящая от запасов топлива и экономичности ЭУ кораблей, была одним из основных боевых показателей в японском флоте.
Котлы с пароперегревателями были установлены на крейсера типа «Фурутака». Однако использование перегрева поставило перед инженерами ряд вопросов, с которыми столкнулись и специалисты-энергетики других стран – повышение температуры резко увеличивало скорость коррозии трубок пароперегревателей из-за активного выноса растворенных в питательной воде солей на их поверхность и интенсификации процессов так называемой пароводяной коррозии. Решение этих проблем заняло довольно много времени, и ЭУ с перегретым паром на крейсерах стали использоваться только на крейсерах типа «Могами», а на крейсере «Атаго», как и на всех кораблях типа «Миоко» и «Такао», ЭУ работали на обычных параметрах пара.
Основным видом топлива был мазут, но уголь все еще закладывался при проектировании. Для КР это было актуально только для типа «Фурутака», на котором были установлены два котла, работающих на угле, которые затем были демонтированы в ходе модернизации в 1936 году. Подобная «многотопливность» в ЭУ «вашингтонских» крейсеров больше не использовалась ни на одном типе (разве то у французов была сделана такая попытка).
Что касается паровых турбин, то и здесь японским инженерам пришлось найти свой путь. Работы по переходу флота на турбины начались в Японии в 1907 году. Поскольку промышленность на тот период оказалась в роли «догоняющей» стороны, то помимо характерных проблем, с которыми столкнулись все ведущие флоты (совмещение высокой скорости вращения турбин с нужной скоростью винтов и повышение коэффициента полезного действия турбины на малых и крейсерских ходах для экономии топлива), японским инженерам приходилось наверстывать отставание в общей культуре производства, технологиях обработки и сварки легированных сталей и металлургии.
Проблему с различной скоростью вращения турбин и валов первоначально решали увеличенным диаметром ротора, который напрямую соединялся с гребным валом, а начиная с кораблей «программы 1916 года» турбозубчатые агрегаты (ТЗА) выполнялись по схеме полного редуцирования, т.е. турбины соединялись с гребными валами через редукторы. Применение редукторов позволило существенно сократить габаритные размеры ТЗА и повысить количество их оборотов с 200-300 до 3000 об/мин.
Вопрос с повышением КПД ТЗА также был решен довольно стандартно – на турбинах реактивного действия закладывалась отдельная ступень крейсерского хода или же монтировалась турбина крейсерского хода, соединяемая с валом через сцепление. Турбины активного действия оказались проще в регулировании – для обеспечения крейсерской скорости было достаточно заглушить необходимое количество паровых сопел на рабочем колесе ротора.
Первоначально использовались готовые турбины, полностью спроектированные и изготовленные на фирмах Парсонса и Кертиса, а по мере развития технологических и инженерных возможностей промышленности приступили к их изготовлению по лицензии. Несмотря на то, что оба типа турбин выдавали практически одинаковые характеристики, они имели принципиальные отличия по типу действия (турбина Парсонса была реактивного действия, а Кертиса – активного), что требовало различных подходов в обеспечении требуемых параметров ЭУ на крейсерских ходах и различных требований к качеству подготовки производства при их изготовлении.
Работы с турбинами для японских крейсеров вела все та же Четвертая секция МТД. Стремясь к стандартизации конструкций, по аналогии с котлами, при строительстве в 1922-м году крейсеров-скаутов «Фурутака» и однотипного с ним «Како» японские инженеры намеренно использовали на них различные типы турбин. На «Фурутаке» в составе ТЗА устанавливалась турбина Парсонса, разработанная в Англии и изготовленная по лицензии фирмой «Мицубиси», а на его систершип «Како» смонтировали ТЗА на турбинах Кертиса, также спроектированных за рубежом и произведенных по лицензионному соглашению японцами из «Кавасаки».
Опыт эксплуатации и производства показал, что турбины Парсонса сложнее в производстве, требуют особой точности при изготовлении и сложны при осевой балансировке. Подобные операции нередко заканчивались поломкой лопаток. В довершение ко всему ТЗА на турбинах Парсонса передавали значительные осевые усилия на валы и редукторы, что требовало принятия дополнительных конструктивных мер к их компенсации. Неудивительно, что КР типа «Фурутака» стали последними в Императорском флоте, которые были оснащены турбинами, спроектированными иностранными специалистами. Накопленного опыта к 1922 году оказалось достаточно, чтобы для следующих японских крейсеров «вашингтонского типа» спроектировать ТЗА собственными силами.
Таким образом, к моменту создания крейсеров типа «Такао» в распоряжении японских кораблестроителей и моряков был накоплен достаточный опыт по созданию энергетических установок.
Как мы уже отмечали, ГЭУ крейсера «Такао» (как и всех однотипных ему крейсеров) была выполнена по 4-х вальной схеме и являлась дальнейшим развитием механизмов, устанавливаемых на крейсерах типа «Миоко». Основным отличием являлось отсутствие электромоторов, которые служили для вращения внутренних гребных валов на крейсерском ходу в целях снижения сопротивления. Главная энергоустановка крейсера состояла из 4-х ТЗА (турбины типа «Кампон» активного типа собственной разработки) расположенных в отдельных машинных отделениях (два носовых и два кормовых), разделенных поперечными и продольными переборками, общей мощностью 130 000 л.с. при 320 об/мин на гребных валах. Каждое машинное отделение (МО) работало на отдельный гребной вал. Средние валы приводились от кормовых машинных отделений, а наружные от носовых.
Машинное отделение включало в себя по две турбины высокого (ТВД) и низкого (ТНД) давления, подключенных к одному главному редуктору, который понижал обороты с 2000 об/мин для ТНД и 3000 об/мин для ТВД до 320 об/мин на валу. Отработанный пар поступал в конденсоры типа «Унифлюкс». Турбина крейсерского хода (ТКХ) мощностью 7 050 л.с. при 170 об/мин через разъединяемый зубчатый редуктор соединялась с валом внешней ТВД. При переходе с крейсерского хода на полный, зубчатый редуктор ТКХ разъединялся, и пар на нее не подавался.
Отметим, что машинные отделения № 3 и № 4, приводившие внутренние валы, турбинами крейсерского хода не оснащались. Для снижения сопротивления внутренние валы вращались от установленных на них «индукционных» турбин, работающих от выхлопа пара с ТКХ. Однако при переходе с крейсерского хода на полный из-за резкого возрастания числа оборотов и ошибочных действий экипажа нередко случались аварии, и в итоге, в процессе модернизации в 1937-1938 годах, «индукционные» турбины демонтировали.
Лопатки турбин изготавливались из нержавеющей улучшенной стали «типа В» в отличие от лопаток турбин крейсеров типа «Фурутака», в которых использовалась фосфористая бронза.
Турбины питались насыщенным (не перегретым) паром, вырабатываемым 12-ю трехколлекторными котлами «Кампон Ро Го» с нефтяным отоплением и рабочим давлением пара 20 бар. Котлы располагались в 9 котельных отделениях, три носовых отделения имели по 2 котла, остальные – по одному. Каждый котел оснащался 11-ю форсунками полного хода с производительностью 5,5 т/ч и четырьмя форсунками для крейсерского хода, с производительностью 1,2 т/ч. Работа на форсированном режиме обеспечивалась двумя дополнительными вентиляторами с производительностью по 1150 м3/мин.
Первоначально ЭУ оснащалась вспомогательным котлом такого же типа, как и на крейсерах «Миоко», установленным на уровне верхней палубы, но с рабочим давлением в 14 бар, от которого для улучшения остойчивости отказались, и в 1936 году он был демонтирован. Число и мощность генераторов, по данным Э. Лакруа, на крейсере «Такао» и его систершипах в сравнении с крейсерами типа «Миоко» были увеличены с 735 кВт до 1 225 кВт (напряжение в сети 225 В), для чего использовались четыре генератора по 250 кВт (от двигателей внутреннего сгорания) и один дизель-генератор на 225 кВт.
Если сравнить с ЭУ тяжелых крейсеров других стран, то можно сделать вывод, что по мощностным характеристикам судовой энергетики крейсера типа «Такао» («Атаго») не уступали своим одноклассникам. Общую оценку качества инженерных решений проще провести по эффективности использования топлива. Мы сопоставили данные по расходу на милю при крейсерском ходе нескольких крейсеров: «Атаго» (Япония), «Новый Орлеан» (США), «Йорк» и «Кент» (Великобритания), «Сюффрен» (Франция) сведя их в таблицу. Отметим, что в справочниках для крейсера «Атаго» (тип "Такао") при запасе нефти 2645 т ожидаемая дальность плавания указывается в 8 000 миль (14 узлов), однако нами в таблице учтено, что из-за перегрузки реальная дальность крейсеров данного типа была примерно на 1 000 миль меньше (по данным Э. Лакруа).
Как видно из таблицы, наиболее явный противник – американский крейсер в среднем тратил на прохождение одной мили при крейсерском режиме на 0,06 тонны топлива меньше, что в процентном соотношении составляет порядка 16 %.
Для британских крейсеров это преимущество было еще больше, даже если сравнивать данные для крейсера «Йорк», так как сравнение с КР типа «Кент» было бы не совсем правильным, учитывая расчеты для 12-узловой экономической скорости. Это существенная величина, которая, в принципе, показывает разницу в качественном исполнении крейсерских ЭУ разных инженерных школ.
Хотя будет справедливым признать, что на тот период именно США стали мировым лидером в этой области – они не только перевели судовые котлы на перегретый пар, но и успешно решили технические проблемы, с ним связанные.
Как уже упоминалось, японцы использовали наследие британских специалистов (которые, кстати, тоже следовали консервативной линии в ЭУ своих кораблей) и старались использовать проверенные решения, и на использование перегретого пара, сулившего существенную экономию топлива, перешли после полноценных испытаний и решения всех сопутствующих технических проблем.
Подобный подход вполне себя оправдал в отличие от тех же немецких конструкторов, поставивших на высокие параметры пара ЭУ тяжелых крейсеров типа «Адмирал Хиппер», которые вместо экономии получили постоянные проблемы, а фактический расход топлива не только не оправдал ожидания, но и превысил таковые в случае использования насыщенного пара. Так что проигрывали японские крейсера в экономичности не так и много, но зато серьезных проблем и жалоб со стороны флота на эксплуатацию не поступало.
В целом же можно заключить, что, конечно же, энергетические установки тяжелых крейсеров типа «Такао» нельзя отнести к лучшим в японском флоте, однако эти корабли оправдали в целом возложенные на них задачи и вполне достойно выглядели на фоне крейсеров других морских держав.
Источники: Lacroix E. Japanese cruisers of the Pacific War/ E.Lacroix, L.Wells. – London: Chatham Publishing, 1999. – 888 с.; Lacroix E. The development of the «A» class cruisers in the Imperial Japanese Navy / E.Lacroix. // Warship International – № 3, 1983. – Р.232-282; Skulski J. The Heavy Cruiser Takao// Anatomy of the Ship/ J.Skulski. - US Naval Institute Press, 1994. - 256 c.; Stille, M. Imperial Japanese Navy heavy cruisers. 1941-1945/ M.Stille.// New Vanguard, № 176 – 2011.- P.49; Александров Ю.И. Тяжелые крейсера Японии. Часть 1 / Ю.И.Александров. – СПб: Истфлот, издатель Р.Р.Муниров, 2007. – 84 с.; Апальков, Ю. Боевые корабли японского флота. Крейсера.10.1918-8.1945 гг.: справочник / Ю.В.Апальков. – СПб: Галея-Принт, 1998. – 156 с.; Патянин С.В. Крейсера Второй мировой. Окончательная энциклопедия / С.В.Патянин, А.В.Дашьян, К.С.Балакин и др. – М.:Коллекция, Яуза, ЭКСМО, 2014. – 536 с.; Сулига Т.В. Японские тяжелые крейсера, том 1: История создания, описание конструкции, предвоенные модернизации / Т.В.Сулига – М-Спб: Галея-Принт, 1996. – 120 с.
Подписывайтесь, ставьте лайки, впереди еще много интересного, и книжных новинок; кто желает - может и помочь, кнопка ниже:
