Несмотря на обширные научные работы по созданию новых систем судовой энергетики во всем мире, паротурбинные установки и не думали сдавать свои позиции и к началу 20-х годов выходили на новые уровни развития. Стремление конструкторов поднять КПД энергетических установок (ЭУ) исключало вариативность – нужен был пар высоких параметров, только таким образом можно было уложиться в новые требования по экономии топлива, дальности хода, и габаритно-весовым характеристикам.
В перовой половине ХХ века в Германии, Англии, США и СССР проводились интенсивные работы в этой области, однако надежность высокопроизводительных котлов не была проверена в условиях многолетней практической эксплуатации на боевых кораблях. К примеру, в СССР эксперименты закончились неудачей с постройкой эсминца «Опытный», и приоритет по высокопроизводительным котлам в условиях дефицита специалистов отводился не на нужды ВМФ, а на энергетическую промышленность – стране были нужны новые ТЭС.
Англичане продвигались к высоким параметрам пара не спеша, по основным рабочим характеристикам (давление и температура пара) не делали резких скачков в сторону увеличения – в итоге, хотя их котлы и отличались большей массой, но зато не страдали от низкой надежности. По такому же пути пошли и последователи английской конструкторской школы – японцы.
Немецкие же специалисты «ударились», по сути, в авантюру, выбрав в качестве ЭУ для тяжелых крейсеров типа «Адмирал Хиппер» котлы с высокими параметрами пара без должного опыта эксплуатации, что принесло больше хлопот, чем преимуществ.
На этом фоне наиболее благоприятная ситуация сложилась в США – промышленность не была затронута войной, что в совокупности с обстоятельной работой без спешки и эксцессов к началу 30-х годов вывело Америку в лидеры судовой энергетики. И в качестве подтверждения рассмотрим один из типов легких крейсеров ВМС США, построенных в этот период.
Изначально для проектирования энергетической установки крейсеров типа «Бруклин» были использованы решения (состав и компоновка), используемые ранее в проекте «Нового Орлеана», впрочем, были использованы и другие «наработки». В состав главной энергетической установки (ГЭУ) новых крейсеров (первой семерки) вошли 8 водотрубных котлов «Бэбкок энд Уилкокс» (рабочее давление пара 28,2 кг/см2 и температура 342 градуса по Цельсию) и 4 турбозубчатых агрегата (ТЗА) системы Парсонса с одной ступенью редуцирования (турбины фирмы «Вестингхауз»).
Крейсера получили по 4 котельных (КО) и 2 машинных отделения (МО), которые были расположены по линейной схеме, при этом каждый ТЗА работал на свой вал. Линейное размещения силовой установки, разумеется, было не самым оптимальным, эксперты справедливо полагали, что это был шаг назад по сравнению с «вашингтонскими» крейсерами первого поколения, кроме того, были реальные сомнения в живучести такой компоновки на случай боевых повреждений. Отметим, что в свое время в СССР переход от линейной схемы ГЭУ к эшелонной для эсминцев проекта 7 и 7у был сопряжен с трагическими последствиями для конструкторов и строителей. Однако для американских инженеров и военных это был вынужденный шаг в тот период. Но уже в 1935 году, когда выдавался заказ на строительство двух новых крейсеров – «Сент-Луиса» и «Хелены», в распоряжении конструкторов появились новые котлы с более высокими параметрами пара (давление 39,7 кг/см2, температура 371 градус Цельсия). Обеспечивая ту же паропроизводительность, они были гораздо компактнее (так паровой барабан котла был вопреки начальной схемы расположен не вдоль оси, а поперек), что позволило сократить размеры котельных отделений (КО) и дало возможность по-иному скомпоновать всю ГЭУ новых крейсеров.
В результате «Хелена», как и «Сент-Луис», имела силовую установку, которая была разделена на восемь отсеков вместо шести и состояла из двух эшелонов. Каждый эшелон имел одно машинное и два котельных отделения, причем между последними располагался отсек поста управления котлами. Тип и конструкция ТЗА, а также сама компоновка машинных отделений, заметных изменений не претерпели. Новая схема позволила реализовать возможность работы сплит-систем и перебрасывать подачу пара на любой ТЗА из любого работающего котла, что являлось серьезным плюсом в рамках живучести установки в целом, а так же в ее чувствительности к боевым повреждениям.
Несколько слов об основных элементах силовой установки новых крейсеров – котлах, турбинах и конденсаторах.
Крейсер «Хелена» имел 8 котлов типа «Бэбкок энд Уилкокс» с одной топкой. Горелки типа «Айова» распыляли мазут в предтопку, где он смешивался с воздухом и сжигался. Газы проходили через пучки парогенерирующих трубок, наполненных водой, а затем через экономайзер выходили по газоходам в дымовую трубу. Вода в парогенерирующих трубках закипала и превращалась в пар, который поднимался в паровой барабан. Оттуда он мог проходить в пароперегреватель либо, минуя его, уходил на технологические и вспомогательные нужды.
Котлы выпускали два типа пара, перегретый и насыщенный. Перегретый пар приводил в движение турбины и турбогенераторы, а насыщенный вспомогательный пар приводил в движение турбинные насосы. После прохождения через турбины пар охлаждали и конденсировали обратно в воду. Затем его дегазировали и хранили в специальных емкостях до тех пор, пока он не перекачивался обратно в котлы. Перед входом в котел питательная вода проходила через экономайзер, расположенный в выхлопном газоходе. Вода применялась особой очистки, без содержания каких-либо минералов и солей, так как присутствие примесей приводило к моментальному их осаждению на поверхностях нагрева и существенно сокращало ресурс установки в целом.
Каждый котел имел принудительные нагнетатели, которые закачивали наружный воздух в топку под давлением в 2,5 атмосферы. Горелки имели распылитель для создания мазутного «тонкого» тумана и воздушный регулятор для контроля количества воздуха, поступающего в котел, и смешивания его с топливным туманом. Мазут распылялся в вихревой поток воздуха, создаваемый диффузором. Подвижные воздушные заслонки контролировали количество воздуха, смешанного с мазутом.
Требования к парам могли быстро меняться по мере того, как корабль маневрировал. Степень форсировки котла контролировалась изменением количества используемых горелок и изменением давления мазута.
Машинная установка «Хелены» имела два типа турбин, высокого давления (HP) и низкого давления (LP) (обе системы Парсонса). Перегретый пар высокого давления сначала проходил через турбину НР, где он терял энергию, приводя в движение лопасти турбины. Затем охлажденный и с более низким давлением пар проходил через большую турбину LP. Две турбины приводили в действие редукторы, которые были соединены с валами гребных винтов. Каждая машинная установка генерировала 25 000 лошадиных сил.
Двигатель корабля состоял из паровых турбин и редукторов. Турбины превращали энергию перегретого основного пара в высокоскоростное вращение валов турбины, а редукторы замедляли вращение до скоростей, подходящих для винтов корабля.
Число оборотов турбины контролировалось увеличением или уменьшением количества используемых сопел, тем самым изменяя количество пара, поступающего в турбину. Пар входил в каждый комплект сопел через регулирующие клапаны, которые можно было последовательно открывать и закрывать для регулировки скорости турбины. Эти клапаны контролировали количество пара, протекающего через турбины HP и LP, поэтому скорости обеих турбин контролировались вместе. При полной мощности турбина НР вращалась со скоростью 5 870 об / мин и обеспечивала 11 550 л.с. из суммарного значения в 25 000.
Также турбины оснащались механизмом проворота ротора без подачи пара, что использовалось как для визуального контроля и обслуживания, так и для равномерного остывания, чтобы избежать температурных деформаций вала ТЗА.
Характерной особенностью крейсеров типа «Бруклин» можно считать отсутствие турбин крейсерского хода. Инструментов регулирования процесса парообразования хватало, чтобы обеспечить экономический ход с эффективным сжиганием топлива.
Основными конденсаторами были теплообменники, в которых «смятый» пар из турбин низкого давления конденсировался в воду. Конденсатор состоял из пучка трубок, через которые протекала морская забортная вода. Пар из турбин омывал эти трубки и терял тепло до конденсирования в воду, затем его возвращали в котел либо, если расход воды был пониженным, например, на крейсерском ходу – конденсат отбирали в специальные емкости для воды.
Забор морской воды в конденсатор осуществлялся через специальные патрубки в днище корабля, при этом объем прогоняемой воды и эффективность работы конденсатора зависела от скорости хода. На малых скоростях либо на стоянке подача забортной воды осуществлялась специальными циркуляционными насосами. Также патрубки прохождения воды оснащались устройствами для подачи пара, который использовался для очистки каналов подачи воды от водорослей и ракушек, а также при прохождении заиленных каналов.
Экспериментальные работы и опыт эксплуатации котлов с высокими параметрами пара сформировали особые требования к подготовке питательной воды, так, например, особенно досаждал преждевременный прогар парообразующих трубок. Природой данного явления был растворенный в воде кислород – в процессе активного парообразования растворенный кислород высвобождался и вступал в реакцию окисления материала стенок трубок. Для решения этих проблем емкости для хранения питательной воды для котлов оборудовали специальными эжекторами, а сами системы дополнительно оснащали устройствами контроля уровня воды в резерве и ее подогревом.
Итак, подведем итоги. Как видно, энергетические установки американских крейсеров эволюционировали даже в рамках кораблей одной серии, совершенствуясь конструктивно. Таким образом, переживая все необходимые этапы создания и становления конструкции, собирая и систематизируя информацию для служб эксплуатации и последующей ее подготовке, ЭУ американских крейсеров вполне заслуженно получили высшую оценку среди конкурентов из других стран. Для сравнения, на одну пройденную милю экономичным ходом «Хелена» тратила 0,265 т мазута, против 0,38 тонн у японского «Такао» или 0,32 тонн для «Нью-Орлеана». К тому же ГЭУ американских легких крейсеров оказались достаточно надежными – после войны шесть кораблей этой серии продолжили службу во флотах Аргентины, Чили и Бразилии. И практически за 25-30-летний срок службы их ГЭУ исправно функционировали.
В целом энергетические установки крейсеров типа «Бруклин» (и «Хелены» в том числе) стали последней ступенькой к совершенству, которое было реализовано на легких крейсерах типа «Кливленд», паротурбинные установки которых успешно реализовали весь конструкционный потенциал, находясь в эксплуатации вплоть до 70-х годов.
Источники: N.Friedman U.S. Cruisers: An Illustrated Design History. Annapolis: Naval Institute Press, 1984. - p.496; Больных, А.Г. Крейсера. Уникальная иллюстрированная энциклопедия/ А.Г.Больных. –М.: Яуза: ЭКСМО, 2013.- 288 с.; Дашьян, А.В. С.В, Корабли Второй мировой войны. ВМС США (Часть 1) / А.В. Дашьян //Морская коллекция, № 1 (58) – 2004. – 32 с.; Дашьян, А.В. С.В, Корабли Второй мировой войны. ВМС США (Часть 1) / А.В. Дашьян // Морская коллекция, № 3 (60) – 2004. – 32 с.; Доценко, В. Флоты в локальных конфликтах второй половины ХХ века. - М: ООО «Издательство АСТ»; СПб: Terra Fantastica, 2001. –512 с.; Морисон С.Э. Американский ВМФ во Второй мировой войне: Восходящее солнце над Тихим океаном – М: ООО «Издательство АСТ»; СПб: Terra Fantastica, 2002. – 640 с.; Патянин, С.В. Крейсера Второй мировой. Окончательная энциклопедия /С.В.Патянин, А.В.Дашьян, К.С.Балакин, С.Барабанов, К.В. Егоров. - М.: Яуза: ЭКСМО, 2014.- 536 с.; Патянин, С.В. Крейсера типа «Бруклин»/С.В.Патянин, М.Ю.Токарев //Морская кампания, № 9 (октябрь) – 2007. – 64 с.; Патянин, С.В. Самые скорострельные крейсера. От Перл-Харбора до Фолклендов / С.В.Патянин, М.Ю.Токарев.- М.: Яуза: ЭКСМО, 2011.-112 с. – (Война на море); Соломонов, П.В. Корабли Фолклендской войны. Флоты Великобритании и Аргентины: справочник / П.В. Соломонов, Б.В. Соломонов, А.Е.Волкова// Морская коллекция, № 2 (92) –2007. – 32 с.; Хастингс, Макс. Битва за Фолкленды /Макс Хастингс, Саймон Дженкинс. – Москва: Эксмо, 2014. – 704 с.
Подписывайтесь, ставьте лайки, впереди еще много интересного, и книжных новинок; кто желает - может и помочь, кнопка ниже:
