В «умных» диссертациях есть такой прием: изложить материал так заумно, чтобы при защите диссера у ВАК создалось ощущение легкого непонимания. Наличие огромного количества сложнейших терминов и сухой потусторонний язык изложения создает вокруг диссертанта ореол псевдогениальности. Есть даже анекдот о том, как правильно назвать диссертацию.
После того, как технарь решил назвать свой диссер «Некоторые вопросы транспортировки жидких фракций в сосудах с гридированной структурой дна» («Переноска воды в решете»). Гуманитарий назвал свою диссертацию: «О влиянии народных музыкальных инструментов на органы священнослужителей православного религиозного культа» («на..» …(пардон) «Зачем попу баян»).
У нас не диссер, а потому, попытаемся изложить все максимально просто.
В предыдущих статьях мы уже немного рассказали об обводах корпуса, высоте борта, чтобы всем было понятно, почему, например, у крейсера «Аскольд» сняли носовые казематные орудия, а, их орудийные порты закрыли наглухо листами обшивки. Сидя на диване можно строить множество теорий, например, о том, как миноносцы с 4-мм обшивкой будут таранить броненосцы. Некоторые «мечты» были следствием инерции мышления: например, наличие на борту крейсеров и броненосцев «миноносок». Некоторые мечты были «разогреты» коммерческими интересами, как, например, мечта о том, как масса 47-мм Гочкисов будет бороться с миноносцами. Я все отлично понимаю, техника в то время развивалась семимильными шагами.
Но у корабля есть параметры, которые нужно просчитывать. Есть такое понятие «ходкость». Ее конечно просчитать очень непросто, из за наличия массы составляющих. Ходкость при проектировании оценивают расчетами и путём модельных испытаний в опытовом бассейне, после постройки судна элементы ходкости определяют в процессе его ходовых испытаний. В большей степени ходкость определяется сопротивлением воды, оказывающимся на судно и движущей силой. Вот о движущей силе в виде паровой машины мы и поговорим.
Пар производят котлы о них и подаче топлива – разговор отдельный. В оптимальном варианте – котельная вода – это дистиллят из опреснителей, в крайнем случае, «умягченная» присадками «котельная вода», в самом крайнем, забортная (но очень недолго, засолятся котлы и трубки).
Пока мы смотрим только саму паровую машину «тройного расширения» (о компаунд машинах, и о том, как работают цилиндры высокого, среднего и низкого давления в паровой машине мы уже рассказывали. Коленвал, поршни, шатуны. Все почти как у обычного двигателя внутреннего сгорания.
Компаунд-машина имеет два (или больше) рабочих цилиндра разного диаметра. Свежий пар из котла поступает в меньший цилиндр высокого давления. Отработав там (первое расширение), пар перепускается в больший цилиндр низкого давления и.т.д.
Машина тройного расширения имела три цилиндра, (но не всегда). Потом этот агрегат усовершенствовали- разделили цилиндр низкого давления на два, т.е. из цилиндра среднего давления, пар выходил в два цилиндра. В два, потому, как по расчету, у большой машины третий цилиндр становился просто огромным, и его изготавливать (и размещать) очень сложно. Итого, получается четыре цилиндра. Из паровой машины пытались выжать максимум КПД.
После машины отработанный пар попадает в холодильник (выбрасывать воду в виде пара на море- довольно расточительно). Там пар конденсируется в горячую воду (в оптимальном варианте 90-95 градусов, ибо холодильники того времени работали не под давлением), снова поступает в котел, и далее по циклу. Мощность машины зависит от площади поршней и давления пара в системе, и есть формулы по которым они считаются (не привожу, потому, как там все в футах, фунтах и дюймах, а пересчитывать все коэффициенты… смысл?). У пара есть свои свойства, есть температура, есть оптимальное давление, которое можно получить.
Какой вывод можно сделать? Мощность машины связана с ее размерами. И КД тоже зависит от ее размера. И обороты машины связаны с ее размерами. Больше машина - ниже обороты в оптимальном режиме работы, но больше крутящий момент. Есть формула расчета «собственных» оборотов в зависимости от площади поршней машины (по сути, от размера машины). «Играть» можно еще и давлением пара. Выше давление - выше обороты, но в силу физических свойств пара, тоже есть оптимальный размер. Паровой двигатель автоматически увеличивает крутящий момент, но только до определенного предела.
Обычно никто расчетом по формулам не заморачивался. Строили теоретическую индикаторную диаграмму и диаграмму эффективной мощности. Паровые машины имеют свои преимущества в сравнении с ДВС они имеют хорошую «литровою мощность», т.к. они «двухтактные» («вдох-выдох»). Пар расходуется в зависимости от нагрузки, а мощность всегда используется рационально. На ДВС это невозможно в принципе. Паровые машины чаще всего реверсируются. Достоинств много.
Горячий пар имеет меньшую температуру, чем сгорающее топливо, поэтому у парового двигателя более мягкий температурный режим. Ему не требуется специальное охлаждение (кроме холодильника). Давление подаваемого пара нарастает не так резко, как при вспышке топливно-воздушной смеси в ДВС. Отсюда большой ресурс, надёжность и долговечность. Обороты паровой машины обычно позволяют работать напрямую на гребной вал, без редуктора. Иногда обороты машины и винта регулировали давлением пара. Паровой двигатель отлично работает на низких оборотах. А, вот сейчас мы подошли к самому главному. Можно ли имея одну и ту же паровую машину, получить из нее большую мощность?
Регулировка мощности паровой машины идет дросселированием пара. Больше пара- больше мощность. При избытке мощности паровой машины над потребляемой регулятор прикрывает дроссельную заслонку, уменьшая подачу пара в машину, снижая этим ее мощность. Может, увеличить давление пара, производимого котлами, и поставить больше котлов ? (давление растет, растет и расход пара)
Не получится. Машина просто выйдет из оптимального режима. Она просто не сможет "пережевать" избыточное количество пара (забегая наперед, именно такая ситуация сложилась на некоторых наших крейсерах. Точно так же, как в двигателе внутреннего сгорания, слишком многое зависит от объема двигателя. А «турбонаддув» здесь не поставишь.
Почему мы ставим вопрос именно так? Потому, что в силу очень динамичного развития техники, корабли очень быстро устаревали.
Крейсера типа «Диана» (к ним относились еще «Аврора» и «Паллада») были очень красивыми «богинями», но, к сожалению, они достаточно быстро вышли из «тренда». Это не означает, что они были полностью бесполезны, но к 1905 году сфера их применения была уже ограничена. В чем дело?
В русском военном флоте относились к категории «средний крейсер фрегатского ранга» (потом крейсер 1 ранга). Все русские крейсера, вплоть до русско-японской войны воплощали идею самостоятельного рейдера-одиночки. Рейдера-одиночки… где? Дальность плавания 3 тыс. миль. Для сравнения, у «Громобоя» он был 8 тысяч (правда, только теоретически).
Если использовать его в качестве рейдера, то он должен был иметь скорость, при которой он бы легко убегал от броненосцев. Пока броненосцы имели 15-16 узлов, 20 узлов были нормальной скоростью, позволявшей уйти от броненосца. Потом появились броненосцы со скоростью 18 узлов, и 20 узлов стало мало. Крейсера резко «устарели». Правда, есть и другое мнение (спорить не буду).
Крейсера в русско-японской использовали совсем не так, как планировали. Кроме Владивостокского отряда они не работали рейдерами (собственно, крейсерами) Их собирали в «стаи». Как некую «подмогу броненосцам», пытались использовать их в боях между собой. Для этого скорость была оптимальной. Но, при этом, крейсера делали все, что угодно, но не то, что планировалось при их разработке.
Есть еще одна «альтернативная версия» о том, что «предком» этих крейсеров был крейсер «Светлана». Тоже… достаточно странное мнение. Еще одна версия, что «прототипом для которого послужил наиболее совершенный на тот момент английский крейсер "Talbot" (водоизмещение 5600 т, вооружение - одиннадцать 152-мм, девять 76-мм и семь 47-мм орудий)». Господа, изначально. Вооружение этой серии было: 5 — 152-мм, 6 — 120-мм, 8 — 76-мм, 6 — 47-мм. Это чуть более легкий крейсер, меньшего водоизмещения. (Ну, кстати, первой в английской серии, действительно, шла «Diana»)
Давайте посмотрим реальную историю крейсера «Паллада». Строительство наших крейсеров осуществлялось в рамках судостроительной программы, 1895 года, принятой за два года до начала строительства и направленной на усиление Балтийского флота. Два года наши адмиралы думали, как в 5,6 тыс. т. втиснуть 2 восьмидюймовки, 12 шестидюймовок, и массу малокалиберных орудий. Именно такое вооружение хотели разместить изначально. Естественно, не вышло. И водоизмещение подросло, и от восьмидюймовок с длиной ствола в 40 калибров пришлось отказаться.
Еще раз: это крейсера для Балтийского моря (отсюда и «радиус действия», в смысле, дальность плавания).
Весной 1896 г. МТК утверждает спецификацию бронепалубного крейсера водоизмещением 6630 т. Но еще за год до этого, в июне 1 895 г., в Морском министерстве принимается решение строить крейсер не на Балтийском заводе, а в эллинге Галерного островка. Через полгода здесь решили закладывать уже два крейсера.
В начале июня 1896 г. последовало предписание - заложить в Новом Адмиралтействе третий крейсер. 23 мая 1897 г. в Санкт-Петербурге состоялись торжества по случаю закладки трех бронепалубных крейсеров: на Галерном островке - "Паллады" (головной корабль) и "Дианы"; в "Новом Адмиралтействе" - "Авроры". (Эти корабли принято называть по имени не первого, а второго корабля серии - типа "Диана").
Сталь для "Паллады" поступала с Александровского сталелитейного завода в Санкт-Петербурге. Палубную броню (для карапасной палубы) заказали во Франции на заводе "Шатильон-Комантри", а штевни и кронштейны гребных валов – заводу Пульмана. Какому? Пишут, что «известному вагоностроительному», в чем я как-то не очень уверен. Обычно бронзовые штевни лил завод братьев Пульман, который располагался между 23-й и 24-й линиями Васильевского острова, на территории между Большим проспектом и улицей Масляный канал. (Это потом он был выкуплен фирмой Сименс Гальске, а потом стал «Электроприбором»). После длительной переписки между ГУКиС, Петербургским портом и заводом Пульмана 3 января 1897 г. были подписаны контракт и технические условия на отливку штевней, рулевых рам, кронштейнов и башмаков для всех трех крейсеров. Я. С. Пульман обязался приступить к отливке изделий «немедленно но получении от порта моделей и доставить их водою на казенной барже в законченном виде к постройке корпусов в следующие сроки: 3— 5 месяцев для головного крейсера («Паллада») и 7 — 12 месяцев для третьего — типа «Диана». Этому же заводу был выдан заказ на изготовление из прокатной морской бронзы болтов (по 19600 штук на каждый крейсер) для крепления к стальному корпусу сплошной подводной деревянной обшивки из 101,6-мм тиковых брусьев.
Традиционный «перегруз» возник из-за того, что начались новые «навороты», не учтенные в спецификации Заказчика (МТК) «Как это два прожектора? Этого мало!», «Лампочек тоже нужно больше!», «О, а мы радиостанцию не учли! Без нее нельзя!». «Как не учли приборы управления огнем?! Они нужны! Мы не знаем, сколько они будут весить, вы же умные люди, вы сами должны знать!» и.т.д.
Достаточно интересны способы «экономии». Отказались от орудийных щитов (экономия всего 9,5 тонн). Очень спорное решение. Мало. Далее идет еще более спорное решение: отказ от части артиллерии. Вы думаете. что отказались от массы Гочкисовской мелочевки? Не тут-то было. Сократили количество шестидюймовок (до 8 шт.).
Артиллерийское вооружение каждого корабля состояло из восьми 152-мм орудий Канэ, двадцати 75-мм орудий, восьми установленных на марсе и мостиках одноствольных 37-мм пушек Гочкиса, двух десантных 63,5-мм пушек Барановского. Вооружили крейсеры и тремя торпедными аппаратами.
Потом МТК принимает еще более парадоксальное решение: снизить нормальный запас угля до 800 т, провизию рассчитывать исходя из меньшей (75-суточной) потребности экипажа, т.е. «режет» дальность плавания.
Котлы системы Бельвиля (рабочее давление 17,2 атм) размещались в трех котельных отделениях: по восемь котлов - в носовом и кормовом, шесть - в среднем. Уголь загружали в 24 ямы (12 нижних и над ними 1 2 верхних), находившихся в межбортовом пространстве у котельных отделений, а также в расположенные между броневой и батарейной палубами в районе машинных отделений восемь угольных ям для запасного топлива. Нормальный запас угля составлял 800 т, полный - 972 т. Но при этом, 127 тонн приходилось таскать в мешках через верхнюю палубу (к погрузке и подаче угля мы обратимся отдельно). Можно было взять до 1097т., но там все становилось еще сложнее: мешки нужно было поднимать через горловину, и тащить через верхнюю палубу.
Три паровые трехцилиндровые машины тройного расширения собранных Обществом Франко-Русских заводов, имели мощность 3870 сил каждая. «Общество» , изначально имело очень пестрый состав акционеров. Обычно, когда говорят о нем, имеют в виду бывший «Завод Берда», но там все чуть сложнее (это отдельная, экономическая тема)
В общем, три машины «Паллады» (точно так же как и у «Дианы») суммарной проектной мощностью 11 610 л. с. (частота вращения валов 135 об/мин) приводили в движение три трехлопастных гребных винта, диаметром около 4 метров. Боковые чуть больше (4,09 м.). Средний винт был чуть меньше (4,05 м). Средний винт имел левое вращение, крайние винты вращались «внутрь»: правый — влево; левый — вправо.
Мало того, что адмиралы два года спорили, так еще и строили очень долго. Стапельный период постройки продолжался более трех лет. Спуск "Паллады" состоялся 14 августа, а "Дианы" - 30 сентября 1899 г. В апреле 1900 г. Главный морской штаб (ГМШ) включает "Палладу" в состав отряда кораблей, назначенных к испытаниям, но, как оказалось, поспешно. Лишь через полтора года - 19 сентября "Паллада" и 10 октября 1901 г. "Диана" - корабли сумели выйти в море на испытания.
Три главные паровые машины "Паллады" в ходе шестичасового сдаточного испытания развили суммарную мощность 13 100 л. с., "Дианы" - 12 200 л. с., и это в условиях периодически возникавших неполадок в работе котельных установок. Но оба корабля, превысив проектную мощность машин, так и не смогли достичь проектных 20 уз: наибольшая скорость "Паллады" при водоизмещении 6722 т составляла 19,1 7 уз, "Диана" (6657 т) достигла лишь 19 уз. Почему? Три винта, диаметром чуть более 4 метров не смогли обеспечить нужный упор. Механическое «сложение» упора трех винтов оказалось весьма далеко от реальных цифр. (О винтах мы тоже поговорим отдельно). Поэтому, продолжение следует…
