В начале 20-го столетия кораблестроение пережило революцию: пароходы, доминировавшие на водных путях веками, уступили место более продвинутым дизельным судам.
Этот прорыв произошел в России, где был разработан первый реверсивный дизельный двигатель для судов, а также построены первые теплоходы и подводные лодки. В этих инновациях ключевую роль сыграла известная российская компания «Товарищество братьев Нобель», которая быстро осознала потенциал изобретения Рудольфа Дизеля.
Эммануил Нобель, узнав о дизельном двигателе, незамедлительно начал переговоры о приобретении лицензии, поскольку двигатель мог функционировать на тяжелом топливе. В 1898 году Нобель приобрел чертежи 20-сильного дизеля за значительную сумму (около 500 тыс. рублей) и после доработки на заводе в Петербурге смог адаптировать его для работы на нефти.
Первый дизельный двигатель, работающий на нефти, был запущен в 1899 году, развивая мощность в 25 лошадиных сил и потребляя четверть килограмма нефти на лошадиную силу в час. Это было значительное достижение, но Нобель мечтал о создании дизельного двигателя для судов.
В то время многие инженеры были скептически настроены к дизелям как к судовым двигателям из-за их ограничений: отсутствия реверса, сложности запуска при определенных положениях поршня и проблем с регулировкой работы. Несмотря на эти недостатки, которые не имели значения для стационарных установок, паровые машины все еще имели преимущество перед дизелями. Однако элементарные расчеты убедили Нобеля в том, что дизельные двигатели имеют большое будущее в судоходстве.
Преимущество дизельного двигателя заключалось в его эффективности и экономичности. Дизели потребляли на 75% меньше топлива, чем паровые машины аналогичной мощности, что открывало новые горизонты для судоходства, включая значительное снижение веса топлива, что было критично как для коммерческого, так и для военного флота.
Сравнение парового судна и судна с дизельным двигателем показывало, что последнее могло нести на 75% меньше топлива для одинаковой дальности плавания, увеличивая таким образом грузоподъемность. Если же оба судна взяли бы одинаковое количество топлива, дизельное судно смогло бы преодолеть в четыре раза большее расстояние. Разница в дальности плавания становилась особенно заметной при увеличении расстояния: на рейсе в 10 тысяч миль судно с дизельным двигателем могло перевезти вдвое больше груза, чем паровое судно.
Это имело огромное значение для российского судоходства, так как позволяло преодолевать большие расстояния без дозаправки. К тому же, заправка теплохода нефтью была проще, чем загрузка угля в пароходы. Хотя уголь был дешевле, для Нобеля, владевшего нефтяными активами, это не имело значения. Несмотря на трудности, Нобель поручил своим инженерам разработать первый теплоход. Чтобы обеспечить маневренность судна, дизель соединили с гребным валом через специальную передачу, позволяющую менять направление и скорость вращения винта. В 1903 году на барже «Вандал» установили три дизеля по 120 л.с., которые работали в паре с электрогенераторами, обеспечивая энергией электродвигатели гребных винтов.
Система позволяла менять режим и направление вращения винтов, что было подтверждено успешными испытаниями. Однако система была дорогой и не самой эффективной с точки зрения энергопотребления.
В тот же период, Нобель приобрел права на двигательную систему Дель-Пропосто, которая усовершенствовала использование дизельных двигателей в морском флоте. Система работала таким образом, что во время движения вперед дизель напрямую соединялся с пропеллером, а электрическая передача использовалась только для заднего хода и маневрирования, что позволяло сократить энергетические потери.
В 1904 году нефтеналивное судно «Сармат» было оснащено по этой технологии: на нем установили два дизеля по 180 л.с. и два генератора. Дизели были связаны с генераторами и через муфту - с пропеллером, на котором находился электромотор.
В режиме движения вперед дизель приводил в действие пропеллер напрямую, а генератор и электромотор функционировали как маховики. При движении назад дизель запускал генератор, который подавал ток на электромотор, обеспечивая обратное вращение пропеллера.
Результаты эксплуатации «Сармата» продемонстрировали преимущества дизельных установок: расход нефти оказался в пять раз меньше, чем у аналогичных пароходов, работающих на нефти. Управление судном не ухудшилось, а технические испытания получили широкую известность.
Несмотря на это, отсутствие реверса ограничивало распространение дизельных судов до тех пор, пока в 1908 году не был создан реверсивный двигатель. В реверсивном двигателе были реализованы два ключевых элемента: механизм переключения распределения для переднего и заднего хода и устройство для запуска двигателя в любом положении коленчатого вала.
Механизм переключения был относительно прост в создании: на распределительном валу разместили две системы кулачков для разных направлений хода. Перемещение системы в одну сторону обеспечивало передний ход, в другую - задний. Реверсирование занимало 10-12 секунд. Запуск двигателя был более сложной задачей, но русские инженеры на заводе Нобеля успешно ее решили.
Эти дизельные двигатели были установлены не на теплоходе, а на подводной лодке «Минога», спущенной на воду в 1908 году, что сделало ее первой дизельной подводной лодкой в мире. Дизели на «Миноге» были трехцилиндровыми, и проблема выхода из мертвого хода была решена плавным переходом от работы на воздухе к работе на нефти.
Последовательность вспышек в цилиндрах позволяла коленчатому валу выходить из любого положения, а регулирование подачи нефти обеспечивало контроль над числом оборотов. Это решение позволило преодолеть все трудности в создании судового дизельного двигателя. Второй реверсивный двигатель был установлен на подводной лодке «Акула», после чего Нобель начал оснащать ими свои нефтеналивные суда.
После того как в России была доказана эффективность дизельных двигателей, они начали активно применяться в мировом судостроении. Изначально дизельные моторы устанавливались на маломерные суда, однако с началом 1910-х годов произошел значительный переворот в использовании дизелей.
В 1911 и 1912 годах в Германии и Англии началось строительство крупных теплоходов. В 1912 году датские верфи выпустили первый крупный товарно-пассажирский теплоход “Зеландия” с водоизмещением в 3200 тонн и грузоподъемностью в 7400 тонн. Его дебютное путешествие из Копенгагена в Лондон привлекло внимание всего мира. Анализ эксплуатационных расходов показал, что использование “Зеландии” позволяло экономить до 160 тысяч марок в год по сравнению с паровыми судами аналогичного размера, что стало решающим фактором для дальнейшего развития дизельного судоходства.
