In het laatste artikel hebben we de problemen onderzocht met betrekking tot de installatie van Nikloss-ketels op de Varyag - het grootste deel van de internetgevechten rond de krachtcentrale van de cruiser zijn gewijd aan deze eenheden. Maar het is vreemd dat, door zo'n groot belang te hechten aan de ketels, de overgrote meerderheid van degenen die in dit onderwerp geïnteresseerd zijn, de stoommachines van de kruiser volledig over het hoofd zien. Ondertussen zijn er een groot aantal problemen die tijdens de werking van de "Varyag" zijn geïdentificeerd, ermee verbonden. Maar om dit alles te begrijpen, is het noodzakelijk om eerst de herinnering aan het ontwerp van scheepsstoommachines aan het einde van de vorige eeuw op te frissen.
In feite is het werkingsprincipe van een stoommachine vrij eenvoudig. Er is een cilinder (meestal verticaal geplaatst op scheepsmachines), waarin zich een zuiger bevindt die op en neer kan bewegen. Stel dat de zuiger zich bovenaan de cilinder bevindt - dan wordt stoom onder druk toegevoerd aan het gat tussen de zuiger en de bovenklep van de cilinder. De stoom zet uit, duwt de zuiger naar beneden en bereikt zo het onderste punt. Daarna wordt het proces "precies het tegenovergestelde" herhaald - het bovenste gat wordt gesloten en er wordt nu stoom aan het onderste gat toegevoerd. Tegelijkertijd opent de stoomuitlaat aan de andere kant van de cilinder, en terwijl de stoom de zuiger van onder naar boven duwt, wordt de verbruikte stoom in het bovenste deel van de cilinder verplaatst naar de stoomuitlaat (de beweging van de uitlaatstoom in het diagram wordt aangegeven door de gestippelde blauwe pijl).
Zo zorgt de stoommachine voor de heen en weer gaande beweging van de zuiger, maar om deze om te zetten in rotatie van de schroefas, wordt een speciaal apparaat genaamd het krukmechanisme gebruikt, waarbij de krukas een belangrijke rol speelt.
Het is duidelijk dat, om de werking van de stoommachine te verzekeren, lagers uiterst noodzakelijk zijn, waardoor zowel de werking van het krukmechanisme (overdracht van beweging van de zuiger naar de krukas) als de bevestiging van de roterende krukas worden uitgevoerd.
Het moet ook gezegd worden dat tegen de tijd dat de Varyag werd ontworpen en gebouwd, de hele wereld bij de bouw van oorlogsschepen al lang was overgestapt op stoommachines met drievoudige expansie. Het idee van zo'n machine is ontstaan omdat de stoom die in de cilinder wordt gebruikt (zoals weergegeven in het bovenste diagram) zijn energie helemaal niet volledig verloor en opnieuw kon worden gebruikt. Daarom deden ze dit - eerst kwam verse stoom de hogedrukcilinder (HPC) binnen, maar na voltooiing van zijn werk werd het niet terug in de ketels "gegooid", maar ging het de volgende cilinder in (middelhoge druk of HPC) en opnieuw duwde de zuiger erin. Natuurlijk nam de druk van de stoom die de tweede cilinder binnenkwam af, daarom moest de cilinder zelf worden gemaakt met een grotere diameter dan de HPC. Maar dat was niet alles - de stoom die in de tweede cilinder (LPC) was uitgekomen, ging de derde cilinder binnen, de lagedrukcilinder (LPC) genoemd, en zette zijn werk daar al voort.
Het spreekt voor zich dat de lagedrukcilinder een maximale diameter moest hebben in vergelijking met de rest van de cilinders. De ontwerpers deden het makkelijker: de LPC bleek te groot, dus in plaats van één LPC maakten ze er twee en werden de machines viercilinders. Tegelijkertijd werd er toch gelijktijdig stoom aan beide lagedrukcilinders geleverd, dat wil zeggen, ondanks de aanwezigheid van vier "expansie" -cilinders, bleven er drie over.
Deze korte beschrijving is voldoende om te begrijpen wat er mis was met de stoommachines van de Varyag-kruiser. En "fout" met hen, er was helaas zoveel dat de auteur van dit artikel het moeilijk vindt om precies te weten waar te beginnen. Hieronder beschrijven we de belangrijkste fouten die zijn gemaakt bij het ontwerp van de stoommachines van de cruiser, en we zullen proberen uit te zoeken wie er uiteindelijk de schuld van had.
Probleem #1 was dus dat het ontwerp van de stoommachine uiteraard geen buigspanningen tolereert. Met andere woorden, goede prestaties waren alleen te verwachten als de stoommachine volledig waterpas stond. Als deze basis plotseling begint te buigen, ontstaat er een extra belasting op de krukas, die over bijna de gehele lengte van de stoommachine loopt - deze begint te buigen, de lagers die hem vasthouden verslechteren snel, er verschijnt speling en de krukas wordt verplaatst, daarom lijden de kruklagers al - drijfstangmechanisme en zelfs cilinderzuigers. Om dit te voorkomen moet de stoommachine op een stevige ondergrond worden geplaatst, maar bij de Varyag is dit niet gebeurd. Zijn stoommachines hadden slechts een zeer lichte fundering en waren in feite direct aan de scheepsromp bevestigd. En het lichaam, zoals u weet, "ademt" op de zeegolf, dat wil zeggen, het buigt tijdens het rollen - en deze constante bochten leidden tot de kromming van de krukassen en het "losmaken" van de lagers van stoommachines.
Wie is verantwoordelijk voor deze ontwerpfout van de Varyag? Zonder twijfel zou de verantwoordelijkheid voor dit gebrek aan het schip moeten worden toegewezen aan de ingenieurs van de firma C. Crump, maar … er zijn hier bepaalde nuances.
Het feit is dat een dergelijk ontwerp van stoommachines (toen die zonder een stijve fundering op de scheepsromp werden geïnstalleerd) algemeen werd aanvaard - noch Askold noch Bogatyr hadden een stijve fundering, maar de stoommachines werkten er feilloos op. Waarom?
Het is duidelijk dat de vervorming van de krukas des te groter zal zijn, hoe groter de lengte, dat wil zeggen, hoe langer de lengte van de stoommachine zelf. De Varyag had twee stoommachines, terwijl de Askold er drie had. Door hun ontwerp waren de laatste ook viercilinder stoommachines met drievoudige expansie, maar vanwege hun aanzienlijk lagere vermogen hadden ze een aanzienlijk kortere lengte. Vanwege dit effect bleek de lichaamsafbuiging op de Askold-machines veel zwakker - ja, dat waren ze, maar laten we zeggen "binnen redelijke grenzen" en leidden niet tot vervormingen die de stoommachines zouden uitschakelen.
Inderdaad, oorspronkelijk werd aangenomen dat het totale vermogen van de Varyag-machines respectievelijk 18.000 pk zou zijn, het vermogen van één machine was 9.000 pk. Maar later maakte Ch. Crump een zeer moeilijk uit te leggen fout, namelijk dat hij het vermogen van stoommachines opvoerde tot 20.000 pk. Bronnen verklaren dit meestal door het feit dat Ch. Crump ervoor ging vanwege de weigering van de MTK om geforceerde blast te gebruiken tijdens de tests van de kruiser. Het zou logisch zijn als Ch. Crump, gelijktijdig met de toename van het vermogen van de machines, ook de productiviteit van de ketels in het Varyag-project zou verhogen tot dezelfde 20.000 pk, maar zoiets gebeurde niet. De enige reden voor een dergelijke daad zou de hoop kunnen zijn dat de ketels van de cruiser de capaciteit zullen overschrijden die door het project is vastgesteld, maar hoe zou dit kunnen worden gedaan zonder ze te forceren?
Hier al een van twee dingen - of Ch. Crump hoopte nog steeds aan te dringen op testen bij het forceren van de ketels en vreesde dat de machines hun toegenomen vermogen niet zouden "rekken", of om een onduidelijke reden geloofde hij dat de ketels van de Varyag en zonder forceren wordt een vermogen van 20.000 pk bereikt. In ieder geval zijn de berekeningen van Ch. Crump bleek het bij het verkeerde eind te hebben, maar dit leidde ertoe dat elke cruiser-machine een vermogen van 10.000 pk had. Naast de natuurlijke massatoename namen natuurlijk ook de afmetingen van de stoommachines toe (de lengte bereikte 13 m), terwijl de drie Askold-machines, die 19.000 pk moesten gaan leveren. nominaal vermogen, mag slechts 6 333 pk hebben. elk (helaas, hun lengte is helaas onbekend bij de auteur).
Maar hoe zit het met "Bogatyr"? Het was tenslotte, net als de Varyag, met twee assen en elk van zijn auto's had bijna hetzelfde vermogen - 9.750 pk. tegen 10.000 pk, wat betekent dat hij vergelijkbare geometrische afmetingen had. Maar er moet worden opgemerkt dat de romp van de Bogatyr iets breder was dan die van de Varyag, een iets lagere lengte/breedte-verhouding had en over het geheel genomen stijver leek en minder vatbaar voor doorbuiging dan de romp van de Varyag. Bovendien is het mogelijk dat de Duitsers de fundering versterkten ten opzichte van die waarop de stoommachines van de Varyag stonden, dat wil zeggen, als het niet vergelijkbaar was met die welke door modernere schepen werden ontvangen, bood het nog steeds een betere sterkte dan de fundamenten van de Varyag. Deze vraag kan echter alleen worden beantwoord na een gedetailleerde studie van de blauwdrukken van beide kruisers.
De schuld van de ingenieurs van het bedrijf Crump was dus niet dat ze een zwakke basis hadden gelegd voor de Varyag-machines (zoals de rest van de scheepsbouwers blijkbaar deden), maar dat ze de noodzaak niet zagen en zich niet realiseerden om de inflexibiliteit »Machines met een sterker lichaam of een overgang naar een drieschroefsschema te garanderen. Het feit dat een soortgelijk probleem in Duitsland met succes is opgelost, en niet alleen door de zeer ervaren Vulcanus, die de Bogatyr bouwde, maar ook door de tweederangs en geen ervaring met het bouwen van grote oorlogsschepen naar eigen ontwerp van Duitsland, getuigt van verre van in het voordeel van de Amerikaanse constructeurs. Eerlijkheidshalve moet worden opgemerkt dat MTK dit moment ook niet onder controle had, maar het moet duidelijk zijn dat niemand hem de taak heeft gegeven om elke niesbui van de Amerikanen te controleren, en dit was niet mogelijk.
Maar helaas, dit is slechts het eerste en misschien niet eens het belangrijkste nadeel van de stoommachines van de nieuwste Russische kruiser.
Probleem nr. 2, dat blijkbaar het belangrijkste was, was het gebrekkige ontwerp van de Varyag-stoommachines, die waren geoptimaliseerd voor de hoge snelheid van het schip. Met andere woorden, de machines werkten goed bij bijna maximale stoomdruk, anders begonnen de problemen. Het feit is dat wanneer de stoomdruk onder 15,4 atmosfeer daalt, de lagedrukcilinders hun functie niet meer uitoefenen - de energie van de stoom die erin kwam was niet genoeg om de zuiger in de cilinder te drijven. Dienovereenkomstig begon bij economische bewegingen de "kar het paard te rijden" - de lagedrukcilinders, in plaats van te helpen de krukas te draaien, werden er zelf door in beweging gebracht. Dat wil zeggen, de krukas ontving energie van de hoge- en middendrukcilinders en besteedde deze niet alleen aan de rotatie van de schroef, maar ook aan het verzekeren van de beweging van de zuigers in twee lagedrukcilinders. Het moet duidelijk zijn dat het ontwerp van het krukmechanisme is ontworpen voor het feit dat het de cilinder was die de krukas door de zuiger en de schuif zou aandrijven, maar niet andersom: als gevolg van zo'n onverwachte en niet- triviaal gebruik van de krukas, ondervond het extra spanningen waarin het ontwerp niet voorzien was, wat ook leidde tot het falen van de lagers die het vasthielden.
In feite was hier misschien geen specifiek probleem in, maar alleen onder één voorwaarde - als het ontwerp van de machines voorzag in een mechanisme dat de krukas loskoppelt van de lagedrukcilinders. Toen, in alle gevallen van werking bij een lagere stoomdruk dan de ingestelde, was het voldoende om "op de knop te drukken" - en de LPC stopte met het laden van de krukas, maar dergelijke mechanismen waren niet voorzien door het ontwerp van de "Varyag "machines.
Vervolgens heeft ingenieur I. I. Gippius, die toezicht hield op de montage en afstelling van vernietigermechanismen in Port Arthur, voerde in 1903 een gedetailleerd onderzoek uit van de Varyag-machines en schreef een heel onderzoekspaper op basis van de resultaten, waarin het volgende werd vermeld:
“Hier is de gok dat de fabriek in Crump, die haast had om de kruiser af te leveren, geen tijd had om de stoomverdeling aan te passen; de machine raakte snel overstuur en op het schip begonnen ze natuurlijk de onderdelen te repareren die meer dan andere leden op het gebied van verwarming, kloppen, zonder de oorzaak weg te nemen. Over het algemeen is het ongetwijfeld een uiterst moeilijke, zo niet onmogelijke taak om een voertuig dat aanvankelijk defect was vanaf de fabriek per schip recht te zetten."
Het is duidelijk dat Ch. Crump volledig verantwoordelijk is voor deze tekortkoming van de Varyag-centrale.
Probleem nummer 3 was op zich niet bijzonder ernstig, maar gaf in combinatie met bovenstaande fouten een "cumulatief effect". Het feit is dat de ontwerpers bij het ontwerpen van stoommachines enige tijd geen rekening hebben gehouden met de traagheid van hun mechanismen, waardoor deze voortdurend werden blootgesteld aan overmatige stress. Tegen de tijd dat de Varyag werd gemaakt, was de theorie van het balanceren van de traagheidskrachten van machines echter bestudeerd en overal verspreid. Natuurlijk vereiste de toepassing ervan aanvullende berekeningen van de fabrikant van de stoommachine en zorgde voor bepaalde problemen voor hem, wat betekent dat de kosten van het werk als geheel toenamen. Dus MTC gaf in zijn vereisten helaas niet de verplichte toepassing van deze theorie bij het ontwerp van stoommachines aan, en Ch. Crump besloot blijkbaar hierop te besparen (het is moeilijk voor te stellen dat hij zelf, en geen van zijn ingenieurs hebben hier iets over, ze kenden de theorie niet). In het algemeen, hetzij onder invloed van hebzucht, hetzij vanwege banale incompetentie, maar de bepalingen van deze theorie bij het maken van de Varyag-machines (en trouwens de Retvizan) werden genegeerd, waardoor de krachten van traagheid "zeer ongunstige" (volgens I. I. Gippius) actie op de cilinders van gemiddelde en lage druk, wat bijdraagt aan de verstoring van de normale werking van machines. Onder normale omstandigheden (als de stoommachine was voorzien van een betrouwbaar fundament en er waren geen problemen met de stoomverdeling) zou dit niet tot storingen leiden, en dus …
De schuld voor dit gebrek aan stoommachines "Varyag" moet hoogstwaarschijnlijk worden gelegd bij zowel Ch. Crump als de MTK, die de vage bewoordingen van het bevel toestonden.
Probleem #4 was het gebruik van een heel specifiek materiaal in lagers voor stoommachines. Voor dit doel werden fosfor- en mangaanbrons gebruikt, die, voor zover de auteur weet, niet veel werden gebruikt in de scheepsbouw. Als gevolg hiervan gebeurde het volgende: om de bovengenoemde redenen faalden de lagers van de "Varyag" -machines snel. Ze moesten worden gerepareerd of vervangen door wat voorhanden was in Port Arthur, en helaas waren er geen dergelijke geneugten. Als gevolg hiervan ontstond een situatie waarin de stoommachine werkte met lagers gemaakt van materialen van totaal verschillende kwaliteiten - voortijdige slijtage van sommige veroorzaakte extra spanningen in andere, en dit alles droeg ook bij aan de verstoring van de normale werking van de machines.
Strikt genomen is dit misschien het enige probleem waarvan het 'auteurschap' niet kan worden vastgesteld. Het feit dat de leveranciers van Ch. Crump voor dergelijk materiaal kozen, kon op geen enkele manier een negatieve reactie van iemand veroorzaken - hier stonden ze volledig op zichzelf. Het lag duidelijk buiten de menselijke mogelijkheden om de catastrofale toestand van de Varyag-krachtcentrale aan te nemen, de oorzaken ervan te voorzien en Port Arthur van de benodigde materialen te voorzien, en het was nauwelijks mogelijk om de benodigde soorten brons te leveren "voor het geval" daar, gezien de enorme hoeveelheid van alle materialen voor het squadron waarvan de behoefte zeker bekend was, maar waaraan niet kon worden voldaan. Geef je de mechanische ingenieurs de schuld die de Varyag-machines hebben gerepareerd? Het is onwaarschijnlijk dat ze de nodige documentatie hadden waarmee ze de gevolgen van hun reparaties konden overzien, en zelfs als ze ervan wisten, wat zouden ze kunnen veranderen? Ze hadden nog steeds geen andere opties.
Samenvattend onze analyse van de krachtcentrale van de kruiser "Varyag", moeten we stellen dat de tekortkomingen en ontwerpfouten van stoommachines en ketels "prachtig" elkaar aanvulden. Je krijgt de indruk dat de ketels en stoommachines van Nikloss een sabotagepact sloten tegen de kruiser waarop ze waren geïnstalleerd. Het gevaar van ketelongevallen dwong de bemanning om een verlaagde stoomdruk (niet meer dan 14 atmosfeer) tot stand te brengen, maar dit schiep omstandigheden waaronder de stoommachines van de Varyag snel onbruikbaar moesten worden en de scheepswerktuigkundigen er niets aan konden doen. We zullen echter later in meer detail ingaan op de gevolgen van de ontwerpbeslissingen van de Varyag-machines en -ketels, wanneer we de resultaten van hun werking analyseren. Daarna geven we de eindbeoordeling van de krachtcentrale van de cruiser.
