Trong bài trước, chúng tôi đã xem xét các vấn đề liên quan đến việc lắp đặt các nồi hơi Nikloss trên tàu Varyag - phần lớn các trận chiến trên Internet xung quanh nhà máy điện của tàu tuần dương này là dành cho các đơn vị này. Nhưng thật kỳ lạ rằng, coi trọng lò hơi như vậy, tuyệt đại đa số những người quan tâm đến chủ đề này lại hoàn toàn bỏ qua động cơ hơi nước của tàu tuần dương. Trong khi đó, một số lượng lớn các vấn đề được xác định trong quá trình vận hành "Varyag" có liên quan đến chúng. Nhưng để hiểu được tất cả những điều này, trước hết cần phải làm mới lại ký ức về thiết kế động cơ hơi nước của tàu thủy vào cuối thế kỷ trước.
Thực tế, nguyên lý hoạt động của máy hơi nước khá đơn giản. Có một xylanh (thường đặt thẳng đứng trên các máy tàu thủy), bên trong là một pít tông có khả năng chuyển động lên xuống. Giả sử piston ở trên cùng của xi lanh - sau đó hơi nước được cung cấp dưới áp suất đến lỗ giữa nó và nắp trên của xi lanh. Hơi nước nở ra, đẩy pít-tông đi xuống và do đó nó đạt đến điểm dưới cùng. Sau đó, quá trình được lặp lại "hoàn toàn ngược lại" - lỗ trên được đóng lại, và hơi nước bây giờ được cung cấp cho lỗ dưới. Đồng thời, lỗ thoát hơi nước mở ra ở phía bên kia của xi lanh, và trong khi hơi nước đẩy piston từ dưới lên trên, thì hơi đã tiêu ở phần trên của xi lanh được dịch chuyển vào lỗ thoát hơi (chuyển động của xả hơi trong sơ đồ được biểu thị bằng mũi tên chấm chấm màu xanh lam).
Như vậy, động cơ hơi nước cung cấp chuyển động tịnh tiến của piston, nhưng để chuyển nó thành chuyển động quay của trục vít me người ta sử dụng một thiết bị đặc biệt là cơ cấu tay quay, trong đó trục khuỷu đóng vai trò quan trọng.
Rõ ràng, để đảm bảo hoạt động của động cơ hơi nước thì ổ trục là vô cùng cần thiết, nhờ đó thực hiện được cả quá trình hoạt động của cơ cấu tay quay (truyền chuyển động từ piston sang trục khuỷu) và ăn chặt trục khuỷu đang quay.
Cũng phải nói thêm rằng vào thời điểm Varyag được thiết kế và chế tạo, cả thế giới chế tạo tàu chiến từ lâu đã chuyển sang dùng động cơ hơi nước giãn nở gấp ba lần. Ý tưởng về một chiếc máy như vậy nảy sinh bởi vì hơi nước sử dụng trong xi lanh (như trong sơ đồ trên) hoàn toàn không bị mất năng lượng và có thể được tái sử dụng. Do đó, họ đã làm như vậy - hơi nước tươi đầu tiên đi vào xi lanh áp suất cao (HPC), nhưng sau khi hoàn thành công việc của nó, nó không được "ném" trở lại lò hơi, mà đi vào xi lanh tiếp theo (áp suất trung bình, hoặc HPC) và một lần nữa. đã đẩy pít-tông trong đó. Tất nhiên, áp suất của hơi nước đi vào xi lanh thứ hai giảm, đó là lý do tại sao bản thân xi lanh phải được chế tạo với đường kính lớn hơn HPC. Nhưng đó không phải là tất cả - hơi nước đã hoạt động trong xi lanh thứ hai (LPC) đi vào xi lanh thứ ba, được gọi là xi lanh áp suất thấp (LPC), và tiếp tục công việc đã có trong đó.
Không cần phải nói rằng xi lanh áp suất thấp phải có đường kính lớn nhất so với các xi lanh còn lại. Các nhà thiết kế đã làm điều đó dễ dàng hơn: LPC hóa ra quá lớn, vì vậy thay vì một LPC, họ đã làm hai chiếc và những cỗ máy trở thành bốn xi-lanh. Đồng thời, hơi nước được cung cấp đồng thời cho cả hai xi lanh áp suất thấp, tức là, mặc dù có bốn xi lanh “giãn nở”, ba vẫn còn lại.
Mô tả ngắn gọn này khá đủ để hiểu những gì đã xảy ra với động cơ hơi nước của tàu tuần dương Varyag. Và "sai" với họ, than ôi, nhiều đến mức tác giả của bài viết này cảm thấy khó khăn để biết chính xác bắt đầu từ đâu. Dưới đây, chúng tôi mô tả những sai lầm chính đã mắc phải trong thiết kế động cơ hơi nước của tàu tuần dương và chúng tôi sẽ cố gắng tìm ra ai là nguyên nhân gây ra chúng.
Vì vậy, vấn đề số 1 là thiết kế của động cơ hơi nước rõ ràng là không chịu được ứng suất uốn. Nói cách khác, hiệu suất tốt chỉ có thể được mong đợi khi động cơ hơi nước hoàn toàn bằng phẳng. Nếu chân đế này đột nhiên bắt đầu bị uốn cong, thì điều này sẽ tạo ra một tải bổ sung lên trục khuỷu, chạy dọc gần như toàn bộ chiều dài của động cơ hơi nước - nó bắt đầu bị uốn cong, các ổ trục giữ nó nhanh chóng bị hư hỏng, phát hiện và trục khuỷu bị dịch chuyển, đó là lý do tại sao các vòng bi tay quay đã bị ảnh hưởng - cơ cấu thanh kết nối và thậm chí cả các piston xi lanh. Để ngăn điều này xảy ra, động cơ hơi nước phải được lắp đặt trên nền vững chắc, nhưng điều này đã không được thực hiện trên Varyag. Động cơ hơi nước của ông chỉ có một nền rất nhẹ và trên thực tế được gắn trực tiếp vào thân tàu. Và cơ thể, như bạn biết, "thở" trên sóng biển, tức là nó uốn cong trong quá trình lăn - và những sự uốn cong liên tục này dẫn đến sự cong của trục khuỷu và "nới lỏng" vòng bi của động cơ hơi nước.
Ai là người chịu trách nhiệm cho lỗi thiết kế này của Varyag? Không nghi ngờ gì nữa, trách nhiệm về việc thiếu con tàu này nên được giao cho các kỹ sư của công ty C. Crump, nhưng … có một số sắc thái ở đây.
Thực tế là thiết kế động cơ hơi nước như vậy (khi những động cơ không có nền cứng được lắp đặt trên thân tàu) thường được chấp nhận - cả Askold và Bogatyr đều không có nền tảng vững chắc, nhưng động cơ hơi nước hoạt động hoàn hảo trên chúng. Tại sao?
Rõ ràng, sự biến dạng của trục khuỷu sẽ càng nhiều, chiều dài của nó càng lớn, tức là chiều dài của bản thân động cơ hơi nước càng dài. Varyag có hai động cơ hơi nước, trong khi Askold có ba động cơ. Theo thiết kế, loại động cơ sau cũng là động cơ hơi nước bốn xi-lanh, ba xi-lanh, nhưng do công suất thấp hơn đáng kể nên chúng có chiều dài ngắn hơn đáng kể. Do tác động này, độ võng của cơ thể trên máy Askold hóa ra yếu hơn nhiều - vâng, chúng đã xảy ra, nhưng, giả sử là "trong lý do" và không dẫn đến biến dạng làm vô hiệu hóa động cơ hơi nước.
Thật vậy, ban đầu người ta cho rằng tổng công suất của các cỗ máy Varyag tương ứng là 18.000 mã lực, công suất của một cỗ máy là 9.000 mã lực. Nhưng sau này Ch. Crump đã mắc một sai lầm rất khó giải thích, đó là ông đã tăng công suất của động cơ hơi nước lên 20.000 mã lực. Các nguồn tin thường giải thích điều này bằng việc Ch. Crump đã sử dụng nó vì MTK từ chối sử dụng vụ nổ cưỡng bức trong các cuộc thử nghiệm của tàu tuần dương. Sẽ là hợp lý nếu Ch. Crump, đồng thời với việc tăng công suất của máy móc, cũng tăng năng suất của các lò hơi trong dự án Varyag lên cùng 20.000 mã lực, nhưng không có điều gì tương tự xảy ra. Lý do duy nhất cho một hành động như vậy có thể là hy vọng rằng các nồi hơi của tàu tuần dương sẽ vượt quá công suất được thiết lập bởi dự án, nhưng làm thế nào điều này có thể được thực hiện mà không cần đến sự ép buộc của chúng?
Ở đây đã có một trong hai điều - hoặc Ch. Crump vẫn hy vọng sẽ kiên quyết thử nghiệm khi buộc các lò hơi và sợ rằng máy móc sẽ không "kéo dài" công suất gia tăng của chúng, hoặc vì một số lý do không rõ ràng, ông tin rằng các lò hơi của Varyag và mà không cần ép buộc, sức mạnh 20.000 mã lực sẽ đạt được. Trong mọi trường hợp, các tính toán của Ch. Crump hóa ra đã nhầm, nhưng điều này dẫn đến thực tế là mỗi cỗ máy tuần dương có công suất 10.000 mã lực. Tất nhiên, ngoài sự gia tăng tự nhiên về khối lượng, kích thước của các động cơ hơi nước cũng tăng lên (chiều dài đạt 13 m), trong khi ba máy Askold, được cho là có công suất 19.000 mã lực. công suất định mức, chỉ nên có 6 333 mã lực. mỗi cái (than ôi, độ dài của chúng, thật không may, tác giả không biết).
Nhưng còn "Bogatyr"? Rốt cuộc, nó cũng giống như Varyag, hai trục và mỗi chiếc xe của nó có công suất gần như giống nhau - 9.750 mã lực. chống lại 10.000 mã lực, có nghĩa là nó có kích thước hình học tương tự. Nhưng cần lưu ý rằng thân tàu của Bogatyr có phần rộng hơn so với tàu Varyag, có tỷ lệ chiều dài / chiều rộng thấp hơn một chút và nhìn chung, có vẻ cứng hơn và ít bị lệch hơn so với thân tàu của Varyag. Ngoài ra, có thể người Đức đã củng cố nền tảng so với nền tảng mà động cơ hơi nước của tàu Varyag đứng, nghĩa là, nếu nó không giống với những động cơ được sử dụng bởi các tàu hiện đại hơn, nó vẫn cung cấp sức mạnh tốt hơn nền tảng của Varyag. Tuy nhiên, câu hỏi này chỉ có thể được trả lời sau khi nghiên cứu chi tiết bản thiết kế của cả hai tàu tuần dương.
Như vậy, lỗi của các kỹ sư của công ty Crump không phải là họ đã đặt nền móng yếu cho máy Varyag (có vẻ như những người đóng tàu còn lại), mà là họ không nhìn thấy và không nhận ra sự cần thiết. để đảm bảo tính không linh hoạt» Máy có thân máy chắc chắn hơn hoặc chuyển sang sơ đồ ba vít. Thực tế là một vấn đề tương tự đã được giải quyết thành công ở Đức, và không chỉ bởi Vulcan cực kỳ giàu kinh nghiệm, người đã chế tạo Bogatyr, mà còn bởi người hạng hai và không có kinh nghiệm đóng tàu chiến lớn theo thiết kế riêng của Đức, làm chứng không có lợi cho các nhà xây dựng Mỹ. Tuy nhiên, công bằng mà nói, MTK cũng không kiểm soát được khoảnh khắc này, nhưng cần hiểu rằng không ai đặt ra nhiệm vụ cho anh ta là phải theo dõi từng cái hắt hơi của người Mỹ, và điều này là không thể.
Nhưng than ôi, đây chỉ là nhược điểm đầu tiên và thậm chí có lẽ không phải là nhược điểm đáng kể nhất của động cơ hơi nước trên tàu tuần dương mới nhất của Nga.
Vấn đề số 2, rõ ràng là vấn đề chính, là thiết kế sai sót của động cơ hơi nước Varyag, được tối ưu hóa cho tốc độ cao của con tàu. Nói cách khác, máy móc hoạt động tốt ở gần áp suất hơi nước tối đa, nếu không thì các vấn đề bắt đầu xảy ra. Thực tế là khi áp suất hơi nước giảm xuống dưới 15,4 atm, các xi lanh áp suất thấp sẽ ngừng thực hiện chức năng của chúng - năng lượng của hơi nước đi vào chúng không đủ để dẫn động piston trong xi lanh. Theo đó, trong các động thái kinh tế, “xe ngựa bắt đầu thúc ngựa” - các xi lanh áp suất thấp, thay vì giúp quay trục khuỷu, lại tự nó chuyển động. Nghĩa là, trục khuỷu nhận năng lượng từ các xi lanh áp suất cao và trung bình, và nó không chỉ chi cho chuyển động quay của trục vít mà còn để đảm bảo chuyển động của các piston trong hai xi lanh áp suất thấp. Cần phải hiểu rằng thiết kế của cơ cấu tay quay được thiết kế vì thực tế là xi lanh sẽ dẫn động trục khuỷu qua piston và thanh trượt, chứ không phải ngược lại: do kết quả của một sự bất ngờ và không việc sử dụng trục khuỷu không bình thường, nó phải chịu thêm ứng suất không được cung cấp bởi thiết kế của nó, điều này cũng dẫn đến hỏng các ổ trục giữ nó.
Trên thực tế, có thể không có vấn đề cụ thể nào xảy ra trong điều này, mà chỉ trong một điều kiện - nếu thiết kế của máy móc cung cấp cơ cấu ngắt trục khuỷu khỏi các xi lanh áp suất thấp. Sau đó, trong mọi trường hợp vận hành ở áp suất hơi thấp hơn áp suất đã đặt, chỉ cần "nhấn nút" là đủ - và LPC ngừng nạp trục khuỷu, tuy nhiên, các cơ chế như vậy không được cung cấp bởi thiết kế của "Varyag "máy móc.
Sau đó, kỹ sư I. I. Gippius, người giám sát việc lắp ráp và điều chỉnh các cơ cấu của tàu khu trục ở Port Arthur, đã tiến hành kiểm tra chi tiết các cỗ máy Varyag vào năm 1903 và viết toàn bộ bài nghiên cứu dựa trên kết quả của nó, chỉ ra những điều sau:
“Ở đây phỏng đoán là nhà máy Crump vì vội vàng bàn giao chiếc tàu tuần dương nên đã không kịp điều chỉnh việc phân phối hơi nước; máy nhanh chóng bị hỏng, và trên tàu, tự nhiên, họ bắt đầu sửa chữa các bộ phận chịu nhiều tác động hơn những bộ phận khác về nóng, va đập, mà không loại trừ nguyên nhân gốc rễ. Nói chung, chắc chắn là một nhiệm vụ cực kỳ khó khăn, nếu không muốn nói là bất khả thi, đưa thẳng ra ngoài bằng tàu có nghĩa là phương tiện bị lỗi ban đầu từ nhà máy”.
Rõ ràng là Ch. Crump hoàn toàn phải chịu trách nhiệm về sự thiếu sót này của nhà máy điện Varyag.
Vấn đề số 3, tự nó không phải là đặc biệt nghiêm trọng, nhưng kết hợp với các lỗi trên đã tạo ra một "hiệu ứng tích lũy". Thực tế là trong một số trường hợp, khi thiết kế động cơ hơi nước, các nhà thiết kế đã không tính đến quán tính của các cơ cấu của chúng, kết quả là các cơ cấu này thường xuyên phải chịu áp lực quá mức. Tuy nhiên, vào thời điểm Varyag được tạo ra, lý thuyết cân bằng lực quán tính của máy móc đã được nghiên cứu và lan truyền khắp nơi. Tất nhiên, ứng dụng của nó đòi hỏi phải tính toán thêm từ nhà sản xuất động cơ hơi nước và tạo ra những khó khăn nhất định cho anh ta, đồng nghĩa với việc chi phí của công việc nói chung tăng lên. Vì vậy, MTC trong các yêu cầu của nó, thật không may, đã không chỉ ra việc áp dụng bắt buộc lý thuyết này trong thiết kế động cơ hơi nước, và Ch. Crump, rõ ràng, đã quyết định tiết kiệm điều này (thật khó để tưởng tượng rằng chính ông ấy, và không ai trong số ông ấy kỹ sư có bất cứ điều gì về điều này mà họ không biết lý thuyết). Nói chung, hoặc dưới ảnh hưởng của lòng tham, hoặc vì sự kém cỏi tầm thường, nhưng các quy định của lý thuyết này khi tạo ra các cỗ máy Varyag (và nhân tiện, Retvizan) đã bị bỏ qua, do đó các lực quán tính tạo ra. hành động "rất bất lợi" (theo I. I. Gippius) đối với các xi lanh có áp suất trung bình và thấp, góp phần làm gián đoạn hoạt động bình thường của máy móc. Trong điều kiện bình thường (nếu động cơ hơi nước được cung cấp một nền tảng đáng tin cậy và không có vấn đề gì với việc phân phối hơi nước) thì điều này sẽ không dẫn đến sự cố, và do đó …
Rất có thể, nguyên nhân dẫn đến việc thiếu động cơ hơi nước "Varyag" nên được đặt cho cả Ch. Crump và MTK, những người đã cho phép sử dụng từ ngữ mơ hồ của đơn đặt hàng.
Vấn đề số 4 là việc sử dụng một vật liệu rất cụ thể trong ổ trục cho động cơ hơi nước. Vì mục đích này, đồng phốt pho và đồng mangan đã được sử dụng, theo như tác giả biết, không được sử dụng rộng rãi trong đóng tàu. Kết quả là những điều sau đây đã xảy ra: do những nguyên nhân trên, vòng bi của máy "Varyag" nhanh chóng bị hỏng. Chúng phải được sửa chữa hoặc thay thế bằng những gì đang có ở Port Arthur, và ở đó, không có thú vui nào như vậy. Kết quả là, một tình huống đã phát sinh khi động cơ hơi nước làm việc với các vòng bi làm bằng vật liệu có chất lượng hoàn toàn khác - một số bị mòn sớm gây ra căng thẳng bổ sung cho các động cơ khác, và tất cả điều này cũng góp phần làm gián đoạn hoạt động bình thường của máy.
Nói một cách chính xác, đây có lẽ là vấn đề duy nhất mà "quyền tác giả" không thể được thiết lập. Việc các nhà cung cấp của Ch. Crump chọn vật liệu như vậy không có cách nào gây ra phản ứng tiêu cực từ bất kỳ ai - ở đây họ hoàn toàn có quyền của họ. Rõ ràng là vượt quá khả năng của con người để giả định tình trạng thảm khốc của nhà máy điện Varyag, thấy trước nguyên nhân của nó và cung cấp cho Port Arthur những vật liệu cần thiết, và khó có thể cung cấp các loại đồng cần thiết "đề phòng" ở đó, đưa ra một số lượng lớn tất cả các vật liệu cho phi đội. Điều này đã được biết chắc chắn, nhưng nhu cầu đó không thể được đáp ứng. Đổ lỗi cho các kỹ sư cơ khí đã sửa chữa máy Varyag? Không chắc rằng họ đã có các tài liệu cần thiết cho phép họ thấy trước hậu quả của việc sửa chữa của họ, và ngay cả khi họ biết về nó, họ có thể thay đổi điều gì? Họ vẫn không có lựa chọn nào khác.
Tổng hợp phân tích của chúng tôi về nhà máy điện của tàu tuần dương "Varyag", chúng tôi phải nói rằng những thiếu sót và lỗi thiết kế của động cơ hơi nước và nồi hơi "tuyệt vời" bổ sung cho nhau. Người ta có ấn tượng rằng các nồi hơi và động cơ hơi nước của Nikloss đã thực hiện một thỏa thuận phá hoại chống lại tàu tuần dương mà chúng được lắp đặt trên đó. Nguy cơ xảy ra tai nạn nồi hơi buộc thủy thủ đoàn phải thiết lập áp suất hơi nước giảm xuống (không quá 14 atm), nhưng điều này đã tạo ra điều kiện khiến các động cơ hơi nước của tàu Varyag nhanh chóng không sử dụng được và thợ máy tàu không thể làm gì được.. Tuy nhiên, chúng tôi sẽ xem xét chi tiết hơn hậu quả của các quyết định thiết kế của máy Varyag và nồi hơi sau này, khi chúng tôi phân tích kết quả hoạt động của chúng. Sau đó, chúng tôi sẽ đưa ra đánh giá cuối cùng về nhà máy điện của tàu tuần dương.
