Чтобы попасть в машинное отделение судна, приходится долго спускаться вниз по многочисленным трапам и потом некоторое время не можешь отделаться от ощущения, что находишься в какой-то подводной лаборатории. Сверху пробивается дневной свет, бросая блики на деловито работающие шеренги могучих стальных машин. Здесь их немало, но первую скрипку в этом отлично сыгранном ансамбле играет главный двигатель. От него в корму по специальному туннелю проложен быстро вращающийся вал. На свободный конец вала насажен гребной винт. Главный двигатель, вращая гребной вал, заставляет тем самым вращаться винт, который и сообщает судну поступательное движение.
Кроме главного двигателя—множество насосов: одни из них подают масло, другие—жидкое топливо, третьи подводят к главному двигателю охлаждающую воду и т. д. В машинном отделении есть также сепараторы, которые очищают топливо и масло от примесей, компрессоры, подающие сжатый воздух для пуска двигателей. Довольно много места занимают так называемые вспомогательные двигатели; они вырабатывают электрическую энергию для освещения, отопления, для работы разных устройств и механизмов. Иногда здесь устанавливают довольно внушительный паровой котел, хотя для него обычно стараются выделить отдельное помещение. Паровой котел вырабатывает пар для отопления, для подогрева жидких грузов (на танкерах), для технологических нужд (на плавучих рыбозаводах) и т. д.
В машинном отделении обычно приходится располагать так много различного оборудования, что нередко здесь устраивают платформы, чтобы разместить на них часть машин и механизмов. Тут же, на платформе, предусматривается мастерская и машинная кладовая.
Для обеспечения естественной вентиляции и освещения над машинным отделением устраивается шахта, выходящая на верхнюю открытую палубу и закрытая световым, т. е. прозрачным, застекленным люком. Вот откуда в машинное отделение проникает дневной свет!
Массивный шаг в развитии пароатмосферных машин был сделан Томасом Ньюкоменом (Tomas Newcomen, 1663-1729). Двигатель Ньюкомена работал на насыщенном паре, получаемым в котле при давлении, близком к атмосферному, а рабочий ход выполнялся за счет создания вакуума в рабочем цилиндре после его резкого охлаждения. Основой предпосылкой для создания пароатмосферного двигателя стала необходимость решения задачи дренажа шахт глубокого залегания.
Один из первых шахтных водоотливных насосов Ньюкомена с цилиндром диаметром в 8 дюймов (20,32 см) работал по приципу водяного насоса Отто фон Герике и поднимал воду на высоту в 162 фута (49,4 м), при этом суммарный столб поднимаемой воды был равен 3535 фунтам (1,6 т). Полезная работа (ход) насоса осуществлялась цилиндром диаметром 2 фута (61 см) с площадью в 452 кв. дюйма (0,292 кв.м). Избыточное давление пара в котле поддерживалось равным 10 фунтов на кв. дюйм (0,7 кг/кв.см), температура воды, используемой для конденсации пара и уплотнения зазоров поршня, - около 150 °F (65 °С).
Указанные параметры цилиндра позволяли создать избыточное усилие на поршне в 1324 фунтов (600 кгс или 5893 Н), половина из которого расходовалась на компенсацию тяжести противовеса, а 662 фунтов (300 кгс) обеспечивали работу механизма насоса. Двигатель работал со скоростью 15 циклов в минуту, при этом средняя скорость движения поршня достигала 75 футов в минуту (0,381 м/c), а полезная мощность была равна 265 125 фунтам на фут в минуту (6 кВт). Учитывая, что мощность в одну лошадиную силу эквивалентна 33 000 футов на фунт в минуту (745,7 Вт), двигатель Ньюкомена развивал мощность около 8 л.с.
Сравнительный анализ эффективности насосов Ньюкомена и Савери показал, что для вакуумного насоса Савери способного засосать воду не более чем на 32 фута (10 м), подъем столба воды весом в 1,6 т. на высоту в 130 ft (39,6 м) возможен только при давлении в котле не менее 60 фунтов на кв. дюйм (4,2 кг/кв.см), что было практически недостижимо для котлов начала XVIII в.
ПРИНЦИП РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ НЬЮКОМЕНА.
| [ Cхема двигателя Ньюкомена ]
|
После заполнения цилиндра паром его подвод перекрывался и открывался клапан, обеспечивающий доступ воды из водяного бака в цилиндр, после чего пар, заполняющий рабочий цилиндр, конденсировался и под действием разряжения поршень двигался вниз. Затем кран подвода воды в цилиндр закрывался, вода и конденсат сливались и открывался подвод пара в цилиндр, при этом коромысло двигателя, под действием веса столба воды в водоподъемнике опускалось вниз, поднимая при этом рабочий поршень вверх, и цикл повторялся вновь. Противовесы служили для компенсации массы деталей, участвующих в работе подъемника. Первые двигатели Ньюкомена выполняли 6 - 8 ходов в минуту, позже скорость движения была доведена до 10 - 12 ходов в минуту. Основной недостаток двигателей Нюкомена был связан с их чрезвычайной громоздкостью и прерывистым характером движения насоса. Способ преодоления последнего недостатка был найден Иваном Ивановичем Ползуновым (1728-66), разработавшим в 1763 г. |
Схема двигателя Ползунова P - паровой котел, Т - водяной охладитель, А, В - цилиндры, а ,в - поршни, f - кулиса, m - клапан, d1, d2 - штанги, l1, l2 - кулачки. |
двухцилиндровую пароатмосферную машину.
В машине И. Ползунова впрыск воды в цилиндр для создания вакуума осуществлялся поочередно с использованием специального кулисного механизма. На приведенном справа рисунке показана схема двигателя И. Ползунова.
Пробный пуск машины И. Ползунова состоялся в 1766 г., через неделю после смерти ее изобретателя, но из-за износа кожаного уплотнения цилиндров и течи в котле машина проработала всего 43 дня и в 1780 г. была демонтирована и уничтожена.
Первый насос Ньюкомена был установлен в 1712 г. в графстве Стаффордшир (Staffordshire), а в общем несколько сотен паровых насосов Ньюкомена и Савери использовались в Европе до появления двигателя Дж.Уатта.
Дальнейшее развитие пароатмосферных двигателей уткнулось в проблему габаритов, т.к. при использовании только потенциала атмосферного давления увеличение мощности двигателя достигалось за счет увеличения габаритов рабочего цилиндра, длина которых на последних двигателех Ньюкомена достигала уже 10 футов (3 м).
Доктор Робисон (Dr. Robison), автор "Философии механики (Mеchanical Philosophy)", одной из немногих работ, посвященных истории развития машиностроения, следующим образом описывает двигатели Ньюкомена, проработавшие в Шотландии до 1790 г. Диаметр цилиндра водоотливных насосов - 40-44" (100-112 см), диаметр рабочего цилиндра - 60" (152 см), ход поршня - 6 ft (183 см). Избыточное давление в котле - 2.77 ft/кв. дюйм (1,95 кг/кв.см), в цилиндре - 2.63 ft/кв. дюйм (1,85 кг/кв.см). Скорость работы насоса - 15-18 циклов в минуту, развиваемая мощность - 20 л.с. (14,7 кВт).
Паровой двигатель Джеймса Уатта
Следующий шаг в развитии двигателестроения связан с открытием в 1761 г. понятия скрытой теплоты, названной в последствии энтальпией, и разработкой методов ее расчета. Исследования проводил Джозеф Блэк, (Joseph Black, 1728-1799), профессор университета Глазго, которому помогал выпускник университета, "гражданский инженер" Джеймс Уатт (James Watt, 1736-1819).
Фундаментальное для дальнейшего развития техники явление было открыто в результате исследования причин неизменности температуры смеси воды и тающего льда в при ее нагревании.
Осознание возможности выполнения полезной работы путем использования скрытой энергии пара и установление ее численной взааимосвязи с температурой и давлением рабочей среды стало возможным только после завершения формирования кинетической теории газов и понимания сущности энергии, на что потребовалось почти 60 лет.
Хронология формирования теоретической базы термодинамики
1709: Изобретение спиртового термометра, Габриэль Фарангейт (Gabriel Fahrenheit);
1714: Закон сохранения энергии (первый закон термодинамики), Готфрид Лейбниц (Gottfreid Leibniz);
1714: Изобретение ртутного термометра, Габриэль Фарангейт (Gabriel Fahrenheit);
1724: Открытие явления переохлаждения воды, Габриэль Фарангейт (Gabriel Fahrenheit);
1731: Водо-спиртовой термометр, Рене Реомюр (Rene Reaumur);
1738: Кинетическая теория газов, Данил Бернулли (Daniel Bernoulli);
1738: Гидродинамика, Данил Бернулли (Daniel Bernoulli);
1742: Обратная стоградусная температурная шкала, Андреас Цельсий (Anders Celsius);
1743: Прямая температурная шкала Цельсия, Жан Кристин (Jean Christin);
1743: Введение понятия энергии в Ньютоновскую механику, Жан де Аламбер (Jean d'Alembert);
1744: Введение понятия энергии в гидродинамику, Жан де Аламбер (Jean d'Alembert);
1744: Открытие взаимосвязи температуры со скоростью движения молекул, Михал Ломоносов (Mikhail Lomonosov);
1748: Закон сохранения массы и энергии, Михал Ломоносов (Mikhail Lomonosov);
1752: Открытие вязкости жидких сред, Жан де Аламбер (Jean d'Alembert);
1761: Опыты по фазовым превращениям воды. Открытие скрытой теплоты, Джозеф Блэк (Joseph Black) – официальная дата появления термодинамики.
В 1765 г. Джеймс Уатт создает первую действующую модель двигателя, рабочий ход которого обеспечивался не созданием вакуума, а избыточным давлением, подаваемым в цилиндр для подъема груза.
В период с 1765 по 1769 Уатт создает последовательный ряд все более мощных моделей и в 1769 г. получает патент на свое изобретение. Несмотря на то, что первые двигатели Уатта были одностороннего действия, т.к. для шахтных подъемников не было необходимости обеспечивать полезную нагрузку обратного хода, преимущество его перед двигателем Ньюкомена была очевидна – мощность двигателя определялась уже не только габаритами цилиндра, но и давлением пара.
С 1774 на заводе М. Болтона (Matthew Boulton), вблизи Бирмингема, начинается выпуск насосов Дж. Уатта, представляющих модернизированный вариант насоса Ньюкомена.
Начало эпохи транспортного машиностроения относится к 1781 г., когда Уатт создает двигатель с вращающимся моментом на валу, на котором впервые применяются планетарный механизм преобразования поступательного движения, регулятор частоты вращения и водомерное стекло на котле.
В 1784 г. Уатт создает первый двигатель двойного действия с кривошипно-шатунным механизмом, который на долгие годы стал главной энергетической установкой морских паровых судов
| Эволюция паровой машины Дж.Уатта |
|||
|
|
|
|
|
| 1774 г. |
1781 г. |
1784 г. |
|
С созданим парового двигателя двухстороннего действия с КШМ начинается разделение энергетических установок на стационарные и транспортные. Объектом дальнейшего рассмотрения является конкретный класс транспортных объектов - судовые энергетические установки, тепловозные, автомобильные и авиационные рассматриваются только в целях сравнительного анализа их конструктивных и технических параметров.
Роберт Фултон и первые пароходы.
|
|
История создание судов, движимых силой пара, насчитывает несколько столетий. Привелегии (авторство) на паровые механизмы движения транспортных судов и лодок в Европе получили: Рамсей (Ramsay, 1578), Грант (Grant, 1630), Лин (Lin, 1632), Форд (Ford, 1637), лорд Сомерсет (Marquis Worcester, 1640), Чешем (Chatham, 1661), Тугод (Twogood, 1667), Аллен (Allen, 1682), Халлс (Hulls, 1730), но ни одна из этих моделей не описывает способа преобразования прямолинейного движения поршня теплового двигателя во вращательное. Как правило, все схемы движения воспроизводили галерную схему весельного привода.
В 1730 г. доктор Джон Аллен предложил прототип водометного двигателя, в котором движение судна обеспечивалось переодическим закачиванием и выбросом воды из кормовых сопел, для чего предлагалась схема создания вакуума, применяемая в насосе Савери.
|
|
Идея преобразования поступательного движения парового двигателя во вращательное была предложена англичанином Джонатаном Халлсом (Jonathan Hulls), получившим в 1736 году первый в истории флота патент на паровое судно для буксировки кораблей в гавани.
Патент предусматривал использование парового двигателя Ньюкомена, однако низкая мощность и громоздкость пароатмосферной машины не позволили реально осуществить этот проект. Реальные попытки установить паровой двигатель на судно начались только после изобретения Дж. Уаттом паровой машины избыточного давления (1774 г.).
Эру паровой навигации открывает Клод Франциск Жофрей де Аббанс (Claude Francois Jouffroy d'Abbans), построивший судно, способное двигаться по воде без паруса и весел. Первая попытка маркиза де Аббанса построить паровое судно была предпринята в 1774 г., но окончилась неудачно. Вторую попытку маркиз осуществил 9 лет спустя. построив колесный пароход "Пироскаф" ("Pyroscaphe") длиной 148,5 ft/45 м.
| Пароход Дж.Фитча (1790, 30 т). |
На испытаниях. проведенных в 1783 г. на р. Сона вблизи Лиона (Saone, Lyons). судно 15 минут двигалось против течения с грузом в 182 т., однако производительность парового котла оказалась слишком низкой для более продолжительного движения.
В 1787 г. Джеймс Рамсей из Мэриленда (James Rumsey of Maryland) построил и продемонстрировал на р. Потомак (Potomac) пароход, приводимый в движение паром, выпускаемым под давлением из специальных сопел в корме судна, при этом его скорость достигала 4 mi/hr (6.4 км/час).
Практическая эксплутация пароходов началась в США благодаря выдающемуся американскому инженеру и изобретателю Дж. Фитчу (John Fitchs, 1743-1798), создавшему первые в истории флота линейные паровые суда. В схеме своего первого парохода (1787 г.) Дж. Фитч в качестве движителя весла, но уже на втором паровом судне (1788 г.) Дж. Фитч объединил три весла в круг, воссоздав в Новом Свете гребное колесо.
| Винтовое судно Дж.Фитча (1796, 10 т).
|
Первая в истории пароходов транспортная, а точнее, паромная линия длинной 8 миль (12.9 км) была открыта Дж. Фитчем на реке Делавер (Delaware) в 1790 г. между Филадельфией (Пенсильвания) и Бурлингтоном (Нью-Джерси) после длительного периода доводки судна (1788, 1789 гг.), в ходе которой средняя скорость движения паромов была увеличина с 4 до 7 узлов.
В 1796 г. Дж.Фитч строит паровой катер с гребным винтом "Collect" и начинает его испытания в Нью-Йоркской гавани, намного опередив свое время. К сожалению, несмотря на то, что он отработал на пробных рейсах более 1000 км, изобретение оказалось потерянным после смерти его автора.
Характеристика линейных пароходов (stemboat) Дж. Фича: водоизмещение до 30 т, длина 45-60 фт./14-20 м, ширина 8-12 фт./ 3-5 м, двигатель 10 л.с., пассажировместимость до 30 человек.
Пароход Роберта Фултона (Robert Fulton, 1765 - 1815)
Раньше других оценил возможности парохода судья Ливингстон. Он не разбирался в технических деталях, но был весьма искушенным дельцом и быстро сообразил, что при надлежащем размахе и хорошей организации дела пароходное сообщение может дать очень неплохую прибыль.
В 1798 году Ливингстон добился права на установление регулярного пароходного сообщения по реке Гудзон. Несколько лет Ливингстон пытался построить паровое судно, привлекая различных механиков. Было сделано несколько паровых кораблей, но все они развивали скорость не более 5 км/ч. Разуверившись в местных механиках, Ливингстон в 1801 году отправился во Францию. Здесь он встретился со своим соотечественником инженером Робертом Фултона, разрабатывающим для Франции проекты парохода и подводной лодки.
Первые опыты Фултона с самодвижущимися судами относились еще к 1793 году, когда он, исследуя различные типы гребного колеса, пришел к заключению, что наилучшим будет колесо с тремя или шестью лопастями. В 1794 году, побывав в Манчестере, он убедился, что наилучшим двигателем для самодвижущегося корабля может быть только паровая машина Уатта двойного действия.
В 1797 г. Фултон приезжает во Францию и обращается к правительству Французской республики с предложением о строительстве подводной лодки. Предложение было отвергнуто, но настойчивый изобретатель добился аудиенции у первого консула Наполеона Бонапарта и заинтересовал его идеей подводного корабля. В 1800 г. Фултон строит подводную лодку и с двумя помощниками осуществляет погружение на глубину 7,5м. Через год он спускает на воду усовершенствованный "Наутилус", длиной 6,5 и шириной 2,2 м. Для своего времени лодка имела приличную глубину погружения – около 30 м.
В качестве движителя подводного хода использовался вращаемый вручную четырех- лопастной винт, позволявший развивать скорость около 1,5 уз. В надводном положении лодка двигалась под парусом со скоростью 3 – 4 уз. Мачта для паруса была укреплена на шарнире. Перед погружением ее быстро снимали и укладывали в специальный желоб на корпусе. После подъема мачты развертывался парус, и корабль становился, похож на раковину моллюска наутилуса. Отсюда и появилось название, которое дал своей подводной лодке Фултон, а спустя 70 лет заимствовал Жюль Верн для фантастического корабля капитана Немо.
Погружение и всплытие осуществлялись заполнением и осушением балластной цистерны. Наутилус был вооружен миной, представлявшей собой два медных бочонка с порохом, соединенных эластичной перемычкой. Изобретатель отказался от боевого применения Наутилуса из-за того, что французский морской министр не удовлетворил его требование присвоить членам экипажа лодки воинские звания, без чего англичане в случае захвата в плен повесили бы их как пиратов.
В 1802 г. году Фултон отправляется в Шотландию, чтобы ознакомиться с построенным там Уильямом Саймингтоном (William Symington) пароходом "Шарлотой Дундас" ("Charlotte Dundas", 1802 г.), первым паровым судном не имевшим парусного вооружения. Пароход Саймингтона был несомненно удачной моделью. Средняя скорость его без груженых барж составляла около 10 км/ч. Однако этот опыт не заинтересовал англичан. Вскоре пароход вытащили на берег и обрекли на слом. Фултон присутствовал при испытаниях "Шарлоты" и имел возможность ознакомиться с ее устройством. Более того, механик-строитель судна Арон Вейл (Aaron Vail) предоставляет Фултону все документы и спецификации для установки двигателя, а доктор Картвич (Dr. Cartwright) передает Фултону чертежи парохода.
Весной 1803 года Фултон приступил в Париже к строительству своего первого парохода. Он был плоскодонным, без выступающего киля, с обшивкой вгладь. Паровая машина Уатта была взята напрокат у одного знакомого, но схему передаточного механизма придумал сам Фултон. Построенный корабль оказался недостаточно прочным - корпус не выдержал тяжести машины. Однажды во время сильного волнения на Сене днище проломилось и взятая в долг машина вместе со всем оборудованием пошла ко дну. С большим трудом все это удалось достать на поверхность, причем Фултон жестоко простудился во время спасательных работ. Вскоре был построен новый, гораздо более прочный корпус судна, имевший 23 м в длину и 2,5 м в ширину. В августе 1803 года на реке Сена (Seine) было проведено пробное испытание. В течение полутора часов пароход двигался со скоростью 5 км/ч и показал хорошую маневренность. Первым делом Фултон предложил свой пароход Наполеону, но тот не заинтересовался этим изобретением.
В мае 1804 г после заключения академика Французской академии наук Латобре (Latrobe's) о бесперспективности паровой навигации Р. Фултон приезжает в Англию, заказывает М. Болтону и Дж. Уатту паровой двигателем (диаметр цилиндра 2 фута (~600 мм), ход поршня 4 фута (~1200 мм), мощность 24 л.с.). Здесь он пытается увлечь английское правительство проектом своей подводной лодки и одновременно следит за изготовлением паровой машины фирмой Болтон & Уатт. Первые удачные опыты со взрывам судов не столько воодушевили, сколько привели в замешательство Британское адмиралтейство, по инициативе которого Фултону была предложена пожизненная пенсия с условием - забыть про свое изобретение.
Между тем, Ливингстон настойчиво зовет Фултона в Америку. Его шурин и конкурент Стивенс начинает в 1806 году постройку парохода "Феникс", надеясь, что получит привилегию на маршрут Нью-Йорк-Олбани, срок которой у Ливингстона истекал в 1807 году. Надо было спешить со строительством своего парохода. В конце 1806 г. в Нью-Йорк прибывает заказанный двигатель, и Фултон немедленно заказывает корпус на верфи Чарлза Брауна. Машинная часть парохода состояла из котла в форме сундука длиной 6 м при высоте и ширине несколько более 2 м и вертикального парового цилиндра. Весной 1807 первый пароход, получивший имя "Клермонт" ("Clermont", водоизмещение ~100 т, длина 133 фт./~40 м, ширина 18 фт./~5 м, высота 9 фт./~2,5 м), был спущен на воду.
В августе 1807 г. двигатель был установлен на судно и испытан в работе, во время рейса Нью-Йорк - Олбани (Albany). Расстояние до Олбани составляло 150 миль (241 км), рейс длился 32 часа, возврат по течению реки занял 30 часов. Паруса не использовались на всем пути. Пароход имел бортовой колесный привод. Это был первый безостановочный транспортный рейс длительностью более одних суток, выполненный паровым судном.
"Клермонт" держал эту линию в течение нескольких лет сразу столкнувшись с крайне враждебным отношением владельцев парусных и гребных судов на Гудзоне, увидевших в пароходе грозного конкурента. Они то и дело подстраивали столкновения пароходов с шаландами и баркасами или устраивали на их пути заторы. В 1811 году в США был принят специальный закон, грозивший строгим наказанием за сознательный вред, принесенный пароходам.
Пароход Фултона ничем особенным не отличался от своих более ранних предшественников, однако именно ему суждено было открыть новую эру в истории судоходства, так как только за первый год эксплуатации "Клермонт" дал выручку 16 тысяч долларов, предъявив всему миру очевидное доказательство рентабельности парового флота. Небольшое относительно пароходов Дж.Фитча увеличение тоннажа судна и мощности машины положило конец эпохе энтузиастов парового движения и стало фактором экономического развития страны.
Хотя сам Фултон неоднократно подчеркивал, что идея парохода принадлежит не ему, именно он впервые удачно воплотил ее в жизнь, и именно с его легкой руки пароходство начало бурно развиваться сначала в Америке, а потом и во всем мире.
От парового двигателя к паровой турбине.
| Паровая машина с тройным расширением пара
|
К концу XIX века трансатлантическую линию Европа – США обслуживали пароходы длиной от 350 до 450 фт. (~100-140 м) с паровыми машинами мощностью 3000-4000 л.с. Линейные пароходы пересекали Атлантику за 10 - 11 дней и расходовали от 70 до 100 тонн угля в день.
Низкий к.п.д. паровых двигателей существенно уменьшал полезную грузоподъемность паровых судов и настоятельно требовал поиска более эффективных методов топливоиспользования.
Верхом совершенства в изготовлении судовых паровых машин стали двигатели с тройным расширением пара линейных судов серии "Oceanic", которые строились на Ирландских верфях с 1870 г.
В 1877 г. пароходы "Германик" ("Germanic") и "Британик" ("Britannic") поставили рекорд скорости пересечения Атлантики на дистанции 2,830 миль: Германик - 7 дней 11 часов 37 минут, Британик - 7 дней 10 часов и 53 минуты.
Рекорд скорости строительства судна и количества судов в серии принадлежит военно-транспортным пароходам проекта EC2, получившего наименование "Liberty" (Либерти). В период с 1941 по 1947 гг. было построено 2751 судов этого типа. Первый пароход серии "Патрик Генри" (SS Patrick Henry) был заложен 27 сентября 1941 г. и строился 70 дней. Спустя несколько лет сборка парохода "Роберт Е. Пери" (SS Robert E. Peary) заняла четыре с половиной дня, а через семь дней после закладки киля судно прошло швартовые испытания и, приняв груз, вышло в рейс.
| Военно-транспортный пароход проекта "Liberty" (10000 т, 2500 л.с., 11 узлов) |
Строительство "Либерти" было организовано по конвеерному принципу, при котором все 250000 деталей, входящих в спецификацию судна, собирались в стандартизованных 250-тонных секциях, перемещаемых между заводами в соответствии с технологией монтажа судового оборудования. После комплектации секции доставлялись на верфи, где и происходила окончательная сборка судна. Строительная стоимость парохода составляла $ 2,000,000.
Характеристики парохода: длина - 441 ft (134 м), ширина 56 ft (17 м), средняя скорость - 11 узлов. В 5 трюмах пароход перевозил до 9000 тонн груза, а на палубе - самолеты, танки или локомотивы.
В состав энергетической установки входил паровой двигатель мощностью 2500 л.с. с тройным расширением пара (трехцилиндровый) и два паровых котла, работающие на жидком топливе (топочном мазуте).
За время Второй мировой войны "Либерти" перевезли 2840 самолетов, 440 танков и 230 миллионов ящиков боеприпасов. В команду парохода входили 44 члена экипажа и от 12 до 25 военных моряков сопровождения и охраны судна. После войны ВМС США продали почти все суда данной серии, а последние "Либерти" эксплуатировались до начала 70-х годов, т.е. в течение 25 лет после окончания войны.
Однако кардинальное повышение эффективности судовых энергетических установок было связано не с совершенствованием паровых двигателей, а с изобретением турбин, позволивших не только поднять к.п.д. СЭУ, но и на порядок уменьшить массогабаритные характеристики судового двигателя.
Термин турбина происходит от французкого слова - turbine, пришедшего из латинского turbo — вихрь, вращение с большой скоростью, впервые использованного Героном Александрийским при описании принципа реактивного движения "Элоопила" (~130 г до н.э.).
| "Элоопил", 130 г. до.н.э. |
Однако вплоть до начала промышленного использования паровых машин подогреваемый огнем шар с водой, вращающийся под действием струи пара, был не более чем игрушкой. Только успехи в применении паровых машин заставили обратить внимание на свойства колеса, вращающегося под напором струи пара.
Первое упоминание о паровой турбине в Европе связано с именем итальянского инженера Джованни Бранка (Giovanni Branca), предложившего в 1629 г. использовать рабочее колесо турбины для размельчения угля и серы при производстве пороха (см. лекцию 1).
В 1837 г. в Англии и США было сделано несколько паровых колес, например колесо Авери (Avery at Syracuse, New York) имело диаметр 5 фт (~1,5 м), однако низкая эффективность одноступенчатой турбины с атмосферным противодавлением не могла составить конкуренцию паровому двигателю.
Для создания промышленной паровой турбины было необходимо завершить формулировку законов термодинамики и найти новые инженерные решения для производства работы с использованием тепловых свойств воды и водяного пара.
Хронология формирования теории тепловых машин - термодинамики.
1798: Выдвижение идеи о взаимосвязи температуры и энергии, Коунт Рамфорд (Count Rumford);
1824: Формирование теории тепловых машин, Сади Карно (Sadi Carnot);
1827: Открытие Бруоновского движения молекул воды, Роберт Броун
1834: Формулировка второго закона термодинамики, Клайперон (Benoit-Pierre Clapeyron);
1843: Экспериментальное определение механического эквивалента тепла, Джеймс Джоуль (James Joule);
1848: Определение абсолютного нуля температуры, Лорд Кельвин, (Lord Kelvin);
1852: Определение взаимосвязи объема температуры (расширяющийся газ охлаждается), Джеймс Джоуль и Лорд Кельвин (James Joule, Lord Kelvin);
1859: Закон распределения молекулярных скоростей, Джеймс Клерк Максвелл, (James Clerk Maxwell);
1874: Второй закон термодинамики, Лорд Келвин, (Lord Kelvin);
1876 - 1878: Формирование законов и понятий химической термодинамики, Иосиф Гиббс (Josiah Gibbs);
Начиная с 1879 г. термодинамика ориентируется на углубление знаний о природе тепловых процессов и перестает быть прикладной наукой для инженеров.
1879: Понятие излучения черного тела, Иозеф Стефан (Josef Stefan);
1906: Третий закон термодинамики, Вальтер Нернст (Walther Nernst);
1916: Кинетическая теория газов, Сидней Чап
1957: Комптоновское распределение для уравнения Фоккера-Планка, A.S. Kompaneets. .....
| Колесо Авери, 1837 |
Создание термодинамики, т.е. теоретической базы для расчета тепловых машин, поставило перед практикой задачу разработки энергетической установки на базе паровой турбины с вакуумным конденсатором. Патент на первый паротурбинный двигатель получил американский морской инженер, адмирал Бенжамин Франклин Изервуд (Benjamin Franklin Isherwood, 1822-1915) в 1857 г.
После проведения в 1870 г. инженерных разработок несколько паротурбинных установок (ПТУ) были установлены на военные фрегаты серии USS "Wampanoag". Новый двигатель позволил обеспечить относительно высокую скорость (17,75 узла/33 км.час), но ПТУ на базе одноступенчатой турбины оказались слишком сложными в изготовлении, но не более эффективными, чем паровые машины (к.п.д. 6-8%), вследствие чего нашли применение лишь в качестве двигателей судов береговой охраны (USGS), предназначенных для перехвата контрабандистов.
Массовое применение паротурбинных установок на флоте связано с созданием многоступенчатых паровых турбин, позволивших поднять КПД паровых машин с 4-5% до 15-18%., что было незамедлительно использовано в промышленной и морской энергетике. Создание современных паровых турбин связано с именами выдающихся инженеров XIX века: шведом К. Лавалем и англичанином Ч. Парсоном.
В 1878 г. шведский инженер Карл Густав Патрик де Лаваль (Carl Gustav Patric de Laval, 1845 -1913) изобрел центробежный сепаратор, принцип работы которого был позже применен для изготовления стеклянных бутылок.
В 1882 г. Лаваль создал первую импульсную паровую турбину, в 1883 г. построил и использовал морскую реверсивную турбину, запатентованную в 1883 г., частота вращения которой достигала 42 000 оборотов в минуту.
| Первая морская турбина Парсонса, 1894 [ увеличить ] |
В 1896 г. Лаваль разработал паровую турбину для электростанции, работа которой требовала создания давления в 3400 фунтов на кв. дюйм (239 бар/кг.кв.см), что было не достижимо для технологий конца XIX века.
Главная заслуга Лаваля в разработке паровых турбин заключалась в том, что конструкция его сопла позволила примерно в 5 раз увеличить возможность использования потенциальной энергии струи пара, повысив скорость его истечения c 800 ft/с (244 м/c) до 4000 ft/c (1220 м/c), но несмотря на это, одноступенчатые паровые турбины не позволяли дать однозначного заключения об их приемуществе перед паровыми машинами.
Промышленное использование паровых турбин стало возможным лишь после того, как сэр Чалз А. Парсонс (Sir Charles Algernon Parsons, 1854-1931) создал в 1884 первую мнгогоступенчатую паровую турбину мощностью 10 л.с. (18 000 об/мин). Турбины Парсонса использовались для привода электрогенераторов, мощность которых на первом этапе развития электроэнергетики составляла от 1 до 75 кВт.
| Многоступенчатый паротурбогенератор |
Основное значение паровых турбин в истории техники заключается в том, что они обеспечили экономическую рентабельность использования паровой энергии не только для промышленности, но и для бытового обслуживания населения. В частности, первое в истории уличное освещение было установлено в Кэмбридже в 1895 г., для чего использовались четыре 100 кВт генератора с турбинами Парсонса.
Современные турбины представляют многоступенчатые агрегаты, собираемые в блоки, включающие последовательность из нескольких турбин высокого, среднего и низкого давления. Такая компоновка позволяет достигнуть высокой эффективности использования тепловой энергии пара (свыше 40 %), что сопоставимо с эффективностью современных мощных малооборотных дизелей.
Эти показатели в сочетании с относительной дешевизной топлива для ТЭЦ и АЭС делают паровую турбину основным элементом современных электростанций. Мощность современных паровых турбин достигает 1000 мегаватт.
В 1899 г. на ходовых испытаниях корабли легко показали скорость свыше 30 узлов, однако их судьба оказалась печальной. В том же году "Гадюка" разбилась, наскочив на мель в Ла Манше, а месяцем позже "Кобра" взорвалась на рейде Тейна ("Tyne"). Несмотря на то, что по результатам расследования аварии Адмиралтейство полностью реабилитировало фирму Чарльза Парсонса, трагедия, унесшая жизнь 77 человек, включая его сотрудников, очень серьезно сказалась на его здоровье и привела к почти двухлетнему отказу от активной производственной деятельности.
В 1902 г. Британское Адмиралтейство модернизировало энергетическую установку 15-летнего эсминца "Velox" и по итогам годовой эксплуатации ПТУ приняло решение о том, что с 1905 г. все новые корабли Великобритании должны оснащаться только паротурбинными двигателями.
В 1905 - 1906 гг. Адмиралтейство ввело в строй корабли нового поколения, оснащенные паротурбинными установками, обеспечившими техническую базу для качественного скачка в строительстве военного флота: крейсер HMS Amethist (110 м, 3000 т, ПТУ - 14000 л.с., 23-33 узла) и линейный корабль HMS Dreadnought.
Характеристики линкора "Дредноут": L/B/D: 160.3x25x8.8 м, водоизмещение - 21845 т., экипаж: 657-773 чел.; вооружение 10 x 12". Бронирование: броневой пояс - 11", палуба - 4"; машина: ПТУ - 23000 л.с., винтов - 4 , скорость - 21 узел.
С точки зрения развития СЭУ линкор "Дредноут" открыл новою эпоху в военном судостроении, закончившуюся созданием в 1941 г. четырехвинтовых линейных кораблей Yamato ("Ямато") и Musashi (“Мусаси”) водоизмещением 72 809 т и мощностью ПТУ - 150 000 л.с.
Yamato ("Ямато"), линкор класса Yamato. L/B/D: 263х38.9х10.4 м, водоизмещение - 72809 т, корпус - сталь, экипаж - 2500 чел., вооружение - 9x18.4", 12x6.2", 12x5.1", 24x25мм. Бронирование: броневой пояс - 16.4", палуба - 9.2". Скорость 27 узлов. Линкор был потоплен в конце Второй мировой войны (6 апреля 1945 г.) в результате атаки более 400 самолетов морской авиции США при сражении за Окинаву. 10 авиационных торпед и 58 бомб поставили точку на пяти столетиях артиллерийских морских сражений.
В 1943 г. военно-морские силы США начали принимать на вооружение линкоры класса Iowa ("Айова") водоизмещением 55 250 т, мощностью ПТУ - 212 000 л.с., скоростью 33 узла, но на военном флоте дальнейшее развитие СЭУ уже не было связано с линейными кораблями.
Первым пассажирским турбоходом стал построенный в 1901 г. "King Edward" ("Король Эдуард", 76 м., 650 т., 8500 л.с., 20-48 уз.). В 1905 г. началась регулярная трансатлантическая навигация паротурбинных пассажирских судов "Victorian" ("Викторианец") и "Virginian" ("Виржинец"), а с 1907 г. на линию выходят самые большие четырехвинтовые пассажирские суда с ПТУ мощностью 73000 л.с. - "Mauretania" ("Мавритания") и "Luisitania" ("Лузитания"), построенные для перевозки эмигрантов в США.
Оба судна способны были развивать скорость от 25 до 26 узлов (42 км/час), что до их создания считалось невозможным для таких больших судов: длина - 240.8 м , ширина - 26.8 м, водоизмещение - 31938 т. В каютах первого класса размещались 563 пассажира, второго - 464, третьего - 1138, экипаж судна - 812 чел.
"Мавритания" в течение 20 лет была самым быстрым лайнером и семь раз била свой рекорд на скорость пересечения Атлантики. В 1921 г. котлы, работающие на угле, были переведены на жидкое топливо, а последний рекорд был поставлен 20-25 августа 1924 г. Дистанцию от Амброуза (Ambrose) до Шербура (Cherbourg) теплоход прошел за 5 дней, 1 час и 49 минут со средней скоростью - 26.25 узла.
"
Мавритания" (32 000 т) и "Турбиния"(44 т), 1908 г.
Дизельные энергетические установки
Поиск способов использования тепловой энергии был неразрывно связан с прогрессом в развитии тепловых машин. Паровые машины, равно как и турбины, требовали наличия для двигателей внешнего сгорания двух элементов, обеспечивающих движение судна: парового котла и двигателя.
Стремление избавиться от парового котла и связанных с ним технических и технологических проблем привело к появлению двигателей внутреннего сгорания и газотурбинных ЭУ.
Создание ДВС в его настоящем виде стало возможным только после создания в 1824 С. Карно (Nicolas Leonard Sadi Carnot, 1796 - 1832) теории тепловых машин. Именно тогда Карно установил, что температура воздуха, сжатого в отношении 15 к 1, будет достаточной для самовоспламенения сухой древесины (572°F / 300°C / 573 °K), что и было впоследствии реализовано Р. Дизелем в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) с воспламенением топлива от сжатия.
После того, как Сади Карно сформировал теорию тепловых машин, особое внимание инженеров XIX века было направлено на техническую реализацию теоретического цикла тепловой машины, что привело к появлению двух классов тепловых двигателей, работающих по циклам Отто и Дизеля, объединение которых в цикле Тринклера положено в основу современных ДВС.
Высокая экономическая эффективность судовых двигателей внутреннего сгорания обусловила их массовое внедрение в качестве главных двигателей СЭУ, но главный результат их изобретения связан с созданием нового класса военных кораблей - подводных лодок, представляющих серьезную опасность для всех без исключения типов надводных судов.
История подводных лодок начинается с древнейших времен. Первые упоминания о попытках сделать судно, способное двигаться под водой, встречаются у Герадота (Herodotus, 460 B.C.), Аристотеля (Aristotle, 332 B.C.) и Плиния старшего (Pliny, the elder, 77 A.C). Однако все, даже успешные попытки строительства подводных аппаратов упирались в проблему источника движения, которая была решена лишь после появления достаточно компактных и надежных двигателей внутреннего сгорания, электродвигателей и аккумуляторных батарей.
Подводный флот обеспечивал до середины XX века ускоренные темпы развития технологической базы двигателестроения, т.к. военные моряки ставили перед машиностроением такие задачи совершенствования основных массогабаритных и технических характеристик СДВС, которые не являлись критическими или первоочередными для транспортных судов.
Сравнение хронологии развития ПТУ и ДВС показывает, что если темпы внедрения паротурбинных установок на гражданском и военном флотах были примерно одинаковыми, то опережающие темпы применения ДВС на военном флоте очевидны с первых шагов появления СДВС. Следущий шаг в развитии СЭУ - создание ядерных энергетических установок - до настоящего времени связан с их исключительно военным применением.
Основные события двигателестроения. (Internal Combustion Engines - History).
| Первый дизельный двигатель, Аугсбург,
|
1794: Стрит (Street) изобрел первый двигатель внутреннего сгорания. Двигатель представлял из себя цилиндр, куда впрыскивалась смесь скипидара и воздуха и поджигалась через открывающееся окно. Продукты сгорания охлаждались введением порции воды, после чего под действием разряжения поршень совершал рабочий ход. По существу двигатель представлял вариацию на тему двигателя Ньюкомена.
1860: Ж. Ленуар (Lenoir) начал производство первых коммерческих двигателей внутреннего сгорания (ок. 500 экз.). Двигатель работал без сжатия: нефтяная (naphtha) смесь засасывалась в течение половины первого такта, затем поджигалась через отрывающееся окошко и расширялась в течение второй половины такта. Выпуск отработавших газов осуществлялся во время второго такта двигателя. Эффективность двигателя составляла 4 %.
1862: Б. Рохас (Alphonse Beau Rochas) предложил цикл с четырьмя рабочими тактами. Всасывание в течение полного хода поршня. Сжатие в течение следующего хода. Воспламенение в верхней мертвой точке и расширение газов в течение третьего такта. Выброс отработавших газов из цилиндра на четвертом такте.
1864: Николай А. Отто (Nicolaus August Otto) и Евгений Лауден (Eugen Langen) создают акционерное общество - N. A. Otto & Cie по разработке двигателей внутреннего сгорания.
1867: На Парижской выставке компания "Otto & Cie" представила первую рабочую модель одноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания. Двигатель получает первую премию как наиболее эффективная машина из представленных на выставке.
1872: Высокий спрос на двигатели заставляет компаниню "Otto & Cie" расширить производство и открыть новый завод в Кельне, названный "Gasmotoren-Fabrik-Deutz" (Deutz - город вблизи от Кельна). Директором завода стал Готлиб Даймлер (Gottlieb Daimler), его заместителем Вильям Майбах (Wilhelm Mayback).
1876: Н.Отто (N.Otto) создал топливный двигатель "Otto Silent", который работал по четырехтактному циклу Рохаса, и близко походил на современные двигатели внутренние сгорания. Двигатель получил коммерческое название - Deutz. Воспламенение осуществлялось периодическим соединением рабочего цилиндра с камерой постоянного горения посредством клапана, скользящего поперек головки цилиндра. Тепловая эффективность 16 % сделала двигатель очень популярным в промышленности.
1881: Клерк (Clerk) построил первый двухтактный двигатель со сжатием топливной смеси, воспламенением от пламени и продувкой с помощью специального цилиндра.
1886: Карл Бенц (Benz’s) создает автомобильное магнето, на базе которого Роберт Бош (Robert Bosch) разрабатывает систему искрового зажигания, впервые примененную на трехколесном автомобиле "Dogcart".
1890: Акройд-Стюарт (Ackroyd-Stuart) получил патент на двигатель, включающий камеру сгорания в головке цилиндра. После всасывания и сжатия воздуха в цилиндре топливо подавалось и воспламенялось в камере сгорания, нагреваемой внешним факелом перед стартом.
1892: Рудольф Дизель (Rudolf Diesel) заявляет права на патент - "Метод и аппарат для преобразования высокой температуры в работу" с приоритетом от 28 февраля.
Патент США № 542 846 от 16 июля 1895 - https://nslcweb2.navsea.navy.mil/Menu/fileattachments/7-dieselpt.html
1893: Создана усовершенствованная модель дизельного двигателя, реализующая новый термодинамический цикл.
Патент США от 9 августа 1898 № 608 845 - https://nslcweb2.navsea.navy.mil/Menu/fileattac hments/7-dieselpt.html.
Первая модель двигателя Р. Дизеля использовала почти всю мощность для обеспечения собственной работы. Дальнейшие исследования показали, что практические машины не позволяют использовать давления и температуры, требуемые в соответствии с первоначальной концепцией адиабатного (adiabatic) двигателя.
1893: Первое соглашения о производстве двигателей между Рудольфом Дизелем и компанией братьев Зульцер (Sulzer Brothers Ltd).
1894: Рудольф Дизель заключает контракт с Дэвидом Халлеем (David Halley), генеральным директором компании "Бурмейстер и Вайн", Копенгаген ("Burmeister and Wain", B&W, Copenhagen), о создании на базе компании экспериментальной базы по проектированию и изготовлению новых двигателей.
1895: Джон П. Голланд (John P. Holland) представляет первую подводную лодку "Holland VII", использующую двигатель внутреннего сгорания для движения в надводном положении и электрический двигатель для хода в погруженном состоянии.
1897: На машиностроительном заводе в Аугсбурге (Augsburg Machinenfabrik, c 1904 г. - Machinefabrik Augsburg-Nurnberg, M.A.N.) создан первый практический дизельный двигатель. Мощность двигателя составляла 20 л.с. при 172 оборотах в минуту, эффективность (к.п.д.) 26.2 %. при весе пять тонн. Это намного превосходило существующие двигатели Отто с к.п.д. 20 % и судовые паровые турбины с к.п.д. 12 %, что вызвало немедленный интерес промышленности.
Существенным недостатком первых дизелей являлась невозможность реверсирования (изменения направления вращения), затруднявшая их использование на водном транспорте. Первый судовой реверсивный дизель малой мощности был построен во Франции в 1900 г. фирмой "Дикхофф" ("Dyckhoff's"). Это был трехцилиндровый четырехтактный реверсивный дизель мощностью 8 л.с., установленный в 1903 г. на речной самоходной барже "Пти Пьер" ("Petit Pierre") грузоподъемностью 265 т, предназначенной для работы на каналах Бельгии.
1900: В США спущена на воду первая подводная лодка конструкции Джона П. Голланда - "Holland VIII", водоизмещением 65/74 т. с бензиновым двигателем мощностью 50 л. с., гребным электродвигателем подводного хода и аккумуляторными батареями массой 21 т.
Скорость надводного хода ПЛ - 8 узлов., подводного - 6 уз. Аналогично проекту "Нарвала" на лодке была предусмотрена зарядка аккумуляторных батарей гребным электромотором с приводом от двигателя надводного хода. До 1914 г. проект лодки был образцом для кораблей данного класса. Стоимость лодки составила $ 150 000 (первая АПЛ стоила около $ 30 000 000). В 1900 г. в мире насчитывалось около 40 подводных лодок, к 1902 г. в мире было заложено и построено 250 подводных кораблей.
1902: В США компания Адольфа Буша (Adolphus Busch’s company) начинает выпуск трехцилиндровых дизельных двигателей мощностью 55 кВт, но они не находят спроса в стране.
1903 Машиностроительный завод братьев Зульцер начинает производство дизельных двигателей в Винтершуре (Winterthur, Switzerland). Через три года фирма выпускает двигатели 12 типоразмеров от 11 до 440 кВт.
1903: В России построено первое достаточно крупное дизельное судно - самоходная нефтеналивная баржа "Вандал" ("Vandal"), предназначенная для перевозки каспийской нефти в Санкт-Петербург. Корпус был изготовлен на Сормовском заводе, двигатели установлены на заводе "Людвиг Нобель" в С-Петербурге (с 1920 г - "Русский дизель").
Размерения судна - 74х9,5х1.83 м, дедвейт - 840 т, механизмы - три четырехтактные трехцилиндровые дизеля мощностью по 88,3 кВт, диаметр цилиндров - 290 мм, движитель - два гребных колеса с приводом от двух электродвигателей постоянного тока по 75 кВт, скорость хода - 7,4 узла, класс судна - река-море.
В августе 1904 г. в журнале "Русское судоходство" было опубликовано следующее сообщение о первом теплоходе: "Товарищество братьев Нобель" выстроило в нынешнюю навигацию на своем заводе железное судно наподобие баржи, на него были поставлены три машины. Судно будет приводиться в движение двигателем совершенно нового образца, невиданного еще нигде, а в особенности на р. Волге".
1904: Построена нефтеналивная самоходная баржа "Сармат" с приводом гребного электродвигателя на винт. Состав СЭУ: два четырехцилиндровых дизеля мощностью по 132,5 кВт и частотой вращения 240 об/мин. Коммерческое использование теплоходов показало, что их энергетические установки являются значительно более экономичной, чем у пароходов.
Суточный расход топлива т/x "Сармат" составлял 1,15 т сырой нефти, солярового масла или мазута, в то время как пароход аналогичных размеров и мощности сжигал 6,5 т угля. Эксплуатационные расходы заметно снижались за счет сокращения штата машинной команды и полного сокращения кочегаров. Энергетическую установку "Сармата" обслуживали шесть человек: машинист, его помощник и четыре масленщика.
|
|
|
|
1904: Построена первая подводная лодка "Aigette" (Франция) с дизельным ходовым двигателем. Эксплуатация корабля показала, что дизельный двигатель и его топливо более надежны, чем бензиновые ДВС. С 1904 г. окончательно сформировалась структура СЭУ подводных лодок: дизельный двигатель для хода в надводном положении, электродвижение - в подводном.
1905: Построен первый относительно мощный двухтактный реверсивный дизель фирмы "Зульцер", установленный в 1906 г. на швейцарское озерное сухогрузное судно. Характеристика СЭУ: двигатель - двухтактный четырехцилиндровый реверсивный, диаметр цилиндров - 175 мм, ход поршня - 250 мм, мощность 66 кВт при частоте вращения 375 об/мини.
1907: C-Петербургский завод "Людвиг Нобель" приступает к постройке для военного флота четырехтактных трехцилиндровых быстроходных дизелей типа Д мощностью по 88,5 кВт при частоте вращения 400 об/мин. Первые машины устанавливаются на подводной лодке Балтийского флота "Минога".
1908: На Коломенском заводе построен первый танкер класса река-море "Дело", длиной 108,4 м и дедвейтом 4200 т. Состав СЭУ: два четырехтактных, четырехцилиндровых нереверсивных дизеля мощностью по 340 кВт.
1910: Джеймс Мак Кечни (James McKechnie) изобретает инжекторную систему топливливоподачи (форсунки).
В течение последующих двадцати лет такие системы полностью заменяют топливные системы высокого давления (аккумуляторные системы впрыска топлива), реализация которых осуществлялась на базе компрессоров и специальных резервуаров, что составляло до 20 % от стоимости двигателя.
1910: Регистр Ллойда (Llod's) присваивает класс первому морскому нефтяному танкеру "Vulcanus" c дизельной энергетической установкой.
1912: В Копенгагене строится первый океанский теплоход с четырехтактными реверсивным дизельными двигателем фирмы "Бурмейстер и Вайн" (Burmeister & Wain) - "Зеландия" (Selandia). Состав СЭУ: два четырехтактных 8 цилиндровых дизеля мощностью 932 кВт, 140 об/мин.
1912: В Гамбурге строится первый океанский теплоход с двухтактным реверсивным дизельными двигателем фирмы "Зулцер" (Sulzer) - "Монте Пенедо" (Monte Penedo). Состав СЭУ: два двухтактных шестицилиндровых дизеля мощностью 1250 кВт, 160 об/мин.
| "Holland VII", первая подводная лодка с ДВС, 1895. |
Серия D, первые дизельные п/л Великобритании, 1907 - 1919 |
|
|
Дизельная п/л USS Perch ("Окунь", SS313), 1942 - 1973 |
||
1912: Объединение компаний Зульцер, Крупп и Прусско-Саксонские железные дороги (Sulzer, Krupp, an the Prussian & Saxon State Railway) строят локомотив с дизельным двигателем. В 1913 г. Шведская (Sweden's) фирма ASEA начала коммерческую эксплуатацию тепловозов.
1913: Авиационный инженер Хуго Юнкерс (Hugo Junkers) строит первый первый четырехцилиндровый авиационный дизельный двигатель. Вскоре фирма "Юнкерс" начинает массовое производство 6 цилиндровых авиационных двигателей мощностью 384 кВт при 2400 об/м.
1913: Компания "Brown, Boveri and Company" совместно с Швейцарским институтом технологии (Swiss Federal Institute of Technology, Zurich) создает первый компрессор для наддува воздуха, известный как Comprex AWS. Компрессор представлял из себя навешанный на двигатель воздушный насос.
1914: Зульцер начинает производство двухтактных двигателей с продувкой и охлаждением поршней.
22 сентября 1914 вблизи от побережья Голландии немецкая дизельная подводная лодка U-9 водоизмещением 600 т. и командой в 28 человек за 1 час 15 мин топит Британские крейсера Абукир, Кресси и Хог (Aboukir, Cressey, Hogue) суммарным водоизмещением 36 тыс. т с 1459 моряками на борту. Подводный флот и дизелестроение становятся фактором национальной безопасности промышленных стран мира,
а задача разработки энергетических установок для подводных лодок становится приоритетной для всех ведущих морских держав.
До этого события почти все моряки мира считали, что подлодка - специфическое оружие береговой обороны вроде подвижного минного поля, и хорошо, что ей удастся атаковать военный корабль противника, стоящий на якоре.
Об атаке движущихся кораблей всерьез никто не думал, хотя во время боевых испытаний, проведенных в 1898 г. на Тулонском рейде, французская ПЛ "Сирена" удачно провела торпедные атаки линейных кораблей, один из которых стоял на якоре, а другой шел со скоростью около 10 узлов.
Подводные лодки, также как в свое время пароходы, потребовали создания новой тактики ведения морского боя, возможной только при наличии именно этого класса военных кораблей. Даже немцы, едва не поставившие подводными лодками Англию на колени, не знали, что с ними делать.
В первые военные дни 1914 г. дозорный миноносец выводил субмарины в море, где они стояли на якоре до вечера, изображая из себя часовых у главной базы флота кайзера.
1919: Английская компания Doxford LB начинает призводство для подводного флота дизельных двигателей с оппозитным расположением поршней.
1924: Браун Бовери (Brown Boveri) начинает промышленное производство систем тубонаддува (turbochargers) дизелей.
1925: В результате объединения двух Калифорнийских компаний "Holt Manufacturing Company of Stockton, California" и "C. L. Best Gas Traction Company of San Leandro, California" создается компания "Катерпилер" (Caterpillar), специализирующаяся на производстве транспортных двигателей.
1927: Роберт Бош (Robert Bosch) начинает выпуск топливных насосов высокого давления (ТНВД).
1926: Объединение компаний Daimler и Benz. Новая компания называется Daimler-Benz, позже Mersedes-Benz. Начинается производство двигателей модели 5K3 со свечами накаливания, разработанными Робертом Бошем.
1929: Компания "Дженерал Мотор" (General Motor) покупает крупнейший завод по производству автомобилей в Европе - Adam Opel AG Company.
1935: Компания B&W начинает производство четырехтактных двигателей работающих на тяжелом топливе.
1936: Daimler-Benz представил первый легковой автомобиль с дизельным двигателем.
1938: "Дженерал Моторс" организует в Детройте дизелестроительное отделение (Detroit Diesel Engine Division) для производства двигателей для армии и флота.
|
|
|
|
|
|
||
1958: На восстановленном после Второй мировой войны заводе Пежо начинается выпуск автомобилей Peugeot 403 с четырехцилиндровым дизельным двигателем. В апреле 1970 на заводе Пежо в Лиле (Lille) регистрируется выпуск миллионного дизельного двигателя.
1984: Объединение компаний MAN и B&W в корпорацию MAN B&W Diesel A/S, Copenhagen.
1987: Замена паротурбинной установки океанского лайнера Queen Elizabeth 2 (66850 т, 3000 пасс., 1968 г.) на на дизель-электрическую ЭУ, самую большую на гражданском флоте XX века: 9 четырехтактных двигателей MAN суммарной мощностью - 179 MВт (243 тыс л.с.).
1988: Корпорация MAN B&W приобретает Французскую компанию Пилстик (SEMT Pielstick).
1998: Компания P&O Nedlloyd получает контейнеровоз "Southampton" вместимостью в 6674 контейнеров (дедвейт - 75000 т, длина - 300 м, ширина - 42,8 м, осадка - 13,5 м, 25 узлов) с самой большой единичной установленной мощностью дизельного двигателя - 65880 кВт (89,5 тыс л.с.), Sulzer, 12 RTA96C.
1999: В Голландии построен самый большой дизельный двигатель XX века: B&W 12K98MC-C (68640 кВт/ 93261 л.с.).
По состоянию на 1.01.2000 г. средняя стоимость тяжелого топлива для малооборотных дизелей с частотой вращения около 100 об/мин - $150 USD/т, средняя стоимость очищенного или легкого дизельного топлива (солярки) - $300 USD/т. Рекорд минимального расхода топлива дизельным двигателем поставлен в 1986 г. Расстояние 4818 км пройдено с средним расходом топлива 1.76 л. на 100 км.
Литература:
1.
Петровский Н. В., Судовые двигатели внутреннего сгорания и их эксплуатация, М., 1966;
2.
Гаврилов В. С., Камкин С. В., Шмелев В. П., Техническая эксплуатация судовых дизельных установок, М., 1967;
3.
Плаксионов Н. П., Берете А. Г., Судовые турбинные установки, М., 1973;
4.
Справочник судового механика, под ред. Л. Л. Грицая, т. 1-2, М., 1973-74.
5.
Из книги С.И.Белкина "Путешествие по кораблям".
6.
Source ThinkQuest Library -
http://www.thinkquest.org/index.html
,
7.
site
Start Your Engines
,
http://www.history.rochester.edu/steam/
,
8.
Боевые корабли -
http
://
battleship
.
spb
.
ru
/