U prošlom članku ispitali smo pitanja vezana uz ugradnju kotlova Nikloss na Varyag - većina internetskih bitaka oko elektrane kruzera posvećena je tim jedinicama. No čudno je da, pridajući tako veliku važnost kotlovima, velika većina zainteresiranih za ovu temu potpuno zanemaruje parne strojeve kruzera. U međuvremenu, veliki broj problema identificiranih tijekom rada "Varyaga" povezan je s njima. No da bismo sve to razumjeli, potrebno je najprije osvježiti sjećanje na dizajn brodskih parnih strojeva krajem prošlog stoljeća.
Zapravo, princip rada parnog stroja prilično je jednostavan. Postoji cilindar (obično se nalazi okomito na brodskim strojevima), unutar kojeg se nalazi klip koji se može pomicati gore -dolje. Pretpostavimo da je klip na vrhu cilindra - tada se para pod pritiskom dovodi do rupe između njega i gornjeg poklopca cilindra. Para se širi, gurajući klip prema dolje i tako doseže donju točku. Nakon toga, postupak se ponavlja "upravo suprotno" - gornja rupa se zatvara, a para se sada dovodi u donju rupu. Istodobno se otvor za paru otvara s druge strane cilindra, a dok para gura klip odozdo prema gore, istrošena para u gornjem dijelu cilindra istiskuje se u otvor za paru ispušna para na dijagramu označena je točkastom plavom strelicom).
Dakle, parni stroj osigurava klipno kretanje klipa, ali kako bi se ono pretvorilo u rotaciju osovine vijka, koristi se poseban uređaj zvan radilica, u kojem radilica ima važnu ulogu.
Očigledno, kako bi se osigurao rad parnog stroja, ležajevi su iznimno potrebni, zahvaljujući čemu se obavlja i rad radilice (prijenos kretanja s klipa na radilicu) i pričvršćivanje rotirajuće radilice.
Mora se također reći da je do vremena projektiranja i izgradnje Varyaga cijeli svijet u izgradnji ratnih brodova već odavno prešao na parne strojeve s trostrukim proširenjem. Ideja o takvom stroju nastala je jer para potrošena u cilindru (kao što je prikazano na gornjem dijagramu) uopće nije potpuno izgubila energiju i mogla se ponovno koristiti. Stoga su to i učinili - prvo je svježa para ušla u visokotlačni cilindar (HPC), ali nakon završetka rada nije se "bacila" natrag u kotlove, već je ušla u sljedeći cilindar (srednji tlak ili HPC), a zatim ponovno gurnuo klip u njega. Naravno, tlak pare koja ulazi u drugi cilindar se smanjio, zbog čega je sam cilindar morao biti napravljen s većim promjerom od HPC -a. No, to nije bilo sve - para koja je nastala u drugom cilindru (LPC) ušla je u treći cilindar, nazvan cilindar niskog tlaka (LPC), i nastavila je svoj rad već u njemu.
Nije potrebno spominjati da je cilindar niskog tlaka morao imati najveći promjer u usporedbi s ostalim cilindrima. Dizajneri su to učinili lakše: pokazalo se da je LPC prevelik, pa su umjesto jednog LPC-a napravili dva, a strojevi su postali četverocilindrični. Istodobno, para se istovremeno dovodila u oba niskotlačna cilindra, odnosno, unatoč prisutnosti četiri cilindra za "ekspanziju", ostala su tri.
Ovaj kratki opis sasvim je dovoljan da se shvati što nije u redu s parnim strojevima krstarice Varyag. I "pogrešno" s njima, bilo je, nažalost, toliko da je autoru ovog članka teško znati odakle točno početi. U nastavku opisujemo glavne greške učinjene u dizajnu parnih strojeva kruzera, a pokušat ćemo dokučiti tko je, uostalom, kriv za njih.
Dakle, problem # 1 je bio u tome što dizajn parnog stroja očito ne podnosi naprezanja na savijanje. Drugim riječima, dobre performanse mogle su se očekivati samo kada je parna mašina bila potpuno ravna. Ako se ova baza odjednom počne savijati, to stvara dodatno opterećenje na radilici, koja se proteže gotovo cijelom dužinom parnog stroja - počinje se savijati, ležajevi koji je drže brzo se pogoršavaju, pojavljuje se razmak i radilica se pomakne, zbog čega već trpe ležajevi radilice - mehanizam klipnjače, pa čak i klipovi cilindara. Da bi se to spriječilo, parni stroj mora biti instaliran na čvrstom temelju, ali to nije učinjeno na Varyagu. Njegovi parni strojevi imali su samo vrlo lagan temelj i zapravo su bili pričvršćeni izravno na trup broda. A tijelo, kao što znate, "diše" na morskom valu, odnosno savija se tijekom valjanja - a ti stalni zavoji doveli su do zakrivljenosti radilica i "olabavljenja" ležajeva parnih strojeva.
Tko je kriv za ovu grešku u dizajnu Varyaga? Bez sumnje, odgovornost za ovaj nedostatak broda treba pripisati inženjerima tvrtke C. Crump, ali … ovdje postoje određene nijanse.
Činjenica je da je takav dizajn parnih strojeva (kad su na trup broda ugrađeni oni bez krutih temelja) bio općenito prihvaćen - ni Askold ni Bogatyr nisu imali krute temelje, ali su parni strojevi na njima radili besprijekorno. Zašto?
Očito će deformacija radilice biti značajnija, što je veća njezina duljina, odnosno što je dulja duljina samog parnog stroja. Varyag je imao dvije parne mašine, dok je Askold imao tri. Po dizajnu, potonji su također bili četverocilindrični parni strojevi s tri ekspanzije, ali su zbog znatno manje snage imali znatno kraću duljinu. Zbog tog učinka, otklon karoserije na strojevima Askold pokazao se znatno slabijim - da, bili su, ali, recimo, "unutar razuma" i nisu doveli do deformacija koje bi onemogućile parne strojeve.
Doista, prvotno se pretpostavljalo da je ukupna snaga strojeva Varyag trebala biti 18.000 KS, odnosno snaga jednog stroja bila je 9.000 KS. No, kasnije je Ch. Crump napravio vrlo teško objašnjivu pogrešku, naime, povećao je snagu parnih strojeva na 20.000 KS. Izvori to obično objašnjavaju činjenicom da je Ch. Crump to učinio zbog odbijanja MTK -a da koristi prisilnu eksploziju tijekom ispitivanja krstarice. Bilo bi logično da je Ch. Crump, istodobno s povećanjem snage strojeva, također povećao produktivnost kotlova u projektu Varyag na istih 20.000 KS, ali ništa se od toga nije dogodilo. Jedini razlog za takav čin mogla bi biti nada da će kotlovi na kruzeru premašiti kapacitet utvrđen projektom, no kako je to moguće učiniti bez pribjegavanja?
Ovdje je već jedna od dvije stvari - ili Ch. Crump se i dalje nadao da će inzistirati na testiranju prilikom forsiranja kotlova i bojao se da strojevi neće "rastegnuti" njihovu povećanu snagu, ili je iz nekog nejasnog razloga vjerovao da kotlovi Varyaga i bez forsiranja postići će se snaga od 20.000 KS. U svakom slučaju, proračuni Ch. Pokazalo se da je Crump pogriješio, ali to je dovelo do činjenice da je svaki stroj za krstarenje imao snagu od 10.000 KS. Osim prirodnog povećanja mase, naravno, povećale su se i dimenzije parnih strojeva (duljina je dosegla 13 m), dok su tri stroja Askold, koja su trebala pokazivati 19.000 KS. nazivne snage, trebao bi imati samo 6 333 KS. svaki (nažalost, njihova je duljina, nažalost, autoru nepoznata).
Ali što je s "Bogatyrom"? Uostalom, bio je, poput Varyaga, dvoosovinski, a svaki njegov automobil imao je gotovo istu snagu - 9.750 KS. protiv 10.000 KS, što znači da je imao slične geometrijske dimenzije. No valja napomenuti da je trup Bogatyra bio nešto širi od onog Varyaga, imao je nešto niži omjer duljine i širine te se, u cjelini, činilo da je krutiji i manje sklon skretanju od trupa Varyaga. Osim toga, moguće je da su Nijemci ojačali temelj u odnosu na onaj na kojem su stajali parni strojevi Varyaga, odnosno ako nije bio sličan onima koje su primili suvremeniji brodovi, ipak je pružao bolju snagu od temelji Varjaga. Međutim, na ovo se pitanje može odgovoriti tek nakon detaljnog proučavanja nacrta oba kruzera.
Dakle, greška inženjera tvrtke Crump nije bila u tome što su postavili slabe temelje strojevima Varyag (kao što su, čini se, učinili i ostali brodograditelji), već što nisu vidjeli i nisu shvatili potrebu kako bi se osigurala "nefleksibilnost" Strojevi s jačim kućištem ili prijelazom na shemu s tri vijka. Činjenica da je sličan problem uspješno riješen u Njemačkoj, a ne samo iznimno iskusni Vulkan, koji je izgradio Bogatyr, već i drugorazredni i bez iskustva u izgradnji velikih ratnih brodova prema vlastitom nacrtu Njemačke daleko u korist američkih konstruktora. No, iskreno rečeno, valja napomenuti da ni MTK nije kontrolirao ovaj trenutak, ali treba shvatiti da mu nitko nije postavio zadatak nadzirati svako kihanje Amerikanaca, a to nije bilo moguće.
No, nažalost, ovo je samo prvi, a možda čak ni najznačajniji nedostatak parnih strojeva najnovije ruske krstarice.
Problem broj 2, koji je očito bio glavni, bio je pogrešan dizajn parnih strojeva Varyag, optimiziran za velike brzine broda. Drugim riječima, strojevi su dobro radili pri maksimalnom tlaku pare, inače su počeli problemi. Činjenica je da kada tlak pare padne ispod 15,4 atmosfere, cilindri niskog tlaka prestali su obavljati svoju funkciju - energija pare koja ulazi u njih nije bila dovoljna za pogon klipa u cilindru. U skladu s tim, na ekonomskim potezima, "kolica su počela voziti konja" - cilindri niskog tlaka, umjesto da pomažu u okretanju radilice, sami su pokrenuti. Odnosno, radilica je dobivala energiju iz cilindara visokog i srednjeg tlaka, te je trošila ne samo na okretanje vijka, već i na osiguravanje kretanja klipova u dva cilindra niskog tlaka. Mora se shvatiti da je dizajn mehanizma radilice osmišljen tako da je cilindar taj koji će pogoniti radilicu kroz klip i klizač, ali ne obrnuto: kao rezultat takvog neočekivanog i ne trivijalna uporaba radilice, doživjela je dodatna naprezanja koja nisu predviđena njegovim dizajnom, što je također dovelo do kvara ležajeva koji ga drže.
Zapravo, možda u tome i nije bio poseban problem, ali samo pod jednim uvjetom - ako je dizajn strojeva predvidio mehanizam koji odvaja radilicu od cilindra niskog tlaka. Tada je u svim slučajevima rada pri tlaku pare nižem od zadanog bilo dovoljno "pritisnuti gumb" - i LPC je prestao opterećivati radilicu, međutim takvi mehanizmi nisu bili predviđeni dizajnom "Varyaga" "strojevi.
Nakon toga, inženjer I. I. Gippius, koji je nadzirao montažu i podešavanje mehanizama razarača u Port Arthuru, proveo je 1903. detaljno ispitivanje strojeva Varyag i na temelju njegovih rezultata napisao cijeli istraživački rad, u kojem je naznačio sljedeće:
“Ovdje se pretpostavlja da tvornica Crump, u žurbi da preda kruzer, nije imala vremena prilagoditi raspodjelu pare; stroj se brzo uzrujao, a na brodu su, naravno, počeli popravljati dijelove koji su pretrpjeli više od drugih u smislu zagrijavanja, kucanja, bez uklanjanja temeljnog uzroka. Općenito, nesumnjivo je iznimno težak zadatak, ako ne i nemoguć, ispraviti brodom vozilo koje je u početku bilo tvornički neispravno."
Očito je da je Ch. Crump u potpunosti kriv za ovaj nedostatak elektrane Varyag.
Problem broj 3, sam po sebi, nije bio osobito ozbiljan, ali je u kombinaciji s gore navedenim pogreškama dao "kumulativni učinak". Činjenica je da neko vrijeme, prilikom projektiranja parnih strojeva, dizajneri nisu uzimali u obzir inertnost svojih mehanizama, zbog čega su ovi bili stalno izloženi prekomjernom naprezanju. Međutim, do trenutka nastanka Varyaga, teorija uravnoteženja sila tromosti strojeva bila je proučavana i raširena posvuda. Naravno, njegova primjena zahtijevala je dodatne izračune od proizvođača parnih strojeva i stvorila mu određene poteškoće, što znači da su se troškovi rada u cjelini povećali. Dakle, MTC u svojim zahtjevima, nažalost, nije ukazao na obveznu primjenu ove teorije u dizajnu parnih strojeva, a Ch. Crump je, očito, odlučio na tome uštedjeti (teško je zamisliti da je on sam, a nitko od njegovih inženjeri imaju nešto o ovome nisu znali teoriju). Općenito, bilo pod utjecajem pohlepe, bilo zbog banalne nesposobnosti, ali su odredbe ove teorije pri stvaranju strojeva Varyag (i, usput, Retvizana) zanemarene, zbog čega su sile inercije "vrlo nepovoljno" (prema I. I. Gippiusu) djelovanje na cilindre srednjeg i niskog tlaka, pridonoseći poremećaju normalnog rada strojeva. U normalnim uvjetima (ako je parni stroj imao pouzdan temelj i nije bilo problema s distribucijom pare) to ne bi dovelo do kvarova, pa …
Krivnju za ovaj nedostatak parnih strojeva "Varyag" trebali bismo, najvjerojatnije, svaliti i na Ch. Crumpa i na MTK, koji su dopustili nejasnu formulaciju naredbe.
Problem # 4 bio je upotreba vrlo specifičnog materijala u ležajevima za parne strojeve. U tu su svrhu korištene fosforne i manganove bronze, koje, koliko je autoru poznato, nisu bile široko korištene u brodogradnji. Kao rezultat toga dogodilo se sljedeće: zbog gore navedenih razloga ležajevi strojeva "Varyag" brzo su otkazali. Morali su se popraviti ili zamijeniti onim što je bilo pri ruci u Port Arthuru, a tamo, nažalost, nije bilo takvih užitaka. Zbog toga je nastala situacija kada je parni stroj radio s ležajevima od materijala potpuno različitih kvaliteta - prerano trošenje nekih izazvalo je dodatna naprezanja u drugima, a sve je to također pridonijelo narušavanju normalnog rada strojeva.
Strogo govoreći, ovo je možda jedini problem čije se "autorstvo" ne može utvrditi. Činjenica da su dobavljači Ch. Crumpa odabrali takav materijal nije ni na koji način mogla izazvati negativnu reakciju kod bilo koga - ovdje su bili potpuno sami po sebi. Očigledno je bilo izvan ljudskih mogućnosti pretpostaviti katastrofalno stanje elektrane Varyag, predvidjeti njezine uzroke i opskrbiti Port Arthur potrebnim materijalima, a "za svaki slučaj" tamo je bilo teško isporučiti potrebne stupnjeve bronce, s obzirom na ogromnu količinu svih materijala za eskadrilu.koja je potreba bila sigurno poznata, ali čije se potrebe nisu mogle zadovoljiti. Krivite inženjere strojarstva koji su popravljali strojeve Varyag? Malo je vjerojatno da su imali potrebnu dokumentaciju koja bi im omogućila predvidjeti posljedice njihovih popravaka, pa čak i da znaju za to, što bi mogli promijeniti? Još uvijek nisu imali druge mogućnosti.
Sumirajući našu analizu elektrane na kruzeru "Varyag", moramo konstatirati da su se nedostaci i pogreške u dizajnu parnih strojeva i kotlova "sjajno" nadopunjavali. Stječe se dojam da su Niklossovi kotlovi i parni strojevi sklopili sabotažni pakt protiv kruzera na kojem su bili instalirani. Opasnost od nesreća s kotlom natjerala je posadu da uspostavi smanjeni tlak pare (ne više od 14 atmosfera), no to je stvorilo uvjete pod kojima su parni strojevi Varyaga morali brzo postati neupotrebljivi, a brodski mehaničari nisu mogli ništa učiniti po tom pitanju. No, posljedice projektnih odluka strojeva i kotlova Varyag detaljnije ćemo razmotriti kasnije, kada analiziramo rezultate njihova rada. Zatim ćemo dati konačnu ocjenu elektrane kruzera.
