146689 (Паровые турбины и судовые дизеля), страница 2

Паровой буксир Дж.Халлса (патент, 1736 г).

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.

Пароход Саймингтона и Миллера (1788 г., 20 т, UK)

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)

Р аньше 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.

В есной 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.

М ежду 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.