Чтобы попасть вмашинное отделение судна, приходится долго спускаться вниз по многочисленнымтрапам и потом некоторое время не можешь отделаться от ощущения, что находишьсяв какой-то подводной лаборатории. Сверху пробивается дневной свет, бросая бликина деловито работающие шеренги могучих стальных машин. Здесь их немало, нопервую скрипку в этом отлично сыгранном ансамбле играет главный двигатель. Отнего в корму по специальному туннелю проложен быстро вращающийся вал. Насвободный конец вала насажен гребной винт. Главный двигатель, вращая гребнойвал, заставляет тем самым вращаться винт, который и сообщает суднупоступательное движение.
Кроме главногодвигателя—множество насосов: одни из них подают масло, другие—жидкое топливо,третьи подводят к главному двигателю охлаждающую воду и т. д. В машинномотделении есть также сепараторы, которые очищают топливо и масло от примесей,компрессоры, подающие сжатый воздух для пуска двигателей. Довольно много местазанимают так называемые вспомогательные двигатели; они вырабатываютэлектрическую энергию для освещения, отопления, для работы разных устройств имеханизмов. Иногда здесь устанавливают довольно внушительный паровой котел,хотя для него обычно стараются выделить отдельное помещение. Паровой котелвырабатывает пар для отопления, для подогрева жидких грузов (на танкерах), длятехнологических нужд (на плавучих рыбозаводах) и т. д.
В машинномотделении обычно приходится располагать так много различного оборудования, чтонередко здесь устраивают платформы, чтобы разместить на них часть машин имеханизмов. Тут же, на платформе, предусматривается мастерская и машиннаякладовая.
Для обеспеченияестественной 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 развитиипароатмосферных 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 врабочем цилиндре после его резкого охлаждения. Основой предпосылкой длясоздания пароатмосферного двигателя стала необходимость решения задачи дренажашахт глубокого залегания.
/>Одиниз первых шахтных водоотливных насосов Ньюкомена с цилиндром диаметром в 8дюймов (20,32 см) работал по приципу водяного насоса Отто фон Герике и поднималводу на высоту в 162 фута (49,4 м), при этом суммарный столб поднимаемой водыбыл равен 3535 фунтам (1,6 т). Полезная работа (ход) насоса осуществляласьцилиндром 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 иуплотнения зазоров поршня, — около 150 °F (65 °С).
Указанныепараметры цилиндра позволяли создать избыточное усилие на поршне в 1324 фунтов(600 кгс или 5893 Н), половина из которого расходовалась на компенсацию тяжестипротивовеса, а 662 фунтов (300 кгс) обеспечивали работу механизма насоса.Двигатель работал со скоростью 15 циклов в минуту, при этом средняя скоростьдвижения поршня достигала 75 футов в минуту (0,381 м/c), а полезная мощностьбыла равна 265 125 фунтам на фут в минуту (6 кВт). Учитывая, что мощность водну лошадиную силу эквивалентна 33 000 футов на фунт в минуту (745,7 Вт),двигатель Ньюкомена развивал мощность около 8 л.с.
Сравнительныйанализ эффективности насосов Ньюкомена и Савери показал, что для вакуумногонасоса Савери способного засосать воду не более чем на 32 фута (10 м), подъемстолба воды весом в 1,6 т. на высоту в 130 ft (39,6 м) возможен только придавлении в котле не менее 60 фунтов на кв. дюйм (4,2 кг/кв.см), что былопрактически недостижимо для котлов начала XVIII в.
ПРИНЦИП РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ НЬЮКОМЕНА.
/>
[ Cхема двигателя Ньюкомена ]
/>
Реконструкция 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.
двухцилиндровуюпароатмосферную машину.
В машине И.Ползунова впрыск воды в цилиндр для создания вакуума осуществлялся поочередно сиспользованием специального кулисного механизма. На приведенном справа рисункепоказана схема двигателя И. Ползунова.
Пробный пускмашины И. Ползунова состоялся в 1766 г., через неделю после смерти ееизобретателя, но из-за износа кожаного уплотнения цилиндров и течи в котлемашина проработала всего 43 дня и в 1780 г. была демонтирована и уничтожена.
Первый насосНьюкомена был установлен в 1712 г. в графстве Стаффордшир (Staffordshire), а вобщем несколько сотен паровых насосов Ньюкомена и Савери использовались вЕвропе до появления двигателя Дж.Уатта.
Дальнейшее развитиепароатмосферных двигателей уткнулось в проблему габаритов, т.к. прииспользовании только потенциала атмосферного давления увеличение мощностидвигателя достигалось за счет увеличения габаритов рабочего цилиндра, длинакоторых на последних двигателех Ньюкомена достигала уже 10 футов (3 м).
Доктор Робисон (Dr.Robison), автор «Философии механики (Mеchanical Philosophy)», однойиз немногих работ, посвященных истории развития машиностроения, следующимобразом описывает двигатели Ньюкомена, проработавшие в Шотландии до 1790 г.Диаметр цилиндра водоотливных насосов — 40-44" (100-112 см), диаметррабочего цилиндра — 60" (152 см), ход поршня — 6 ft (183 см). Избыточноедавление 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 развитиидвигателестроения 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), профессоруниверситета Глазго, которому помогал выпускник университета, «гражданскийинженер» Джеймс Уатт (James Watt, 1736-1819).
Фундаментальное для дальнейшего развития техникиявление было открыто в результате исследования причин неизменности температурысмеси воды и тающего льда в при ее нагревании.
Осознание возможности выполнения полезной работы путемиспользования скрытой энергии пара и установление ее численной взааимосвязи стемпературой и давлением рабочей среды стало возможным только после завершенияформирования кинетической теории газов и понимания сущности энергии, на чтопотребовалось почти 60 лет.
Хронология формирования теоретической базытермодинамики
/>1709: Изобретениеспиртового термометра, Габриэль Фарангейт (Gabriel Fahrenheit);
1714: Закон сохранения энергии (первый законтермодинамики), Готфрид Лейбниц (Gottfreid Leibniz);
1714: Изобретение ртутного термометра, ГабриэльФарангейт (Gabriel Fahrenheit);
1724: Открытие явления переохлаждения воды, ГабриэльФарангейт (Gabriel Fahrenheit);
1731: Водо-спиртовой термометр, Рене Реомюр (ReneReaumur);
1738: Кинетическая теория газов, Данил Бернулли(Daniel Bernoulli);
1738: Гидродинамика, Данил Бернулли (DanielBernoulli);
1742: Обратная стоградусная температурная шкала, АндреасЦельсий (Anders Celsius);
1743: Прямая температурная шкала Цельсия, Жан Кристин(Jean Christin);
1743: Введение понятия энергии в Ньютоновскуюмеханику, Жан де Аламбер (Jean d'Alembert);
1744: Введение понятия энергии в гидродинамику, Жан деАламбер (Jean d'Alembert);
1744: Открытие взаимосвязи температуры со скоростьюдвижения молекул, Михал Ломоносов (Mikhail Lomonosov);
1748: Закон сохранения массы и энергии, МихалЛомоносов (Mikhail Lomonosov);
1752: Открытие вязкости жидких сред, Жан де Аламбер (Jeand'Alembert);
1761: Опыты по фазовым превращениям воды. Открытиескрытой теплоты, Джозеф Блэк (Joseph Black) – официальная дата появлениятермодинамики.
В 1765 г. Джеймс Уатт создает первую действующуюмодель двигателя, рабочий ход которого обеспечивался не созданием вакуума, аизбыточным давлением, подаваемым в цилиндр для подъема груза.
/>/>В период с 1765по 1769 Уатт создает последовательный ряд все более мощных моделей и в 1769 г.получает патент на свое изобретение. Несмотря на то, что первые двигатели Уаттабыли одностороннего действия, т.к. для шахтных подъемников не былонеобходимости обеспечивать полезную нагрузку обратного хода, преимущество егоперед двигателем Ньюкомена была очевидна – мощность двигателя определялась ужене только габаритами цилиндра, но и давлением пара.
С 1774 на заводе М. Болтона (Matthew Boulton), вблизиБирмингема, начинается выпуск насосов Дж. Уатта, представляющихмодернизированный вариант насоса Ньюкомена.
Начало эпохи транспортного машиностроения относится к1781 г., когда Уатт создает двигатель с вращающимся моментом на валу, накотором впервые применяются планетарный механизм преобразования поступательногодвижения, регулятор частоты вращения и водомерное стекло на котле.
В 1784 г. Уатт создает первый двигатель двойногодействия с кривошипно-шатунным механизмом, который на долгие годы стал главнойэнергетической установкой морских паровых судовЭволюция паровой машины Дж.Уатта
/>
/>
/>
1774 г. 1781 г. 1784 г.
С созданим парового двигателя двухстороннего действия сКШМ начинается разделение энергетических установок на стационарные итранспортные. Объектом дальнейшего рассмотрения является конкретный класстранспортных объектов — судовые энергетические установки, тепловозные,автомобильные и авиационные рассматриваются только в целях сравнительногоанализа их конструктивных и технических параметров.
Роберт Фултон и первые пароходы.
/>
Паровой буксир Дж.Халлса (патент, 1736 г).
История создание судов, движимых силой пара,насчитывает несколько столетий. Привелегии (авторство) на паровые механизмыдвижения транспортных судов и лодок в Европе получили: Рамсей (Ramsay, 1578),Грант (Grant, 1630), Лин (Lin, 1632), Форд (Ford, 1637), лорд Сомерсет (MarquisWorcester, 1640), Чешем (Chatham, 1661), Тугод (Twogood, 1667), Аллен (Allen,1682), Халлс (Hulls, 1730), но ни одна из этих моделей не описывает способапреобразования прямолинейного движения поршня теплового двигателя вовращательное. Как правило, все схемы движения воспроизводили галерную схемувесельного привода.
В 1730 г. доктор Джон Аллен предложил прототипводометного двигателя, в котором движение судна обеспечивалось переодическимзакачиванием и выбросом воды из кормовых сопел, для чего предлагалась схемасоздания вакуума, применяемая в насосе Савери.
/>
Пароход Саймингтона и
Миллера (1788 г., 20 т, UK)
Идея преобразования поступательного движения паровогодвигателя во вращательное была предложена англичанином Джонатаном Халлсом(Jonathan Hulls), получившим в 1736 году первый в истории флота патент напаровое судно для буксировки кораблей в гавани.
Патент предусматривал использование парового двигателяНьюкомена, однако низкая мощность и громоздкость пароатмосферной машины непозволили реально осуществить этот проект. Реальные попытки установить паровойдвигатель на судно начались только после изобретения Дж. Уаттом паровой машиныизбыточного давления (1774 г.).
Эру паровой навигации открывает Клод Франциск Жофрейде Аббанс (Claude Francois Jouffroy d'Abbans), построивший судно, способноедвигаться по воде без паруса и весел. Первая попытка маркиза де Аббансапостроить 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 вблизиЛиона (Saone, Lyons). судно 15 минут двигалось против течения с грузом в 182т., однако производительность парового котла оказалась слишком низкой для болеепродолжительного движения.
В 1787 г. Джеймс Рамсей из Мэриленда (James Rumsey ofMaryland) построил и продемонстрировал на р. Потомак (Potomac) пароход,приводимый в движение паром, выпускаемым под давлением из специальных сопел вкорме судна, при этом его скорость достигала 4 mi/hr (6.4 км/час).
Практическая эксплутация пароходов началась в СШАблагодаря выдающемуся американскому инженеру и изобретателю Дж. Фитчу (JohnFitchs, 1743-1798), создавшему первые в истории флота линейные паровые суда. Всхеме своего первого парохода (1787 г.) Дж. Фитч в качестве движителя весла, ноуже 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 ходекоторой средняя скорость движения паромов была увеличина с 4 до 7 узлов.
В 1796 г. Дж.Фитч строит паровой катер с гребнымвинтом «Collect» и начинает его испытания в Нью-Йоркской гавани,намного опередив свое время. К сожалению, несмотря на то, что он отработал напробных рейсах более 1000 км, изобретение оказалось потерянным после смерти егоавтора.
Характеристика линейныхпароходов (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 другихоценил возможности парохода судья Ливингстон. Он не разбирался в техническихдеталях, но был весьма искушенным дельцом и быстро сообразил, что принадлежащем размахе и хорошей организации дела пароходное сообщение может датьочень неплохую прибыль.
В 1798 году Ливингстон добился права на установлениерегулярного пароходного сообщения по реке Гудзон. Несколько лет Ливингстонпытался построить паровое судно, привлекая различных механиков. Было сделанонесколько паровых кораблей, но все они развивали скорость не более 5 км/ч.Разуверившись в местных механиках, Ливингстон в 1801 году отправился воФранцию. Здесь он встретился со своим соотечественником инженером РобертомФултона, разрабатывающим для Франции проекты парохода и подводной лодки.
Первые опыты Фултона с самодвижущимися судамиотносились еще к 1793 году, когда он, исследуя различные типы гребного колеса,пришел к заключению, что наилучшим будет колесо с тремя или шестью лопастями. В1794 году, побывав в Манчестере, он убедился, что наилучшим двигателем длясамодвижущегося корабля может быть только паровая машина Уатта двойногодействия.
/>В 1797 г. Фултон приезжает во Францию и обращается кправительству Французской республики с предложением о строительстве подводнойлодки. Предложение было отвергнуто, но настойчивый изобретатель добилсяаудиенции у первого консула Наполеона Бонапарта и заинтересовал его идеейподводного корабля. В 1800 г. Фултон строит подводную лодку и с двумяпомощниками осуществляет погружение на глубину 7,5м. Через год он спускает наводу усовершенствованный «Наутилус», длиной 6,5 и шириной 2,2 м. Длясвоего времени лодка имела приличную глубину погружения – около 30 м.
В качестве движителя подводного хода использовалсявращаемый вручную четырех- лопастной винт, позволявший развивать скорость около1,5 уз. В надводном положении лодка двигалась под парусом со скоростью 3 – 4уз. Мачта для паруса была укреплена на шарнире. Перед погружением ее быстроснимали и укладывали в специальный желоб на корпусе. После подъема мачты развертывалсяпарус, и корабль становился, похож на раковину моллюска наутилуса. Отсюда ипоявилось название, которое дал своей подводной лодке Фултон, а спустя 70 летзаимствовал Жюль Верн для фантастического корабля капитана Немо.
Погружение и всплытие осуществлялись заполнением иосушением балластной цистерны. Наутилус был вооружен миной, представлявшейсобой два медных бочонка с порохом, соединенных эластичной перемычкой.Изобретатель отказался от боевого применения Наутилуса из-за того, чтофранцузский морской министр не удовлетворил его требование присвоить членамэкипажа лодки воинские звания, без чего англичане в случае захвата в пленповесили бы их как пиратов.
В 1802 г. году Фултон отправляется в Шотландию, чтобыознакомиться с построенным там Уильямом Саймингтоном (William Symington)пароходом «Шарлотой Дундас» («Charlotte Dundas», 1802 г.),первым паровым судном не имевшим парусного вооружения. Пароход Саймингтона былнесомненно удачной моделью. Средняя скорость его без груженых барж составлялаоколо 10 км/ч. Однако этот опыт не заинтересовал англичан. Вскоре пароходвытащили на берег и обрекли на слом. Фултон присутствовал при испытаниях«Шарлоты» и имел возможность ознакомиться с ее устройством. Болеетого, механик-строитель судна Арон Вейл (Aaron Vail) предоставляет Фултону вседокументы и спецификации для установки двигателя, а доктор Картвич (Dr.Cartwright) передает Фултону чертежи парохода.
/>Весной 1803 года Фултон приступил в Париже к строительству своего первогопарохода. Он был плоскодонным, без выступающего киля, с обшивкой вгладь.Паровая машина Уатта была взята напрокат у одного знакомого, но схемупередаточного механизма придумал сам Фултон. Построенный корабль оказалсянедостаточно прочным — корпус не выдержал тяжести машины. Однажды во времясильного волнения на Сене днище проломилось и взятая в долг машина вместе совсем оборудованием пошла ко дну. С большим трудом все это удалось достать наповерхность, причем Фултон жестоко простудился во время спасательных работ.Вскоре был построен новый, гораздо более прочный корпус судна, имевший 23 м вдлину и 2,5 м в ширину. В августе 1803 года на реке Сена (Seine) было проведенопробное испытание. В течение полутора часов пароход двигался со скоростью 5км/ч и показал хорошую маневренность. Первым делом Фултон предложил свойпароход Наполеону, но тот не заинтересовался этим изобретением.
В мае 1804 г после заключения академика Французскойакадемии 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 24л.с.). Здесь он пытается увлечь английское правительство проектом своейподводной лодки и одновременно следит за изготовлением паровой машины фирмойБолтон & Уатт. Первые удачные опыты со взрывам судов не стольковоодушевили, сколько привели в замешательство Британское адмиралтейство, поинициативе которого Фултону была предложена пожизненная пенсия с условием — забыть про свое изобретение.
/>Между тем, Ливингстон настойчиво зовет Фултона вАмерику. 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 состроительством своего парохода. В конце 1806 г. в Нью-Йорк прибывает заказанныйдвигатель, и Фултон немедленно заказывает корпус на верфи Чарлза Брауна.Машинная часть парохода состояла из котла в форме сундука длиной 6 м при высотеи ширине несколько более 2 м и вертикального парового цилиндра. Весной 1807первый пароход, получивший имя «Клермонт» («Clermont»,водоизмещение ~100 т, длина 133 фт./~40 м, ширина 18 фт./~5 м, высота 9фт./~2,5 м), был спущен на воду.
В августе 1807 г. двигатель был установлен на судно ииспытан в работе, во время рейса Нью-Йорк — Олбани (Albany). Расстояние доОлбани составляло 150 миль (241 км), рейс длился 32 часа, возврат по течениюреки занял 30 часов. Паруса не использовались на всем пути. Пароход имел бортовойколесный привод. Это был первый безостановочный транспортный рейс длительностьюболее одних суток, выполненный паровым судном.
/>«Клермонт» держал эту линию в течениенескольких лет сразу столкнувшись с крайне враждебным отношением владельцевпарусных и гребных судов на Гудзоне, увидевших в пароходе грозного конкурента.Они то и дело подстраивали столкновения пароходов с шаландами и баркасами илиустраивали 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 своихболее ранних предшественников, однако именно ему суждено было открыть новую эрув истории судоходства, так как только за первый год эксплуатации «Клермонт»дал выручку 16 тысяч долларов, предъявив всему миру очевидное доказательстворентабельности парового флота. Небольшое относительно пароходов Дж.Фитчаувеличение тоннажа судна и мощности машины положило конец эпохе энтузиастовпарового движения и стало фактором экономического развития страны.
Хотя сам Фултон неоднократно подчеркивал, что идеяпарохода принадлежит не ему, именно он впервые удачно воплотил ее в жизнь, иименно с его легкой руки пароходство начало бурно развиваться сначала вАмерике, а потом и во всем мире.
От парового двигателя к паровойтурбине.
/>
Паровая машина с тройным
расширением пара
К концу XIX векатрансатлантическую линию Европа – США обслуживали пароходы длиной от 350 до 450фт. (~100-140 м) с паровыми машинами мощностью 3000-4000 л.с. Линейные пароходыпересекали Атлантику за 10 — 11 дней и расходовали от 70 до 100 тонн угля вдень.
Низкий к.п.д.паровых двигателей существенно уменьшал полезную грузоподъемность паровых судови настоятельно требовал поиска более эффективных методов топливоиспользования.
Верхомсовершенства в изготовлении судовых паровых машин стали двигатели с тройнымрасширением пара линейных судов серии «Oceanic», которые строились наИрландских верфях с 1870 г.
В 1877 г.пароходы «Германик» («Germanic») и «Британик»(«Britannic») поставили рекорд скорости пересечения Атлантики надистанции 2,830 миль: Германик — 7 дней 11 часов 37 минут, Британик — 7 дней 10часов и 53 минуты.
Рекорд скоростистроительства судна и количества судов в серии принадлежит военно-транспортнымпароходам проекта EC2, получившего наименование «Liberty» (Либерти).В период с 1941 по 1947 гг. было построено 2751 судов этого типа. Первыйпароход серии «Патрик Генри» (SS Patrick Henry) был заложен 27сентября 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 все250000 деталей, входящих в спецификацию судна, собирались в стандартизованных250-тонных секциях, перемещаемых между заводами в соответствии с технологиеймонтажа судового оборудования. После комплектации секции доставлялись на верфи,где и происходила окончательная сборка судна. Строительная стоимость пароходасоставляла $ 2,000,000.
Характеристикипарохода: длина — 441 ft (134 м), ширина 56 ft (17 м), средняя скорость — 11узлов. В 5 трюмах пароход перевозил до 9000 тонн груза, а на палубе — самолеты,танки или локомотивы.
В составэнергетической установки входил паровой двигатель мощностью 2500 л.с. с тройнымрасширением пара (трехцилиндровый) и два паровых котла, работающие на жидкомтопливе (топочном мазуте).
За время Второймировой войны «Либерти» перевезли 2840 самолетов, 440 танков и 230миллионов ящиков боеприпасов. В команду парохода входили 44 члена экипажа и от 12до 25 военных моряков сопровождения и охраны судна. После войны ВМС США продалипочти все суда данной серии, а последние «Либерти» эксплуатировалисьдо начала 70-х годов, т.е. в течение 25 лет после окончания войны.
Однакокардинальное повышение эффективности судовых энергетических установок былосвязано не с совершенствованием паровых двигателей, а с изобретением турбин,позволивших не только поднять к.п.д. СЭУ, но и на порядок уменьшитьмассогабаритные характеристики судового двигателя.
Термин турбина происходит от французкого слова- turbine, пришедшего из латинского turbo — вихрь, вращение с большойскоростью, впервые использованного Героном Александрийским при описаниипринципа реактивного движения «Элоопила» (~130 г до н.э.).
/>
«Элоопил», 130 г. до.н.э.
Однако вплоть доначала промышленного использования паровых машин подогреваемый огнем шар сводой, вращающийся под действием струи пара, был не более чем игрушкой. Толькоуспехи в применении паровых машин заставили обратить внимание на свойстваколеса, вращающегося под напором струи пара.
Первоеупоминание о паровой турбине в Европе связано с именем итальянского инженераДжованни Бранка (Giovanni Branca), предложившего в 1629 г. использовать рабочееколесо турбины для размельчения угля и серы при производстве пороха (см. лекцию 1).
В 1837 г. в Англии и СШАбыло сделано несколько паровых колес, например колесо Авери (Avery at Syracuse,New York) имело диаметр 5 фт (~1,5 м), однако низкая эффективностьодноступенчатой турбины с атмосферным противодавлением не могла составитьконкуренцию паровому двигателю.
Для созданияпромышленной паровой турбины было необходимо завершить формулировку законовтермодинамики и найти новые инженерные решения для производства работы сиспользованием тепловых свойств воды и водяного пара.
Хронология формирования теории тепловыхмашин — термодинамики.
1798: Выдвижениеидеи о взаимосвязи температуры и энергии, Коунт Рамфорд (Count Rumford);
1824:Формирование теории тепловых машин, Сади Карно (Sadi Carnot);
1827: ОткрытиеБруоновского 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: Законраспределения молекулярных скоростей, Джеймс Клерк Максвелл, (James ClerkMaxwell);
1874: Второйзакон термодинамики, Лорд Келвин, (Lord Kelvin);
1876 — 1878:Формирование законов и понятий химической термодинамики, Иосиф Гиббс (JosiahGibbs);
Начиная с 1879г. термодинамика ориентируется на углубление знаний о природе тепловыхпроцессов и перестает быть прикладной наукой для инженеров.
1879: Понятиеизлучения черного тела, Иозеф Стефан (Josef Stefan);
1906: Третийзакон термодинамики, Вальтер Нернст (Walther Nernst);
1916:Кинетическая теория газов, Сидней Чапмен и Дэвид Енски (Sydney Chapman andDavid Enskog);
1957:Комптоновское распределение для уравнения Фоккера-Планка, A.S. Kompaneets......
/>
Колесо Авери, 1837
Созданиетермодинамики, т.е. теоретической базы для расчета тепловых машин, поставилоперед практикой задачу разработки энергетической установки на базе паровойтурбины с вакуумным конденсатором. Патент на первый паротурбинный двигательполучил американский морской инженер, адмирал Бенжамин Франклин Изервуд(Benjamin Franklin Isherwood, 1822-1915) в 1857 г.
После проведенияв 1870 г. инженерных разработок несколько паротурбинных установок (ПТУ) былиустановлены на военные фрегаты серии USS «Wampanoag». Новый двигательпозволил обеспечить относительно высокую скорость (17,75 узла/33 км.час), но ПТУ на базе одноступенчатой турбины оказалисьслишком сложными в изготовлении, но не более эффективными, чем паровые машины(к.п.д. 6-8%), вследствие чего нашли применение лишь в качестве двигателейсудов береговой охраны (USGS), предназначенных для перехвата контрабандистов.
Массовоеприменение паротурбинных установок на флоте связано с созданиеммногоступенчатых паровых турбин, позволивших поднять КПД паровых машин с 4-5% до15-18%., что было незамедлительно использовано в промышленной и морскойэнергетике. Создание современных паровых турбин связано с именами выдающихсяинженеров 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 позжеприменен для изготовления стеклянных бутылок.
В 1882 г. Лавальсоздал первую импульсную паровую турбину, в 1883 г. построил и использовалморскую реверсивную турбину, запатентованную в 1883 г., частота вращениякоторой достигала 42 000 оборотов в минуту.
/>
Первая морская турбина Парсонса, 1894
[ увеличить ]
В 1896 г. Лавальразработал паровую турбину для электростанции, работа которой требоваласоздания давления в 3400 фунтов на кв. дюйм (239 бар/кг.кв.см), что было недостижимо для технологий конца XIX века.
Главная заслугаЛаваля в разработке паровых турбин заключалась в том, что конструкция его соплапозволила примерно в 5 раз увеличить возможность использования потенциальнойэнергии струи пара, повысив скорость его истечения c 800 ft/с (244 м/c) до 4000ft/c (1220 м/c), но несмотря на это, одноступенчатые паровые турбины непозволяли дать однозначного заключения об их приемуществе перед паровымимашинами.
Промышленноеиспользование паровых турбин стало возможным лишь после того, как сэр Чалз А.Парсонс (Sir Charles Algernon Parsons, 1854-1931) создал в 1884 первуюмнгогоступенчатую паровую турбину мощностью 10 л.с. (18 000 об/мин). ТурбиныПарсонса использовались для привода электрогенераторов, мощность которых напервом этапе развития электроэнергетики составляла от 1 до 75 кВт.
/>
Многоступенчатый паротурбогенератор
Основное значение паровых турбин вистории техники заключается в том, что они обеспечили экономическуюрентабельность использования паровой энергии не только для промышленности, но идля бытового обслуживания населения. В частности, первое в истории уличноеосвещение было установлено в Кэмбридже в 1895 г., для чего использовалисьчетыре 100 кВт генератора с турбинами Парсонса.
Современныетурбины представляют многоступенчатые агрегаты, собираемые в блоки, включающиепоследовательность из нескольких турбин высокого, среднего и низкого давления.Такая компоновка позволяет достигнуть высокой эффективности использованиятепловой энергии пара (свыше 40 %), что сопоставимо с эффективностьюсовременных мощных малооборотных дизелей.
Эти показатели всочетании с относительной дешевизной топлива для ТЭЦ и АЭС делают паровуютурбину основным элементом современных электростанций. Мощность современныхпаровых турбин достигает 1000 мегаватт.
В 1899 г. находовых испытаниях корабли легко показали скорость свыше 30 узлов, однако ихсудьба оказалась печальной. В том же году «Гадюка» разбилась,наскочив на мель в Ла Манше, а месяцем позже «Кобра» взорвалась нарейде Тейна («Tyne»). Несмотря на то, что по результатамрасследования аварии Адмиралтейство полностью реабилитировало фирму ЧарльзаПарсонса, трагедия, унесшая жизнь 77 человек, включая его сотрудников, оченьсерьезно сказалась на его здоровье и привела к почти двухлетнему отказу отактивной производственной деятельности.
В 1902 г.Британское Адмиралтейство модернизировало энергетическую установку 15-летнегоэсминца «Velox» и по итогам годовой эксплуатации ПТУ приняло решениео том, что с 1905 г. все новые корабли Великобритании должны оснащаться толькопаротурбинными двигателями.
В 1905 — 1906гг. Адмиралтейство ввело в строй корабли нового поколения, оснащенныепаротурбинными установками, обеспечившими техническую базу для качественногоскачка 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 зренияразвития СЭУ линкор «Дредноут»открыл новою эпоху в военном судостроении, закончившуюсясозданием в 1941 г. четырехвинтовых линейных кораблей Yamato(«Ямато») и Musashi (“Мусаси”) водоизмещением 72 809 т и мощностьюПТУ — 150 000 л.с.
/>
Yamato («Ямато»), линкор класса Yamato.L/B/D: 263х38.9х10.4 м, водоизмещение — 72809 т, корпус — сталь, экипаж — 2500чел., вооружение — 9x18.4", 12x6.2", 12x5.1", 24x25мм.Бронирование: броневой пояс — 16.4", палуба — 9.2". Скорость 27узлов. Линкор был потоплен в конце Второй мировой войны (6 апреля 1945 г.) врезультате атаки более 400 самолетов морской авиции США при сражении заОкинаву. 10 авиационных торпед и 58 бомб поставили точку на пяти столетияхартиллерийских морских сражений.
В 1943 г. военно-морские силы США начали принимать навооружение линкоры класса Iowa («Айова») водоизмещением 55 250 т,мощностью ПТУ — 212 000 л.с., скоростью 33 узла, но на военном флоте дальнейшееразвитие 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 навигацияпаротурбинных пассажирских судов «Victorian»(«Викторианец») и «Virginian» («Виржинец»), а с1907 г. на линию выходят самые большие четырехвинтовые пассажирские суда с ПТУмощностью 73000 л.с. — «Mauretania» («Мавритания») и«Luisitania» («Лузитания»), построенные для перевозкиэмигрантов в США.
Оба судна способны были развивать скорость от 25 до 26узлов (42 км/час), что до их создания считалось невозможным для таких большихсудов: длина — 240.8 м, ширина — 26.8 м, водоизмещение — 31938 т. В каютахпервого класса размещались 563 пассажира, второго — 464, третьего — 1138,экипаж судна — 812 чел.
«Мавритания» в течение 20 лет была самым быстрымлайнером и семь раз била свой рекорд на скорость пересечения Атлантики. В 1921г. котлы, работающие на угле, были переведены на жидкое топливо, а последнийрекорд был поставлен 20-25 августа 1924 г. Дистанцию от Амброуза (Ambrose) доШербура (Cherbourg) теплоход прошел за 5 дней, 1 час и 49 минут со среднейскоростью — 26.25 узла.
/>
"Мавритания"(32 000 т) и «Турбиния»(44 т), 1908 г.
Дизельные энергетические установки
/>/>Поиск способов использования тепловой энергии былнеразрывно связан с прогрессом в развитии тепловых машин. Паровые машины, равнокак и турбины, требовали наличия для двигателей внешнего сгорания двухэлементов, обеспечивающих движение судна: парового котла и двигателя.
Стремление избавиться от парового котла и связанных сним технических и технологических проблем привело к появлению двигателей внутреннегосгорания и газотурбинных ЭУ.
Создание ДВС в его настоящем виде стало возможнымтолько после создания в 1824 С. Карно (Nicolas Leonard Sadi Carnot, 1796 — 1832) теории тепловых машин. Именно тогда Карно установил, что температуравоздуха, сжатого в отношении 15 к 1, будет достаточной для самовоспламенениясухой древесины (572°F / 300°C /573 °K), чтои было впоследствии реализовано Р. Дизелем в двигателях внутреннего сгорания(ДВС) с воспламенением топлива от сжатия.
После того, как Сади Карно сформировал теорию тепловыхмашин, особое внимание инженеров XIX века было направлено на техническуюреализацию теоретического цикла тепловой машины, что привело к появлению двухклассов тепловых двигателей, работающих по циклам Отто и Дизеля, объединениекоторых в цикле Тринклера положено в основу современных ДВС.
Высокая экономическая эффективность судовых двигателейвнутреннего сгорания обусловила их массовое внедрение в качестве главных двигателейСЭУ, но главный результат их изобретения связан с созданием нового классавоенных кораблей — подводных лодок, представляющих серьезную опасность для всехбез 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 попыткистроительства подводных аппаратов упирались в проблему источника движения,которая была решена лишь после появления достаточно компактных и надежных двигателейвнутреннего сгорания, электродвигателей и аккумуляторных батарей.
Подводный флот обеспечивал до середины XX века ускоренныетемпы развития технологической базы двигателестроения, т.к. военные морякиставили перед машиностроением такие задачи совершенствования основныхмассогабаритных и технических характеристик СДВС, которые не являлиськритическими или первоочередными для транспортных судов.
Сравнение хронологии развития ПТУ и ДВС показывает,что если темпы внедрения паротурбинных установок на гражданском и военномфлотах были примерно одинаковыми, то опережающие темпы применения ДВС навоенном флоте очевидны с первых шагов появления СДВС. Следущий шаг в развитииСЭУ — создание ядерных энергетических установок — до настоящего времени связанс их исключительно военным применением.
Основные событиядвигателестроения. (Internal Combustion Engines — History).
/>
Первый дизельный
двигатель, Аугсбург,
1794: Стрит (Street) изобрел первый двигательвнутреннего сгорания. Двигатель представлял из себя цилиндр, куда впрыскиваласьсмесь скипидара и воздуха и поджигалась через открывающееся окно. Продуктысгорания охлаждались введением порции воды, после чего под действием разряженияпоршень совершал рабочий ход. По существу двигатель представлял вариацию натему двигателя Ньюкомена.
1860: Ж. Ленуар (Lenoir) начал производство первыхкоммерческих двигателей внутреннего сгорания (ок. 500 экз.). Двигатель работалбез сжатия: нефтяная (naphtha) смесь засасывалась в течение половины первоготакта, затем поджигалась через отрывающееся окошко и расширялась в течениевторой половины такта. Выпуск отработавших газов осуществлялся во время второготакта двигателя. Эффективность двигателя составляла 4 %.
1862: Б. Рохас (Alphonse Beau Rochas) предложил цикл счетырьмя рабочими тактами. Всасывание в течение полного хода поршня. Сжатие втечение следующего хода. Воспламенение в верхней мертвой точке и расширениегазов в течение третьего такта. Выброс отработавших газов из цилиндра начетвертом такте.
1864: Николай А. Отто (Nicolaus August Otto) и ЕвгенийЛауден (Eugen Langen) создают акционерное общество — N. A. Otto & Cie поразработке двигателей внутреннего сгорания.
1867: На Парижской выставке компания «Otto &Cie» представила первую рабочую модель одноцилиндрового двигателявнутреннего сгорания. Двигатель получает первую премию как наиболее эффективнаямашина из представленных на выставке.
1872: Высокий спрос на двигатели заставляет компаниню«Otto & Cie» расширить производство и открыть новый завод вКельне, названный «Gasmotoren-Fabrik-Deutz» (Deutz — город вблизи отКельна). Директором завода стал Готлиб Даймлер (Gottlieb Daimler), егозаместителем Вильям Майбах (Wilhelm Mayback).
1876: Н.Отто (N.Otto) создал топливный двигатель«Otto Silent», который работал по четырехтактному циклу Рохаса, иблизко походил на современные двигатели внутренние сгорания. Двигатель получилкоммерческое название — Deutz. Воспламенение осуществлялось периодическимсоединением рабочего цилиндра с камерой постоянного горения посредствомклапана, скользящего поперек головки цилиндра.Тепловая эффективность 16% сделала двигатель очень популярным в промышленности.
1881: Клерк (Clerk) построил первый двухтактныйдвигатель со сжатием топливной смеси, воспламенением от пламени и продувкой спомощью специального цилиндра.
1886: Карл Бенц (Benz’s) создает автомобильноемагнето, на базе которого Роберт Бош (Robert Bosch) разрабатывает системуискрового зажигания, впервые примененную на трехколесном автомобиле«Dogcart».
1890: Акройд-Стюарт (Ackroyd-Stuart) получил патент надвигатель, включающий камеру сгорания в головке цилиндра. После всасывания исжатия воздуха в цилиндре топливо подавалось и воспламенялось в камересгорания, нагреваемой внешним факелом перед стартом.
1892: Рудольф Дизель (Rudolf Diesel) заявляет права напатент — «Метод и аппарат для преобразования высокой температуры вработу» 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 дизельногодвигателя, 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 почтивсю мощность для обеспечения собственной работы. Дальнейшие исследования показали, что практическиемашины не позволяют использовать давления и температуры, требуемые всоответствии с первоначальной концепцией адиабатного (adiabatic) двигателя.
1893: Первое соглашения о производстве двигателеймежду Рудольфом Дизелем и компанией братьев Зульцер (Sulzer Brothers Ltd).
1894: Рудольф Дизель заключает контракт с ДэвидомХаллеем (David Halley), генеральным директором компании «Бурмейстер иВайн», Копенгаген («Burmeister and Wain», B&W, Copenhagen),о создании на базе компании экспериментальной базы по проектированию иизготовлению новых двигателей.
1895:Джон П. Голланд (John P. Holland) представляет первую подводную лодку«Holland VII», использующую двигатель внутреннего сгорания длядвижения в надводном положении и электрический двигатель для хода в погруженномсостоянии.
1897: На машиностроительном заводе в Аугсбурге(Augsburg Machinenfabrik, c 1904 г. — Machinefabrik Augsburg-Nurnberg, M.A.N.)создан первый практический дизельный двигатель. Мощность двигателя составляла20 л.с. при 172 оборотах в минуту, эффективность (к.п.д.) 26.2 %. при весе пятьтонн. Это намного превосходило существующие двигатели Отто с к.п.д. 20 % исудовые паровые турбины с к.п.д. 12 %, что вызвало немедленный интереспромышленности.
Существенным недостатком первых дизелей являласьневозможность реверсирования (изменения направления вращения), затруднявшая ихиспользование на водном транспорте. Первый судовой реверсивный дизель малоймощности был построен во Франции в 1900 г. фирмой «Дикхофф»(«Dyckhoff's»). Это был трехцилиндровый четырехтактный реверсивныйдизель 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: ВСША спущена на воду первая подводная лодка конструкции Джона П. Голланда — «Holland VIII», водоизмещением 65/74 т. с бензиновым двигателеммощностью 50 л. с., гребным электродвигателем подводного хода и аккумуляторнымибатареями массой 21 т.
Скорость надводного хода ПЛ — 8 узлов., подводного — 6уз. Аналогично проекту «Нарвала» на лодке была предусмотрена зарядкааккумуляторных батарей гребным электромотором с приводом от двигателянадводного хода. До 1914 г. проект лодки был образцом для кораблей данногокласса. Стоимость лодки составила $ 150 000 (первая АПЛ стоила около $ 30 000000). В 1900 г. в мире насчитывалось около 40 подводных лодок, к 1902 г. в миребыло заложено и построено 250 подводных кораблей.
1902: В США компания Адольфа Буша (Adolphus Busch’scompany) начинает выпуск трехцилиндровых дизельных двигателей мощностью 55 кВт,но они не находят спроса в стране.
1903 Машиностроительный завод братьев Зульцер начинаетпроизводство дизельных двигателей в Винтершуре (Winterthur, Switzerland). Черезтри года фирма выпускает двигатели 12 типоразмеров от 11 до 440 кВт.
1903: В России построено первое достаточно крупноедизельное судно — самоходная нефтеналивная баржа «Вандал»(«Vandal»), предназначенная для перевозки каспийской нефти вСанкт-Петербург. Корпус был изготовлен на Сормовском заводе, двигателиустановлены 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 двухэлектродвигателей постоянного тока по 75 кВт, скорость хода — 7,4 узла, класссудна — река-море.
В августе 1904 г. в журнале «Русскоесудоходство» было опубликовано следующее сообщение о первом теплоходе: «Товарищество братьев Нобель» выстроило внынешнюю навигацию на своем заводе железное судно наподобие баржи, на него былипоставлены три машины. Судно будет приводиться в движение двигателем совершеннонового 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 240об/мин. Коммерческое использование теплоходов показало, что их энергетическиеустановки являются значительно более экономичной, чем у пароходов.
Суточный расход топлива т/x «Сармат» составлял1,15 т сырой нефти, солярового масла или мазута, в то время как пароходаналогичных размеров и мощности сжигал 6,5 т угля. Эксплуатационные расходызаметно снижались за счет сокращения штата машинной команды и полногосокращения кочегаров. Энергетическую установку «Сармата» обслуживалишесть человек: машинист, его помощник и четыре масленщика.
/>
«Вандал», («Vandal»), 1903
/>
«Вулкан» ( «Vulcanus»), 1910
/>
«Зеландия» («Selandia»), 1912
1904: Построена первая подводная лодка «Aigette»(Франция) с дизельным ходовым двигателем. Эксплуатация корабля показала, чтодизельный двигатель и его топливо более надежны, чем бензиновые ДВС. С 1904 г.окончательно сформировалась структура СЭУ подводных лодок: дизельный двигательдля хода в надводном положении, электродвижение — в подводном.
1905: Построен первый относительно мощный двухтактный реверсивныйдизель фирмы «Зульцер», установленный в 1906 г. на швейцарскоеозерное сухогрузное судно. Характеристика СЭУ: двигатель — двухтактныйчетырехцилиндровый реверсивный, диаметр цилиндров — 175 мм, ход поршня — 250мм, мощность 66 кВт при частоте вращения 375 об/мини.
1907: C-Петербургский завод «Людвиг Нобель»приступает к постройке для военного флота четырехтактных трехцилиндровыхбыстроходных дизелей типа Д мощностью по 88,5 кВт при частоте вращения 400об/мин. Первые машины устанавливаются на подводной лодке Балтийского флота«Минога».
1908: На Коломенском заводе построен первый танкеркласса река-море «Дело», длиной 108,4 м и дедвейтом 4200 т. СоставСЭУ: два четырехтактных, четырехцилиндровых нереверсивных дизеля мощностью по340 кВт.
1910: Джеймс Мак Кечни (James McKechnie) изобретаетинжекторную систему топливливоподачи (форсунки).
В течение последующих двадцати леттакие системы полностью заменяют топливные системы высокого давления(аккумуляторные системы впрыска топлива), реализация которых осуществлялась набазе компрессоров и специальных резервуаров, что составляло до 20 % отстоимости двигателя.
1910: Регистр Ллойда (Llod's) присваивает класспервому морскому нефтяному танкеру «Vulcanus» c дизельнойэнергетической установкой.
1912: В Копенгагене строится первый океанский теплоходс четырехтактными реверсивным дизельными двигателем фирмы«Бурмейстер и Вайн» (Burmeister & Wain) — «Зеландия»(Selandia). Состав СЭУ: два четырехтактных 8 цилиндровых дизеля мощностью 932кВт, 140 об/мин.
1912: В Гамбурге строится первый океанскийтеплоход с двухтактным реверсивным дизельными двигателем фирмы«Зулцер» (Sulzer) — «Монте Пенедо» (Monte Penedo). СоставСЭУ: 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-Саксонскиежелезные 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 цилиндровыхавиационных двигателей мощностью 384 кВт при 2400 об/м.
1913: Компания «Brown, Boveri and Company»совместно с Швейцарским институтом технологии (Swiss Federal Institute ofTechnology, Zurich) создает первый компрессор для наддува воздуха, известныйкак Comprex AWS. Компрессор представлял из себя навешанный на двигательвоздушный насос.
1914: Зульцер начинает производство двухтактныхдвигателей с продувкой и охлаждением поршней.
22 сентября 1914 вблизи от побережьяГолландии немецкая дизельная подводная лодка U-9 водоизмещением 600 т. икомандой в 28 человек за 1 час 15 мин топит Британские крейсера Абукир, Крессии Хог (Aboukir, Cressey, Hogue) суммарным водоизмещением 36 тыс. т с 1459моряками на борту. Подводный флот и дизелестроение становятся факторомнациональной безопасности промышленных стран мира, а задачаразработки энергетических установок для подводных лодок становится приоритетнойдля всех ведущих морских держав.
До этого события почти все моряки мира считали, чтоподлодка — специфическое оружие береговой обороны вроде подвижного минногополя, и хорошо, что ей удастся атаковать военный корабль противника, стоящий наякоре.
Об атаке движущихся кораблейвсерьез никто не думал, хотя во время боевых испытаний, проведенных в 1898 г.на Тулонском рейде, французская ПЛ «Сирена» удачно провела торпедныеатаки линейных кораблей, один из которых стоял на якоре, а другой шел соскоростью около 10 узлов.
/>Подводные лодки,также как в свое время пароходы, потребовали создания новой тактики веденияморского боя, возможной только при наличии именно этого класса военныхкораблей. Даже немцы, едва не поставившие подводными лодками Англию на колени,не знали, что с ними делать.
В первые военные дни 1914 г. дозорный миноносецвыводил субмарины в море, где они стояли на якоре до вечера, изображая из себячасовых у главной базы флота кайзера.
1919: Английская компания Doxford LB начинаетпризводство для подводного флота дизельных двигателей с оппозитнымрасположением поршней.
1924: Браун Бовери (Brown Boveri) начинаетпромышленное производство систем тубонаддува (turbochargers) дизелей.
1925: В результате объединения двух Калифорнийскихкомпаний «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 выпусктопливных насосов высокого давления (ТНВД).
1926: Объединение компаний Daimler и Benz. Новаякомпания называется Daimler-Benz, позже Mersedes-Benz. Начинается производстводвигателей модели 5K3 со свечами накаливания, разработанными Робертом Бошем.
1929: Компания «Дженерал Мотор» (GeneralMotor) покупает крупнейший завод по производству автомобилей в Европе — AdamOpel AG Company.
1935: Компания B&W начинает производствочетырехтактных двигателей работающих на тяжелом топливе.
1936: Daimler-Benz представил первый легковойавтомобиль с дизельным двигателем.
1938: «Дженерал Моторс»организует в Детройте дизелестроительное отделение (Detroit Diesel EngineDivision) для производства двигателей для армии и флота.
/>
Первый судовой двухтактный двигатель
фирмы Sulzer, 1250 кВт, 160 об/м, 1912
/>
V — образный двигатель п/л SS313, фирмы
General Motors, 1600 л.с., 750 об/м, 1942
/>
Судовой двухтактный двигатель
Sulzer, 60190 кВт, 100 об/м, 1997 /> /> />
1958: На восстановленном после Второй мировой войнызаводе Пежо начинается выпуск автомобилей Peugeot 403 с четырехцилиндровымдизельным двигателем. В апреле 1970 на заводе Пежо в Лиле (Lille)регистрируется выпуск миллионного дизельного двигателя.
1984: Объединение компаний MAN и B&W в корпорациюMAN B&W Diesel A/S, Copenhagen.
1987: Замена паротурбинной установки океанскоголайнера Queen Elizabeth 2 (66850 т, 3000 пасс., 1968 г.) на надизель-электрическую ЭУ, самую большую на гражданском флоте XX века: 9четырехтактных двигателей MAN суммарной мощностью — 179 MВт (243 тыс л.с.).
1988: Корпорация MAN B&W приобретает Французскуюкомпанию 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 большойединичной установленной мощностью дизельного двигателя — 65880 кВт (89,5 тысл.с.), Sulzer, 12 RTA96C.
1999: В Голландии построен самый большой дизельныйдвигатель XX века: B&W 12K98MC-C (68640 кВт/ 93261 л.с.).
По состояниюна 1.01.2000 г. средняя стоимость тяжелого топлива для малооборотных дизелей счастотой вращения около 100 об/мин — $150 USD/т, средняя стоимость очищенногоили легкого дизельного топлива (солярки) — $300 USD/т. Рекорд минимальногорасхода топлива дизельным двигателем поставлен в 1986 г. Расстояние 4818 кмпройдено с средним расходом топлива 1.76 л. на 100 км.
Литература:
1. Петровский Н. В., Судовые двигателивнутреннего сгорания и их эксплуатация, М., 1966;
2. Гаврилов В. С., Камкин С. В., ШмелевВ. П., Техническая эксплуатация судовых дизельных установок, М., 1967;
3. Плаксионов Н. П., Берете А. Г.,Судовые турбинные установки, М., 1973;
4. Справочниксудового 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 — www.thinkquest.org/index.html,
7. site Start Your Engines,www.history.rochester.edu/steam/,
8. Боевые корабли — http://battleship.spb.ru/