ДАЛЬНЕЙШЕЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СУДОВЫХ ПАРОВЫХ МАШИН.
ТУРБИНЫ ОТРАБОТАВШЕГО ПАРА

Виктор Сергеевич Шитарев, капитан дальнего плавания

Патент на изобретение судовой паровой турбины в 1883 г. получил шведский инженер Г. Лаваль. Однако претворить в жизнь свое изобретение он не сумел. В этом отношении больше повезло англичанину Чарльзу Парсонсу. В 1897 г. он построил опытное судно "Турбиния" водоизмещением 44,5 т, на котором была паротурбинная энергетическая установка (ЭУ) мощностью 2000 л.с. На ходовых испытаниях судно развило скорость хода 19,7 узла. Результаты ходовых испытаний не устраивали конструктора, поэтому "Турбиния" прошла существенную модернизацию. Мощность паротурбинной установки довели до 2400 л.с. Это принесло положительный результат: на следующих испытаниях судно показало скорость хода 34,5 узла. В том же 1897 г. "Турбиния" была представлена на Всемирной выставке в Париже, а затем на параде Королевского ВМФ, организованного по случаю 60-летия королевы Виктории, прошла перед строем боевых кораблей. Говорят, что при этом "Турбиния" совершила какие-то нарушения. Командир эскадры приказал остановить судно. К "Турбинии" устремились английские миноносцы, но Ч. Парсонс дал полный ход, и судно легко ушло от погони.
Казалось бы, путь паровой турбине на морские суда открыт, но на самом деле он оказался достаточно извилист. Уж больно надежными выглядели паровые поршневые машины - компаунды и тройники. Перед этими "монстрами" турбина выглядела более чем скромно: ее размеры не впечатляли. К тому же выявились и недостатки, например, слишком большая частота вращения вала. Как известно, гребной винт обладает наибольшим коэффициентом полезного действия, если он вращается с угловой скоростью около 100 оборотов в минуту, а при большей частоте вращения винт начинает работать в режиме кавитации, заметно снижающем его к.п.д., да и корма судна при этом начинает вибрировать. Со временем этот недостаток свели к минимуму, изобрели суперкавитирующие винты.

А как быть с другим недостатком? Известно, что паровая поршневая машина прекрасно работает как на передний, так и на задний ход, то есть она реверсируется. На турбине реверс невозможен, она способна крутиться только в одну сторону, и здесь ничего не поделаешь. Эту проблему решили, установив на турбоходах отдельную паровую турбину заднего хода. Ее мощность должна была составлять 30 % мощности турбин переднего хода. Так продолжается и поныне. Но основные преимущества турбины перевесили ее недостатки - это малые габариты, высокие мощность и надежность. По массо-габаритным характеристикам паровые машины не идут ни в какое сравнение с турбинами. Но и турбина должна была пройти свой путь к совершенству.

Как известно, чтобы полнее использовать энергию пара на паровых поршневых машинах тройного расширения применяли два ЦНД, то же делали и на некоторых компаундах, предусматривая в конструкции один ЦВД и два ЦНД. Все бы ничего, но на малых ходах один ЦНД становился лишним. Поэтому возникла идея: один ЦНД заменить паровой турбиной и на малом ходу ее не включать вообще. Это был неплохой выход. В качестве примера возьмем энергетическую установку печально известного "Титаника". Она была достаточно интересной. Судно имело три гребных винта. Бортовые винты вращали два спаренных компаунда мощностью по 19 195 л.с., частота вращения каждого из них на полном ходу составляла 79 оборотов в минуту. Средний винт вращала паровая турбина отработавшего пара мощностью 19 920 л.с., что доводило общую мощность ЭУ судна до 58 310 л.с. Проектная скорость хода "Титаника" должна была достигать 25 узлов (46,3 км/ч).

Судно было построено в 1912 г. на судоверфи "Харланд энд Волф" в Белфасте для судовладельца "Уайт Стар Лайн". "Титаник" имел длину 269 м, ширину 28,2 м, высоту корпуса 18,1 м и осадку 10,5 м при водоизмещении 53 140 т. Судно могло принять на борт 2584 пассажира. Надо полагать, что судовладелец "Титаника" все же предполагал включиться в борьбу за обладание призом "Голубая лента Атлантики", который получал самый быстроходный лайнер на линии Нью-Йорк - Европа. Хотя на этой линии уже работали турбоходы "Мавритания" и "Лузитания", способные развивать максимальную скорость 26 узлов. Однако "Титанику" так и не удалось полностью раскрыть свои скоростные возможности, о чем можно только сожалеть, ибо каждый судовладелец до поры до времени держал в секрете скоростные возможности своего судна. Сегодня все тайны "Титаника" хранит Северная Атлантика, а обстоятельства его трагической гибели до сих пор будоражат умы. Достаточно сказать, что о гибели этого лайнера уже отснято четыре художественных фильма.

Впервые с турбиной отработавшего пара я познакомился в начале 50-х годов, когда проходил практику на учебном судне "Краб". Это был трофейный немецкий базовый минный тральщик, переоборудованный сначала в рыболовный траулер, но для рыбалки его корпус оказался слабоват, поэтому в трюмах оборудовали учебные аудитории и кубрики для курсантов и передали в распоряжение Мурманского мореходного училища (ММУ). В качестве учебного судна "Краб" прослужил много лет. Судно имело водоизмещение 1000 т, паровая поршневая машина тройного расширения развивала мощность 900 л.с., еще 200…250 л.с. добавляла турбина отработавшего пара. "Краб" на полном ходу легко разгонялся до скорости 12…13 узлов, был устойчив на курсе, хорошо "отыгрывался" на волне. На нем постоянно проходили практику 60 курсантов не только из ММУ, но и других "мореходок".

Позже мне довелось командовать углерудовозом "Воркута", построенным в 1953 г. Это судно относилось к типу "Донбасс", серия строилась по заказу Советского Союза на польской судоверфи Stocznia Gdanska - Gdk. Их энергетическая установка состояла из спаренного компаунда картерного типа с турбиной отработавшего пара общей мощностью 2100 и.л.с. (машина - 1550 л.с.; турбина - 550 л.с.). Полная грузоподъемность углерудовоза (дедвейт) составляла 5070 т, длина 108,25 м, ширина 14,6 м и осадка при полной загрузке 6,68 м. Эксплуатационная скорость хода не превышала 11,5 узла (21,3 км/ч).

Затем меня направили работать на другой однотипный пароход "Марите Мельникайте" постройки 1957 г. По своим размерениям суда практически не отличались друг от друга. Например, дедвейт "Марите Мельникайте" был 5019 тонн, а общая мощность энергетической установки была больше - 2300 и.л.с., из них 600 л.с. давала турбина отработавшего пара. Ходовые качества этого судна были получше: в хорошую погоду "Марите Мельникайте" разгонялась до 13 узлов. В этом случае частота вращения гребного винта доводилась до 120 оборотов в минуту. Перегретый пар температурой 325 °С под давлением 16,5 ата подавался к машине от двух секционных котлов.

Максимальная мощность турбины отработавшего пара была 620 и.л.с. при 4660 оборотах в минуту, наибольшее давление пара перед турбиной равнялось 0,58 ата при давлении в конденсаторе 0,05 ата. Семиступенчатая турбина работала совместно с двухступенчатой зубчатой передачей и гидромуфтой, гидравлическими устройствами управления и защиты, а также маслоохладителем, масляным фильтром и шестеренчатым масляным насосом, собранными в едином агрегате.

Серия аналогичных сухогрузов типа "Коломна" строилась для Советского Союза в ГДР с 1952 по 1956 гг. на судоверфи Schiffswerft Neptun - Ros. Суда имели дедвейт 4355 т и паровую поршневую машину с турбиной отработавшего пара номинальной мощностью 2450 и.л.с.. В экстренных случаях энергетическая установка могла развивать максимальную мощность 2750 и.л.с. Пар перегревался до 310 °С при давлении 14 ата. Суда имели проектную скорость хода 12,5 узла (23,15 км/ч).

Номинальная мощность турбины отработавшего пара составляла 740 и.л.с., максимальная - 870 и.л.с.; номинальная частота вращения ротора турбины 5400 оборотов в минуту, максимальная - 5650, предельная - 6600 оборотов в минуту. Давление пара перед турбиной нормальное 0,45 ата, максимальное - 0,55 ата; давление в конденсаторе 0,05 ата; передаточное отношение в редукторе 60. Компоновка турбозубчатого агрегата (ТЗА) была такой же, как на углерудовозах типа "Донбасс". Надо отметить, что описанные энергетические установки отличались дешевизной, простотой устройства и обслуживания. Они хорошо поработали на судах торгового флота. Как правило, их к.п.д. превышал 20 %, что для паровых машин было совсем неплохо.

Мы не раз попадали в жестокие шторма, когда, стоя лицом к ветру, начинаешь чувствовать себя воздушным шариком: вдох еще можно сделать, а вот выдох - нельзя. Про волну уже не говорю - "выше сельсовета". Но в каких бы передрягах не оказывались, мы ни разу не усомнились в надежности нашей энергетической установки. Нужное "число оборотов на гребной винт" машинная команда всегда обеспечивала четко. Поэтому о паровых поршневых машинах у меня остались исключительно добрые воспоминания. Очень жаль, что ныне они ушли в прошлое.