Текст книги "Пароход"
Автор книги: Николай Болгаров
сообщить о нарушении
Текущая страница: 4 (всего у книги 16 страниц)
Что такое теплоход
Мы уже знаем, что поршень паровой машины приводится в движение паром, а пар образуется в котле. Но котлы занимают много места на пароходе. Были и такие пароходы, где устанавливали по сорок с лишним котлов. Кроме того, большая часть тепловой энергии, получаемой при сгорании топлива, не используется, а теряется с уходящими газами и отработавшим паром. Иначе говоря, только небольшая часть энергии угля или мазута используется в паровой машине. В этом случае говорят, что коэффициент полезного действия этой машины небольшой.
И вот, во второй половине прошлого столетия изобретатели стали думать, – как бы повысить, насколько можно, коэффициент полезного действия двигателя? Как бы избавиться от котлов? Как бы изобрести такой двигатель, которому не нужны ни пар, ни громоздкие котлы?
Нельзя ли сделать так, чтобы топливо сжигалось не в котлах, а в цилиндрах самого механизма?
Так изобретатели подошли к идее двигателя с внутренним сгоранием топлива, но долго не могли осуществить ее.
Такой двигатель впервые появился в России в 1884 году.
Создателем его был капитан морского флота – О. С. Костович.
Схема двигателя Костовича. 1 – камера сгорания; 2 – поршни; 3 – цилиндры, 4 – подвод горючей смеси; 5 – выхлопная труба; 6 – распределительный вал; 7 – коленчатый вал; 8 – коромысла; 9 – шатуны; 10 – маховик.
Двигатель Костовича имел восемь горизонтальных цилиндров. И в каждом цилиндре находилось по два поршня, которые то сближались, то расходились. Горючая смесь из воздуха и паров бензина засасывалась в цилиндры при расхождении поршней. Это был первый такт двигателя, то есть такт всасывания. При последующем сближении поршней смесь сильно сжималась. Это второй такт, такт сжатия. При сближении поршней до предела давалась электрическая искра – и сжатая смесь воспламенялась. Взрыв смеси повышал давление в цилиндре до нескольких десятков атмосфер. Поршни с большой силой раздвигались. Это был третий такт – рабочий ход. В это время шток поршня при помощи передаточного устройства вращал вал двигателя. Наконец, поршни снова сближались и через выхлопной клапан выталкивали отработавшие газы вон. Это четвертый такт – выхлоп. После этого закрывался выхлопной клапан, открывался впускной – и все повторялось с начала.
Этот первый бензиновый двигатель, предназначенный для дирижабля, и сейчас хранится в Центральном Доме Авиации в Москве.
Бензиновый двигатель имеет крупные достоинства по сравнению с паровой машиной. Он значительно легче ее, потребляет во много раз меньше топлива, занимает меньше места, чем машины с котлами, и требует для своего обслуживания мало людей.
Но для установки на судно он не годится, так как работает на дорогом бензине и не безопасен в работе.
Для судна нужен был такой двигатель, который мог работать не на бензине, а на более безопасном и дешевом топливе.
Над созданием такого двигателя трудилось много изобретателей. Среди них нужно отметить русского конструктора Б. Г. Луцкого. В 1885 году он построил и успешно испытал газовый четырехцилиндровый двигатель. Но и его нельзя было ставить на судно. Изобретатели продолжали работать над созданием настоящего судового двигателя, надежного и простого.
Нечто подобное создавал и немецкий инженер Рудольф Дизель. Сначала Дизель решил, что его двигатель будет работать на угольном порошке. Долго трудился он над этой задачей, а затем отказался от ее решения. У него никак не получалось зажигание топлива в цилиндре. Тогда Дизель решил использовать в качестве топлива нефть. Повторилось то же, что и с угольным порошком. Сам Дизель так писал о своей работе по созданию нефтяного двигателя: «Первый мотор не работает, второй работает плохо, третий будет хорош…» Но и третий оказался плохим.
После нескольких лет бесплодной работы Дизель постепенно отказался от ранее задуманной им конструкции двигателя. В конце концов он построил в 1896 году двигатель, работающий на керосине. Собственно говоря, Дизель добился того же, что и Костович, но с опозданием на двенадцать лет.
Нефтяной двигатель внутреннего сгорания – мощный, экономичный и безопасный – оставался пока мечтой изобретателей. Эту мечту обратили в действительность инженеры и техники с завода «Л. Нобель» в Петербурге.
Дело началось с того, что завод собрался в 1897 году строить по чертежам Дизеля керосиновые двигатели. Рассматривая эти чертежи, русские специалисты нашли в них много ошибок. Пришлось изменить некоторые части двигателя.
Потом подумали-подумали и решили переделать двигатель с керосинового на нефтяной. Нелегко далась эта работа. Но помогла русская смекалка и изобретательность.
В 1899 году двигатель был готов и успешно прошел все испытания. Он имел мало сходства с тем двигателем, что описан в чертежах Дизеля. Но это не помешало всем странам, в том числе и царской России, считать Дизеля его изобретателем. С тех пор этот двигатель несправедливо называют дизелем.
Зато никто не посмел отнять у нашей Родины первенства в применении этого двигателя на судах.
В 1903 году на Неве удачно было испытано первое в мире судно с нефтяным двигателем. Его назвали «Вандал».
«Вандал» – дедушка современных теплоходов.
На нем были установлены три нефтяных двигателя мощностью по 120 лошадиных сил каждый. Это был первый в мире теплоход. Так стали именовать те суда, которые приводятся в движение не паровой машиной, а двигателем внутреннего сгорания – дизелем. «Вандал» – этот «дедушка» современных теплоходов – существует и сейчас.
Через год после постройки «Вандала» в Сормове спустили на воду второй теплоход – «Сармат».
Весть о новых русских судах быстро разнеслась по свету. Иностранцы удивлялись замечательным качествам теплоходов. Да и было чему удивляться. Дизели теплоходов потребляли дешевое топливо – нефть. Очень мал был и расход этого топлива. Например, теплоходу для рейса из Баку в Астрахань требовалось тогда 9 тонн нефти, а такому же пароходу – 48 тонн. Коэффициент полезного действия этих двигателей был почти в два раза больше, чем у паровой машины с котлом. С теплохода исчезли котлы и обслуживающие их кочегары. А ненужные теперь котельные отделения использовали для перевозки добавочных грузов.
Всех поражала также быстрота пуска нового двигателя. Для разводки котлов и пуска в ход паровой машины нужны были часы, а для запуска дизеля – минуты.
«Вандал» и «Сармат» были речными судами.
Первый в мире морской теплоход построен в 1908 году также в России. Это было крупное нефтеналивное судно «Дело» с двумя дизелями общей мощностью в 1000 лошадиных сил. За границей первый морской теплоход появился только в 1912 году.
А сейчас подавляющее большинство новых судов – теплоходы.
Работы по усовершенствованию двигателей не прекращаются и теперь.
Например, очень заманчивым делом является применение газовой турбины, соединяющей достоинства двигателя внутреннего сгорания и паровой турбины.
По сути дела, это обычная турбина, только без всяких котлов и без пара. Ротор ее вращается так же, как двигается поршень в цилиндре дизеля, – под давлением газов, образующихся при сгорании распыленного жидкого топлива, перемешанного со сжатым воздухом.
Но пока еще удачных конструкций газовых турбин очень мало.
«Сердце» теплохода
Двигатель современного теплохода чаще всего бывает шестицилиндровым и двухтактным. Двигатели «Вандала», «Сармата» и других теплоходов того времени совершали рабочий процесс за четыре такта: всасывание, сжатие, рабочий ход и выхлоп. Потом конструкторы пришли к такому мнению, что можно ограничиться лишь двумя тактами: рабочим ходом и сжатием. Так появился двухтактный двигатель с внутренним сгоранием топлива. Сейчас он широко распространен на теплоходах.
Устройство двухвинтового грузо-пассажирского теплохода. 1 – камбуз команды; 2 – лазарет; 3 – жилые помещения команды; 4 – отсек рулевой машины; 5 – шахты грузовых трюмов; 6 – междупалубные помещения для груза (твиндеки); 8 – коридор гребного вала; 9 – топливные цистерны; 10 – цистерны пресной воды; 11 – балластные цистерны; 12 – цистерны смазочного масла; 13 – закрытая прогулочная палуба; 14 – аварийные дизель-динамо; 15 – каюты пассажиров; 16 – машинная шахта; 17 – мастерская; 18 – вспомогательный котел; 19 – прачечная, 20 – машинное отделение; 21 – отделение вспомогательных двигателей; 22 – ледник; 23 – камбуз для пассажиров; 24 – вестибюль; 25 – ресторан; 26, 27 – салоны; 28 – каюта капитана; 29 – рулевая рубка; 30 – штурманская рубка; 31 – верхний ходовой мостик; 32 – дымовая труба (в нее выведены выхлопные трубы двигателей и вентиляционные шахты); 33 – шкиперская кладовая; 34 – брашпиль; 35 – цепной ящик; 36 – мачта с грузовыми стрелами; 37 – антенны радиопеленгатора; 38 – грузовые колонки со стрелами; 39 – антенна радиолокатора; 40 – выгородка лага и эхолота.
У такого двигателя впускные и выхлопные клапаны заменены продувочными окнами, сделанными в стенках цилиндров. В конце рабочего хода поршень опускается ниже продувочных окон, и отработавшие газы вырываются наружу.
Чтобы полностью очистить цилиндр от газов, его продувают сжатым воздухом. Когда поршень начинает подниматься, он закрывает собой продувочные окна и постепенно сжимает воздух в цилиндре. От этого сжатия воздух, когда поршень достигает самого верхнего положения, нагревается до 1500 °C и более. В этот момент особый насос впрыскивает в цилиндр строго отмеренную порцию горючего. Под давлением в несколько десятков атмосфер топливо распыляется, смешивается с горячим воздухом и самовоспламеняется. При сгорании топлива образуются газы, которые и толкают поршень.
Двигатель современного теплохода чаще всего делают шестицилиндровым и двухтактным. 1 – рабочий цилиндр; 2 – водяное охлаждение; 3 – форсунка; 4 – сжатый воздух для продувания цилиндров; 5 – поршень; 6 – выхлопная труба; 7 – топливный насос; 8 – шатун; 9 – коленчатый вал.
Дальше все происходит точно так же, как и у паровой машины: прямолинейно-возвратное движение поршней при помощи шатунов преобразуется во вращательное движение коленчатого вала двигателя. А этот вал при помощи валопровода вращает гребной вал с насаженным на него винтом.
В машинном отделении теплохода, как и на всяком судне, кроме главных двигателей, стоит много вспомогательных механизмов. Тут и различные насосы для обслуживания главного двигателя: водяные охлаждающие, топливные, масляные. Много насосов и общесудового назначения: балластные, трюмноосушительные, водоотливные, пожарные, для бытовых нужд. Тут и компрессор для выработки сжатого воздуха. Все они электрифицированы. А ток для работы им подают установленные здесь же электрические генераторы.
Назначение этих вспомогательных механизмов различно.
Охлаждающие насосы подают воду для охлаждения стенок цилиндров двигателя. Масляные насосы подают масло для смазки двигателей и подшипников. Балластные насосы служат для откачки или приема воды в отсеки двойного дна и в специальные цистерны водяного балласта, чтобы можно было менять положение судна. Осушительные насосы предназначены для удаления из днищевой части судна небольшого количества воды, скапливающейся с течением времени. Они отличаются от отливных насосов, которые нужны любому судну для удаления большого количества воды, поступившей при аварии. Пожарные насосы снабжают морской водой магистраль, которая тянется по всем палубам судна. Для подачи воды во многих местах палубы ставят отростки труб. К этим отросткам, когда нужно, присоединяются гибкие пожарные шланги. Магистраль устроена так, что после пуска насоса любой район палубы в случае пожара может получить мощную струю воды. Особые насосы подают воду в бани, прачечные, умывальные, к бакам с питьевой водой. Компрессоры вырабатывают сжатый воздух для пуска двигателя в ход и для работы пневматических инструментов. Вентиляторы и воздуходувки гонят свежий воздух в помещения и удаляют испорченный. Они же подводят воздух к котлам для горения и к двигателям для продувания цилиндров.
Вы спросите: «А при чем здесь котлы? Разве теплоходу нужен пар?»
Оказывается, у теплохода тоже имеется котел. Но он служит для вспомогательных целей: отопления помещений судна, подачи горячей воды в бани, душ и т. д.
Его так и называют: «вспомогательный котел». Он небольших размеров и потому не требует для себя особого котельного отделения. Его устанавливают обычно в верхней части машинного отделения и соединяют с выхлопной трубой дизеля, так что такой котел отапливается отработавшими газами. А на стоянке теплохода, когда двигатель не работает, вспомогательный котел приходится отапливать мазутом.
Много и приборов в машинном отделении теплохода. Вон висит что-то похожее на огромнейший будильник. У него даже звонок приделан.
Но на его циферблате не цифры, а надписи: «Приготовься», «Стоп», «Малый вперед», «Полный вперед», «Малый назад», «Полный назад» и другие.
У прибора имеется большая стрелка. Как зазвонит звонок, – в машинном отделении сразу смотрят на стрелку, куда она покажет. Вот стрелка остановилась против надписи «Стоп». Это значит: надо срочно останавливать двигатель.
Машинный телеграф передает механику распоряжение капитана.
А почему же движется стрелка и кто дает такие распоряжения? Оказывается, на мостике (и в ходовой рубке) имеется прибор точно с таким же циферблатом. Он установлен на невысокой тумбочке, а сбоку приделана ручка. Вот капитан или его помощник поворачивает ручку, пока стрелка не станет, например, против надписи «Малый вперед». В машине зазвонит звонок. Все посмотрят на циферблат и увидят, что и здесь стрелка показывает «Малый вперед». И сразу исполняют команду. Но, прежде чем исполнить, поставят ручку своего прибора против стрелки. Тогда на мостике прибор зазвонит и стрелка на нем покажет, что механик понял команду.
На мостике у машинного телеграфа стоит капитан.
Это устройство для передачи приказаний называется машинным телеграфом. Оно имеется и на пароходах.
Телеграфы могут быть механическими: у них ручка, одного прибора соединена со стрелкой другого прибора тросиками или валиками. Теперь чаще применяют электрический машинный телеграф.
На теплоходах нет машинистов и кочегаров. Такие специальности есть только на пароходах. Двигатель теплохода обслуживают мотористы. Эта специальность сложна и ответственна. Моторист должен следить за всем. Он должен знать, как подается топливо, воздух и смазка к двигателям, не перегрелись ли подшипники линии валов и нет ли в механизмах подозрительных стуков.
Мотористы советских теплоходов хорошо знают свое дело.
Во время Великой Отечественной войны одному из советских теплоходов было дано задание: доставить подкрепление Севастополю, осажденному фашистами.
Стояла холодная зима 1941 года. Теплоходу предстоял тяжелый и опасный рейс. Советских моряков не пугали огромные волны, которые обрушивались на судно. Шторм – для них дело привычное. Моряков беспокоило другое: в море непрерывно шныряли подводные лодки, а в воздухе летали самолеты врага. Только сравнительно большая скорость хода и увертливость судна могли спасти его от бомб и торпед. Даже кратковременная остановка двигателя или уменьшение скорости грозили теплоходу верной гибелью.
Это был суровый экзамен для людей и для механизмов. И советские моряки выдержали этот экзамен «на отлично».
Несколько дней, преодолевая вражеские заслоны, создаваемые подводными лодками и авиацией, теплоход пробивался сквозь свирепые штормы Черного моря. Сколько раз мощные фонтаны от падающих бомб окружали теплоход! Не один раз ловко увертывался теплоход от пенистого следа идущей на него торпеды. Спасали опытность и бдительность советских людей, несущих вахту на мостике.
Так же бдительно стояли на вахте и мотористы. Среди них был комсомолец Александр Моргуновский. Еще пять лет назад плавал он по Волге матросом на колесных пароходах, а о двигателях внутреннего сгорания только слышал. Потом он попал в морской флот. Пройдя двухлетний путь технической учебы, он стал одним из лучших мотористов Черноморского пароходства.
Войдет Моргуновский в машинное отделение и сразу попадает в знакомый ему мир звуков, исходящих от клапанов, рычагов, насосов. У каждого из них свой, особенный голос, свое бормотание. И все это сливается в общий гомон Но чуткое ухо моториста сразу улавливает ненормальные хрипы и стуки, когда они появляются. И он быстро определяет: где надо поджать, где снять и перебрать, а где и вовсе заменить мелкую деталь. Не сделаешь этого вовремя, – весь механизм испортится.
На судне есть специальная мастерская. Она хорошо оборудована. В ней есть токарный станок, слесарный инструмент, верстак с тисками и даже небольшая кузница с горном.
Не раз знание дела и бдительность Моргуновского позволяли своевременно провести предупредительный ремонт. Вот и теперь, в перерыве между вражескими налетами, Моргуновский вдруг уловил в стройном звучании движущихся частей двигателя еле слышные тревожные стуки. Чтобы их услышать, надо обладать тонким слухом. Нужно было особо настороженное внимание, чтобы выделить этот звук из общего шума, не упустить его. Не прошло и нескольких минут, как Моргуновский уже отыскал причину странного звука.
– Товарищ механик, – доложил он старшему механику, – сорвана шпилька на клапане двигателя.
Шпилька, крепящая крышку клапана, с виду совсем простая деталь. Но старший механик знал: сорвется она, через крышку начнет просачиваться воздух – и двигатель остановится.
– Сколько времени надо на исправление? – спросил механик. – Помните: долго стоять мы не можем. Каждую минуту надо ждать налета с воздуха.
Моргуновский на мгновение задумался. Обычно такая работа занимала час, а то и больше. Но сейчас об этом сроке и думать нечего было. Надо сокращать его всеми средствами. И он твердо ответил:
– Через четверть часа можно будет опять пустить дизель!
– Хорошо, действуйте! – И старший механик приказал остановить двигатель.
Ровно через 15 минут Моргуновский доложил об исправлении повреждения.
Что такое электроход
В один осенний день 1838 года по реке Неве в Петербурге плавало небольшое колесное судно. С первого взгляда оно не заслуживало никакого внимания. Мало ли колесных пароходов снует взад и вперед по реке! Но более внимательные зрители увидели у этого судна нечто удивительное: оно не имело трубы и не дымило. С него не доносился шум работающей машины. А все же гребные колеса вращались и судно двигалось. Что за чудесная сила вращала колеса? Никто из зрителей не мог дать определенного ответа. Такой ответ дали на следующий день петербургские газеты. В них сообщалось, что русский ученый Борис Семенович Якоби изобрел первый в мире электродвигатель. Чтобы доказать возможность практического применения своего изобретения, Якоби и установил двигатель на судне. Это судно стало первым в мире электроходом. Кроме электродвигателя, никаких механизмов на судне не было. А для получения электрического тока, вращающего двигатель, на первом электроходе стояла гальваническая батарея. Электродвигатель Якоби завоевал себе право на жизнь. Но для судна он оказался непригодным. Дело в том, что гальваническая батарея была очень громоздка, дорого стоила, а заряда в ней хватало на малое время.
Электродвигатель развивал мощность, равную только одной лошадиной силе. И судно могло двигаться со скоростью всего 4–5 километров в час. Человек пешком идет скорее. Понятно, что электродвигатель Якоби не мог тогда соперничать с паровой машиной. Пришлось электродвигателю временно уйти с судна. А вернулся он опять на судно лишь в 1903 году. Тогда впервые установили его на теплоходе «Вандал». Первые в мире теплоходы «Вандал» и «Сармат» были в то же время и первыми настоящими электроходами.
Почему же великое изобретение Якоби так поздно вернулось на надводное судно? Может быть, электродвигатель оставался негодным для судна? Нет, он давно уже успел зарекомендовать себя с самой хорошей стороны. Это было доказано успешным применением электродвигателей на подводных лодках еще с 1884 года. В чем же дело? Оказывается, – в том, что конструкторам и ученым долгое время не удавалось разработать полноценную теорию электродвижения судов и создать экономичные и мощные электродвигатели, требующиеся для крупных судов. Такие двигатели стали появляться лишь в двадцатых годах нашего столетия. К 1932 году во всем мире было уже 250 электроходов. Мощность механизмов у некоторых из них достигала 160 000 лошадиных сил. А сейчас большинство строящихся судов – электроходы.
Чтобы узнать, как движется электроход, заглянем в его машинное отделение.
Оно сильно отличается от машинного отделения парохода. Здесь нет открытых штоков, ползунов и шатунов, двигающихся с таким грохотом и лязгом, что людям трудно около них разговаривать.
Машинное отделение электрохода – это залитый ярким светом, просторный и ослепительно чистый зал. В нем установлены турбины или дизели. И с каждым дизелем или турбиной спарен электрический генератор. Как известно, этот генератор при вращении якоря вырабатывает электрический ток. Но для этого его надо вращать каким-то двигателем. Если генератор вращается турбиной, то электроход называют турбоэлектроходом; если дизелем, то – дизель-электроходом. Таким образом, машинное отделение электрохода – это та же электростанция, где получают электрический ток.
Машинное отделение электрохода похоже на зал электростанций.
И все же остается неясным, – кто же вращает гребные винты электрохода?
На пароходе и теплоходе все понятно; там вал паровой машины, турбины или дизеля соединен с линией валов, которая заканчивается гребным валом и винтом. Вращаются валы и винт – пароход или теплоход движется. На электроходе же никакие валы от генераторов в корму не идут. Как же все-таки электроход движется?
На этот вопрос мы в машинном отделении электрохода ответа не найдем. Надо пройти в его кормовую часть. Там в особом отсеке установлен один или два электродвигателя, по числу винтов. От этих электродвигателей и выходят наружу валы с насаженными на них винтами. Вот эти электродвигатели и вращают гребные винты, приводя в движение электроход. А ток им непрерывно подает из машинного отделения главная электростанция.
От электродвигателя и выходит наружу вал с насаженным на него винтом. 1 – турбогенератор, 2 – конденсатор; 3 – электродвигатель, вращающий вал с винтом.
Много различных приборов в машинном отделении электрохода. Каких здесь только нет – пусковые, измерительные, контрольные, сигнальные! И все они сосредоточены в одном посту управления, стоящем посредине машинного отделения.
Много и электромеханизмов на борту электрохода. И всеми ими командует с поста управления один человек. Где надо, – кнопку нажмет, а где – ручку повернет. Смотришь, – и заработал механизм. Вахтенный инженер-электрик не покидает поста управления. И все же он в курсе того, где и что делается. Полную картину работы генераторов, двигателей и всех электрифицированных механизмов ему, как на экране, показывают измерительные и контрольные приборы. Также не уходя с поста, узнает электрик и о неисправностях в механизмах. Тут ему на помощь приходят сигнальные приборы. Вот на пульте поста управления зажигается электрическая лампочка. И вахтенный сразу узнает, какой механизм «докладывает» ему о своей неисправности. С поста управляют и работой кормовых электродвигателей, вращающих гребные винты. Этими электродвигателями можно управлять и прямо с капитанского мостика, минуя машинное отделение. В этом большое достоинство электрохода по сравнению с пароходами и теплоходами. А о том, как это делается, расскажем дальше.
* * *
Прочитав эту первую часть книги, вы можете спросить: «Как же так? Мы читали и про пароходы и про теплоходы и про электроходы, а в названии книги стоит только одно слово – „пароход“».
Не забывайте, что паровая машина была самым первым механическим двигателем. Поэтому и слово «пароход» старше. И пароходами до сих пор очень часто называют не только паромашинные или паротурбинные суда, а и любые суда с механическими двигателями. Вы и сами не раз слышали, как люди, увидя какое-нибудь судно, говорят: «Вот идет пароход!»
