En el último artículo, examinamos los problemas relacionados con la instalación de calderas Nikloss en el Varyag: la mayor parte de las batallas en Internet alrededor de la planta de energía del crucero están dedicadas a estas unidades. Pero es extraño que, dando tanta importancia a las calderas, la inmensa mayoría de los interesados en este tema pasen por alto por completo las máquinas de vapor del crucero. Mientras tanto, una gran cantidad de problemas identificados durante el funcionamiento del "Varyag" están asociados con ellos. Pero para comprender todo esto, primero es necesario refrescar la memoria del diseño de las máquinas de vapor de los barcos a fines del siglo pasado.
De hecho, el principio de funcionamiento de una máquina de vapor es bastante simple. Hay un cilindro (generalmente ubicado verticalmente en las máquinas de barcos), dentro del cual hay un pistón capaz de moverse hacia arriba y hacia abajo. Suponga que el pistón está en la parte superior del cilindro, luego se suministra vapor a presión al orificio entre él y la tapa superior del cilindro. El vapor se expande, empujando el pistón hacia abajo y así llega al punto inferior. Después de eso, el proceso se repite "exactamente lo contrario": el orificio superior se cierra y ahora se suministra vapor al orificio inferior. Al mismo tiempo, la salida de vapor se abre en el otro lado del cilindro, y mientras el vapor empuja el pistón de abajo hacia arriba, el vapor gastado en la parte superior del cilindro se desplaza hacia la salida de vapor (el movimiento del el vapor de escape en el diagrama se indica mediante la flecha azul punteada).
Por lo tanto, la máquina de vapor proporciona el movimiento alternativo del pistón, pero para convertirlo en rotación del eje del tornillo, se utiliza un dispositivo especial llamado mecanismo de manivela, en el que el cigüeñal juega un papel importante.
Obviamente, para garantizar el funcionamiento de la máquina de vapor, los cojinetes son extremadamente necesarios, gracias a los cuales se llevan a cabo tanto el funcionamiento del mecanismo de manivela (transmisión del movimiento del pistón al cigüeñal) como la fijación del cigüeñal giratorio.
También debe decirse que cuando se diseñó y construyó el Varyag, el mundo entero en la construcción de buques de guerra había cambiado desde hace mucho tiempo a las máquinas de vapor de triple expansión. La idea de una máquina de este tipo surgió porque el vapor gastado en el cilindro (como se muestra en el diagrama superior) no perdió por completo su energía y pudo reutilizarse. Por lo tanto, lo hicieron: primero, el vapor fresco ingresó al cilindro de alta presión (HPC), pero después de completar su trabajo, no se "arrojó" nuevamente a las calderas, sino que ingresó al siguiente cilindro (presión media o HPC) y nuevamente empujó el pistón en él. Por supuesto, la presión del vapor que ingresa al segundo cilindro disminuyó, por lo que el cilindro en sí tuvo que fabricarse con un diámetro mayor que el HPC. Pero eso no fue todo: el vapor que había funcionado en el segundo cilindro (LPC) ingresó al tercer cilindro, llamado cilindro de baja presión (LPC), y continuó su trabajo ya en él.
No hace falta decir que el cilindro de baja presión tenía que tener un diámetro máximo en comparación con el resto de cilindros. Los diseñadores lo hicieron más fácil: la LPC resultó ser demasiado grande, por lo que en lugar de una LPC hicieron dos y las máquinas se convirtieron en cuatro cilindros. Al mismo tiempo, no obstante, se suministró vapor simultáneamente a ambos cilindros de baja presión, es decir, a pesar de la presencia de cuatro cilindros de "expansión", quedaron tres.
Esta breve descripción es suficiente para comprender qué estaba mal con las máquinas de vapor del crucero Varyag. Y "mal" con ellos, había, por desgracia, tanto que al autor de este artículo le resulta difícil saber exactamente por dónde empezar. A continuación, describimos los principales errores cometidos en el diseño de las máquinas de vapor del crucero e intentaremos averiguar quién, después de todo, fue el culpable de ellos.
Entonces, el problema n. ° 1 fue que el diseño de la máquina de vapor obviamente no tolera las tensiones de flexión. En otras palabras, solo se podía esperar un buen rendimiento cuando la máquina de vapor estaba completamente nivelada. Si esta base comienza a doblarse repentinamente, esto crea una carga adicional en el cigüeñal, que corre a lo largo de casi toda la longitud de la máquina de vapor: comienza a doblarse, los cojinetes que la sostienen se deterioran rápidamente, aparece juego y el cigüeñal se desplaza. por eso los cojinetes de manivela ya sufren: el mecanismo de biela e incluso los pistones de los cilindros. Para evitar que esto suceda, la máquina de vapor debe instalarse sobre una base sólida, pero esto no se hizo en el Varyag. Sus máquinas de vapor tenían solo una base muy liviana y, de hecho, estaban conectadas directamente al casco del barco. Y el cuerpo, como saben, "respira" en la ola del mar, es decir, se dobla durante el balanceo, y estas curvas constantes llevaron a la curvatura de los cigüeñales y al "aflojamiento" de los cojinetes de las máquinas de vapor.
¿Quién tiene la culpa de este defecto de diseño del Varyag? Sin duda, la responsabilidad de esta falta de la nave debería asignarse a los ingenieros de la firma de C. Crump, pero … aquí hay ciertos matices.
El hecho es que tal diseño de máquinas de vapor (cuando aquellas sin una base rígida se instalaron en el casco del barco) fue generalmente aceptado: ni Askold ni Bogatyr tenían bases rígidas, pero las máquinas de vapor funcionaron perfectamente en ellas. ¿Por qué?
Evidentemente, la deformación del cigüeñal será más significativa cuanto mayor sea su longitud, es decir, mayor será la longitud de la propia máquina de vapor. El Varyag tenía dos máquinas de vapor, mientras que el Askold tenía tres. Por diseño, estos últimos también eran motores de vapor de triple expansión de cuatro cilindros, pero debido a su potencia significativamente menor, tenían una longitud significativamente más corta. Debido a este efecto, la deflexión del cuerpo en las máquinas Askold resultó ser mucho más débil; sí, lo fueron, pero, digamos, "dentro de lo razonable" y no condujeron a deformaciones que pudieran inutilizar las máquinas de vapor.
De hecho, se asumió originalmente que la potencia total de las máquinas Varyag se suponía que era de 18.000 CV, respectivamente, la potencia de una máquina era de 9.000 CV. Pero más tarde, Ch. Crump cometió un error muy difícil de explicar, a saber, aumentó la potencia de las máquinas de vapor a 20.000 CV. Las fuentes suelen explicar esto por el hecho de que Ch. Crump lo eligió debido a la negativa del MTK a utilizar la explosión forzada durante las pruebas del crucero. Sería lógico que Ch. Crump, simultáneamente con el aumento de la potencia de las máquinas, también aumentara la productividad de las calderas en el proyecto Varyag a los mismos 20.000 CV, pero nada de eso sucedió. El único motivo de tal acto podría ser la esperanza de que las calderas del crucero superen la capacidad establecida por el proyecto, pero ¿cómo hacerlo sin tener que recurrir a forzarlas?
Aquí ya hay una de dos cosas - o Ch. Crump todavía esperaba insistir en probar al forzar las calderas y temía que las máquinas no "estirarían" su mayor potencia, o por alguna razón poco clara, creía que las calderas de Varyag y sin forzar, se alcanzará una potencia de 20.000 CV. En cualquier caso, los cálculos del Cap. Crump resultó estar equivocado, pero esto llevó al hecho de que cada máquina de crucero tenía una potencia de 10,000 hp. Además del aumento natural de masa, por supuesto, las dimensiones de las máquinas de vapor también aumentaron (la longitud alcanzó los 13 m), mientras que las tres máquinas Askold, que se suponía que debían mostrar 19.000 CV. potencia nominal, debería tener sólo 6 333 CV. cada uno (lamentablemente, su longitud es, desafortunadamente, desconocida para el autor).
Pero, ¿qué pasa con "Bogatyr"? Después de todo, era, como el Varyag, de dos ejes, y cada uno de sus coches tenía casi la misma potencia: 9.750 CV. contra 10,000 hp, lo que significa que tenía dimensiones geométricas similares. Pero debe tenerse en cuenta que el casco del Bogatyr era algo más ancho que el del Varyag, tenía una relación longitud / ancho ligeramente menor y, en general, parecía ser más rígido y menos propenso a la deflexión que el casco del Varyag. Además, es posible que los alemanes fortalecieran la base en relación con la que se encontraban las máquinas de vapor del Varyag, es decir, si no era similar a las que recibieron los barcos más modernos, aún proporcionó mejor resistencia que los cimientos del Varyag. Sin embargo, esta pregunta solo puede responderse después de un estudio detallado de los planos de ambos cruceros.
Así, la culpa de los ingenieros de la empresa Crump no fue que hubieran puesto una base débil para las máquinas Varyag (como, al parecer, hicieron el resto de los constructores navales), sino que no vieron y no se dieron cuenta de la necesidad. para asegurar la "inflexibilidad" Máquinas con un cuerpo más fuerte o una transición a un esquema de tres tornillos. El hecho de que un problema similar se resolvió con éxito en Alemania, y no solo por el extremadamente experimentado Vulcano, que construyó el Bogatyr, sino también por el de segunda clase y sin experiencia en la construcción de grandes buques de guerra de acuerdo con su propio diseño por parte de Alemania, atestigua ni mucho menos a favor de los constructores estadounidenses. Sin embargo, para ser justos, debe tenerse en cuenta que MTK tampoco controló este momento, pero debe entenderse que nadie le asignó la tarea de monitorear cada estornudo de los estadounidenses, y esto no fue posible.
Pero, por desgracia, este es solo el primer y quizás ni siquiera el inconveniente más significativo de las máquinas de vapor del crucero ruso más nuevo.
El problema número 2, que aparentemente era el principal, era el diseño defectuoso de las máquinas de vapor Varyag, que estaban optimizadas para la alta velocidad del barco. En otras palabras, las máquinas funcionaron bien cerca de la presión máxima de vapor; de lo contrario, comenzaron los problemas. El hecho es que cuando la presión del vapor cae por debajo de 15,4 atmósferas, los cilindros de baja presión dejaron de realizar su función: la energía del vapor que entraba en ellos no era suficiente para impulsar el pistón en el cilindro. En consecuencia, en los movimientos económicos, el "carro comenzó a conducir el caballo": los cilindros de baja presión, en lugar de ayudar a girar el cigüeñal, fueron puestos en movimiento por él. Es decir, el cigüeñal recibió energía de los cilindros de alta y media presión, y la gastó no solo en la rotación del tornillo, sino también en asegurar el movimiento de los pistones en dos cilindros de baja presión. Debe entenderse que el diseño del mecanismo de manivela se diseñó para el hecho de que era el cilindro el que conduciría el cigüeñal a través del pistón y el deslizador, pero no al revés: como resultado de una situación tan inesperada y no Con un uso trivial del cigüeñal, experimentó tensiones adicionales no previstas por su diseño, lo que también provocó la falla de los cojinetes que lo sujetaban.
De hecho, podría no haber habido un problema en particular en esto, pero solo bajo una condición: si el diseño de las máquinas preveía un mecanismo que desconecta el cigüeñal de los cilindros de baja presión. Luego, en todos los casos de operación a una presión de vapor más baja que la establecida, fue suficiente "presionar el botón", y el LPC dejó de cargar el cigüeñal, sin embargo, tales mecanismos no fueron previstos por el diseño del "Varyag " máquinas.
Posteriormente, el ingeniero I. I. Gippius, quien supervisó el ensamblaje y ajuste de los mecanismos de destrucción en Port Arthur, llevó a cabo un examen detallado de las máquinas Varyag en 1903 y escribió un artículo de investigación completo basado en sus resultados, indicó lo siguiente en él:
“Aquí la conjetura es que la planta Crump, con prisa por entregar el crucero, no tuvo tiempo de ajustar la distribución del vapor; la máquina se trastornó rápidamente, y en el barco, naturalmente, empezaron a arreglar las partes que sufrían más que otras en cuanto a calentamiento, golpes, sin eliminar la causa raíz. En general, es sin duda una tarea extremadamente difícil, si no imposible, arreglar por barco un vehículo que inicialmente estaba defectuoso de fábrica.
Es obvio que Ch. Crump es el único culpable de esta deficiencia de la central eléctrica de Varyag.
El problema número 3, en sí mismo, no era particularmente serio, pero en combinación con los errores anteriores dio un "efecto acumulativo". El hecho es que durante algún tiempo, al diseñar las máquinas de vapor, los diseñadores no tuvieron en cuenta la inercia de sus mecanismos, por lo que estos últimos estuvieron constantemente expuestos a un estrés excesivo. Sin embargo, cuando se creó el Varyag, la teoría del equilibrio de las fuerzas de inercia de las máquinas se había estudiado y difundido por todas partes. Por supuesto, su aplicación requirió cálculos adicionales del fabricante de la máquina de vapor y le creó ciertas dificultades, lo que significa que el costo del trabajo en su conjunto aumentó. Entonces, MTC en sus requisitos, lamentablemente, no indicó la aplicación obligatoria de esta teoría en el diseño de máquinas de vapor, y Ch. Crump, aparentemente, decidió ahorrar en esto (es difícil imaginar que él mismo, y ninguno de sus Los ingenieros tienen algo sobre esto, no conocían la teoría). En general, ya sea bajo la influencia de la codicia o debido a la incompetencia banal, pero las disposiciones de esta teoría al crear las máquinas Varyag (y, por cierto, Retvizan) fueron ignoradas, como resultado de lo cual las fuerzas de inercia hicieron Acción "muy desfavorable" (según I. I. Gippius) sobre los cilindros de media y baja presión, contribuyendo a la interrupción del funcionamiento normal de las máquinas. En condiciones normales (si la máquina de vapor tuviera una base confiable y no hubiera problemas con la distribución del vapor), esto no provocaría averías, por lo que …
La culpa de esta falta de máquinas de vapor "Varyag" debería, muy probablemente, ser atribuida tanto a Ch. Crump como a MTK, quienes permitieron la vaga redacción de la orden.
El problema n. ° 4 fue el uso de un material muy específico en los cojinetes de las máquinas de vapor. Para ello se utilizaron bronces de fósforo y manganeso, que, hasta donde sabe el autor, no se utilizaron ampliamente en la construcción naval. Como resultado, sucedió lo siguiente: debido a las razones anteriores, los cojinetes de las máquinas "Varyag" fallaron rápidamente. Tuvieron que ser reparados o reemplazados con lo que estaba a la mano en Port Arthur, y allí, por desgracia, no hubo tales delicias. Como resultado, surgió una situación en la que la máquina de vapor funcionaba con cojinetes hechos de materiales de calidades completamente diferentes: el desgaste prematuro de algunos provocó tensiones adicionales en otros, y todo esto también contribuyó a la interrupción del funcionamiento normal de las máquinas.
Estrictamente hablando, este es quizás el único problema cuya "autoría" no puede establecerse. El hecho de que los proveedores de Ch. Crump eligieran dicho material no podía provocar una reacción negativa por parte de nadie; aquí estaban completamente por derecho propio. Era evidente que estaba más allá de las capacidades humanas asumir el estado catastrófico de la central eléctrica de Varyag, prever sus causas y proporcionar a Port Arthur los materiales necesarios, y era prácticamente imposible suministrar allí los grados de bronce necesarios "por si acaso". dada la enorme cantidad de todos los materiales para el escuadrón, cuya necesidad era conocida con certeza, pero cuyas necesidades no podían ser satisfechas.¿Culpar a los ingenieros mecánicos que repararon las máquinas Varyag? Es poco probable que tuvieran la documentación necesaria que les permitiera prever las consecuencias de sus reparaciones, y aunque lo supieran, ¿qué podrían cambiar? Todavía no tenían otras opciones.
Resumiendo nuestro análisis de la planta de energía del crucero "Varyag", debemos afirmar que las deficiencias y errores de diseño de las máquinas de vapor y las calderas se complementaron "espléndidamente" entre sí. Uno tiene la impresión de que las calderas y las máquinas de vapor de Nikloss hicieron un pacto de sabotaje contra el crucero en el que estaban instaladas. El peligro de accidentes de calderas obligó a la tripulación a establecer una presión de vapor reducida (no más de 14 atmósferas), pero esto creó condiciones en las que las máquinas de vapor del Varyag tuvieron que volverse inutilizables rápidamente y los mecánicos del barco no pudieron hacer nada al respecto.. Sin embargo, consideraremos con más detalle las consecuencias de las decisiones de diseño de las máquinas y calderas Varyag más adelante, cuando analicemos los resultados de su funcionamiento. Luego daremos la valoración final de la central eléctrica del crucero.
