Паровые турбины и судовые дизеля

Уатт. Первые удачные опыты со взрывам судов не столько воодушевили, сколько

привели в замешательство Британское адмиралтейство, по инициативе которого

Фултону была предложена пожизненная пенсия с условием - забыть про свое

изобретение.

Между тем, Ливингстон настойчиво зовет Фултона в Америку. Его шурин и

конкурент Стивенс начинает в 1806 году постройку парохода "Феникс",

надеясь, что получит привилегию на маршрут Нью-Йорк-Олбани, срок которой у

Ливингстона истекал в 1807 году. Надо было спешить со строительством своего

парохода. В конце 1806 г. в Нью-Йорк прибывает заказанный двигатель, и

Фултон немедленно заказывает корпус на верфи Чарлза Брауна. Машинная часть

парохода состояла из котла в форме сундука длиной 6 м при высоте и ширине

несколько более 2 м и вертикального парового цилиндра. Весной 1807 первый

пароход, получивший имя "Клермонт" ("Clermont", водоизмещение ~100 т, длина

133 фт./~40 м, ширина 18 фт./~5 м, высота 9 фт./~2,5 м), был спущен на

воду.

В августе 1807 г. двигатель был установлен на судно и испытан в работе, во

время рейса Нью-Йорк - Олбани (Albany). Расстояние до Олбани составляло 150

миль (241 км), рейс длился 32 часа, возврат по течению реки занял 30 часов.

Паруса не использовались на всем пути. Пароход имел бортовой колесный

привод. Это был первый безостановочный транспортный рейс длительностью

более одних суток, выполненный паровым судном.

"Клермонт" держал эту линию в течение нескольких лет сразу столкнувшись с

крайне враждебным отношением владельцев парусных и гребных судов на

Гудзоне, увидевших в пароходе грозного конкурента. Они то и дело

подстраивали столкновения пароходов с шаландами и баркасами или устраивали

на их пути заторы. В 1811 году в США был принят специальный закон,

грозивший строгим наказанием за сознательный вред, принесенный пароходам.

Пароход Фултона ничем особенным не отличался от своих более ранних

предшественников, однако именно ему суждено было открыть новую эру в

истории судоходства, так как только за первый год эксплуатации "Клермонт"

дал выручку 16 тысяч долларов, предъявив всему миру очевидное

доказательство рентабельности парового флота. Небольшое относительно

пароходов Дж.Фитча увеличение тоннажа судна и мощности машины положило

конец эпохе энтузиастов парового движения и стало фактором экономического

развития страны.

Хотя сам Фултон неоднократно подчеркивал, что идея парохода принадлежит не

ему, именно он впервые удачно воплотил ее в жизнь, и именно с его легкой

руки пароходство начало бурно развиваться сначала в Америке, а потом и во

всем мире.

От парового двигателя к паровой турбине.

|[pic] |

|Паровая машина с |

|тройным |

|расширением пара |

К концу XIX века трансатлантическую линию Европа – США обслуживали пароходы

длиной от 350 до 450 фт. (~100-140 м) с паровыми машинами мощностью 3000-

4000 л.с. Линейные пароходы пересекали Атлантику за 10 - 11 дней и

расходовали от 70 до 100 тонн угля в день.

Низкий к.п.д. паровых двигателей существенно уменьшал полезную

грузоподъемность паровых судов и настоятельно требовал поиска более

эффективных методов топливоиспользования.

Верхом совершенства в изготовлении судовых паровых машин стали двигатели с

тройным расширением пара линейных судов серии "Oceanic", которые строились

на Ирландских верфях с 1870 г.

В 1877 г. пароходы "Германик" ("Germanic") и "Британик" ("Britannic")

поставили рекорд скорости пересечения Атлантики на дистанции 2,830 миль:

Германик - 7 дней 11 часов 37 минут, Британик - 7 дней 10 часов и 53

минуты.

Рекорд скорости строительства судна и количества судов в серии принадлежит

военно-транспортным пароходам проекта EC2, получившего наименование

"Liberty" (Либерти). В период с 1941 по 1947 гг. было построено 2751 судов

этого типа. Первый пароход серии "Патрик Генри" (SS Patrick Henry) был

заложен 27 сентября 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.

|[pic] |

|Военно-транспортный пароход проекта |

|"Liberty" |

|(10000 т, 2500 л.с., 11 узлов) |

Строительство "Либерти" было организовано по конвеерному принципу, при

котором все 250000 деталей, входящих в спецификацию судна, собирались в

стандартизованных 250-тонных секциях, перемещаемых между заводами в

соответствии с технологией монтажа судового оборудования. После

комплектации секции доставлялись на верфи, где и происходила окончательная

сборка судна. Строительная стоимость парохода составляла $ 2,000,000.

Характеристики парохода: длина - 441 ft (134 м), ширина 56 ft (17 м),

средняя скорость - 11 узлов. В 5 трюмах пароход перевозил до 9000 тонн

груза, а на палубе - самолеты, танки или локомотивы.

В состав энергетической установки входил паровой двигатель мощностью 2500

л.с. с тройным расширением пара (трехцилиндровый) и два паровых котла,

работающие на жидком топливе (топочном мазуте).

За время Второй мировой войны "Либерти" перевезли 2840 самолетов, 440

танков и 230 миллионов ящиков боеприпасов. В команду парохода входили 44

члена экипажа и от 12 до 25 военных моряков сопровождения и охраны судна.

После войны ВМС США продали почти все суда данной серии, а последние

"Либерти" эксплуатировались до начала 70-х годов, т.е. в течение 25 лет

после окончания войны.

Однако кардинальное повышение эффективности судовых энергетических

установок было связано не с совершенствованием паровых двигателей, а с

изобретением турбин, позволивших не только поднять к.п.д. СЭУ, но и на

порядок уменьшить массогабаритные характеристики судового двигателя.

Термин турбина происходит от французкого слова - turbine, пришедшего из

латинского turbo — вихрь, вращение с большой скоростью, впервые

использованного Героном Александрийским при описании принципа реактивного

движения "Элоопила" (~130 г до н.э.).

|[pic] |

|"Элоопил", 130 г. |

|до.н.э. |

Однако вплоть до начала промышленного использования паровых машин

подогреваемый огнем шар с водой, вращающийся под действием струи пара, был

не более чем игрушкой. Только успехи в применении паровых машин заставили

обратить внимание на свойства колеса, вращающегося под напором струи пара.

Первое упоминание о паровой турбине в Европе связано с именем итальянского

инженера Джованни Бранка (Giovanni Branca), предложившего в 1629 г.

использовать рабочее колесо турбины для размельчения угля и серы при

производстве пороха (см. лекцию 1).

В 1837 г. в Англии и США было сделано несколько паровых колес, например

колесо Авери (Avery at Syracuse, New York) имело диаметр 5 фт (~1,5 м),

однако низкая эффективность одноступенчатой турбины с атмосферным

противодавлением не могла составить конкуренцию паровому двигателю.

Для создания промышленной паровой турбины было необходимо завершить

формулировку законов термодинамики и найти новые инженерные решения для

производства работы с использованием тепловых свойств воды и водяного пара.

Хронология формирования теории тепловых машин - термодинамики.

1798: Выдвижение идеи о взаимосвязи температуры и энергии, Коунт Рамфорд

(Count Rumford);

1824: Формирование теории тепловых машин, Сади Карно (Sadi Carnot);

1827: Открытие Бруоновского 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: Закон распределения молекулярных скоростей, Джеймс Клерк Максвелл,

(James Clerk Maxwell);

1874: Второй закон термодинамики, Лорд Келвин, (Lord Kelvin);

1876 - 1878: Формирование законов и понятий химической термодинамики, Иосиф

Гиббс (Josiah Gibbs);

Начиная с 1879 г. термодинамика ориентируется на углубление знаний о

природе тепловых процессов и перестает быть прикладной наукой для

инженеров.

1879: Понятие излучения черного тела, Иозеф Стефан (Josef Stefan);

1906: Третий закон термодинамики, Вальтер Нернст (Walther Nernst);

1916: Кинетическая теория газов, Сидней Чапмен и Дэвид Енски (Sydney

Chapman and David Enskog);

1957: Комптоновское распределение для уравнения Фоккера-Планка, A.S.

Kompaneets. .....

|[pic] |

|Колесо Авери, |

|1837 |

Создание термодинамики, т.е. теоретической базы для расчета тепловых машин,

поставило перед практикой задачу разработки энергетической установки на

базе паровой турбины с вакуумным конденсатором. Патент на первый

паротурбинный двигатель получил американский морской инженер, адмирал

Бенжамин Франклин Изервуд (Benjamin Franklin Isherwood, 1822-1915) в 1857

г.

После проведения в 1870 г. инженерных разработок несколько паротурбинных

установок (ПТУ) были установлены на военные фрегаты серии USS "Wampanoag".

Новый двигатель позволил обеспечить относительно высокую скорость (17,75

узла/33 км.час), но ПТУ на базе одноступенчатой турбины оказались слишком

сложными в изготовлении, но не более эффективными, чем паровые машины

(к.п.д. 6-8%), вследствие чего нашли применение лишь в качестве двигателей

судов береговой охраны (USGS), предназначенных для перехвата

контрабандистов.

Массовое применение паротурбинных установок на флоте связано с созданием

многоступенчатых паровых турбин, позволивших поднять КПД паровых машин с 4-

5% до 15-18%., что было незамедлительно использовано в промышленной и

морской энергетике. Создание современных паровых турбин связано с именами

выдающихся инженеров 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 позже применен для изготовления стеклянных бутылок.

В 1882 г. Лаваль создал первую импульсную паровую турбину, в 1883 г.

построил и использовал морскую реверсивную турбину, запатентованную в 1883

г., частота вращения которой достигала 42 000 оборотов в минуту.

|[pic] |

|Первая морская турбина Парсонса,|

|1894 |

|[ увеличить ] |

В 1896 г. Лаваль разработал паровую турбину для электростанции, работа

которой требовала создания давления в 3400 фунтов на кв. дюйм (239

бар/кг.кв.см), что было не достижимо для технологий конца XIX века.

Главная заслуга Лаваля в разработке паровых турбин заключалась в том, что

конструкция его сопла позволила примерно в 5 раз увеличить возможность

использования потенциальной энергии струи пара, повысив скорость его

истечения c 800 ft/с (244 м/c) до 4000 ft/c (1220 м/c), но несмотря на это,

одноступенчатые паровые турбины не позволяли дать однозначного заключения

об их приемуществе перед паровыми машинами.

Промышленное использование паровых турбин стало возможным лишь после того,

как сэр Чалз А. Парсонс (Sir Charles Algernon Parsons, 1854-1931) создал в

1884 первую мнгогоступенчатую паровую турбину мощностью 10 л.с. (18 000

об/мин). Турбины Парсонса использовались для привода электрогенераторов,

мощность которых на первом этапе развития электроэнергетики составляла от 1

до 75 кВт.

|[pic] |

|Многоступенчатый паротурбогенератор |

Основное значение паровых турбин в истории техники заключается в том, что

они обеспечили экономическую рентабельность использования паровой энергии

не только для промышленности, но и для бытового обслуживания населения. В

частности, первое в истории уличное освещение было установлено в Кэмбридже

в 1895 г., для чего использовались четыре 100 кВт генератора с турбинами

Парсонса.

Современные турбины представляют многоступенчатые агрегаты, собираемые в

блоки, включающие последовательность из нескольких турбин высокого,

среднего и низкого давления. Такая компоновка позволяет достигнуть высокой

эффективности использования тепловой энергии пара (свыше 40 %), что

сопоставимо с эффективностью современных мощных малооборотных дизелей.

Эти показатели в сочетании с относительной дешевизной топлива для ТЭЦ и АЭС

делают паровую турбину основным элементом современных электростанций.

Мощность современных паровых турбин достигает 1000 мегаватт.

В 1899 г. на ходовых испытаниях корабли легко показали скорость свыше 30

узлов, однако их судьба оказалась печальной. В том же году "Гадюка"

разбилась, наскочив на мель в Ла Манше, а месяцем позже "Кобра" взорвалась

на рейде Тейна ("Tyne"). Несмотря на то, что по результатам расследования

аварии Адмиралтейство полностью реабилитировало фирму Чарльза Парсонса,

трагедия, унесшая жизнь 77 человек, включая его сотрудников, очень серьезно

сказалась на его здоровье и привела к почти двухлетнему отказу от активной

производственной деятельности.

В 1902 г. Британское Адмиралтейство модернизировало энергетическую

установку 15-летнего эсминца "Velox" и по итогам годовой эксплуатации ПТУ

приняло решение о том, что с 1905 г. все новые корабли Великобритании

должны оснащаться только паротурбинными двигателями.

В 1905 - 1906 гг. Адмиралтейство ввело в строй корабли нового поколения,

оснащенные паротурбинными установками, обеспечившими техническую базу для

качественного скачка 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 зрения развития СЭУ линкор "Дредноут" открыл новою эпоху в военном

судостроении, закончившуюся созданием в 1941 г. четырехвинтовых линейных

кораблей Yamato ("Ямато") и Musashi (“Мусаси”) водоизмещением 72 809 т и

мощностью ПТУ - 150 000 л.с.

[pic]

Yamato ("Ямато"), линкор класса Yamato. L/B/D: 263х38.9х10.4 м,

водоизмещение - 72809 т, корпус - сталь, экипаж - 2500 чел., вооружение -

9x18.4", 12x6.2", 12x5.1", 24x25мм. Бронирование: броневой пояс - 16.4",

палуба - 9.2". Скорость 27 узлов. Линкор был потоплен в конце Второй

мировой войны (6 апреля 1945 г.) в результате атаки более 400 самолетов

морской авиции США при сражении за Окинаву. 10 авиационных торпед и 58 бомб

поставили точку на пяти столетиях артиллерийских морских сражений.

В 1943 г. военно-морские силы США начали принимать на вооружение линкоры

класса Iowa ("Айова") водоизмещением 55 250 т, мощностью ПТУ - 212 000

л.с., скоростью 33 узла, но на военном флоте дальнейшее развитие 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 навигация паротурбинных пассажирских судов

"Victorian" ("Викторианец") и "Virginian" ("Виржинец"), а с 1907 г. на

линию выходят самые большие четырехвинтовые пассажирские суда с ПТУ

мощностью 73000 л.с. - "Mauretania" ("Мавритания") и "Luisitania"

("Лузитания"), построенные для перевозки эмигрантов в США.

Оба судна способны были развивать скорость от 25 до 26 узлов (42 км/час),

что до их создания считалось невозможным для таких больших судов: длина -

240.8 м , ширина - 26.8 м, водоизмещение - 31938 т. В каютах первого класса

размещались 563 пассажира, второго - 464, третьего - 1138, экипаж судна -

812 чел.

"Мавритания" в течение 20 лет была самым быстрым лайнером и семь раз била

свой рекорд на скорость пересечения Атлантики. В 1921 г. котлы, работающие

на угле, были переведены на жидкое топливо, а последний рекорд был

поставлен 20-25 августа 1924 г. Дистанцию от Амброуза (Ambrose) до Шербура

(Cherbourg) теплоход прошел за 5 дней, 1 час и 49 минут со средней

скоростью - 26.25 узла.

"Мавритания" (32 000 т) и "Турбиния"(44 т), 1908 г.

Дизельные энергетические установки

Поиск способов использования тепловой энергии был неразрывно связан с

прогрессом в развитии тепловых машин. Паровые машины, равно как и турбины,

требовали наличия для двигателей внешнего сгорания двух элементов,

обеспечивающих движение судна: парового котла и двигателя.

Стремление избавиться от парового котла и связанных с ним технических и

технологических проблем привело к появлению двигателей внутреннего сгорания

и газотурбинных ЭУ.

Создание ДВС в его настоящем виде стало возможным только после создания в

1824 С. Карно (Nicolas Leonard Sadi Carnot, 1796 - 1832) теории тепловых

машин. Именно тогда Карно установил, что температура воздуха, сжатого в

отношении 15 к 1, будет достаточной для самовоспламенения сухой древесины

(572°F / 300°C / 573 °K), что и было впоследствии реализовано Р. Дизелем в

двигателях внутреннего сгорания (ДВС) с воспламенением топлива от сжатия.

После того, как Сади Карно сформировал теорию тепловых машин, особое

внимание инженеров XIX века было направлено на техническую реализацию

теоретического цикла тепловой машины, что привело к появлению двух классов

тепловых двигателей, работающих по циклам Отто и Дизеля, объединение

которых в цикле Тринклера положено в основу современных ДВС.

Высокая экономическая эффективность судовых двигателей внутреннего сгорания

обусловила их массовое внедрение в качестве главных двигателей СЭУ, но

главный результат их изобретения связан с созданием нового класса военных

кораблей - подводных лодок, представляющих серьезную опасность для всех без

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 попытки

строительства подводных аппаратов упирались в проблему источника движения,

которая была решена лишь после появления достаточно компактных и надежных

двигателей внутреннего сгорания, электродвигателей и аккумуляторных

батарей.

Подводный флот обеспечивал до середины XX века ускоренные темпы развития

технологической базы двигателестроения, т.к. военные моряки ставили перед

машиностроением такие задачи совершенствования основных массогабаритных и

технических характеристик СДВС, которые не являлись критическими или

первоочередными для транспортных судов.

Сравнение хронологии развития ПТУ и ДВС показывает, что если темпы

внедрения паротурбинных установок на гражданском и военном флотах были

примерно одинаковыми, то опережающие темпы применения ДВС на военном флоте

очевидны с первых шагов появления СДВС. Следущий шаг в развитии СЭУ -

создание ядерных энергетических установок - до настоящего времени связан с

их исключительно военным применением.

Основные события двигателестроения. (Internal Combustion Engines -

History).

|[pic] |

|Первый дизельный |

| |

|двигатель, |

|Аугсбург, |

1794: Стрит (Street) изобрел первый двигатель внутреннего сгорания.

Двигатель представлял из себя цилиндр, куда впрыскивалась смесь скипидара и

воздуха и поджигалась через открывающееся окно. Продукты сгорания

охлаждались введением порции воды, после чего под действием разряжения

поршень совершал рабочий ход. По существу двигатель представлял вариацию на

тему двигателя Ньюкомена.

1860: Ж. Ленуар (Lenoir) начал производство первых коммерческих двигателей

внутреннего сгорания (ок. 500 экз.). Двигатель работал без сжатия: нефтяная

(naphtha) смесь засасывалась в течение половины первого такта, затем

поджигалась через отрывающееся окошко и расширялась в течение второй

половины такта. Выпуск отработавших газов осуществлялся во время второго

такта двигателя. Эффективность двигателя составляла 4 %.

1862: Б. Рохас (Alphonse Beau Rochas) предложил цикл с четырьмя рабочими

тактами. Всасывание в течение полного хода поршня. Сжатие в течение

следующего хода. Воспламенение в верхней мертвой точке и расширение газов в

течение третьего такта. Выброс отработавших газов из цилиндра на четвертом

такте.

1864: Николай А. Отто (Nicolaus August Otto) и Евгений Лауден (Eugen

Langen) создают акционерное общество - N. A. Otto & Cie по разработке

двигателей внутреннего сгорания.

1867: На Парижской выставке компания "Otto & Cie" представила первую

рабочую модель одноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания. Двигатель

получает первую премию как наиболее эффективная машина из представленных на

выставке.

1872: Высокий спрос на двигатели заставляет компаниню "Otto & Cie"

расширить производство и открыть новый завод в Кельне, названный

"Gasmotoren-Fabrik-Deutz" (Deutz - город вблизи от Кельна). Директором

завода стал Готлиб Даймлер (Gottlieb Daimler), его заместителем Вильям

Майбах (Wilhelm Mayback).

1876: Н.Отто (N.Otto) создал топливный двигатель "Otto Silent", который

работал по четырехтактному циклу Рохаса, и близко походил на современные

двигатели внутренние сгорания. Двигатель получил коммерческое название -

Deutz. Воспламенение осуществлялось периодическим соединением рабочего

цилиндра с камерой постоянного горения посредством клапана, скользящего

поперек головки цилиндра. Тепловая эффективность 16 % сделала двигатель

очень популярным в промышленности.

1881: Клерк (Clerk) построил первый двухтактный двигатель со сжатием

топливной смеси, воспламенением от пламени и продувкой с помощью

специального цилиндра.

1886: Карл Бенц (Benz’s) создает автомобильное магнето, на базе которого

Роберт Бош (Robert Bosch) разрабатывает систему искрового зажигания,

впервые примененную на трехколесном автомобиле "Dogcart".

1890: Акройд-Стюарт (Ackroyd-Stuart) получил патент на двигатель,

включающий камеру сгорания в головке цилиндра. После всасывания и сжатия

воздуха в цилиндре топливо подавалось и воспламенялось в камере сгорания,

нагреваемой внешним факелом перед стартом.

1892: Рудольф Дизель (Rudolf Diesel) заявляет права на патент - "Метод и

аппарат для преобразования высокой температуры в работу" 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 дизельного двигателя, 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 почти всю мощность для

обеспечения собственной работы. Дальнейшие исследования показали, что

практические машины не позволяют использовать давления и температуры,

требуемые в соответствии с первоначальной концепцией адиабатного

(adiabatic) двигателя.

1893: Первое соглашения о производстве двигателей между Рудольфом Дизелем и

компанией братьев Зульцер (Sulzer Brothers Ltd).

1894: Рудольф Дизель заключает контракт с Дэвидом Халлеем (David Halley),

генеральным директором компании "Бурмейстер и Вайн", Копенгаген

("Burmeister and Wain", B&W, Copenhagen), о создании на базе компании

экспериментальной базы по проектированию и изготовлению новых двигателей.

1895: Джон П. Голланд (John P. Holland) представляет первую подводную лодку

"Holland VII", использующую двигатель внутреннего сгорания для движения в

надводном положении и электрический двигатель для хода в погруженном

состоянии.

1897: На машиностроительном заводе в Аугсбурге (Augsburg Machinenfabrik, c

1904 г. - Machinefabrik Augsburg-Nurnberg, M.A.N.) создан первый

практический дизельный двигатель. Мощность двигателя составляла 20 л.с. при

172 оборотах в минуту, эффективность (к.п.д.) 26.2 %. при весе пять тонн.

Это намного превосходило существующие двигатели Отто с к.п.д. 20 % и

судовые паровые турбины с к.п.д. 12 %, что вызвало немедленный интерес

промышленности.

Существенным недостатком первых дизелей являлась невозможность

реверсирования (изменения направления вращения), затруднявшая их

использование на водном транспорте. Первый судовой реверсивный дизель малой

мощности был построен во Франции в 1900 г. фирмой "Дикхофф" ("Dyckhoff's").

Это был трехцилиндровый четырехтактный реверсивный дизель 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: В США спущена на воду первая подводная лодка конструкции Джона П.

Голланда - "Holland VIII", водоизмещением 65/74 т. с бензиновым двигателем

мощностью 50 л. с., гребным электродвигателем подводного хода и

аккумуляторными батареями массой 21 т.

Скорость надводного хода ПЛ - 8 узлов., подводного - 6 уз. Аналогично

проекту "Нарвала" на лодке была предусмотрена зарядка аккумуляторных

батарей гребным электромотором с приводом от двигателя надводного хода. До

1914 г. проект лодки был образцом для кораблей данного класса. Стоимость

лодки составила $ 150 000 (первая АПЛ стоила около $ 30 000 000). В 1900 г.

в мире насчитывалось около 40 подводных лодок, к 1902 г. в мире было

заложено и построено 250 подводных кораблей.

1902: В США компания Адольфа Буша (Adolphus Busch’s company) начинает

выпуск трехцилиндровых дизельных двигателей мощностью 55 кВт, но они не

находят спроса в стране.

1903 Машиностроительный завод братьев Зульцер начинает производство

дизельных двигателей в Винтершуре (Winterthur, Switzerland). Через три года

фирма выпускает двигатели 12 типоразмеров от 11 до 440 кВт.

1903: В России построено первое достаточно крупное дизельное судно -

самоходная нефтеналивная баржа "Вандал" ("Vandal"), предназначенная для

перевозки каспийской нефти в Санкт-Петербург. Корпус был изготовлен на

Сормовском заводе, двигатели установлены 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 двух

электродвигателей постоянного тока по 75 кВт, скорость хода - 7,4 узла,

класс судна - река-море.

В августе 1904 г. в журнале "Русское судоходство" было опубликовано

следующее сообщение о первом теплоходе: "Товарищество братьев Нобель"

выстроило в нынешнюю навигацию на своем заводе железное судно наподобие

баржи, на него были поставлены три машины. Судно будет приводиться в

движение двигателем совершенно нового 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 240 об/мин. Коммерческое

использование теплоходов показало, что их энергетические установки являются

значительно более экономичной, чем у пароходов.

Суточный расход топлива т/x "Сармат" составлял 1,15 т сырой нефти,

солярового масла или мазута, в то время как пароход аналогичных размеров и

мощности сжигал 6,5 т угля. Эксплуатационные расходы заметно снижались за

счет сокращения штата машинной команды и полного сокращения кочегаров.

Энергетическую установку "Сармата" обслуживали шесть человек: машинист, его

помощник и четыре масленщика.

|[pic] |[pic] |[pic] |

|"Вандал", ("Vandal"), |"Вулкан" ( "Vulcanus"),|"Зеландия" ("Selandia") ,|

|1903 |1910 |1912 |

1904: Построена первая подводная лодка "Aigette" (Франция) с дизельным

ходовым двигателем. Эксплуатация корабля показала, что дизельный двигатель

и его топливо более надежны, чем бензиновые ДВС. С 1904 г. окончательно

сформировалась структура СЭУ подводных лодок: дизельный двигатель для хода

в надводном положении, электродвижение - в подводном.

1905: Построен первый относительно мощный двухтактный реверсивный дизель

фирмы "Зульцер", установленный в 1906 г. на швейцарское озерное сухогрузное

судно. Характеристика СЭУ: двигатель - двухтактный четырехцилиндровый

реверсивный, диаметр цилиндров - 175 мм, ход поршня - 250 мм, мощность 66

кВт при частоте вращения 375 об/мини.

1907: C-Петербургский завод "Людвиг Нобель" приступает к постройке для

военного флота четырехтактных трехцилиндровых быстроходных дизелей типа Д

мощностью по 88,5 кВт при частоте вращения 400 об/мин. Первые машины

устанавливаются на подводной лодке Балтийского флота "Минога".

1908: На Коломенском заводе построен первый танкер класса река-море "Дело",

длиной 108,4 м и дедвейтом 4200 т. Состав СЭУ: два четырехтактных,

четырехцилиндровых нереверсивных дизеля мощностью по 340 кВт.

1910: Джеймс Мак Кечни (James McKechnie) изобретает инжекторную систему

топливливоподачи (форсунки).

В течение последующих двадцати лет такие системы полностью заменяют

топливные системы высокого давления (аккумуляторные системы впрыска

топлива), реализация которых осуществлялась на базе компрессоров и

специальных резервуаров, что составляло до 20 % от стоимости двигателя.

1910: Регистр Ллойда (Llod's) присваивает класс первому морскому нефтяному

танкеру "Vulcanus" c дизельной энергетической установкой.

1912: В Копенгагене строится первый океанский теплоход с четырехтактными

реверсивным дизельными двигателем фирмы "Бурмейстер и Вайн" (Burmeister &

Wain) - "Зеландия" (Selandia). Состав СЭУ: два четырехтактных 8 цилиндровых

дизеля мощностью 932 кВт, 140 об/мин.

1912: В Гамбурге строится первый океанский теплоход с двухтактным

реверсивным дизельными двигателем фирмы "Зулцер" (Sulzer) - "Монте Пенедо"

(Monte Penedo). Состав СЭУ: два двухтактных шестицилиндровых дизеля

мощностью 1250 кВт, 160 об/мин.

|[pic] |[pic] |

|"Holland VII", первая подводная |Серия D, первые дизельные п/л |

|лодка с ДВС, 1895. |Великобритании, 1907 - 1919 |

|[pic] |

|Дизельная п/л USS Perch |

|("Окунь", SS313), 1942 - 1973 |

1912: Объединение компаний Зульцер, Крупп и Прусско-Саксонские железные

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 цилиндровых авиационных двигателей

мощностью 384 кВт при 2400 об/м.

1913: Компания "Brown, Boveri and Company" совместно с Швейцарским

институтом технологии (Swiss Federal Institute of Technology, Zurich)

создает первый компрессор для наддува воздуха, известный как Comprex AWS.

Компрессор представлял из себя навешанный на двигатель воздушный насос.

1914: Зульцер начинает производство двухтактных двигателей с продувкой и

охлаждением поршней.

22 сентября 1914 вблизи от побережья Голландии немецкая дизельная подводная

лодка U-9 водоизмещением 600 т. и командой в 28 человек за 1 час 15 мин

топит Британские крейсера Абукир, Кресси и Хог (Aboukir, Cressey, Hogue)

суммарным водоизмещением 36 тыс. т с 1459 моряками на борту. Подводный флот

и дизелестроение становятся фактором национальной безопасности промышленных

стран мира, а задача разработки энергетических установок для подводных

лодок становится приоритетной для всех ведущих морских держав.

До этого события почти все моряки мира считали, что подлодка -

специфическое оружие береговой обороны вроде подвижного минного поля, и

хорошо, что ей удастся атаковать военный корабль противника, стоящий на

якоре.

Об атаке движущихся кораблей всерьез никто не думал, хотя во время боевых

испытаний, проведенных в 1898 г. на Тулонском рейде, французская ПЛ

"Сирена" удачно провела торпедные атаки линейных кораблей, один из которых

стоял на якоре, а другой шел со скоростью около 10 узлов.

Подводные лодки, также как в свое время пароходы, потребовали создания

новой тактики ведения морского боя, возможной только при наличии именно

этого класса военных кораблей. Даже немцы, едва не поставившие подводными

лодками Англию на колени, не знали, что с ними делать.

В первые военные дни 1914 г. дозорный миноносец выводил субмарины в море,

где они стояли на якоре до вечера, изображая из себя часовых у главной базы

флота кайзера.

1919: Английская компания Doxford LB начинает призводство для подводного

флота дизельных двигателей с оппозитным расположением поршней.

1924: Браун Бовери (Brown Boveri) начинает промышленное производство систем

тубонаддува (turbochargers) дизелей.

1925: В результате объединения двух Калифорнийских компаний "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 выпуск топливных насосов высокого

давления (ТНВД).

1926: Объединение компаний Daimler и Benz. Новая компания называется

Daimler-Benz, позже Mersedes-Benz. Начинается производство двигателей

модели 5K3 со свечами накаливания, разработанными Робертом Бошем.

1929: Компания "Дженерал Мотор" (General Motor) покупает крупнейший завод

по производству автомобилей в Европе - Adam Opel AG Company.

1935: Компания B&W начинает производство четырехтактных двигателей

работающих на тяжелом топливе.

1936: Daimler-Benz представил первый легковой автомобиль с дизельным

двигателем.

1938: "Дженерал Моторс" организует в Детройте дизелестроительное отделение

(Detroit Diesel Engine Division) для производства двигателей для армии и

флота.

|[pic] |[pic] |

|Первый судовой двухтактный |V - образный двигатель п/л SS313, |

|двигатель |фирмы |

|фирмы Sulzer, 1250 кВт, 160 об/м,|General Motors, 1600 л.с., 750 |

|1912 |об/м, 1942 |

|[pic] |

|Судовой двухтактный двигатель |

|Sulzer, 60190 кВт, 100 об/м, |

|1997 |

1958: На восстановленном после Второй мировой войны заводе Пежо начинается

выпуск автомобилей Peugeot 403 с четырехцилиндровым дизельным двигателем. В

апреле 1970 на заводе Пежо в Лиле (Lille) регистрируется выпуск миллионного

дизельного двигателя.

1984: Объединение компаний MAN и B&W в корпорацию MAN B&W Diesel A/S,

Copenhagen.

1987: Замена паротурбинной установки океанского лайнера Queen Elizabeth 2

(66850 т, 3000 пасс., 1968 г.) на на дизель-электрическую ЭУ, самую большую

на гражданском флоте XX века: 9 четырехтактных двигателей MAN суммарной

мощностью - 179 MВт (243 тыс л.с.).

1988: Корпорация MAN B&W приобретает Французскую компанию 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 большой единичной установленной

мощностью дизельного двигателя - 65880 кВт (89,5 тыс л.с.), Sulzer, 12

RTA96C.

1999: В Голландии построен самый большой дизельный двигатель XX века: B&W

12K98MC-C (68640 кВт/ 93261 л.с.).

По состоянию на 1.01.2000 г. средняя стоимость тяжелого топлива для

малооборотных дизелей с частотой вращения около 100 об/мин - $150 USD/т,

средняя стоимость очищенного или легкого дизельного топлива (солярки) -

$300 USD/т. Рекорд минимального расхода топлива дизельным двигателем

поставлен в 1986 г. Расстояние 4818 км пройдено с средним расходом топлива

1.76 л. на 100 км.

Литература:

1. Петровский Н. В., Судовые двигатели внутреннего сгорания и их

эксплуатация, М., 1966;

2. Гаврилов В. С., Камкин С. В., Шмелев В. П., Техническая эксплуатация

судовых дизельных установок, М., 1967;

3. Плаксионов Н. П., Берете А. Г., Судовые турбинные установки, М., 1973;

4. Справочник судового 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 - http://www.thinkquest.org/index.html ,

7. site Start Your Engines ,http://www.history.rochester.edu/steam/,

8. Боевые корабли - http://battleship.spb.ru/

-----------------------

[pic]

Насос Ньюкомена, Шотландия, 1880 г. В 1920 г. двигатель куплен Генри Фордом

и в 1929 перевезен в Америку, где сегодня находится в музее техники Генри

Форда в Деарборне (Dearborn), штат Мичиган. Мощность двигателя ок. 15 л. с.

[pic]

Р.Дизель, 1858-1913

[pic]

C.Карно, 1796-1832

[pic]

Страницы: 1, 2