фл.семафором корабль
исполнить цепочку-на главную в кубрик-на 1 стр.
  • главная
  • астрономия
  • гидрометеорология
  • имена на карте
  • судомоделизм
  • навигация
  • устройство НК
  • памятники
  • морпесни
  • морпрактика
  • протокол
  • сокровищница
  • флаги
  • семафор
  • традиции
  • морвузы
  • моравиация
  • мороружие
  • новости сайта
  • кают-компания

  •  

     

    Сердце корабля

     




         Чтобы попасть в машинное отделение судна, приходится долго спускаться вниз по многочисленным трапам и потом некоторое время не можешь отделаться от ощущения, что находишься в какой-то подводной лаборатории. Сверху пробивается дневной свет, бросая блики на деловито работающие шеренги могучих стальных машин. Здесь их немало, но первую скрипку в этом отлично сыгранном ансамбле играет главный двигатель. От него в корму по специальному туннелю проложен быстро вращающийся вал. На свободный конец вала насажен гребной винт. Главный двигатель, вращая гребной вал, заставляет тем самым вращаться винт, который и сообщает судну поступательное движение.
         Кроме главного двигателя — множество насосов: одни из них подают масло, другие — жидкое топливо, третьи подводят к главному двигателю охлаждающую воду и т. д. В машинном отделении есть также
    сепараторы, которые очищают топливо и масло от примесей, компрессоры, подающие сжатый воздух для пуска двигателей. Довольно много места занимают так называемые вспомогательные двигатели; они вырабатывают электрическую энергию для освещения, отопления, для работы разных устройств и механизмов. Иногда здесь устанавливают довольно внушительный паровой котел, хотя для него обычно стараются выделить отдельное помещение. Паровой котел вырабатывает пар для отопления, для подогрева жидких грузов (на танкерах), для технологических нужд (на плавучих рыбозаводах) и т. д.
         В машинном отделении обычно приходится располагать так много различного оборудования, что нередко здесь устраивают платформы, чтобы разместить на них часть машин и механизмов. Тут же, на платформе, предусматривается мастерская и машинная
    кладовая.
         Для обеспечения естественной 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!
     

         Первыми двигателями были человеческие мускулы, передающие свои усилия на весла, и ветер, надувавший паруса. Лишь много сотен и тысяч лет спустя на судах появилась паровая машина, затем паровая турбина, еще позже — дизель, газовая турбина, дизель-электрическая, турбоэлектрическая и, наконец, ядерная энергетическая установка. Начиная с паровой машины, все двигатели преобразовывают энергию, заключенную в топливе, в механическую энергию, которая используется для создания силы, преодолевающей сопротивление воды и воздуха, т. е. так называемого упора.
         Приспособления, создающие упор, называются движителями. Движители совершенствовались вместе с двигателями и прошли в своем развитии такие вехи, как обыкновенное весло, парус, гребное колесо и, наконец, гребной винт.
         И весло, и гребное колесо, и винт работают на основании третьего закона Ньютона: «Всякое действие вызывает равное по величине и противоположное по направлению противодействие», т. е.
    реактивное движение. С какой силой весла, колеса или винт отбрасывают воду от своих лопастей, с такой же силой отбрасываемая вода действует на лопасти и сообщает судну поступательное движение. Первым механическим двигателем была паровая машина. Сначала пар совершал работу по перемещению поршня только в одном направлении: подводить пар с противоположной стороны поршня еще не научились. Поэтому эффективность первых машин была ничтожной. Появление паровых машин двойного действия, на которых осуществляется попеременный подвод пара с обеих сторон поршня, значительно повысило коэффициент полезного действия этого типа двигателя.
         К середине XIX века изобрели компаунд-машины, или машины двойного расширения. Отработавший в первом цилиндре пар (этот цилиндр называется цилиндром высокого давления) направлялся в другой цилиндр большего диаметра (цилиндр низкого давления), где он совершал аналогичную работу. Впоследствии были созданы машины тройного и даже четырехкратного расширения. Так обеспечивалось максимальное использование энергии пара.
    Но что делать с паром, вышедшим из последнего цилиндра? На паровозах он просто удалялся в атмосферу через дымовую трубу, но на кораблях такая роскошь недопустима. Если на суше в любом месте можно заправиться водой, то в море пресная вода на строгом учете. Даже сейчас, когда на судах действуют мощные опреснительные установки, вырабатывающие из морской воды пресную в довольно больших количествах, никто не позволит бездумно ее расходовать.


         В эпоху же паровых машин проблема пресной воды стояла крайне остро, так что тогда тем более было бы преступлением выпускать ее в трубу в виде отработавшего пара. Поэтому уже на ранних стадиях развития паровых машин кораблестроители научились использовать одну и ту же пресную воду многократно. Для этого отработавший пар не выпускали в атмосферу, а направляли в конденсатор — металлический холодильник, который охлаждался забортной водой. Проходя через него, пар конденсировался, т. е. снова превращался в воду.
         Конденсат, или превратившийся в воду пар, предварительно нагревался и снова поступал в котел, где он опять превращался в пар и снова мог, двигать поршни в цилиндрах. Перекачивание конденсата, засасывание забортной воды для охлаждения пара, для опреснения и множество других операций, обеспечивавших нормальную работу паровой машины, выполняли различные насосы.
         Основное достоинство первого механического двигателя состояло в том, что с его появлением значительно уменьшилась зависимость корабля от силы и направления ветра, течений и т. д. Но паровые машины имели и ряд крупных недостатков: самая лучшая из них эффективно расходовала не более 1/5 части энергии пара (к. п. д. паровой машины не превышал 20%)). Затем, для паровой машины были необходимы мощные котлы, которые занимали на судне много места. Кроме того, возвратно-поступательное движение поршней вызывало сильную вибрацию корпуса судна и, наконец, это движение, причинявшее столько неудобств, по существу являлось паразитным, ненужным, так как для вращения гребных колес или винта его все равно приходилось преобразовывать.
         Поэтому специалисты всерьез задумались над тем, как бы избавиться от возвратно-поступательного движения. В результате кропотливых исследований и экспериментов в конце XIX в. на судах появились первые паровые турбины.
     

         Скорость вращения турбины обычно высокая — несколько тысяч оборотов в минуту. Для судов это имеет определенные неудобства, так как гребной винт может работать нормально лишь при 100—200 об/мин. Поэтому приходилось применять сложную зубчатую передачу, которая понижала число оборотов до требуемой величины. Наличие зубчатой передачи усложняло и утяжеляло конструкцию энергетической установки и неизбежно приводило к потере к. п. д.
         Другим недостатком турбины является сложность ее реверсирования, т. е. вращения в противоположном направлении для обеспечения судну заднего хода. Поэтому на судах с паротурбинной установкой предусматривались и предусматриваются до сих пор турбины переднего и заднего хода, что, разумеется, снижает как технические, так и экономические характеристики судна.
         И все же применение паровых турбин позволило добиться существенных преимуществ, так как по сравнению с паровой машиной этот тип энергетической установки оказался более экономичным, занимал на судне меньше места и не вызывал вибрации. В начале XX в. все крупные быстроходные суда стали оснащать паровыми турбинами.
     

         Первый двигатель внутреннего сгорания, работающий на жидком топливе, появился в России в 1884 г. Его создал капитан морского флота О. С. Костович. В 1896 г. свой двигатель внутреннего сгорания запатентовал немецкий инженер Рудольф Дизель, а в 1904 г. по предложению русского ученого-кораблестроителя К. П. Боклевского двигатель внутреннего сгорания Дизеля, или попросту дизель, был установлен на судне «Вандал», построенном на Сормовском заводе в 1903 г. Успех первого в мире теплохода (так назвали суда с дизельной установкой) открыл новую эру в судостроении.
         Внедрение дизелей дало возможность повысить к. п. д. судовой энергетической установки до 45%. Кроме того, эффективность судовых двигателей внутреннего сгорания можно дополнительно увеличить, если использовать тепло отработавших газов, так как с выхлопными газами теряется до 25—30% подведенного тепла. Поэтому на многих судах отработавшие газы используются подогрева воды в так называемых утилизационных котлах. Полученный при этом пар идет для общесудового отопления и других нужд. Применение утилизационных котлов позволяет сэкономить 15—20% топлива.
         Мощность дизелей непрерывно растет и, как результат, растут их размеры и вес. Например, проблема, как разместить на судне сооружение величиной с с 4-этажный дом и весом около 1200 тонн. Современные дизели отличаются высокой экономичностью и надежностью. Они могут работать не требуя капитального ремонта до 50000 часов!
     

         После второй мировой войны началась ожесточенная борьба между дизелями и паровыми турбинами. Положение двигателей внутреннего сгорания очень упрочилось благодаря применению наддува, позволившего повысить мощность дизелей на 30—50%, а в некоторых случаях даже на 100%.
         На сегодняшний день победа, как будто бы, осталась за дизелями. Во всяком случае, свыше 50% существующего мирового тоннажа—это теплоходы. Но сейчас бурными темпами растет число спущенных на воду судов-гигантов: суперлайнеров, супертраулеров, супертанкеров и т. д. Для сообщения этим «сверхсудам» заданной скорости нужны мощности, которые не всегда могут быть достигнуты двигателями внутреннего сгорания.
         Для поршневой паровой машины был найден эквивалент в виде дизельной установки, в которой сгорание осуществляется непосредственно в рабочем цилиндре и для которого уже не нужен специальный паровой котел. Специалисты, работающие в области турбостроения, также сумели найти эквивалент паровой турбине, которая могла бы успешно функционировать без отдельного парового котла. Такой двигатель—газовая турбина — сочетает в себе достоинства дизеля и паровой турбины: не нуждается в паровых котлах, а как турбина—не содержит элементов, совершающих возвратно-поступательного движения (поршней, штоков и т. д.).
         В простейшем варианте газовая турбина — это своего рода «турбина внутреннего сгорания», в которой воздух засасывается из атмосферы посредством компрессора, сжимается до давления в несколько атмосфер и направляется в камеру сгорания, где сжигается соляровое масло, флотский мазут или другие виды дешевого топлива. Образующиеся при сгорании газы, нагретые до температуры 600—800° С, вращают диски турбины. Отработавшие продукты сгорания топлива или удаляются в атмосферу, или используются для подогрева воздуха, поступающего в камеру сгорания.
         Газовая турбина относится к числу весьма перспективных энергетических установок, обладающих большой мощностью при малом весе. Недостаток ее, как и паровой турбины,— это практическая невозможность ее реверсирования, вследствие чего на судне приходится предусматривать отдельную турбину заднего хода. Впрочем, с появлением винтов регулируемого шага проблема реверса заметно упростилась, так как при определенном положении лопастей винта турбина переднего хода может сообщать судну движение назад. Более серьезным недостатком газовой турбины является ее низкий к. п. д., порядка 30%, и сравнительно большой расход топлива. Но все же есть все основания предполагать, что по мере создания более экономичных газотурбинных установок они найдут самое широкое распространение,
        

         Сейчас очень серьезное внимание уделяется поискам новых источников энергии и созданию новых типов двигателей. В этой связи большое значение приобретают судовые ядерные установки. Известно, что энергия, выделяемая при использовании 1 кг урана, примерно равна энергии, получаемой при сгорании 1500 тонн мазута.
         Сердцем ядерной установки является
    реактор: в нем осуществляется управляемая ядерная реакция, в результате которой образуется тепло, отводимое с помощью теплоносителя – воды. Радиоактивная вода-теплоноситель перекачивается в парогенератор, где за счет ее тепла происходит образование пара из нерадиоактивной воды. Пар направляется на диски турбин, которые приводят во вращение турбогенераторы, работающие на гребные электродвигатели, а последние вращают гребные винты. Отработавший пар направляется в конденсатор, где он снова превращается в воду и нагнетается в парогенератор.
         Большое внимание уделяется безопасности эксплуатации ядерной установки, так как находящиеся на судне люди в какой-то мере подвержены опасности радиоактивного облучения, которое может иметь место в случае аварии, технической неисправности или просто небрежности. Поэтому реактор располагают в тщательно изолированном отсеке, а корпус его окружают биологической защитой, которая представляет собой чередующиеся слои металла и воды, слой бетона толщиной 2—3 м или толстый слой свинца. Во всех помещениях судна непрерывно контролируется уровень радиоактивности. Пока ядерное судостроение делает свои первые шаги. К. п. д. энергетически установок на судах еще очень невелик, а строительная стоимость атомохода в полтора раза выше аналогичного судна с обыкновенным двигателем; к тому же из-за необходимости иметь надежную биологическую защиту приходится значительно утяжелять вес самой установки. Есть все основания утверждать, что уже в нашем тысячелетии
    атомоходы получат самое широкое развитие. Американские специалисты даже утверждают, что к концу 20 века 80% всех закладываемых на стапелях мира судов будут иметь ядерную установку. Видимо, такое предсказание чересчур оптимистично, но правильно оценивает объективную тенденцию в развитии судовой энергетики, так как в ближайшее десятилетия атом действительно станет высокоэффективным и надежным источником энергии для судов самых различных назначений.
     

         Таковы основные типы двигателей, существующих на кораблях наших дней. Часть из них доживает свои последние годы (поршневая паровая машина), часть ограничила сферу своего распространения главным образом прогулочными и спортивными судами (ветер, человеческие мускулы), некоторые достигли своей зрелости (дизели, паровые турбины), некоторые еще не вышли из младенческого возраста (ядерные установки), но все они выполняют одну и ту же функцию— дают возможность судну преодолевать сопротивление воды. И в этом двигателям помогают рабочие органы корабля— неутомимые движители.
         Мы знаем, что на протяжении тысячелетий морякам были известны только два типа движителя: весла и парус. На первых пароходах в качестве движителя также пытались использовать весла, но основным типом движителя на ранних пароходах стало гребное колесо. До сих пор у нас на Волге, на реках Сибири, да и на многих реках мира можно увидеть колесные пароходы.
         Основной недостаток гребного колеса состоит в том, что оно часто выходит из строя из-за различных поломок. Кроме того, при бортовой качке колеса поочередно выходят из воды и перестают выполнять свою основную функцию — создавать упор.
         Более прогрессивным типом движителя винт, который до настоящего времени остается неотъемлемой принадлежностью подавляющего большинства судов. Гребной винт состоит из нескольких (обычно от 2 до 6) лопастей, которые прикреплены к массивному утолщению - ступице, насаженной на гребной вал таким образом, что при вращении гребного вала вращается и винт. Лопасти поставлены наклонно к основанию ступицы. Когда гребной винт вращается, каждая из его лопастей отбрасывает воду назад. При этом создается упор, передающийся с винта на гребной вал, а с него — на упорный подшипник, которым оканчивается обращенный в нос корабля конец вала.
         В результате упор передается корпусу судна, и оно движется вперед тем быстрее, чем интенсивнее лопасти винта отбрасывают воду. Подобно любому винту, гребной винт как бы ввинчивается в воду. Расстояние, которое он прошел бы за один полный оборот, если бы его ввинчивали в твердое тело, называется шагом, На протяжении многих десятилетий своего существования каждый винт имел строго определенный и фиксированный шаг, менять который было невозможно.
     

         Сейчас большое распространение получают винты регулируемого шага (сокращенно ВРШ). В отличие от винтов фиксированного шага, ВРШ имеют поворотные лопасти, и для любого режима эксплуатации можно подобрать оптимальное положение лопастей, т. е. тот наиболее рациональный шаг, при котором винт разовьет наибольший упор. Одним из преимуществ ВРШ является то, что путем соответствующего поворота лопастей можно сообщить судну ход назад, или оно вообще может стоять на месте, хотя винт будет вращаться на полных оборотах. Для некоторых типов судов, которым по роду их службы приходится часто менять направление движения или останавливаться (например, некоторые рыболовные суда, кабелеукладчики и пр.), такой винт является буквально незаменимым, хотя конструкция его довольно сложна.
         Многие гребные винты имеют существенный недостаток: они быстро разрушаются от вызываемого ими
    явления кавитации. Дело в том, что вокруг лопастей непрерывно циркулирует водный поток. Лобовая поверхность лопасти — выпуклая, и чтобы поток вокруг лопасти остался непрерывным, вода по выпуклой поверхности должна перемещаться с большей скоростью, чем по тыльной поверхности. Но чем больше скорость воды, тем меньше ее давление на лопасть. Около поверхностей лопастей, там, где скорость воды наибольшая, давление падает настолько, что вода начинает закипать, причем из воды выделяются растворенные в ней газы. Пузырьки пара и газа, ударяясь а металлическую поверхность лопасти, разрушают ее. Этот процесс образования пустот в жидкости получил название кавитации Тем не менее, несмотря на этот и некоторые другие недостатки, в настоящее время гребной винт является наиболее распространенным типом судового движителя.
         Для повышения эффективности гребного винта прибегают к различным конструктивным мерам, например, применяют направляющую насадку» Дело в том. что под влиянием корпуса судна поток набегает на винт не прямо, а под некоторым углом, что отрицательно сказывается на работе винта. Поэтому винт помещают в короткую трубу — насадку, с помощью которой поток воды спрямляется и увеличивается развиваемый винтом упор.
         Наиболее распространенными материалами для изготовления гребных винтов являются сталь, латунь, бронза. В последние годы для этой же цели стали применять пластмассы. Весьма перспективны винты из нейлона, которые продемонстрировали на испытаниях отличные прочностные качества и противокоррозионную стойкость.
         Помимо гребного винта существует немало других видов движителей. Назовем лишь один из них:
    водометный движитель, в котором специальные насосы засасывают воду и с силой выбрасывают ее через кормовое отверстие, сообщая судну реактивное движение.
     

         Более широко применяют их в качестве подруливающих устройств. В носовой или кормовой оконечности корпуса в поперечном направлении устанавливают трубу, в которую помещают насос с электрическим мотором. Выталкивая струю воды через трубу по левому или правому борту, насос создает упор, и нос или корма судна поворачивается влево или вправо. Наличие такого устройства существенно повышает маневренность судна.
         Повышению, маневренности судна хорошо служат и так называемые активные рули. Активным называется руль, в котором смонтирован небольшой гребной винт с собственным электромотором. Вращаясь, винт создает упор и увеличивает тем самым вращающий момент, действующий на руль.
     

         Таким образом, из всех типов существующих движителей главенствующую роль играет гребной винт, и пока нет оснований полагать, что в ближайшие годы для него найдется более эффективная замена. Но история показывает, что с появлением нового двигателя нередко происходила и смена движителя.       

         Сейчас мы являемся свидетелями становления ядерных энергетических установок, и не исключено, что одним из путей наиболее рационального их использования будет создание качественно нового движителя, который станет достойным преемником гребного винта.
     



    Из книги С.И.Белкина "Путешествие по кораблям".

     

    Rambler's Top100






    Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru