Im letzten Artikel haben wir die Probleme im Zusammenhang mit der Installation von Nikloss-Kesseln auf der Warjag untersucht - der Großteil der Internetschlachten um das Kraftwerk des Kreuzers ist diesen Einheiten gewidmet. Aber es ist seltsam, dass bei der großen Bedeutung, die den Kesseln beigemessen wird, die überwältigende Mehrheit der an diesem Thema Interessierten die Dampfmaschinen des Kreuzers völlig übersieht. Inzwischen sind damit eine Vielzahl von Problemen verbunden, die während des Betriebs der "Warjag" festgestellt wurden. Um dies alles zu verstehen, muss jedoch zunächst die Erinnerung an die Konstruktion von Schiffsdampfmaschinen am Ende des letzten Jahrhunderts aufgefrischt werden.
Tatsächlich ist das Funktionsprinzip einer Dampfmaschine recht einfach. Es gibt einen Zylinder (der bei Schiffsmaschinen normalerweise vertikal angeordnet ist), in dem sich ein Kolben befindet, der sich auf und ab bewegen kann. Angenommen, der Kolben befindet sich oben am Zylinder - dann wird Dampf unter Druck in das Loch zwischen ihm und der oberen Abdeckung des Zylinders geleitet. Der Dampf dehnt sich aus, drückt den Kolben nach unten und erreicht so den unteren Punkt. Danach wiederholt sich der Vorgang "genau umgekehrt" - das obere Loch wird geschlossen und dem unteren Loch wird nun Dampf zugeführt. Gleichzeitig öffnet sich der Dampfauslass auf der anderen Seite des Zylinders, und während der Dampf den Kolben von unten nach oben drückt, wird der verbrauchte Dampf im oberen Teil des Zylinders in den Dampfauslass verdrängt (die Bewegung des Abdampf im Diagramm ist durch den gepunkteten blauen Pfeil gekennzeichnet).
So sorgt die Dampfmaschine für die Hin- und Herbewegung des Kolbens, aber um sie in eine Drehung der Schraubenwelle umzuwandeln, wird eine spezielle Vorrichtung namens Kurbeltrieb verwendet, bei der die Kurbelwelle eine wichtige Rolle spielt.
Um den Betrieb der Dampfmaschine zu gewährleisten, sind natürlich Lager äußerst notwendig, dank denen sowohl der Betrieb des Kurbeltriebs (Bewegungsübertragung vom Kolben auf die Kurbelwelle) als auch die Befestigung der rotierenden Kurbelwelle durchgeführt werden.
Es muss auch gesagt werden, dass zu der Zeit, als die Warjag entworfen und gebaut wurde, die ganze Welt beim Bau von Kriegsschiffen längst auf Dreifachexpansionsdampfmaschinen umgestiegen war. Die Idee zu einer solchen Maschine entstand, weil der im Zylinder verbrachte Dampf (wie im oberen Diagramm dargestellt) seine Energie nicht vollständig verlor und wiederverwendet werden konnte. Deshalb taten sie dies - zuerst trat Frischdampf in den Hochdruckzylinder (HPC) ein, aber nach Beendigung seiner Arbeit wurde er nicht wieder in die Kessel "geworfen", sondern in den nächsten Zylinder (Mitteldruck oder HPC) und wieder drückte den Kolben hinein. Natürlich nahm der Druck des in den zweiten Zylinder eintretenden Dampfes ab, weshalb der Zylinder selbst mit einem größeren Durchmesser als der HPC hergestellt werden musste. Aber das war noch nicht alles - der Dampf, der im zweiten Zylinder (LPC) ausgearbeitet hatte, trat in den dritten Zylinder, den sogenannten Niederdruckzylinder (LPC), ein und setzte seine Arbeit bereits darin fort.
Es versteht sich von selbst, dass der Niederdruckzylinder im Vergleich zu den übrigen Zylindern einen maximalen Durchmesser aufweisen musste. Die Konstrukteure machten es sich leichter: Der LPC erwies sich als zu groß, also fertigten sie statt einem LPC zwei und die Maschinen wurden Vierzylinder. Gleichzeitig wurde jedoch beiden Niederdruckzylindern gleichzeitig Dampf zugeführt, dh trotz des Vorhandenseins von vier „Expansionszylindern“blieben drei übrig.
Diese kurze Beschreibung reicht völlig aus, um zu verstehen, was mit den Dampfmaschinen des Warjag-Kreuzers nicht stimmte. Und mit ihnen war leider so viel "falsch", dass es dem Autor dieses Artikels schwerfällt, genau zu wissen, wo er anfangen soll. Im Folgenden beschreiben wir die Hauptfehler, die bei der Konstruktion der Dampfmaschinen des Kreuzers gemacht wurden, und wir werden versuchen herauszufinden, wer dafür verantwortlich war.
Problem Nr. 1 war also, dass die Konstruktion der Dampfmaschine offensichtlich keine Biegespannungen verträgt. Mit anderen Worten, eine gute Leistung war nur zu erwarten, wenn die Dampfmaschine vollständig waagerecht stand. Wenn sich dieser Sockel plötzlich zu verbiegen beginnt, entsteht eine zusätzliche Belastung der Kurbelwelle, die fast über die gesamte Länge der Dampfmaschine verläuft - sie beginnt sich zu verbiegen, die Lager, die sie halten, verschlechtern sich schnell, es tritt Spiel auf und die Kurbelwelle verschiebt sich, deshalb leiden schon die Kurbellager - Pleuelmechanik und sogar Zylinderkolben. Um dies zu verhindern, muss die Dampfmaschine auf einem soliden Fundament aufgestellt werden, dies wurde bei der Warjag jedoch nicht getan. Seine Dampfmaschinen hatten nur ein sehr leichtes Fundament und waren tatsächlich direkt am Schiffsrumpf befestigt. Und der Körper "atmet", wie Sie wissen, auf der Meereswelle, dh er biegt sich beim Rollen - und diese ständigen Biegungen führten zur Krümmung der Kurbelwellen und zum "Lockern" der Lager von Dampfmaschinen.
Wer ist schuld an diesem Konstruktionsfehler der Varyag? Zweifellos sollte die Verantwortung für diesen Mangel des Schiffes den Ingenieuren der Firma C. Crump übertragen werden, aber … hier gibt es gewisse Nuancen.
Tatsache ist, dass eine solche Konstruktion von Dampfmaschinen (wenn solche ohne starres Fundament am Schiffsrumpf installiert wurden) allgemein akzeptiert wurde - weder Askold noch Bogatyr hatten starre Fundamente, aber die Dampfmaschinen funktionierten einwandfrei. Wieso den?
Offensichtlich ist die Verformung der Kurbelwelle umso signifikanter, je größer ihre Länge ist, dh je länger die Länge der Dampfmaschine selbst ist. Die Warjag hatte zwei Dampfmaschinen, die Askold drei. Letztere waren konstruktionsbedingt ebenfalls Vierzylinder-Dreifachexpansions-Dampfmaschinen, hatten aber aufgrund ihrer deutlich geringeren Leistung eine deutlich geringere Baulänge. Aufgrund dieses Effekts erwies sich die Karosseriedurchbiegung der Askold-Maschinen als viel schwächer - ja, sie waren, aber sagen wir "im Rahmen" und führten nicht zu Verformungen, die die Dampfmaschinen außer Betrieb setzen würden.
Tatsächlich wurde ursprünglich angenommen, dass die Gesamtleistung der Varyag-Maschinen 18.000 PS betragen sollte, bzw. die Leistung einer Maschine 9.000 PS. Später machte Ch. Crump jedoch einen sehr schwer zu erklärenden Fehler, nämlich die Leistung von Dampfmaschinen auf 20.000 PS zu steigern. Quellen erklären dies normalerweise damit, dass Ch. Crump sich dafür entschieden hat, weil sich das MTK weigerte, während der Tests des Kreuzers erzwungene Sprengungen einzusetzen. Es wäre logisch, wenn Ch. Crump gleichzeitig mit der Leistungssteigerung der Maschinen auch die Produktivität der Kessel im Varyag-Projekt auf die gleichen 20.000 PS steigern würde, aber nichts dergleichen geschah. Der einzige Grund für eine solche Tat könnte die Hoffnung sein, dass die Kessel des Kreuzers die durch das Projekt festgelegte Kapazität überschreiten, aber wie könnte dies geschehen, ohne dass sie gezwungen werden?
Hier bereits eines von zwei Dingen - oder Ch. Crump hoffte immer noch, beim Forcieren der Kessel auf Tests zu bestehen und befürchtete, dass die Maschinen ihre erhöhte Leistung nicht "dehnen" würden, oder er glaubte aus irgendeinem unklaren Grund, dass die Kessel der Warjag und ohne Zwang wird eine Leistung von 20.000 PS erreicht. Jedenfalls sind die Berechnungen von Ch. Crump stellte sich als Irrtum heraus, was jedoch dazu führte, dass jede Kreuzermaschine eine Leistung von 10.000 PS hatte. Neben der natürlichen Massenzunahme nahmen natürlich auch die Abmessungen der Dampfmaschinen zu (die Länge erreichte 13 m), während die drei Askold-Maschinen 19.000 PS leisten sollten. Nennleistung, soll nur 6.333 PS haben. jeweils (leider ist ihre Länge dem Autor unbekannt).
Aber was ist mit "Bogatyr"? Immerhin war er wie der Warjag zweiwellig, und jedes seiner Autos hatte fast die gleiche Leistung - 9.750 PS. gegen 10.000 PS, was bedeutet, dass es ähnliche geometrische Abmessungen hatte. Es sollte jedoch beachtet werden, dass der Rumpf der Bogatyr etwas breiter war als der der Warjag, ein etwas geringeres Längen- / Breitenverhältnis hatte und insgesamt steifer und weniger anfällig für Durchbiegungen zu sein schien als der Rumpf der Warjag. Darüber hinaus ist es möglich, dass die Deutschen das Fundament im Vergleich zu dem, auf dem die Dampfmaschinen der Warjag standen, verstärkt haben, dh wenn es nicht denen ähnelte, die von moderneren Schiffen erhalten wurden, bot es immer noch eine bessere Festigkeit als die Grundlagen der Warjag. Diese Frage kann jedoch erst nach einem detaillierten Studium der Blaupausen beider Kreuzer beantwortet werden.
Die Ingenieure der Firma Crump waren also nicht daran schuld, dass sie eine schwache Grundlage für die Varyag-Maschinen gelegt hatten (wie es anscheinend der Rest der Schiffsbauer tat), sondern dass sie die Notwendigkeit nicht sahen und nicht erkannten um die "Unflexibilität" zu gewährleisten »Maschinen mit einem stärkeren Körper oder einem Übergang zu einem Drei-Schrauben-Schema. Die Tatsache, dass ein ähnliches Problem in Deutschland erfolgreich gelöst wurde, und zwar nicht nur von dem äußerst erfahrenen Vulkanier, der die Bogatyr gebaut hat, sondern auch von dem zweitklassigen und keine Erfahrung im Bau großer Kriegsschiffe nach eigenem Entwurf von Deutschland, zeugt davon bei weitem nicht zugunsten der amerikanischen Konstrukteure. Fairerweise ist jedoch anzumerken, dass MTK auch diesen Moment nicht kontrollierte, aber es sollte verstanden werden, dass ihm niemand die Aufgabe gestellt hat, jedes Niesen der Amerikaner zu überwachen, und dies war nicht möglich.
Aber leider ist dies nur der erste und vielleicht nicht einmal der bedeutendste Nachteil der Dampfmaschinen des neuesten russischen Kreuzers.
Problem Nr. 2, das anscheinend das Hauptproblem war, war die fehlerhafte Konstruktion der Warjag-Dampfmaschinen, die für die hohe Geschwindigkeit des Schiffes optimiert waren. Mit anderen Worten, die Maschinen arbeiteten gut bei fast maximalem Dampfdruck, sonst begannen Probleme. Tatsache ist, dass die Niederdruckzylinder ihre Funktion nicht mehr erfüllen, wenn der Dampfdruck unter 15,4 Atmosphären sinkt - die Energie des eintretenden Dampfes reicht nicht aus, um den Kolben im Zylinder anzutreiben. Dementsprechend begann bei wirtschaftlichen Bewegungen der "Karren das Pferd zu treiben" - die Niederdruckzylinder wurden, anstatt die Kurbelwelle zu drehen, selbst von ihm in Bewegung gesetzt. Das heißt, die Kurbelwelle erhielt Energie von den Hoch- und Mitteldruckzylindern und verbrauchte sie nicht nur für die Drehung der Schraube, sondern auch für die Bewegung der Kolben in zwei Niederdruckzylindern. Es muss klar sein, dass die Konstruktion des Kurbeltriebs darauf ausgelegt war, dass der Zylinder die Kurbelwelle durch den Kolben und den Schieber antreibt, aber nicht umgekehrt: Als Folge eines solchen unerwarteten und nicht trivialen Einsatz der Kurbelwelle erfuhr sie durch ihre Konstruktion nicht vorgesehene zusätzliche Belastungen, die auch zum Versagen der sie haltenden Lager führten.
In der Tat könnte es dabei kein besonderes Problem gegeben haben, aber nur unter einer Bedingung - wenn die Konstruktion der Maschinen einen Mechanismus vorsah, der die Kurbelwelle von den Niederdruckzylindern trennt. Dann reichte es in allen Fällen des Betriebs mit einem niedrigeren Dampfdruck als dem eingestellten aus, "den Knopf zu drücken" - und der LPC hörte auf, die Kurbelwelle zu belasten. Solche Mechanismen waren jedoch in der Konstruktion des "Varyag" nicht vorgesehen "Maschinen.
Anschließend Ingenieur I. I. Gippius, der den Zusammenbau und die Einstellung von Zerstörermechanismen in Port Arthur beaufsichtigte, führte 1903 eine detaillierte Untersuchung der Warjag-Maschinen durch und schrieb auf der Grundlage der Ergebnisse eine ganze Forschungsarbeit, in der Folgendes angegeben war:
„Hier geht man davon aus, dass das Crump-Werk, das es eilig hatte, den Kreuzer zu übergeben, keine Zeit hatte, die Dampfverteilung anzupassen; Die Maschine regte sich schnell auf, und auf dem Schiff begannen sie natürlich, die Teile zu reparieren, die mehr als andere unter Hitze und Klopfen litten, ohne die Ursache zu beseitigen. Im Allgemeinen ist es zweifellos eine äußerst schwierige Aufgabe, wenn nicht sogar unmöglich, ein Fahrzeug, das ursprünglich ab Werk defekt war, per Schiff zu begradigen.
Es liegt auf der Hand, dass Ch. Crump allein für dieses Manko des Kraftwerks Warjag verantwortlich ist.
Problem Nummer 3 an sich war nicht besonders schwerwiegend, ergab aber in Kombination mit den obigen Fehlern einen "kumulativen Effekt". Tatsache ist, dass die Konstrukteure bei der Konstruktion von Dampfmaschinen für einige Zeit die Trägheit ihrer Mechanismen nicht berücksichtigten, wodurch diese ständig übermäßigen Belastungen ausgesetzt waren. Zu der Zeit, als die Warjag geschaffen wurde, war die Theorie des Ausgleichs der Trägheitskräfte von Maschinen jedoch überall untersucht und verbreitet worden. Ihre Anwendung erforderte natürlich zusätzliche Berechnungen des Dampfmaschinenherstellers und bereitete ihm gewisse Schwierigkeiten, wodurch sich die Gesamtkosten der Arbeit erhöhten. So wies MTC in seinen Anforderungen leider nicht auf die obligatorische Anwendung dieser Theorie bei der Konstruktion von Dampfmaschinen hin, und Ch. Crump beschloss anscheinend, daran zu sparen (es ist schwer vorstellbar, dass er selbst und keiner von ihm Ingenieure haben etwas darüber, sie kannten die Theorie nicht). Im Allgemeinen entweder unter dem Einfluss von Gier oder wegen banaler Inkompetenz, aber die Bestimmungen dieser Theorie bei der Erstellung der Varyag-Maschinen (und übrigens der Retvizan) wurden ignoriert, wodurch die Trägheitskräfte "sehr ungünstige" (nach I. I. Gippius) Wirkung auf die Zylinder mit mittlerem und niedrigem Druck, was zur Störung des normalen Maschinenbetriebs beiträgt. Unter normalen Bedingungen (wenn die Dampfmaschine mit einem zuverlässigen Fundament versehen war und es keine Probleme mit der Dampfverteilung gab) würde dies nicht zu Ausfällen führen, und so …
Die Schuld an diesem Mangel an Dampfmaschinen "Warjag" ist höchstwahrscheinlich sowohl Ch. Crump als auch dem MTK zuzuschreiben, die die vage Formulierung des Befehls zuließen.
Problem Nr. 4 war die Verwendung eines sehr speziellen Materials in Lagern für Dampfmaschinen. Zu diesem Zweck wurden Phosphor- und Manganbronzen verwendet, die nach Kenntnis des Autors im Schiffbau nicht weit verbreitet waren. Infolgedessen geschah Folgendes: Aus den oben genannten Gründen fielen die Lager der "Varyag"-Maschinen schnell aus. Sie mussten repariert oder durch das ersetzt werden, was in Port Arthur vorhanden war, und dort gab es leider keine solchen Freuden. Infolgedessen entstand eine Situation, in der die Dampfmaschine mit Lagern aus Materialien völlig unterschiedlicher Qualität arbeitete - vorzeitiger Verschleiß bei einigen verursachte zusätzliche Belastungen bei anderen, und all dies trug auch zur Störung des normalen Betriebs der Maschinen bei.
Genau genommen ist dies vielleicht das einzige Problem, dessen "Autorschaft" nicht festgestellt werden kann. Die Tatsache, dass die Lieferanten von Ch. Crump sich für solches Material entschieden haben, konnte in keiner Weise eine negative Reaktion hervorrufen - hier waren sie völlig in ihrem Recht. Es lag eindeutig über den menschlichen Fähigkeiten, den katastrophalen Zustand des Kraftwerks Warjag anzunehmen, seine Ursachen vorherzusehen und Port Arthur mit den notwendigen Materialien zu versorgen, und es war kaum möglich, dort die notwendigen Bronzesorten "für alle Fälle" zu liefern, angesichts der riesigen Menge aller Materialien für das Geschwader, deren Bedarf zwar bekannt war, deren Bedarf jedoch nicht befriedigt werden konnte. Schuld an den Maschinenbauingenieuren, die die Warjag-Maschinen repariert haben? Es ist unwahrscheinlich, dass sie über die erforderlichen Unterlagen verfügten, die es ihnen ermöglichten, die Folgen ihrer Reparaturen vorherzusehen, und selbst wenn sie davon wüssten, was könnten sie ändern? Sie hatten immer noch keine anderen Optionen.
Unsere Analyse des Kraftwerks des Kreuzers "Varyag" zusammenfassend müssen wir feststellen, dass sich die Mängel und Konstruktionsfehler von Dampfmaschinen und Kesseln "hervorragend" ergänzten. Man hat den Eindruck, dass die Kessel und Dampfmaschinen von Nikloss einen Sabotagepakt gegen den Kreuzer geschlossen haben, auf dem sie installiert waren. Die Gefahr von Kesselunfällen zwang die Besatzung, einen reduzierten Dampfdruck (nicht mehr als 14 Atmosphären) aufzubauen, was jedoch Bedingungen schuf, unter denen die Dampfmaschinen der Warjag schnell unbrauchbar werden mussten und die Schiffsmechaniker nichts dagegen tun konnten. Wir werden jedoch die Konsequenzen der Konstruktionsentscheidungen der Varyag-Maschinen und -Kessel später genauer betrachten, wenn wir die Ergebnisse ihres Betriebs analysieren. Dann geben wir die endgültige Bewertung des Kraftwerks des Kreuzers ab.
