Великий князь Алексей Александрович и его флот. Часть 9.3.2.2бис
В сентябре 1894 года, на одном из испытательных выходов миноносца «Котлин», инженер Иванов И.И. проверил работу ТПМ (турбо-поршневая машина) только на турбинах. Паровые машины отключили от редукторов и запустили установку. Пар подавался напрямую от котлов, через клапан холостого сброса пара от паровых машин, поэтому давление пара оказалось немного выше чем обычно. Турбинисты медленно открывали клапан-регулятор подачи пара турбин, которые так же медленно начали провочиваться вместе с валами винтов, постепенно набирая обороты. Турбины работали ровно без рывков и сброса оборотов. На мерной миле турбины выдали 195 л.с. и разогнали «Котлин» до 12,79 узла. А через два месяца Илья Игоревич принес в МТК проект новой установки для боевых кораблей – редукторно-турбинную машину (РТМ). В основе новой установки была комбинированная СУ, в которой Иванов предложил, паровую машину заменить на трехступенчатую паровую турбину. Генерал-адмирал загорелся идеей и немедленно начал процедуру патентования редукторной турбины Иванова. Имея результат удачного испытания комбинированной установки, сложно было не поверить в удачный результат, для чисто турбинной корабельной СУ. И не случайно спешил Великий Князь Алексей Александрович. Сейчас мы можем только предположить, что генерал-адмирал к тому моменту, уже имел кое какую информацию по поводу экспериментов британского гения инженера Парсонса. Патенты Иванова были оформлены в Англии, Германии, Франции и САСШ. Оплатил патентование Алексей Александрович.
В 1894 году, вместе с друзьями, Чарлз Алджернон Парсонс основывает Marine Stam Turbine Cjmpany и получает патент для морского применения турбинных установок. 2 августа 1894 года Парсонс заложил экспериментальный корабль «Турбиния» с чисто турбинной СУ. 14 ноября 1894 г. начались ходовые испытания построенного судна, имевшего тогда традиционную одновальную установку, скорость хода его составила лишь около половины ожидаемой, от результатов расчетов Парсонса. Той осенью «Турбиния» 31 раз выходила на мерную милю и давала самый полный вперед, однако наивысшим ее достижением была скорость всего в 19,75 уз. В результате анализа работы установки Парсонс перестроил экспериментальный корабль – «Турбиния» из одновальной превратилась в трехвальную. Три ступени этой новой турбины (высокого, низкого и среднего давления) общей мощностью 2000 л. с. работали напрямую каждая на свой гребной вал, число оборотов которых на полной скорости доходило до 2230. Чтобы максимально снизить нагрузку на лопасть (отдалить самый момент начала кавитации) и этим уменьшить развитие кавитации лопастей, пришлось пойти и на увеличение числа винтов: в феврале 1896 г. на «Турбинии» были установлены на каждом валу по три одинаковых винта диаметром 18 дюймов (456 мм) и шагом 24 дюйма (610 мм). С девятью такими винтами (это, пожалуй, непревзойденный рекорд по числу винтов!) судно и развило 35-узловую скорость, которая вывела из равновесия флегматичных британских адмиралов.
Но «Турбиния» не была первым в мире судном с паровой турбиной. Еще в 1893 г. на оз. Мёллерн в Швеции, Лаваль проводил эксперименты на лодке с паровой турбиной активного типа мощностью 15 л. с, вращавшейся с частотой 16 тыс. об/мин и приводившей в движение через редуктор гребной винт. Собственно именно заметка об этом событии, во французском техническом журнале «Паровые машины», и подтолкнула Илью Игоревича опробовать турбинный ход на «Котлине».
Патентование редукторной турбины Иванова в 1894 году позволили самому Илье Игоревичу выиграть судебное разбирательство с Парсонсом в 1908 году. Парсонс свою первую редукторную турбину применил в 1897 году на небольшом опытовом судне, которое развивало максимальную скорость в 9 узлов. В 1908 году ТЗА большей мощности успешно прошли испытания на грузовом судне "Веспасиан" водоизмещением в 4350 тонн, которому заменили родную машину мощностью 900 л.с., после чего тот успешно возил уголь между портами Великобритании. Именно этот момент и был рассмотрен в суде. Суд признал первенство патента за Ивановым И. И.. Хотя собственно идея принадлежала Лавалю, но он её не патентовал.
Приняв решение на новую «государственную программу турбинной корабельной СУ», генерал-адмирал, с легким сердцем, отдал на переоборудование еще один корабль-неудачник – миноносец «Выборг». Благо к тому моменту он уже прошел капитальную модернизацию корпуса. И не являлся сверхоблегченным кораблем, каким был при вводе в строй. Следует заметить, что Илья Игоревич Иванов, являясь разработчиком как комбинированной, так и турбинной СУ вел эти работы параллельно. И опыт доводки комбинированной силовой установки пригодился очень кстати. Неработоспособность новой установки опять упиралась в редуктор. Опять летели шестерни, скручивались и лопались валы, рвало корпуса редукторов и муфт сопряжения. Нельзя сказать, что остальные компоненты СУ не давали о себе знать и работали без нареканий – нет, проблемы были и с ними. Но вот отсутствие рабочего редуктора не позволяло отработать остальное оборудование, на нем просто не успевали провести диагностику неполадок. Благодаря параллельной доводке, переоборудованный миноносец «Выборг», относительно самостоятельно «забегал» вместе с крейсером «Разбойник II», только в 1898 году. Но для доводки турбинной СУ потребовалось еще год, что бы можно было считать её работоспособной.
Ни единожды менялась компоновка силовой установки. От громоздкой, состоящей из отдельных трех турбин разной степени расширения пара, перешли к более компактной трехступенчатой (тройного расширения) турбины в одном корпусе. Она наиболее удобно ставилась в чрево миноносца. Вместо трех турбин, на каждый вал, установили одну: высокого, среднего и низкого давления в одном корпусе. Конденсационной, то есть объединенной с конденсатором, была только турбина низкого давления. Для обеспечения реверса имелся специальный трубопровод от турбины высокого давления в конденсатор. Через какое-то время пришлось отказаться от реверсивности всех турбин. Турбины реверсировались с большим трудом. И занимал этот процесс довольно продолжительное время – проще было реверсировать только турбину низкого давления. Опытная эксплуатация показала достаточность этой турбины для обеспечения заднего хода. Но и она реверсировалась с трудом. Сказывалась конструктивная особенность всех турбин – увеличение длинны лопаток в сторону направления движения пара. Пришлось установить на общий вал, еще одну турбину низкого давления – специальную турбину заднего хода. Она обеспечивала более плавный режим смены направления вращения и не создавала опасных перенапряжений, способных разрушить редуктор. По требованию генерал-адмирала пришлось ввести и комплект турбин экономического хода, который обеспечивал ход корабля на экономически выгодной скорости. Пуски холодной турбины часто приводили к поломке лопаток на роторе турбины со стороны ступени высокого давления. Устраняя этот недостаток установки, для обеспечения оптимального режима запуска турбин, ввели валоповоротное устройство с электроприводом. Валоповоротное устройство потребовало разработки специальной обгонной муфты – автоматически отключающейся при запуске турбины. Сейчас такие муфты используются для подключения электростартера в автомобильных двигателях – так называемый «бендикс». Все это «лепилось» вокруг редуктора, который действительно стал основой всей установки. Имея опыт отработки комбинированной СУ, турбинную установку отрабатывали на швартовах. То есть не выходя в море.
Илья Игоревич устал от неудач и преодоления трудностей. Однако информация, которую регулярно подкидывал генерал-адмирал, о неудачах английского турбинного гения Парсонса, давала понять, что трудности неизбежны, и что нужно время и трудолюбие для отработки новой силовой установки. Парсонс отрабатывал установку с прямоходной низкооборотистой турбиной, работающей непосредственно на вал винта. Немалый эпотаж вызвала демонстрация Парсоновской «Турбинии» на Спитхетском рейде в 1897 году. Все околофлотские круги заговорили о турбинной установке. Но дальше «говорильни» дело не продвинулось ни в Германии, ни во Франции, ни в САСШ. Все погрузились в состояние ожидания, что же выдадут лидеры кораблестроения Англичане. Не обошел процесс обсуждения «Турбинии» и в России, ведь о том, что в своем отечестве, давно идет отработка турбинной СУ, практически никто не знал. Прямоходная СУ Парсонса отличалась значительной простотой конструкции и сложностью настройки и самих турбин, и винтов. Илья Игоревич, произведя расчеты, высказал предположение, что установка Парсонса будет иметь низкий КПД. Обсудив этот вопрос с генерал-адмиралом, друзья пришли к выводу, что они на правильном пути и что будущее все таки, за установкой Иванова. Илья Игоревич и Алексей Александрович за время отработки турбинных установок стали друзьями. Они даже внешне были похожи – оба высокого роста, слегка тучные, подвижные, упрямые и целеустремленные по характеру. И если один был технически грамотным инженерном, то второй был душой проекта и его финансовой и административной основой. Поэтому историки считают, что у России было преимущество перед Англией. Если в Англии над турбинными СУ «колдовал», пусть и гениальный инженер, но практически в одиночку. То в России на проект работала практически вся промышленность. Конечно же, благодаря участию Великого Князя Алексей Александровича, имеющего неограниченный административный ресурс.
В конце концов, все стало получаться и «Выборг» прошел экзамен ходовых испытаний и проверок. В 1900 году Иванов И.И. обновил свой патент на «редукторно-турбинную судовую машину (РТМ), с описанием всей установки уже имеющейся в конечной отработке. Пришло время взрослеть и самой РТМ, время отработки установки на более крупном корабле.
Схема компоновки силовой установки опытового судна «Выборг»
Миноносец № 7 "Выборг" (102): постройка компания «Томсон» (Англия), заложен в октябре 1885, вступил в строй в октябре 1886 года. Водоизмещение нормальное – 125 т, полное – 166 т, длина – 43,15 м, ширина – 5,2 м, осадка 1,6 м. Силовая установка: два паровых котла локомотивного типа, две паровых машины тройного расширения мощностью – 1300 л.с., максимальная скорость – 19,91 узла, запас угля 20/43 т, дальность хода 1800 миль на 12 узлах. Вооружение: 2×381-мм носовых ТА, 2×1×37 револьверных пушки Р37. В 1892 году проведено усиление корпусных конструкций – водоизмещение выросло на 12 тонн. В1895 году переоборудован в опытовое судно, для отработки турбинной судовой установки.
После переоборудования: водоизмещение нормальное – 134 т, полное – 178 т, длина – 43,15 м, ширина – 5,2 м, осадка 1,72 м. Силовая установка: четыре цилиндрических паровых котла, шесть паровых турбин, суммарная мощность турбин переднего хода – 2400 л.с., максимальная скорость – 25,26 узла, запас угля 36 т, дальность хода 1600 миль на 13 узлах. Вооружение: нет.
По аналогии с ТПМ, турбинную установку решили испытать на маленьком крейсере. В начальной стадии закладки, на Саломбальской верфи был крейсер 3 ранга «Забияка II» — его и переделали в первый чисто турбинный корабль Российского Императорского флота. Проектирование СУ для крейсера сразу же уперлось в первую проблему – на заводе Леснера могли изготовить турбину мощностью не более 5800 л.с., и такая турбина уже была. Разработал её и обкатал на заводском стенде, инженер-технолог турбинного цеха Соколов Валерий Андреевич. Эта турбина была готова уже в 1899 году и делалась для Челябинского металлургического завода в качестве привода динамо-машины (генератора постоянного тока). Так в проекте появилось новое имя. Кстати Валерий Андреевич, помогал как технолог, в изготовлении турбин и для «Разбойника» и для «Выборга». Не мудрствуя лукаво, Илья Игоревич предложил установить по две турбины Соколова на каждый вал и отказаться при этом от турбин экономического хода. Однако генерал-адмирал был против, ведь использование мощной турбины на экономходе будет не экономным. И дальность хода будет значительно снижена. Пришлось компоновать и эту турбину. И при расчете её мощности пришли к выводу, что турбина полного хода с «Выборга» вполне подойдет для этих целей. При этом эта турбина уже является полностью отработанным агрегатом и её изготовление трудностей не вызвал. Расчет необходимой потребности пара показал, что мощности котлов будет недостаточно и длину последних увеличили на 18 дюймов. Но риск получить недостаточно производительные котлы заставил запланировать к установке котлы со смешанным отоплением: повседневно, на экономходу – углем, а при форсировке – нефтью. Компоновка СУ потребовала увеличить длину крейсера на 3,2 метра. Правда проектная осадка снизилась на 20 см и составила 4,4 м. Из-за чего корабль остался практически таким же по водоизмещению как и крейсера 3 ранга типа «Разбойник». В сентябре 1901 года крейсер 3 ранга «Забияка II» был спущен на воду. В апреле 1902 года достроен и переведен на Балтику.
Отработку новой установки начали на швартовах. Она не принесла больших хлопот, но маленьких хватило с лихвой. Илья Игоревич, предполагая проблемы с прочностью редуктора, просто ввел повышенный коэффициент запаса. Конечно, это увеличило вес редуктора более чем на 30%, но и поломок редукторов не случилось. Редуктор имел двойной комплект шестерен на каждое зубчатое соединение, с установкой дополнительных промежуточных опор-подшипников между шестернями. Правда, уже в июне редукторы пришлось ремонтировать. Во время ходовых испытаний, на ходах выше среднего, лопнула крышка подшипника тихоходного вала. Оказалось, что давление на вал, передаваемое от вращающегося винта, превысило прочность корпуса редуктора и крышка не выдержала. Решением проблемы стала установка на вал упорного подшипника новой конструкции. Пришлось менять и систему смазки деталей редуктора. Применили гравитационную систему, с подводом свежего масла к каждому подшипнику, а так же на каждую зубчатую передачу, с подачей масла непосредственно над пятном контакта. За уровнем масла, в расходном танке, следил вахтенный. Он же производил откачку, электрическим насосом, избыточного масла из сливной емкости, в которую стекали самотеком излишки масла из корпуса редуктора. Откачка производилась через фильтрационную установку в расходный танк и или резервную емкость. Через определенное время масло требовалось заменить свежим, а отработка отправлялась в котлы. Такая схема смазки позволяла не только производить надежное смазывание трущихся частей, но обеспечивала охлаждение редуктора, через подаваемое масло. Для охлаждения масла применялся небольшой холодильник. А для запуска холодного редуктора имелся подогреватель масла, обеспечивающий безопасный пуск редуктора и турбин. С мая 1902 по апрель 1903 года «Забияка» проходил ходовые испытания на Балтике. Редукторно-турбинную СУ довели до рабочего состояния довольно быстро. Сказался опыт доводки ТПМ на крейсере «Разбойник» и наличие квалифицированного сплоченного коллектива, который вырос на реализации двух программ по отработке новых судовых установок.
Силовая установка крейсера «Забияка» состояла из четырех турбин полного хода и двух турбин экономического хода. На один вал работали два комплекта турбин полного хода и одна турбина экономического хода. В комплект входили следующие турбины: Турбина полного хода выполненная в одном корпусе, где были объединены ступени высокого, среднего и низкого давления. На валу этой турбины была смонтирована турбина заднего хода. Все турбины были выполнены по типу конденсационной, то есть объединенными с холодильником-конденсатором. Так же, к каждому редуктору, были подключена одна трехступенчатая (высокого, среднего и низкого давления) турбина экономического хода, мощностью 1000 л.с., которая устанавливалась на вал одной из групп турбин переднего хода, с другой стороны редуктора. Суммарная проектная мощность турбин была чудовищной для столь малого корабля – 25 200 л.с.. На ходовых испытаниях турбины экономического хода выдали по 1007-1008 л.с. и обеспечили ход до 17,72 узла. Экономически выгодная скорость составила 13,52 узла. Турбины же полного хода, попарно (по одной на вал) выдавали мощность 5230-5280 л.с., а вот на полном ходу установка обеспечила только 23 406 л.с. Налицо был факт нехватки пара для полной мощности СУ. При полном ходе в работе были все четыре комплекта турбин. На мерной миле корабль разогнался до 32,46 узла. Силовая установка работала ровно, без перегревов и поломок. Испытания выявили одну особенность – наиболее подходящий экономический ход у корабля был равным 13,3 узлам. На общепринятом 10 узловом ходе, силовая установка потребляла угля больше чем на 13 узлах. Теперь пришло время заняться котлами. Для повышения паропроизводительности установили дополнительные форсунки и ввели режим повышенной форсировки. И все равно силовая установка не дотягивала до проектной мощности. Наконец провели анализ графиков скорости винтов и скорости турбин. Было обращено внимание, что турбины не доходят до проектных 4500 оборотов в минуту. Корабль поставили в док – отрегулировали шаг винтов и «Забияка» вновь вышел на мерную милю. 22 мая 1903 года, на крейсере в работе были все турбины переднего хода, скорость составила 33,17 узла при мощности машин 25 117 л.с.. Илья Игоревич сетовал, что пара все таки не хватило, но был доволен неимоверно. Ведь все его начинания пришли к логическом завершению. Он до конца жизни считал этот день самым счастливым днем в своей жизни. ВК устроил банкет в честь своего талантливого друга и выхлопотал ему Императорскую премию.
Артиллерийское вооружение крейсера «Забияка» тоже изменили. По аналогии с крейсером «Новик» выбрали единый калибр, оставили четыре пушки калибра 122-мм. Единый калибр на крейсерах – это яркое проявление «профессионального снобизма» генерал-адмира. Именно по его требованию появился единый калибр на крейсерах. Правда это требование появилось не на пустом месте. В 1896 году были проведены стрельбы по реальному миноносцу (миноносец №13 был выброшен на отмель в связи с рискованным маневрированием). На этих стрельбах 122-мм пушки показали превосходный результат как противоминная артиллерия. А так как патронные 4,8”пушки обладали и достаточной скорострельностью, генерал-адмирал настоял об исключении малокалиберной артиллерии с вооружения крейсеров, как неудовлетворительных для выполнения этой задачи. Исключение было сделано только для автоматических пушек и пулеметов.
Испытания турбинного крейсера перевернули все планы – уже заложенные к постройке броненосцы типа «Андрей Первозванный», с комбинированной силовой установкой, срочно перепроектировались под турбины. Общество Путиловских заводов заложило турбинный цех – мощностей завода Леснера уже не хватало. Турбины нужны были уже значительно более мощные и больших габаритов. Началось проектирование новых боевых кораблей: миноносцев, минных крейсеров, крейсеров и броненосцев с новой силовой установкой. Следует указать, что благодаря комбинированной силовой установке, Россия пошла по пути строительства турбинных силовых установок с редукторной передачей крутящего момента на винты. При переходе на чисто турбинную СУ редуктор оставили по инерции – сказалась косность мышления МТК и разработчика СУ Иванова Ильи Игоревича. Вследствие чего, РИФ получил передовую технология турбозубчатых агрегатов, задолго до появления ГТЗА в других флотах. Строившийся в это же время британский броненосец «Дредноут» имел малооборотистые турбины, работающие прямо на вал винта. Британское кораблестроение имело огромный авторитет в мире и на русский опыт никто не обратил внимание. Да собственно его никто и не афишировал. Разведки разных стран конечно, что то уже знали, но все ожидали реализацию программы «Дредноут». Ведь установка Парсонса была явно проще и соответственно дешевле. Кроме того, аварии турбинных миноносцев в Великбритании несколько охладил интерес к турбинам, хотя собственно турбины там были не при чем. И о русском крейсере заговорили только во время Русско-Японской войны. Парсонс отработал свою турбинную установку, лицензии на её использование купили все мировые державы. Но как и предпологал Илья Игоревич – установка по КПД уступала РТМ Иванова. Парсонс начал экспериментировать с редукторами. И даже достиг некоторого успеха. Однако в 1908 году судебный процесс в Гааге, между Ивановым и Парсонсом, определил первенство российского инженера Иванова. Парсонс продолжил совершенствование своей установки с прямым подключением турбин на вал винтов. Однако к началу Первой Мировой войны Великобритания приобрела лицензию на установку Иванова, что определило дальнейшее развитие кораблестроения с редукторно-турбинными силовыми установками, которая получила новое название: «главный турбо-зубчатый агрегат» (ГТЗА). В течении следующих пяти лет, лицензию на ГТЗА Иванова приобрели все мировые судостроители. Немаловажным фактором внедрения турбинной силовой установки нужно назвать резкое повышение качества всей машинерии российского флота. Сказался качественно другой подход к формированию рабочих коллективов, новый подход в логистике и требования к станочному парку и квалификации рабочих и мастеровых. Промышленники России осознали ценность квалификации наемных работников. Среди заводов началась конкуренция за квалифицированные кадры. На оборонных заводах Санкт-Петербурга появились свои заводские училища. По опыту промышленности САСШ, стали возникать поселки, построенные работодателями для квалифицированных рабочих. Для удержания таких рабочих на своих предприятиях, появились социальные программы. В связи с чем, можно смело сказать, что «турбина явилась истинным двигателем прогресса» в Российской Империи. Причем и в техническом и в социальном плане. Немаловажным аспектом стал и авторитет русских товаров за границей. Боевые корабли российской постройки, стали заказывать Латиноамериканские страны, Греция, Болгария, Китай, Сиам (Таиланд) и Персия (Иран).
Крейсер 3 ранга «Забияка II»
Крейсер 3 ранга «Забияка II». Постройка Саломбальская верфь, г. Архангельск. Заложен май 1899 года, спущен на воду август 1901 года, введен в состав флота 22 мая 1903 года. Водоизмещение нормальное – 2057 т, полное – 2289 т,, длина по ВЛ – 101,4 м, ширина – 10,4 м, осадка – 4,4 метра. Мощность двух ГТЗА – 25117 л. с., максимальная скорость – 33,17 узла. Топливо: запас угля – 312 т, запас нефти – 80 т. Дальность плавания – 4120 миль на 13,5 уз. Вооружение: 4×1×122/45, 4×1×25-мм автоматических пушек АК25, 2×1×381-мм палубных ТА, до 50 якорных мин заграждения. Бронирование: гласис над КО и МО (35,2 м, 34,7% от общей длины палубы) горизонтальная палуба – 25 мм, скосы и траверзы – 37 мм, щиты орудий – 25 мм, боевая рубка – 37 мм борт, 25 мм крыша. Экипаж – 207 человек.
Весовая сводка по крейсеру 3 ранга «Забияка II»:
Всего построено два корабля: «Забияка» и «Зверобой». В боевых действиях с Японией участвовал только «Забияка». Крейсер 3 ранга «Забияка» прибыл во Владивосток в составе эскадры адмирала Вирениуса. Из Владивостока вышел так же в составе этой эскадры, но в силу обстоятельств, в Порт-Артур прибыл самостоятельно. В Порт-Артуре «Забияка» получил прозвище «дестроер», став эффективным средством борьбы с миноносцами противника. Вместе с крейсерами «Пластун» и «Джигит» участвовал в минных постановках и крейсерских операциях вдоль берегов Кореи.
И все же, не смотря на удачное применение, эти корабли стали последними крейсерами 3 ранга в Императорском флоте. Всему виной прогресс в развитии миноносцев. Уже в 1902 году минные крейсера достигли водоизмещения 1200 тонн. А после войны их перевели в эскадренные миноносцы. А послевоенные минные крейсера, ставшие впоследствии лидерами эсминцев, достигли водоизмещения 2200 тонн и по совокупности как финансовых, так и технических качеств, превзошли крейсера 3 ранга. Однако по своей универсальности, минные крейсера заняли и эту крейсерскую нишу. Вследствие чего, от дальнейшего развития класса крейсеров 3 ранга пришлось отказаться.
Продолжение следует.
От автора: будет еще один пост на тему этих кораблей. Ретроградский — без прогрессорства.
