V zadnjem članku smo preučili vprašanja, povezana z namestitvijo kotlov Nikloss na Varyag - večina internetnih bitk okoli elektrarne križarke je namenjena tem enotam. Nenavadno pa je, da pri pripravi tako velikega pomena kotlov velika večina zainteresiranih za to temo popolnoma spregleda parne stroje križarke. Medtem je z njimi povezano ogromno težav, ugotovljenih med delovanjem "Varyaga". Da pa bi vse to razumeli, je treba najprej osvežiti spomin na oblikovanje ladijskih parnih strojev ob koncu prejšnjega stoletja.
Pravzaprav je načelo delovanja parnega stroja precej preprosto. Obstaja valj (običajno nameščen navpično na ladijskih strojih), znotraj katerega je bat, ki se lahko premika gor in dol. Recimo, da je bat na vrhu jeklenke - potem se pod pritiskom dovaja para v luknjo med njim in zgornjim pokrovom jeklenke. Para se razširi, potisne bat navzdol in tako doseže spodnjo točko. Po tem se postopek ponovi "ravno obratno" - zgornja luknja je zaprta, v spodnjo luknjo pa se dovaja para. Hkrati se odprtina za paro odpre na drugi strani jeklenke, medtem ko para potisne bat od spodaj navzgor, se izrabljena para v zgornjem delu jeklenke premakne v odvod pare (gibanje izpušna para na diagramu je označena s črtkano modro puščico).
Tako parni stroj zagotavlja povratno gibanje bata, toda za pretvorbo v vrtenje gredi vijaka se uporablja posebna naprava, imenovana ročični mehanizem, pri kateri ima ročična gred pomembno vlogo.
Očitno so za zagotovitev delovanja parnega stroja ležaji izredno potrebni, zahvaljujoč temu se izvaja tako delovanje ročičnega mehanizma (prenos gibanja od bata do ročične gredi) kot pritrditev vrtljive ročične gredi.
Povedati je treba tudi, da je ves čas, ko je bil Varyag zasnovan in zgrajen, ves svet pri gradnji bojnih ladij že zdavnaj prešel na parne stroje s trojno ekspanzijo. Zamisel o takem stroju je nastala, ker para, porabljena v valju (kot je prikazano na zgornjem diagramu), sploh ni popolnoma izgubila energije in jo je bilo mogoče ponovno uporabiti. Zato so to storili - prva sveža para je vstopila v visokotlačni valj (HPC), po končanem delu pa je ni bila "vržena" nazaj v kotle, ampak je vstopila v naslednji jeklenk (srednji tlak ali HPC) in spet potisnil bat vanjo. Seveda se je tlak pare, ki je vstopila v drugi valj, zmanjšal, zato je bilo treba sam jeklenko narediti z večjim premerom od HPC. To pa še ni bilo vse - para, ki je nastala v drugem valju (LPC), je vstopila v tretji valj, imenovan nizkotlačni valj (LPC), in je svoje delo nadaljevala že v njem.
Ni treba posebej poudarjati, da je moral nizkotlačni valj imeti največji premer v primerjavi z ostalimi jeklenkami. Oblikovalci so to storili lažje: LPC se je izkazal za prevelikega, zato so namesto enega LPC izdelali dva in stroji so postali štirivaljni. Hkrati je para hkrati dovajala v oba nizkotlačna jeklenka, torej so kljub prisotnosti štirih "ekspanzijskih" jeklenk ostali trije.
Ta kratek opis je povsem dovolj, da razumemo, kaj je bilo narobe s parnimi stroji križarke Varyag. In "narobe" z njimi je bilo, žal, toliko, da avtor tega članka težko natančno ve, kje naj začne. Spodaj opisujemo glavne napake pri oblikovanju parnih strojev križarke, poskušali pa bomo ugotoviti, kdo je navsezadnje kriv za njih.
Problem 1 je bil torej v tem, da zasnova parnega stroja očitno ne prenaša upogibnih obremenitev. Z drugimi besedami, dobre zmogljivosti je bilo mogoče pričakovati šele, ko je bil parni stroj popolnoma raven. Če se ta podlaga nenadoma začne upogibati, to ustvari dodatno obremenitev ročične gredi, ki teče skoraj po celotni dolžini parnega stroja - začne se upogibati, ležaji, ki jo držijo, se hitro poslabšajo, pojavi se zračnost in premika se ročična gred, zato že trpijo ročični ležaji - mehanizem ojnice in celo bati cilindrov. Da se to ne bi zgodilo, je treba parni stroj namestiti na trdne temelje, na Varyagu pa tega niso storili. Njegovi parni stroji so imeli le zelo lahko podlago in so bili dejansko pritrjeni neposredno na trup ladje. In telo, kot veste, "diha" na morskem valu, to je, da se med kotaljenjem upogne - in ti stalni ovinki so privedli do ukrivljenosti ročičnih gredi in "popuščanja" ležajev parnih strojev.
Kdo je kriv za to oblikovno napako Varyaga? Brez dvoma bi morali biti odgovorni za to pomanjkanje ladje inženirji podjetja C. Crump, vendar … tu so nekatere nianse.
Dejstvo je, da je bila takšna zasnova parnih strojev (ko so bili na trupu ladje nameščeni tisti brez togih temeljev) splošno sprejeta - niti Askold niti Bogatyr nista imela togih temeljev, vendar so parni stroji brezhibno delovali na njih. Zakaj?
Očitno bo deformacija ročične gredi pomembnejša, večja je njena dolžina, torej daljša je dolžina samega parnega stroja. Varyag je imel dva parna stroja, Askold pa tri. Slednji so bili po zasnovi tudi štirivaljni parni stroji s tremi ekspanzijami, vendar so imeli zaradi bistveno manjše moči bistveno krajšo dolžino. Zaradi tega učinka se je odklon karoserije na strojih Askold izkazal za precej šibkejše - ja, so bili, a recimo »v razumnih mejah« in niso privedli do deformacij, ki bi onemogočile parne stroje.
Dejansko je bilo prvotno predvideno, da naj bi skupna moč strojev Varyag znašala 18.000 KM, moč enega stroja pa 9.000 KM. Toda pozneje je Ch. Crump zelo težko razložil napako, in sicer je moč parnih strojev povečal na 20.000 KM. Viri to običajno razlagajo z dejstvom, da se je Ch. Crump odločil za to, ker MTK ni hotel uporabiti prisilne eksplozije med preskusi križarke. Logično bi bilo, če bi Ch. Crump hkrati s povečanjem moči strojev povečal tudi produktivnost kotlov v projektu Varyag na istih 20.000 KM, vendar se to ni zgodilo. Edini razlog za takšno dejanje bi lahko bilo upanje, da bodo kotli križarke presegli zmogljivosti, določene s projektom, toda kako bi to lahko storili, ne da bi jih prisilili?
Tu je že ena od dveh stvari - ali Ch. Crump je še vedno upal, da bo pri vsiljevanju kotlov vztrajal pri testiranju in se bal, da stroji ne bodo "raztegnili" njihove povečane moči, ali pa je iz nekega nejasnega razloga verjel, da so kotli Varyaga in brez forsiranja bo dosežena moč 20.000 KM. Vsekakor so izračuni Ch. Izkazalo se je, da se je Crump zmotil, vendar je to pripeljalo do dejstva, da je imel vsak stroj za križarjenje moč 10.000 KM. Poleg naravnega povečanja mase so se seveda povečale tudi dimenzije parnih strojev (dolžina je dosegla 13 m), medtem ko so trije stroji Askold, ki naj bi izkazovali 19.000 KM. nazivna moč, bi morala imeti le 6 333 KM. vsaka (žal, njihova dolžina avtorju žal ni znana).
Kaj pa "Bogatyr"? Konec koncev je bil, tako kot Varyag, dvoosni in vsak njegov avto je imel skoraj enako moč - 9.750 KM. proti 10.000 KM, kar pomeni, da je imel podobne geometrijske dimenzije. Vendar je treba opozoriti, da je bil trup Bogatyrja nekoliko širši od trupa Varyaga, imel je nekoliko nižje razmerje med dolžino in širino in se je na splošno zdel bolj tog in manj nagnjen k upogibanju kot trup Varyaga. Poleg tega je možno, da so Nemci okrepili temelj glede na tisti, na katerem so stali parni stroji Varyaga, torej če ni bil podoben tistim, ki so jih prejele sodobnejše ladje, je vseeno zagotavljal boljšo trdnost kot temelji Varjaga. Na to vprašanje pa je mogoče odgovoriti šele po podrobni preučitvi načrtov obeh križark.
Tako krivda inženirjev podjetja Crump ni bila v tem, da so postavili šibke temelje za stroje Varyag (kot so, kot se zdi, ostali ladjedelniki), ampak da niso videli in se niso zavedali potrebe zagotoviti "neprilagodljivost" Stroji z močnejšim ohišjem ali prehodom na shemo s tremi vijaki. Dejstvo, da so podoben problem v Nemčiji uspešno rešili, in to ne le z izjemno izkušenim Vulkanom, ki je zgradil Bogatyr, ampak tudi z drugorazrednim in brez izkušenj pri gradnji velikih bojnih ladij po lastni zasnovi Nemčije, priča. daleč v prid ameriškim konstruktorjem. Po pravici povedano je treba opozoriti, da MTK tudi tega trenutka ni nadzoroval, vendar je treba razumeti, da mu nihče ni postavil naloge, da spremlja vsako kihanje Američanov, kar pa ni bilo mogoče.
A žal je to le prva in morda niti najpomembnejša pomanjkljivost parnih strojev najnovejše ruske križarke.
Problem št. 2, ki je bil očitno glavni, je bila napačna zasnova parnih strojev Varyag, ki so bili optimizirani za visoko hitrost ladje. Z drugimi besedami, stroji so dobro delovali pri skoraj najvišjem tlaku pare, sicer so se začele težave. Dejstvo je, da ko tlak pare pade pod 15,4 atmosfere, nizkotlačni jeklenki prenehajo opravljati svojo funkcijo - energija pare, ki vstopa vanje, ni bila dovolj za pogon bata v valju. Skladno s tem je pri "gospodarskih potezah" voziček začel poganjati konja - nizkotlačne jeklenke so, namesto da bi pomagale pri vrtenju ročične gredi, same sprožile. To pomeni, da je ročična gred prejemala energijo iz visokotlačnih in srednjetlačnih valjev in jo porabila ne le za vrtenje vijaka, ampak tudi za zagotavljanje gibanja batov v dveh nizkotlačnih valjih. Treba je razumeti, da je bila zasnova ročičnega mehanizma zasnovana tako, da je ravno valj poganjal ročično gred skozi bat in drsnik, ne pa obratno: zaradi tako nepričakovanega in ne trivialna uporaba ročične gredi je doživela dodatne obremenitve, ki jih njena zasnova ne predvideva, kar je privedlo tudi do okvare ležajev, ki jo držijo.
Pravzaprav pri tem morda ne bi bilo posebne težave, vendar le pod enim pogojem - če bi zasnova strojev predvidela mehanizem, ki odklopi ročično gred iz nizkotlačnih jeklenk. Nato je bilo v vseh primerih delovanja pri tlaku pare, ki je nižji od nastavljenega, dovolj "pritisniti gumb" - in LPC je prenehal nalagati ročično gred, vendar takšni mehanizmi niso predvideni z zasnovo "Varyag" "stroji.
Nato je inženir I. I. Gippius, ki je nadzoroval montažo in prilagajanje mehanizmov uničevalcev v Port Arthurju, je leta 1903 opravil podroben pregled strojev Varyag in na podlagi njegovih rezultatov napisal celotno raziskovalno nalogo, v kateri je navedel naslednje:
»Tu se domneva, da tovarna Crump, ki se mudi s predajo križarke, ni imela časa prilagoditi porazdelitve pare; stroj se je hitro razburil, na ladji pa so seveda začeli popravljati dele, ki so trpeli bolj kot drugi v smislu segrevanja, trkanja, ne da bi odpravili osnovni vzrok. Na splošno je nedvomno izjemno težka naloga, če ne celo nemogoča, poravnati z ladjo pomeni vozilo, ki je bilo prvotno okvarjeno iz tovarne."
Očitno je, da je Ch. Crump v celoti kriv za to pomanjkljivost elektrarne Varyag.
Problem številka 3 sam po sebi ni bil posebej resen, vendar je v kombinaciji z zgornjimi napakami dal "kumulativni učinek". Dejstvo je, da oblikovalci nekaj časa pri načrtovanju parnih strojev niso upoštevali vztrajnosti svojih mehanizmov, zaradi česar so bili ti nenehno izpostavljeni prekomernemu stresu. Vendar pa je bila do nastanka Varyaga preučena in povsod razširjena teorija uravnoteženja vztrajnostnih sil strojev. Seveda je njegova uporaba zahtevala dodatne izračune proizvajalca parnega stroja in mu ustvarila določene težave, kar pomeni, da so se stroški dela kot celote povečali. Tako MTC v svojih zahtevah žal ni nakazal obvezne uporabe te teorije pri oblikovanju parnih strojev, Ch. Crump pa se je očitno odločil, da bo pri tem prihranil (težko si je predstavljati, da je sam in nihče od njegovih inženirji imajo o tem karkoli, teorije pa niso poznali). Na splošno bodisi pod vplivom pohlepa bodisi zaradi banalne nesposobnosti, vendar so bile določbe te teorije pri ustvarjanju strojev Varyag (in mimogrede, Retvizana) prezrte, zaradi česar so sile vztrajnosti "zelo neugodno" (po I. I. Gippiusu) delovanje na jeklenke srednjega in nizkega tlaka, kar prispeva k motenju normalnega delovanja strojev. V normalnih pogojih (če bi bil parni stroj opremljen z zanesljivo podlago in ni bilo težav z distribucijo pare), to ne bi povzročilo okvar in tako …
Krivdo za to pomanjkanje parnih strojev "Varyag" bi najverjetneje morali pripisati tako Ch. Crumpu kot MTK, ki sta dovolila nejasno besedilo ukaza.
Problem # 4 je bila uporaba zelo specifičnega materiala v ležajih za parne stroje. V ta namen so uporabili fosforjeve in manganove bronce, ki pa po mnenju avtorja niso bili široko uporabljeni v ladjedelništvu. Posledično se je zgodilo naslednje: zaradi zgornjih razlogov so ležaji strojev "Varyag" hitro odpovedali. Treba jih je bilo popraviti ali zamenjati s tistim, kar je bilo pri roki v Port Arthurju, in tam žal ni bilo takšnih užitkov. Posledično je nastala situacija, ko je parni stroj deloval z ležaji iz materialov povsem drugačnih lastnosti - prezgodnja obraba nekaterih je povzročila dodatne obremenitve pri drugih, vse to pa je prispevalo tudi k motenju normalnega delovanja strojev.
Strogo gledano je to morda edini problem, katerega "avtorstva" ni mogoče ugotoviti. Dejstvo, da so se dobavitelji Ch. Crumpa odločili za tak material, nikomur ni moglo povzročiti negativne reakcije - tu so bili popolnoma sami. Jasno je bilo, da človeške zmožnosti ne morejo domnevati katastrofalnega stanja elektrarne Varyag, predvideti njene vzroke in Port Arthurju zagotoviti potrebne materiale, zato je bilo komaj mogoče "za vsak slučaj" dobaviti potrebne vrste brona, glede na veliko količino vsega materiala za eskadrilje. Krivite strojne inženirje, ki so popravljali stroje Varyag? Ni verjetno, da bi imeli potrebno dokumentacijo, ki bi jim omogočila predvidevanje posledic popravil, in četudi bi vedeli za to, kaj bi lahko spremenili? Druge možnosti še niso imeli.
Če povzamemo analizo elektrarne križarke "Varyag", moramo ugotoviti, da so se pomanjkljivosti in konstrukcijske napake parnih strojev in kotlov "čudovito" dopolnjevale. Zdi se, da so kotli in parni stroji podjetja Nikloss sklenili sabotažni pakt proti križarki, na kateri so bili nameščeni. Nevarnost kotlovskih nesreč je posadko prisilila, da je vzpostavila znižan tlak pare (največ 14 atmosfer), vendar so to ustvarile razmere, v katerih so morali parni stroji Varyaga hitro postati neuporabni, ladijski mehaniki pa glede tega niso mogli storiti ničesar. Podrobneje pa bomo posledice oblikovalskih odločitev strojev in kotlov Varyag obravnavali pozneje, ko bomo analizirali rezultate njihovega delovanja. Nato bomo dali končno oceno elektrarne križarke.
