«Титаник». Рождение и гибель

Широков Алексей Николаевич

Для пуска паровой машины тройного расширения механик открывал дроссельную заслонку, которой регулировался объем подаваемого пара. Штоки поршней впускных клапанов через расширительную кулису приводились в действие тягой коленчатого вала, состоявшей из двух эксцентриков (один для прямого хода, второй для обратного). Эта система именуется парораспределительным кулисным механизмом Стефенсона.

Механизм позволял управлять как направлением вращения коленчатого вала, так и подачей пара в цилиндры. При перемещении кулисы в крайнее положение один из эксцентриков высвобождался, а второй проворачивал коленчатый вал на угол опережения (для прямого или обратного хода винта). Если кулиса переводилась

в центральное положение, оба эксцентрика получали равносильное воздействие, прекращая подачу пара в цилиндр и останавливая паровую машину даже при полностью открытом дросселе. В других положениях кулисы подача пара в цилиндр отсекалась в некоторой промежуточной точке хода поршня. При этом уже впрыснутый пар расширялся в цилиндре до максимума, что позволяло снизить его потребление при выработке требуемой мощности (например, на полном ходу точку отсечки обычно выбирали равной 40 — 45% хода поршня).

Для реверсирования и установки точки отсечки для каждого парового двигателя применялась отдельная парогидравлическая машина прямого действия «Браун», которая одновременно приводила в действие рычаги, соединенные с расширительными кулисами клапанов всех цилиндров. Кроме того, эта же машина управляла клапанами отсечения пара от турбины. Для выполнения реверса вначале нужно было остановить паровые машины (10 — 20 сек. с момента получения соответствующего приказа с мостика), затем изменить направление их движения (30 — 50 сек.) и отсечь пар от турбины (еще 10 сек.).

После пуска машины дроссель, установленный у впускного клапана первого, самого маленького цилиндра высокого давления диаметром «всего» 1,3 м, впускал в него порцию пара под давлением 151 т/м ²с температурой 201 °С. После расширения пара в цилиндре и продвижения его вверх или вниз пар «слабел». Имея на выходе из цилиндра давление 55 т/м ²и температуру 161 °С, пар направлялся в цилиндр среднего давления диаметром 2,13 м.

Здесь процесс повторялся, пар снова «слабел» и под давлением в 17 т/м ²подавался в два цилиндра низкого давления. Поскольку один и тот же пар расширялся в них трижды, поршневые машины «Титаника» имели тип тройного расширения.

Поршни с ходом в 1,9 м толкали коленчатый вал с силой, равной 15 000 лошадям — столько могут дать примерно сто двигателей современных автомобилей, но на частоте лишь 75 — 83 об/мин, — намного медленнее, чем в автомобиле (в котором коленчатый вал вращается даже на холостом ходу с частотой почти 1000 об/мин). Как в случае автомобильного двигателя, каждый цилиндр отрабатывал с небольшой разницей во времени, чтобы проворачивать коленчатый вал непрерывно и согласованно. При частоте оборотов, равной 75, одна машина потребляла пара до 2,8 т/мин.

Покинув оба цилиндра низкого давления диаметром по 2,46 м, пар имел давление лишь 6,33 т/м ²(87 °С), т.е. почти в два раза ниже нормального атмосферного давления (около 10,33 т/м ²). Это происходило из-за необычайно сильного вакуума, порождаемого на выходе из цилиндра охлаждением пара, уходившего в конденсаторы. Казалось, что уже на этом этапе энергия пара исчерпана полностью, но на самом деле он содержал скрытый ее запас, который можно было «выжать» с помощью турбины низкого давления.

В отличие от поршневой машины турбина могла вырабатывать мощность, продолжая расширять пар вплоть до глубокого вакуума, свойственного конденсаторам. Вращавшая напрямую центральный четырехлопастной монолитный винт «Титаника» (из марганцовистой бронзы, как и два бортовых) диаметром 5,032 м, многоступенчатая реактивная нереверсивная турбина низкого давления

потребляла обильный «мятый» пар от поршневых машин, расширяя его до выходного давления в 0,7 т/м ². В этой точке нар, превратившийся в теплый туман (около 21 °С), выводился в главные конденсаторы.

Принцип действия паровой турбины схож с принципом ветряной мельницы. На основе этой аналогии легко представить ветряную мельницу с сотнями очень маленьких лопастей вместо шести или восьми больших. Собрав много колец с такими лопастями (словно объединив несколько ветряных мельниц общим валом) и поместив их внутрь большого цилиндра (оборудованного неподвижными лопастями), можно получить реактивный турбинный двигатель.

По сегодняшним меркам, турбина, установленная на «Олимпике» и «Титанике», имела самую примитивную конструкцию. Но даже такую турбину в начале века изготовить было непросто. Например, в рабочем колесе (цилиндрический ротор диаметром 3,7 м; вес около 130 т) нужно было нарезать канавки для установки в них тысяч полированных лопаток переменной длины, способных выдерживать относительно высокие ротационные давления.

Работая на паре с давлением лишь 6,33 т/м ², турбина производила значительную мощность в 16 000 л.с. с частотой 165 об/мин (максимальное число оборотов составляло 190). В отличие от поршневых машин турбина не имела реверса, поэтому для ее обхода паром в системе имелся особый трубопровод. Когда поршневые машины пускали на реверс или скорость движения падала ниже средней (частота вращения коленчатого вала паровой машины снижалась до 50 об/мин), два больших распределительных клапана направляли пар от поршневых машин в конденсаторы напрямую, полностью минуя турбину. Также имелся специальный регулятор для аварийного обхода турбины паром в случае угрозы повышения частоты вращения ротора (при поломке вала ходового винта или по иным причинам).

Как только пар закончил свою работу в машинах, его нужно было вновь вернуть в котлы в виде питательной воды, которую снова можно было нагреть до парообразного состояния. Кроме того, для снижения затрат топлива в процессе производства пара из возвращенной питательной воды ее температуру требовалось повысить перед повторной подачей в котлы.

Хотя отработанный пар из машин имел давление ниже атмосферного (только 0,7 т/м ²) и был намного холоднее пара на выходе из котлов, он все еще оставался паром и нуждался в конденсации до жидкого состояния. Эту задачу выполняли конденсаторы, но при этом они имели две функции. Первая и очевидная состояла в сжатии полученного от машин истощенного пара в питательную воду для ее возвращения в котлы. Вторая и не менее важная их функция заключалась в повышении до предела КПД машин путем снижения давления, до которого можно было расширять пар. Это достигалось созданием и поддержанием вакуума, в который выбрасывался отработанный пар.

Вакуум создавался путем охлаждения пара, поступавшего в конденсатор. По мере конденсации температура пара падала, и он уменьшался в объеме. В свою очередь, это приводило к снижению давления в самом конденсаторе. Расширяясь, вакуум затягивался внутрь турбины и в выпускные трубы поршневых машин, подключенных к их цилиндрам низкого давления. Все эти трубопроводы объединялись в одну магистраль, по которой отработанный пар попадал в конденсаторы

Два огромных конденсатора с общей площадью охлаждения почти 5000 м ²при температуре 16 °С, установленные вдоль бортов турбинного отсека, имели конструкцию, схожую с устройством автомобильного радиатора. Но в отличие от последнего трубки конденсатора полностью скрывались внутри его корпуса.