Поэтому в состав силовой установки решили включить турбину низкого давления системы Парсонса, не выполнявшую роли основного двигателя, что было ново. Хотя турбина и не имела передовой конструкции, она вполне оправдывала свой вес, в целом повышая эффективность и производительность. Для экономии турбина питалась так называемым мятым (уже отработанным) паром от основных двигателей, поршневых машин. Обычно такой пар просто выбрасывался через дымовые трубы или охлаждался, конденсировался и вновь попадал в котлы для повторного нагрева.
Успешное применение турбины на «Лаурентике» (в сравнении с «Мегантиком», который строился одновременно с первым и был оборудован поршневыми машинами) в 1909 г. убедило «Уайт Стар» применить комбинированную силовую установку на новых судах, поскольку скорость здесь не была приоритетной, а на первом месте стояла экономичность. Это и определило окончательный уход «Уайт Стар» от традиционной силовой установки.
Для питания паром оборудования машинного отделения над котлами через все котельные помещения проходили два главных паропровода. Поскольку в них попадал пар от всех котлов, диаметр этих труб увеличивался по мере приближения к машинному отделению и в точке входа в него составлял 53 см у каждой.
Пройдя сквозь последнюю водонепроницаемую переборку в машинное отделение, каждый паропровод заканчивался быстродействующим аварийным стопорным краном, который можно было закрыть за несколько секунд в случае разрыва магистрали. Перед аварийными кранами между магистралями имелся перекрестный трубопровод, чтобы паром из любой магистрали можно было питать сразу обе машины или только одну, когда вторую выводили из работы. От аварийных кранов пар попадал в два больших сепаратора (по одному для каждой машины), дренировавших пар от конденсата и жестких частиц осадка, которые могли образовываться в паропроводах. От сепараторов пар шел к «главным клапанам» или дроссельным заслонкам.
Две перевернутые[10] разнонаправленные поршневые машины тройного расширения с прямым действием[11] системы Джерроу, Шлика и Твиди[12], давали проектную мощность по 15 000 л.с. Каждая машина высотой около 12 м вращала боковые валы, на которых сидели винты с тремя накладными лопастями диаметром по 7,162 м. При движении вперед машина правого борта вращала винт по часовой стрелке, а машина левого борта – против часовой стрелки. Станина одной поршневой машины весила 195 т, каждая колонна (по восемь на машину) – 21 т. Один цилиндр высокого давления весил 50 т, один коленчатый вал – 118 т. Каждая машина в сборе весила 1000 т.
Термин «поршневой» происходит от механического движения поршней в цилиндрах машины, которые двигаются вверх и вниз, т. е. возвратно-поступательно. Движение каждого поршня посредством штока передается большому коленчатому валу под ним. На деле принцип действия этих массивных двигателей схож с работой двигателей внутреннего сгорания современных автомобилей. Отличие состоит в том, что рабочий ход поршню сообщают не газы, расширяющиеся после сгорания топлива в цилиндре, а пар, используемый в тех же целях.
Имеется еще одно значительное отличие. В двигателе автомобиля поршень осуществляет рабочий ход только в одном направлении, а в паровой машине – в обоих, поскольку поршни в последних имеют две рабочие поверхности (поршни двойного действия). Это означает, что сначала пар попадает на одну рабочую поверхность поршня, двигая его вверх, а затем на другую поверхность, двигая поршень вниз. Кроме того, у паровой машины нет «тактов», свойственных работе автомобильного двигателя. Любое движение поршня является рабочим ходом, в конце которого расширенный пар выпускается незадолго до того, как свежий пар попадает на другую поверхность для нового движения поршня в противоположном направлении.
Управление машинами осуществлялось с контрольного мостика, который именовали «стартовой платформой». Она располагалась между двумя машинами под колоннами передних цилиндров низкого давления. Отсюда механики управляли поступлением пара и направлением вращения валов машин. Во время входа и выхода из порта на платформе присутствовал главный механик с двумя старшими механиками и тремя помощниками. Главный механик стоял в центре и следил за выполнением приказов, поступавших по машинным телеграфам с ходового мостика. Двое старших механиков работали с узлами управления паровыми машинами, а один из их помощников регистрировал в журнале по электрическим часам время поступления и приказы главного механика и капитана. Двое других помощников «отзванивали» исполнение приказов по машинным телеграфам, установленным чуть дальше за контрольным мостиком.
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/м2 с температурой 201 °С. После расширения пара в цилиндре и продвижения его вверх или вниз пар «слабел». Имея на выходе из цилиндра давление 55 т/м2 и 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/м2 подавался 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/м2 (87 °С), т. е. почти в два раза ниже нормального атмосферного давления (около 10,33 т/м2). 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/м2. В этой точке пар, 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/м2, 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/м2) 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 м2 при 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.
Истощенный пар поступал внутрь корпуса сверху и направлялся вниз, протекая вдоль и вокруг трубок, в которых циркулировала холодная морская вода. Она отбирала у пара остаточный нагрев, заставляя содержавшуюся в нем воду конденсироваться и оседать на холодных поверхностях трубок. Оттуда вода крупными каплями скатывалась в основание корпуса конденсатора.
Сдвоенные воздушные насосы «Веир-Дюэль» снимали сжатый пар с конденсаторов. Воздух и неконденсирующиеся газы также отсасывались и выбрасывались одновременно с выпуском воды. Последнее было важно для поддержания вакуума внутри конденсаторов и предотвращения насыщения этими газами питательной воды, которая собиралась на дне корпусов конденсаторов. Насосы этого типа состояли из двух поршневых блоков, один из которых отбирал питательную воду со дна конденсатора, а второй отсасывал газообразные отходы.
Насосы по отдельным магистралям подавали воду в два питательных танка (по 10 561 л), расположенных возле передней переборки турбинного отсека по обеим сторонам от паровой магистрали.
Из каждого танка по трубопроводам вода самотеком пересекала водонепроницаемую переборку и накапливалась в двух других танках, распложенных по обоим бортам машинного отделения. Эти танки именовались сборниками конденсата.
Сдвоенные насосы по каждому из бортов качали питательную воду из сборников конденсата, прогоняя ее через фильтры, установленные попарно возле передней переборки отсека. Фильтры очищали воду от смазки, окалины и прочих твердых частиц.
Очищенная питательная вода под давлением закачивалась вверх, на поверхностный нагреватель «Веир Юнифлекс», установленный на передней поперечной переборке машинного отделения по правому борту. Внутри этого теплообменника питательная вода проходила по трубкам, вокруг которых пропускался отработанный пар от электрогенераторов. Таким образом, эффективно использовалась теплота отработанного пара и температура питательной воды повышалась до 60 °С. Здесь пар от динамо-машин, сжатый при прохождении нагревателя, дренировался в питательные танки и возвращался в систему питания котлов.
Миновав поверхностный нагреватель, питательная вода под давлением закачивалась выше, в общий нагреватель прямого нагрева, расположенный на передней переборке машинного отделения (на уровне палубы «D» по миделю). В нем вода нагревалась еще сильнее, поскольку проходила внутри через клапан с пружинным возвратом и падала на коническую дисперсионную пластину. Упав на нее, вода по каплям проходила через отработанный пар, поступавший от многочисленного вспомогательного оборудования.
После силовой установки и динамо-машин вторым по величине потребителем пара на борту «Титаника» являлся камбуз. Поэтому нагреватель размещался здесь не случайно – в него поступал обильный отработанный пар от различного оборудования кухни первого и второго классов, а также из расположенной по соседству буфетной первого класса, где работали паровые нагреватели для тарелок.
Так температура питательной воды повышалась до 110 °С и конденсировала поступавший отработанный пар, сразу возвращая его в систему питания. Кроме этого, нагреватель прямого нагрева выводил из питательной воды большую часть кислорода и прочие газы, тем самым снижая коррозию внутри котлов. Для отсоса отделенных газов между нагревателем и конденсаторами имелся трубопровод, создававший необходимый вакуум.
Лишенная давления в нагревателе, питательная вода самотеком попадала в четыре пары главных питающих насосов, установленных на уровне настила палубы вдоль бортов машинного отделения. Насосы подавали котельную воду в систему питающих магистралей котельных под давлением, превышавшим рабочее давление котлов. К магистралям насосы подключались через клапанные коробки, позволявшие любому насосу питать любую магистраль.
Из магистралей вода уже под ручным контролем подавалась в котлы до уровня, покрывавшего топки и дымогарные трубы, но при этом оставалось необходимое пространство над поверхностью воды для выработки пара. Переполнения следовало избегать также для предотвращения «заливки», т. е. попадания воды в паропроводные магистрали, что могло привести к серьезным повреждениям и даже к разрушению паропроводов и оборудования под действием гидравлического удара.
Весь цикл шел непрерывно, если силовая установка работала. Имелась меньшая по размерам вспомогательная конденсационная система, собиравшая отработанный пар от различных агрегатов во время стоянки в порту, когда большинство котлов не работало и основная конденсационная и возвратная системы не требовались.
Поскольку для питания котлов можно было использовать исключительно пресную воду, морская вода применялась лишь для охлаждения трубок конденсатора. Четыре центробежных электронасоса, имевших входные и выходные отверстия диаметром 74 см, обеспечивали мощную циркуляцию морской воды через конденсаторы, засасывая ее через входные отверстия в днище и выбрасывая отработанную воду через сдвоенные отверстия сливных танков, расположенных по обоим бортам корпуса возле ватерлинии. Выброс этой воды в виде двух мощных потоков легко можно заметить на большинстве фотографий «Титаника».
На ходовых испытаниях двигатели «Олимпика» показали себя превосходно. Официально были обнародованы данные о выдаче номинальной мощности в 46 000 л.с., но на самом деле двигатели способны были дать до 50 000 л.с. в рабочем режиме. Во время ходовых испытаний была зафиксирована выработка максимальной валовой мощности в 59 000 л.с. Максимальная скорость составила 24 уз. При этом главные двигатели вращали валы с частотой 83 об/мин, а турбина работала на полной мощности в 18 000 л.с. В штатном режиме частота оборотов главных двигателей соответствовала 78 об/мин и скорости в 22,5 уз.
Успешное применение турбины на «Лаурентике» (в сравнении с «Мегантиком», который строился одновременно с первым и был оборудован поршневыми машинами) в 1909 г. убедило «Уайт Стар» применить комбинированную силовую установку на новых судах, поскольку скорость здесь не была приоритетной, а на первом месте стояла экономичность. Это и определило окончательный уход «Уайт Стар» от традиционной силовой установки.
Для питания паром оборудования машинного отделения над котлами через все котельные помещения проходили два главных паропровода. Поскольку в них попадал пар от всех котлов, диаметр этих труб увеличивался по мере приближения к машинному отделению и в точке входа в него составлял 53 см у каждой.
Пройдя сквозь последнюю водонепроницаемую переборку в машинное отделение, каждый паропровод заканчивался быстродействующим аварийным стопорным краном, который можно было закрыть за несколько секунд в случае разрыва магистрали. Перед аварийными кранами между магистралями имелся перекрестный трубопровод, чтобы паром из любой магистрали можно было питать сразу обе машины или только одну, когда вторую выводили из работы. От аварийных кранов пар попадал в два больших сепаратора (по одному для каждой машины), дренировавших пар от конденсата и жестких частиц осадка, которые могли образовываться в паропроводах. От сепараторов пар шел к «главным клапанам» или дроссельным заслонкам.
Две перевернутые[10] разнонаправленные поршневые машины тройного расширения с прямым действием[11] системы Джерроу, Шлика и Твиди[12], давали проектную мощность по 15 000 л.с. Каждая машина высотой около 12 м вращала боковые валы, на которых сидели винты с тремя накладными лопастями диаметром по 7,162 м. При движении вперед машина правого борта вращала винт по часовой стрелке, а машина левого борта – против часовой стрелки. Станина одной поршневой машины весила 195 т, каждая колонна (по восемь на машину) – 21 т. Один цилиндр высокого давления весил 50 т, один коленчатый вал – 118 т. Каждая машина в сборе весила 1000 т.
Термин «поршневой» происходит от механического движения поршней в цилиндрах машины, которые двигаются вверх и вниз, т. е. возвратно-поступательно. Движение каждого поршня посредством штока передается большому коленчатому валу под ним. На деле принцип действия этих массивных двигателей схож с работой двигателей внутреннего сгорания современных автомобилей. Отличие состоит в том, что рабочий ход поршню сообщают не газы, расширяющиеся после сгорания топлива в цилиндре, а пар, используемый в тех же целях.
Имеется еще одно значительное отличие. В двигателе автомобиля поршень осуществляет рабочий ход только в одном направлении, а в паровой машине – в обоих, поскольку поршни в последних имеют две рабочие поверхности (поршни двойного действия). Это означает, что сначала пар попадает на одну рабочую поверхность поршня, двигая его вверх, а затем на другую поверхность, двигая поршень вниз. Кроме того, у паровой машины нет «тактов», свойственных работе автомобильного двигателя. Любое движение поршня является рабочим ходом, в конце которого расширенный пар выпускается незадолго до того, как свежий пар попадает на другую поверхность для нового движения поршня в противоположном направлении.
Управление машинами осуществлялось с контрольного мостика, который именовали «стартовой платформой». Она располагалась между двумя машинами под колоннами передних цилиндров низкого давления. Отсюда механики управляли поступлением пара и направлением вращения валов машин. Во время входа и выхода из порта на платформе присутствовал главный механик с двумя старшими механиками и тремя помощниками. Главный механик стоял в центре и следил за выполнением приказов, поступавших по машинным телеграфам с ходового мостика. Двое старших механиков работали с узлами управления паровыми машинами, а один из их помощников регистрировал в журнале по электрическим часам время поступления и приказы главного механика и капитана. Двое других помощников «отзванивали» исполнение приказов по машинным телеграфам, установленным чуть дальше за контрольным мостиком.
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/м2 с температурой 201 °С. После расширения пара в цилиндре и продвижения его вверх или вниз пар «слабел». Имея на выходе из цилиндра давление 55 т/м2 и 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/м2 подавался 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/м2 (87 °С), т. е. почти в два раза ниже нормального атмосферного давления (около 10,33 т/м2). 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/м2. В этой точке пар, 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/м2, 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/м2) 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 м2 при 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.
Истощенный пар поступал внутрь корпуса сверху и направлялся вниз, протекая вдоль и вокруг трубок, в которых циркулировала холодная морская вода. Она отбирала у пара остаточный нагрев, заставляя содержавшуюся в нем воду конденсироваться и оседать на холодных поверхностях трубок. Оттуда вода крупными каплями скатывалась в основание корпуса конденсатора.
Сдвоенные воздушные насосы «Веир-Дюэль» снимали сжатый пар с конденсаторов. Воздух и неконденсирующиеся газы также отсасывались и выбрасывались одновременно с выпуском воды. Последнее было важно для поддержания вакуума внутри конденсаторов и предотвращения насыщения этими газами питательной воды, которая собиралась на дне корпусов конденсаторов. Насосы этого типа состояли из двух поршневых блоков, один из которых отбирал питательную воду со дна конденсатора, а второй отсасывал газообразные отходы.
Насосы по отдельным магистралям подавали воду в два питательных танка (по 10 561 л), расположенных возле передней переборки турбинного отсека по обеим сторонам от паровой магистрали.
Из каждого танка по трубопроводам вода самотеком пересекала водонепроницаемую переборку и накапливалась в двух других танках, распложенных по обоим бортам машинного отделения. Эти танки именовались сборниками конденсата.
Сдвоенные насосы по каждому из бортов качали питательную воду из сборников конденсата, прогоняя ее через фильтры, установленные попарно возле передней переборки отсека. Фильтры очищали воду от смазки, окалины и прочих твердых частиц.
Очищенная питательная вода под давлением закачивалась вверх, на поверхностный нагреватель «Веир Юнифлекс», установленный на передней поперечной переборке машинного отделения по правому борту. Внутри этого теплообменника питательная вода проходила по трубкам, вокруг которых пропускался отработанный пар от электрогенераторов. Таким образом, эффективно использовалась теплота отработанного пара и температура питательной воды повышалась до 60 °С. Здесь пар от динамо-машин, сжатый при прохождении нагревателя, дренировался в питательные танки и возвращался в систему питания котлов.
Миновав поверхностный нагреватель, питательная вода под давлением закачивалась выше, в общий нагреватель прямого нагрева, расположенный на передней переборке машинного отделения (на уровне палубы «D» по миделю). В нем вода нагревалась еще сильнее, поскольку проходила внутри через клапан с пружинным возвратом и падала на коническую дисперсионную пластину. Упав на нее, вода по каплям проходила через отработанный пар, поступавший от многочисленного вспомогательного оборудования.
После силовой установки и динамо-машин вторым по величине потребителем пара на борту «Титаника» являлся камбуз. Поэтому нагреватель размещался здесь не случайно – в него поступал обильный отработанный пар от различного оборудования кухни первого и второго классов, а также из расположенной по соседству буфетной первого класса, где работали паровые нагреватели для тарелок.
Так температура питательной воды повышалась до 110 °С и конденсировала поступавший отработанный пар, сразу возвращая его в систему питания. Кроме этого, нагреватель прямого нагрева выводил из питательной воды большую часть кислорода и прочие газы, тем самым снижая коррозию внутри котлов. Для отсоса отделенных газов между нагревателем и конденсаторами имелся трубопровод, создававший необходимый вакуум.
Лишенная давления в нагревателе, питательная вода самотеком попадала в четыре пары главных питающих насосов, установленных на уровне настила палубы вдоль бортов машинного отделения. Насосы подавали котельную воду в систему питающих магистралей котельных под давлением, превышавшим рабочее давление котлов. К магистралям насосы подключались через клапанные коробки, позволявшие любому насосу питать любую магистраль.
Из магистралей вода уже под ручным контролем подавалась в котлы до уровня, покрывавшего топки и дымогарные трубы, но при этом оставалось необходимое пространство над поверхностью воды для выработки пара. Переполнения следовало избегать также для предотвращения «заливки», т. е. попадания воды в паропроводные магистрали, что могло привести к серьезным повреждениям и даже к разрушению паропроводов и оборудования под действием гидравлического удара.
Весь цикл шел непрерывно, если силовая установка работала. Имелась меньшая по размерам вспомогательная конденсационная система, собиравшая отработанный пар от различных агрегатов во время стоянки в порту, когда большинство котлов не работало и основная конденсационная и возвратная системы не требовались.
Поскольку для питания котлов можно было использовать исключительно пресную воду, морская вода применялась лишь для охлаждения трубок конденсатора. Четыре центробежных электронасоса, имевших входные и выходные отверстия диаметром 74 см, обеспечивали мощную циркуляцию морской воды через конденсаторы, засасывая ее через входные отверстия в днище и выбрасывая отработанную воду через сдвоенные отверстия сливных танков, расположенных по обоим бортам корпуса возле ватерлинии. Выброс этой воды в виде двух мощных потоков легко можно заметить на большинстве фотографий «Титаника».
На ходовых испытаниях двигатели «Олимпика» показали себя превосходно. Официально были обнародованы данные о выдаче номинальной мощности в 46 000 л.с., но на самом деле двигатели способны были дать до 50 000 л.с. в рабочем режиме. Во время ходовых испытаний была зафиксирована выработка максимальной валовой мощности в 59 000 л.с. Максимальная скорость составила 24 уз. При этом главные двигатели вращали валы с частотой 83 об/мин, а турбина работала на полной мощности в 18 000 л.с. В штатном режиме частота оборотов главных двигателей соответствовала 78 об/мин и скорости в 22,5 уз.
Конец бесплатного ознакомительного фрагмента