История инженерного дела. Важнейшие технические достижения с древних времен до ХХ столетия

Инновацией в судовых силовых установках, решившей судьбу парусов, стал конденсаторный компаундный двигатель. Такие машины были испытаны на суше еще в 1781 году. В первой половине XIX века инженеры усовершенствовали проект, добившись более высоких давлений и производительности. Но только предрассудки против высоких давлений остались и помешали раннему широкому распространению компаундных двигателей. Джон Элдер из Глазго впервые установил компаундный двигатель на судне Brandon, спущенном на воду в 1854 году. Давление в судовом котле было слишком низким, чтобы обеспечить достижение максимальной производительности, которая может быть достигнута компаундным двигателем. Тем не менее потребление топлива компаундным двигателем было на треть меньше, чем простым одноцилиндровым двигателем того периода. В 1857 году фирма Элдера спустила на воду 523-тонный Thetis с гребным винтом и компаундным двигателем, работавшим на пару давлением 115 фунтов. Усовершенствованная конструкция котла в 1850-х годах позволила повысить эффективность паровой установки. Пароходы использовали морскую воду для питания бойлера, даже несмотря на то, что отложения соли в котле после испарения делали давления, превышающие 25 фунтов, опасными. Ни одно судно не могло погрузить количество пресной воды, достаточное для питания котла даже в самом коротком рейсе, если только отработанный пар не будет конденсироваться и использоваться еще раз в качестве питательной воды. Поэтому поверхностный конденсатор – изобретение Уатта – был установлен в 1860 году на судне Mooltam с компаундными двигателями. Поверхностный конденсатор оказался достаточно эффективным, чтобы позволить судну повторно использовать питательную воду для бойлера – с небольшими добавками – даже в длительном рейсе. Ajax был первым лайнером Холта, оборудованным двухцилиндровым компаундным двигателем и поверхностным конденсатором. В 1865 году он проплыл 8500 миль от Ливерпуля до Маврикия в Индийском океане. Потребление угля составило 2,2 фунта на индикаторную лошадиную силу в час. Аналогичный показатель на судне Britannia в 1840 году составил 4,7 фунта. Лайнеры Холта стали первыми пароходами, эффективно и экономично работавшими на больших расстояниях.

Правда, двухцилиндровый компаундный двигатель сохранял свое господствующее положение недолго. Паровая машина тройного расширения, в которой пар расширяется последовательно в трех цилиндрах, была запатентована в 1871 году и впервые использовалась на судне Propontis в 1874 году. Двигатели Ajax работали при давлении 60 фунтов, Propontis – 150 фунтов. На Aberdeen, спущенном на воду в 1881 году, были двигатели тройного расширения и усовершенствованные котлы, что позволило ему расходовать только 1,28 фунта угля на индикаторную лошадиную силу в час. За сорок лет потребление угля на индикаторную лошадиную силу в час сократилось более чем на две трети. Первая революционная перемена в конструкции морских силовых установок имела место в 1894 году, когда Чарльз А. Парсонс установил одну из своих паровых турбин на экспериментальном 45-тонном судне Turbinia. Работавшая на высоких скоростях и напрямую связанная с валом турбина вращала винт слишком быстро, чтобы быть практичной и удобной. Три более медленные турбины, каждая вращающая собственный вал, в 1896 году позволили развить рекордную скорость – 34,5 узла. Высокая скорость турбины и тот факт, что она всегда вращается в одном направлении, являются существенными недостатками. Впоследствии была испробована отдельная реверсивная турбина, чтобы обеспечить возможность реверса. К 1910 году стали устанавливать понижающие передаточные механизмы между турбиной и валом, чтобы совместить преимущество высокоскоростной работы турбины и эффективную скорость вращения винта. Начал развиваться также электропривод; турбины, вращающиеся с постоянной скоростью, приводящие в действие генераторы, дающие энергию моторам гребного вала, скорость которых может эффективно контролироваться, вне зависимости от скорости турбины. Mauritania и злосчастная Lusitania – однотипные суда, построенные в 1907 году, имели турбины, напрямую соединенные с гребными винтами, и успешное использование турбин на этих двух гигантах положило начало массовому применению турбин на морских судах. Турбина меньше по размеру, эффективнее и требует меньше технического обслуживания, чем поршневой двигатель, поэтому турбины стали устанавливать и на небольших судах. Тем не менее в 1952 году тоннаж судов с поршневыми двигателями был почти вдвое больше, чем тоннаж судов с турбинами.