«Титаник». Рождение и гибель - Алексей Широков

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 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/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, расположенных 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