No último artigo, examinamos as questões relacionadas à instalação das caldeiras Nikloss no Varyag - a maior parte das batalhas na Internet em torno da usina do cruzador são dedicadas a essas unidades. Mas é estranho que, atribuindo tamanha importância às caldeiras, a esmagadora maioria dos interessados neste assunto negligencie completamente as máquinas a vapor do cruzador. Enquanto isso, um grande número de problemas identificados durante a operação do "Varyag" estão associados a eles. Mas, para entender tudo isso, é necessário primeiro refrescar a memória do projeto das máquinas a vapor de navios no final do século passado.
Na verdade, o princípio de funcionamento de uma máquina a vapor é bastante simples. Há um cilindro (geralmente localizado verticalmente em máquinas de navios), dentro do qual há um pistão capaz de se mover para cima e para baixo. Suponha que o pistão esteja no topo do cilindro - então o vapor é fornecido sob pressão para o orifício entre ele e a tampa superior do cilindro. O vapor se expande, empurrando o pistão para baixo e assim ele atinge o ponto inferior. Depois disso, o processo é repetido "exatamente o oposto" - o orifício superior é fechado e o vapor é fornecido ao orifício inferior. Ao mesmo tempo, a saída de vapor se abre do outro lado do cilindro, e enquanto o vapor empurra o pistão de baixo para cima, o vapor gasto na parte superior do cilindro é deslocado para a saída de vapor (o movimento do o vapor de exaustão no diagrama é indicado pela seta azul pontilhada).
Assim, a máquina a vapor proporciona o movimento alternativo do pistão, mas para convertê-lo em rotação do eixo do parafuso, é utilizado um dispositivo especial denominado mecanismo de manivela, no qual o virabrequim desempenha um papel importante.
Obviamente, para garantir o funcionamento da máquina a vapor, os rolamentos são extremamente necessários, graças aos quais tanto o funcionamento do mecanismo de manivela (transmissão do movimento do pistão ao virabrequim) quanto a fixação do virabrequim rotativo são realizados.
Também deve ser dito que, na época em que o Varyag foi projetado e construído, o mundo inteiro na construção de navios de guerra há muito havia mudado para motores a vapor de tripla expansão. A ideia de tal máquina surgiu porque o vapor gasto no cilindro (como mostrado no diagrama superior) não perdia completamente sua energia e podia ser reutilizado. Portanto, eles o fizeram - primeiro o vapor fresco entrou no cilindro de alta pressão (HPC), mas após completar seu trabalho, não foi "jogado" de volta nas caldeiras, mas entrou no próximo cilindro (pressão média ou HPC) e novamente empurrou o pistão nele. É claro que a pressão do vapor que entra no segundo cilindro diminuiu, razão pela qual o próprio cilindro teve que ser feito com um diâmetro maior que o HPC. Mas isso não foi tudo - o vapor que havia funcionado no segundo cilindro (LPC) entrou no terceiro cilindro, chamado de cilindro de baixa pressão (LPC), e continuou seu trabalho já nele.
Nem é preciso dizer que o cilindro de baixa pressão deve ter um diâmetro máximo em comparação com o resto dos cilindros. Os projetistas fizeram com mais facilidade: o LPC acabou sendo muito grande, então, em vez de um LPC, eles fizeram dois e as máquinas passaram a ser de quatro cilindros. Paralelamente, o vapor foi fornecido simultaneamente para os dois cilindros de baixa pressão, ou seja, apesar da presença de quatro cilindros de “expansão”, restaram três.
Esta breve descrição é suficiente para entender o que havia de errado com os motores a vapor do cruzador Varyag. E "errado" com eles, havia, aliás, tanto que o autor deste artigo acha difícil saber exatamente por onde começar. Descrevemos a seguir os principais erros cometidos no projeto dos motores a vapor do cruzador e tentaremos descobrir quem, afinal, foi o culpado por eles.
Portanto, o problema nº 1 era que o projeto da máquina a vapor obviamente não tolerava tensões de flexão. Em outras palavras, um bom desempenho só poderia ser esperado quando a máquina a vapor estivesse totalmente nivelada. Se essa base começar a dobrar repentinamente, isso criará uma carga adicional no virabrequim, que corre ao longo de quase todo o comprimento da máquina a vapor - ele começa a dobrar, os rolamentos que o seguram rapidamente se deterioram, aparece a folga e o virabrequim se desloca, é por isso que os mancais da manivela já sofrem - mecanismo de biela e até mesmo pistões de cilindro. Para evitar que isso aconteça, a máquina a vapor deve ser instalada em uma base sólida, mas isso não foi feito no Varyag. Seus motores a vapor tinham apenas uma base muito leve e, na verdade, estavam presos diretamente ao casco do navio. E o corpo, como você sabe, “respira” na onda do mar, ou seja, ele se dobra durante o rolamento - e essas dobras constantes levavam à curvatura dos virabrequins e ao “afrouxamento” dos rolamentos das máquinas a vapor.
Quem é o culpado por essa falha de design do Varyag? Sem dúvida, a responsabilidade por essa falta do navio deveria ser atribuída aos engenheiros da firma de C. Crump, mas … há certas nuances aqui.
O fato é que tal projeto de motores a vapor (quando aqueles sem uma fundação rígida eram instalados no casco do navio) era geralmente aceito - nem Askold nem Bogatyr tinham fundações rígidas, mas os motores a vapor funcionavam perfeitamente neles. Porque?
Obviamente, a deformação do virabrequim será tanto mais significativa quanto maior for o seu comprimento, ou seja, quanto maior for o comprimento da própria máquina a vapor. O Varyag tinha dois motores a vapor, enquanto o Askold tinha três. Por design, os últimos também eram motores a vapor de expansão tripla de quatro cilindros, mas devido à sua potência significativamente menor, eles tinham um comprimento significativamente menor. Devido a esse efeito, a deflexão da carroceria nas máquinas Askold acabou sendo muito mais fraca - sim, eram, mas, digamos, "dentro do razoável" e não levaram a deformações que desabilitariam as máquinas a vapor.
Na verdade, foi originalmente assumido que a potência total das máquinas Varyag era de 18.000 hp, respectivamente, a potência de uma máquina era de 9.000 hp. Mais tarde, porém, Ch. Crump cometeu um erro muito difícil de explicar, a saber, ele aumentou a potência dos motores a vapor para 20.000 hp. Fontes geralmente explicam isso pelo fato de que Ch. Crump aceitou por causa da recusa do MTK em usar explosão forçada durante os testes do cruzador. Seria lógico que Ch. Crump, simultaneamente ao aumento da potência das máquinas, também aumentasse a produtividade das caldeiras do projeto Varyag para os mesmos 20.000 CV, mas nada disso aconteceu. A única razão para tal ato poderia ser a esperança de que as caldeiras do cruzador excedessem a capacidade estabelecida pelo projeto, mas como isso poderia ser feito sem recorrer a forçá-las?
Aqui já uma de duas coisas - ou Ch. Crump ainda esperava insistir em testar ao forçar as caldeiras e temia que as máquinas não "esticassem" sua potência aumentada, ou por alguma razão obscura, ele acreditava que as caldeiras de Varyag e sem forçar, uma potência de 20.000 hp será alcançada. Em qualquer caso, os cálculos do cap. Crump acabou se enganando, mas isso levou ao fato de que cada máquina cruiser tinha uma potência de 10.000 hp. Além do aumento natural da massa, é claro, as dimensões das máquinas a vapor também aumentaram (o comprimento chegou a 13 m), enquanto as três máquinas Askold, que deveriam mostrar 19.000 cv. potência nominal, deve ter apenas 6 333 cv. cada um (infelizmente, seu comprimento é, infelizmente, desconhecido para o autor).
Mas e quanto a "Bogatyr"? Afinal, ele era, como o Varyag, de dois eixos, e cada um de seus carros tinha quase a mesma potência - 9.750 cv. contra 10.000 hp, o que significa que tinha dimensões geométricas semelhantes. Mas deve-se notar que o casco do Bogatyr era um pouco mais largo do que o do Varyag, tinha uma relação comprimento / largura ligeiramente menor e, no todo, parecia ser mais rígido e menos sujeito a deflexão do que o casco do Varyag. Além disso, é possível que os alemães tenham fortalecido o alicerce relativo àquele sobre o qual se erguiam as locomotivas a vapor do Varyag, ou seja, se não era semelhante às que eram recebidas por navios mais modernos, ainda apresentava uma resistência melhor do que as fundações do Varyag. No entanto, esta pergunta pode ser respondida somente após um estudo detalhado das plantas de ambos os cruzadores.
Assim, a falha dos engenheiros da empresa Crump não foi que eles tivessem colocado uma base fraca para as máquinas Varyag (como, ao que parece, fizeram o resto dos construtores navais), mas que eles não viram e não perceberam a necessidade para garantir a “inflexibilidade» Máquinas com corpo mais forte ou transição para esquema de três parafusos. O fato de um problema semelhante ter sido resolvido com sucesso na Alemanha, e não apenas pelo extremamente experiente Vulcan, que construiu o Bogatyr, mas também pelo de segunda categoria e sem nenhuma experiência na construção de grandes navios de guerra de acordo com seu próprio projeto pela Alemanha, atesta longe não a favor dos construtores americanos. Porém, para ser justo, deve-se notar que MTK também não controlou este momento, mas deve-se entender que ninguém lhe incumbiu de monitorar cada espirro dos americanos, e isso não foi possível.
Mas, infelizmente, esta é apenas a primeira e talvez nem mesmo a mais significativa desvantagem das máquinas a vapor do mais novo cruzador russo.
O problema nº 2, que aparentemente era o principal, era o projeto defeituoso dos motores a vapor Varyag, que foram otimizados para a alta velocidade do navio. Em outras palavras, as máquinas funcionaram bem perto da pressão máxima de vapor, caso contrário, os problemas começaram. O fato é que quando a pressão do vapor cai abaixo de 15,4 atmosferas, os cilindros de baixa pressão deixam de desempenhar sua função - a energia do vapor que entra neles não é suficiente para acionar o pistão no cilindro. Conseqüentemente, em movimentos econômicos, a "carroça começou a conduzir o cavalo" - os cilindros de baixa pressão, em vez de ajudarem a girar o virabrequim, eram eles próprios acionados por ele. Ou seja, o virabrequim recebia energia dos cilindros de alta e média pressão, e a gastava não apenas na rotação do parafuso, mas também na garantia da movimentação dos pistões em dois cilindros de baixa pressão. Deve ser entendido que o projeto do mecanismo de manivela foi projetado pelo fato de que era o cilindro que acionaria o virabrequim através do pistão e do cursor, mas não o contrário: como resultado de tal imprevisto e não uso trivial do virabrequim, sofreu tensões adicionais não previstas em seu projeto, o que também levou à falha dos rolamentos que o seguram.
Na verdade, pode não ter havido um problema particular nisso, mas apenas sob uma condição - se o projeto das máquinas previsse um mecanismo que desconecta o virabrequim dos cilindros de baixa pressão. Então, em todos os casos de operação com pressão de vapor inferior à ajustada, bastava "apertar o botão" - e o LPC deixava de carregar o virabrequim, porém tais mecanismos não estavam previstos no projeto do "Varyag "máquinas.
Posteriormente, o engenheiro I. I. Gippius, que supervisionou a montagem e ajuste dos mecanismos dos destruidores em Port Arthur, realizou um exame detalhado das máquinas Varyag em 1903 e escreveu todo um artigo de pesquisa baseado em seus resultados, indicando o seguinte nele:
“Aqui o palpite é que a planta da Crump, com pressa em entregar o cruzador, não teve tempo de ajustar a distribuição do vapor; a máquina rapidamente se estragou e no navio, naturalmente, começaram a consertar as peças que mais sofriam do que outras em termos de aquecimento, batidas, sem eliminar a causa raiz. Em geral, é sem dúvida uma tarefa extremamente difícil, senão impossível, endireitar por meio de navio um veículo que inicialmente estava com defeito de fábrica."
É óbvio que Ch. Crump é o único culpado por essa deficiência da usina Varyag.
O problema número 3, em si, não era particularmente sério, mas em combinação com os erros acima deu um "efeito cumulativo". O fato é que durante algum tempo, ao projetar motores a vapor, os projetistas não levaram em consideração a inércia de seus mecanismos, fazendo com que estes estivessem constantemente expostos a esforços excessivos. No entanto, na época em que o Varyag foi criado, a teoria de equilibrar as forças de inércia das máquinas já havia sido estudada e espalhada por toda parte. É claro que sua aplicação exigia cálculos adicionais do fabricante da máquina a vapor e criava algumas dificuldades para ele, o que fazia com que o custo da obra como um todo aumentasse. Assim, o MTC em seus requisitos, infelizmente, não indicou a aplicação obrigatória desta teoria no projeto de motores a vapor, e Ch. Crump, aparentemente, decidiu economizar nisso (é difícil imaginar que ele próprio, e nenhum de seus engenheiros têm qualquer coisa sobre isso, eles não conheciam a teoria). Em geral, seja sob a influência da ganância, ou por causa de incompetência banal, mas as disposições desta teoria ao criar as máquinas Varyag (e, a propósito, o Retvizan) foram ignoradas, como resultado do que as forças de inércia renderam Ação "muito desfavorável" (segundo I. I. Gippius) sobre os cilindros de média e baixa pressão, contribuindo para o rompimento do funcionamento normal das máquinas. Em condições normais (se a máquina a vapor fosse fornecida com uma base confiável e não houvesse problemas com a distribuição de vapor), isso não levaria a avarias, e assim …
A culpa por essa falta de motores a vapor "Varyag" deve, muito provavelmente, ser atribuída a Ch. Crump e ao MTK, que permitiu a formulação vaga do pedido.
O problema nº 4 era o uso de um material muito específico em rolamentos para motores a vapor. Para tanto, utilizavam-se bronzes de fósforo e manganês, os quais, até onde o autor sabe, não eram amplamente utilizados na construção naval. Como resultado, aconteceu o seguinte: devido aos motivos acima, os rolamentos das máquinas "Varyag" falharam rapidamente. Eles tiveram que ser consertados ou substituídos pelo que estava disponível em Port Arthur, e lá, infelizmente, não havia tais delícias. Como resultado, surgiu uma situação em que a máquina a vapor trabalhava com rolamentos feitos de materiais de qualidades completamente diferentes - o desgaste prematuro de alguns causava tensões adicionais em outros, e tudo isso também contribuía para o rompimento do funcionamento normal das máquinas.
A rigor, este é talvez o único problema cuja "autoria" não pode ser estabelecida. O fato de os fornecedores da Ch. Crump escolherem esse material não poderia, de forma alguma, causar uma reação negativa de ninguém - aqui eles estavam completamente por conta própria. Estava claramente além das capacidades humanas assumir o estado catastrófico da usina Varyag, prever suas causas e fornecer a Port Arthur os materiais necessários, e dificilmente foi possível fornecer os graus de bronze necessários "para o caso" ali, dada a enorme quantidade de todos os materiais para o esquadrão, cuja necessidade era conhecida com certeza, mas cujas necessidades não podiam ser satisfeitas. Culpar os engenheiros mecânicos que consertaram as máquinas Varyag? É improvável que tivessem a documentação necessária que lhes permitisse prever as consequências de seus reparos e, mesmo sabendo disso, o que poderiam mudar? Eles ainda não tinham outras opções.
Resumindo nossa análise da usina do cruzador "Varyag", devemos afirmar que as deficiências e erros de projeto dos motores a vapor e das caldeiras se complementavam "esplendidamente". Tem-se a impressão de que as caldeiras e motores a vapor de Nikloss fizeram um pacto de sabotagem contra o cruzador em que foram instalados. O perigo de acidentes com caldeiras forçou a tripulação a estabelecer uma pressão de vapor reduzida (não mais do que 14 atmosferas), mas isso criou condições nas quais os motores a vapor do Varyag tiveram que se tornar rapidamente inutilizáveis e os mecânicos do navio nada puderam fazer a respeito. No entanto, consideraremos com mais detalhes as consequências das decisões de projeto das máquinas e caldeiras Varyag posteriormente, quando analisarmos os resultados de sua operação. Em seguida, daremos a avaliação final da usina do cruzador.
