Виды судовых двигателей

Когда человек начал создавать средства для передвижения и перевозки грузов, роль двигателя принадлежала течению и ветру. Вполне понятно, что движение судна было крайне ограниченным. Появление весел, а значит, и использование мускульной силы гребцов, позволило намного расширить и направления движения судов, и дальность водных маршрутов.

Но и это не могло удовлетворить человека. Более удобными и маневренными стали парусные суда, когда люди научились использовать силу воздушных течений. Однако и парусный флот был подчинен силам природы. Ведь ветер бывает разной силы, имеет свое направление. Но еще хуже, когда его вовсе нет, ведь без него парусное судно становится неподвижным.

Но в XVII в. были изобретены паровой котел и паровая поршневая машина, что вызвало переворот в области судоходства. Теперь движение судна перестало зависеть от капризов ветра.

И все же паровые машины были несовершенны, их коэффициент полезного действия по отношению к теплотворной способности топлива очень мал, в то время как расход самого топлива был велик. Требовались более мощные судовые установки, поскольку размеры судов увеличивались.

В конце XIX в., а точнее с 1894 года, на вновь строящихся судах стали применять паровые турбины. Это уже был новый вид двигателя.

Преимущества паровой турбины — небольшие размеры, экономичность, равномерность работы.

Но наряду с этим паровая турбина имеет и недостатки. Дело в том, что такой вид двигателя нереверсивный — он не может изменить направление своего вращения. При таком положении судно не имеет заднего хода, и поэтому приходится устанавливать еще одну турбину. Ее мощность наполовину меньше мощности турбины переднего хода. Ясно, что при этом маневренность судна снижается.

Поскольку скорость вращения вала турбины очень большая (до 7000 об/мин), к гребному валу крепят зубчатую передачу, так называемый редуктор. Эта передача уменьшает число оборотов до 200—250 в минуту, то есть на столько, сколько требуется для эффективности работы гребного винта. Следует заметить, что редукторы имеют большие размеры и массу.

Поэтому использование паровых турбин на судах в настоящее время сократилось.

Самым распространенным двигателем на современных судах является двигатель внутреннего сгорания — ДВС. Его можно сравнить с паровой поршневой машиной. Вспомните: в последних поршень, кривошипно-шатунный механизм и коленчатый вал приводятся в движение воздействием пара, поступающего в полости цилиндра по обе стороны поршня. В ДВС этот промежуточный агент — пар — отсутствует. Здесь топливо сжигается непосредственно в цилиндре. При этом образуются газы, которые, как и пар, двигают поршень и связанный с ним кривошипно-шатунный механизм.

Мы сравнили ДВС с паровой машиной для того, чтобы читатель смог убедиться в исключительной экономичности первого. Необходимо запомнить, что ДВС потребляет примерно в 10 раз меньше топлива, чем паровая машина, а по сравнению с паровой турбиной — в полтора раза. К преимуществам тихоходных ДВС относится и то, что они работают на небольших оборотах (100—250 об/мин). Это позволяет передать энергию вращения непосредственно на гребные валы, без редуктора, что, разумеется, намного увеличивает экономичность такого судна.

Недостатком ДВС считают громоздкость и большую массу. Масса современного ДВС около 700—800 т; длина его — до 25 м, а высота больше пятиэтажного дома — почти 17 м. Кроме того, использование кривошипно-шатунного механизма в сочетании с прямолинейно-возвратным движением массивных поршней и шатунов приводит к большим инерционным нагрузкам.

Перспективным судовым двигателем с большой мощностью и сравнительно малым весом является газовая турбина. Ее особенностью в отличие от паровой, есть то, что здесь нет котла. Пока что такие турбины расходуют немного больше топлива, чем обычные ДВС, но зато они менее требовательны к качеству самого топлива. Кроме того, газовые турбины могут быть быстрее подготовлены к эксплуатации.

На судах с такими установками изменение направления вращения вала — реверсирование — производится при помощи турбины заднего хода, редуктора или электропередачи. При этом использование гребных винтов регулируемого шага дает возможность осуществлять движение судна вперед или назад, хотя машина работает на передний ход.

Кстати, шаг винта — это путь в направлении оси, который проходит любая точка поверхности винта за один его оборот.

В нашей стране производятся такие газотурбинные установки, которые состоят из двух турбин. Они приводят в движение винт регулируемого шага, их работа полностью автоматизирована, а управление осуществляется из рулевой рубки — дистанционно.

Почему же газотурбинные установки не получают широкого применения? Ведь экономическая выгода их очевидна. Объясняется это отсутствием недорогих материалов, способных выдержать в течение длительного времени очень высокие температуры. А при более низких температурах экономичность работы газовых турбин намного уменьшается.