SVETOZOR

Ekonomika a ekonómia     Veda a technika     Filozofia     Príroda    
História     Kultúra a umenie     Zdravie     Školské vedomosti    
Stavebníctvo a architektúra     Naj, naj, naj     Svet     Ostatné     Home
Victorian - prvý transatlantický parník poháňaný parnými turbínami
Victorian - prvý transatlantický parník poháňaný parnými turbínami


História lodí poháňaných parnými turbínami


Na konci devätnástého storočia sa začínajú používať prvé parné turbíny k pohonu námorných lodí. K tomu účelu sa používajú podobné turbíny ako v priemysle na pohon strojov, len sú istým spôsobom prispôsobené novému účelu.

K prvému použitiu parnej turbíny k pohonu lode došlo v roku 1894. Použil ho Parsons na Turbinii, malej torpédovej lodi, ktorá bola schválne postavená za týmto účelom. Pri skúškach s touto loďou bolo možné pozorne sledovať kavitáciu a bola zistená nutnosť nahradiť pôvodné usporiadanie s jednou lodnou skrutkou, usporiadaním s troma parnými turbínami s vysokým, stredným a nízkym tlakom, z ktorých každá by poháňala vlastný hriadeľ, ktorý by bol vybavený tromi lodnými skrutkami malého priemeru. Keď sa urobila celá rada zmien, hlavne čo sa týka lodných skrutiek, dosiahla sa rýchlosť 31,5 uzla po dobu troch hodín a maximálna rýchlosť 34,5 uzla. Vzhľadom k týmto výsledkom dala britská admiralita stavať dva torpédoborce veľmi veľkých rozmerov. Boli to Viper a Cobra, ktoré boli zaradené do služby v roku 1900. Počas trojhodinového pokusu pri silnom vlnobití, dosiahla pri indikovanom výkone 1200 koní priemernú rýchlosť 34,89 uzla, garantovaná rýchlosť bola 31 uzlov. Pri tejto rýchlosti bola spotreba uhlia na jednu indikovanú konskú silu výkonu 1,08 kg. Tieto skúšky boli prerušené, stratou obidvoch lodí. Cobra bola pretrhnutá na dvoje výbuchom parného kotla, a Viper stroskotala na pobrežných skalách pri Guernesney. Britská admiralita potom dala postaviť ešte štyri lode, z ktorých jedna bol torpédoborec Velot a druhá krížnik Amethyst ktorého rýchlosť bola 23 uzlov.

Počas pokusov konaných britskou admiralitou, použil Parsons svojich turbín tiež ku pohonu lodí určených na dopravu cestujúcich. Stalo sa to najskôr u dvoch lodí, konajúcich službu v Clydskom zálive. Boli to lode King Eduard a Queen Alexandra, ktoré mali rýchlosť 20 a 21 uzlov a pri výkone 3000 koní mali spotrebu 0,60 kg uhlia na jednu indikovanú konskú silu. Parsonsové turbíny boli tiež použité pri niekoľkých jachtách. A tiež dve britské spoločnosti London Brighton and South Coast R. a South Eastern and Chatham R. odovzdali dve turbínové lode, z ktorých jedna premáva medzi Dieppe a Newhaven a druhá medzi Doverom a Calais.

Loď Queen je dlhá 94,50 m, vo vnútri je široká 7,62 m a môže prijať až 1250 pasažierov a je vybavená na svoju dobu všetkým pohodlím.

Pohľad na parné turbíny lode Queeen
Pohľad na parné turbíny lode Queeen

Loď Queen má tri parné turbíny, prostredná turbína je na vysoký tlak, krajné turbíny sú na nízky tlak. Stredný hriadeľ má jednú lodnú skrutku (vrtuľu), krajné hriadele majú po dvoch lodných skrutkách. Stredný hriadeľ koná 500 otáčok za minútu, krajné hriadele 700 otáčok za minútu. Za normálneho chodu sa privádza para z kotla s tlakom 10,5 kg najprv k strednej turbíne, ktorá má päťnásobnú expanziu, a odtiaľ prichádza do oboch krajných turbín, kde konečne expanduje na tlak v kondenzátore. Celková expanzia je 125 násobný objem pôvodného množstva. Keď loď pristáva, pôsobia len krajné lodné skrutky (vrtule), a šupátka, ktoré ovláda strojník umožňujú použiť účinok pary použiť buď ku chodu vpred alebo vzad, buď v jednej z krajných turbín, alebo v oboch súčasne. Pri pokusoch sa pri výkone 8 000 konských síl dosiahla rýchlosť 22 uzlov, a pri chode dozadu rýchlosť 13 uzlov. Veľmi zaujímavý bol nasledujúci pokus: loď plávala rýchlosťou 20 uzlov, a keď sa náhle obrátil chod lodných skrutiek (vrtúľ), zastavila sa, preplávajúc 2 a 1/2 vlastnej dĺžky. Táto rýchlosť zastavenia je veľmi dôležitá zvlášť za hmly.

Francúzsko tiež nezostalo pozadu. Rateauové turbíny, ktoré vyrába strojáreň Sautter Harlé, sa skúšajú nie len na torpédových lodiach francúzského námorníctva, ale aj na mnohých cudzích lodiach. Francúzska torpédovka č. 243, ktorá bola zostrojená závodom Les forges et chantiers de la Méditerranée v Havre, je vybavená dvoma turbínami Rateauovho systému, z ktorých každá má výkon 900 koní. Táto loď je v pravidelnej prevádzke a slúži ku porovnávacím pokusom s lodnými skrutkami (vrtuľami). Druhá menšia torpédovka má byť poháňaná Rateauovou turbínou o sile 900 koní. Na tejto lodi sa vykonávajú pokusy s novou sústavou kotla na kúrenie petrolejom. V Británii boli použité Rateauové turbíny presláveným výrobcom torpédoviek Jarrovom pri lodi z výtlakom 140 ton, ktorá sa úplne podobá lodi Tarantula, ktorá bola tiež vyrobená firmou Jarrow et Cie a taktiež vybavená troma Parsonsovými parnými turbínami. Tieto turbíny majú efektívny výkon 2 000 koní. Pri prvej plavbe v novembri 1903 bola dosiahnutá rýchlosť 25 uzlov. Pri ďalších pokusoch v januári a marci 1904 bola dosiahnutá rýchlosť 26,4 uzla.

Na obrázku nad článkom je prvý transatlantický parník poháňaný parnými turbínami, ktorý bol spustený na vodu v lodenici firmy Workman , Clark & Co. v Belfaste 25 augusta 1904. Táto loď je určená pre Allanovú líniu a dostala meno Victorian. Je dlhá 164,5 m, 18 m široká a má výtlak 12 000 ton. K pohonu slúžia tri Parsonsové turbíny, z ktorých stredná pracuje s parou vysokého tlaku.

U lodí poháňaných lodnými skrutkami (vrtuľami), je pohyb v pred uskutočňovaný reakciou vody na povrch skrutkových plôch, ktoré vzniká následkom otáčania skrutky (vrtule) vo vode, ktorá mu je oporou. Výsledný hnací tlak sa prenáša na loď pomocou operných ložísk skrutkového hriadeľa. Tieto ložiská musia byť veľmi silné, ich konštrukcia musí byť veľmi dôkladná a ich udržovanie v potrebnom stave svedomité. Ak sa ku pohonu lodných skrutiek použijú parné turbíny, môže sa tlak na ložisko zachytiť samotnou parnou turbínou a tým sa môžu operne ložiska značne odľahčiť. Pri Parsonovej turbíne, ktorá je poháňaná parou, ktorá sa rozpína v obežných kanáloch, stačí odstrániť kompenzačné piesty, ktoré zachytávajú axiálny tlak, a tento potom pôsobí proti axiálnemu tlaku skrutky. Pri Rateauovej turbíne (na obrázku) stačí usporiadať na zadnej časti turbíny bubon M, na obvode ktorého sú umiestnené posledné otáčavé lopatky turbíny. Bubon je z jednej strany podrobený axiálnemu tlaku pary a z druhej strany tlaku kondenzátorovému; rozdiel oboch tlakov vyvažuje axiálny tlak lodnej skrutky (vrtule).

Druhá podmienka, ktorú je nutné splniť pri lodných turbínach, je umožniť pohyb lode dopredu a tiež dozadu. Je potrebný vratný chod turbíny, táto podmienka sa pri obyčajných turbínach vyskytuje len veľmi zriedkavo. Pre tento účel Parsons vymyslel rozmanité usporiadania, ktoré je zobrazené na obrázku.

Pozdĺžne rezy – 1 – Rez Parsonsovou lodnou turbínou  2 - rez Reteauovou lodnou turbínou
1 – Pozdĺžny rez Parsonsovou lodnou turbínou
2 - Pozdĺžny rez Reteauovou lodnou turbínou

Toto usporiadanie spočíva na tom, že sa umiestni na zadnom konci turbíny A ešte menšia turbína B, ktorá pôsobí na ten istý hriadeľ MN, ktorého lopatky sú opačne zakrivené vzhľadom na lopatky turbíny A. Turbína B vyfukuje do toho istého kondenzátoru ako turbína A. Pre obrátenie chodu lode stačí uzavrieť otvor a, ktorým sa privádza para k turbíne A a otvoriť otvor b, ktorým prichádza para z kotla k turbíne b. Jediné šupátko, ktorým strojník pohybuje, privádza paru buď ku jednej alebo ku druhej turbíne. Ak pracuje jedna turbína, druhá sa otáča na prázdno. Problémom tohto jednoduchého usporiadania je, že sa zväčšuje dĺžka turbíny a následkom toho potrebuje viac miesta. Z tejto príčiny je možné dať turbíne pre spätný chod menšie rozmery, turbína je ale potom pri spätnom chode dosť slabá.

Rateau tiež pre spiatočný chod používa turbínu M, ktorá má lopatky opačne zakrivené vzhľadom na lopatky hlavnej turbíny. Obracanie chodu sa deje rovnako ako v predchádzajúcom prípade tým, že sa uzavrie prístup pary do jednej a otvorí do druhej turbíny. Výfuk sa deje taktiež spoločnou rúrou do kondenzátoru.

To sú v podstate hlavné rozdiely, ktorými sa lodné parné turbíny líšia od obyčajných parných turbín. Musíme si však všimnúť veľmi dôležitého javu, ktorý vážne komplikuje použitie parných turbín k pohonu lodí, a príčinou ktorého je vysoká rýchlosť parných turbín.

Tento jav sa nazýva kavitácia čiže dutina vytvorená v kvapaline. Tento jav bol prvý raz pozorovaný na prelome devätnásteho a dvadsiateho storočia Normandom, avšak

Kavitácia
Kavitácia                      

jeho dôležitosť sa s poznala o niečo neskôr v Anglicku, najskôr pri lodi Daring a potom pri lodi na ktorú Parsons umiestnil svoju prvú turbínu. Podľa Parsonsových skúsenosti, sa tento jav prejavuje takto: Ak vzrastie obvodová rýchlosť lodnej skrutky (vrtule) príliš značne vzhľadom na rýchlosť lode, tak že je väčší než 50 až 60 metrov za sekundu, utvorí sa okolo lodnej skrutky vo vode dutina, ktorej objem sa zväčšuje tým viac, čím viac vzrastá rýchlosť lodnej skrutky. Dutina nakoniec nadobudne valcovitý tvar, ako vidíme na obrázku. Lodna skrutka sa potom otáča v prázdnu, a len jeho krajné časti pôsobia na vodu. Zdá sa, že za tejto vysokej rýchlosti nemôže voda dosť rýchlo postupovať pozdĺž osy skrutky, aby dutinu vyplnila. Parsonsové pokusy sa vykonávali v nádrži so stojatou vodou, v ktorej sa otáčala lodná skrutka. V mori nie je táto relatívna nehybnosť vody vzhľadom k lodi, tam dutina síce tiež vzniká, ale nie je tak výrazná ako tá čo bola pozorovaná v nádrži. Veľká časť energie vynaložená na otáčanie lodnej skrutky sa spotrebuje len na vytváranie tejto dutiny. Aby sa odstránil tento závažný problém, došlo ku zníženiu obvodovej rýchlosti lodnej skrutky zmenšením jej priemeru a súčasne ku zmene jej stúpania a jej tvaru krídiel. Ale potom sa stala plocha lodnej skrutky príliš malá na pohon lode náležitou rýchlosťou a muselo byť použitých viac lodných skrutiek. Začalo sa používať viac hriadeľov vedľa seba (obvykle tri) z ktorých každý je poháňaný vlastnou parnou turbínou, a na každom hriadeli je jedna až tri lodné skrutky (vrtule).

Otázka najvhodnejšieho tvaru krídel lodnej skrutky (vrtule), aby sa dosiahla čo najväčšia rýchlosť, je v podstate veľmi chúlostivá. Dlho nebola vyriešená a bola predmetom dôkladných štúdii vo Francúzsku, Veľkej Británii a Nemecku. Vo všeobecnosti sa ale pripúšťalo, že za daných okolností je pohon lode parnými turbínami výhodný až vtedy, keď rýchlosť lode dosiahne 20 uzlov, to je 37 km/h.

Stručne zhrnieme výhody lodných parných turbín; nehľadiac k výhodám termickým, zmienime sa tiež o otázkach ktoré ešte bolo treba riešiť, aby sa ich použitie v tomto smere stalo úplne praktickým. Hmotnosť parnej turbíny, ktorá pripadá na jednu konskú silu výkonu, je pomerne malá, predstavuje len asi 3/4 hmotnosti obyčajného parného stroja rovnakého výkonu. Z toho vyplýva menší objem lode a sila, ktorá je potrebná ku dosiahnutiu žiadanej rýchlosti, je tiež menšia než pri obyčajnom parnom stroji. Následkom toho sa tiež spotrebuje menej uhlia. Okrem toho je spotreba miesta na výšku tiež menšia, než pri stojatých parných strojoch, ktorých sa všeobecne používa. A nakoniec otrasy lode pochádzajúce od pohonného systému, pokiaľ nie sú úplne potlačené, tak sú aspoň veľmi oslabené.

Oproti týmto výhodám stojí nevýhoda vyššej spotreby pary pri nižších rýchlostiach, ktorá však nemá veľký význam pre lode transatlantické, ktoré idú vždy, až na vzácne výnimky, tou istou rýchlosťou. Avšak táto nevýhoda je veľmi závažná pri vojnových lodiach, ktoré väčšinou plávajú nižšou rýchlosťou. Aby sa odstránil tento nedostatok, je možné postaviť vedľa parných turbín malý parný stroj, ktorý otáča stredným hriadeľom nezávisle na turbínach, ktorý by poháňal loď pri malých rýchlostiach a pri spätnom chode. Aby sa chod urýchlil, pridáva sa pozvoľna turbínam para, medzi tým čo parný stroj stále pracuje, až sa dosiahne najvyššej rýchlosti. Toto riešenie bolo použité pri Jarrowovej lodi, poháňanej Rateauovými turbínami; o tom že sa toto riešenie osvedčilo veľmi dobre, je možné zistiť zo správy ktorú Rateau podal 25 marca 1904 ústavu Naval Architects v Londýne.




SVETOZOR
© Všetky práva vyhradené. All rights reserved