Механизмы и системы
Главная энергетическая установка
Главная энергетическая установка включала в свой состав два дизель-генератора фирмы "Paxman-Rickardo" марки "6 RXS" и два гребных электромотора.
1. Основные размеры и параметры
Дизель четырехтактный, форкамерный, бескомпрессорный, тронковый, простого действия, шестицилиндровый, мощностью 400 л.с., при 825 об./мин.
Диаметр поршня — 241,3 мм, ход поршня — 304,8 мм. Давление сжатия — 36 кг/см2. Давление вспышки при 825 об./мин. — 54,3 кг/см2. Давление пускового воздуха — 34 кг/см2. Расход топлива— 185 г/э.л.с. в час. Длина дизеля наибольшая около 3320 мм, а с генератором — 4560 мм. Ширина: наибольшая—около 1040 мм, по фундаментной раме—около 930 мм. Высота от оси коленчатого вала—около 1520 мм, общая — около 1920 мм. Расстояние от оси коленчатого вала до нижней кромки картера — 400 мм.
2. Конструктивные элементы
Коленчатый вал. Общая длина коленчатого вала—3031 мм. Диаметр рамовых шеек — 165 мм, мотылевых — 152,5 мм. Длина рамовой шейки — 116,5 мм, мотылевой— 112 мм. Вал был изготовлен из стали.
Крышка рабочего цилиндра — из чугунного литья. В крышке размещались два рабочих клапана — всасывающий и выхлопной, форкамера с форсункой и индикаторным клапаном, предохранительный клапан. Крышка крепилась к блоку на четырех шпильках.
В нижнюю доску крышки запрессовывались гнезда рабочих клапанов из жаростойкой стали. Стойка оси рабочих клапанов закреплялась на фланце корпуса форкамеры при помощи сварки. На нижней доске крышки имелся уплотнительный буртик.
Блок и картер дизеля, стальные, выполнялись в виде одной целой сварной конструкции. Блок был устроен так, что выем поршня из цилиндра можно было производить через картер не снимая рабочей крышки.
Поддон картера изготавливался из листовой стали. В поддоне помещалось 200 л циркуляционного масла. Опоры рамовых подшипников выполнялись отдельно и крепились к раме 20 болтами и 4 шпильками диаметром 19 мм. Вкладыши рамовых подшипников — стальные, залитые баббитом.
Рабочая втулка — чугунная с буртиком в верхней части и с уплотнительным поясом внизу.
Шатун — двутаврового сечения. Вкладыши мотылевых подшипников стальные, залитые белым металлом. В теле шатуна имелся канал для подачи масла к головному подшипнику.
Поршень изготавливался из алюминиевого сплава. Поршневой палец плавающей конструкции. На поршне имелось четыре уплотнительных и два маслосъемных кольца. В верхней части образующей поршня делалась выточка, которая заливалась металлом "Nimol Iron" и в этом пояске имелась проточка под верхнее уплотнительное кольцо. Конфигурацией донышка, поршня предусматривались углубления для подъёма рабочих клапанов, а также благоприятные условия для циркуляции воздуха в камере сгорания.
Привод распределительного вала осуществлялся при помощи цепной передачи от коленчатого вала. Звездочка привода насаживалась на коленчатый вал со стороны генератора. Натяг цепи осуществлялся специальной зубчаткой, которая могла быть перемещена в горизонтальном направлении на желаемую величину.
От шестерни, насаженной на распределительный вал, приводился распределительный валик топливного насоса. Топливный насос состоял из 6 насосных элементов типа "Bosh". Форсунка гидравлическая, закрытого типа.
Дизель охлаждался дистиллированной водой по замкнутому циклу. Циркуляционный насос пресной воды центробежного типа, производительностью 27,2 т/час при 1135 об./мин., приводился от коленчатого вала. Дистиллированная вода охлаждалась в специальном трубчатом холодильнике, через который прокачивалась забортная вода. Насос забортной воды производительностью 36,8 т/час приводился от электромотора.
Температура охлаждающей воды при выходе из дизеля поддерживалась в пределах 52—65°С. Для предотвращения коррозии дизеля в дистиллированную воду вводился двухромистый калий в пропорции 0,2 г на один литр (1 фунт на 500 галлонов) воды. Ёмкость системы дистиллированной воды каждого дизеля составляла 68 л. Для дизельной установки имелся резервный бачок емкостью 590 л.
Для очистки масла в системе смазки предусматривался один масляный сепаратор системы "Laval" с электрическим подогревом масла. Производительность сепаратора составляла 360 л/час.
Масляный холодильник был общим для обоих дизелей. Холодильники дистиллированной воды были выполнены раздельно для каждого дизеля.
Глушители дизелей располагались в надстройке. Газоотводы каждого дизеля снабжались внутренним запорным клапаном и наружной захлопкой. Газоотвод присоединялся к переднему концу коллектора. Выходное отверстие газоотвода располагалось в глушителе вертикально. При открытии газоотвода захлопка занимала горизонтальное положение в ванне с водой. В глушителе имелась труба орошения. Газы из глушителя отводились в воду и в атмосферу. Труба подводного выхлопа отводилась под воду на глубину 300 мм ниже ватерлинии и не имела запорного устройства. Труба отвода газов в атмосферу снабжалась запорным клапаном с приводом из дизельного отсека. Длина глушителя-— 1,286 м, диаметр — 0,61 м.
Специальной шахты для подвода воздуха к дизелям не имелось.
Привод дизеля к генератору осуществлялся посредством эластичного соединения, которое выполнялось в виде двойного ряда пластинчатых пружин, заведенных в пазы на окружности фланцев вала дизеля и вала генератора.
Гребной валопровод. В качестве упорного подшипника на гребном валопроводе устанавливался подшипник Мичеля, рассчитанный на упорное давление 5,56 г при удельном давлении на подушки 17 кг/см2. Диаметр гребного вала — 140 мм. Дейдвудная труба внутри была облицована белым антифрикционным металлом.
Гребной винт диаметром 1,295 мм с шагом 965 мм выполнялся из марганцовистой бронзы. Винт имел три лопасти.
Для каждого дизеля имелся расходный бачок емкостью 68 л каждый. Трубы топливной системы изготавливались из красной меди. Их наружный диаметр — 25 — 19 мм. Трубопровод испытывался давлением 1,3 атм.
Приёмная часть трубопровода к насосу смазочного масла монтировалась из труб красной меди с внутренним диаметром 38 мм; испытывалась давлением 1,35 атм. Нагнетательная часть выполнялась из труб диаметром 25 мм; испытывалась давлением 6,8 кг/см2.
Магистрали забортной воды изготавливались из медных труб различного внутреннего диаметра — от 63,5 до 12,5 мм.
Таблица 10. Данные скоростных испытаний на мерной миле (по английским данным)
Скорость, узл. |
Обороты вала в минуту |
Расход топлива в час, кг |
Район плавания, миль |
Мощность на валу, л.с. |
7 |
280 |
35,4 |
7580 |
130 |
8 |
321 |
46,2 |
6500 |
135 |
9 |
363 |
64,0 |
5520 |
265 |
10 |
405 |
86,2 |
4420 |
355 |
11 |
450 |
109,0 |
3840 |
510 |
12 |
500 |
131,6 |
3500 |
640 |
3. Выводы
Конструктивные элементы дизеля
1. Преимуществом конструкции являлось широкое применение сварки при изготовлении блока дизеля. Применение сварки упрощало производство, так как в этом случае исключались громоздкие, сложные по конфигурации стальные отливки. А сочетание сварки с отливкой при изготовлении отдельных частей блока, картера или рамы разрешало проблему создания сложных, облегченных конструкций дизеля.
2. Данные о весе дизеля отсутствуют, однако сопоставляя конструкцию и габариты дизеля марки "6 RXS" с соответствующими элементами отечественного дизеля "38-К-8", можно было заключить, что если удельный вес дизеля "38-К-8" составлял около 12 кг/л.с., то удельный вес дизеля марки "6 RXS" должен был быть 15—16 кг/л.с., следовательно в конструкции рассматриваемого дизеля не были использованы все преимущества сварки, а именно — возможность снижения массы дизеля.
Тепловые параметры этого дизеля, как видно из приведенных ниже данных, были сходными с соответствующими параметрами дизеля "38-К-8".
Таблица 11. Тепловые параметры дизелей "6RXS" и "38-К-8"
Дизель модели: |
"6RXS" |
"38-К-8" |
цилиндровая мощность, отнесенная к объему, |
|
|
вытесняемому поршнем за один полный ход |
4,7 м |
4 м |
давление сжатия |
36 кг/см" |
35 кг/см2 |
давление вспышки |
54,3 кг/см" |
54 кг/см |
средняя скорость поршня при соответственно |
|
|
полных числах оборотов |
8,4 м/сек. |
8,6 м/сек. |
3. Положительным качеством этой установки являлось применение замкнутой системы циркуляции охлаждающей воды. Для устранения коррозии смываемой поверхности дизеля в воду добавлялась присадка антикоррозийного состава.
Необходимость установки дополнительного холодильника и насоса, а в связи с этим некоторое повышение удельного веса установки окупались следующими преимуществами:
а) исключалась возможность отложения накипей на омываемые водой поверхности дизеля, что позволяло поддерживать более высокой температуру охлаждающей воды, с минимально возможным перепадом температуры на входе и выходе, а это благоприятствовало тепловому режиму дизеля; плавание же корабля в южных широтах неизбежно было связано с повышением температуры охлаждающей воды;
б) замкнутая система охлаждения дизеля позволяла использовать антикоррозийные присадки в охлаждающую воду;
в) эта система позволяла использовать антифризы, что важно для кораблей, плавающих в северных широтах;
г) сокращался объём работ при текущих ремонтах, так как отпадала необходимость очистки блока и. крышек дизеля; ненужным становилось освидетельствование блока и рабочих втулок для определения величины коррозии этих частей; исключалась необходимость применения цинковых протекторов, при использовании которых происходит засорение полости охлаждения дизеля шлаком.
4. Использование поддона картера как ёмкости для циркуляционного масла давало то преимущество, что циркуляционное масло каждого дизеля заключалось в самостоятельную масляную систему; благодаря чему при пуске одного дизеля прогрев циркуляционного масла происходил быстрее, чем при общей цистерне циркуляционного масла для двух дизелей.
5. Возможность выема поршня через картер давала некоторые удобства. Однако если учесть при этом необходимость увеличения размеров картера и площади проёмов его, то вряд ли это преимущество заслуживало серьезного внимания, тем более, что установка позволяла производить выем поршня через верх.
6. Плавающая конструкция поршневого пальца была, по-видимому, наиболее надёжна и проверена в эксплуатации на дизелях и моторах в течение многих десятилетий её существования. Такая конструкция поршневого пальца нашла широкое применение также в американском дизелестроении.
7. Эластичное соединение дизеля с генератором имело преимущество по сравнению с жестким. Однако с увеличением передаваемой мощности выполнение такого соединения усложнялось.
4. Электродвижение
Установка на рассматриваемых подводных лодках главных механизмов с относительно высоким удельным весом и применение низкооборотного гребного электродвигателя с непосредственной передачей на вал в данном случае вели к потерям значительных преимуществ установки этого типа, заключавшихся в возможности снижения массы главной энергетической установки. То есть, в данном случае масса главной энергетической установки в целом оказывалась больше, чем для общепринятых тогда установок с непосредственным приводом от дизеля.
Но и в таком исполнении установка имела ряд преимуществ, как то:
а) высокая маневренность подводной лодки, позволявшая быстро изменять режимы движения, обеспечивается быстротой реверса;
б) благодаря отсутствию соединительной муфты между дизелем и гребным, электромотором повышалась готовность подводной лодки к погружению; исключалась возможность заклинивания муфт, задержки в "опорожнении гидромуфт;
в) дизель работал при постоянном благоприятном режиме нагрузки, благодаря чему обеспечивался наиболее высокий коэффициент его полезного действия;
г) исключались запретные зоны крутильных колебаний;
д) короткий валопровод был более удобен в эксплуатации; исключались разобщительные муфты на гребном валопроводе.
Основным недостатком установки являлись большая масса и габариты, при сравнительно небольшой ее мощности, что делало скорость надводного хода корабля недостаточной.
Система воздуха высокого давления
1. Компрессор
На каждой подводной лодке было установлено два компрессора высокого давления фирмы "Weirs and Co".
Компрессор 4-ступенчатый, 2-кривошипный. После каждой ступени компрессора устанавливались холодильники и сепараторы. Производительность компрессора составляла 5,35 л/мин, при давлении 240 кг/см2 и 800 об./мин. коленчатого вала.
Таблица 12. Характеристика компрессора
Номера ступеней |
Давление по ступеням кг/см2 |
Диаметр цилиндра, мм |
Ход поршня |
Нормы испытания змеевиков холодильников кг/см2 |
1-я |
2,6 |
171,5 |
114,3 |
17,0 |
2-я |
15,6 |
101,6 |
114,3 |
61,2 |
3-я |
61,2 |
57,1 |
114,3 |
238,0 |
4-я |
238,0 |
23,8 |
114,3 |
381,0 |
Блок компрессора — чугунный с водяным охлаждением. Втулки рабочих цилиндров плотно запрессовывались в блок. Зазоры мотылевых и рамовых подшипников могли регулироваться при помощи прокладок. Вкладыши подшипников
изготавливались из бронзы с баббитовой заливкой. Вспомогательные насосы компрессора приводились от коленчатого вала. Насос водяного охлаждения компрессора применялся поршневого типа.
Масляный насос —бесклапанный, плунжерного типа. Рабочее давление масла 0,7 — 1,02 кг/см". Рабочие цилиндры 1-й и 2-й ступеней смазывались со стороны картера разбрызгиванием; цилиндры 3-й и 4-й ступеней смазывались с помощью механических лубрикаторов. Диаметр шеек коленчатого вала 70 мм, длина — 95,4 мм. Длина компрессора с электромотором 1,4 м, ширина — 0,82 м, высота — 1,24 м.
2. Трубопроводы и баллоны
Общий судовой запас сжатого воздуха составлял 2,7 м"' при давлении 200—245 кг/см". Всего на корабле имелось четыре группы баллонов, 1-я и 2-я группы (из четырех баллонов каждая) которых располагались в I отсеке, а 3-я и 4-я группы (из трех баллонов каждая) — в V отсеке.
Судовая магистраль шла вдоль всей лодки по обоим бортам в виде кольца. В случае повреждения отдельные участки трубопровода могли быть отключены от общей магистрали. Изготавливался трубопровод из красной меди: внутренний диаметр его — 12,5 мм. Баллоны и магистрали испытывались гидравлическим давлением 381 кг/см".
Воздух высокого давления служил для аварийного продувания цистерн главного балласта (продувание осуществлялось через магистраль низкого давления) и цистерн №1 и №6 (которые продувались при всплытии лодки в позиционное положение), пополнения расхода пускового воздуха, заполнения торпедных резервуаров и т. п.
Система воздуха высокого давления отличалась простотой и достаточной живучестью. Недостатком ее являлся малый общесудовой запас сжатого воздуха (2,7 м3).
Система воздуха высокого давления
Эта система состояла из компрессора низкого давления и магистралей, связывающих его с цистернами главного балласта. Расположен компрессор был в трюме II отсека и представлял собой шестилопастный нагнетатель, приводившийся от электромотора. Производительность его обеспечивала продувание главного балласта практически за 15 минут. Давление воздуха при продувании балласта достигало 0,7 кг/см2.
Длина компрессора с электромотором — 1517 мм, ширина — 517 мм, высота — 574 мм.
Трубопровод низкого давления выполнялся из стальных труб диаметром 95,3 — 57,2 мм. Трубы вентиляции цистерн главного балласта тоже стальные, диаметром 165 мм. Диаметр клапанов вентиляции цистерн главного балласта — 203 мм, цистерны плавучести — 254 мм.
Гидравлическая система
На лодках применялась гидравлическая система управления устройствами и системами. Рабочей жидкостью являлось специальное минеральное масло.
Эта система состояла из поршневого четырехцилиндрового насоса высокого давления фирмы "Vickers" и червячного насоса "Imo", приводившихся от электромоторов, двух ручных насосов, масляных аккумуляторов и трубопроводов. Поршневой насос обычно использовался для пополнения расхода масла в нагнетательную магистраль при нахождении лодки над водой, а червячный насос предназначался для той же цели в подводном положении лодки. Два ручных насоса могли быть использованы в подводном положении или при выходе из строя первых двух насосов. Перечисленные насосы предназначались для пополнения маслом специальных аккумуляторов, включенных в нагнетательный трубопровод гидравлической системы. Аккумуляторы представляли собой баллоны, разделенные на две полости поршнем. Нижняя полость баллона заполнялась маслом, верхняя — воздухом. Байпасные клапаны, которыми снабжались насосы, позволяли перепускать масло из нагнетательной полости насоса в приёмную полость, если давление масла в магистрали достигало рабочего предела.
Трубопровод гидравлической системы состоял из двух основных магистралей, проходивших вдоль всей лодки. По одной магистрали под давлением подавалось масло к потребителям, по другой отработавшее масло стекало в специальный масляный бачок. От основных магистралей отходили отростки, связывавшие их с гидравлическими машинками систем. Нагнетательная масляная магистраль снабжалась предохранительными клапанами.
Гидравлическая система служила для управления: клапанами вентиляции цистерн главного балласта, рулями, перископами, шпилем, мачтой антенны радиолокатора, кингстоном цистерны быстрого погружения и др.
Поршневая и червячная помпы гидравлической системы располагались в отсеке вспомогательных механизмов в кормовой части трюма II отсека. Каждая помпа устанавливалась на общий с электромотором фундамент с резиновой амортизацией между фундаментной плитой и корпусом лодки. Ручные насосы размещались один в I отсеке, другой — в V отсеке. Трубопровод изготавливался из красной меди. Внутренний диаметр основного трубопровода составлял 19 мм, прочих участков трубопровода — 6,35; 12,7; 19 мм. Диаметр труб, связывавших помпы с основным трубопроводом — 25,4 — 50,8 мм. Трубопровод испытывался давлением 153 кг/см2. Рабочее давление в магистрали — 102 кг/см2.
Поршневая помпа фирмы "Vickers" четырехцилиндровая, простого действия, приводилась электромотором мощностью 8—10 л.с. Число оборотов мотора —1325 — 1450 в минуту. Диаметр поршня — 44,5 мм. Ход поршня — 24,1 мм. Число оборотов вала помпы — 1.65—181 в минуту (редуктор от электромотора 8:1). Производительность помпы составляла около 30 л/мин. Габариты её с электромотором: длина — 1,33 м ширина — 0,78 м, высота -— 0,77 м, вес — 635 кг.
Червячный насос "Imo" действовал от приводного мотора — 210 В 41,7 А, 1325 об./мин. Давление, развивавшееся насосом — около 170 атм.
Преимущества гидравлической системы приводов по сравнению с электрической заключались в:
а) бесшумности действия благодаря отсутствию громоздких механических передач;
б) плавности и достаточно широком диапазоне скоростей управления механизмами.
Из недостатков этой системы следует указать на трудность поддержания герметичности магистралей и механизмов приводов.
Привода
Лебедка перископа, гидравлическая, представляла собой полиспаст, приводившийся в действие гидравлической машинкой. Управление перископом осуществлялось из центрального поста с помощью золотника. Скорость подъёма или опускания перископа в широком диапазоне регулировалась при помощи золотника.
Привод кингстона цистерны быстрого погружения — гидравлический. Гидравлическая машинка располагалась горизонтально. Передача к штоку клапана, расположенному вертикально, осуществлялась при помощи углового рычага. Шток соединялся с клапаном шаровым шарниром. Клапан, изготовлялся из марганцовистой бронзы, тарельчатый, диаметром 203 мм, высота подъема—50,8 мм.
Шпиль. Привод шпиля являлся также гидравлическим, муфта — системы "Jenny". Скорость выбирания якоря при:
а) 250 об./мин. — 12,20 м/мин.
б) 187 об./мин. — 9,15 м/мин.
в) 93 об./мин. —4,58 м/мин.
Привод горизонтальных рулей. В центральном посту были установлены две тумбы привода носовых и кормовых горизонтальных рулей. При помощи штурвалов производилось перемещение золотника, помещенного в корпусе тумбы. Золотник через трубопровод сообщал полости телемотора руля с нагнетательной и отливной магистралями. Телемоторы горизонтальных рулей располагались в концевых отсеках. В случае выхода из строя управления рулями из центрального поста управление рулями производилось непосредственно из концевых отсеков при помощи специальных кранов. Отваливание и заваливание носовых горизонтальных рулей осуществлялось также при помощи гидравлического привода.
Привод вертикального руля — гидравлический. Установка снабжалась специальным масляным насосом, переменной производительности, приводящимся от электромотора. Управление рулем производилось из центрального поста, а также могло осуществляться из VI отсека. Управление вертикальным рулем — от главной магистрали гидравлической системы. Конструкция механизма привода вертикального руля — муфта "Jenny".
Рефрижераторная установка
На корабле была установлена рефрижераторная фреоновая установка, предназначенная для поддержания низкой температуры в шкафу для провизии, а также для приготовления льда.
Кроме того имелась фреоновая холодильная установка для кондиционирования воздуха в лодке. При плавании подводной лодки в южных широтах кондиционирование воздуха полагалось необходимым не только для поддержания нормальной температуры воздуха для экипажа подводной лодки, но также для охлаждения главных генераторов и аккумуляторных батарей.
Судовая вентиляция
Судовая вентиляция состояла из семи электрических вентиляторов, предназначенных для перемешивания воздуха между отсеками или вентиляции отсеков в дизельный отсек. I и II отсеки сообщались между собой двумя короткими участками трубопровода, расположенными по бортам. По трубе правого борта вентилятор перегонял воздух из I отсека во II; по трубе левого борта вентилятор перегонял воздух из II отсека в I. Располагавшийся в V отсеке вентилятор был связан трубопроводом с II, III и IV отсеками, так что эти отсеки могли вентилироваться в V отсек. Другой вентилятор V отсека перегонял воздух из IV в VI отсек. Вентилятор IV отсека забирал воздух из IV отсека и перегонял его в III и II отсеки и т. д.
Система судовой вентиляции непосредственной связи с забортной атмосферой не имела. При работе дизеля вентилятор получал воздух через рубочный люк центрального поста. Трубопровод выполнялся из гальванизированной стали толщиной 1,6 мм; диаметр его составлял 152 мм. В районе магнитного компаса на расстоянии 2,2 м трубопровод был сделан из красной меди.
Трюмно-балластная система
Трубопровод трюмно-балластной магистрали изготавливался из красной меди. Внутренний диаметр основного трубопровода — 89 мм, прочих участков трубопровода — 76,3 и 63,5. Магистраль испытывалась давлением 10,2 кг/см".
На корабле устанавливались два центробежных трюмно-балластных насоса вертикального типа; один расположен в трюме II отсека, другой — в V отсеке. Каждый из них установлен на фундаментной плите, которая изолирована от прочного корпуса резиновыми амортизаторами.
Насос имел четыре рабочих колеса, которые могли работать параллельно или попарно последовательно. Производительность его при противодавлении до 0,7 атм. составляла около 50 г/час при параллельном соединении колес и 2200 об./мин. Мощность электромотора 11 л.с. Наибольшее противодавление при последовательном соединении двух пар колес — около 9 атм.
Во II и V отсеках в трюмно-балластную магистраль были включены 6-местные коробки, предназначенные для манипуляций при дифферентовке лодки. Дифферентовка осуществлялась при помощи трюмных центробежных насосов. Перекачка балласта производилась непосредственно из II и V отсеков. Для управления перекачкой балласта из центрального поста во II и V отсеки была проведена световая сигнализация. Специальных дифферентовочных насосов не имелось.
Выводы по механизмам
В электромеханической установке, по мнению отечественных специалистов, заслуживали внимания гидравлическая система привода систем и устройств. Они считали, что гидравлические приводы вспомогательных систем и устройств, преимущества которых перед электрическими приводами заключались в надежности, простоте обслуживания и бесшумности, должны были бы получить дальнейшее развитие и еще более широкое применение в подводном кораблестроении.
Установка для кондиционирования воздуха представлялась вполне целесообразной и оправданной на подводных лодках, предназначенных для плавания в южных широтах.
Что касается прочих вспомогательных установок, то они принципиально ничего нового или оригинального для отечественного кораблестроения собой не представляли.