Первые судовые установки с двигателями внутреннего сгорания

Дизельный двигатель, доведенный до применения на промышленных предприятиях к концу XIX века, по сравнению с паровыми установками был намного удобнее в эксплуатации. Его положительными качествами были относительно высокая экономичность, отсутствие паровых котлов, меньший по численности обслуживающий персонал. Кроме того, двигатели Дизеля могли обеспечить быстрый пуск из холодного состояния и быстрый выход на рабочие обороты.
Применение дизелей в составе судовых силовых установок, как и других видов двигателей внутреннего сгорания, в начале ХХ века сдерживалось, главным образом, проблемами обеспечения работы в широком диапазоне частоты вращения и невозможностью изменение направления вращения коленчатого вала, те есть отсутствием реверсивного механизма.
В результате, в 1904 – 1908 годы, в период создания первых дизельных теплоходов с дизелями нереверсивного типа, проблему маневрирования мощностью судна решали с помощь электрических или механических передач.
Первый русский теплоход «Вандал», укомплектованный в 1904 году, был оборудован системой полного электродвижения. Его энергоустановка состояла из упругих муфт, закрепленных на маховиках двигателей, приводимых посредством этих муфт, динамо-машин и возбудителей тока, коммутирующей системы и гребных электродвигателей.
Установка обеспечивала минимальные требования к системе управления дизелями, быструю перемену скорости и направления движения судна, причем управление установкой могло осуществляться с капитанского мостика. Недостатки установки состояли в дополнительных больших потерях энергии в электрических машинах, высоких значениях, характеризующих массогабаритные показатели.
Второй русский теплоход «Сармат» был оборудован уже системой с частичной электропередачей по системе Дель-Пропосто. В этом случае между динамо-машиной и гребным электродвигателем была установлена электрическая разобщающая муфта. При переднем ходе динамо-машина питала только эту муфту, части вала при этом соединялись, и осуществлялась прямая передача мощности дизеля на гребной винт. Для обеспечения заднего хода муфта разобщалась, и установка работала по принципу электропередачи. Преимущества этой установки перед полной электропередачей состояли в том, что при прямом ходе были значительно меньшие потери энергии, а также в возможность применить более легкие электрические машины на меньшую мощность.

Рисунок 1. Схема установки по системе Дель-Пропосто.

Рисунок 2. Фрикционная муфта Р.А. Корейво.

Механические системы реверса разрабатывались на Коломенском заводе под руководством главного инженера завода Р.А. Корейво. Главным элементом в них являлась пневматическая фрикционная муфта, вошедшая в историю техники как муфта Корейво. Ее особенность состояла в том, что муфта позволяла не только сообщать и разобщать валы, но и работать со скольжением, то есть менять частоту гребного вала при неизменной частоте вращения вала двигателя. Муфта (рисунок 2) устанавливается на маховике С. Внутри кольцевой коробки D находится диск, закрепленный на гребном валу В с кольцевыми медными диафрагмами Н.
Для обеспечения сцепления валов предусмотрена подача управляющего сжатого воздуха по каналам Р и Р1 к полостям а под диаграммами. На диаграммах закреплены медные кольца I к которым прикреплены кольца К с кольцевой бакаутовой облицовкой L. На внутренней стороне маховика С и коробки D закреплены бронзовые кольца F. В бакаутовых кольцах сделаны радиальные прорези для охлаждающей и смазывающей воды, поступающей через трубки N, N1 в коробку D, откуда она под действием центробежной силы прогоняется по каналам S на обод маховика С, и отводится трубой О. В зависимости от величины давления воздуха диафрагмы Н нажимают на кольца L и F с разной силой, вследствие чего между фрикционные элементы проскальзывают с разной скоростью, в результате частота вращения гребного вала может быть изменена от нуля до полной частоты вращения вала двигателя. Для обеспечения ресурса для фрикционных поверхностей принято контактное давление не более 2,1-2,8 кг/см2, хотя по условиям того времени для бакаута допускалось давление до 26,4 кг/см2.
В приводе цепного колеса применялась также многодисковая разобщительная муфта с масляным охлаждением, с управлением посредством сжатого воздуха.

Рисунок 3. Реверсивная передача винтового судна.

Схема реверсивной передачи винтового судна приведена на рисунке 3. Передний ход обеспечивается напрямую, посредством включения кормовой муфты Корейво и отключения носовой. При этом обводной вал, приводящая его зубчатая передача и цепная передача Морзе совершают свободное вращение. Для дачи заднего хода кормовая муфта Корейво отключается, включается носовая, чем в действие вводится цепная передача и обводной вал. Направление вращения обводного вала такое же, как у вала двигателя. Меняет направление вращения на обратное одноступенчатая зубчатая передача между обводным и гребным валами.
Подобным образом были устроены и реверсивные передачи колесных судов. В них через муфты Корейво с носового и кормового фланцев отбора мощности двигателя гребной вал приводился через зубчатую и цепную передачи. В первом случае обеспечивался передний ход, во втором – задний. Для сбрежния ресурса цепи Морзе при работе на передний ход, цепное колесо снабжалось разобщительной пневматической муфтой.

Рисунок 4. Реверсивная муфта Лангенбаха.

На малых теплоходах с гребными винтами применяли также реверсивную муфту инженера Лангенбаха. Действие этой муфты основано на наличии промежуточного зубчатого механизма с коническими шестернями, размещенного в корпусе, имеющем возможность вращения соосно с гребным валом. Передний ход обеспечивался тем, что корпус зубчатого механизма скрепляется с маховиком двигателя и вращается вместе с ведущим валом. При этом ведомый гребной вал через неподвижные шестерни промежуточного механизма также вращается синхронно с ведущим валом. Для включения обратного хода корпус зубчатого механизма раскрепляется с маховиком и фиксируется в неподвижном состоянии. В этом случае ведущий вал вращается относительно корпуса, в результате посредством промежуточных конических шестерен ведомый вал получает обратное направление вращения.