Пароход

История начинается с челна

Посмотрите внимательно на рисунок. Вот он, современный пароход! Ну и громадина! Если такой пароход поставить вертикально, то он, пожалуй, окажется выше нового здания Московского университета. Одна труба чего стоит: сквозь нее свободно пройдет вон то суденышко, что изображено рядом, — конечно, если убрать с него мачты и паруса. Это суденышко — знаменитый коч — одно из тех, на которых наши отважные предки-мореходы выходили в далекие плавания вдоль северных берегов Азии. Теперь видите разницу между современными пароходами и теми судами, которые бороздили моря триста-четыреста лет назад? А еще раньше и таких не было. А что же было? Давайте совершим экскурсию в Центральный Военно-Морской музей, который находится в Ленинграде.

В огромном помещении этого музея собрано множество моделей различных кораблей. Каких только здесь нет: деревянные и стальные, многовесельные галеры и изящные парусные клиперы, маленькие торпедные катера и могучие линкоры, подводные лодки и многие другие. Что ни модель, то страничка истории кораблестроения. А у входа в зал стоит самая интересная, необыкновенная модель. В том-то и дело, что это не модель, а настоящий долбленый челн — «прадедушка» всех современных морских гигантов. На медной пластинке, прибитой к подставке, написано: «Челн-однодеревка, поднятый со дна реки Южный Буг советской экспедицией в 1937 году. Возраст челна — три тысячи лет».

Значит, уже по крайней мере три тысячи лет назад человек передвигался по рекам нашей страны на таком судне, как выдолбленный из ствола дерева челн.

Долбленый челн — «прадедушка» всех современных судов.

Вот с таких-то челнов и начинается история парохода. Когда и где впервые заметили, что ствол дерева не тонет и помогает держаться на воде, — трудно сказать. Во всяком случае еще первобытным людям были известны плоты. На них удобно было переплывать реки, да и грузы можно было перевозить. А некоторые племена со временем так их усовершенствовали, что стали выходить даже в открытое море.

Вы, наверное, читали про смелого норвежца Хейердала. Он точно по образцу древних соорудил плот «Кон-Тики» и не побоялся на нем с несколькими друзьями проплыть около 8000 километров по волнам Тихого океана!

Плот «Кон-Тики» на волнах Тихого океана.

Да, но хорошо, если под рукой были подходящие деревья. На берегу Волги, например, попадались такие липы, что в выдолбленные из их стволов челны помещались, кроме гребцов, по десяти лошадей. А если рядом лесов не было? И многим народам древности приходилось — а некоторым и до сих пор приходится — искать выход из такого положения.

По-разному строили, а кое-где строят еще и сейчас челноки-пироги. Одни вязали их из связок тростника-папируса.

Вы догадываетесь, что это были египтяне. Другие сплетали из прутьев каркас и обшивали его шкурами или даже плели что-то вроде корзинки и обмазывали смолой. А некоторые славянские племена обшивали челны не только кожами, но и корой. Наше современное слово «корабль» и происходит как раз от слов «кора», «короб».

Не сразу освоил древний человек и управление челном. Сначала он действовал только шестом, отталкиваясь от дна. Но потом шест заменили длинной палкой с широким и плоским концом. Так появилось весло — первое в истории мореплавания средство для движения судов. Позже люди усовершенствовали челны, увеличили их размеры. Появились, например, набойные ладьи. Это тот же долбленый челн, но к его бортам, чтобы сделать их повыше, прибивали доски.

Постройка набойной ладьи была трудным и долгим делом. Выискивали в лесу большое дерево — дуб или липу. После многочасовой рубки валили его на землю. Затем ствол дерева долго выжигали и долбили. Но часто делали иначе. В дереве, стоящем еще на корню, делали глубокую трещину. Эту трещину постепенно расширяли клиньями и распорками, образуя искусственное дупло. Дерево продолжало расти, а дупло — увеличиваться. Так продолжалось несколько лет. Потом дерево срубали, его ствол пропаривали и окончательно обрабатывали топором. Доски к таким колодам-однодеревкам прибивали деревянными гвоздями или пришивали ивовыми прутьями.

На таких ладьях наши предки славяне бесстрашно выходили на морские просторы.

На таких ладьях выходили в море наши предки.

Набойные челны успешно применяли запорожские казаки в их набегах на турецкие земли. Такие суда запорожцы называли чайками. И это название как нельзя лучше подходило к быстрым и мореходным суденышкам. В верхней части борта, вокруг всего челна, прикрепляли толстый камышовый пояс, связанный лыком. Он не давал чайке утонуть на волнении. У чайки было десять — шестнадцать весел и небольшой парус, который помогал гребцам при попутном ветре. На чайке — длиною около 20 метров — помещалось пятьдесят — семьдесят казаков, причем они сами же сообща и делали свое судно всего за две недели.

Большие флотилии запорожских чаек рыскали по всему Черному морю. Они топили турецкие корабли и совершали дерзкие нападения на приморские города. Вот как великий русский писатель Н. В. Гоголь описывает мужество запорожцев в своей повести «Тарас Бульба»: «…много совершил он под своим атаманством морских походов, но славнее всех был поход к анатольским берегам. Много набрали они тогда цехинов, дорогой турецкой габы, киндяков и всяких убранств, но мыкнули горе на поворотном пути: попались, сердечные, под турецкие ядра. Как хватило их с корабля, — половина челнов закружилась и перевернулась, потопивши не одного в воду, но привязанные к бокам камыши спасли челны от потопления. Балабан отплыл на всех веслах, стал прямо к солнцу и чрез то сделался невиден турецкому кораблю. Всю ночь потом черпаками и шапками выбирали они воду, латая пробитые места; из козацких штанов нарезали парусов, понеслись и убежали от быстрейшего турецкого корабля».

Со временем челны-однодеревки перестали удовлетворять людей. Ведь они были громоздкими и мало вместительными. А нужно было перевозить все больше грузов — все дальше. Развивалась торговля. Водные пути были основными, так как на суше дорог тогда было очень мало, а то и вовсе не было.

Постепенно люди, чтобы не зависеть от размеров ствола дерева, научились сколачивать большие прочные суда из отдельных брусьев и досок. Сначала они были открытыми сверху, но вскоре корпуса стали накрывать палубой и даже делать надстройки. На Руси это «изобретение» приписывали Киевскому князю Изяславу (XII век). Вот примерно так описывает эти суда летописец: «…исхитрил Изяслав лодье дивно: гребцы в них гребут невидимо, только весла видны. Оно покрыто досками, и наверху воины стоят во бронях и стреляют. А кормщиков два, один на корме, другой на носе…» Чтобы в опасный момент не разворачиваться, на этом судне поставили рулевые весла и на корме, и на носу и защитили кормчих навесом.

В древнем мире наборные палубные суда были известны еще за тысячу лет до нашей эры. Египтяне специально снаряжали экспедиции за строительным лесом к берегам Сирии, чтобы строить большие и прочные суда из кедра и лучших пород дерева. При фараоне Рамзесе III в Египте уже было пять судостроительных верфей.

Устройство корпуса старинного русского судна (поморский коч XVI–XVII веков). 1 — форштевень; 2 — киль; 3 — кильсон (внутренний киль); 4 — шпангоуты, 5 — бимсы; 6 — кницы; 7 — пиллерс; 8 — карлингс, 9 — ахтерштевень; 10 — внутренняя обшивка; 11 — наружная обшивка; 12 — фальшборт; 13 — планшир (верхняя планка фальшборта); 14 — настил палубы; 15 — руль; 16 — люк.

Постройку судна начинали с укладки длинного и толстого бруса. Это было продольное основание судна — киль. На концах к нему пристраивали прочные наклонные брусья — штевни. Они создавали очертания носа и кормы судна. На киль ставили поперечные брусья — шпангоуты. А сверху шпангоутов укладывали еще продольный брус — кильсон. Ребра — шпангоуты — загибали кверху и скрепляли по бортам длинными продольными брусьями. Верхние концы шпангоутов связывали поперек судна несколькими, чуть изогнутыми кверху, балками-бимсами. Так получался скелет судна. Оставалось обшить его толстыми досками и набить палубу. Чтобы вода не протекала сквозь щели в местах соединения досок, эти щели заполняли замазкой из мелко толченных морских раковин. Римляне стали делать иначе: они вколачивали в щели толченые семена масличных растений. Гораздо позже люди научились конопатить такие щели пенькой и заливать их жидкой смолой.

Между прочим, если приглядеться к выставленным в морском музее моделям судов разных эпох и разных народов, бросается в глаза одно обстоятельство: во внутреннем строении их корпусов мы замечаем некоторое сходство. Когда мы будем рассматривать конструкцию корпуса современного парохода, вы увидите, что она имеет кое-что общее даже с устройством корпуса древнеегипетского судна, хотя их разделяют три тысячи лет, сделаны они из разного материала, а по величине их трудно и сравнивать.

Вы увидите, что со временем размеры судов увеличивались. А чем больше судно, тем большей должна быть сила, его двигающая. Иначе говоря, надо было увеличивать число гребцов. Они уже не вмещались на одной палубе. Нужно было устанавливать весла в два и даже в три яруса. Так в древней Греции, Риме и других странах появились двух- и трехпалубные суда. Наиболее распространенной была триера или трирема, с тремя ярусами весел, общее число которых доходило до двухсот. Весла на триерах были различной длины, смотря по тому, в каком ярусе они находились. Поэтому более сильные гребцы помещались на верхней палубе. Ведь им приходилось орудовать наиболее длинными, а значит и тяжелыми, веслами.

Чтобы грести одним веслом верхнего ряда, на больших судах приходилось ставить по десяти гребцов. Одно из таких весел вы можете увидеть здесь же — в музее, оно чуть не достает до потолка.

Посредине гребного судна ставили невысокую мачту, на нее поднимали разрисованный холщовый парус. Когда-то делали паруса из кожи; египтяне шили их из папируса, а китайцы и сейчас вяжут их из тонких бамбуковых дранок, наподобие того, как плетут циновки. Паруса в те времена играли вспомогательную роль и поднимались только при попутном ветре. Люди еще не могли управлять парусами так, чтобы ходить и при встречном ветре. Несовершенной была и сама парусная оснастка. Так что на парус тогда внимания обращали мало. Да и зачем, если рабов было много. Платить им за труд не надо, а кормить можно как попало, — лишь бы они живы были. Но, как ни старались гребцы, подгоняемые бичами, дать судну скорость больше 6–7 узлов, у них ничего не получалось. (Узел — это скорость, равная 1 миле в час, а 1 миля— 1,852 километра.) Чтобы увеличить скорость гребных судов, их стали строить узкими и длинными. Так позднее появились галеры. Их особенно много строила уже в средние века Венеция, которая вела обширную морскую торговлю.

Мастера знаменитого Венецианского арсенала прославились на весь мир превосходным качеством галер своей постройки. Многое в их устройстве считалось государственной тайной. Около 16 000 человек работало там, но секреты своих искуснейших мастеров никто не выдавал: за это грозила смертная казнь.

Галеры были высшим достижением гребного флота и применялись главным образом как военные корабли, охранявшие торговые суда. Весла располагались в один ярус, но все равно были такими длинными, что приходилось сажать за каждое по шести и даже семи гребцов.

Гребные суда стали делать с веслами в несколько ярусов.

Работа их была поистине каторжной. Между прочим, когда-то это выражение и было прямо связано с греблей на галерах, потому что галеры в России называли каторгами. Отсюда и пошло слово «каторга»…

Вот в каких условиях работали гребцы-рабы. В кормовой части судна находился начальник гребцов или, как его называли, комит. Два его помощника, вооруженные бичами, стояли: один — посередине, а другой — в носовой части судна. Вот капитан дал команду комиту. Тот поднес ко рту серебряный свисток. Этот сигнал повторили помощники. Рабы, прикованные к своим сиденьям, заворочали веслами. Десятки весел кажутся одним, так они ровно поднимаются и опускаются в воду в такт барабанному бою. Если какое-либо весло нарушало дружные движения, его гребцы получали удары по головам следующим веслом. Вдобавок на спины этих совершенно голых людей обрушивались удары бичей. Судорожно сгибаются их тела к корме, чтобы протянуть весло над спинами товарищей, извивающихся точно так же, как и они. Когда лопасть начинает погружаться в воду, гребцы нажимают на весла с таким усердием, что почти падают на скамейку. Кажется, нормальному человеку не выдержать и часа такой работы. А ведь галерники работали по двенадцати часов и более без всякого отдыха. Если кто-нибудь падал от изнеможения, — его выбрасывали за борт.

Разрез гребного судна.

Конечно, от такого подневольного раба нельзя было ожидать хорошей работы.

А с падением рабства гребные суда стали и вовсе невыгодными. Их становилось все меньше и меньше. На галеры в качестве даровой силы стали посылать государственных преступников. Их было не так уж много. Пришлось гребцов нанимать. На сто — сто пятьдесят гребцов и на других членов экипажа надо было брать в плавание столько продуктов и пресной воды, что для перевозимых товаров места оставалось совсем немного. А во время волнения вообще грести нельзя, — весла поломаешь. Надо пережидать. Значит, — удаляться от берега было опасно. Расходы на плавание большие, а толку мало.

Еще в древние времена пробовали заменить людей-гребцов быками или лошадьми. Вы, конечно, сразу скажете, что заставить лошадь грести веслами нельзя. За такое дело, пожалуй, не взялся бы ни один дрессировщик. Правильно! Но люди вышли из положения. Дрессировки животных не потребовалось. Придумали другой способ. Посередине палубы судна устраивали круглый помост, а в центре его ставили ворот. К вороту прикрепляли дышла, а к ним припрягали лошадей и гоняли их по кругу. Ворот же особой передачей соединяли с поперечным валом, на котором с обоих бортов судна были насажены гребные колеса. Ударят кнутами по лошадям — и те побегут по кругу. Ворот начинает вращать колеса, и судно двигается. Вот раздается команда: «Стоп!» Тогда погонщики кричат в один голос: «Стой!». Лошадей кое-как удерживают, и судно в конце концов останавливается.

Но и лошади не помогли владельцам судов. Суда двигались не быстрее, чем на веслах. А в штормовую погоду на море совсем не было сладу с животными: они сбивались на палубе качающегося судна в кучу, путали упряжь, невозможно было заставить их вращать ворот. Хозяину оставалось одно: пристать к берегу и ждать хорошей погоды. Не впрягаться же самому! Кроме того, все судно было загромождено стойлами и забито сеном. Груза брали совсем мало.

Нет, и на лошадях далеко не уплывешь. Нужно было что-то понадежнее весла. Таким средством стали уже давно известные паруса, улучшение которых и обеспечило возможность выхода на океанские просторы.

С тех пор и до начала XIX века парусные суда стали единственным видом морского транспорта.

Через океан под парусами

В средние века мореплавание сильно шагнуло вперед. Начались поиски морских путей в «сказочную» Индию и другие богатейшие страны Востока. В конце XV столетия была открыта Америка. Богатые заокеанские земли привлекали жадные взоры европейцев-колонизаторов. Все больше расширялась торговля между Европой и другими частями света. Теперь судам надо было пересекать океаны и как можно быстрее покрывать расстояния в тысячи миль. Ясно, что для дальних плаваний гребные суда не годились. Такого пути ни один каторжник не выдержит!

Еще за несколько веков до нашей эры в Греции и Риме пытались строить парусные суда, совсем не имевшие весел. Но они могли ходить только при попутном ветре. Если же дул встречный ветер, — парус убирали, суда ложились в дрейф, их несло куда попало.

Постепенно корабельные мастера стали вносить кое-какие усовершенствования, стараясь сделать суда более надежными и мореходными. Борта делали повыше, чтобы при внезапных порывах ветра суда не опрокидывались, не черпали воду и их не захлестывало бы волной.

Для этой же цели корпуса делали пошире, полнее. А чтобы судно меньше сносило при встречном ветре, оно получало более глубокую осадку.

Затем взялись и за паруса; увеличилось их количество на одном судне: вместо одного ставили три и даже четыре паруса, вместо одной мачты появилось несколько.

Форма паруса часто из прямоугольной (прямой парус) превращалась в треугольную (косой). Такими гораздо легче было управлять. Люди постепенно научились орудовать ими так, что суда стали ходить даже против ветра. Правда, приходилось лавировать, то есть вести судно зигзагами, чтобы ветер дул не прямо в нос судна, а под острым углом к направлению его движения. Конечно, скорость хода при таком способе значительно меньше, чем при попутном ветре. Зато судно все-таки шло туда, куда нужно.

Так в средние века на морских путях появились большие и мореходные, надежные и вместительные парусные суда. Самыми распространенными тогда судами были нефы, каракки и каравеллы. Нефы появились в XIII веке.

В XIII веке появились нефы.

Их называли еще «круглыми», настолько пузатым казался их грузный корпус. Они положили начало переходу от гребных судов к чисто парусным. Самые большие нефы строились в Венеции и имели в длину до 40 метров. На них было по две мачты, и на каждой поднимали по одному треугольному парусу. Нефы более поздней постройки имели три и даже четыре мачты. Историки рассказывают об одном плавании французского короля Людовика IX по Средиземному морю на нефе. Путешествие длилось свыше десяти недель, причем ни король, ни восемьсот сопровождавших его рыцарей не терпели никакого недостатка в провизии и пресной воде. Это показывает, что нефы действительно были велики и вместительны. Неф имел уже спасательные шлюпки, и самая большая из них тащилась за кормой судна. Рассказывают, что Людовик IX сажал в эту шлюпку провинившихся рыцарей. Надо полагать, что положение этих людей, особенно во время волнения, было не из приятных.

Каракки стали строить в XIV веке в Генуе, Португалии, а позже и во Франции. Это были крупные трехмачтовые суда, грузоподъемностью около 1000 тонн. У них было четыре палубы, а высота между палубами такая, что рослый человек свободно ходил в помещениях, тогда как на прежних судах ему пришлось бы нагибаться.

В XV веке появляется новый тип океанского парусного судна — каравелла.

Каравеллы были прочными и выносливыми судами.

Это судно стало известно всей Европе после того, как Христофор Колумб обессмертил свое имя открытием Америки. Флотилия Колумба и состояла из трех каравелл. До того времени так называли маленькие беспалубные суда. Поэтому некоторые историки глубоко заблуждались, утверждая, что Колумб достиг берегов Америки «на скорлупках».

Правда, длина наибольшей его каравеллы «Санта-Мария» была около 25 метров, а маленькой «Ниньи» — всего 18. Зато это были очень легкие на ходу и вполне мореходные палубные суда с надстройками в носу и особенно на корме. В надстройках и размещался экипаж. Эти каравеллы были намного прочнее и выносливее, чем самые большие нефы и каракки, хотя груза брали гораздо меньше.

Когда Колумб летом 1492 года уходил из порта Палос в историческое плавание, на борту его каравеллы «Пинта» было 80 человек и огромный запас провизии, снаряжения и пресной воды. А всего каравелла могла взять 120 тонн груза. Колумб, описывая бурю, которая застигла его на обратном пути у Азорских островов, говорил, что он избавился от гибели только благодаря крепкой конструкции и хорошим мореходным качествам своей каравеллы.

Между прочим, в 1892 году, когда праздновали 400-летие открытия Америки, организаторы торжеств придумали такую вещь: решили построить самую настоящую каравеллу, во всем похожую на колумбовскую, и на ней в точности повторить исторический рейс Колумба. Так и сделали. И снова торжественно «открыли Америку» после океанского перехода, совершенного вполне благополучно. Разница была лишь в том, что «на всякий случай» рядом все время шел огромный пароход!

В XVIII веке на первое место по постройке парусных судов выходит Англия, тогдашняя «владычица морей». Этому во многом помогло и то, что английские суда были построены из первосортных русских материалов, вывозимых из Архангельска. Так, паруса англичане шили из русского холста. Мачты делали из деревьев, выросших в русских сосновых лесах. Снасти изготовлялись из русской пеньки. Когда ковали якоря и цепи, раздавался звон уральского железа. А как же шло развитие русского парусного флота?

Оно ведет свое начало с XI–XII веков. Уже флот Новгорода Великого состоял из множества парусных судов. В 1948 году при раскопках у Старой Ладоги обнаружили остатки древнего судна. Эти остатки рассказывают нам о высоком мастерстве судостроителей Новгорода. На ребрах-шпангоутах, сохранившихся от этой мореходной наборной ладьи, отчетливо видны следы деревянных гвоздей.

Еще в XII веке новгородцы совершали далекие плавания по Балтийскому морю, доходили до портов Швеции и Дании.

В русских былинах сохранились упоминания о том времени, когда на своих «буссах-кораблях» купцы — «гости новгородские»— и их «дружины храбрые» «хаживали по синю-морю Варяжскому», «гуляли по Волге и бегали по морю Хвалынскому» (Каспийское море). Новгородцы дошли даже до Белого моря и здесь, на побережье, основали несколько поселений.

Татаро-монгольское нашествие, а затем шведско-немецкое вторжение на северо-западе лишили Русь выхода к морям. На несколько столетий было прервано развитие русского флота. Мореплавание в это время развивалось только на Севере нашей страны. Потомки новгородцев — поморы — чувствовали себя на «море студеном», как дома. Мало того, они ходили для промысла зверя и рыбы до самой Новой Земли и даже проникали в Карское море. Они раньше иностранных мореплавателей побывали на Груманте, как тогда называли остров Шпицберген. Поморы строили замечательные морские суда. Бесстрашные землепроходцы выходили на легких беспалубных ушкуях. А чуть позднее появились и уже знакомые вам одномачтовые кочи. Были они плоскодонными, однопалубными судами длиною около 20 метров, с прочным, приспособленным для плавания среди льдов, корпусом. Чаще всего кочи шли под парусом. Четырехугольный парус долгое время сшивали из шкур; снасти были ременные. Для постройки такого судна умелым мореходам не требовалось ни единой железной детали. Рассказывают, что даже якоря делали из коряги, привязав к ней камень потяжелее.

Конечно, со временем и коч изменился, появились железные крепления.

Поморы строили и трехмачтовые парусные суда — морские ладьи, которые поднимали до 200 тонн груза. Плавая на таких судах, русские мореходы в конце XVI и начале XVII века открыли миру северные и восточные берега Азии. А мореход Семен Дежнев первым в 1648 году прошел между Азией и Северной Америкой. Этим он доказал, что между обоими материками существует пролив. А ведь ученые Западной Европы считали тогда, что Азия и Америка — это части одного материка.

В XVII веке начинается постройка отдельных парусных судов крупных размеров на заморский лад. Первое такое судно — трехмачтовый, еще плоскодонный «Фредерик» («Фридрих») — было построено еще в 1635 году в Нижнем Новгороде. Оно предназначалось для торговли с Персией. Судьба его сложилась печально. В том же году он разбился на подводных камнях у Кавказского берега.

Вторая попытка создать флот из крупных морских судов была сделана при Алексее Михайловиче на Волге же — в селе Дединово. Здесь было построено большое трехмачтовое судно «Орел». Его тоже постигла печальная участь: войска Степана Разина взяли Астрахань и сожгли стоявший там «Орел».

Только при Петре I началось создание сильного морского флота. В зале Центрального Военно-Морского музея стоит маленький бот. Это суденышко сыграло очень большую роль и в жизни Петра I и в истории русского флота. Неспроста это старомодное суденышко с уважением называют «дедушкой русского флота». Катаясь по Яузе на этом ботике, юный Петр загорелся страстью к морю и морскому делу. Берега речонки показались тесными. Он перенес бот на Переяславльское — Плещеево озеро, построил там еще несколько десятков суденышек и проводил со своей «потешной» флотилией целые «морские бои». Эти игры юного царя стали предвестниками великого дела.

Таким делом явилось создание в нашей стране военного и торгового флота и завоевание выхода к морю. Россия заняла почетное место в ряду великих морских держав.

За время царствования Петра 1 был создан сильный боевой флот, состоявший из 48 мощных линейных кораблей и фрегатов, 790 галер и других парусных и гребных судов. Американский морской историк Мэхен назвал это «неповторимым историческим чудом».

Большое внимание уделял Петр I развитию торгового флота и судоходства. Он трижды посетил Архангельск, плавал по Белому морю; побывал на корабельной верфи братьев Бажениных на реке Вавчуге. На этой верфи строились крупные торговые суда. В 1703 году первое такое судно «Андрей Первозванный» отправилось с русскими товарами в Англию и Голландию.

И в том же году первое иностранное судно пришло в Петербург. А в последний год жизни Петра более девятисот судов побывало в порту молодой столицы.

Быстро растущему русскому флоту потребовалось много моряков и кораблестроителей. Петр I направил за границу большую группу молодых людей для обучения их морскому делу. Он сам свыше четырех месяцев проработал плотником на верфи в Амстердаме и изучал теорию кораблестроения под руководством лучших мастеров Голландии и Англии. В Москве была создана в 1701 году «Школа математических и навигацких наук», а в Петербурге в 1716 году открылась «Морская Академия».

При Петре I впервые было издано около двадцати учебников по судовождению и кораблестроению. Петр I много заботился о совершенствовании строящихся судов.

Преемники Петра I мало уделяли внимания развитию флота, и строительство судов сильно сократилось. Только при Екатерине II кораблестроение на время приняло прежний размах.

Можно назвать много имен талантливых русских кораблестроителей. Правда, большинству из них приходилось строить главным образом боевые корабли, но и в постройке торговых судов отличились многие из них.

Так, заказывая на Вавчугской верфи суда, англичане и голландцы специально приплачивали большие деньги за то, чтобы строил им обязательно сам Степан Кочнев. Самоучка, друг Ломоносова, Степан Кочнев прославился «прочною и с особым искусством постройкою» крупных мореходных судов.

Архангельский мастер М. Д. Портнов за двадцать три года работы построил шестьдесят три корабля.

А. М. Курочкин работал в начале XIX века тоже в Архангельске. Он создавал такие прочные и красивые корпуса кораблей, что от правительства пришло распоряжение «выгравировать в назидание потомству чертеж этого корпуса на меди, для сохранения его впредь в неизменности».

Современник Курочкина — Иван Афанасьев славился своей работой на Черном море. За свою жизнь он построил 38 больших и множество малых боевых и торговых судов.

Русский линейный корабль петровского времени — «Полтава».

Русский флаг стал появляться в самых отдаленных и еще мало изведанных уголках земного шара. Велики заслуги русских моряков. В XVIII веке они исследовали берега Северо-Западной Америки. В XIX веке ими совершено 42 кругосветных плавания, во время которых сделаны важные географические открытия. Много труда положили на открытие и изучение берегов Тихого океана и Арктики такие прославленные мореплаватели, как Беринг, Чириков, Головнин, Невельской, Крузенштерн, Литке, Малыгин и другие. Своими замечательными походами они навеки прославили нашу Родину.

Так был устроен парусный корабль — русский шлюп «Восток». 1 — реи; 2 — площадки — салинги; 3 — стеньги; 4 — бортовые оттяжки — ванты; 5 — носовые оттяжки — штаги; 6 якорь; 7 — ростры — место для шлюпок и запасных частей мачт; 8 — шпиль — ворот для подъема якоря; 9 — штурвал; 10 — шлюпка; 11 — кухня — камбуз; 12 — нижняя палуба; 13 — каюта артиллеристов; 14 — кают-компания; 15 — каюта капитана; 16— шкиперская кладовая, 17 — запасные паруса и снасти; 18 — помпы для откачки воды, 19 — запас провизии; 20 — румпель; 21 — пороховой погреб (крюйт-камера); 22 — дрова; 23 — запас воды; 24 — запасной якорь; 25 — запас вина и провизии; 26 — капитанский погреб; 27 — запас сухарей; 28 — балласт. Названия мачт и парусов даны на рисунке.

В 1819–1821 годах офицеры русского флота Ф. Ф. Беллингсгаузен и М. П. Лазарев на парусных шлюпах «Восток» и «Мирный» открыли новый материк — Антарктиду. До этого одни считали, что в южном полушарии есть материк, а другие, — что никакого там материка нет, а есть только льды.

Многие исследователи безуспешно старались разгадать эту загадку. Самым упорным из них был знаменитый английский моряк — капитан Джемс Кук. Много лет затратил он на поиски Антарктиды и в конце концов объявил, что Антарктида либо вовсе не существует, либо ее достичь невозможно.

Русские моряки обошли вокруг южнополярного материка.

«Риск, связанный с плаванием в этих необследованных, покрытых льдами морях, в поисках южного материка, настолько велик, — заявил Кук, — что я смело могу сказать, — ни один человек никогда не решится проникнуть на юг дальше, чем это удалось мне».

Русские же моряки не только достигли Антарктиды, но и обошли вокруг загадочного южнополярного материка.

Как видите, парусные суда принесли много пользы. В первой половине XIX века они достигли большого совершенства. Значительно увеличились их размеры и скорость.

Океанские просторы бороздили крупные трех- и четырехмачтовые суда — барки. Наконец выходят в море самые быстроходные парусные трехмачтовые суда — клиперы — для перевозки особо срочных грузов, таких, как чай и золото.

Клипер — «выжиматель ветров».

Клиперы делались с узким заостренным корпусом, а на мачтах поднималось столько парусов, сколько раньше не могли поставить и на двух судах такого размера. Их стали называть «выжимателями ветров». Скорость хода у них достигала 18 узлов. А английский клипер «Джем Бейнс» показал рекордную скорость в 21 узел. В наши дни такая скорость доступна еще далеко не всем пассажирским судам. Парусники стали поднимать до 1500 тонн груза, но, идя под всеми парусами на сильной волне, корпуса крупных судов испытывали большое напряжение. Делать деревянные корпуса еще прочнее было нельзя, они и так получались очень тяжелыми. Тогда борта судов стали стягивать железными стержнями, а потом совсем отказались от деревянных ребер скелета судна. Набор стали собирать из железных ребер, а деревянными остались только обшивка, палубы и надстройки. Чтобы увеличить прочность днища судна и предохранить его от разрушения древоточцами, на обшивку стали накладывать медные листы. Так судно постепенно и превращалось из деревянного в металлическое.

Появились шхуны с косыми парусами. Такие паруса легко и удобно убирать прямо с палубы и не надо лазать по мачтам.

Поэтому на шхунах уменьшилось число матросов.

Много усовершенствований сделано было и в устройстве судов. Начали проводить вентиляцию и ставить печное отопление.

Чтобы дать в помещения естественный свет, — прорезали иллюминаторы. Тяжелые кирпичные камбузы заменили легкими, из железа. Вместо пеньковых якорных канатов стали применять железные цепи. Но бурное развитие капитализма требовало расширения связей между частями света, большой быстроты перевозок огромного количества грузов и пассажиров через океаны. Таким требованиям деревянные парусные суда удовлетворять уже не могли. И главным образом потому, что плавание на них всецело зависело от ветра. Есть ветер, — судно двигается. Нет ветра, некому надувать паруса, — судно неподвижно. Хоть весла приделывай к его борту. Да такую махину никакими веслами и не сдвинешь! Не лучше было и при сильном ветре, когда разыгрывался шторм. Нужно было срочно убирать паруса, иначе от мощного напора ветра судно могло опрокинуться и уж во всяком случае осталось бы без мачт. И тогда приходилось полагаться на волю волн и ветра — куда они вынесут!

От таких неожиданных капризов погоды судно теряло много времени, а у пассажиров получались большие просчеты. Рассчитывает, скажем, пассажир добраться из Европы в Америку за сорок дней, а попадет туда за шестьдесят.

И вот в начале XIX века происходит переход от деревянного корпуса судна к железному и от парусов — к механическому двигателю. Это был коренной переворот в истории мореплавания и судостроения. И стал он возможен только после того, как появилась на свет надежная паровая машина.

Как появился пароход

3 ноября 1815 года многотысячная толпа жителей Петербурга собралась на набережной Невы. Люди с интересом наблюдали, как двигалось по реке какое-то странное судно. Внешне оно напоминало деревянную баржу, на которой обычно перевозили дрова. Но одно сооружение на судне сбивало всех с толку.

Никто из собравшихся не мог объяснить, зачем на палубе установлена высокая кирпичная труба, из которой густо валил дым. Если это труба судовой кухни — камбуза, — то почему она такая огромная?

На судне была еще одна особенность: с каждого борта выше палубы поднимались неуклюжие, как у водяной мельницы, колеса. Колеса вращались, и судно двигалось. Да еще как двигалось: довольно быстро и по течению и против течения реки, хотя и не имело парусов.

Люди были поражены: «Что за диво дивное? Судно движется без парусов и в любом направлении. Вот даже в морской залив направилось. А почему так движется, — неизвестно»…

Собравшиеся были свидетелями исторического события — выхода в плавание первого в России парохода «Елизавета».

Пароход «Елизавета» направился в морской залив.

Петербургские газеты на все лады восторгались диковинным судном. А журнал «Сын отечества» поместил полное его описание, из которого мы узнаем, что «Елизавета» «…без течения и ветра идет в час по 10 верст», а для приведения в движение машины (мощностью в 4 лошадиных силы) «…было издержано березовых однополенных дров одна сажень, да еще много каменных угольев».

Кстати, все было приспособлено и к тому, чтобы на высокой дымовой трубе, в случае чего, можно было поднять парус…

Так что особенно-то машине не доверяли.

Вообще к пару еще не привыкли, хотя люди уже два тысячелетия старались использовать его силу для движения механизмов. Первым попытался это сделать — еще во II веке до нашей эры — Герон Александрийский. История рассказывает, что Герон соорудил механизм «эолипил», вращаемый реактивной силой струй пара. Позднее пробовали строить паровые механизмы и другие изобретатели, но им, как и Герону, удавалось создать только забавные игрушки. Надо было немало поработать над этими игрушечными «двигателями», чтобы пустить их в дело. А слабая техника тех времен не давала такой возможности, потому и оставались они бесполезными. Только в начале XVIII века появились первые паровые машины. Эти «огнедействующие» машины сами по себе не приводили в действие заводские установки, а только отливали воду из рудников, шахт, доков или подавали ее к месту обработки руд. Фактически это были не паровые двигатели, а водоподъемные насосы. Основной движущей силой в ту пору были водяные колеса. Вращаясь от тяжести падающей воды, колеса приводили в действие станки, мехи для искусственного дутья воздуха в плавильные печи, кузнечные молоты и другие механизмы; причем все зависело от воды. Есть вода, — заводские установки работают. Нет воды, — они бездействуют, и надо возвращаться к старому способу — вращать колеса лошадьми.

Вот какие машины были в то время, когда Иван Ползунов начинал свою трудовую деятельность на заводе в Екатеринбурге (ныне Свердловск).

Он сумел на девятнадцать лет раньше, чем англичанин Джемс Уатт, выстроить первую в мире действующую заводскую паровую машину, которая «…по воле нашей, что будет потребно исполнять может».

Машина Ползунова.

Это была паровая машина с двумя цилиндрами. Пар подавался в цилиндры по трубам от котла, сделанного из медных листов. На цилиндрах имелось специальное устройство, которое направляло пар то в один, то в другой цилиндр, по очереди. И поршни в цилиндрах двигались поочередно; а поршни в свою очередь заставляли действовать коромысло, соединенное с мехами для дутья воздуха в плавильные печи.

Ползунов старался, чтобы все части его машины работали непрерывно, автоматически, чтобы эти части, как он говорил, «сами себя в движении держали».

В 1763 году Ползунов закончил разработку проекта своей машины и подал его начальнику горного управления — генералу Порошину. Генерал расхвалил проект и сразу отправил его в Петербург на утверждение. Радости Ползунова не было конца. Но эта радость была преждевременна. Впереди его ждали большие неприятности. Проект попал к президенту горной коллегии — Шлаттеру. Скрепя сердце он написал на проекте: «Сей вымысел за новое изобретение почесть должно». Но тут же добавил несколько фраз, из которых можно было понять, что Ползунов, мол, украл чужое изобретение. А в самом проекте Шлаттер сделал такие изменения, которые только ухудшали качество машины.

О замечательном проекте Ползунова доложили императрице Екатерине Второй. И вот царским указом Ползунову было присвоено звание «механикуса» и обещано четыреста рублей премии, а генералу Порошину было приказано немедленно начать постройку.

Как только началась постройка машины, на Ползунова посыпались неожиданности. У Ползунова был свой, до конца продуманный, план постройки. Сначала он хотел сделать опытную модель машины, а после устранения всех недостатков в модели — приступить к постройке самой машины А за это время, которое пошло бы на изготовление модели и ее испытание, Ползунов мечтал подготовить из рабочих опытных строителей. Но козни завистников-иноземцев повернули все дело по-другому.

Ползунову сказали: «Никаких моделей и опытов! Надо строить настоящую машину!» И для работы выделили ему «не знающих, но только одну склонность к тому имеющих» двух мастеровых и еще несколько простых крестьян. А машина требовала долгой и кропотливой работы многих умелых людей. Это была махина высотою в 11 метров. Одни цилиндры имели в высоту около 3 метров. Отдельные части машины весили до 3 тонн.

Чем дальше, тем больше препятствий вырастало перед Ползуновым. Но он с редким мужеством и стойкостью преодолевал их. Он сделал инструменты для изготовления и сборки частей машины. Он создал новые станки для токарных работ. Дело дошло до того, что на постройку машины Ползунов тратил большую часть своего скудного жалованья. А обещанная премия из Петербурга не приходила. Временами на Ползунова находило страшное отчаяние. И только дружеская поддержка простых рабочих прибавляла ему сил.

Они тайком от начальства помогали Ползунову изготовлять части машины. Они заботились о его здоровье.

К концу 1765 года машина была готова. Но начинать ее испытания было нельзя, пока не закончили само воздуходувное устройство. А пока его заканчивали, Ползунов заболел скоротечной чахоткой и умер в мае 1766 года.

Так и не пришлось великому изобретателю увидеть свое детище в действии. Машина заработала через три месяца после смерти Ползунова.

Но иностранным дельцам нужно было, чтобы русское изобретение перестало жить. Машину после первой же незначительной поломки забросили, и больше она не работала.

Двенадцать лет простояла машина в бездействии. Затем вышел приказ управителей заводов: «…огнедействующую махину… разобрать; находящуюся при оной фабрику разломать и лес употребить на что годен будет». Так закончила свое существование первая в мире паровая машина.

Великое творение Ползунова было забыто надолго. Первенство в изобретении такой машины приписали англичанину Уатту.

Как бы там ни было, но благодаря паровой машине суда получили надежное средство для быстрого движения — механический двигатель — и стали называться пароходами.

Немало прошло времени, прежде чем паровая машина обрела себе место на судне. У нее нашлось много противников. Какие нелепые доводы приводили они против установки паровой машины на судах! Они, например, утверждали, что паровая машина будет часто выходить из строя, что для нее потребуется непомерный расход топлива и могут быть пожары. Но жизнь опровергла все эти опасения, и XIX век на море стал «золотым веком» пароходов.

Конечно, и до появления «Елизаветы» было много попыток построить пароход. Еще в 1543 году один хитроумный испанский моряк Бласко де Гарай предложил императору Карлу V построить судно, которое могло бы ходить против ветра без всяких парусов и весел. Император не поверил, но ради любопытства приказал такое судно построить. Через некоторое время моряк объявил, что 200-тонный «Тринидад» готов, и сам император решил посмотреть, что из этой затеи вышло. Чтобы избежать подозрения в сношениях с дьяволом — а инквизиторы шутить не любили, — Гарай наполнил котел «святой водой» из ближайшего монастыря. Вскоре из котла, помещенного где-то посередине судна, повалил через трубу дым, заработали таинственные механизмы, пришли в движение гребные колеса… и «Тринидад» пошел. Все были поражены. Изобретателя щедро наградили, но секрета своего он все-таки не открыл и скрылся. А уже гораздо позднее исследователи доказали, что колеса вращал не пар, а спрятанные в трюме люди.

В 1675 году один досужий изобретатель, Миллер, поставил на палубе судна ветряную мельницу. По замыслу Миллера, она должна была бесконечным тросом приводить в движение гребные колеса судна. Однако из этой затеи ничего не вышло.

Рассказывают об одном богатом чудаке, который устроил на своей яхте огромный кузнечный мех. Этот мех должен был дуть в паруса во время затишья на море и двигать судно вперед. Конечно, оно не сдвинулось с места!

Более удачное судно с механическим двигателем создал в 1736 году изобретатель Гулльс. За кормой этого судна укреплялось колесо, которое приводилось в движение системой бесконечных ремней, перекинутых через шкивы. А шкивы вращались паровым механизмом. Но и этому судну не пришлось стать первым пароходом: механизм часто выходил из строя и его в конце концов приспособили для добывания железа в ближайшем руднике.

Многие изобретатели пытались установить паровую машину на судно. Самый удачный пароход, правда для плавания по реке, создал американец Роберт Фультон. Жизнь Фультона была весьма интересна. Трудно ответить на вопрос, какая профессия была у Фультона. Он работал механиком и живописцем, часовщиком и строителем дорог, гидротехником и ювелиром. Но с детства он больше всего увлекался механикой. Все дни он занимался тем, что мастерил из железных обломков и кусочков проволоки замысловатые конструкции. А когда это все-таки надоедало, принимался за другое любимое занятие — рисование. Любовь к живописи на время берет верх. И Фультон шестнадцатилетним юношей переселяется из Америки в Англию. В Лондоне он упорно совершенствуется в живописи. Его учитель доволен: перед талантливым учеником открывается блестящий путь к славе художника. Но сам Фультон не чувствует в своих картинах признаков настоящего таланта. Он понимает, что ему не суждено стать выдающимся художником, и круто меняет профессию. Фультон поступает простым рабочим на механический завод. Здесь, в мастерской, среди гудения станков и скрежета слесарных пил, Фультон, наконец, находит свое призвание. Это призвание — изобретательство.

Три года работает Фультон на заводах Англии, внимательно изучает их оборудование, совершенствует различные станки и вносит ценные предложения. Одновременно с этим он изобретает машину для пилки и полировки мрамора, станок для изготовления канатов, станок для пряжи льна и пеньки, разрабатывает новую систему шлюзов и каналов и изобретает подводную лодку. А в 1803 году он строит в Париже первый в мире речной пароход. Машину для его парохода изготовили в Англии. Но, как только ее поставили на судно, деревянное днище не выдержало большой тяжести и продавилось. Фультон перестал заниматься этим пароходом и вернулся на родину.

Здесь, на реке Гудзон, он построил в 1807 году более удачный, первый настоящий пароход «Клермонт».

Первый пароход «Клермонт».

Этот пароход, длиной около 40 метров, несколько лет плавал между Нью-Йорком и городом Олбани, перевозя грузы и пассажиров. После «Клермонта» и «Елизаветы» речные и морские пароходы стали строить во всех странах.

Конечно, первые машины, устанавливаемые на пароходах, были несовершенны и маломощны.

Самой мощной судовой машиной был тогда паровой двигатель в 20 лошадиных сил. Мощность паровой поршневой машины у современных пароходов достигает 5 000 лошадиных сил.

Что это за лошадиные силы и почему ими измеряют мощность машины? Конечно, никаких лошадей в машине нет. Поршни ее двигает пар. В чем же дело?

Дело в том, что мощность измеряется величиной работы, которая производится в одну секунду. А за единицу работы принимают такую работу, которую выполняют при перемещении одного килограмма на один метр. Ее так и называют килограммометром.

Таким образом, мощность машины можно измерять килограммометрами работы, выполняемой в секунду. Но обычно мощность машины измеряют лошадиными силами.

Как мы уже знаем, первые паровые машины были приспособлены для подъема воды. А раньше такая работа выполнялась лошадьми. При заказе паровых машин требовалось указать, какой работоспособностью или мощностью они должны обладать. Но люди привыкли к лошадям, поэтому при заказе паровой машины указывали, работу скольких лошадей она должна заменить. Потом подсчитали, что крепкая лошадь в среднем производит в секунду работу, соответствующую подъему 75 килограммов на один метр. Такая работоспособность лошади и была принята за единицу при измерении мощности машин. И эту единицу назвали лошадиной силой.

Если говорят, — машина развивает мощность 20 лошадиных сил, — значит, она может производить работу в 1500 килограммометров в секунду.

Сейчас мощная поршневая машина парохода выполняет работу пяти тысяч лошадей. Представьте теперь, что история техники застыла на том времени, когда ворот судна, соединенный с колесами, действительно вращался лошадьми. Трудно себе вообразить судно, на котором работают сразу 5 тысяч лошадей. А сколько еще сена и овса потребуется для них? Получится не судно, а необыкновенной величины конюшня. Где уж тут брать пассажиров и грузы, когда и лошадей девать некуда!

По мере развития машиностроения удавалось строить машины все большей и большей мощности, без значительного увеличения их размера.

Современная судовая паровая машина большой мощности вместе с котлами и запасом топлива занимает не более четверти длины парохода, а то и меньше. У нее три, а иногда и четыре цилиндра.

У машины три, а то и четыре цилиндра.

Зачем же паровой машине нужно столько цилиндров?

Ведь машины первых пароходов имели всего один цилиндр.

Оказывается, в одноцилиндровой машине нельзя полностью использовать всю энергию пара. Пар покидал эту машину с такой энергией, которой хватило бы еще на большую работу. А для хорошей работы машины надо, чтобы давление пара, уходящего из цилиндра, было как можно меньше. Но для такого пара нужен большой объем цилиндра: ведь пар сильно расширяется. Значит, этот цилиндр должен быть огромных размеров. Вот почему первые судовые машины были мало производительны, громоздки и тяжелы.

Они требовали для своей работы много пара, а значит, и большого расхода топлива. Пароходы того времени напоминали скорее угольные склады, чем грузовые суда. Запас угля на них часто превышал количество грузов, перевозимых в трюмах. С такими машинами судоходство не могло развиваться. Тогда решили применить многоцилиндровые машины, в которых пар расширялся бы по очереди в цилиндрах все большего диаметра, так как каждый цилиндр имел большие размеры, чем предыдущий. После каждого перехода из одного цилиндра в другой пар мог расширяться, отдавая часть своей энергии на движение поршня. Так пар постепенно терял свою упругость, совершая в каждом цилиндре полезную работу. Такие экономичные машины стали называть машинами двойного или тройного расширения, в зависимости от того, в скольких цилиндрах работает пар.

В машинах тройного расширения самый маленький цилиндр, куда вначале поступает пар, называют цилиндром высокого давления; затем пар переходит в цилиндр среднего давления и, наконец, в самый большой — цилиндр низкого давления.

Но, кроме усовершенствования самой машины, немало пришлось поработать и над устройством котлов, дающих пар.

Энергия парохода

Давайте посмотрим, каким образом в котле получается пар.

Котел — это большой стальной барабан, стоящий на прочном фундаменте. Конечно, он не похож на те котлы, в которых варят пищу, уже потому, что огонь разводят не снаружи, а внутри его — в топках. Если сравнивать его, то лучше с самоваром. Только, кроме жаровой трубы, у судового котла внутри множество трубок. Их называют дымогарными. Через них проходят из топки и огневой коробки горячие газы. Потом эти газы уходят в дымовую трубу парохода. Вода наполняет корпус котла поверх трубок. Но сверху еще остается пространство, где собирается пар. А пар получается от испарения воды, нагреваемой горячими трубками и стенками топок.

Такой котел называют огнетрубным.

Огнетрубный котел. 1 — барабан котла; 2 — топка; 3 — дымогарные трубки; 4 — огневая коробка; 5 — дымовая коробка; 6 — сухопарник; 7 — паровое пространство; 8 — отвод пара в машину.

Есть еще водотрубные котлы. У них наоборот: вода идет по трубкам, а горячие газы нагревают трубки снаружи. Да и внешне эти котлы никак не похожи на огнетрубные. У них два, а то и три барабана, правда, небольших размеров. Эти барабаны — коллекторы — чаще всего располагают треугольником: один верхний — пароводяной и два нижних — водяные. Слово «коллектор» означает: «собиратель». Тут его применили не случайно. Верхний коллектор соединен с нижними двумя пучками водогрейных трубок. Между пучками устроена топка, выложенная огнеупорным кирпичом. Вода заполняет нижние коллекторы, все трубки и даже половину верхнего. А пар собирается в его свободной верхней половине.

Водотрубные котлы гораздо лучше огнетрубных. Они не так тяжелы и громоздки. Воды им требуется в несколько раз меньше. Поэтому если для разводки огнетрубного котла надо затратить не менее 12 часов, то разводка водотрубного проходит в четыре — пять раз быстрее. Паровую машину мощностью в 5000 лошадиных сил может обслужить один водотрубный котел, тогда как огнетрубных пришлось бы ставить четыре или даже пять.

Много значит для работы котла, какое в нем сжигается топливо.

Раньше топливом для судовых котлов служил только каменный уголь. Для него по бокам кочегарок, а иногда и между ними, выгораживали угольные ямы. Уголь ссыпали в эти ямы-бункера через отверстия в верхней палубе.

Уголь забрасывают через дверцы топок ровными слоями на колосниковую решетку котла, вроде той, что имеется в кухонной плите. Ниже решетки — зольник для сбора золы.

При сгорании угля образуются горячие газы, которые через огневую коробку проникают в дымогарные трубки. Но не вся энергия, заключенная в угле, переходит в энергию пара.

Дело в том, что уголь сгорает не полностью, — какая-то часть его вылетает в дымовую трубу. Потому она и дымит! Много теплоты уносят в дымовую трубу продукты горения угля. Они покидают котел с температурой до 400°.

Люди теперь додумались использовать теплоту уходящих газов для подогрева воды, питающей котел. Горячие газы, прежде чем уйти в воздух, пропускаются через особую камеру — экономайзер — с несколькими пучками трубок. Вот через эти трубки, обмываемые горячими газами, и прогоняют насосом питательную воду И в котел идет вода, уже нагретая до 100° и выше. А чтобы испарить нагретую воду, требуется меньше тепла, оттого и получается экономия в расходе топлива. Для этого же уходящими газами подогревают и воздух, который подают в топку.

Есть у котла еще одно устройство. Служит оно для перегрева пара, да так и называется: пароперегреватель. Оказывается, пар при своем образовании увлекает наверх частицы воды. И эта влага в паре ухудшает работу машины. А у перегретого пара такой влаги нет, да и теплосодержание его больше. Это не удивительно, — температура перегретого пара достигает 450°.

Нужно рассказать еще и о том, что даже после того как пар поработал во всех трех цилиндрах машины, его «приключения» не заканчиваются.

Когда-то пар на судах выпускали прямо в воздух. Теперь так не делают. Из машины пар направляют в особый бак — конденсатор. Внутри этого конденсатора проходит множество латунных трубок, и по трубкам насос непрерывно прогоняет из-за борта холодную воду. Пар, касаясь холодных трубок, охлаждается и превращается в воду — конденсат. Эту воду питательный насос гонит в котел, где она снова станет паром.

Конечно, на пути от котла до конденсатора какие-то потери пара будут. И каждый раз в конденсатор поступает воды меньше, чем подано в котел. Ну, на этот случай на пароходе всегда имеется запас пресной воды для добавки в котел. Такой запас хранится в особых цистернах.

А если выпускать пар в воздух, то воды не напасешься. Тут понадобится такой запас, что и полпарохода для него будет мало. Тогда не пароход, а какой-то водовоз получится. Где тут думать о грузах! Впору только воду возить.

Вы можете спросить: а зачем возить воду, когда вокруг парохода целое море? Качай себе воду в котел из-за борта, а пар выбрасывай в воздух.

Но этого делать нельзя, — так только беды пароходу наделаешь.

Когда морская вода станет превращаться в пар, на стенках котла будет оседать соль — накипь. Эта накипь постепенно образует вторую стенку котла. Получится как бы подкладка внутри стального котла. Стальная стенка, огражденная от воды накипью, будет перегреваться до температуры в топке. От такого жара у стальной стенки уменьшается прочность. Она может растянуться и лопнуть и вода хлынет в горящую топку. При этом мгновенно получится столько пара, что ему нипочем любые прочные стенки. Как снаряд, разорвется котел, разнесет вдребезги палубу. От такого взрыва может не уцелеть и весь пароход. Поэтому никто не качает воду в котел из-за борта, а возят с собой пресную воду, да еще и конденсатор применяют. На судах дальнего плавания имеется особый аппарат — опреснитель, превращающий соленую воду в пресную, для питания котлов и мытья людей.

У конденсатора есть еще одна важная обязанность, которая улучшает работу машины. Известно, что вода занимает значительно меньший объем, чем пар. Поэтому при сжижении пара в конденсаторе получается разрежение пространства — вакуум. Вакуум еще больше увеличивают, выкачивая из конденсатора воду и воздух. И в цилиндре машины можно наблюдать такое явление: пар толкает поршень с одной стороны, а вакуум конденсатора, увеличивая разницу в давлении по обе стороны поршня, как бы помогает пару с другой стороны. Конечно, все это было придумано не сразу. На протяжении десятилетий инженеры всех стран улучшают конструкцию котла.

Теперь судовые котлы чаще всего приспособлены для работы не на угле, а на нефти, — вернее, на мазуте, который представляет собой остатки ее после переработки. Для сжигания мазута в топке его распыливают особым прибором — форсункой, впервые созданной известным изобретателем Александром Ильичом Шпаковским. Форсунка распыляет подводимый по трубе мазут и выбрасывает его из сопла. Пламя горящего мазута похоже на метелку, а температура достигает 1600°. При таком пламени получается меньше несгоревшего топлива, сажи и искр, чем при угольном отоплении. Да и температура пламени намного выше, чем при сгорании угля; значит, и размеры топки можно делать меньше.

И что важно, — применение мазута сократило число кочегаров и облегчило их труд. На вахте у котлов уже не стоят покрытые потом и угольной пылью кочегары, которые изнемогали когда-то от страшной жары, орудуя в топках «ломиками» и «шуровками» весом в 20–30 килограммов. За одну вахту иногда приходилось каждому забрасывать в топку по 2–3 тонны угля.

Водотрубный котел с нефтяным отоплением. 1 — верхний барабан (пароводяной коллектор); 2 и 4 — водогрейные трубки; 3 — нижний барабан (водяной коллектор); 5 — экономайзер; 6 — форсунка; 7 — топка; 8 — главный паропровод; 9 — топливный фильтр; 10 — подогреватель топлива; 11 — топливный насос; 12 — междудонная нефтяная цистерна; 13 — турбовентилятор; 14 — дымоход.

В отделении, где стоят нефтяные котлы (так называют котлы с мазутным отоплением), нет ни страшной жары, ни угольной пыли. Здесь от кочегара не требуется большой физической силы. На каждом котле много клапанов, кранов и приборов. Кочегар только следит за показаниями приборов и, сообразуясь с ними, налаживает работу котла. Часто у котла бывают автоматические приборы. Тогда автоматы делают за человека все: подают в строгом соотношении воду, мазут, воздух и точно регулируют давление пара.

Двигатель и движитель

Перейдем теперь в машинное отделение парохода. Цилиндры машины покоятся на массивных колоннах, скрепленных с фундаментной рамой. Сквозь днище цилиндров проходят длинные штоки. На верхнюю часть каждого штока насаживается поршень. А нижняя часть штока заканчивается поперечиной с ползуном. Ползун скользит вверх и вниз по шлифованным поверхностям параллелей, укрепленных на колонне машины. Параллели для движения поршня — это все равно что рельсы для трамвайного вагона. Они предохраняют шток от искривления.

Поперечина соединена со следующей тягой, которую называют шатуном.

Шатун устроен так, что его верхняя часть ходит вверх и вниз вместе с ползуном и штоком, а нижняя часть вращает, словно нога велосипедную педаль, одно из колен коленчатого вала машины.

Таким образом, прямолинейно-возвратное движение поршня в цилиндре преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. И что интересно, вращение коленчатого вала при помощи особого передаточного механизма— эксцентрика — производит попеременный впуск пара то в верхнюю, то в нижнюю полость каждого цилиндра через специальную золотниковую коробку, расположенную рядом с цилиндром. Здесь мы имеем обратное явление: вращательное движение вала преобразуется эксцентриками в прямолинейно-возвратное движение задвижек коробки, называемых золотниками.

Золотники открывают окна то в верхней, то в нижней полости цилиндра, впуская туда пар. Пар от котла подводится по трубе через золотниковые коробки в цилиндр высокого давления, затем, последовательно, в цилиндры среднего и низкого давления, а из цилиндра низкого давления он уже отводится в конденсатор. Коленчатый вал машины соединен с целой линией валов. Эта линия тянется по специальному тоннелю иногда через несколько отделений парохода и заканчивается гребным валом, выходящим из кормовой части судна наружу. На этот вал насаживается гребной винт. Так движение поршней цилиндров заставляет вращаться коленчатый вал машин, судовой валопровод и гребной винт.

Паровая машина с тройным расширением пара. 1 — цилиндр высокого давления; 2 — цилиндр среднего давления; 8 — цилиндр низкого давления, 4 — золотниковые коробки; 5 — подвод пара; 6 — поршень; 7 — отвод пара в конденсатор; 8 — шток; 9 — параллели; 10 — шатун; 11 — коленчатый вал.

У первых пароходов гребных винтов еще не было. Были гребные колеса. Колеса удобны на реке, где мелко и нет больших волн. И сейчас еще много речных пароходов с колесами. На море с гребными колесами — просто беда, особенно когда разгуляются волны. Вот пароход кренится на правый борт. Колесо этого борта глубоко зарывается в воду, а левое обнажается. В этот момент работа левого колеса бесполезна. Оно хлопает лопастями в воздухе, а пользы для парохода никакой нет. Перевалится пароход на левый борт, правое колесо вращается впустую. А если так, то и машина работает неравномерно. Одно колесо перенапрягается, другое действует вхолостую. От такой работы части машин быстро изнашивались, выхолили из строя, а лопасти колес ломались.

Так было до тех пор, пока на пароходе не установили винт. Полезное действие винта было известно еще в глубокой древности. В те времена его использовали для выкачивания воды. Рассказывают, что еще в 1630 году из Китая в Европу привезли модель винта, предназначенного для движения судна. Но в эпоху парусного флота еще не было машин, которые могли бы вращать такой винт.

И только с появлением механического двигателя начали создавать и применять все более удачные конструкции гребных винтов. Очень интересный винт предложил чешский изобретатель Йосеф Рессель в 1827 году. Его винт в США и Австрии признали вполне пригодным для движения парохода. За создание гребного винта Ресселю даже поставили памятник в Вене и Нью-Йорке.

Необычайный случай произошел с другим изобретателем — англичанином Смитом: он испытывал в 1836 году судно, имевшее длинный деревянный винт Архимеда. При случайной аварии часть винта обломали, но судно пошло гораздо быстрее. Оказывается, винт получил более выгодную форму.

В нашей стране первым винтовым пароходом был фрегат «Архимед», построенный в 1848 году.

Соперничество винта с колесом тянулось долго. А иногда приходилось ставить и винт и колесо одновременно. Так на построенном в шестидесятых годах гигантском судне «Грейт-Истерн» (оно имело около 200 метров длины) строители взгромоздили и колеса (диаметром по 17 метров!), и винт (весом около 36 тонн), да еще шесть мачт с парусами!

В 1842 году, чтобы окончательно решить, какой движитель лучше, сделали так: взяли два совершенно одинаковых фрегата с одинаковыми машинами (по 200 сил), но один сделали винтовым, а другой — колесным. Потом установили их кормой друг к другу, соединили крепкими цепями и дали полный вперед обоим кораблям.

Винтовой перетянул и поволок соперника со скоростью 2,5 узла.

Гребной винт и гребные колеса называют движителями судна. Кстати сказать, многие путают двигатель с движителем. Считают, что это одно и то же. На самом деле эти понятия разные. Двигатель — это машина, создающая необходимую для движения судна силу. Но сама по себе такая сила не может двигать судно. Требуется дополнительное приспособление, с помощью которого сила машины будет воздействовать на воду, отталкивать судно от нее. Это приспособление и есть движитель. Встречается много разных типов движителей. Но самым распространенным является пока гребной винт. Он состоит из трех или четырех лопастей и общей втулки — ступицы, которая насаживается на гребной вал. Суда чаще всего имеют один — два гребных винта и столько же машин.

Гребной винт состоит из трех-четырех лопастей и ступицы.

Как же работает гребной винт?

У колесного парохода видно, чем и как он гребет. У него по бортам колеса, насаженные на вал машины, идущий поперек судна. Лопастями своих колес пароход загребает воду, будто веслами. А у винтового вы видите за кормой только мощный поток бурлящей воды. Это гребной винт, сидящий глубоко в воде, вращаясь, ввинчивается в нее, с силой отталкивает воду назад, а судно движет вперед. Эта сила — упор винта, через специальный упорный подшипник на валу, передается всему пароходу.

Очень много значат для нормальной работы гребного винта правильно подобранные размеры и форма его лопастей. Вот какой случай произошел с нашим выдающимся кораблестроителем — академиком А. Н. Крыловым. Однажды он плыл на новом английском судне. Капитан этого судна был мрачен и очень неохотно отвечал на все вопросы Крылова.

Видимо, он чем-то был недоволен. В конце концов удалось выяснить причину плохого настроения капитана. Оказывается, его раздражала малая скорость парохода.

«Вы понимаете, — сердито говорил капитан, — как это неприятно: идти со скоростью черепахи на судне, которое по всем своим данным должно быть быстроходным. В чем здесь дело, ума не приложу». Крылов сочувственно слушал капитана. Ему была понятна печаль старого моряка. И он решил помочь ему. Когда пароход пришел в Англию, Крылов направился в контору общества, которому принадлежало судно, и увидел там модель злосчастного парохода. Модель в точности воспроизводила все устройство судна, но, конечно, с уменьшением (в 100 раз). Крылову сразу же бросилось в глаза, что у парохода винт непомерно велик. Он порекомендовал владельцу судна обрезать каждую лопасть винта на 200 миллиметров. Судовладелец послушался и потом не раскаивался в том, что доверился русскому ученому. Стоило уменьшить лопасти винта, и пароход стал давать скорость на несколько узлов больше. Оказывается, диаметр винта был подобран неправильно.

— Как вы могли так искусно определить болезнь моего судна? — спросил изумленный судовладелец.

— Я тридцать два года читаю «Теорию корабля» в Морской Академии в Ленинграде! — просто ответил Крылов.

Конструкторы много трудятся над тем, чтобы улучшить работу винта и этим увеличить скорость парохода без повышения мощности двигателя. Они пытаются создать и такие суда, где можно обойтись вообще без гребных винтов, колес и даже без рулей.

Вот какую картину можно было наблюдать однажды на реке Ман, южнее Красноярска. Тишину реки нарушил рокот мотора. Из-за поворота показался небольшой катер. Неожиданно ему преградило дорогу препятствие — нагромождение бревен. Но катер не остановился и не свернул. Подминая с полного хода под себя бревна, он вошел в самую гущу затора.

Катер вошел в самую гущу затора.

При таких условиях плавания у любого судна обязательно бы разлетелся вдребезги винт и он потерял бы всякую возможность двигаться и управляться. Но в том-то и дело, что у катера винта не было. Не было у него и машины с валами и руля. Вместо всего этого катер имел только мощный насос.

Этот насос через приемные отверстия в днище втягивает воду, а затем с огромной силой выталкивает ее через корму, а катер получает движение вперед. Такая установка называется водометной или реактивной.

Конструкторы создают и такие устройства, которые помогают небольшим винтовым судам развивать необычайно высокую скорость.

К таким устройствам относятся, например, подводные крылья. На заводе «Красное Сормово» в Горьком уже построен катер «Ракета». У него под корпусом два несущих крыла. На малой скорости хода такой катер движется как обычное судно. Но вот скорость катера увеличивается до 30 километров в час. Большей скорости из этого винта, казалось бы, выжать нельзя. Но тут и вступают в действие подводные крылья. Они, как крылья самолета, создают подъемную силу и выталкивают корпус катера из воды. Он как бы повисает над поверхностью воды. Погруженными в воду остаются только крылья, гребной винт и руль.

Благодаря этому сопротивление воды движению катера резко уменьшается, а скорость его увеличивается со сказочной быстротой: шестьдесят… восемьдесят… сто километров в час. Стремительно проносится катер вдоль живописных берегов.

Крылатый катер стремительно проносится мимо.

Инженеры считают допустимым создание и морских судов с подводными крыльями. Возможно, пройдет несколько лет, и на океанских просторах будут мчаться со скоростью 100 километров в час и более пассажирские экспрессы. Люди будут пересекать Атлантический океан самое большее за два дня.

Интересно напомнить, что переход через океан на парусных судах XV века совершался за 70 дней; первый пароход затратил на это 26 дней, а построенный в 1952 году лайнер «Юнайтед Стейтс» такой переход делает за 3 дня и 15 часов. Это огромный корабль длиною в 302 метра. 160 000 лошадиных сил его двигателей вращают четыре винта.

Но мы уже знаем, что паровая машина такой мощности обеспечить не может. Возникает вопрос: какие же там стоят двигатели?

Оказывается, на нем, как и на всех особо мощных и быстроходных боевых и транспортных судах, стоят не поршневые паровые машины, а паровые турбины.

Еще совсем недавно паровые турбины казались чудом современной техники. Давайте посмотрим, что это такое.

Пароход — турбоход

На протяжении всего XIX века изобретатели упорно, но безуспешно работали над тем, чтобы добиться возможно большей мощности от паровой машины. Это надо было сделать для того, чтобы крупные пароходы могли ходить с высокой скоростью. Рост кораблей обгонял возможности паровой машины. Все эти старания не дали нужных результатов.

Однако в конце концов кораблестроители выяснили, что этой цели можно достигнуть только в том случае, если соорудить паровую машину таких размеров, что она займет весь пароход.

Ясно, что на такой путь увеличения мощности машины становиться было нельзя.

Дело в том, что работа пара в самых лучших машинах используется всего на одну пятую его энергии. Поэтому-то и нельзя было добиться даже от самой, казалось бы, большой машины мощности больше 5000 лошадиных сил.

Мы уже знаем, что пар поступает в цилиндр машины через золотники. Поступает отдельными порциями. Поэтому поршень цилиндра получает от расширяющегося пара не непрерывный нажим, а отдельные толчки.

Кроме того, из-за малой высоты цилиндра каждая порция пара действует очень незначительное время. Да и скорость перемещения поршня в цилиндре при этом невелика — не более 5–7 метров в секунду.

Если ставить очень высокий цилиндр, чтобы пар поработал, разгоняя поршень, подольше, то опять придется увеличивать размеры машинного отделения и всего парохода в целом.

Вот хорошо бы иметь такой двигатель, в котором пар действовал бы равномерно в течение всего времени работы этого двигателя! Да и двигался бы побыстрее. Тогда мощность двигателя неизмеримо повысилась бы.

Такой двигатель с постоянно действующим паром, названный паровой турбиной, был создан в конце прошлого столетия. В этом двигателе, делающем несколько тысяч оборотов в минуту, пар мчится в 40 раз быстрее, чем в паровой машине.

Так что назвали его турбиной не случайно: по-латыни «турбо» означает «вихрь». И что интересно: проект турбины одновременно разработали два человека, совершенно не знавшие друг друга. Это были шведский инженер Г. Лаваль и англичанин Ч. Парсонс.

Моряки рассказывают такую историю. В 1897 году на Дуврском рейде для торжественного парада по случаю юбилея королевы Виктории выстроился английский флот. Могучие броненосцы и стремительные крейсеры замерли в ожидании яхты королевы. Все было наготове.

И вдруг вместо королевской яхты откуда-то вынырнуло и с невероятной скоростью промчалось перед строем небольшое узенькое суденышко.

Самый быстроходный сторожевик бросился в погоню за нарушителем порядка. Но куда там! Успели только прочитать надпись на корме — «Турбиния». Скорость хода этого судна была в полтора раза выше, чем скорость лучших морских ходоков мира.

Вот поэтому-то строителя и владельца судна не только не отдали под суд «за безобразие на рейде», но наоборот — очень любезно пригласили в Адмиралтейство.

Строителем оказался инженер Парсонс. На своем судне он впервые в мире применил паровую турбину.

Пар в турбине работает совсем иначе, чем в паровой машине. Если направить сильную струю пара, вытекающего из конической трубки — сопла, в криволинейный канал, то эта струя, протекая по каналу, будет давить на его вогнутую стенку больше, чем на выпуклую. На этом простом свойстве и основано действие пара в турбине. Пар из нескольких сопел под большим давлением устремляется на криволинейные лопатки, закрепленные по окружности колеса и вращает его примерно так же, как вода мельничные колеса.

У турбины две основные части: одна неподвижная, называемая корпусом, или статором, и другая подвижная — это диск, или ротор, который может вращаться. К внутренней стенке статора прикреплено множество направляющих лопаток. Обод ротора также усеян сотнями и даже тысячами рабочих лопаток особой формы. Они изогнуты в сторону, противоположную изгибу направляющих лопаток. Промежутки между рабочими лопатками и есть те криволинейные каналы, куда поступает с направляющих лопаток пар. Давление пара на рабочие лопатки заставляет вращаться ротор турбины. Так работает одноступенчатая паровая турбина. Ее и изобрел шведский инженер Лаваль.

Так работает одноступенчатая турбина. 1 — подвод пара от котла; 2 — направляющие лопатки (сопла); 3 — рабочие лопатки; 4 — диск (ротор), на котором закреплены рабочие лопатки; 5 — вал; 6 — выпускной патрубок; 7 — конденсатор; 8 — подача холодной воды, 9 — охлаждающие пар трубки; 10 — отвод воды охлаждения; 11 — отвод конденсата.

Но такая турбина не нашла распространения и в конце концов уступила место другим, более совершенным.

Произошло примерно то же, что и с паровой машиной, у которой стали делать несколько цилиндров.

Дело в том, что одноступенчатая турбина не могла иметь хорошего коэффициента полезного действия. Такой коэффициент в первую очередь зависит от того, с какой температурой и с каким давлением пар начинает и кончает свою работу. Оказывается, чем больше начальное давление и температура и чем ниже давление и температура пара, покидающего турбину, тем больше механической энергии для вращения ротора он дает. У современных судовых турбин пар входит в направляющие лопатки с температурой до 450 °C и давлением в 65 атмосфер и выше. Давление пара в конце его работы зависит от того, насколько разрежен воздух в конденсаторе турбины. А давление в конденсаторе в 15–20 раз меньше атмосферного. Чтобы довести расширяющийся пар с давления в 65 атмосфер до такого ничтожного давления в конденсаторе, пришлось бы строить турбину огромных размеров. Поэтому современную турбину делают не одноступенчатой, а многоступенчатой. Такую турбину впервые и создал Парсонс. В многоступенчатой турбине огромное количество тепла от пара теряется не сразу, а постепенно, — в последовательно расположенных ступенях. Как же это происходит?

Многоступенчатая турбина состоит из двух и даже трех корпусов. Первый по ходу пара корпус называют турбиной высокого давления, следующий — турбиной среднего давления и последний — турбиной низкого давления. И внутри каждого корпуса не один, а много дисков с лопатками. Например, у турбины высокого давления их бывает до двенадцати. Диски отделены друг от друга перегородками — диафрагмами, — в которых расположены направляющие лопатки. Поступая в турбину высокого давления, пар расширяется в направляющих лопатках и, приобретая значительную скорость, идет на рабочие лопатки первого диска; затем — в направляющие лопатки следующей диафрагмы, расширяется в них, снова набирает скорость и опять идет на рабочие лопатки следующего — второго — диска, и так далее. Потом, совершив работу в первом корпусе, пар последовательно переходит в турбину среднего давления, а из нее — в турбину низкого давления, проделывая там такую же работу. Здесь давление пара уменьшается постепенно, и в каждом корпусе пар совершает полезную работу. Так, в турбину высокого давления он входит с давлением в 65 атмосфер, в турбину среднего давления—15 атмосфер, а в турбину низкого давления он поступает с совсем небольшим давлением — не более 2,5 атмосферы. На каждой ступени объем пара с уменьшением давления растет. Поэтому размеры направляющих и рабочих лопаток увеличиваются от ступени к ступени. Значит, растут в своих размерах и диски. Последние диски турбины низкого давления очень большие.

Многоступенчатое устройство турбин и позволило сооружать их такой мощности, о которой не могли даже и мечтать в начале нашего столетия. Теперь мощность судовой турбины достигает 75 000 лошадиных сил.

Турбина с зубчатым редуктором вращает винт парохода. 1 — котел: 2 — турбина высокого давления; 3 — турбина низкого давления; 4 — турбина заднего хода (на одном валу с турбиной низкого давления); 5 — главный паропровод; 6 — зубчатый редуктор; 7 — конденсатор; 8 — подача забортной воды для конденсатора, 9 — циркуляционный насос; 10 — отвод забортной воды; 11 — вспомогательные турбонасосы; 12 — упорный подшипник; 13 и 14 — промежуточные валы; 15 — гребной винт; 16 — руль; 17 — машинный люк; 18 — дымовая труба.

Для заднего хода судна имеется особая турбина.

Прежде турбины ставили главным образом на быстроходных военных кораблях и больших трансатлантических экспрессах — лайнерах. Теперь их начинают применять и на обычных торговых судах. На одном из судостроительных заводов нашей страны приступают к постройке торговых судов (грузоподъемностью в 10 000 тонн), на которых будет установлена двухкорпусная турбина мощностью в 13 000 лошадиных сил. Она будет сообщать судну очень высокую скорость — 18,5 узла.

Паровая турбина — быстроходный механизм. Ее вал вращается со скоростью нескольких тысяч оборотов в минуту. Что же получится при вращении гребного винта с такой скоростью? Получится бесполезная работа, так как лопасти винта будут только разбрасывать воду по сторонам, образуя вокруг себя пустоту. Тут уже не будет давления винта на упорный подшипник, а значит, и пароход не будет двигаться.

Именно так сначала и произошло на «Турбинии». Долго Парсонс ничего не мог понять: мощная турбина вращала гребной винт с бешеной скоростью — 2000 оборотов в минуту, а судно двигалось еле-еле.

Три года мучался Парсонс, переменил десять винтов на «Турбинии», пока не выяснил, что гребной винт, для вращения которого и служит турбина, не должен вращаться с такой скоростью. Для хорошей его работы нужна скорость вращения не более 250 оборотов. Как же быть в таком случае? Как заставить быстроходную турбину вращать винт с нужной неторопливостью? Для этого придумали соединять вал турбины с судовым валопроводом при помощи специальной зубчатой передачи — редуктора.

Конечно, все вы видели лебедку для подъема или перетаскивания тяжелых грузов. У такой лебедки два зубчатых колеса, сцепленных друг с другом. Диаметр того колеса, что ближе к рукоятке лебедки, в несколько раз меньше другого. Применение таких колес дает большой выигрыш в силе. При вращении рукоятки предмет поднимают или тащат легко, но зато очень медленно. Примерно то же самое получается и с редуктором. Его зубчатые колеса соединяют вал турбины с судовым валопроводом, а через него — с гребным винтом. Размеры колес подобраны таким образом, что судовой валопровод и гребной винт вращаются во много раз медленнее вала быстроходной турбины. В последнее время очень часто вместо такого редуктора применяют электрическую передачу. Тут зубчатые колеса заменяются электрическим током. Ток подают тихоходному двигателю, и он спокойно вращает гребной винт с той скоростью, какая нужна. Суда с электрической передачей от турбины к гребному винту называют турбоэлектроходами, в отличие от дизель-электроходов, на которых электропередача передает на валы работу дизелей. Суда с дизельными установками называют теплоходами.

Что такое теплоход

Мы уже знаем, что поршень паровой машины приводится в движение паром, а пар образуется в котле. Но котлы занимают много места на пароходе. Были и такие пароходы, где устанавливали по сорок с лишним котлов. Кроме того, большая часть тепловой энергии, получаемой при сгорании топлива, не используется, а теряется с уходящими газами и отработавшим паром. Иначе говоря, только небольшая часть энергии угля или мазута используется в паровой машине. В этом случае говорят, что коэффициент полезного действия этой машины небольшой.

И вот, во второй половине прошлого столетия изобретатели стали думать, — как бы повысить, насколько можно, коэффициент полезного действия двигателя? Как бы избавиться от котлов? Как бы изобрести такой двигатель, которому не нужны ни пар, ни громоздкие котлы?

Нельзя ли сделать так, чтобы топливо сжигалось не в котлах, а в цилиндрах самого механизма?

Так изобретатели подошли к идее двигателя с внутренним сгоранием топлива, но долго не могли осуществить ее.

Такой двигатель впервые появился в России в 1884 году.

Создателем его был капитан морского флота — О. С. Костович.

Схема двигателя Костовича. 1 — камера сгорания; 2 — поршни; 3 — цилиндры, 4 — подвод горючей смеси; 5 — выхлопная труба; 6 — распределительный вал; 7 — коленчатый вал; 8 — коромысла; 9 — шатуны; 10 — маховик.

Двигатель Костовича имел восемь горизонтальных цилиндров. И в каждом цилиндре находилось по два поршня, которые то сближались, то расходились. Горючая смесь из воздуха и паров бензина засасывалась в цилиндры при расхождении поршней. Это был первый такт двигателя, то есть такт всасывания. При последующем сближении поршней смесь сильно сжималась. Это второй такт, такт сжатия. При сближении поршней до предела давалась электрическая искра — и сжатая смесь воспламенялась. Взрыв смеси повышал давление в цилиндре до нескольких десятков атмосфер. Поршни с большой силой раздвигались. Это был третий такт — рабочий ход. В это время шток поршня при помощи передаточного устройства вращал вал двигателя. Наконец, поршни снова сближались и через выхлопной клапан выталкивали отработавшие газы вон. Это четвертый такт — выхлоп. После этого закрывался выхлопной клапан, открывался впускной — и все повторялось с начала.

Этот первый бензиновый двигатель, предназначенный для дирижабля, и сейчас хранится в Центральном Доме Авиации в Москве.

Бензиновый двигатель имеет крупные достоинства по сравнению с паровой машиной. Он значительно легче ее, потребляет во много раз меньше топлива, занимает меньше места, чем машины с котлами, и требует для своего обслуживания мало людей.

Но для установки на судно он не годится, так как работает на дорогом бензине и не безопасен в работе.

Для судна нужен был такой двигатель, который мог работать не на бензине, а на более безопасном и дешевом топливе.

Над созданием такого двигателя трудилось много изобретателей. Среди них нужно отметить русского конструктора Б. Г. Луцкого. В 1885 году он построил и успешно испытал газовый четырехцилиндровый двигатель. Но и его нельзя было ставить на судно. Изобретатели продолжали работать над созданием настоящего судового двигателя, надежного и простого.

Нечто подобное создавал и немецкий инженер Рудольф Дизель. Сначала Дизель решил, что его двигатель будет работать на угольном порошке. Долго трудился он над этой задачей, а затем отказался от ее решения. У него никак не получалось зажигание топлива в цилиндре. Тогда Дизель решил использовать в качестве топлива нефть. Повторилось то же, что и с угольным порошком. Сам Дизель так писал о своей работе по созданию нефтяного двигателя: «Первый мотор не работает, второй работает плохо, третий будет хорош…» Но и третий оказался плохим.

После нескольких лет бесплодной работы Дизель постепенно отказался от ранее задуманной им конструкции двигателя. В конце концов он построил в 1896 году двигатель, работающий на керосине. Собственно говоря, Дизель добился того же, что и Костович, но с опозданием на двенадцать лет.

Нефтяной двигатель внутреннего сгорания — мощный, экономичный и безопасный — оставался пока мечтой изобретателей. Эту мечту обратили в действительность инженеры и техники с завода «Л. Нобель» в Петербурге.

Дело началось с того, что завод собрался в 1897 году строить по чертежам Дизеля керосиновые двигатели. Рассматривая эти чертежи, русские специалисты нашли в них много ошибок. Пришлось изменить некоторые части двигателя.

Потом подумали-подумали и решили переделать двигатель с керосинового на нефтяной. Нелегко далась эта работа. Но помогла русская смекалка и изобретательность.

В 1899 году двигатель был готов и успешно прошел все испытания. Он имел мало сходства с тем двигателем, что описан в чертежах Дизеля. Но это не помешало всем странам, в том числе и царской России, считать Дизеля его изобретателем. С тех пор этот двигатель несправедливо называют дизелем.

Зато никто не посмел отнять у нашей Родины первенства в применении этого двигателя на судах.

В 1903 году на Неве удачно было испытано первое в мире судно с нефтяным двигателем. Его назвали «Вандал».

«Вандал» — дедушка современных теплоходов.

На нем были установлены три нефтяных двигателя мощностью по 120 лошадиных сил каждый. Это был первый в мире теплоход. Так стали именовать те суда, которые приводятся в движение не паровой машиной, а двигателем внутреннего сгорания — дизелем. «Вандал» — этот «дедушка» современных теплоходов — существует и сейчас.

Через год после постройки «Вандала» в Сормове спустили на воду второй теплоход — «Сармат».

Весть о новых русских судах быстро разнеслась по свету. Иностранцы удивлялись замечательным качествам теплоходов. Да и было чему удивляться. Дизели теплоходов потребляли дешевое топливо — нефть. Очень мал был и расход этого топлива. Например, теплоходу для рейса из Баку в Астрахань требовалось тогда 9 тонн нефти, а такому же пароходу — 48 тонн. Коэффициент полезного действия этих двигателей был почти в два раза больше, чем у паровой машины с котлом. С теплохода исчезли котлы и обслуживающие их кочегары. А ненужные теперь котельные отделения использовали для перевозки добавочных грузов.

Всех поражала также быстрота пуска нового двигателя. Для разводки котлов и пуска в ход паровой машины нужны были часы, а для запуска дизеля — минуты.

«Вандал» и «Сармат» были речными судами.

Первый в мире морской теплоход построен в 1908 году также в России. Это было крупное нефтеналивное судно «Дело» с двумя дизелями общей мощностью в 1000 лошадиных сил. За границей первый морской теплоход появился только в 1912 году.

А сейчас подавляющее большинство новых судов — теплоходы.

Работы по усовершенствованию двигателей не прекращаются и теперь.

Например, очень заманчивым делом является применение газовой турбины, соединяющей достоинства двигателя внутреннего сгорания и паровой турбины.

По сути дела, это обычная турбина, только без всяких котлов и без пара. Ротор ее вращается так же, как двигается поршень в цилиндре дизеля, — под давлением газов, образующихся при сгорании распыленного жидкого топлива, перемешанного со сжатым воздухом.

Но пока еще удачных конструкций газовых турбин очень мало.

«Сердце» теплохода

Двигатель современного теплохода чаще всего бывает шестицилиндровым и двухтактным. Двигатели «Вандала», «Сармата» и других теплоходов того времени совершали рабочий процесс за четыре такта: всасывание, сжатие, рабочий ход и выхлоп. Потом конструкторы пришли к такому мнению, что можно ограничиться лишь двумя тактами: рабочим ходом и сжатием. Так появился двухтактный двигатель с внутренним сгоранием топлива. Сейчас он широко распространен на теплоходах.

Устройство двухвинтового грузо-пассажирского теплохода. 1 — камбуз команды; 2 — лазарет; 3 — жилые помещения команды; 4 — отсек рулевой машины; 5 — шахты грузовых трюмов; 6 — междупалубные помещения для груза (твиндеки); 8 — коридор гребного вала; 9 — топливные цистерны; 10 — цистерны пресной воды; 11 — балластные цистерны; 12 — цистерны смазочного масла; 13 — закрытая прогулочная палуба; 14 — аварийные дизель-динамо; 15 — каюты пассажиров; 16 — машинная шахта; 17 — мастерская; 18 — вспомогательный котел; 19 — прачечная, 20 — машинное отделение; 21 — отделение вспомогательных двигателей; 22 — ледник; 23 — камбуз для пассажиров; 24 — вестибюль; 25 — ресторан; 26, 27 — салоны; 28 — каюта капитана; 29 — рулевая рубка; 30 — штурманская рубка; 31 — верхний ходовой мостик; 32 — дымовая труба (в нее выведены выхлопные трубы двигателей и вентиляционные шахты); 33 — шкиперская кладовая; 34 — брашпиль; 35 — цепной ящик; 36 — мачта с грузовыми стрелами; 37 — антенны радиопеленгатора; 38 — грузовые колонки со стрелами; 39 — антенна радиолокатора; 40 — выгородка лага и эхолота.

У такого двигателя впускные и выхлопные клапаны заменены продувочными окнами, сделанными в стенках цилиндров. В конце рабочего хода поршень опускается ниже продувочных окон, и отработавшие газы вырываются наружу.

Чтобы полностью очистить цилиндр от газов, его продувают сжатым воздухом. Когда поршень начинает подниматься, он закрывает собой продувочные окна и постепенно сжимает воздух в цилиндре. От этого сжатия воздух, когда поршень достигает самого верхнего положения, нагревается до 1500 °C и более. В этот момент особый насос впрыскивает в цилиндр строго отмеренную порцию горючего. Под давлением в несколько десятков атмосфер топливо распыляется, смешивается с горячим воздухом и самовоспламеняется. При сгорании топлива образуются газы, которые и толкают поршень.

Двигатель современного теплохода чаще всего делают шестицилиндровым и двухтактным. 1 — рабочий цилиндр; 2 — водяное охлаждение; 3 — форсунка; 4 — сжатый воздух для продувания цилиндров; 5 — поршень; 6 — выхлопная труба; 7 — топливный насос; 8 — шатун; 9 — коленчатый вал.

Дальше все происходит точно так же, как и у паровой машины: прямолинейно-возвратное движение поршней при помощи шатунов преобразуется во вращательное движение коленчатого вала двигателя. А этот вал при помощи валопровода вращает гребной вал с насаженным на него винтом.

В машинном отделении теплохода, как и на всяком судне, кроме главных двигателей, стоит много вспомогательных механизмов. Тут и различные насосы для обслуживания главного двигателя: водяные охлаждающие, топливные, масляные. Много насосов и общесудового назначения: балластные, трюмноосушительные, водоотливные, пожарные, для бытовых нужд. Тут и компрессор для выработки сжатого воздуха. Все они электрифицированы. А ток для работы им подают установленные здесь же электрические генераторы.

Назначение этих вспомогательных механизмов различно.

Охлаждающие насосы подают воду для охлаждения стенок цилиндров двигателя. Масляные насосы подают масло для смазки двигателей и подшипников. Балластные насосы служат для откачки или приема воды в отсеки двойного дна и в специальные цистерны водяного балласта, чтобы можно было менять положение судна. Осушительные насосы предназначены для удаления из днищевой части судна небольшого количества воды, скапливающейся с течением времени. Они отличаются от отливных насосов, которые нужны любому судну для удаления большого количества воды, поступившей при аварии. Пожарные насосы снабжают морской водой магистраль, которая тянется по всем палубам судна. Для подачи воды во многих местах палубы ставят отростки труб. К этим отросткам, когда нужно, присоединяются гибкие пожарные шланги. Магистраль устроена так, что после пуска насоса любой район палубы в случае пожара может получить мощную струю воды. Особые насосы подают воду в бани, прачечные, умывальные, к бакам с питьевой водой. Компрессоры вырабатывают сжатый воздух для пуска двигателя в ход и для работы пневматических инструментов. Вентиляторы и воздуходувки гонят свежий воздух в помещения и удаляют испорченный. Они же подводят воздух к котлам для горения и к двигателям для продувания цилиндров.

Вы спросите: «А при чем здесь котлы? Разве теплоходу нужен пар?»

Оказывается, у теплохода тоже имеется котел. Но он служит для вспомогательных целей: отопления помещений судна, подачи горячей воды в бани, душ и т. д.

Его так и называют: «вспомогательный котел». Он небольших размеров и потому не требует для себя особого котельного отделения. Его устанавливают обычно в верхней части машинного отделения и соединяют с выхлопной трубой дизеля, так что такой котел отапливается отработавшими газами. А на стоянке теплохода, когда двигатель не работает, вспомогательный котел приходится отапливать мазутом.

Много и приборов в машинном отделении теплохода. Вон висит что-то похожее на огромнейший будильник. У него даже звонок приделан.

Но на его циферблате не цифры, а надписи: «Приготовься», «Стоп», «Малый вперед», «Полный вперед», «Малый назад», «Полный назад» и другие.

У прибора имеется большая стрелка. Как зазвонит звонок, — в машинном отделении сразу смотрят на стрелку, куда она покажет. Вот стрелка остановилась против надписи «Стоп». Это значит: надо срочно останавливать двигатель.

Машинный телеграф передает механику распоряжение капитана.

А почему же движется стрелка и кто дает такие распоряжения? Оказывается, на мостике (и в ходовой рубке) имеется прибор точно с таким же циферблатом. Он установлен на невысокой тумбочке, а сбоку приделана ручка. Вот капитан или его помощник поворачивает ручку, пока стрелка не станет, например, против надписи «Малый вперед». В машине зазвонит звонок. Все посмотрят на циферблат и увидят, что и здесь стрелка показывает «Малый вперед». И сразу исполняют команду. Но, прежде чем исполнить, поставят ручку своего прибора против стрелки. Тогда на мостике прибор зазвонит и стрелка на нем покажет, что механик понял команду.

На мостике у машинного телеграфа стоит капитан.

Это устройство для передачи приказаний называется машинным телеграфом. Оно имеется и на пароходах.

Телеграфы могут быть механическими: у них ручка, одного прибора соединена со стрелкой другого прибора тросиками или валиками. Теперь чаще применяют электрический машинный телеграф.

На теплоходах нет машинистов и кочегаров. Такие специальности есть только на пароходах. Двигатель теплохода обслуживают мотористы. Эта специальность сложна и ответственна. Моторист должен следить за всем. Он должен знать, как подается топливо, воздух и смазка к двигателям, не перегрелись ли подшипники линии валов и нет ли в механизмах подозрительных стуков.

Мотористы советских теплоходов хорошо знают свое дело.

Во время Великой Отечественной войны одному из советских теплоходов было дано задание: доставить подкрепление Севастополю, осажденному фашистами.

Стояла холодная зима 1941 года. Теплоходу предстоял тяжелый и опасный рейс. Советских моряков не пугали огромные волны, которые обрушивались на судно. Шторм — для них дело привычное. Моряков беспокоило другое: в море непрерывно шныряли подводные лодки, а в воздухе летали самолеты врага. Только сравнительно большая скорость хода и увертливость судна могли спасти его от бомб и торпед. Даже кратковременная остановка двигателя или уменьшение скорости грозили теплоходу верной гибелью.

Это был суровый экзамен для людей и для механизмов. И советские моряки выдержали этот экзамен «на отлично».

Несколько дней, преодолевая вражеские заслоны, создаваемые подводными лодками и авиацией, теплоход пробивался сквозь свирепые штормы Черного моря. Сколько раз мощные фонтаны от падающих бомб окружали теплоход! Не один раз ловко увертывался теплоход от пенистого следа идущей на него торпеды. Спасали опытность и бдительность советских людей, несущих вахту на мостике.

Так же бдительно стояли на вахте и мотористы. Среди них был комсомолец Александр Моргуновский. Еще пять лет назад плавал он по Волге матросом на колесных пароходах, а о двигателях внутреннего сгорания только слышал. Потом он попал в морской флот. Пройдя двухлетний путь технической учебы, он стал одним из лучших мотористов Черноморского пароходства.

Войдет Моргуновский в машинное отделение и сразу попадает в знакомый ему мир звуков, исходящих от клапанов, рычагов, насосов. У каждого из них свой, особенный голос, свое бормотание. И все это сливается в общий гомон Но чуткое ухо моториста сразу улавливает ненормальные хрипы и стуки, когда они появляются. И он быстро определяет: где надо поджать, где снять и перебрать, а где и вовсе заменить мелкую деталь. Не сделаешь этого вовремя, — весь механизм испортится.

На судне есть специальная мастерская. Она хорошо оборудована. В ней есть токарный станок, слесарный инструмент, верстак с тисками и даже небольшая кузница с горном.

Не раз знание дела и бдительность Моргуновского позволяли своевременно провести предупредительный ремонт. Вот и теперь, в перерыве между вражескими налетами, Моргуновский вдруг уловил в стройном звучании движущихся частей двигателя еле слышные тревожные стуки. Чтобы их услышать, надо обладать тонким слухом. Нужно было особо настороженное внимание, чтобы выделить этот звук из общего шума, не упустить его. Не прошло и нескольких минут, как Моргуновский уже отыскал причину странного звука.

— Товарищ механик, — доложил он старшему механику, — сорвана шпилька на клапане двигателя.

Шпилька, крепящая крышку клапана, с виду совсем простая деталь. Но старший механик знал: сорвется она, через крышку начнет просачиваться воздух — и двигатель остановится.

— Сколько времени надо на исправление? — спросил механик. — Помните: долго стоять мы не можем. Каждую минуту надо ждать налета с воздуха.

Моргуновский на мгновение задумался. Обычно такая работа занимала час, а то и больше. Но сейчас об этом сроке и думать нечего было. Надо сокращать его всеми средствами. И он твердо ответил:

— Через четверть часа можно будет опять пустить дизель!

— Хорошо, действуйте! — И старший механик приказал остановить двигатель.

Ровно через 15 минут Моргуновский доложил об исправлении повреждения.

Что такое электроход

В один осенний день 1838 года по реке Неве в Петербурге плавало небольшое колесное судно. С первого взгляда оно не заслуживало никакого внимания. Мало ли колесных пароходов снует взад и вперед по реке! Но более внимательные зрители увидели у этого судна нечто удивительное: оно не имело трубы и не дымило. С него не доносился шум работающей машины. А все же гребные колеса вращались и судно двигалось. Что за чудесная сила вращала колеса? Никто из зрителей не мог дать определенного ответа. Такой ответ дали на следующий день петербургские газеты. В них сообщалось, что русский ученый Борис Семенович Якоби изобрел первый в мире электродвигатель. Чтобы доказать возможность практического применения своего изобретения, Якоби и установил двигатель на судне. Это судно стало первым в мире электроходом. Кроме электродвигателя, никаких механизмов на судне не было. А для получения электрического тока, вращающего двигатель, на первом электроходе стояла гальваническая батарея. Электродвигатель Якоби завоевал себе право на жизнь. Но для судна он оказался непригодным. Дело в том, что гальваническая батарея была очень громоздка, дорого стоила, а заряда в ней хватало на малое время.

Электродвигатель развивал мощность, равную только одной лошадиной силе. И судно могло двигаться со скоростью всего 4–5 километров в час. Человек пешком идет скорее. Понятно, что электродвигатель Якоби не мог тогда соперничать с паровой машиной. Пришлось электродвигателю временно уйти с судна. А вернулся он опять на судно лишь в 1903 году. Тогда впервые установили его на теплоходе «Вандал». Первые в мире теплоходы «Вандал» и «Сармат» были в то же время и первыми настоящими электроходами.

Почему же великое изобретение Якоби так поздно вернулось на надводное судно? Может быть, электродвигатель оставался негодным для судна? Нет, он давно уже успел зарекомендовать себя с самой хорошей стороны. Это было доказано успешным применением электродвигателей на подводных лодках еще с 1884 года. В чем же дело? Оказывается, — в том, что конструкторам и ученым долгое время не удавалось разработать полноценную теорию электродвижения судов и создать экономичные и мощные электродвигатели, требующиеся для крупных судов. Такие двигатели стали появляться лишь в двадцатых годах нашего столетия. К 1932 году во всем мире было уже 250 электроходов. Мощность механизмов у некоторых из них достигала 160 000 лошадиных сил. А сейчас большинство строящихся судов — электроходы.

Чтобы узнать, как движется электроход, заглянем в его машинное отделение.

Оно сильно отличается от машинного отделения парохода. Здесь нет открытых штоков, ползунов и шатунов, двигающихся с таким грохотом и лязгом, что людям трудно около них разговаривать.

Машинное отделение электрохода — это залитый ярким светом, просторный и ослепительно чистый зал. В нем установлены турбины или дизели. И с каждым дизелем или турбиной спарен электрический генератор. Как известно, этот генератор при вращении якоря вырабатывает электрический ток. Но для этого его надо вращать каким-то двигателем. Если генератор вращается турбиной, то электроход называют турбоэлектроходом; если дизелем, то — дизель-электроходом. Таким образом, машинное отделение электрохода — это та же электростанция, где получают электрический ток.

Машинное отделение электрохода похоже на зал электростанций.

И все же остается неясным, — кто же вращает гребные винты электрохода?

На пароходе и теплоходе все понятно; там вал паровой машины, турбины или дизеля соединен с линией валов, которая заканчивается гребным валом и винтом. Вращаются валы и винт — пароход или теплоход движется. На электроходе же никакие валы от генераторов в корму не идут. Как же все-таки электроход движется?

На этот вопрос мы в машинном отделении электрохода ответа не найдем. Надо пройти в его кормовую часть. Там в особом отсеке установлен один или два электродвигателя, по числу винтов. От этих электродвигателей и выходят наружу валы с насаженными на них винтами. Вот эти электродвигатели и вращают гребные винты, приводя в движение электроход. А ток им непрерывно подает из машинного отделения главная электростанция.

От электродвигателя и выходит наружу вал с насаженным на него винтом. 1 — турбогенератор, 2 — конденсатор; 3 — электродвигатель, вращающий вал с винтом.

Много различных приборов в машинном отделении электрохода. Каких здесь только нет — пусковые, измерительные, контрольные, сигнальные! И все они сосредоточены в одном посту управления, стоящем посредине машинного отделения.

Много и электромеханизмов на борту электрохода. И всеми ими командует с поста управления один человек. Где надо, — кнопку нажмет, а где — ручку повернет. Смотришь, — и заработал механизм. Вахтенный инженер-электрик не покидает поста управления. И все же он в курсе того, где и что делается. Полную картину работы генераторов, двигателей и всех электрифицированных механизмов ему, как на экране, показывают измерительные и контрольные приборы. Также не уходя с поста, узнает электрик и о неисправностях в механизмах. Тут ему на помощь приходят сигнальные приборы. Вот на пульте поста управления зажигается электрическая лампочка. И вахтенный сразу узнает, какой механизм «докладывает» ему о своей неисправности. С поста управляют и работой кормовых электродвигателей, вращающих гребные винты. Этими электродвигателями можно управлять и прямо с капитанского мостика, минуя машинное отделение. В этом большое достоинство электрохода по сравнению с пароходами и теплоходами. А о том, как это делается, расскажем дальше.

Прочитав эту первую часть книги, вы можете спросить: «Как же так? Мы читали и про пароходы и про теплоходы и про электроходы, а в названии книги стоит только одно слово — „пароход“».

Не забывайте, что паровая машина была самым первым механическим двигателем. Поэтому и слово «пароход» старше. И пароходами до сих пор очень часто называют не только паромашинные или паротурбинные суда, а и любые суда с механическими двигателями. Вы и сами не раз слышали, как люди, увидя какое-нибудь судно, говорят: «Вот идет пароход!»