Владислав Пристинский - 100 знаменитых изобретений
Несмотря на торосистый лед, туманы и обстрел, корабли тремя отрядами пришли в Кронштадт. Решающий вклад в успех этого беспримерного похода внес «Ермак».
С началом освоения Северного морского пути «Ермак» был направлен в Арктику. Он выводил замерзшие во льдах пароходы, доставлял им продукты и топливо.
В феврале 1938 г. «Ермак» участвовал в снятии с льдины экипажа станции «Северный полюс», которую возглавлял И. Д. Папанин.
В 1938 г. за пять месяцев плавания «Ермак» освободил из ледового плена 17 и провел в Карское море и море Лаптевых 10 пароходов. В том же году он достиг 83-го градуса северной широты. До этого ни одно судно, самостоятельно передвигаясь во льдах, не достигало таких высоких широт.
Во время Великой Отечественной войны ветеран проводил на буксире в Кронштадт и обратно баржи с углем, продуктами и оборудованием, госпитальные суда.
В 1949 г. ледокол был награжден орденом Ленина. «Ермак» был в строю до 1963 г.
В 1917 г. в Англии был построен ледокол «Святогор», в 1927 г. переименованный в «Красин». В 1928 г. «Красин» участвовал в спасении участников экспедиции У. Нобиле, которые потерпели катастрофу на дирижабле «Италия».
В 1932 г. «Красин» совершил первое зимнее плавание в Арктике, а в 1933 г. впервые достиг зимой северной оконечности Новой Земли.
В 1932 г. советский ледокольный пароход «Сибиряков» впервые прошел Северный морской путь за одну навигацию. Он вышел из Архангельска в июле. Проходя льды у побережья Чукотки, судно повредило винт, но экипажу удалось отремонтировать повреждение. Затем от удара о ледяную глыбу обломился конец гребного вала и пошел ко дну вместе с винтом. Моряки взрывали лед аммоналом, а когда судно вышло на чистую воду, подняли на мачтах брезентовые полотнища. 1 октября 1932 г. «Сибиряков» вышел в Берингов пролив.
Конструкция ледоколов рассчитана на очень большую нагрузку. Ледокол редко двигается непрерывно, чаще он останавливается, отходит назад и наскакивает на льдину с разбега. Иногда ему приходится ударять в лед и кормой. Чтобы вползти на льдину, форштевень и ахтерштевень (носовая и кормовая части судна) имеют уклон 23–25°. Весь ледокол, особенно его нос и корма, должны быть прочными, а их штевни – массивными. Так, форштевень советского ледокола «Сибирь», построенного в начале 40-х гг., весил 26 тонн, а ахтерштевень – 36 тонн. У обычных судов вес этих частей не превышает 6–7 тонн.
Один квадратный метр борта «Ермака» выдерживал нагрузку в 55 тонн, а «Сибири» – 75 тонн. Шпангоуты на ледоколах, особенно в носовой и кормовой части, установлены чаще, чем на других судах.
Стремление к повышенной прочности корпуса усложнило его конструкцию. Повышенная жесткость достигается применением многочисленных палуб и платформ. К поперечным водонепроницаемым переборкам, которые есть на каждом судне, добавлены продольные, отделяющие машинные и котельные помещения. Двойное дно судна переходит во второй борт.
Вдоль ватерлинии судна обшивка утолщена и образует так называемый ледовый пояс в том месте, где корпус ледокола наиболее часто соприкасается со льдом. На «Ермаке» высота ледового пояса достигала 5,4 м, на «Сибири» – 6,1 м.
Непрерывным ходом ледоколы могут сокрушать сравнительно тонкий лед. «Ермак» и «Красин» ломали ходом лед толщиной 50–60 см. Особенно тяжелые льды ледоколы бьют «звездочкой», ударяя в одно и то же место, но в разных направлениях.
Если ледокол, ударив в лед, не расколол его и застрял, в действие приводится креново-дифферентная система. Электрические помпы начинают качать воду в носовую дифферентную цистерну, нос судна становится тяжелее и сильнее давит на лед. Вода поочередно перекачивается из цистерн правого борта в левый и наоборот. Ледокол начинает бортами давить на лед.
Если не удается выйти из ледового плена, с кормы на лед подают так называемый ледовой якорь, лапу которого вставляют в пробитую лунку. Машины работают назад, лебедка выбирает трос, и ледокол сам стаскивает себя с льдины. В крайних случаях лед взрывают.
Машины ледоколов работают в очень жестком режиме. Они дают то передний ход, то задний. Число реверсов машины может достигать 15–20 в минуту. На первых ледоколах стояли паровые поршневые машины. Они оказались простыми и надежными для эксплуатации во льдах: быстро меняли режим работы, долго и безаварийно действовали на переменных ходах, легко меняли направление вращения. Но при движении ледокола во льду из-за возрастающего сопротивления скорость хода значительно уменьшалась, паровая машина снижала количество оборотов. В результате снижалась мощность в тот момент, когда она была нужна судну.
Позже на ледоколах в качестве главных двигателей стали устанавливать дизели. Они неустойчиво работают при малых нагрузках и не выносят длительных перегрузок, возникающих при движении ледокола во льдах. Этот недостаток был преодолен с помощью электрической передачи. Дизель равномерно вращает электрогенератор, подающий энергию на моторы, вращающие гребные винты. Гребные двигатели работают в переменном режиме, потребляя нужное в данный момент количество электроэнергии. Число их оборотов легко регулируется, что позволяет подобрать наиболее выгодный для работы режим и использовать полную мощность для работы на заднем ходу. Каждый гребной двигатель обслуживается 2–3 генераторами.
Уязвимым местом ледоколов являются гребные винты: их лопасти часто гнутся и ломаются под ударами льдин. Чтобы защитить лопасти и руль от ударов, ледоколы имеют максимально возможную осадку. Но кормовым винтам грозят также и льдины, скользящие по корпусу судна. Для их защиты на корпусе сделаны своеобразные «ножи», отводящие льдины от винтов.
Гребные винты ледоколов не отливаются целиком как обычно, а имеют съемные лопасти, которые в случае повреждения можно заменить запасными. Винты делаются из специальных ванадиево-никелевых сплавов. Винты обычно имеют 4 лопасти: при меньшем количестве куски льда, застревающие между ними, ломают винт.
В 1957 г. в СССР был спущен на воду первый в мире атомный ледокол «Ленин». Он имел водоизмещение 16 000 тонн и мощность главных турбин 44 000 л. с. «Ленин» мог работать целый год, не заходя в порт.
В 1977 г. другой советский ледокол, «Арктика», дошел до Северного полюса, осуществив мечту Ф. Нансена.
Ледоколы сыграли важную роль в освоении Арктики, расширив возможности доставки людей и грузов в ранее недоступные районы.
Литье стали
В середине XIX в. в связи с быстрым ростом производства резко выросла потребность в стали. Существовавшие в то время кричный передел, тигльная выплавка стали и пудлингование не могли удовлетворить эту потребность.
В конце 1854 г., в разгар Крымской войны, на Венсенском полигоне во Франции испытывался мощный артиллерийский снаряд конструкции англичанина Генри Бессемера. Глава экспертной комиссии капитан Минье отметил, что дело за малым: создать еще и пушку для стрельбы такими снарядами. Это побудило Бессемера начать разработку новой пушки.
Первое – материал, способный выдержать значительные напряжения при стрельбе снарядами крупного калибра. Использовавшиеся в то время бронза и чугун его не устраивали, и он решил получить чугун более высокого качества. Свои опыты Бессемер сначала проводил в небольшом горне, затем в пламенной (пудлинговой) печи. Во время очередного эксперимента он обратил внимание на несколько кусков чугуна, которые, несмотря на сильный жар, не расплавлялись. Изобретатель пустил сильную струю воздуха, чтобы усилить сгорание. Спустя полчаса Бессемер увидел, что от кусков чугуна остались лишь тонкие пленки обезуглероженного железа. Итак, атмосферный воздух может обезуглероживать чугун, превращая его в ковкое железо без пудлингования и других операций. То, что происходит в металле, когда на него воздействуют воздухом, сам Бессемер объяснял так: содержащийся в чугуне «углерод не может в условиях белокалильного жара находиться в присутствии кислорода, не соединяясь с ним и, таким образом, не производя горения… Следовательно, достаточно привести в соприкосновение кислород и углерод так, чтобы значительные их количества подвергались взаимному действию, чтобы получить температуру, не достигнутую до сих пор в крупнейших печах». Хотя на самом деле больше тепла выделяется при реакции с кислородом не углерода, а кремния, суть идеи от этого не менялась: для обезуглероживания расплавленного чугуна его следует продувать воздухом.
Эта гениальная идея, вскоре совершившая переворот в металлургии, сначала казалась многим, по меньшей мере, нелепой. Так, когда Бессемер сказал литейщику, нанятому для проведения практических плавок, что хочет продуть холодный воздух через жидкий металл, тот без сомнения заявил: «Металл весь скоро превратится в глыбу». И мастер очень удивился, когда после продувки в изложницу по желобу полилась ослепительная струя металла. Бессемер писал: «Я не в состоянии передать, что я чувствовал, когда увидел эту раскаленную массу, медленно поднимающуюся из формы. Это был первый большой слиток литого железа, который когда-либо видел человеческий глаз».
