«Атас, винты!»: как и почему меняются поколения судовых движителей
Трагическая, ироническая и почти полностью правдивая история про технику для арктических плаваний.
Сначала все плавали без винтов. Особенно, конечно, интересно было плавать без винтов в Арктику. Всем так хотелось поскорее сгинуть в ледяных пустошах, что ждать изобретения парового двигателя не было никаких сил.
Корабль просто должен был быть достаточно прочным, чтобы доплыть туда, где можно замёрзнуть насмерть. Выше полярного круга для этих целей вполне хватало небольшого деревянного корабля. Например, у поморов был поморский коч. Не знаю, что значит слово «коч», но почти наверняка это синоним слова «конец».
Чтобы немного оттянуть неминуемый коч, у поморского корабля предусматривалась хитрость. Форма корпуса была такая, что когда он сдавливался льдами, то не сразу с хрустом шел на дно, а выскакивал на поверхность, как вишнёвая косточка, которую сжали пальцами. После чего поморы могли ещё какое-то время волочить коч по льду. Похоже на древний кёрлинг — чей коч проскользит дальше, прежде чем остановится навсегда вместе с командой.
Поморский коч. Название «коч», конечно, означает не «конец», а происходит от слова «коца» и обозначает дополнительный пояс внешней обшивки дубовыми или лиственничными досками
Но потом появились винты.
Из-за винтов ходить в Арктику стало легче, поэтому чтобы наверняка сгинуть в ледяных пустошах, заплывать приходилось всё дальше и дальше. И дальше.
Двигатели, которые вращали винты, становились всё мощнее. Да и сами корабли, чтобы преодолевать толстые льды, становились всё больше и больше. И больше.
Возникла проблема гребных валов. Чем крупнее корабль, тем длиннее у него гребной вал, потому что двигатель желательно ставить где-то в середине корпуса. Если поставить двигатель в корму, то он перевесит, и долгая мучительная смерть от холода сменится быстрой и бесславной смертью от утопления.
В могучем ледоколе, который уж точно довезет экипаж сквозь льды на верную смерть, вал может быть гигантским 30-метровым цельнометаллическим бревном диаметром в метр. Я рассказал об этом товарищу и он заметил: «Ого, 30 метров! Какой большой. Наверное, у капитанов ледоколов нет проблем с самооценкой». Вообще, наверное, да. Ну, пока мимо не проплывёт ледокол, у которого гребной вал 31 метр и больше.
Стандартная схема: основной двигатель, который напрямую вращает гребной вал. На конце вала — винт. Чем больше корабль, тем длиннее и тяжелее вал, тем выше инерция и тем сложнее быстро менять режимы вращения
Но вот в какой-то момент один капитан ледокола решил дать задний ход. Мы, конечно, не думаем, что он струсил героически замерзать насмерть, и считаем, что просто решил чуть отойти, чтобы как следует разогнаться и броситься на лёд, как морской котик на берег бассейна в океанариуме.
В этот момент выяснилось, что задом ледокол идёт сквозь льды заметно увереннее, чем передом. Хочешь погибнуть геройски? Разворачивай ледокол — и полный назад, только гляди, куда плять. Как у Кастанеды:»…смерть стоит за левым плечом».
Дело в том, что когда ледокол идёт задним ходом, то винты у него спереди. И они режут лёд, помогая движению. Все просто привыкли, что винты у кораблей сзади, и когда изобретали ледокол, то сразу как-то не подумали.
Но можно ли двигаться к гибели ещё быстрее? Конечно, да.
Тут, правда, вмешалась маневренность. Самый прямой путь в гибельные ледяные пустоши — не всегда самый быстрый, поэтому некоторые участки лучше огибать. А на большом корабле с вот такенным гребным валом это сложно. Рули работают от давления воды, корабль худо-бедно поворачивает только с ходу. А если скорость маленькая, то поворота не выйдет.
Проходящая через винт водяная струя попадает на руль. Если судно движется быстро, то поворот руля направит водяную струю в сторону, и судно повернёт. На малом ходу силы струи недостаточно — особенно это актуально при швартовке в порту
Вот было бы круто, если бы поворачивались сами винты.
И начали думать. Сначала решили что-то сделать с гребными валами. Самооценка капитанов, конечно, важна, но валы же реально огромные! А ведь нужно протащить этот дрын через пол-корабля, сквозь отсеки, да ещё загерметизировать, да ещё смазывать… Ой, всё.
Поэтому основной двигатель теперь не вращает гребной вал напрямую. Он вырабатывает электричество для компактного электродвигателя. Электродвигатель спокойно ставится в корму и они там с винтом и коротенький гребным валом уже сами договариваются, чего-как.
Электродвигатель чем ещё лучше — он резче! Меньше инерции, быстрее смена крутящего момента. Хочешь — вперёд, хочешь — назад, хочешь — как хочешь и за доли секунды. Ему вообще всё равно. Чисто современный инфобизнесмен против старого дизеля-консерватора.
Основной двигатель больше не вращает напрямую длинный вал, а питает электродвигатель. Электродвигатель вращает короткий вал с винтом
Но мы же хотели поворачивать сами винты? Пожалуйста!
Вот она — новая эра, самый быстрый путь в ледяные объятия смерти. Винторулевая колонка.
Электродвигатель больше не лежит мышкой в корме корабля. Он вместе с гребным валом, который теперь совсем крошечный, засунут в водонепроницаемую гондолу и подвешен к корпусу снизу. Из гондолы торчит винт. Вся гондола целиком вращается вокруг своей оси и называется винторулевой колонкой. Корабль поворачивает и плывет куда хочет, хоть с места сразу вбок.
А компания, которая эту штуку придумала, назвала её Azipod и, в общем, надолго стала монополистом, потому что это вам не стеклоподъемники делать. И теперь большинство таких винторулевых колонок называют азиподами — как ксерокс, только мощностью в 25 мегаватт.
Те самые Azipod — винторулевые колонки компании ABB
Наиболее технически подкованные товарищи, нахмурив очки, скажут что винторулевая колонка и азипод — это не совсем тождественные вещи. Что в азиподе электродвигатель расположен во внешней гондоле, а винторулевая колонка — это только привод от электродвигателя, который находится внутри корпуса судна. Но мы не будем погружаться глубже и ограничимся общим принципом действия: направление винтов у них меняется в широких пределах.
Скажем только, что ледоколам сначала не очень повезло — инициативу у них перехватили танкеры, которые возят всякое по Северному морскому пути. Потому что только стремление к прибыли иногда пересиливает жажду смерти. «Больше золота!» — как завещал нам раджа из мультика про золотую антилопу. Что характерно, перед смертью.
Так вот, танкеры тоже огромные, ещё побольше ледоколов, и им тоже нужно преодолевать льды. Поэтому азиподы для танкеров делают специальными, боевыми.
Им точат винты.
Танкер с тремя наточенными азиподами — лютая силища. Когда он разворачивается кормой вперёд, тот лёд, который поумнее, сам трескается и торопливо тонет. И это арктический лёд — не беленькая корочка на луже после первых заморозков, а монолит в три метра толщиной с прочностью, как у бетона.
Газовоз «Кристоф де Маржери» идёт по Севморпути кормой вперёд. В своём первом рейсе в феврале 2021 года он прошел так примерно 10% пути. Его подстраховывал ледокол, но ледокол так и не понадобился — «Кристоф» вполне справился сам
В общем, лёд, который остался на пути танкера, получает по полной программе. Два винта создают под ним воздушную подушку, ослабляют покров и рвут его на части, а третий винт размывает безжизненные останки по сторонам, чтобы те не пачкали борта.
Танкеры из тех, что побольше, вполне могут прогрызть торос, который торчит над водой на три метра, а под водой — и того больше.
Вероятно, такими штуками скоро оснастят и большинство атомных ледоколов. Чтобы уж точно ничего больше не помешало человеку надёжно сгинуть в бескрайних ледяных пустошах.
P.S. Напоследок — один из логичных, в общем, вопросов:, а зачем разворачивать корабли-то, почему бы тогда не сделать просто винты спереди, да и всё? У него есть два ответа. Первый — так экономичнее. По открытой воде судно может идти носом, экономя топливо, а как дойдёт дело до льда, развернуться и, условно говоря, «включить пониженную передачу». А второй ответ — на картинке:
Ледокол «Обь» готовят к спуску на воду в 2018 году. Как видно, винты у него и в носу, и в корме
Здесь лучше видны трогательно сложенные «лапки» азиподов
