Паровые машины
О возможности использования энергии пара, выходящего из цилиндра, писал в 1769 г. Дж. Уатт в своем патенте на паровой двигатель. Первый морской двухцилиндровый паровой двигатель, работающий на давлении около 100 ft/кв.дюйм, создал Джеймс Эйлейр из Нью-Йорка. Его суда с двигателями двойного расширения — «Henry Eckford» и «Sun» вышли на линию Нью-Йорк — Олбани (Albani) в 1825 г. и сразу поставили рекорд скорости на маршруте — 12 час. 18 мин., при этом расход угля составил лишь 2/3 от расхода одноцилиндрового двигателя такой же мощности.
Для сравнения — первый линейный пароход «Clermont» в 1807 г прошел тот же маршрут за 32 часа.
К 1850 г. на линейных морских судах наибольшее распространение получили двухцилиндровые паровые машины с диаметрами 37 и 80 дюймов (94 и 203 см) и ходом поршня в 11 футов (335 см). При этом давление пара котла находилось в пределах от 70 до 75 ft/кв.дюйм (4,9-5,3 кг/кв.см), что стало через 25 лет стандартом давления паровых котлов для трансатлантических пароходов.
Существенный вклад в развитие судовой энергетики в XIX веке внесли талантливые американские изобретатели: полковник Джон Кокс Стивенс (1749-1838) и его сын Роберт Левингстон Стивенс (1787-1856). С их именами связаны следующие шаги в развитии судовых энергетических установок:
1818: Начало использования антрацита на пароходах.
1822: Изготовление первого судового набора из железа.
1824: Установка кожухов защиты на гребные колеса.
1827: Применение на пароходе «North America» фундамента для установки паровой машины и использование наддува в котле.
1828: Установка на пароходе «New Philadelphia» первой пружинной подвески для гашения колебаний вращающихся масс.
1832: Применение системы взаимосвязанных клапанов для управления котлом и паровой машиной.
1832-33: Строительство первого судна ледового плавания и начало эксплуатации судовых водотрубных котлов.
1840: Изобретение и установка на поршень паровой машины уплотнительных колец.
1849: Установка первой в мире системы пневмообмыва на пароходе «John Neilson». После ее установки скорость судна возросла до 20 узлов.
К концу XIX века трансатлантическую линию Европа – США обслуживали пароходы длиной от 350 до 450 фт. (~100-140 м) с паровыми машинами мощностью 3000-4000 л.с. Линейные пароходы пересекали Атлантику за 10 — 11 дней и расходовали от 70 до 100 тонн угля в день.
Синхронное развитие двигателе- и котлострения привели к появлению многоступенчатых паровых двигателей, в которых каждая последующая ступень работала на выхлопе пара предыдущей ступени, а поршни выполняли функции управляющих золотников. Верхом совершенства в изготовлении судовых паровых машин стали двигатели с тройным расширением пара линейных судов серии «Oceanic», которые строились на Ирландских верфях с 1870 г.
В 1877 г. пароходы «Германик» («Germanic») и «Британик» («Britannic») поставили рекорд скорости пересечения Атлантики на дистанции 2,830 миль: Германик — 7 дней 11 часов 37 минут, Британик — 7 дней 10 часов и 53 минуты.
По данным Беринского бюро статистики к концу XIX века установленная мощность паровых машин в США составляла 7000.5 млн. л.с., в Германии — 4.5 млн. л.с., во Франции — 3.0 млн. л.с., в Австрии — 1,5 млн. л.с.
Рекорд количества и скорости строительства пароходов принадлежит военно-транспортным судам проекта EC2, получивших наименование «Liberty» (Либерти). В период с 1941 по 1947 гг. было построено 2751 судов этого типа. Первый пароход серии «Патрик Генри» (SS Patrick Henry) был заложен 27 сентября 1941 г. и строился 70 дней. Спустя несколько лет сборка парохода «Роберт Е. Пери» заняла четыре с половиной дня, а через семь дней после закладки киля судно прошло швартовые испытания и, приняв груз, вышло в рейс.
Строительство «Либерти» было организовано по конвеерному принципу, при котором все 250000 деталей, входящих в спецификацию судна, собирались в стандартизованных 250-тонных секциях, перемещаемых между заводами в соответствии с технологией монтажа судового оборудования. После комплектации секции доставлялись на верфи, где и происходила окончательная сборка судна. Строительная стоимость парохода составляла $ 2,000,000.
Характеристики парохода: длина — 441 ft (134 м), ширина 56 ft (17 м), средняя скорость — 11 узлов. В 5 трюмах пароход перевозил до 9000 тонн груза, а на палубе — самолеты, танки или локомотивы.
В состав энергетической установки входил паровой двигатель мощностью 2500 л.с. тройным расширением пара (трехцилиндровый) и два паровых котла, работающие на жидком топливе (топочном мазуте).
За время Второй мировой войны «Либерти» перевезли 2840 самолетов, 440 танков и 230 миллионов ящиков боеприпасов. В команду парохода входили 44 члена экипажа и от 12 до 25 военных моряков сопровождения и охраны судна. После войны ВМС США продали почти все суда данной серии, а последние «Либерти» эксплуатировались до начала 70-х годов, т.е. в течение 25 лет после окончания войны.