СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ БУКСИРНЫХ СУДОВ И СИЛОВЫХ УСТАНОВОК

К 50-м годам XIX в. преимущества пароходов выявились со всей очевидностью, но в речном судоходстве они еще не заняли ведущего положения. Техническое несовершенство первых пароходов и их силовых установок не позволяло в полной мере раскрыть все преимущества новой техники. Перед строителями судов стояла сложнейшая задача — наряду с увеличением выпуска пароходов осуществлять их техническое усовершенствование.

В процессе развития парового и нового несамоходного флота, на базе опыта его эксплуатации, проектирования и строительства шел непрерывный процесс поиска и отбора наиболее выгодных типов судов. Однако этот процесс существенно затруднялся из-за разобщенности пароходных обществ, компаний и многочисленных отдельных владельцев. Тормозился он и недостаточной технической оснащенностью предприятий, строивших пароходы, так как это были или только начинавшие развиваться судостроительные заводы, или примитивные мастерские. Поэтому наряду с новым, прогрессивным по своим качествам и оборудованию флотом нередко появлялись суда неудачных или устаревших конструкций.

Период от зарождения до наивысшего развития пароходов уложился в одно столетие — с 1815 по 1915 г., в конце которого судостроительными заводами и прежде всего Сормовским заводом были созданы пароходы-шедевры, ставшие образцами русской судостроительной техники. Паровой флот способствовал развитию промышленности и торговли, приобщению к процессу экономического развития отдаленных районов страны в условиях ограниченной сети железных дорог.

По своему назначению пароходы в основном делились на буксирные, пассажирские и грузовые. Причем эти назначения в XIX в. не всегда выдерживались в чистом виде, зачастую они сочетались в одном судне.

В обслуживании транспортных потребностей экономики страны наиболее важную роль выполнял буксирный флот во взаимодействии с несамоходными грузовыми судами.

Строительство буксиров развертывалось интенсивно. Уже в начале 50-х годов на Волге, по данным начальника Ярославского округа путей сообщения, насчитывалось 52 парохода, которые в состоянии заменить 5000 лошадей. В 1851 г. в Астрахани побывало 15 пароходов, сделавших 47 рейсов; они перевезли 800 тыс. пудов груза, заменив 1 356 800 бурлаков.

В 1852 г, начальник Нижегородской губернии докладывал царю: «С эпохи введения пароходства (8 лет тому назад) число судов и рабочих уменьшилось почти вдвое. Каждый пароход в один рейс заменяет по крайней мере 10, а в шесть рейсов 60 расшив, которые при этом совершенно излишни, так как при доставке пароходами груз помещается в особенных баржах. Наконец, число рабочих при этом уменьшается почти вдесятеро: при грузе 100 тыс. пуд. пароход может ограничиться 30 человеками рабочих, тогда как при таком количестве груза на расшивах, полагая на каждые 1000 пуд. по 3 человека, надо иметь 300 человек».

Крымская война (1853—1856) несколько задержала развитие пароходостроения, но с середины 60-х годов наблюдается усиленное строительство паровых судов. Для Волги с притоками было построено в 1867 г. 30 буксирных пароходов, в 1868 — 25 и в 1869 г. — 50 пароходов. Интенсивно строились и пассажирские суда.

Буксирные пароходы, начиная с первого буксира «Волга», имели один архитектурный тип: корпус с обносами, обхватывающими колесный кожух, и расположенными на них каютами и санитарным блоком. Паровые котлы располагались сзади или спереди машины. Соответственно на палубе возвышались котельные кожуха и дымовые трубы. Рулевая рубка появилась на буксирах в 50-х годах. На буксирах, построенных в 80-х годах, машинно-котельное отделение, как и ранее, занимало среднюю часть корпуса, но спереди и сзади его размещались цистерны для мазута.

В носовой и кормовой оконечностях находились сначала общие кубрики, а позднее каюты для команды. Буксиры, работающие на дровяном топливе, имели трюм для дров. Но вместимость его была мала, и дрова, кроме трюма, выкладывались на палубе.

Среди судов буксирного флота наблюдались множественные различия не только в архитектуре, но прежде всего в мощности машины и размерах корпуса.

Корпуса буксирных пароходов по форме и конструкции были заимствованы у несамоходного флота, однако увеличение мощности паровых машин потребовало внести существенные изменения. Первоначально корпуса пароходов строились с клинообразными обводами носовых и кормовых оконечностей. Деревянные корпуса выполнялись по типу баржевых, но днищевые шпангоуты-копани в начальный период строительства пароходов устанавливались вплотную, без интервалов, которые поя­вились позднее и были равны ширине копани или немного меньше ее. Усиливалось днищевое продольное крепление — кильсоны, воротовые, подпалубное — карлингсы и подбалочные. Устанавливались продольные фермы. Для соединения частей набора и обшивки в большей мере стали применять металлические крепления.

Коренные изменения в конструкции корпусов пароходов произошли при переходе на строительство их из металла. Металлические корпуса имели ряд бесспорных преимуществ, однако деревянные суда были вытеснены не сразу. Строительство их продолжалось до начала XX в. и объяснялось высокими ценами на металл (деревянные корпуса стоили в четыре раза дешевле металлических). Поэтому в 1884 г. на Волжском бассейне все еще плавало 123 деревянных парохода, в 1890 — 197 и даже в 1900 г. — 323 (19% всего парового флота).

Развитие парового флота при непрерывном его улучшении и совершенствовании, а также многообразие типов судов зависели главным образом от степени совершенства устанавливаемых на них паровых машин, котлов и движителей.

Конструкция паровых двигателей прошла в своем развитии путь от балансирной машины до хорошо отработанной машины тройного расширения.

На этом пути надо отметить прежде всего два важных этапа:

во-первых, создание машины без балансира. Соединение поршневого штока с кривошипом коленчатого вала при помощи шатуна сделало излишними громоздкие балансиры, открыло возможность увеличить скорость машины и позволило сконструировать такой двигатель, который соответствовал условиям работы в корпусе парохода;

во-вторых, применение пара более высокого давления с последовательным расширением его в двух, а затем т трех цилиндрах.

Создание двухцилиндровой паровой машины двукратного расширения пара резко повысило ее экономичность. Даже первые, далеко не совершенные машины этого типа расходовали на 25% меньше топлива, чем лучшие образцы машин простого, однократного расширения (1,25 кг угля на 1 л.с. в час вместо 1,6 кг). В дальнейшем, когда давление пара было повышено до 7 ат, экономия топлива составляла уже около 33%.

Идея создания компаунд-машины (compound — сложный, составной) возникла еще в 1820 г., когда русский механик Степан Литвинов предложил машину двукратного расширения, в которой пар расширялся последовательно в двух полостях одного и того же цилиндра [38, с. 166]. Но технические возможности русских заводов не позволили тогда осуществить эту идею в металле и построить такие довольно сложные машины. И только в 1832 г. на Ижорском заводе была изготовлена и установлена на военном пароходе «Геркулес» первая в мире безбалансирная паровая машина мощностью 240 л. с.

На речных судах установка машин двукратного расширения пара началась в конце 40-х годов. Такие машины, изготовленные в Голландии, были установлены на пароходе «Волга» в 1846 г. и на пароходах «Геркулес» и «Самсон» в 1848 г. При значительной по тому времени мощности (460 л. с.) они работали на давлении пара всего 5 ат.

Цилиндры высокого и низкого давления в машинах пароходов «Самсон» и «Геркулес» были расположены с разных сторон гребного вала и соединены паровой трубой, служившей ресивером., Пальцы кривошипов соединялись скобой. Цилиндрические золотники приводились в движение от одного эксцентрика, насаженного на вал.

По мнению известного сормовского инженера-механика Н.В.Кабачинского, указанные машины «удовлетворяли всем требованиям современного пароходного машиностроения... золотники поршневые уравновешенные, допускающие работу даже перегретым паром высокого давления, паровые каналы у цилиндров минимальной длины, обеспечивающей наименьшее вредное пространство, воздушные насосы, вертикальные, дающие наивысшее полезное действие. Расположение цилиндров одного к носу, другого к корме судна с гребным валом между ними давало равномерную нагрузку корпуса и допускало его постройку из более легких сортов железа... Большая же сравнительно длина машинно-котельного отделения для буксирных пароходов того времени особенного значения не имела».

Машины двукратного расширения сразу получили в России общее признание и широко применялись в пароходостроении. Но попытки найти лучшее конструктивное решение принципа двукратного расширения пара наряду с совершенствованием паровой машины сопровождались и неудачами. Так, организованный в 1857 г. в г.Кунгуре завод Гаке а начал изготовлять машины для буксирных пароходов по типу машин с балансирами. Цилиндры машин располагались один против другого, причем кривошипы их соединялись серьгой или скобой, получившей название «скобы Такса». Часть машин была построена без скобы, с шатунами, сцепленными за один общий палец двух кривошипов. Конструкция таких машин оказалась неудачной. Соединительная скоба и кривошипные пальцы часто ломались. Поломки сопровождались опасным разрушением цилиндра, а иногда шатуном пробивало и корпус парохода.

Активные поиски лучших конструкций машины двукратного расщирения, проводимые без какого-либо единого плана, привели к созданию множества различных типов машин, в большей или меньшей степени реализующих преимущества этого принципа. В период интенсивного строительства парового флота машины различных типов были установлены на сотнях пароходов, обусловив не оправданное интересами дела многообразие типов судов.

Перечислить все типы судовых паровых машин невозможно, но некоторые из них все же следует упомянуть.

В 60-х годах XIX в. имели довольно широкое распространение сдвоенные, двукратного расширения машины, получившие название тандем (они назывались также машинами Вульфа). Их основная особенность состояла в том, что действие поршней цилиндров высокого и низкого давления, расположенных по одной оси, передавалось на шатун одним штоком.

В 1861 г. в Костроме, на заводе братьев Шиповых под руководством инженера-технолога К.П.Цыганова, служившего тогда техническим руководителем завода, была создана машина тандем своеобразной конструкции. Она, во-первых, имела увеличенное число оборотов в минуту (до 75) и поэтому передача на гребной вал осуществлялась с помощью шестерен. Во-вторых, цилиндр низкого давления был оснащен двумя штоками, которые проходили по обеим сторонам цилиндра высокого давления и соединялись поперечиной со штоком этого цилиндра. Вся установка состояла из двух, горизонтально расположенных двухцилиндровых машин двукратного расширения, кривошипы которых располагались под углом 90° по отношению друг к другу.

Машина была установлена в деревянном корпусе известного в свое время парохода «Крестьян-Товарищ». Применение зубчатой передачи позволило использовать на колесном пароходе легкий быстроходный двигатель, но оно же обусловило и недостатки такой конструкции, связанные с излишними механическими потерями, большим шумом и не вполне спокойной работой всей установки.

В 1882 г. на заводе Курбатова в Нижнем Новгороде были изготовлены и установлены на пароходе «Вульф» мощностью 730 л.с. две двухцилиндровые машины тан­ем двукратного расширения, установленные наклонно и составляющие общую силовую установку парохода. В этих машинах цилиндры высокого и низкого давления передавали движение на шатун, а затем на кривошипы при помощи одного штока. Кривошипы гребного вала располагались под углом 90° друг к другу.

Были попытки строительства других своеобразных типов машин, но они не получили распространения. Более широко практиковалось строительство судовых паровых машин двукратного расширения, цилиндры которых устанавливались наклонно с обеих сторон гребного вала и работали на один кривошип. Такая машина, например, была установлена на пароходе «Восток» мощностью 100 л.с. Равномерное распределение массы машины облегчало применение ее на деревянных корпусах пароходов с малой осадкой. Однако значительная длина ресиверной трубы, соединявшей цилиндры высокого и низкого давления, имела большую поверхность охлаждения, что снижало температуру и давление пара, протекающего по ней в цилиндр низкого давления.

Одной из попыток устранить этот недостаток была постройка машин, в которых один из противолежащих цилиндров устанавливался неподвижно, а другой был качающимся. Такая машина, построенная в 1873 г. на заводе Курбатова в Нижнем Новгороде, была установлена на деревянном грузопассажирском пароходе «Истобенец» (87 л. с). Чтобы уменьшить конденсацию пара в ресивере, труба последнего почти по всей длине была заключена в трубу-оболочку, наполненную паром. Шатуны обоих цилиндров работали на один кривошип. Машины такого типа были установлены и на некоторых других пароходах.

В 1892 г. Сормовский завод по заданию Казанского округа путей сообщения построил и установил на пароходе «Свияга» паровую машину с двумя качающимися цилиндрами мощностью 120 л.с. Цилиндры машины качались на своих цапфах, которые служили и их опорой на машинный фундамент. Пар в цилиндр высокого давления поступал через цапфу и таким же путем передавался по ресиверу в цилиндр низкого давления. Движение поршня передавалось на кривошип гребного вала непосредственно штоком, внешний конец которого был сопряжен с пальцем кривошипа. Конструкция машины, таким образом, упрощалась, она не имела шатунов, параллелей и крейцкопфов. Но слабым местом конструкции были цапфы и штоковые сальники, которые быстро срабатывались.

Машины с качающимися цилиндрами строились и другими заводами, но они не получили широкого распространения.

Успех пришелся на долю упоминавшейся выше компаунд-машины. Это были машины также двукратного расширения, но их цилиндры располагались параллельно по одной стороне вала, имели отдельные штоки и работали на кривошипы, повернутые на 90° относительно друг друга.

Первые компаунд-машины были довольно тяжелы и громоздки. Построенная в 1887 г. на Костромском заводе братьев Шиповых для буксирного парохода «Самара» машина мощностью 1100 л. с. имела цилиндры высокого и низкого давления диаметрами соответственно 981 и 1778 мм и ход поршня 1932 мм. «Самара», оснащенная этой громоздкой машиной, была одним из наиболее мощных буксиров на Волге, (на рис. 39 показан аналогичный пароход «Михаил Репин»).

Машину двукратнего расширения оригинальной конструкции создали на заводе Кузнецова в Городце по проекту И.В.Тюрина, популярного на Волге механика-новатора, который, не имея специального технического образования, благодаря лишь практическому опыту и блестящим способностям добился больших успехов в конструкторской работе. Цилиндры в этой машине были расположены один над другим и несколько смещены на длину подшипников соединительной скобы, а верхний ци линдр имел наклон так, что оси цилиндров пересекались на осевой линии гребного вала. Машины были легкие, простые и дешевые, а мощность их не превышала 250 л.с.

Особо следует сказать о буксирном пароходе «Редедя князь Косогский», построенном в 1889 г. на Мотовилихинском заводе в Перми. Строился он в расчете на мощность 2000 л. с, но полной мощности в эксплуатации не развивал. Несмотря на это, «Редедя» был самый мощный пароход речного флота дореволюционной России. Установленная на нем четырехцилиндровая машина тандем двукратного расширения совершала 23 оборота в минуту. Давление пара в котле достигало 9,5 ат. Поршни цилиндров низкого давления так же, как на пароходе «Крестьян-товарищ», имели два штока, проходившие по обеим сторонам цилиндра высокого давления и соединенные поперечиной со штоком цилиндра высокого давления.

Несмотря на рекордную мощность, пароход оказался неэкономичным в эксплуатации, потреблял до 20 т мазута в сутки, имел большую осадку, но при буксировке составов с грузом до 16 тыс. т мог развивать скорость в тихой воде до 8—9 км/ч[24].

Высокие качества машин двукратного расширения быстро оценил известный конструктор-теплотехник и выдающийся новатор в области речного судостроения В.И.Калашников. Работая механиком на судостроительных заводах Нижнего Новгорода, он начал не только строить такие машины, но и переделывать машины старых конструкций на машины двукратного расширения пара, заменяя один из цилиндров низкого давления новым, меньшего или большего диаметра. В некоторых случаях, чтобы увеличить давление пара, на судне устанавливались новые котлы, одновременно заменялись и гребные колеса. Переделка машин стоила недорого, но давала большую экономию топлива и повышала ходовые качества судна.

Стремление к переделке старых машин однократного расширения пара на более экономичные машины двукратного расширения быстро стало всеобщим. Характерна в этом отношении переделка машины парохода «Химик». Это была двухцилиндровая машина мощностью 96 л.с, изготовленная в 1880 г. на Пожвинском заводе, которая имела рабочее давление пара 4,2 ат, диаметр цилиндров 460 мм, ход поршня 914 мм и делала 35 оборотов в минуту. В.И. Калашников заменил один из цилиндров на новый диаметром 844 мм. Соединив его ресивером с оставшимся старым цилиндром и оставив прежний котел, он получил в результате машину двукратного расширения пара. Были также переделаны гребные колеса. Если до переделки пароход «Химик» сжигал около 180 м³ дров, то после нее расход их сократился наполовину, скорость движения при одинаковой нагрузке возросла. В итоге, затратив на всю переделку 4 тыс. руб., владельцы за счет экономии топлива получили за одну навигацию 5,6 тыс. руб. прибыли.

Особый интерес по простоте и полученным результатам представляет переделка в 1885 г. машины парохода «Всеволод». На пароходе была четырехцилиндровая машина тандем. В.И.Калашников в один из больших цилиндров диаметром 1270 мм вставил втулку с внутренним диаметром 737 мм и таким образом превратил его в цилиндр среднего давления, а вся машина стала машиной трехкратного расширения. Пар из котлов поступал по-прежнему в два цилиндра высокого давления, откуда переходил в цилиндр среднего давления, а из него — в старый цилиндр низкого давления и затем в конденсатор. В результате такой модернизации расход топлива уменьшился вдвое и существенно улучшились эксплуатационные качества парохода.

Переделку машин простого расширения в машины дву- и трехкратного расширения производили и другие заводы во всех речных бассейнах.

Нельзя сказать, что в этой работе не было ошибок, но в целом переделка старых машин .на более технически совершенные при минимальных затратах представляет интересную страницу в истории судоходства и свидетельствует о зрелости технической мысли и творческом отношении к делу русских инженеров и механиков.

Одной из важных побудительных причин переделки старых машин была необходимость экономии топлива. На протяжении нескольких десятков лет паровые суда работали на дровах. Лишь в отдельных речных бассейнах для судовых котлов использовался уголь. К 70-м годам XIX в. на Волге ежегодно сжигалось в топках пароходов 3,2 млн.м³ дров, а количество флота ежегодно увеличивалось. Неудивительно, что огромные площади лесов по берегам Волги и ее притоков быстро истреблялись.

Появление в качестве топлива мазута существенно изменило положение. Благодаря высокой калорийности и меньшему погрузочному объему жидкое топливо способствовало уменьшению размеров корпуса судов (при равных количествах топлива по теплоте сгорания) и увеличению автономности плавания — при наличии на судне одинаковых по вместимости бункеров. Но главная причина заключалась в том, что цены на мазут первоначально были довольно низкие: он рассматривался как остаточный продукт переработки нефти и в 1885 г. продавался в Баку по цене 1,5 коп. за пуд, в Астрахани — 6,5 и в Нижнем Новгороде — 14—15 коп. Но по мере увеличения потребления мазута росли и цены на него. В 1900 г. пуд мазута в Нижнем Новгороде стоил уже 27—28 коп., а в 1907 г. цены на него поднялись до 40 коп.

Непрерывное вздорожание топлива требовало не только переделки старых машин, но и создания новых, технически более совершенных и экономичных силовых установок.

В техническом совершенствовании речного флота свои законы диктовала и конкурентная борьба. Чтобы победить конкурента и получить больше прибыли, судовладельцы были вынуждены увеличивать грузоподъемность судов, создавать машины с минимальным расходом топлива, добиваться наибольшей скорости движения, создавать все удобства для пассажиров, улучшать эксплуатацию флота. В этом направлении и шло развитие судоходства.

По мере совершенствования технической оснащенности судостроительных заводов и накопления опыта совершенствовались и конструкции компаунд-машины. Сормовский завод в конце 90-х годов создал компактную паровую машину мощностью 200 л. с. на давлении пара 12 ат. Паровые цилиндры в ней были сблокированы, рамы машины стальные, литые, облегченные, коленчатый вал цельнокованый, соединен муфтами с бортовыми валами. Жесткость рамы и правильное крепление ее почти исключали перекосы и обеспечивали равномерный износ трущихся деталей.

Естественно, что не все создаваемые судовые машины были одинаково хороши, но конструкторы и судостроители стремились к достижению лучших, наиболее мощных и экономичных конструкций.

В совершенствовании судовых паровых машин русским механикам и судостроителям принадлежит несомненная заслуга. В первую очередь это относится к машинам двукратного расширения, которые в России получили распространение раньше, чем за рубежом. В.И.Калашников в 1875 г. писал, что в то время, когда в Западной Европе почти повсеместно отрицались выгоды расширения пара в двух цилиндрах и когда там увлекались различными усовершенствованиями для расширения пара в одном цилиндре, русские машиностроители конструировали для пароходов Волжского бассейна почти исключительно компаунд-машины.

Следующим этапом на пути совершенствования парового двигателя было создание паровой машины трехкратного расширения. Еще в 1885 г. в ходе работ по переделке и модернизации паровых машин простого расширения В.И.Калашников, как указывалось выше, машину тандем парохода «Всеволод» переоборудовал в машину трехкратного расширения, Опыт эксплуатации и расчеты конструкторов свидетельствовали о том, что расширение пара повышенного давления, распределенное на три ступени в трех цилиндрах, дает лучший коэффициент использования его энергии. Задача создания машины трехкратного расширения диктовалась также необходимостью дальнейшей экономии топлива, цены на которое непрерывно повышались. И такая машина была изготовлена в 1888 г. на Сормовском заводе для днепровского парохода «Царь». Машина имела золотниковое парораспределение и работала при давлении пара до 12 ат.

В этом же году в Рыбинске на заводе Журавлева была построена машина трехкратного расширения мощностью 500 л. с, установленная на пароходе «Рязань».

Созданные на Мотовилихинском заводе машины трехкратного расширения были установлены в 1890 г. на грузопассажирских пароходах «Боярин» и «Боярыня», а в 1891 г. — на буксирном пароходе «Медведь» Аналогичной машиной мощностью 650 л. с. в 1893 г. был оборудован и буксирный пароход «Медвежонок».

Постепенно совершенствуя конструкцию, Сормовский завод создал легкие, компактные и экономичные машины трехкратного расширения, в которых почти все основные части (за исключением цилиндров) были сделаны из стального литья или поковок.

В 1904 г. для пассажирского парохода «Граф» завод изготовил машину трехкратного расширения мощностью 1200 л. с. Это был важный шаг на пути усовершенствования конструкции экономичных паровых двигателей. Установленная на литых фасонных рамах, с улучшенным золотниковым парораспределением и кулисой Джоя машина парохода «Граф» стала образцом для многих речных судов.

С целью повышения экономичности паровых установок волжские конструкторы-механики пытались спроектировать машину четырехкратного расширения. Первая такая машина была создана В.И.Калашниковым и установлена на пароходе «Феликс Фор» в 1884 г. В следующем году вторая машина четырехкратного расширения была установлена на пароходе «Воля», Однако испытания пароходов показали, что ожидаемой экономии топлива при работе этих машин по сравнению с машинами трехкратного расширения не удалось получить. После этого строительство сложных машин четырехкрат­ного расширения было прекращено.

Не меньшей многотипностью, чем силовые установки, отличались и паровые котлы для пароходов. Вначале, в 1816—1830 гг., строились коробчатые котлы с оборотным пламенем для машин низкого давления (до 2 ат). При переделке таких машин на машины двукратного расширения одновременно заменялись и котлы. Стали применять полуцилиндрические и цилиндрические котлы с оборотным пламенем и одной или двумя топочными камерами нецилиндрической формы.

Существенно улучшились котельные установки буксирных и грузопассажирских судов с появлением цилиндрических котлов с оборотным пламенем и с одной или двумя цилиндрическими жаровыми трубами. Они считались наиболее удобными для нефтяного отопления и постепенно вытеснили котлы других типов.

Применение цилиндрических котлов с оборотным и прямым ходом пламени позволило сначала повысить давление пара до 5—6 ат, а затем довести его до 14—15 ат.

Применялись эллиптические котлы с прямым ходом пламени и двумя топочными камерами. Устанавливались котлы и других ограниченно распространенных типов: системы Бельвиля или Рута, которые были вскоре заменены другими; вертикальные системы Фильда; двухъярусные цилиндрические с оборотным ходом пламени системы Делевак, удобные для древесного топлива, по требовавшие внимания и особого надзора при отоплении мазутом, и, наконец, котлы американского типа — цилиндрические с оборотным ходом пламени и наружной топкой в кирпичной кладке. Сложные по своему устройству они использовались только при работе на дровяном отоплении.

С 70-х годов появились топки волнообразной конструкции. До их внедрения были проведены испытания, которые показали, что обычная гладкая топка деформируется при давлении 14 ат, а волнообразная выдерживает давление 64 ат. В течение только 1880—1885 гг. такими топками были оборудованы котлы более 700 судов.

Переход с дровяного отопления на нефтяное потребовал создания форсунки, по возможности простой, экономичной и надежной в работе. В 1865 г. Инженер A.И.Шпаковский сконструировал первую в мире форсунку и осуществил в 1869 г. отопление котлов нефтью, распылявшейся паром. Впоследствии наиболее распространенными были форсунки В.И.Калашникова, а также волжских механиков Ленца, Александрова и др. Одна из наиболее удачных конструкций была предложена в 1880 г. выдающимся русским инженером B.Г.Шуховым.

В конце XIX — начале XX вв. имели место попытки внедрения на судах водотрубных котлов различных конструкций. Однако при несовершенстве питания котлов забортной водой в трубках быстро образовывалась накипь, резко снижавшая к.п.д. котла. По этой причине водотрубные котлы на речном флоте распространения не получили.

Важным элементом силовых установок пароходов были гребные колеса. Первые и даже построенные позднее, в 50-е годы, пароходы оснащались колесами с закрепленными на патроне спицами и двумя ободами на концах, между которыми располагались плицы, служившие гребным устройством. Плицы крепились к радиально расположенным спицам. При полной осадке загруженного парохода для уменьшения ударов плиц о поверхность воды стали применять перемещаемые плицы, которые устанавливались на спицах в зависимости от осадки судна. Это облегчало работу колес, улучшало упор, повышало скорость хода, но было сопряжено с потерей времени и большими затратами труда.

В 1830 г. появились колеса с поворачивающимися плицами, изобретенные Галловеем, которые впоследствии получили название колес Моргана, по имени владельца американской фирмы, организовавшей их производство. Сначала применялись плоские стальные плицы, а с начала XX в. — вогнутые, которые улучшили работу колес, повысив их упор.

Коэффициент полезного действия колес за период их развития с конца XIX по начало XX в. вырос весьма значительно: с 0,30—0,35 до 0,70—0,75.

Гребной винт как судовой движитель был предложен в 1793 г. французским математиком Проктоном, но лишь пройдя длинный путь усовершенствования, винт доказал свои преимущества на испытаниях в 1849 г.

Испытания проводило Британское адмиралтейство и участвовали в них два морских парохода — «Нигер» и «Базилиск» мощностью по 400 л.с, примерно одинакового водоизмещения. «Нигер» имел гребной винт, а «Базилиск» — колеса. Счаленные тросом, работая на полную мощность, пароходы двинулись в противоположных направлениях. Более высокую тяговую мощность показал винтовой «Нигер», который в течение часа буксировал «Базилиск» со скоростью 1,466 узла.

На транспортных паровых судах гребные винты в качестве движителя в России до Великой Октябрьской социалистической революции не получили широкого распространения. Применение их сдерживалось малыми глубинами на реках, при которых этот движитель не может дать высокий, к.п.д., более сложным ремонтом в случае поломки, непригодностью для установки в деревянных корпусах и в некоторой мере консерватизмом судовладельцев.

Таким образом, в ходе технического прогресса совершенствовались все элементы парохода. Это выразилось в улучшении формы и обводов корпуса с одновременным уменьшением его массы и усилением прочности; в повышении к.п.д. движителей, в частности за счет применения гребных колес с поворотными плицами; в повышении давления пара в котлах и главным образом в улучшении конструкции паровой машины.

Эволюция судовой паровой машины видна из сопоставления систем и расчетного давления пара машин, установленных на волжских пароходах во второй половине XIX в. (табл. 3).

В начале XX в. на базе окрепших и технически выросших машиностроительных заводов России продолжалось дальнейшее совершенствование судовых двигателей и судов в целом.

Появление в конце XIX в. молодой науки — строительной механики корабля — и создание первых расчетных методов проектирования корпуса судна обогатили отечественное судостроение и устранили многие недостатки в проектировании судов.

Таблица 3

Из ученых, сыгравших важнейшую роль в этой области, в первую очередь следует назвать академика А.Н.Крылова (1863—1945). Его работы по теории корабля, прочности, мореходности, непотопляемости судов относятся прежде всего к строительству морских и, в частности, военных судов, однако разработанные при этом теоретические вопросы имеют громадное значение для кораблестроительной науки в целом, в том числе и для строительства речных судов.

Основы предложенного A.Н.Крыловым метода расчета набора корпуса судна описаны в его труде «О расчете балок, лежащих на упругом основании».

Последователи А.Н.Крылова, воспитанные на его теоретических идеях, составили большую школу кораблестроителей, из которой вышли В.Л.Поздюнин, П.Ф.Папкович, Ю.А.Шиманский и др.

Особая роль в создании строительной механики корабля принадлежит русскому ученому Г.И.Бубнову (1872—1919), написавшему первый капитальный труд по теоретическому анализу прочности корпуса «Напряжения в обшивке судов от давления воды»» Его трехтомная работа «Строительная механика корабля» положила начало научно обоснованным расчетам прочности конструкций корпуса судна.

В 1902 г. при Петербургском политехническом институте был создан первый в России кораблестроительный факультет, организатором и первым деканом которого был К.П.Боклевский (1862—1938). Этот факультет долгие годы служил основным центром подготовки высококвалифицированных инженеров-судостроителей.

К.П.Боклевский был также одним из инициаторов создания Русского регистра, освободившего отечественное судостроение от иностранной опеки. Ему же принадлежит высказанная в 1898 г. идея применения на судах двигателя внутреннего сгорания и разработанный в 1903 г. проект теплохода.

Значительным событием в корпусостроении было внедрение электросварки металлическим электродом. Открытая в 1883 г, инженером Н.Г.Славяновым и впервые примененная им при строительстве самого мощного в России буксирного парохода «Редедя князь Косогский» на Мотовилихинском заводе в Перми электросварка, металлов впоследствии завоевала прочные позиции в речном корпусостроении, полностью вытеснив заклепочное соединение.