В первом десятилетии XX в. во всех странах мира началось интенсивное внедрение жидкого топлива для отопления судовых котлов. Практикой было подсказано наиболее рациональное техническое решение, К форсункам подводили жидкое топливо под давлением с предварительным подогревом до температуры 80-90°С При этом применялась форсированная тяга путем создании в котельных отделениях повышенного давления воздуха. Первоначально в качестве жидкого топлива употреблялась преимущественно сырая нефть. Применение нефтяного отопления котлов позволяло значительно сократить количество обслуживающего персонала в котельных отделениях, отказаться от трудоемких авралов но погрузке угля, улучшить процесс горении топлива в топочном пространстве котла. При нефтяном отоплении не требовалось открывать дверцы топок, что благоприятно сказывалось на режиме их работы и не приводило к интенсивному дымообразованию в момент загрузки угля.
Особенно большие успехи в области сжигания нефти были достигнуты в итальянском флоте. Уже к концу XIX в. многие миноносцы там были переведены на чисто нефтяное отопление. На броненосцах вводилось смешанное отопление (уголь и нефть). Такое решение было признано наиболее практичным, так как это не требовало капитальной переделки котлов. Изменения заключались лишь в том, что в переднюю стенку котла устанавливали от трех до пяти форсунок в один ряд непосредственно над колосниковой решеткой.
В России опыты по применению нефтяного отопления вначале были проведены на миноносцах, а затем на броненосце «Ростислав» на Черном море. Они показали хорошие результаты и послужили толчком к дальнейшему развитию нефтяного и смешанного отопления на кораблях русского флота, созданных по программам 1908- 1916 гг. Смешанное отопление, не требовавшее особых затрат, сразу позволяло увеличить район плавания кораблей, так как расход угля на одну милю значительно сокращался. При наблюдениях в итальянском флоте за эксплуатацией котлов на смеша ином топливе было установлено, что 1,0 кг нефти был эквивалентен по паропроизводительности 1,57 кг угля. Смешанное отопление быстро развивалось и в других флотах мира. Например, в Англии к 1910 г. смешанное отопление уже применялось на 50 линейных кораблях и крейсерах, а в Германии – на 36 судах военного флота [50].
Главным недостатком смешанного отопления была трудность в поддержании бездымного горения, что особенно важно для военных кораблей, так как дымы обнаруживаются гораздо дальше, чем сам корабль. Наибольшее дымообразование наблюдалось при загрузке угля в топку. В этот момент поступление воздуха к основанию факела значительно уменьшалось вследствие того, что воздух устремлялся через открытые дверцы в верхнюю часть топочного пространства. Это вело к интенсивному выбросу продуктов неполного сгорания топлива в виде густого черного дыма. Накануне первой мировой войны наблюдалась устойчивая тенденция перехода к чисто нефтяному отоплению, но тем не менее к ее началу на больших военных кораблях, в том числе и на новых турбинных крейсерах, оставалось смешанное отопление котлов.
К 1910 г. были выработаны основные требования к сжиганию жидкого топлива в судовых котельных установках, а именно; применение механических нефтераспылителей, повышенное давление воздуха в котельных отделениях, увеличенное количество форсунок, подогрев нефти до 70-90 °С, создание давления на входе форсунок 8-12 кг/см2 , осуществление предварительного фильтрования нефти и др. Типов форсунок для распыления нефти, разработанных к тому времени, было еще больше, чем систем судовых котлов, но наибольшую популярность у котлостроителей завоевали форсунки Кэртинга и Торникрофта.
Применение турбинных двигателей предъявило повышенные требования к параметрам пара, Турбины лучше работали при подаче сухого пара повышенной температуры. Эту задачу решали пароперегреватели. Впервые широкие опыты с пароперегревателями были поставлены в английском флоте. На броненосце «Британия» шесть котлов Бабкока – Вилькокса из восемнадцати были снабжены пароперегревателями. Как показали результаты сравнительных испытаний при работе с пароперегревателями во время 30-ч пробега экономическим ходом, расход угля на 1,0 л.с./ч сократился на 15,7%, а температура газов в дымоходах снизилась на 28 °С. Перегрев пара в пароперегревателе не превышал 33 °С.
Получить перегретый пар, особенно при нефтяном отоплении котлов, не представляло большого труда. Поэтому инженер-механик Д. А. Голов видит причину слабого внедрения пароперегревателей в другом: «Пользоваться на судах выгодами перегретого пара мешает не трудность его получения, а опасность и затруднительность пользования паром высокой температуры» [51].
Таков был в общих чертах уровень развития корабельной энергетики в период реализации судостроительных программ 1908-1916 гг., нашедший свое отражение в энергетических установках новых линейных кораблей, легких крейсеров и эскадренных миноносцев.
Преимущество турбинных двигателей в обеспечении высокой скорости кораблей могло быть реализовано на практике только при условии достаточно высокой ходкости, которая определяется, как известно, обводами корпуса и большим отношением длины к ширине. Последнее же всегда связано с дополнительными мерами по обеспечению продольной прочности, Поэтому главное внимание при проектировании турбинных крейсеров обращалось на общую продольную прочность корпуса, «Продольная прочность теперь особенно останавливает на себе внимание кораблестроителей,- отмечает корабельный инженер Н. Н. Кутейников,- современные корабли весьма длинны и имеют загруженные тяжелыми орудийными башнями оконечности, что увеличивает изгибающий момент и идет в ущерб их продольной прочности» [52].
Дли обеспечения продольной прочности в тот период применялись дополнительные продольные связи, которые располагались по возможности дальше от нейтральной оси судна, т. е. в районе киля и верхней палубы. Было значительно увеличено количество днищевых стрингеров и утолщены листы днищевой наружной обшивки, а также настил внутреннего дна. На стыках обшивных листов укладывались уширенные продольные планки ридерсы. В верхней части корабля для усиления продольной прочности были утолщены палубный настил, листы обшивки борта позади броневого пояса, продольные бортовые переборки. В отдельных случаях бимсы верхних палуб разворачивали на 90°, т. с. располагали их вдоль корабля, прочно закрепляя к поперечным переборкам. В наиболее напряженных местах – на днище и верхней палубе – листы обшивки и настила на стыках крепились тройным рядом заклепок на планках.
Кроме рационального применения продольных и поперечных связей, не менее важное значение имел материал, из которого строился корабль. До русско-японской войны при постройке кораблей применялась, как правило, обыкновенная мягкая судостроительная сталь е предельным сопротивлением на разрыв 25-30 т/дм2 (40-45 кг/мм2 ) и с пределом упругости, близким к 15 т/дм2 (22 кг/мм2 ). При расчете связей корабля из этой стали допускали предельное напряжение не более 4-5 т/дм2 (6,2-7,7 кг/мм2 ). При такой низкой величине допускаемых напряжений в связях они выходили громоздкими и тяжелыми. «Поэтому инженеры всех стран переходят теперь в своих конструкциях на более прочный материал, – указывает в своем обзоре Н. Н. Кутейников,- на так называемую сталь высокого сопротивления, выдерживающую усилие при испытании на растяжение до 45 т/дм2 (70 кг/мм2 ) при пределе упругости не менее 20 т/дм2 (30 кг/мм2 ) и при удлинении не менее 20% на длине планки 8 дюймов (200 мм), т. е. сталь эта достаточно тягуча, но хорошо сопротивляющаяся разрыву» [53].
Однако применение стали высокого сопротивления имело и свои недостатки. Во-первых, она была в полтора – два раза дороже обыкновенной Сименс-мартеновской стали и, во-вторых, труднее поддавалась обработке, требуя более мощных прессов и станков, а также рабочих высокой квалификации. Кроме того, она плохо выдерживала нагревание и становилась после этого хрупкой. Поэтому применение стали высокого сопротивления было несколько ограниченным. Например, она была непригодна для деталей судна с крутыми изгибами – скуловых поясов наружной обшивки и др, Обычно из нее изготовляли днищевую обшивку, стрингеры и настил верхних палуб, а также вертикальные стойки продольных переборок.
