В этом случае турбина передает вращательное движение динамо-машине, которая, в свою очередь, запускает электродвигатель, имеющий на своем валу гребной винт.
Преимущества каждого из способов привода винта.
Любой из этих способов имеет своих сторонников и поборников. В принципе первый способ был бы более предпочтителен, если бы не его разносторонние недостатки. Второй способ привода дешев, но уже сама зубчатая передача вызывает серьезные возражения. Являясь менее экономичным, третий способ привлекателен в силу ряда его практичных и полезных свойств. Что касается последнего способа, то он не только очень эффективен, но и дает результаты, которых невозможно добиться другими способами.
Здесь в свои права вступает закон естественного отбора, и сейчас между турбинами с механическим и электрическим приводами идет борьба за выживание.
Благодаря постепенному усовершенствованию металлорежущих инструментов и развитию научного конструирования, достижениям в металлургии и улучшению смазочных материалов так называемая шевронная зубчатая передача была доведена до высокой степени совершенства. Лаваль добился девяноста семи процентов КПД, а Мак-Альпин, Мелвилл и Вестингауз - девяноста восьми с половиной - при передаче с ведущего вала на ведомый. Однако при использовании электрического привода можно максимально рассчитывать лишь на девяносто три 52 целых и три четвертых процента. Это означает, что при использовании зубчатой передачи та же самая турбина сообщит гребному винту мощности на пять процентов больше, а это должно будет увеличить скорость крейсера с тридцати пяти узлов ровно на величину, равную немногим больше тридцати пяти с половиной узлов. Поскольку на первый взгляд кажется, что электрический привод при установке займет больше пространства, что он тяжелее и дороже, то вполне естественно, что люди, не изучившие его всецело, примут решение в пользу зубчатой передачи.
Однако тщательное изучение данного вопроса этими людьми заставит их изменить свое мнение на противоположное. Оценивая относительные достоинства этих принципиально различных трансмиссий, они совершают две фатальные ошибки. Первая:
в качестве критерия оценки берется мощность, передаваемая в анормальных условиях работы; вторая ошибка: проводится параллель между совершенно различными агрегатами, один из которых примитивен, а другой тщательно разработан; причем первый из них неспособен выполнять существенные функции второго. Когда исходные суждения оказываются неверными, это ведет к ошибочным выводам. Так и противники электрического привода пришли к выводу о том, что он менее эффективен, чем зубчатая передача, весит больше, стоит дороже и успешность его использования сомнительна. Сколько истины кроется в этих взглядах, станет ясным после тщательного изучения установленных фактов.
Результативность электрического привода применительно к работе корабля определяется целым 53 комплексом факторов. Для краткости они будут рассмотрены в виде следующих основных аспектов:
1) работа турбины;
2) мощность, передаваемая на гребной винт;
3) эффективность винта;
4) крейсирование в режиме малой мощности;
5) работа на полной мощности;
6) потребление топлива вспомогательным оборудованием и устройствами при эксплуатации судна;
7) общая экономия и
8) скорость и точность реакции управления всеми процессами - внутренними и внешними.
Современные турбины совершенно непригодны для использования в качестве корабельных силовых установок. Они являют собой поразительный пример устаревшего и малоценного изобретения, снискавшего себе репутацию исключительной коммерческой ценности благодаря основательным и глубоким исследованиям и поразительному техническому мастерству. Сотни тысяч тонких и легко ломающихся лопаток турбины, ее лопасти, которые из-за коррозии и эрозии быстро становятся бесполезными, небольшие зазоры между поверхностями, которые вращаются с огромными скоростями, - все это является источником постоянной опасности и риска.
Главный недостаток турбин заключается в их нереверсивности, что вызывает необходимость применения отдельных турбин для заднего хода. Помимо больших расходов и значительных потерь мощности на трение, турбины задают жесткие ограничения на температуру их рабочих тел. В столь склонных к быстрому разрушению системах исключено использование режимов очень высокого нагрева, которые так желательны при термодинамическом преобразовании, а допустимы температуры от 200 до 300 градусов по Фаренгейту.
При таких условиях работы турбина имеет преимущества при ее использовании в качестве привода для динамо-машины. Нагрев до температуры двести градусов по Фаренгейту обычно позволяет сэкономить до двадцати трех процентов пара и десяти процентов топлива. Однако эта выгода не будет единственной. Турбина, освобожденная от всех ограничений, налагаемых зубчатой передачей, может безопасно работать и на более высоких оборотах с соответствующим повышением ее производительности и выходной мощности. Таким образом, при использовании умеренного нагрева и других простых приемов, допускаемых техникой безопасности, турбина оказывается в состоянии производить на двадцать пять процентов больше мощности, расходуя то же самое количество топлива. Лишь одно это сделало бы электрический привод на голову выше его конкурентов.
Что касается мощности, передаваемой от турбины на гребной винт, то в свете всего вышесказанного может показаться, что зубчатая передача все же эффективнее электрического привода на пять процентов. Однако такое преимущество проявляется лишь в особых случаях - на испытаниях. При работе в реальном режиме все совершенно меняется. Это обстоятельство позволяет выявить происхождение ошибки тех, кто делает критерием оценки результаты, полученные при равномерной нагрузке. Совершенство современных скоростных зубчатых передач стало подлинным свидетельством мастерства машиностроителей. Это удивительный механизм, но в то же время у него есть свои неотъемлемые слабые места и недостатки. Поскольку в процессе длительной эксплуатации в нем практически постоянно происходят потери мощности, то даже при малой нагрузке здесь поглощается достаточно большое количество энергии. Более того, зубчатая передача очень чувствительна к ударам и вибрациям, которые разрушают слой поверхностно-активной смазки, имеющий жизненно важное значение для плавной работы. Сила сопротивления оказывается подвержена воздействию частых и внезапных колебаний, в результате чего имеет место большая потеря мощности. Замеры, проведенные мной на турбинах с зубчатыми передачами, показали: если при устойчивом нормальном режиме работы коэффициент полезного действия был равен девяноста шести процентам, то при быстро меняющейся нагрузке он достигал величины не более девяноста процентов. Именно этого и можно ожидать на практике. Любой, кто, находясь на борту парохода в бурном море, слышал звук агонизирующего судового двигателя, не мог не заметить, как меняются его обороты, когда судно испытывает бортовую и килевую качку, с трудом рассекает большие волны и противостоит подводным течениям. С подобными условиями может столкнуться и ведущий бой военный корабль. Об этом свидетельствуют последние морские бои, в ходе которых разрывы снарядов вздымали огромные, подобные горам, массы воды. В таких условиях зубчатая передача превращается в большое неудобство, в то время как электрический привод в гораздо меньшей степени оказывается восприимчив к этим трудностям. Итак, идея о том, что зубчатая передача передает на гребной винт больше исходной мощности, чем комбинация динамо-машины и электродвигателя, является в значительной степени иллюзорной. Имеется достаточно доказательств, полученных и экспериментально, и путем логических умозаключений, что истина заключается в обратном.
Если принять во внимание то, что КПД гребного винта отличается от величины мощности, изначально сообщаемой трансмиссии турбиной, то становится ясно, что он будет предположительно выше при использовании электрического привода. Данный вывод всецело основан на лучшей приспособляемости и гибкости этой системы. Но есть и более веские основания, которые следует учесть. Установка между турбиной и гребным винтом электромагнитных устройств значительно снижает потери мощности, вызываемые ударами, вибрацией, набором оборотов судовым двигателем и другими внешними воздействиями. Происходит это благодаря присущим этим устройствам упругости и ударной вязкости и тенденции к самостабилизиции. Тем самым сохраняется значительный объем энергии, следствием чего оказывается высокая скорость корабля в условиях бурного моря.
Экономичность при крейсировании является одним из наиболее желательных качеств военного корабля, которое сказывается на его повседневном использовании, поскольку шансы на то, что корабль когда-либо примет участие в настоящем морском бою, незначительны. Самые ярые противники электрического привода не отрицают того, что он превосходит все остальные по работе именно в этом режиме, на который главным образом и указывает производитель, гарантируя расход горючего на 10-12 процентов меньший, чем при использовании зубчатой передачи. Последняя безнадежно обречена из-за ее неспособности подстраиваться под меняющуюся скорость и неэкономичность при крейсировании, а электрический привод в то же время легко поддается адаптации и экономичен в любых условиях. Еще одно свойство электрического привода, которое может оказаться особенно ценным в бою, - это его способность безопасно переносить большие перегрузки благодаря природе соединения между турбиной и гребным винтом, как это уже объяснялось выше. Зубчатая передача отличается жесткостью и неподатливостью, и любое возрастание оборотов, особенно внезапное, может вызвать ее поломку.