Никола Тесла - НИКОЛА ТЕСЛА. ЛЕКЦИИ. СТАТЬИ.

СПИРАЛЬНЫЙ ГРЕБНОЙ ВИНТ

Тем не менее, в существующих условиях наилучшие результаты для надводных судов дает спиральный гребной винт, который приводится в движение четырь я путями. Первый, прямо от вала первичного двигателя; второй, посредством шестерни; третий, через гидравлическую передачу, и четвертый, электрическим передатчиком энергии. Так как винт для экономии энергии должен вращаться с умеренной скоростью, первый из упомянутых, "прямой привод", лучше всего подходит для возвратно-поступательного или роторно-поршневого двигателя. Первый устарел, второй невозможен, и конкуренция на рынке выводит вперед турбину. Но из- за ее непомерной скорости, неизбежно нужной для ее хорошей производительности, пришлось переходить к винту. Это, в свое время, выполнялось путем "ступенчатости" — то есть пропускания пара последовательно через множество турбин, — схемы, очевидно влекущей за собой огромные недостатки, финансовые и прочие. Тогда необходимость уменьшить размеры и стоимость оборудования и обеспечить более хорошую работу вынудила применить вторую систему — "шестеренчатый турбинный привод", — в которой специальное колесо с лопастями, впервые введенное Де Лавалем, передает движение винту. После этого попытки избавиться от определенных ограничений этой комбинации привели в результате к третьему, "гидравлическому приводу", турбине, приводящей в действие гребной винт посредством центробежного насоса и водяного мотора. И наконец, в дальнейшем продвижении к совершенству, прибегли к последней из перечисленных компоновок — "электрическому приводу". В этом случае турбина сообщает вращение динамо, которое в свою очередь приводит в движение мотор, несущий на своем валу винт.

Каждый из этих видов имел своих приверженцев и чемпионов. В принципе, первый был бы предпочтительной, если бы не был во многих отношениях ущербным. Второй тип дешев, но серьезным возражением является передача. Хотя и менее экономичный, третий зарекомендовал себя множеством практичных и ценных свойств. Что касается последнего, он не очень эффективен, но дает результаты, недостижимые другими видами. Закон выживания наиболее приспособленного доказывает сам себя, и борьба за первенство теперь идет между шестеренчатым турбинным и электрическим приводами.

В результате постепенного развития режущих инструментов, научного проектирования, достижений металлургии и улучшения смазок так называемая шевронная зубчатая передача была доведена до высочайшего совершенства. Де Лаваль достиг в трансмиссии от двигателя к ведомому валу эффективности в девяносто семь процентов, а МакАльпин, Мелвилл и Вестингнауз девяноста восьми с половиной процентов. С другой стороны, девяносто три и три четверти процента можно считать максимумом при электрических агрегате. Это означает, что с передачей та же турбина будет давать на пять процентов больше мощности винту, что должно увеличить скорость крейсера от тридцати пяти до немного более чем тридцати с половиной узлов. И если еще на первый взгляд все выглядит так, будто электрический привод требует дополнительного места, тяжелее и дороже стоит, то совершенно естественно, что те, кто не проводил всестороннего изучения во всех его фазах, выносят решение в пользу передачи.

Но тщательное исследование предмета привело бы их к перемене своего мнения. В оценке сравнительных достоинств этих существенно различающихся движущих средств они делают две фатальные ошибки. Первая — это принятие в качестве критерия мощности, передаваемой в ненормальном режиме; вторая — проведение параллели между установками совершенно различными, одной примитивной, а другой сложной, при том, что первая неспособна выполнять важные функции второй. Когда посылки ошибочны, делаемые из них выводы неизбежно ложны. Так оппоненты электрического привода приходят к выводу, что он менее эффективен, чем передача, весит больше, более дорог и его работоспособность под вопросом. Насколько правильна эта точка зрения в полемике, станет очевидным в результате изучения хорошо установленных фактов.

Электрический привод имеет комплексное влияние на результаты в работе корабля. Ради краткости он будет рассматриваться только в следующих главных аспектах: (1) производительность турбины, (2) мощность, передаваемая винту, (3) эффективность винта, (4) ход на малой мощности, (5) действие при высокой мощности, (6) потребление топлива вспомогательными устройствами и корабельными аппаратами, (7) общая экономия и (8) быстрота и точность управления всеми действиями, внутренними и внешними.

Современные турбины чрезвычайно неудобны для корабельного привода. Они являют собой поразительный пример устаревшего изобретения, ценность которого невелика, но которое возведено в положение выдающейся коммерческой выгоды в результате глубоких исследований и поразительного искусства механиков. С их сотнями тысяч тонких лопаток, столь легко выходящих из строя, поршнями, которые становятся неэкономичными из-за коррозии и эррозии, и малыми зазорами между поверхностями, которые вращаются с сумасшедшей скоростью, они являются постоянным источников рисков и опасностей.

Но их кардинальный недостаток — это их невозвратность, которая вынуждает для заднего хода использовать отдельные турбины. Все это, помимо высоких расходов и значительных потерь на трение, налагает узкие ограничения на температуру рабочего тела. Очень высокий перегрев, столь желательный в термо-динамическом преобразовании, нельзя даже рассматривать, но от 200 до 300 ° F допустимо.

В этой степени турбина имеет преимущество, если приводит в движение турбину. Две сотни градусов перегрева обычно дают экономию примерно в двадцать три процента пара и десять процентов топлива. Это, однако, не единственный выигрыш. Турбина, избавленная от всех недостатков зубчатой передачи, может безопасно работать при более высокой окружной скоростью и соответственно более высокой эффективностью и отдачей. Таким образом, путем умеренного перегрева и других простых и допустимых приемов, становится осуществимым получение на двадцать пять процентов большей мощности из того же топлива, и одно только это давало бы электрическому приводу решительное превосходство над конкурентом.

Что касается энергии, передаваемой от турбины на винт, в свете вышесказанного представляется, что передача лучше на пять процентов. Может быть это и так в исключительных испытаниях, но обстоит совсем по-другому в реальной работе. В этом прослеживается ошибка тех, кто принимает результаты, полученные при постоянной нагрузке, за стандарт для сравнения. Создание современной высокоскоростной передачи явилось воистину tour de force научных машинистов. Это чудесное устройство, но ему также присущи неотделимые слабости и недостатки. Поскольку заметные потери на трение в ней постоянны в широком диапазоне производительностей, при малой нагрузке поглощается относительно большое количество энергии. Передача также очень чувствительна к ударам и вибрации, которые нарушают капиллярную масляную пленку, жизненно важную для гладкой работы. Как следствие, возникает большая потеря энергии, когда противодействующая сила подвержена частым и внезапным флюктуациям. Измерения, которые я провел над турбинной передачей, показали, что хотя эффективность при неизменном и нормальном усилии составляла девяносто три процента, при быстро меняющейся нагрузке получалось не больше девяноста процентов. Это то, что можно ожидать на практике. Любой, кто слышал, как надрываются двигатели парохода в бурном море, не мог не заметить, как меняется вращающее усилие при продольной и поперечной качке, рассекании больших волн и прохождении через противоборствующие подводные течения. Похожее положение вещей противостоит военному кораблю в бою, как подтвердили недавние морские сражение, когда взрывы снарядов вздымали горы воды. При подобных обстоятельствах передача находится в очень невыгодном положении, тогда как электрический привод чувствителен к этим помехам в гораздо меньшей степени. Таким образом, представление о том, что передача передает больше первичной мощности к винту, чем комбинация динамо и мотора, во многом иллюзорна. Есть богатые доказательства, экспериментальные и умозрительные, что истинно как раз обратное.

Если рассматривать эффективность винта отдельно от эффективности передачи энергии, она очевидно выше при электрическом приводе, это заключение полностью основано на более высокой адаптивности и гибкости системы. Но есть и более глубокие причины, которые следует принять во внимание. Введение электромагнитных средств между турбиной и винтом существенно снижает потери, обусловленные ударами, вибрацией, разгоном и прочими нарушениями, вызванными внутренней эластичной упругостью и уравнивающей тенденцией. Таким образом, при высокой скорости и в бурном море получается существенная экономия энергии.