ПОПУЛЯРНЫЕ НОВОСТИ

АВТОРИЗАЦИЯ

ГОЛОСОВАНИЕ

Все ли секреты Теслы изучили?
Возможно все
Скорее нет
Без понятия
Его секреты неизучаемы

Реклама

НИКОЛА ТЕСЛА

Никола Тесла — физик, инженер, изобретатель в области электротехники и радиотехники. Награжден Золотой медалью Эллиота Крессона, Медалью Эдисона и Медалью Джона Скотта.

Электронный привод для военных кораблей

Электронный привод для военных кораблейИдеальная простота асинхронного электродвигателя, его безупречная обратимость и другие уникальные качества делают его особенно подходящим для использования в качестве силовой установки на судах. С того момента, как я представил вниманию Американского общества инженеров-электриков мою систему передачи энергии, я упорно настаивал на ее использовании с этой целью. В течение многих лет этот проект объявлялся неосуществимым, а я подвергался нападкам столь же злобным, сколь некомпетентным. В 1900 году, когда в «Сенчьюри мэгэзин» вышла моя статья в защиту электрического привода, «Марин инжиниринг» назвал этот проект «верхом глупости», а сами мои предложения вызвали такую ярость, что редактор другого технического журнала подал в отставку и порвал всякие отношения с изданием, чтобы не участвовать в публикации таких нападок.

Похожий прием был оказан и моему проекту радиоуправляемого катера, неоднократно описанному в «Геральд» в 1898 году. Сроки действия патентов на эти изобретения уже истекли, и теперь они являются всеобщим достоянием. Между тем абсурдное неприятие и невежество в отношении этих проектов сменились услужливым вниманием и признанием их ценности. Недавно военно-морское министерство заключило контракты общей стоимостью 100 ООО ООО долларов на строительство семи военных кораблей с асинхронными электродвигателями в качестве силовых установок. Точно такая же сумма выделена на покрытие расходов от постройки четырех больших линейных крейсеров, которые должны быть оснащены таким же образом. Этот последний проект встретил сопротивление со стороны некоторых кораблестроителей, производителей турбин, поставщиков электрооборудования и инженеров, которые, опасаясь того, что правительство допустило фатальную ошибку, а также поддавшись ура-патриотическим настроениям, убеждали власти в необходимости применения неэлектрического привода — турбины с зубчатой передачей.

Противоречивая переписка


Члену сенатского комитета по военно-морским делам К.А. Свенсону были направлены многочисленные письма протеста, но результат этой переписки крайне противоречив и ничего не дает тем, кто ищет информацию. Вызывает сожаление, что этот вопрос пришлось поднимать в такой критический момент, когда общепризнанным императивом стали ускоренные приготовления, направленные против опасностей, угрожающих нации, и в свете этого нельзя допускать возникновения в общественном сознании каких-либо сомнений относительно превосходства боевой техники, рекомендованной военно-морскими экспертами. Ниже я попытаюсь сделать эту мысль более понятной для рядового читателя.

Наиболее эффективным корабельным движителем является реактивная струя воды, выбрасываемая за корму судна. Хотя теоретические законы, которым подчиняется данное действие, были точно описаны Ранкином пятьдесят лет тому назад, в среде инженеров и авторов учебников по гидравлике все еще господствует странное и необъяснимое предубеждение в отношении данного принципа. Но люди дальновидные проявляют острый и живой интерес к скрывающимся здесь возможностям. И хотя наши современные энергетические ресурсы не позволяют использовать преимущества реактивной струи, можно с уверенностью предсказать, что в скором времени она послужит орудием в деле более полного освоения Мирового океана. Я твердо верю, что в то время, когда пишутся эти строки, данный движитель уже применяется в субмаринах, совершающих опустошительные рейды в океанах, поскольку только его бесшумностью можно объяснить, почему они так легко избегают своего, казалось бы, простого обнаружения при прослушивании глубин с помощью микрофонных устройств. Звук, издаваемый подводной лодкой, является ее ахиллесовой пятой. Снижение его уровня ощутимо увеличивает боевую эффективность этого нового оружия.

Спиралевидный гребной винт


В сложившихся условиях на всех типах надводных судов наилучшие результаты дает спиралевидный гребной винт, который приводится в движение четырьмя различными способами. Первый: непосредственно от вала двигателя; второй: через зубчатую передачу; третий: через гидротрансформатор; четвертый: с помощью электрической трансмиссии. Поскольку в целях экономии энергии гребной винт должен вращаться со средней скоростью, первый из названных способов, или «прямая передача», наилучшим образом подходит к поршневому или ро-торно-поршневому двигателям. Так как поршневой двигатель имеет довольно неуклюжую конструкцию, а роторный еще не создан, в условиях конкуренции на рынок вышла турбина. Однако для ее хорошей работы необходима чрезвычайно большая скорость вращения, которую необходимо снижать при передаче на гребной винт. До некоторой степени это осуществлялось путем направления пара через ряд последовательно расположенных турбин, то есть по схеме, имеющей явные недостатки финансового и иного рода. Необходимость уменьшения размеров и стоимости машинного оборудования, а также обеспечения его лучшей эксплуатации вызвали следующий шаг: создание зубчатой передачи, с помощью которой на гребной винт передается вращение от ротора — особого колеса с лопатками, впервые разработанного Лавалем. Затем последовали попытки устранить некоторые ограничения данной схемы, которые привели к созданию третьего способа: к гидродинамической передаче, в которой турбина приводит в движение гребной винт через центробежный насос и гидродвигатель. В конце концов, следующим шагом на пути к совершенству стал последний из названных выше способов — «электрический привод». 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 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.

Некоторые фатальные ошибки


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 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) крейси-рование 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.

Нереверсивные турбины


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.

Свидетельство мастерства машиностроителей


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.

Страница 1 из 2 | Следующая страница
25-01-2012, 10:40
Опубликовано в категории: Изобретения
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.