Заглянем в будущее - Семенов Николай Николаевич (читать книги бесплатно полностью без регистрации .txt) 📗
В настоящее время дизельные двигатели являются главной силовой установкой на судах. Судовой дизель достаточно надежен в эксплуатации, реверсивен, то есть позволяет изменять направление вращения вала и осуществлять маневры судна без дополнительных сложных механизмов, достаточно экономичен, так как использует топливо с к.п.д. 40 процентов. Делая 90–125 оборотов в минуту, он передает энергию непосредственно на гребные винты без сложных и дорогостоящих редукторов.
Однако такой дизель имеет и существенные недостатки. Во-первых, он относительно тяжел. При удельном весе 35–40 килограммов на 1 л. с. вес современных двигателей мощностью 20 тысяч л. с. достигает 700–800 тонн. Во-вторых, он довольно громоздок: длина такого дизеля 25 и высота около 12 метров. Для размещения такой машины нужно большое помещение. В-третьих, наличие шатунно-кривошипного механизма и массивных поршней и шатунов, работающих с большими инерционными нагрузками, требует повышенной прочности корпуса и всех конструкций машинного отделения.
Все это дает основание считать, что дальнейшее увеличение мощности судовых дизелей даже при переходе к среднеоборотным конструкциям хоть и будет возрастать, но ограничится 50–60 тысячами л. с.
В последнее время на судах получили применение, и другие типы установок и в первую очередь паровые и газовые турбины (ГТУ). Газотурбинный двигатель судового типа, созданный на базе конвертированной авиационной газовой турбины, почти в 15 раз легче равного ему по мощности дизеля. И, несмотря на то, что топливная экономичность газовых турбин ниже, чем ДВС, — их термический к.п.д. не превышает 20–23 процентов против 40–45 у ДВС, — ряд преимуществ ГТУ делает их достаточно конкурентоспособными, так как они более дешевы в эксплуатации и допускают большую степень автоматизации, чем дизели. Газовая турбина проста в ремонте и техническом обслуживании, более надежна в работе, поскольку не имеет сложных механических систем регулирования и управления, быстро запускается.
У конвертированных авиационных газовых турбин малый по сравнению с другими силовыми установками моторесурс. Но, пожалуй, это единственные двигатели, пригодные для мощных скоростных судов, использующих новые принципы движения. В настоящее время они применяются на кораблях Военно-Морского Флота в качестве двигателей форсирования.
Надводные суда Военно-Морского Флота по роду своей службы должны подолгу находиться в море. Большую часть времени они курсируют с умеренными скоростями и затратами мощности. Но должны иметь возможность совершать кратковременные переходы и маневры на высоких скоростях. В первом случае к.п.д. силовой установки имеет большое значение; во втором ее экономичность уже не играет такой роли. Вот почему на судах подобного типа стали сочетать более экономические силовые установки (дизели, паровые турбины) длительного режима с мощными газовыми турбинами, включаемыми на короткое время.
Диктовалось такое сочетание еще характером и природой сопротивления, оказываемого движению морских судов. Если сопротивление движению наземного транспорта растет пропорционально квадрату скорости, то сопротивление движению судов из-за создаваемого ими дополнительного волнового сопротивления растет пропорционально кубу скорости. С увеличением скорости хода резко возрастает расход мощности силовой установки. Так, эсминец для движения со скоростью 25 узлов затрачивает мощность 15 тысяч л. с., со скоростью 31 узел — 30 тысяч л. с., а при увеличении до 35 узлов — 45 тысяч л. с. Учитывая это, англичане на строящемся эсминце предусматривают 15-тысячесильную паротурбинную установку и газовую турбину авиационного типа мощностью 30 тысяч л. с., использующуюся только в режиме форсированной работы.
В США на судах морской пограничной охраны военно-морского флота устанавливаются дизельные двигатели мощностью 600 л. с. совместно с газотурбинными двигателями мощностью 14 тысяч л. с.
Не исключена возможность такого сочетания и на транспортных судах, работающих как в водоизмещающем, так и высокоскоростном глиссирующем режимах или с использованием выдвижных подводных крыльев при перевозках особо ценных грузов.
На обычных водоизмещающих судах в ряде случаев ставятся экспериментальные турбины более тяжелого типа с повышенными экономичностью и моторесурсом. В 60-х годах в США было построено военно-транспортное судно «Каллаген», снабженное двумя газовыми турбинами мощностью по 20 тысяч л. с. и развивающее скорость хода до 25 узлов (46 километров в час). В нашей стране уже несколько лет работает аналогичное газотурбинное судно «Парижская коммуна». Строят суда с такими же газотурбинными двигателями и другие государства: сейчас заложено семь подобных кораблей.
Газотурбинные суда постройки 70-х годов будут существенно отличаться от уже работающих; они будут снабжены силовыми установками большей экономичности и большей надежности. Как свидетельствуют расчеты, проведенные в ЦНИИМФе, применение теплоутилизационных контуров позволит довести эффективный к.п.д. судовых газотурбинных установок до 30–32 процентов и выше.
Учитывая тот факт, что газовые турбины намного компактнее и легче дизельных установок, и то, что агрегатную мощность газовых турбин можно доводить до 100 тысяч л. с., в будущем на скоростных и специализированных судах морского и речного флота газовые турбины будут играть существенную роль в качестве силовых установок.
Разработка атомной силовой установки (АЭУ) явилась, пожалуй, наиболее значительным инженерным достижением Военно-Морского Флота. Этот успех во многом изменил роль и значение отдельных его родов и, в частности, роль и значение атомного подводного флота. Современные атомные подводные лодки способны многие месяцы находиться в действии; они обладают высокой скоростью хода, труднопоражаемы и способны производить стрельбу ядерными снарядами из погруженного положения.
Все эти качества и возможности, которые не могут быть обеспечены никакими другими средствами, оправдывают большие строительные затраты и высокие эксплуатационные расходы, связанные с использованием атомной энергии.
Применение атомных двигателей на судах транспортного флота, как показывает опыт ледокола «Ленин» (1959 г.) и транспортного грузопассажирского судна «Саванна» (1962 г., США), а также расчеты, связанные с постройкой атомных рудовозов «Отто Хан» (ФРГ) и «Мицу» (Япония), пока носят не столько коммерческий характер, сколько характер крупного эксперимента.
Так, затраты, связанные с установкой и использованием атомного двигателя на судне «Саванна», составили около 60 процентов общей стоимости судна, тогда как на обычном судне подобного типа стоимость котельной установки не превышает 4–5 процентов стоимости всего судна. Стоимость реакторной установки на судне «Отто Хан» составляет 27,5 миллиона марок, в то время как стоимость обычной котельной установки равной мощности составила бы около 1,9 миллиона марок.
Вес реакторной установки на судне «Саванна» достигает 2500 тонн, что в 8–10 раз больше веса паровых котлов равной мощности. Вес механизмов машинного отделения атомохода на 10–30 процентов выше веса механизмов обычных судов.
Однако, оценивая результаты строительства и эксплуатации первых судов с атомными силовыми установками, надо иметь в виду их экспериментальный характер. Необходимо ясно видеть те резервы повышения экономичности, которые заключаются в совершенствовании конструкции реакторов и силовых установок в целом, параметров их рабочих процессов, в стоимости постройки и освоения новой техники, связанной с использованием атомной энергии, и т. д.
Высокую стоимость самого атомного судна и большие расходы на содержание его экипажа может и должен компенсировать выигрыш в суммарном весе и объеме энергетической установки и запасов горючего, а также выигрыш на эксплуатации и повышении производительности атомных судов, обусловленной более высокой скоростью хода.
