← К оглавлению |
НИКОЛА ТЕСЛА. СТАТЬИ |
«New York Herald», 25 февраля 1917 г.
Совершенная простота индукционного двигателя, его безупречная реверсивность и другие уникальные свойства делают его в высшей степени подходящим для силовых установок на судах, и с тех пор, представив свой метод передачи энергии вниманию специалистов, выступая в Американском обществе электротехников, я решительно настаивал на его использовании для этой цели. В течение многих лет этот проект признавали нереальным, а я подвергался критике, в некотором смысле столь же злой, сколь некомпетентной. В 1900 году, когда в «Century magazine» появилась моя статья, где пропагандировалось применение электрического привода, «Marine Engineering» объявил этот проект «верхом глупости», и такая буря поднялась вокруг моих предложений, что редактор еще одного технического периодического издания подал в отставку и порвал всякие отношения, лишь бы не допустить публикацию каких-либо нападок.
Прием подобного характера был оказан моему управляемому по радио судну, многократно описанному в «Herald» за 1898 год. С тех пор сроки патентов на эти изобретения истекли, и теперь они являются всеобщим достоянием. Между тем необдуманное неприятие и невежество сменились услужливым интересом и признанием их ценности. Недавно министерство военно-морского флота заключило контракты общей стоимостью 100.000.000 долларов на строительство семи боевых кораблей с приводом от асинхронного электродвигателя, и такая же сумма ассигнована для покрытия расходов на постройку четырех огромных линкоров, которые должны быть оснащены таким же образом. Этот последний проект встречает сопротивление некоторых судостроителей, производителей турбин, поставщиков электрооборудования и некоторых инженеров, которые из опасения, что правительство допустило фатальную ошибку, убеждали власти в необходимости применения турбины с механическим приводом.
Написаны многочисленные письма протеста на имя к.-А. Свенсона, члена сенатского комитета по военно-морским вопросам, но результат всей этой переписки носит спорный характер и совершенно бесполезен для тех, кто хотел получить информацию. Заслуживает сожаления, что этот вопрос должен быть поставлен в тот критический момент, когда незамедлительные приготовления к отражению надвигающейся угрозы национальной безопасности официально признаны обязательными к исполнению, и ввиду этого в общественном сознании не должно возникать никаких сомнений относительно превосходства боевых средств, рекомендованных военно-морскими экспертами. Ниже я попытаюсь разъяснить это широкому кругу читателей.
Наиболее эффективным средством приведения судна в движение является струя воды, выбрасываемая от корпуса судна. Хотя теоретические законы, которым подчиняется действие струи, подробно описаны Ранкином пятьдесят лет тому назад, в среде инженеров и авторов книг по гидравлике всё еще существует странное и необъяснимое предубеждение против применения этого принципа. Но люди дальновидные являются убежденными сторонниками его перспективности. Несмотря на то что современные возможности в двигательных системах не позволяют применять реактивную струю, обладающую большими преимуществами, можно с уверенностью прогнозировать, что в скором времени более полное освоение океанских глубин будет осуществляться с помощью этого принципа. я глубоко убежден, что в то время, когда пишутся эти строки, он уже применяется в субмаринах, совершающих хищнические нападения в океанах, так как исключительно их бесшумной работой можно объяснить, почему они с такой легкостью избегают обнаружения с помощью приборов прослушивания. Издаваемый звук является ахиллесовой пятой подводной лодки. Снижение уровня шума существенно увеличивает эффективность нового боевого средства.
Однако при существующих условиях наилучшие результаты достигаются на всех типах надводных судов со спиралевидным винтом, который приводится в движение четырьмя различными способами. Во-первых, непосредственно от вала двигателя; во-вторых, посредством зубчатой передачи; в-третьих, через гидравлический преобразователь и, в-четвертых, с помощью электрического привода. В целях экономии энергии гребной винт должен вращаться со средней скоростью, первый из упомянутых способов, или «прямая передача», наилучшим образом подходит к поршневому или роторно-поршневому двигателю, из которых первый неудобен, а применение второго невозможно, в результате конкуренция привела к появлению спроса на турбину. Но поскольку для ее оптимальной работы необходима очень большая скорость, необходимо приспособление для винта. В какой-то мере это проявилось в «ступенизации», то есть в прохождении пара через ряд последовательно расположенных турбин, что повлечет к удорожанию и иного рода проблемам. Необходимость уменьшения размеров судна, стоимости машинного оборудования и обеспечения лучших эксплуатационных качеств привели к осуществлению второго шага — применению «редукторной передачи от турбины», в которой система зубчатых колес, впервые предложенная де Лавалем, передает движение на гребной винт. Вслед за этим попытки устранить некоторые ограничивающие факторы этой комбинации вылились в третий способ — «гидравлический привод», при котором турбина приводит в движение гребной винт посредством центробежного насоса и гидродвигателя. Наконец, в качестве дальнейшего шага к совершенствованию был выдвинут последний из перечисленных выше способов — «электрический привод». В этом случае турбина сообщает вращательное движение динамо-машине, которая, в свою очередь, запускает мотор, несущий на своем валу гребной винт.
ПРЕИМУЩЕСТВА ПРИВОДОВ РАЗНОГО ТИПА
Каждый из названных способов имеет своих сторонников и последователей. В принципе, первому способу можно было бы отдать предпочтение, если бы не многочисленные препятствия, связанные с его применением. Второй тип привода дешев, но зубчатая передача вызывает серьезные возражения. Третий способ, хотя и менее экономичный, привлекает рядом целесообразных и полезных качеств. Что касается последнего способа, он не только очень эффективен, но дает результаты, которых невозможно достичь другими способами. Закон естественного отбора продолжает действовать, и теперь идет борьба за превосходство между турбинами с механическим и электрическим приводами.
Путем постепенного усовершенствования режущих инструментов, научного расчета, благодаря достижениям в металлургии и улучшению смазочных материалов, так называемая шевронная зубчатая передача была доведена до высокой степени совершенства. Де Лаваль добился девяноста семи процентов КПД, а Макалпин, Мелвилл и Вестингауз девяноста восьми с половиной при осуществлении трансмиссии с ведущего вала на ведомый. С другой стороны, при использовании электрического привода можно максимально рассчитывать на девяносто три и три четверти процента. Это означает, что с зубчатой передачей та же самая турбина может передать на пять процентов больше мощности на гребной винт, что должно увеличить скорость крейсера с тридцати пяти до чуть более тридцати пяти с половиной узлов. Поскольку с первого взгляда становится очевидным, что электропривод требует дополнительной площади, имеет больший вес и дороже, то, вполне естественно, что те, кто не исследовал его полно и всесторонне, выносят решение в пользу зубчатой передачи.
Но тщательное исследование вопроса может побудить их изменить мнение на противоположное. Оценивая относительные достоинства этих в сущности различных движущих средств, они допускают две фатальные ошибки. Первая — в качестве критерия рассматривается энергия, передаваемая в критическом режиме, вторая — проводится параллель между существующими устройствами, совершенно различными, одно из них до модернизации, другое — усовершенствованное; первое при этом не способно выполнять существенные функции второго. Когда исходная информация неверна, то и выводы будут ошибочными. следовательно, противники электрического привода сделали вывод, что он менее эффективен, чем зубчатая передача, имеет больший вес, дорогостоящ и вызывает сомнение в результате. Сколько истины в этих утверждениях, станет очевидным после всестороннего изучения установленных фактов.
Результативность электрического привода в работе судна надо рассматривать в комплексе. Ради краткости рассмотрим его в следующих основных аспектах: 1) работа турбины; 2) энергия, передаваемая на гребной винт; 3) эффективность винта; 4) крейсирование в экономном режиме; 5) работа на большой мощности; 6) расход горючего (топлива) вспомогательным оборудованием и аппаратурой для эксплуатации судна; 7) общая экономия и 8) быстрота и точность управления всеми действиями — внутренними и внешними.
Современные турбины совершенно не подходят для силовых установок на судах. Они являют собой поразительный пример устаревшего изобретения невысокой ценности, возведенного в положение исключительно рентабельной системы путем запутанных поисков и поразительного технического навыка. С сотнями тысяч легко ломающихся лопаток, с лопастями, которые из-за коррозии и эрозии вскоре становятся бесполезными, и небольшими зазорами между поверхностями, которые вращаются с огромными скоростями, турбины являются источником постоянной опасности и риска.
Главный же их недостаток состоит в том, что они нереверсивные, это делает необходимым применение отдельных турбин для движения в обратную сторону. Использование их связано с большими расходами и значительными потерями на трение, что накладывает жесткие ограничения на температуру рабочего тела. Очень большой перегрев, столь желательный при термодинамическом преобразовании, в таких непрочных системах исключается, но температура нагрева от 200 до 300 градусов по Фаренгейту допустима.
Следовательно, до этого предела турбина выгодна для работы динамо-машины. При температуре пара двести градусов она наверняка даст экономию около двадцати трех процентов пара и десяти процентов топлива. Это, однако, не единственная выгода. Турбина, освобожденная от всех недостатков зубчатой передачи, способна без риска работать на более высоких оборотах, что повысит производительность и выходную мощность. Таким образом, путем применения умеренного перегрева и других несложных допустимых приемов она обретает способность производить на двадцать пять процентов больше энергии при том же количестве топлива, и одно это, несомненно, могло позволить электроприводу опередить своих конкурентов.
В отношении энергии, передаваемой от турбины на гребной винт, может показаться, в свете вышесказанного, что зубчатая передача эффективнее на пять процентов. Это может быть в исключительных случаях, но не в обычном рабочем режиме. Отсюда берет начало ошибка тех, кто принимает результаты, полученные при постоянной нагрузке, за критерий при сравнении. усовершенствование современных скоростных зубчатых передач было проявлением настоящей инженерной изобретательности. Это замечательное устройство, но оно в то же время имеет свои слабые места и недостатки. Поскольку потери на трение в нем практически постоянны в течение продолжительного периода эксплуатации, относительно большое количество энергии поглощается при малой нагрузке. Более того, зубчатая передача очень чувствительна к ударам и вибрациям, которые разрушают поверхностную масляную пленку, столь необходимую для бесперебойной работы. Вследствие этого, когда сила сопротивления подвергается частым и внезапным отклонениям от заданного режима, происходит большая потеря энергии. замеры, которые я произвел на турбинах с зубчатыми передачами, показали, что если при стабильном расчетном режиме коэффициент полезного действия составлял девяносто шесть процентов, то при скачущей нагрузке достигалось не более девяноста процентов. Именно этого и можно ожидать на практике. Любой, кто слышал надсадно ревущий двигатель парохода в бурном море, не мог не заметить, как меняется поворотное усилие, когда судно испытывает бортовую и килевую качку и с трудом рассекает большие волны и преодолевает глубоководные течения. В ходе боевых действий корабль может попасть в подобные условия, о чем свидетельствуют недавние морские сражения, когда взрывающиеся снаряды вздымали огромные, как горы, массы воды. При таких обстоятельствах зубчатая передача очень не выгодна, в то время как электропривод в значительно меньшей степени реагирует на такие помехи. Таким образом, представление о том, что зубчатая передача передает больше первичной энергии на гребной винт, чем комбинация динамо-машины и мотора, в значительной степени иллюзорно. Существует достаточно доказательств, полученных и экспериментально, и путем логических умозаключений, что истина, разумеется, в обратном.
ПРЕИМУЩЕСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРИВОДА
Сопоставление эффективности работы гребного винта в передаче энергии вращения приводит к выводу, что она выше при использовании электрического привода, это всецело основано на лучшей приспособляемости и гибкости комплекса. Но есть более серьезные факторы, которые следует принять во внимание. Наличие электромагнитного поля между турбиной и винтом существенно снижает потери от ударов, вибрации, разгона двигателя и других помех, благодаря его упругой ударной вязкости и возможности стабилизации. Достигаемая таким способом экономия энергии при высокой скорости и в условиях бурного моря довольно значительна.
Экономичность при движении на крейсерсной скорости является одним из наиболее желательных качеств боевого судна. Она проявляется при эксплуатации в обычном режиме, поскольку участие в сражениях редко и незначительно по времени. Злейшие противники электрического привода не отрицают, что его отличает именно это качество, на которое, главным образом, рассчитывает производитель, гарантируя снижение расхода горючего на 10-12 процентов по сравнению с механическим приводом. Последний признан безнадежно непригодным из-за неспособности подстраиваться к меняющейся скорости и неэкономичным в работе крейсерсной скорости, в то же время первый легко поддается адаптации и экономичен в любых условиях.
Электрический привод обладает еще одним качеством, которое, возможно, окажется особенно полезным в бою, — это его способность выдерживать огромные перегрузки, не создавая рискованных ситуаций благодаря основному свойству соединения между турбиной и гребным винтом, о чем говорилось выше. Механический привод отличается жесткостью и неподатливостью, и любое возрастание напряжения, особенно внезапное, может вызвать аварию.
Что касается соответствующего вспомогательного оборудования и других механизмов, обслуживающих судно, на которые уходит приблизительно 20 процентов расходуемого горючего, весьма существенная экономия энергии будет получена в результате внедрения электрического способа. Кроме того, центральный блок питания поможет снизить другие потери — можно будет избавиться от многих вспомогательных приборов, и суммарная экономия существенно возрастет.
Но с военной точки зрения быстрота, удобство и точность работы в заданном режиме будут, вероятно, наиболее существенными из приобретаемых преимуществ. Путем нажатия кнопки можно немедленно выполнить любую операцию. В результате реверсирования двигателей судно, идя полным ходом, может остановиться, не затрачивая на маневр расстояние, превышающее длину судна. появится возможность заставить судно выполнять все перестроения с необычайной скоростью, и будут выполняться маневры, о которых раньше никто не мог и подумать.
Защитники механического привода допускают курьезную ошибку в отношении веса. Вряд ли нужно утверждать, что сравнивать устройства очень разного характера и возможностей неразумно, если не абсурдно. Следует сопоставлять лишь такие, которые способны достигать идентичных результатов. Так вот, механический привод, соответствующий электрическому, должен состоять из четырех основных турбин с зубчатыми передачами, четырех реверсивных турбин той же мощности и восьми меньших приводных и реверсивных турбин для крейсерного хода. Это скопление сложных и не всегда достаточно надежных механизмов с их хитросплетением водных, воздушных и масляных труб, вентилей, насосов и приспособлений будет намного превышать по весу предлагаемый электрический привод и потребует также более тщательной структурной защиты, не говоря уже о других дефектах и недостатках.
Следует, однако, заметить, что вес оборудования должен рассматриваться в его отношении к весу корабля. Один агрегат может быть тяжелее другого, но если он эффективно снижает вес топлива и другого груза, то из этих двух он фактически при всех условиях легче. Это в той же степени верно и в отношении стоимости. Сравнительные цифры ничего не значат. Проблема в том, оправдано ли вложение капитала в то, что предстоит осуществить. Уже достаточно сказано в доказательство того, что с учетом результатов, во всех отношениях равноценных, допуская, что они возможны, привод шестеренчатого типа, вопреки всем уверениям в обратном, будет более дорогостоящим.
Утверждение, что электрический привод является экспериментальным образцом и ненадежен в эксплуатации, выглядит наименее логичным из недоброжелательных высказываний. Во-первых, он с успехом применяется на ряде судов, и еще больше их находится в процессе производства. Он также доказал свою способность на более высокий КПД, чем любой другой тип привода. Но это совершенно несущественно. Уверенность в том, что на современном этапе все ожидаемые результаты будут реализованы, основывается не на нескольких демонстрационных опытах, а на многолетней работе с силовыми установками — с тех самых пор, как мой комплекс был введен в действие и остается рентабельным. асинхронные двигатели суммарной мощностью десятки миллионов лошадиных сил используются сейчас во всем мире и работают безотказно.
ТРЕБОВАНИЯ К КРЕЙСЕРАМ НОВОГО ТИПА
Каждому крейсеру нового типа потребуется энергия, эквивалентная 180.000 лошадиных сил, которая, в случае необходимости, может быть выработана четырьмя блоками по 45.000 лошадиных сил. Турбины такой мощности уже созданы и сейчас работают. Динамо-машины с соответствующей выходной мощностью установлены на нескольких объектах и снабжают светом и энергией большие города и округа. Асинхронные электродвигатели мощностью 15.000 лошадиных сил выпускаются промышленностью и могут иметь любые желаемые габариты, так как из всех типов моторов этот наиболее прост и надежен. Уже давно сделаны расчеты всей установки, и она доведена до полного совершенства в мельчайших деталях. Это очень большой проект, но любая из фирм, имеющих соответствующие возможности, может реализовать его в короткие сроки. Даже не придется создавать новое оборудование. В отношении электропривода не существует ничего непроверенного или рискованного.
Большое значение придается сообщениям, подлинность которых еще следует установить, о том, что этот проект был отвергнут Англией и германией. Но это не имеет значения. Его не раз отвергали и здесь. Кроме того, в европе назревала война, и это было неблагоприятное время для радикальных инноваций.
Несмотря на то, что двигатель Дизеля открывает большие перспективы, а гидравлический привод д-ра Феттингера проходит пробные испытания, было бы, действительно, прискорбно, если бы Соединённые Штаты, где асинхронные двигатели нашли самое широкое применение в промышленности, оказались на последнем месте среди стран, признавших его внедрение на флоте. Такие ошибки происходят довольно часто. Военно-морские ведомства иных государств не имеют привычки давать информацию о своих действиях для опубликования в прессе и можно предугадать, не боясь ошибиться, что, если прогрессивные начинания в Штатах будут тормозиться, следует ожидать разочарований, уже наблюдавшихся ранее.
Было бы излишне подробно останавливаться на других неодобрительных высказываниях, играющих второстепенную роль и не имеющих никакого принципиального значения. Не вдаваясь в утомительное обсуждение технических проблем, можно утверждать, что электрический привод, если он разумно спроектирован, сэкономит не менее двадцати пяти процентов топлива, а при надлежащем уходе, обладая определенными и неоценимыми преимуществами, будет легче, дешевле и во всех отношениях надежнее по сравнению с механическим приводом. Я считаю, что можно изобрести устройство, допускающее размещение всех существенных компонентов ниже ватерлинии. В этой связи остается надеяться, что министр военно-морского флота не будет обращать внимания на протесты противников [электропривода], какими бы они ни были «патриотическими», но будет способствовать, используя все имеющиеся у него полномочия, поэтапному завершению большой работы.
Появление реверсивной турбины серьезно изменит ситуацию в пользу зубчатой передачи. Такая турбина построена и была описана в «Herald» от 15 октября 1911 года. Это наименьший по весу двигатель из всех когда-либо созданных, и он легко управляем при температуре красного каления, в связи с чем достигается весьма высокая экономия в процессе преобразования тепловой энергии. я предвижу ее стремительное распространение и широкое использование в качестве силовых установок на кораблях. Однако, несмотря на то что в оснащении судов появится идеально простой и недорогой привод, по-прежнему будут находиться веские основания в пользу применения электрического привода на боевых судах. чтобы рассеять все сомнения, возникающие в сознании людей под воздействием разнообразных мнений специалистов, я назову лишь одно из них, которое, в сущности, является в достаточной степени логичным и убедительным и позволяет обойтись без дополнительных доказательств.
Нет смысла помышлять о разоружении и всеобщем мире перед лицом внушающих ужас событий, разворачивающихся в настоящее время. Они убедительно доказывают, что ни одной стране не будет позволено управлять всеми остальными каким бы то ни было образом. Прежде чем все народы смогут почувствовать защищенность своего существования, и прежде чем утвердится мировая гармония, необходимо устранить определенные препятствия, основными из которых являются германский милитаризм, британское владычество на море, мятежная волна в многомиллионной России, угроза, исходящая от желтой расы, и власть денег в америке. Устранение этих препятствий будет происходить медленно и тяжело в соответствии с земными законами. Земля не скоро еще избавится от международных трений и вооруженных конфликтов. Продвижение человечества по пути прогресса проходило бы не так трудно, если бы энергию войны можно было удерживать исключительно в потенциальной форме. Это достижимо и будет достигнуто путем повсеместного внедрения беспроводной энергетики. Тогда вся энергия разрушения без труда окажется под контролем жизнеутверждающих сил мира.
Содержание и техническое обслуживание боевых судов и других боевых средств сопровождается потрясающим расточительством. Корабль стоимостью двадцать миллионов долларов становится фактически бесполезным по истечении каких-то десяти лет, устаревая по меньшей мере на два миллиона долларов в год, не говоря уже о том, чтобы приносить доход. Вряд ли более чем один корабль из пятидесяти служит своему истинному назначению. Чтобы уменьшить эти разорительные потери и использовать некоторые изобретения, я несколько лет тому назад разработал подробный план. Он был признан целесообразным, но в финансовом и в других отношениях трудновыполнимым. Теперь, когда национальная экономика и боеготовность стали животрепещущими вопросами, он обретает особый смысл и значимость.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БОЕВЫХ СУДОВ В МИРНОЕ ВРЕМЯ
Основная идея состоит в том, чтобы сделать боевые корабли пригодными для рентабельного использования в мирных целях, одновременно улучшая их по ряду свойств. Я осведомлен о внесенном недавно предложении использовать суда в качестве перевозчиков товаров, но этот план непригоден и может стать препятствием на пути дальнейшего совершенствования. Мой проект в первую очередь предполагал установку электрического привода и использование турбодинамо-машин для освещения, энергоснабжения, изготовления различных полезных товаров и предметов на борту корабля или на суше. Это стало бы шагом вперед в направлении современного развития, отвечающего целям и военной, и производственной готовности. Более того, я планировал создание корабля нового типа на совершенно иных принципах, который был бы ценным вкладом в сохранение мира и в гораздо большей степени средством разрушения в военное время. Крейсеры нового типа, если их оборудовать в соответствии с планами министерства военно-морского флота, создадут четыре центральные электростанции, каждая мощностью 180.000 лошадиных сил. Турбины и динамо-машины рассчитаны на максимальную эффективность и действуют в наиболее благоприятном режиме. Рыночная стоимость энергии, которую они способны выработать, составляет несколько миллионов долларов в год, и ее возможно использовать с выгодой в тех местах, где легко добывается топливо, и его удобно подвозить. Эти электростанции могли бы оказаться исключительно полезными в случае возникновения чрезвычайных обстоятельств. Их можно было бы быстро направлять в любую точку на побережье соединённых Штатов Америки или в любое другое место, и это дало бы возможность правительству оказывать незамедлительную помощь в любое необходимое время.
Но это не всё. Есть другой, еще более убедительный довод в пользу принятия электрического способа. Он основан на понимании того, что в недалеком будущем имеющиеся ныне средства и методы ведения войны претерпят коренные изменения посредством новых методов применения силы электрического взаимодействия.
← К оглавлению |
Вверх |
Далее |