Традиционные установки с прямой передачей мощности тепловых двигателей (дизелей, паровых или газовых турбин) на движители накладывают заметный отпечаток на архитектуру судна и компоновку его внутренних объемов.
Они имеют большие массу и габариты, требуют длинных валопроводов (вплоть до 40 % от длины корпуса). Возмущения со стороны движителя от волнения и других причин непосредственно передаются на тепловой двигатель, заметно ускоряя его износ.
Поиск путей решения этой проблемы привел к идее «электрического гребного вала», то есть к системе полного электродвижения. Это позволяет существенно сократить длину линии вала, а также исключить из состава силовой установки наиболее виброактивный узел – зубчатую передачу. В силовых установках с полным электродвижением гребной вал никак не связан с основным (для него) источником шума – главными двигателями, поскольку на всех ходовых режимах вращается только электродвигателем. Кроме того, в «электрической» главной энергетической установке генератор вместе о первичным двигателем можно разместить даже в надстройке (как, например, размещена часть дизель-генераторов на английских фрегатах типа «Норфолк»), тем самым максимально удалив его и от наружной обшивки.
Правда, на высоких скоростях (свыше 15-18 узлов) преимущества электродвижения в плане бесшумности сходят на нет вследствие того, что основной составляющей подводного шума становится шум от кавитации гребного винта. Поскольку применение электродвижения дает свои плоды только на скоростях не выше 18 узлов, часто не имеет смысла делать главную энергетическую установку с полным электродвижением (когда малошумный электродвигатель вращает вал с «ревущим» на полном ходу винтом), достаточно применить частичное для обеспечения поискового хода.
МАНЕВРЕННОСТЬ
Следующим положительным качеством электродвижения является маневренность. Как у дизеля, так и у газовой турбины есть значение минимальной мощности, следовательно, существует минимальное значение устойчивой скорости хода.
С помощью электродвигателя же легко менять частоту и направление вращения гребного вала, а, следовательно, скорость и направление движения корабля. Благодаря этому установки с электродвигателем уже давно используются на тех судах, которые по своему назначению должны обладать повышенной маневренностью: на ледоколах, паромах, буксирах, плавкранах и т. п. В перспективе еще одним плюсом электродвижения может стать отказ от гребных валов: начиная с 1992 года в качестве гребных электродвигателей (ГЭД) начали широко применяться винто-рулевые комплексы (ВРК) с погруженным гребным двигателем, в которых ГЭД вынесен за пределы корпуса судна и размещен в подводной гондоле с высокими гидродинамическими свойствами. Типовые ВРК строятся либо с одним упорным либо с двумя соосными (тяговым и упорным) винтами. Главными достоинствами ВРК являются возможность разворота гондолы в горизонтальной плоскости на 360° (реверс направления вращения винтов на 100 % мощности), сверхкороткий валопровод и возможность работы винта фиксированного шага на низких скоростях.
ПРИМЕНЕНИЕ НА КОРАБЛЯХ
Одними из первых современных боевых кораблей с электродвижением стали британские фрегаты типа «Норфолк». Их проектировщики прибегли к такой схеме силовой установки в стремлении снизить шумность корабля при поиске вражеских субмарин. В дальнейшем газотурбоэлектрическая силовая установка была применена на эсминцах типа «Дэринг». Энергетическая установка этих кораблей состоит из двух газотурбогенераторов (с газовой турбиной WR-21 и генератором «Альстом») мощностью по 21,5 МВт каждый, двух дизель-генераторов «Вяртсиля-Хитцингер» мощностью по 2,2 МВт и двух гребных электродвигателей «Альстом» мощностью 20 МВт при 150 об/мин и массой 90 т каждый. А на строящихся новых авианосцах типа «Куин Элизабет» устанавливается комбинированная дизель-электрическая/газотурбинная энергетическая установка, построенная по схеме CODLAG, которая обеспечит авианосцу полное электродвижение.
Энергетическая установка по своей сути представляет двухэшелонную установку. В состав каждого эшелона входят: один газотурбогенератор с турбиной типа МТЗО мощностью 36 МВт фирмы «Роллс-Ройс», один дизель-генератор мощностью 11 МВт и один дизель-генератор мощностью 9 МВт – оба фирмы «Вяртсиля», два индукционных гребных электродвигателя мощностью по 20 МВт фирмы «Альстом». Параметры электроэнергетической системы – 440 В, 60 Гц.
Нашли применение системы электродвижения и на кораблях ВМС других стран. Например, на американских эсминцах типа «Зумвольт» энергетическая установка состоит из двух газовых турбин МТЗО фирмы «Роллс-Ройс» мощностью по 36,5 МВт и двух асинхронных двигателей мощностью 36,5 МВт, работающих на два винта, рабочее напряжение 6600 В. А в феврале 2006 года во Франции вошел в строй первый большой, полностью «дизель-электрический», транспортно-десантный корабль «Мистраль» с энергетической установкой из четырех главных дизель-генераторов переменного тока «Вяртсиля» 16V32 мощностью по 6,2 МВт, одного резервного дизель-генератора 18V20 мощностью 3 МВт и двух винторулевых колонок с электродвигателями по 7 МВт.
