Развитие ГЭУ и их широкое применение на судах задерживаются из-за большой массы и стоимости всего оборудования энергетической установки судна. В настоящее время во многих странах создаются опытные образцы электрических машин сверхпроводимости, которые работают при температурах, близких к абсолютному нулю, и позволяют, уменьшая омическое сопротивление обмоток, снизить массу и габариты электрических машин в 4-6 раз.
В США проводятся испытания синхронного генератора сверхпроводимости мощностью 5 тыс. кВ-А, продольный разрез которого приведен на рис. 1. Машина имеет такой же внешний вид и габариты как обычный генератор на 1,2 тыс. кВ-А. Специалисты считают, что максимальная мощность может достигнуть 15 тыс. кВ-А. Приблизительная масса составляет 4500 кг, длина около 2,9 м, диаметр 1,2 м, напряжение 4160 В, ток возбуждения 890 А, к. п. д. 98,5%.
Рис. 1. Продольный разрез генератора сверхпроводимости мощностью 5 тыс. кВ-А
Жидкий гелий при температуре -269 °С подводится по оси ротора через трубопровод 11 из нержавеющей стали, поток охлаждающего гелия 13 проходит внутри ротора через обмотку 4, стальной экран 5, мимо обмоток статора 14, смешивается и выходит в виде газа и жидкости через трубопровод. 6. Ротор вращается в подшипниках 2 и 8 и соединительной муфтой 1 приводится во вращение от первичного двигателя. Питание на обмотку возбуждения подается через щетки и кольца 9 и подводящий кабель 7, ввод возбуждения производится через выводы 12. Вращающий момент от первичного двигателя к ротору передается через массивную муфту 3. Утечка жидкого гелия передается в систему 10.
Провод ротора содержит 2300 тонких нитей из ниобиево-титанового сплава. Обмотка статора — медная, в специальной оплетке, изолированная пластиком и эпоксидными смолами.
Сверхпроводимость позволяет пропускать по обмоткам огромные токи, и необходимость в магнитопроводе из железосодержащего сплава отпадает.
Для охлаждения гелия до -269 °С необходимы компрессор мощностью 150 кВт, ресивер для жидкого гелия и криогенное насосное оборудование. Масса машины вместе с рефрижераторным оборудованием значительно меньше массы машины с обычным охлаждением. Исследования показали, что типовая рефрижераторная установка для ГЭУ мощностью 23 тыс. кВт потребует помещения объемом около 5,7 м3.
Использование электрических машин сверхпроводимости дает ГЭУ неоспоримые преимущества перед судовыми энергетическими установками других типов. Такие ГЭУ приведут к качественному изменению типов морских судов.
В проектах транспортных судов большое внимание уделяется катамаранам или судам с малой площадью конструктивной ватерлинии, так как они отличаются малым волновым сопротивлением при движении судна, позволяют снизить мощность гребной установки при той же скорости хода и обладают высокими мореходными качествами. Цилиндрическая форма подводного корпуса очень удобна для размещения гребного электродвигателя сверхпроводимости. Существуют перспективные проекты для катамаранов водоизмещением до 30 тыс. т при диаметре подводного корпуса до 9 м.
Суда на подводных крыльях имеют большие скорости хода и могут широко использоваться для морских перевозок грузов и пассажиров в будущем. Увеличение размеров судов на подводных крыльях ограничено применением существующих энергетических установок. В настоящее время в качестве гребного двигателя используется высокооборотный дизель, мощность которого и моторесурс невелики. Применение газотурбинных установок приведет к увеличению массы оборудования машинного отделения и уменьшению моторесурса. Наиболее приемлемой энергетической установкой для судов на подводных крыльях нужно считать ГЭУ переменного тока с машинами сверхпроводимости. В качестве движителя могут применяться гребные винты, расположенные на погруженных в воду обтекателях (капсулах), в которых вмонтированы гребные электродвигателей По предварительным расчетам масса системы электродвижения сверхпроводимости двухвинтового судна на подводных крыльях для установки мощностью 32 тыс. кВт составит 22 т.
Суда на воздушной подушке в качестве движителей используют гребные винты или пропеллеры (воздушные винты). Водоизмещение этих судов и скорость хода ограничены необходимостью размещения на судне энергетической установки достаточной мощности. Поэтому для судов на воздушной подушке с гребными винтами использование системы электродвижения сверхпроводимости позволит значительно увеличить водоизмещение и скорость хода судна.
Предварительные расчеты судна на воздушной подушке водоизмещением 2 тыс. т и мощностью гребной установки 74 тыс. кВт при мощности подъемной системы 16 тыс. кВт показали, что общая масса системы электродвижения сверхпроводимости составит 77 т, а к.п.д. - от 94 до 96,5%. Система электродвижения сверхпроводимости содержит два гребных электродвигателя, четыре генератора, холодильные установки, аппаратуру, кабели, вспомогательное оборудование и четыре воздушных компрессора для создания подъемной силы.
