Уникальность этих эсминцев по сравнению с иностранными состояла в применении турбокотельных установок высокого давления. Сами по себе такие установки не являлись технической новинкой, но все другие страны в отношении применения их на флоте не пошли дальше их опытных образцов.
Еще в 1928-1931 годах англичане на эсминце "Acheron" попробовали механизмы с паром перегрева 400 градусов при давлении 35 атмосфер. Первые же результаты оказались выше ожидаемых. Удельный расход топлива на полной скорости составил всего 276 г/лс в час, а расход пара - 3.52 кг/лс в час. Это на 20 % меньше, чем на однотипном эсминце "Amazone" с обычной установкой. При этом явно уменьшились габариты и вес установки. Однако, как оказалось, все преимущества "покупались" ценой столь малой надежности, очень сложного устройства и неудобного обслуживания, что установка дальнейшего развития не получила и осталась единственной в английском флоте.
Одновременно в Германии проводились испытания в морских условиях прямоточных котлов высокого давления. И как полагали немецкие конструкторы их применение должно было резко повысить эффективность судовых установок.
Главным отличием новых котлов от обычных водотрубных с естественной циркуляцией было то, что воде не приходилось совершать до своего испарения несколько ходов по контуру циркуляции. Подаваемая насосом питательная вода, пройдя через экономайзер, испарительную и пароперегревательную секции котельной трубки, превращалась в пар заданных параметров в течение только одного хода. Подача воды под давлением позволила делать котельные трубки сложной конфигурации, что позволило улучшить габаритные характеристики котла, но сильно усложнило их обслуживание, в частности смену трубок. Однако благодаря этому удалось обойтись минимальной нагревательной поверхностью и устранить массивные паро-водяные коллекторы.
Между тем уже первые испытания на гражданском судне "Ukermark" показали очень важные недостатки новых котлов. Оказалось, что питать их нужно исключительно чистой водой, приготовление которой на корабле оказалось почти невозможным. Кроме того, небольшой объем воды в котлах высокого давления требовал при изменении режима работы (что для корабля являлось обычным явлением) мгновенного изменения и восстановления равновесия в количествах подаваемой питательной воды, сжигаемого топлива и воздуха для горения. Если равновесие нарушалось котел начинал производить влажный или, наоборот, слишком перегретый пар. Это грозило многими неприятностями, вплоть до выхода котла из строя. Такое равновесие можно было поддержать только с помощью автоматики, однако в корабельных условиях, при частом изменении нагрузки в широких диапазонах, обычные устройства не годились, а более или менее надежной системы немцам создать так и не удалось. Им даже пришлось позже согласиться на установку вертикального коллектора-сепаратора пара для образования паро-водяной смеси, в результате чего часть воды, не превратившейся в пар в течение одного хода, приходилось подавать в котел вновь, что уже нарушало принцип прямоточности.
Кроме того, котлы можно было питать только особо чистой водой, устройства для надежного приготовления которой в судовых условиях немцы так и не смогли придумать до конца войны. Различные системы химической обработки, термохимические деаэраторы и другие устройства так и не решили проблемы.
На пути уменьшения массогабаритных характеристик и повышения экономичности немцы, еще не получив требуемой надежности, пошли на установку на эсминцах котлов Benson а - в принципе тех же прямоточных котлов, но с более повышенными параметрами, за счет чего вода, поданная под давлением нагревалась до критической температуры и в результате превращалась в пар, минуя режим вскипания. При этом давление пара перед входом в пароперегреватель снижалась до необходимой величины. Однако сложность такой установки поставила проблему надежности котлов настолько серьезно, что вскоре от этих котлов пришлось отказаться. Еще больше неудобств причиняли пароперегреватели, конструкция которых также оказалась очень ненадежной.
Не удалось обеспечить на эсминцах и высокую экономичность, на которую так рассчитывали немцы и которая должна была обеспечить высокую дальность плавания. Произошло это потому что в установках высокого давления значительно возрос обязательный для всех паротурбинных двигателей излишек отработанного пара, сбрасываемого на конденсатор. И по мере снижении скорости хода (то есть мощности) этот излишек увеличивался, отчего терялось большое количество теплоты, получался перерасход пара и соответственно топлива. Для сравнения можно показать результаты замеров, проведенных на эсминце "Karl Galster" на полной скорости:
В целом получалось, что на полных ходах расход топлива был несколько ниже, чем в обычных установках, но на средних и малых ходах он становился больше. Однако известно, что специфика службы боевых кораблей такова, что абсолютное большинство времени механизмы работают не в полную мощность. В результате получался громадный перерасход топлива. Положение усугублялось еще и тем, что из-за перегрузки эсминцы не могли брать полный расчетный запас топлива (715 тонн), иначе угроза потери остойчивости становилась слишком реальной. Фактически эсминцы брали не больше 600 тонн нефти, и хотя это количество считалось достаточно большим, недостатки механической установки сводили на нет даже эти, казалось бы, удачные показатели.
Каждый эсминец имел шесть водотрубных котлов, размещенных попарно в трех отделениях. Между вторым и третьим КО был устроен промежуточный отсек, в котором размещались гировертикаль, два дизель-генератора и вспомогательный котел.
Эсминцы Z.1 - Z.8 имели котлы системы "Wagner" с параметрами пара 70 атм и 450-460 градусов. Следующие восемь эсминцев Z.9 - Z.16 получили злополучные котлы "Benson" с параметрами 110 атм. и 510 градусов. На шести эсминцах проекта "Z/36" установили двойные котлы "Wagner" с параметрами 70 атм и 450-460 градусов.
Механическая установка эсминцев проектов "Z/34". "Z/34.A" и "Z/36" была почти одинаковой. Она состояла из двух турбинных агрегатов "Wagner" мощностью по 35.000 лс с зубчатой передачей вращения на гребные валы и два 3-лопастных винта диаметром 3.25 м Турбины располагались в двух МО, при этом носовая турбина работала на правый вал. а кормовая, соответственно,- на левый вал Турбинные отсеки разделялись между собой небольшим промежуточным 4-метровым отсеком, в котором находились мастерская, боевой погреб 20-мм патронов, гирокомпас, компрессоры и др.
Агрегаты для первых восьми эсминцев изготовила фирма "Deschimag". Каждый агрегат представлял собой три турбины активного типа в трехкорпусном исполнении и работавшие на один редуктор. Такая компоновка вызывала необходимость паразитных шестерен для ТВД и ТСД, отчего агрегат получался громоздким и очень шумным. К тому же паразитные шестерни пожирали часть мощности. Эсминцы Z.1 - Z 4 первоначально имели крейсерскую турбину, подключение которой при необходимости осуществлялось через передачу "Vulcan". Однако эта турбина не оправдала себя и ее позже убрали. Остальные эсминцы ее не имели.
Агрегаты восьми следующих эсминцев были изготовлены фирмой "Blohm und Voss" и имели иную компоновку
ТВД и ТСД размещались на одной оси с собственными ТНД. что позволило убрать паразитные шестерни
На Z 17 - Z.22 были установлены агрегаты фирмы "Deschimag" на которых вновь была изменена компоновка - ТВД и ТСД в отдельных корпусах, а поверх них ТНД и ТЗХ с общим валом В этих агрегатах вновь вернулись к паразитным шестерням, но несмотря на это немцы признавали, что этот тип агрегата оказался наиболее удачным из всех, включая последующие эсминцы.
Количество оборотов в нормальном режиме для турбин высокого давления - 7100 в минуту, турбин среднего давления - 5760 в минуту, турбин низкого давления - 2826 в минуту.
Четвертая турбина - заднего хода - подключалась при необходимости (частота вращения на полном заднем ходу
220 оборотов в минуту)
Неприятным сюрпризом для немецких моряков оказался низкий КПД винтов Решившись на высокую частоту вращения винта (450-475 оборотов в минуту на наибольших ходах и 427 - на скорости 36 узлов) немецкие инженеры, кроме неудовлетворительных характеристик и величин коэффициентов скольжения и пропульсивности винтов, столкнулись еще с таким, новым для них явлением как кавитация. По свидетельствам немецких механиков даже непродолжительное плавание на полном ходу вызывало необходимость смены винтов из-за угрозы перелома лопастей. Способ борьбы с кавитацией немецким инженерам найти не удалось, так как на достаточно серьезные исследования не было времени, и на следующих проектах пришлось пойти на снижение числа оборотов винта до 390 в минуту на полной скорости.
Энергетическая установка располагалась на эсминцах линейным способом - когда все машинные отсеки находились позади котельных. В то время такое размещение считалось более опасным для эсминцев, чем эшелонное (чередование машинных и котельных отсеков), однако опыт боевых действий показал, что и те, и другие эсминцы гибли одинаково быстро, и эшелонное расположение силовой установки (с конструкторской точки зрения более сложное) в случае достаточно серьезных повреждений не спасало эсминец от гибели или потери хода.
Строительная перегрузка, неэкономичность установки. низкий КПД винтов - эти пожиратели мощности обеспечивали новым эсминцам дальность плавания всего 1825 миль 19-узловым "экономическим" ходом - вместо 4000 миль по проекту. Такие грубые просчеты немецких конструкторов во время войны достаточно сильно повлияли на эффективность боевых действий, а для многих эсминцев оказались роковыми. Известная участь десяти эсминцев в Нарвикской операции в апреле 1940 года, когда после 2000-мильного перехода у эсминцев осталось лишь по 30-50 тонн топлива, и они стали сравнительно легкой добычей британского флота, не является единственным примером.
В том же 1940 году вышедшее из Киля 4 июня оперативное соединение немецких кораблей утром 6 июня нанесло удар по британскому конвою, потопив три судна. Однако после столкновения только "Scharnhorst" и "Gneisenau" могли продолжить операцию (вечером следующего дня они потопили "Glories" и два эсминца), а четыре эсминца и "Admiral Hipper" (крейсер также имел механизмы высокого давления) ушли в Тронхейм из- за недостатка топлива.
В начале марта 1942 года три эсминца участвовали с линкором "Tirpitz" в операции против конвоя "PQ.12" и после 2-суточного перехода с ним 7 марта вынуждены были уйти в Тромсе для пополнения запасов топлива. Имелись проблемы с машиной эсминцев и в ходе боевых действий против конвоя "PQ.17".
В декабре 1943 года пять эсминцев сопровождали "Scharnhorst" в его последнем походе, но из-за сильного волнения, угрожавшего остойчивости эсминцев и вызвавшего перебои в работе механизмов, им пришлось утром 26 декабря покинуть линкор, который вечером того же дня был потоплен при активном участии британских эсминцев, действовавших вдали от своих баз в ту же самую штормовую погоду.
К сожалению немецких моряков, это далеко не полный перечень подобных конфузов и моральное состояние личного состава от этого отнюдь не повышалось.
Испытания новых эсминцев подтвердили невысокие ходовые качества. В то время во всех странах установилась практика рассчитывать проектную скорость 36-37 узлов, хотя еще на стадии проектирования конструкторы обещали получение 39-40 миль в час. В этом отношении Германия не явилась исключением, указав проектную скорость в 36 узлов. На испытаниях все эсминцы превысили эту скорость, но если зарубежные эсминцы достигали 40 узлов при мощности 50-60 тысяч л.с., то немецким эсминцам для этого потребовалась мощность более 70 тысяч л.с., причем с переводом установки в форсированный режим работы (то есть использовался проектный запас мощности). Например эсминец "Dieter von Roeder" через два месяца после вступления в строй. 9 ноября 1939 года, развил скорость 40.45 узла при мощности в 74.462 л.с. При этом его осадка соответствовала конструктивной (водоизмещение 2735 тонн).
При всем этом наибольшей скоростью эсминцев при полном водоизмещении считался 38,7-узловой ход, но фактически в боевых условиях эсминцы почти никогда не могли развить своей полной мощности и реальной скоростью полного хода в морских условиях стали 36 узлов.
Таким образом, новейшие немецкие эсминцы получили энергетические установки еще далеко не доведенные до требуемого совершенства. Сложные в обращении и эксплуатации, подверженные гораздо большему износу и повышенной корродийности, чем обычные, ранее применявшиеся, - эти ненадежные установки очень сильно снижали боеспособность кораблей и нередко ставили под угрозу выполнение боевой задачи. Спешка, с которой внедрялись в военный флот установки с повышенными параметрами пара привела к тому, что приходилось вводить улучшения и усовершенствования, вызывавшие настолько сильные различи, даже между кораблями одной серии, что буквально для каждого эсминца во время небольших ремонтов приходилось решать самостоятельные и настолько сложные задачи, что ремонт зачастую растягивался на неоправданно большое время. Из немецких документов, полученных после войны, стало известно, что уже в 1941 году немецкий морской штаб признавал боеготовность соединений эсминцев в наиболее благоприятных случаях лишь в 40 %. Из всей службы эсминцы 27-28 % времени проводили у стенок верфей в ремонтах, иначе говоря, постоянно каждый четвертый эсминец был небоеспособен.
Почти все тяжелые аварии на эсминцах происходили из-за неполадок в механизмах. Серьезную проблему вызывала также повышенная пожароопасность эсминцев, у которых к тому же по признанию самих немцев не имелось надежной системы пожаротушения.