От splash
К All
Дата 14.01.2005 11:23:02
Рубрики Современность;

"Дизельный кулак" Родины по материалам НВО

РУССКИЙ РАЗМЕР ДИЗЕЛЯ
Новая конструкция двигательной установки для подлодок размерности 26/26 считается самой "тихой" в мире
Олег Клочков

Недавно "Адмиралтейскими верфями" была спущена на воду дизельная подводная лодка 4-го поколения "Санкт-Петербург". Было много споров по поводу целесообразности производства лодок такого класса в интересах российского ВМФ, особенно много дискуссий вызвала энергетическая установка на основе дизельных двигателей производства ОАО "Коломенский завод". Перед ЦКБ МТ "Рубин" возникла дилемма - ставить свой, российский, или закупать иностранный. Дело в том, что в Германии на 212-м проекте используется энергетическая установка с так называемыми топливными ячейками. "Топливными элементами" немцы занимаются на протяжении последних 30 лет. В России про них знали давно, но аналогичных разработок не велось. О том, что такое пропульсивные энергоустановки нового поколения, а также о национальных особенностях дизелестроения рассказывает доктор технических наук, профессор, научный консультант-руководитель экспертной группы по перспективным разработкам Управления главного конструктора по машиностроению ОАО "Коломенский завод" Евгений Никитин, который с 1952 года и по сей день является конструктором уникальных дизелей для подводного флота.






Конструктор дизелей подводного флота Евгений Никитин.
Фото ОАО


- Евгений Александрович, расскажите, что такое двигательная установка с "топливными ячейками", которая установлена на немецких лодках "Тип 212"?

- Новый проект подводной лодки делается в северогерманском Киле на верфи судостроительного концерна "Howaldtswerke-Deutsche Werft GmbH" (HDW). Построенная здесь за 400 миллионов евро лодка проекта 212 и спущенная на воду в 2002 году получила название U-31. Объявленная немцами "уникальность" состоит в том, что лодка оснащена серийной энергетической установкой нового поколения, наличие которой удорожает лодку как минимум в два раза.

"Топливная ячейка" - как называют ее немцы, - позволяющая лодке находиться в подводном положении в течение нескольких недель, это довольно-таки громоздкая и маломощная конструкция. Она идет в дополнение к обычному дизельному двигателю фирмы МТУ. Принцип топливного элемента состоит в том, что получается электрический ток при пропускании водорода вместе с кислородом через специальные пористые мембраны. Это позволяет лодке в подводном положении подзаряжать аккумуляторы и тихо двигаться со скоростью не более трех узлов в час. В надводном положении или на глубине 5-6 метров, когда можно использовать шноркель, работает обычный дизель MTU 12V 396 SE 84.

- Почему в России никто не занимается топливными элементами?

- Использование кислорода, водорода, вообще газов связано с огромными технологическими и эксплуатационными проблемами. Преобразование химической реакции водорода и кислорода в электроэнергию дает малую мощность при больших габаритах. Вырабатывается 200 киловатт - это крохи за большие деньги. Нужна специальная система охлаждения, повышенные меры пожаробезопасности… В Советском Союзе в свое время были попытки конструирования лодок, на которых использовали химические реакции получения кислорода. Подводники называли эти лодки "зажигалками" из-за частых пожаров, возникающих при работе с кислородом. Тем не менее, думаю, работы над топливными элементами имеют перспективы для ПЛ.

- Как рассчитывается необходимая мощность дизельного двигателя для обеспечения нормальной, надежной работы энергоустановки лодки?

- Оценить можно просто. Вот, например, лодка "Санкт-Петербург". Водоизмещение порядка тысячи тонн. На ней стоят два дизеля мощностью по 1200 киловатт, то есть 2400 киловатт на 1000 тонн. Получается - 2,4 киловатта на тонну. У немцев, при больших габаритах установки - длина более шести метров, ширина и высота - по три метра, естественно, и весит она много, - дается всего 180-200 киловатт. В 12 раз мощность топливного элемента должна быть увеличена - для обеспечения нормального функционирования лодки, если использовать без обычного дизеля, что сегодня невозможно.

- Сколько времени на максимальном режиме может работать ваш двигатель?

- Сколько надо, столько и будет работать. Дело в том, что максимальным режимом считается 75-80% мощности, которую может развить силовая установка. Моряки берегут ресурс, берегут двигатель. Поэтому, когда мы говорим о мощности 2000 киловатт, это значит, что используется максимум 1600. Конечно, в каких-то экстремальных ситуациях моряки выходят на максимальные мощности, но это бывает чрезвычайно редко (не более 500 часов в год). Несмотря на то что в последнее время несколько оживилось дело с боевой работой на флоте, выходом кораблей и лодок в море, но все равно мало они ходят. В советское время моторесурс нарабатывался намного больше.

- А когда на лодке работает дизель?

- Дизели работают для подзарядки батарей, в основном скрытным образом, ночью, на перископной глубине и когда лодка движется в надводном положении.

- На какой максимальной глубине возможно использовать дизель?

- 6 метров. Это так называемый режим РДП. Дизелю требуется для работы воздух. Максимальное противодавление, которое создается при глубине 6 метров, - 0,6 атмосферы. На выхлоп у дизеля давит водяной столб. Стоят специальные заслонки, которые не пускают воду в дизель. Есть относительно небольшая емкость, в нее попадают отработанные газы. И как только давление в этой емкости превысит давление этих шести метров, заслонки открываются и давлением газов, которое скопилось в емкости, выбрасывается столб воды. Вода, таким образом, в дизель не попадает. Устройство, благодаря которому работает дизель под водой, называется шноркель. Впервые оно было применено немцами еще во время Второй мировой войны на лодках ХХI серии, а нами - на 613-м проекте. Кстати, самому массовому в СССР. За всю историю советского подводного флота лодки 613-го проекта были самыми многочисленными. Благодаря использованию шноркеля лодка из "ныряющей" превратилась в по-настоящему подводную лодку. Нам - конструкторам дизелей для подлодок - это добавило массу новых задач.

- Технических?

- И технических, и технологических - всяких. Принципиально для работы под водой появляются два основных требования. Первое - необходимо обеспечить работу дизеля при противодавлении на выхлопе. То есть мы не можем пустить воду в дизель и постоянно должны ее выталкивать. В результате приходится в прямом смысле слова уродовать рабочий процесс работы дизеля как такового, а температуры рабочих процессов на лодочном двигателе на 25-30% выше на сухопутном. Расход топлива другой, и КПД под водой падает.

- В 70-е годы вами велись работы по снижению следности лодки из-за выхлопных газов...

- Да. Эти работы получили название "Проект "Защита 109". Выхлопные газы шли прямо в забортную воду. Лодка двигалась на глубине 25-30 метров. Газы растворялись в воде до достижения поверхности. То есть не было видно характерных пузырьков. Конечно, возникали определенные сложности с работой дизеля. Расход топлива резко увеличивался. Но это все было технологически решаемым.

Проблема была в другом. Совершенствовались средства обнаружения лодок. Дизель во время работы вырабатывает тепловое поле, которое никак не спрячешь, и способ избавления от пузырьков погружением на большую глубину оказался недостаточным для избавления от следности работающей дизельной установки лодки как таковой.

Пузырьки растворялись в воде. Но волнение на поверхности воды от движения подводного тела оставалось. С самолета или вертолета по характерному следу вычислялось положение лодки. Никуда не спрячешь тепловой след. Были и другие факторы, которых не удалось избежать для обеспечения скрытности лодки при движении ее на относительно небольших глубинах с работающим дизелем. Поэтому работы по "Защите 109" были прекращены.

- Немецкий проект "212" решил эти вопросы следности?

- С абсолютной уверенностью я этого сказать не могу. Но незаметно подкрасться со скоростью 3 узла в час она способна.

- Когда вам давали ТТЗ на двигатель к проекту "Лада" - "Амур", какие сравнительные характеристики иностранных фирм были указаны? И рассматривался ли вопрос закупки дизелей иностранных фирм?

- Когда "Рубин" выбирал, какой двигатель ставить на "Санкт-Петербург", рассматривался вариант закупки импортного двигателя и велись переговоры с различными фирмами. Коломенский завод, находясь в крайне тяжелом экономическом положении, смог предложить двигательную установку, пропульсивного типа.

- Почему такая разница в цене двигателей для подводного флота у европейских стран-производителей?

- У них двигатели все высокооборотные и для каждой лодки - индивидуальные. Штучный товар, как принято говорить. У нас двигатель дешевый ввиду особенности конструкции - он сделан из модулей. Нам все равно, сколько цилиндров в двигателе делать, и это благодаря примененной модульной конструкции - в отличие от немцев или французов. Хотя сейчас немцы выкупили и английских, и французских производителей дизелей, а потом еще и объединились с американцами. Поэтому можно смело их всех немцами называть. Так вот, у них каждый двигатель делают индивидуально. Только нами, единственными в мире, применена модульная схема.

Уникальность ее состоит в том, что вся конструкция двигателя как бы разбита на блоки, на модули, которые делаются, испытываются, отдельно доводятся, а на сборке - как в детском конструкторе - складывается из готовых и проверенных узлов. У них подгонка и доводка осуществляется при общей сборке двигателя, что существенно удорожает производство.

Количество цилиндров 12 или 16 определяет конструктивный замысел по использованию дизеля. Мощность у MTU при разном количестве цилиндров - одинакова. Но при 16 цилиндрах машина менее форсирована, менее нагружена по эксплуатации. Тем самым закладывается больший моторесурс. У нас же каждый литр цилиндра нагружен меньше, поэтому и ресурс нашего двигателя больше.

- А как они отреагировали на возрождение конкурента?

- Нормально. "Исключительно гармоничная конструкция двигателя, к которой нечего добавить" - так отозвались специалисты фирмы MTU.

- На корвете проекта 20380 устанавливаются ваши двигательные установки?

- Да, разработанный нами тип Д49 обеспечивает диапазон мощностей от 500 до 6000 л.с., нужный для такого класса кораблей. Он имеет перспективы дальнейшего увеличения мощности за счет разного количества цилиндров и разной степени форсирования, то есть изменения давления в цилиндре. Главная задача, которую мы выполнили, с точки зрения производства - максимальная унификация. Все технологичнее и проще. Поэтому и цена ниже в пять раз по сравнению с другими. Разность в степени форсировки дает возможность варьировать моторесурс. Например, моторесурс на маневровый тепловоз - 100 000 часов до первого ремонта, на подлодке 20 000 часов, а на корабле - совсем другой. Унификация для завода очень удобна с точки зрения организации производства.

Все детали - что для дизеля тепловоза, что для подлодки, - все они на 87% одинаковы. Разница в настройке рабочего процесса, турбокомпрессора, топливной аппаратуры.

- Количеством дизельного топлива обеспечивается запас хода, а что используется в качестве топлива и чем его при необходимости можно заменить?

- Топливо - обычное дизельное топливо, как на автомобилях. Все военно-морские плавательные средства используют такое топливо, за исключением атомного флота.

- В последних ваших разработках возможно использовать в качестве топлива и сырую нефть, и природный газ. Значит ли это, что лодку можно "дозаправить", остановив в море любой танкер?

- Есть ряд конструктивных решений, позволяющих использовать и сжиженный природный газ, и сырую нефть в качестве топлива. Мы такие двигатели устанавливаем на ПБУ, которые ведут разведку и добычу нефти, на электростанции. В подлодках тоже можно использовать сырую нефть, но мощность будет немного ниже. Сырую нефть ввиду большой вязкости перед использованием надо слегка подогревать. Она тяжелее, хоть и имеет ряд легких фракций. Но самая большая проблема - наличие парафина. Парафин начинает "забивать" каналы топливной аппаратуры. Поэтому, если гипотетически предположить такую ситуацию, какое-то время можно пройти на таком топливе, но потом надо двигатель разбирать и ремонтировать.

- Почему вы отказались от размерности 30/38?

- Мы не отказались от нее. Это классика дизелестроения для подводного флота. Еще в 20-х годах прошлого века Коломенский завод начал выпускать двигатели размерности 30/38 - аналог немецкого 38К-8 по лицензии и технологии фирмы MAN. Она специально разработана для подлодок, используется и по сей день японцами - это фирма "Мицубиси" - и другими странами как одна из лучших размерностей в дизелестроении. Рядом стран ведутся разработки в очень близком диапазоне.

Мы изначально выбрали размерность 26/26 из соображений компактности для размещения внутри ограниченных объемов подводных лодок последнего поколения. А для лодок водоизмещением более полутора тысяч тонн, где места больше, например проект 877 "Кило", мы ставим двигатель типа 30/38. На китайский заказ - строящиеся для ВМФ Китая лодки - тоже будет установлен двигатель ЧН 30/38, как и на индийских лодках этого проекта. "Санкт-Петербург" - это первая лодка с двигательной установкой размерности 26/26. Предварительно можно сказать, что очень удачная и тихая получилась конструкция, но… поживем - увидим.

- Понижение шумности обусловлено конструктивными особенностями?

- Да. Так сделали конструкцию. Защитные стенки блока изолированы. Поставлены добавочные экраны и так далее. Мы ограничиваем проникновение шума наружу и применяем специальные меры по его снижению. Не случайно наш двигатель считается одним из самым "тихих" в мире.

- Редуктор для корвета - это коломенская разработка?

- Нет. Дизельные агрегаты производим мы - ОАО "Коломенский завод", редуктор и звукоизолирующую муфту поставляет ОАО "Звезда" (Санкт-Петербург), трансмиссионные валы, упругодеформируемые муфты - из Николаева ("Машпроект"), главный гребной вал делает Балтийский завод, системы автоматического управления - HПП "Аврора" (Санкт-Петербург), подшипники главного гребного вала - "Севмаш" (Северодвинск). Вот какие предприятия участвуют в производстве пропульсивной двигательной установки. Но впервые в мировой практике мы этот комплекс собираем и тестируем в стенах завода, производящего двигатель, а не при сборке корабля. Мы производим теперь не отдельный узел энергоустановки, а конечный продукт. Тем самым исключаются проблемы при сборке и доводке двигательной установки на объекте. Это значимое событие не только для нас, но и для всего ВМФ. Ведь теперь создается не ниокровский задел, а выработано целое принципиальное решение. Это новая схема и принцип организации работ, значительно удешевляющий конечную стоимость корабля в целом.


P.S.

В нынешней ситуации вопросы антитеррора, охраны приграничной зоны, локальные конфликты приоритетны и возникают чаще, чем потребность решать глобальные стратегические проблемы обороны в целом. Дорогой атомный флот отходит на вторые позиции. Многие специалисты предприятия считают, что не иметь быстрого пограничного флота, оснащенного высокоманевренными и мобильными кораблями класса "Корвет" - это очень недальновидно и просто преступно в интересах обороноспособности России. По цене корвет с дизельной энергоустановкой несопоставим со стоимостью атомохода. А вопросы, решаемые таким классом кораблей, к сожалению, возникают в последнее время слишком часто.

Не менее важны вопросы переоборудования старых или оснащения недостроенных кораблей современными двигательными установками. Причем для российского дизелестроения не принципиально, под каким флагом вступает в строй новый агрегат. Например, российский бюджет существенно проиграл, уступив финнам индийский рынок. Почему переоборудование энергоустановки на "Адмирале Горшкове" будут производить в Финляндии? Авианосец был не востребован в России и куплен для ВМС Индии. Коломенские двигатели туда органично вписывались, поскольку проект был рассчитан под них. Россия проиграла свой рынок из-за того, что фирма "Вяртсиля" - финский производитель дизельных двигателей - в Индии создала свою ремонтную базу. Финны продали лицензии, открыли сервисные центры и потихоньку "прибрали" индийский рынок. Они дают индусам возможность производить часть запасных частей. Именно поэтому Индия, не исходя из параметров цена-качество, а из-за того, что с "Вяртсиля" хорошая завязка в смысле сервиса, отдала предпочтение скандинавам, а не России. Поэтому индусы теперь ориентированы на финские машины. Вот почему было принято решение на авианосце "Адмирал Горшков" ставить при переоборудовании дизели "Вяртсиля", а не "Коломенского завода". На сегодняшний день с Индией у российских двигателестроителей никаких контрактов, договоров на приобретение новых дизелей нет.

Опасные тенденции намечаются и на других территориальных рынках. Объединение немцев с американцами, создание MTU Friedrichshafen GmbH - Detroit Diesel Corporation, фирма MAN, поглотившая французскую Pielstick и другие мировые фирмы - это не просто настораживает и вызывает серьезные опасения. Германия наращивает производство своих лодок 212-го проекта. Поэтому нужно максимально чутко реагировать на тенденции мирового рынка. Может, имеет смысл рассмотреть возможности научной, исследовательской и конструкторской работ по "топливным элементам". Пусть они сейчас громоздки и маломощны. ЭВМ ведь тоже были двухэтажными.

На сегодняшний день у подмосковных дизелистов реально существуют две ключевые сложности.

Первая - это необходимость заключения долгосрочных контрактов от ВМФ и РЖД, которые бы гарантировали наличие заказа. Это послужило бы основой для принятия решения о дополнительных инвестициях. В отсутствие контрактов на 5-7 лет предприятие, прогнозируя рост сбыта, инвестиции проводит самостоятельно, но не столько, сколько было бы разумно.

Второй, более значимый вопрос - это кадры. На сегодняшний день возраст наиболее квалифицированных конструкторов предельный. Молодежь с трудом идет на завод, в машиностроение. Предприятие не может молодым инженерам платить высокие зарплаты. А конструктора, технолога нужно воспитывать не один год. Предприятие сколько может - столько инвестирует в кадры, но это капля в море. К сожалению, уровень заработной платы производственных, рабочих и инженерных кадров в машиностроении России далеко не такой, как на Западе. Государственной программы поддержки молодого инженера нет.

Если обеспечить решение хотя бы эти двух вопросов, то в стране не будет импорта дорогих дизельных двигателей. Ведь импорт - это не просто потеря валюты. Уходят деньги, меняется внешнеторговый баланс. В каждом двигателе заложены определенные отчисления на науку, на КБ, социальную составляющую. Каждый купленный двигатель или собранный по лицензии - это поддержка конструкторской школы другой страны и потеря своего потенциала. Вот о чем стоит серьезно задуматься.


Из досье "НВО"

Евгений Александрович Никитин родился в 1927 г. Окончил Всесоюзный заочный политехнический институт. С 1946 г. работает на Коломенском заводе, где прошел путь от инженера-конструктора до главного конструктора по машиностроению и проработал в этой должности 32 года. Доктор технических наук, крупнейший ведущий специалист в области дизелестроения. Автор и редактор многих книг, монографий, справочников и статей по различным научно-техническим вопросам дизелестроения. Лауреат Государственной премии СССР в области науки и техники. Имеет звания: заслуженный деятель науки и техники РСФСР, почетный работник Министерства тяжелого, энергетического и транспортного машиностроения СССР.

Используемые двигатели для подводного флота европейскими странами-производителями.

Марка двигателя MTU 12V 396 SE 84 MTU 16V 396 SE 84 12 PA 4.200 A210.16 SM GMT 8 ЧН 26/26(28 ДГ)
Страна/фирма производитель Германия MTU
Франция Pielstick Италия Grandi Motori Trieste Россия ОАО "Коломенский завод"
Количество цилиндров 12 16 12 16 8
Рабочий цикл Четырехтактный

Номинальная мощность 1800 1800 1300 1500 1250
Рабочий объем цилиндра (литры) 3.96 3.96 14
Диаметр поршня, 165 165 210 260
ход поршня 185 185 230 260
Абсолютное противодавление на выхлопе компрессора двигателя 1600 1600 1680 1560 1422
При продувании главного балласта
Стоимость по состоянию на декабрь 1997 г. 1 560 000 1 700 000 Одна/ две поставки 3 062 700 2 792 000 2 453 00 450 000




От DEN
К splash (14.01.2005 11:23:02)
Дата 14.01.2005 17:52:17

Сравним мягкость с пушистостью, к примеру :) (+)


http://isjaee.hydrogen.ru/?pid=295
DEN




От kregl
К splash (14.01.2005 11:23:02)
Дата 14.01.2005 13:47:24

Я тупой(+)

Здр!

И не понимю торжественности в сравнении "плохой" силовой установки немцев, способной обеспечить лодке НОРМАЛЬНЫЙ ПОДВОДНЫЙ ход в 3 узла (!!!В ЧАС!!! - по доброй традиции) в течение недель и "хорошей" дизельной, обеспечивающей ход ПОД под РДП.

С уважением, kregl
От val46
К kregl (14.01.2005 13:47:24)
Дата 14.01.2005 23:55:53

Re: Да, три узла, особенно, в ЧАС, это оригинально... (-)