Основной объем грузов в международной торговле сегодня перевозится морским транспортом, поэтому для России актуальным вопросом стало собственной технологической базы для строительства судовых двигателей. Последние должны обеспечить технологическую независимость страны.
Большое разнообразие подобных силовых агрегатов привело к необходимости выполнения определенной классификации по следующим признакам:
назначение;
по особенностям сгорания топлива;
по мощности;
способ и особенности забора воздуха;
тип горючего;
метод воспламенения;
способ образования рабочей смеси;
по рабочим камерам;
частота вращения коленвала.
По первому параметру все дизели делят на основные и вспомогательные. Основные установки выступают в качестве главной движущей силы корабля и помогают ему идти по воде. Вспомогательные же используют для питания разных вспомогательных механизмов (генераторы, дополнительно оборудование).
По типу сгорания топлива все дизельные корабельные дизели в России бывают 2-тактными и 4-тактными. Непосредственно сгорание может быть смешанным либо в условиях одинакового объема. Также существуют дизели с наддувом либо без него.
Материалы российских НИИ предполагают группировку по мощности судовых двигателей на 4 ключевые группы:
малой (до 74 кВт);
средней (74-736 кВт);
мощный (736-7360 кВт);
сверхмощные (более 7360 кВт).
На практике самые распространенные корабельные дизели имеют мощность в районе 1600 кВт, решая большинство типовых задач и учитывая особенности морского транспорта.
Дизели могут иметь в составе систему для повышения давления воздуха, заполняющего камеры сгорания. Его наличие позволяет увеличить объем воздуха и, соответственно, кислорода, что позволяет увеличить объем топлива, сгорающего в рамках одного рабочего цикла. Итогом становится рост реальной мощности двигателя, увеличение его крутящего момента и других ключевых характеристик. Для нагнетания воздуха здесь используют компрессор, который подключен к коленвалу, от которого берет себе крутящий момент. Использование подобной схемы механического наддува снижает КПД, что особенно заметно при работе под большим давлением. Выходом станет использование компрессора, который работает от независимого источника. Речь обычно про корабельные дизели с газотурбинной наддувочной системой. Здесь отработанные газы после сгорания попадают в коллектор и затем в газовые турбины, где они вращают ротор с приводным валом компрессора.
У двухтактных корабельных дизелей, где подача свежего воздуха контурная и прямоточная, активно используют комбинированный вариант наддува. В зависимости от схемы подключения привода их может быть 3:
параллельное;
последовательное;
последовательно параллельное.
По типам топлива модели корабельных двигателей бывают рассчитаны на работу темными и светлыми нефтепродуктами. Также существуют универсальные или многотопливные модели, которые могут работать на топливе различной фракции без серьезных конструктивных изменений. Интересным современным решением сегодня остаются также двухтопливные системы, которые могут работать на попеременно газовом и жидком виде топлива с возможность перевода на любой из них в процессе эксплуатации.
Если готовая рабочая смесь образуется внутри силового агрегата, то зажигание идет с помощью высокой температуры в камере, которая образуется с помощью сжатия и повышения давления. При недостаточном уровне сжатия осуществляют принудительное зажигание, которое аналогично автомобилям (например, здесь источником может стать свеча). Также сегодня выпускаются конвертируемы модели корабельных моторов, которые можно при минимальных изменениях преобразовать в системы с принудительным или произвольным самостоятельным зажиганием.
В газовых корабельных двигателя, а также в моделях, работающих на светлом топливе, приготовление готовой смеси идет вне силового агрегата. Речь про карбюраторы, из которых в камеру сгорания поступает уже готовая к использованию смесь. Если модель предполагает подготовку ее внутри камеры сгорания, то топлива и воздух подаются отдельно. Причина в достаточно сложной системе образования подобных смесей вне дизеля, а производством судовых двигателей подобного типа невозможно. Причина в испарении светлых нефтепродуктов и сохранение в виде жидкостей темных.
У дизелей, где смесь готовится в рабочей камере, распыление может быть объемным. Здесь основная порция топлива попадает на стенки цилиндра, формируя пленку и только небольшая часть оказывается смешанной с воздухом.
По скорости вращения коленчатого вала стандарты делят все судовые дизели в России на пять групп:
частота вращения более 1800 оборотов в минуту с отсутствием контроля рабочего режима;
дизели, вращающие коленвал со скоростью 1500 и более оборотов в минуту без дополнительного наддува;
модели со скоростью вращения коленвала не менее 2000 оборотов и наличием дополнительного наддува;
силовые установки с частотой вращения 250-1500 оборотов в минуту;
дизели с частотой вращения в пределах 250 оборотов в минуту.
Первый ГТД на практике был испытан в Великобритании в 1947 году. Ходовые параметры его оказались очень успешным за счет увеличения скорости, что актуально для военного флота Так, например, только замена одного из трех бензиновых моторов мощностью в 1250 лошадиных сил на ГТД мощностью в 2500 лошадиных сил позволила увеличить скорость на 5 узлов, что значительно для военной техники. В СССР первая разработка появилась в 1951 году, а прототипом стал авиационный турбовинтовой морской модный двигатель. Эта техника получила мощность в 4000 лошадиных сил, но ресурс до капитального ремонта составил всего 100 часов.
Одновременно со временем были предложены более совершенные модели, что стало своеобразным стандартом для установки корабельных двигателей использование подобных технологий. Подобное стало возможным за счет нескольких преимуществ подобных агрегатов:
высокая экономичность при работе на полной мощности в кВт по сравнению с полностью дизельными аналогами;
компактные размеры и масса, что актуально для военного флота;
высокая маневренность и динамические параметры, которые обеспечила двигателестроительная сфера.
В итоге комбинированные установки дизелей, которые применяет флот разных типов. Речь как про небольшие ракетные катера, где актуальна скорость передвижения, так и большие крейсеры, противолодочные судна.
Дизели ГТД на разное число кВт в России используют в комбинированных силовых установках в качестве маршевых или форсажных двигателей на отечественных моделях. Их можно использовать вместе с традиционными дизельными двигателями внутреннего сгорания, с котлотурбинными установками.
Конструктивно корабельные ГТД могут иметь несколько в конструкции турбин и компрессоров и теплообменные аппараты. Последние представляют собой охладитель воздуха, а также подогреватель воздуха, которые будет направлен непосредственно в камеру сгорания за счет теплоты отработанных газов. По количеству компрессоров ГТД бывают 1-компрессорными и 2-компрессорными. Использование нескольких компрессоров значительно увеличивает давление воздуха перед подачей его в камеру сгорания, что повышает общую экономичность двигателя. одновременно каждый из компрессоров требует привода от отдельной турбины для обеспечения стабильности работы. дополнительно конструктивно добавляют в силовую установку третью турбину, которая вращает гребной главный винт либо иной потребитель полезной мощности.
На практике главные ГТД обычно имеют в составе 2 компрессора и 3 турбины, которые устанавливают вдоль общей оси последовательно. Они значительно сложней конструктивно, однако позволяют увеличить КПД на пониженном уровне сложности. Вспомогательные же ГТД обычно делают однокомпрессорными с турбиной, где последняя одновременно вращает приводной вал электрогенератор и компрессора. Подобная конструкция позволяют получить стабильное напряжение тока в момент резких изменений нагрузки при работе корабельного двигателя.
Для коммерческих морских судов, где актуальным вопросом становится экономичность, долговечность и надежность основным типом силовых установок остаются дизельные двигатели внутреннего сгорания. Их классифицируют по конструкции и организации рабочего цикла (двухтактные, четырехтактные), а также скорости вращения (малооборотные, среднеоборотные, высокооборотные). Размещают их обычно в машинном отделении рядом с кормой судна для снижения протяженности валов, которые передают крутящий момент через редуктор на гребной винт. Их активное применение стало возможным за счет следующих преимуществ установок:
значительный моторесурс;
возможность реверсирования движения;
относительно невысокая трудоемкость ТО, которое можно выполнить в судовых условиях;
возможность использования в качестве топлива нефтепродуктов тяжелых сортов;
отсутствие жестких конструктивных ограничений по размерам и массе силовых установок.
Одновременно с учетом ужесточения экологических правил, роста цены топлива актуальным стало использование сжиженного природного газа в качестве топлива. Для этого разрабатываются сегодня корабельные двигатели, функционирующие сразу на двух видах топлива, а в будущем возможен переход на модели СПГ. Еще одним способом снижения нагрузки на экологию и потребления топлива становится режим «Slow Steaming» или плавание на малой скорости. Последнее делает более актуальными малооборотные двигатели, которые обеспечивают меньший уровень расхода топлива.
При разработке подобных корабельных силовых установок возможно два варианта. Первый подразумевает уже наличие СПГ на борту (речь про, так называемые, газовозы), а второй про перевозку других видов груза. В первом случае технически вопрос решается проще, так как сжиженный газ уже есть на борту, а в качестве топлива используют испаренный. Здесь технически надо обеспечить поступление топлива от танка к генераторам и главой силовой установки, которая работает на двух видах топлива. Дополнительно надо обеспечить подачу газа к устройству для его сжигания в случаях, когда уровень давления в танке близок к предельно допустимому значению.
Если речь про организацию работы корабельных двигателей на СПГ, предназначенных для перевозки других грузов, то необходим монтаж танков для хранения газа, системы ее подачи к двигателю и генераторам. Одновременно здесь потенциально возникает проблема экономии пространства из-за необходимости сохранить прежнюю вместимость для контейнеров и других типов груза. Последний момент очень сильно влияет на итоговый результат из-за потенциально значительного уменьшения объема полезной погрузки как за счет физического расположения танка для хранения СПГ, так и необходимости обеспечить должный уровень безопасности.
Редуктор предназначен для изменения скорости вращения и передачи крутящего момента от двигателя непосредственно к гребному винту. Отличаться между собой подобные агрегаты могут следующими моментами:
назначение (главный, вспомогательный);
расположение вала (горизонтальный, вертикальный);
количество ступеней (одна, две или три);
направление движения (реверсивные и обычные редукторы
Также редукторы могут отличаться по виду гребного винта, который может иметь корректируемый либо постоянный шаг, что требует применения для них разных агрегатов для передачи крутящего момента.
Особенность реверс-редукторов в возможности изменения направления движения гребного винта, что позволит судну двигаться задним ходом, повышая маневренность и удобство при управлении. Управление подобной установкой может быть автоматизированным и ручным. Первый вариант предполагает использование интегрированной автоматики, а второй тип дешевле, но более сложен в использовании, ведет к снижению эффективности и долговечности при наличии ошибок при управлении.
Во время СССР был четкий акцент на развитие собственного строительства судовых двигателей и тогда в стране выпускались силовые агрегаты для всех видов военных суден. Частично подобная школа была после распада СССР утрачена из-за финансовых проблем, но довольно быстро было принято решение о ее возрождении и поддержки. В результате, уже в середине 00-х годов оказались завершены конструкторские и удалось создать первые перспективные модели высокого качества. Последние должны были обеспечить большую мощность и надежность по сравнению с советскими аналогами. Первыми ласточками среди новых разработок были ГТД М75РУ (7000 лошадиных сил) и М70ФРУ (14 000 лошадиных сил). В 2014 году был представлен второй этап разработки и запуска в производство силовых установок для техники на воздушной подушке и «традиционных» с мощностью 27500 лошадиных сил широкого использования. Реализации программы имеет целью восстановление собственной технологической и производственной базы по выпуску судовых двигателей и полный отказ от зависимости от украинских предприятий, где во время СССР выпускался основной массив подобной продукции.
За период действия специальной программы двигателестроения были выполнены работы по техническому перевооружению предприятий, подготовка производства и стендовой базы для проведения испытаний выпускаемых агрегатов. Это позволило значительно снизить зависимость от украинского рынка, где выпускают и разрабатывают силовые установки еще со времен СССР, расширить перспективы на выпуск качественной техники различного исполнения.
Конструкторскими подразделениями была создана линейка корабельных двигателей в России мощностью 7000 – 27500 лошадиных сил мирового уровня, которые можно поставить на разные лодки, корабли связи в качестве головного привода. Последнее полностью закрывает базовые потребности военно-морского флота в подобных двигателях для всех имеющихся и перспективных моделях разного класса. Одновременно производители получили опыт и компетенции в проектировании, изготовлении, сервисном обслуживании и ремонте подобных силовых установок, что является уникальным результатом на сегодня. Это позволит в будущем использовать лучшие наработки и построить двигатели, которые остались пока не закрытыми для отечественного флота.
Последней разработкой в данном направлении стал русский проект 22350, для которого был спроектирован и освоен в выпуске ГТД, который входит в состав агрегата М55Р. Уже успешно были выполнены поставки первых двух подобных агрегатов, которыми планируется оснастить фрегат Адмирал Головко, а оставшихся два будут поставлены в кратчайшие сроки (строительство завершено и оборудование находится на стадии испытаний). Это позволит в скором времени спустить фрегаты проекта 22350 на воду и передать ВМФ для выполнения задач по обороне территориальных вод России.
Всего потребность ВМФ в корабельных ГТД у России подобной модели в рамках импортозамещения составляет порядка 20 единиц, которые должно выпустить отечественное предприятие судостроительной отрасли промышленности, поэтому двигостроительная сфера будет развиваться и далее. Одновременно поставщикам комплектующих можно расширять инвестиции в их производство и разработку. По оценкам экспертов машины уже не уступают зарубежным аналогам и полностью соответствует мировому уровню на уровне агрегатов четвертого поколения. Подобная эффективность и достаточные производственные мощности полностью позволят закрыть потребность в подобных установках. Более того, разработка уже может стать основой для создания перспективных моделей. Например, речь про создание силовой установки мощностью 25 мегаватт на подобной базе, а результатом станет большой технический и научный задел для разработки корабельных двигателей в диапазоне 25-35 МВт.
Одновременно корабельные двигатели уже сегодня могут быть установлены на имеющиеся фрегаты российского ВМФ, где стоят украинские силовые установки, выпущенные часто еще во время СССР. Подобный вариант не всегда оптимален по причине высокой стоимости, поэтому преимущественно идет модернизация и обслуживание имеющихся агрегатов.
Для оснащения двигательными установками корветов проекта 20386 в России была спроектирована специальная модификация силовых энергетических двигателей модели М90ФР. На сегодня было изготовлено 2 подобных двигателя, которые уже прошли испытания и были переданы заказчику. Дополнительно для решения подобных задач было создано несколько унифицированных моделей М70ФРУ с мощностью 8-10 мегаватт. Последние можно устанавливать на военные корабли самого разного типа. Речь про малые артиллерийские судна, десантные и малые ракетные модели для поддержки операции, корветов.
Базовая типовая модификация силовой установки М70ФРУ была представлена еще в 2008 году и первоначально она служила для корветов серии 20380. Впрочем, подобные корабли были по итогу оснащены дизельными агрегатами российского и зарубежного производства, что вынудило отложить на будущее применение данных корабельных двигателей России.
В середине 10-х годов в рамках специальной госпрограммы по импортозамещению были созданы сразу две модификации ГТД, которые можно было поставлять на верфи с ОДК-Сатурн. Одна получила реверсивную силовую установку (модель предназначена для оснащения надводных кораблей), а вторая передний отбор мощности (версия подойдет для кораблей для выполняющих высадку десанта и оснащенных воздушной подушкой). В рамках модернизации было реализовано несколько инновационных технологических решений. Речь про установку локальной системы по автоматизированному управлению во время работы, элементов топливной системы, оборудование для вибродиагностики. По мнению экспертов, обновленная версия корабельных двигателей в России полностью соответствует зарубежным аналогам и четвертому поколению.
В итоге производственные мощности, накопленный опыт позволяют говорить о возможности серийного производства модифицированных установок для различных кораблей. Одновременно уже несколько опытных современных моделей уже строятся и скоро будут после завершения поставлены на десантные корабли серий Зубр и Мурена. Дополнительно стоит отметить, что базовая версия ГТД модели М70ФРУ с учетом выполненной модернизации может быть использована при проектировании нового перспективного фрегата для российских ВМФ, который может быть заложен в течение нескольких лет после завершения конструкторских работ.
Кроме корабельных двигателей России завод ОДК Северный, Звезда в городе Санкт-Петербург создал и производит в течение последнего года ряд модификаций судовой силовой установки М90ФР, которые могут быть актуальны для добывающей отрасли. Речь, например, про установки, которые нашли применение на добывающих платформах. Дополнительно на базе М70ФРУ специалистами предприятия был разработан корабельный дизель гражданского назначения. Речь про установку Е70/8РД, которая выступила основой для газотурбинных электрогенераторов СГТГ-8, работа над которым продолжается сегодня.
Подобные планы позволяют говорить, что судостроение и двигателестроение будут активно существовать и развиваться дальше, а русский двигатель будет одним из крупнейших и надежных в мире, позволяя найти оптимальное решение в том числе для подводных кораблей уже в ближайшее время. Одновременно в ближайшее время можно ожидать очередной мощный импульс для развития, так как стоит задача для закрытия всей линейки двигателей.
Заказ
Запрос цены на
Спасибо!