Дизельгенераторы, судовые дизели:: Научные проблемы корабельной энергетики

Судовые энергетические установки

19.02.2008 Научные проблемы корабельной энергетики

Основные научные проблемы, целенаправленно решавшиеся в интересах отечественного флота в прошлом и текущем столетиях применительно к корабельной энергетике, связаны с созданием сначала корабельных паросиловых, затем, последовательно, дизельных, газотурбинных и атомных энергетических установок.

НАУЧНЫЕ ПРОБЛЕМЫ КОРАБЕЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
И.Г. ЗАХАРОВ доктор технических наук, профессор, контр-адмирал
Я.Д. АРЕФЬЕВ доктор технических наук, профессор, контр-адмирал
Н.А. ВОРОНОВИЧ кандидат технических наук, капитан 1 ранга
О.Ю. ЛЕЙКИН кандидат технических наук, капитан 1 ранга

Достижения отечественной фундаментальной науки и развитие техники позволяли в различные периоды ставить перед производителями машиностроительной продукции целый ряд принципиально новых, соответствующих времени задач, решение которых существенно повышало боевые и эксплуатационные возможности кораблей Военно-Морского Флота.
Основные научные проблемы, целенаправленно решавшиеся в интересах отечественного флота в прошлом и текущем столетиях применительно к корабельной энергетике, связаны с созданием сначала корабельных паросиловых, затем, последовательно, дизельных, газотурбинных и атомных энергетических установок.
Первые достижения науки и техники в области транспортной энергетики были реализованы в начале XIX в. в паросиловых установках, которые совершенствовались в течение без малого двух столетий. Научное обеспечение создания корабельных дизельных установок началось почти век спустя, в начале XX в., и развитие их продолжается до настоящего времени. К научным исследованиям и разработкам по созданию корабельных газотурбинных установок приступили только в 20-х годах XX в. В настоящее время их совершенствование также продолжается в соответствии с современной программой кораблестроения.
И, наконец, научные разработки и создание корабельных атомных энергетических установок, внесших наиболее важный вклад в развитие не только корабельной энергетики, но и кораблестроения в целом, было начато в начале 50-х годов текущего столетия. Развитие установок такого типа, требующее максимально напряженного научного труда и значительных экономических усилий, несмотря на определенные трудности, продолжается. Однако темпы этого развития не соответствуют тем огромным возможностям, которые имеются в научном заделе по этому направлению энергетики.
КОРАБЕЛЬНЫЕ ПАРОСИЛОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
ДИЗЕЛЬНЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
КОРАБЕЛЬНЫЕ ГАЗОТУРБИННЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
КОРАБЕЛЬНЫЕ АТОМНЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
КОРАБЕЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИМИ СРЕДСТВАМИ
ОБЩЕКОРАБЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ И УСТРОЙСТВА

КОРАБЕЛЬНЫЕ ПАРОСИЛОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ

В начале XIX в. отечественная наука и техника в области энергетики достигла уровня, который обеспечил возможность проектирования и изготовления паросиловых судовых энергетических установок. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования в области сжигания твердого топлива, парообразования, реализации теплового цикла путем генерации пара в паровом котле и использования его энергии в паровой машине, приводящей во вращение гребной вал, позволили поставить вопрос о строительстве первого в России “парохода”.

Возможность создания паросиловой энергетики удачно сочеталась с потребностями флота иметь корабли и суда, движение и маневрирование которых не зависели бы от “капризов природы”, а их скорости и водоизмещение могли бы быть значительно увеличены. Поставленная в этом плане задача в начале XIX в. была успешно решена, и первый отечественный пароход с паросиловой установкой был построен в 1815 г. В качестве генераторов паровой энергии для первых установок использовались огнетрубные котлы, которые имели рабочее давление пара около 1 кгс/см2 (0,1 МПа). К началу XX в. были разработаны и нашли широкое применение более прогрессивные водотрубные котлы с угольным отоплением. Для военных кораблей использовались два типа таких котлов: горизонтального и вертикального исполнения. Наиболее распространенной конструкцией первого типа были котлы Бельвия. Компоновочная схема вертикальных котлов предусматривала паровой и два водяных коллектора, соединенные трубами (котлы треугольного типа). Вертикальные водотрубные котлы имели значительно меньшую массу и обеспечивали более высокую маневренность установки. Впервые такие котлы были установлены в 1890 г. на эскадренном миноносце “Роченсальм”. Рабочее давление пара в котлах этого корабля было 13 кгс/см2 (1,3 МПа).

В качестве двигателя использовались паровые машины, конструкцию которых определяли условия их размещения на судах. Первые двигатели были балансирного типа, подобно стационарным прототипам. На смену им пришли горизонтальные машины, а в дальнейшем вертикально-опрокинутого типа. Развитие паровых поршневых машин шло по пути увеличения степени расширения пара, что привело к созданию двухцилиндровых двойного расширения машин-компаунд, а затем и трехцилиндровых машин тройного расширения. Возможности увеличения мощности паровых машин были ограничены диаметром цилиндра низкого давления, который не мог превышать 2-2,5 м по конструктивным и технологическим причинам. Предельная мощность судовой паровой машины составляла не более 20000 л.с.

Период строительства военных кораблей с 1907 г. до первой мировой войны характеризуется значительным увеличением их водоизмещения и скорости, для чего потребовались паровые котлы большой паропроизводительности с существенно меньшей удельной массой. Этим требованиям могли удовлетворять только вертикально-водотрубные котлы, но их совершенствование сдерживало угольное отопление. Каменный уголь - топливо с низкой калорийностью. Ручная подача его в топку требует большого физического труда. Вследствие этого паровые котлы с угольным отоплением не могли обеспечить паропроизводительность более 15 т/ч и к тому же были недостаточно маневренными. Кроме того, несовершенство процесса горения приводило к большой дымности, а, следовательно, демаскировало боевой корабль. Немаловажными факторами являлись значительная трудоемкость погрузочных работ и неудобство хранения каменного угля.

Для крупных военных кораблей требовались и более мощные паровые двигатели. На смену паровым поршневым машинам пришли паровые турбины, которые имели более высокий КПД и меньшие массогабаритные характеристики. Для применения паровых турбин на кораблях потребовалось выполнить большой объем теоретических и экспериментальных исследований термодинамических процессов преобразования тепловой энергии пара в механическую работу, а также построить опытные машины и испытывать их. Впервые паровые прямодействующие турбины реактивного типа были установлены на линейных кораблях типа “Севастополь”, работу которых обеспечивали 25 водотрубных котлов треугольного типа со смешанным угольно-нефтяным отоплением. Давление пара в котлах составляло 17 кгс/см2. В энергетической установке этих кораблей был осуществлен замкнутый цикл пар-конденсат с генерацией тепла отработавшего пара в водоподогревателях. Несмотря на то, что созданная установка соответствовала уровню развития науки и техники того времени, она все же имела недостаток. Смешанное отопление паровых котлов ограничивало возможность увеличения их паропроизводительности, т.к. при сжигании угля и нефти в топке одновременно требовались различные способы подачи воздуха в топку. Этот недостаток был устранен в 1910 г. внедрением нефтяного отопления котлов на эскадренных миноносцах типа “Новик”.

Таким образом, к 1910 г. были реализованы основные научно-технические решения, обеспечивающие значительное увеличение паропроизводительности котлов, что позволило наращивать мощность установки с паровыми турбинами при одновременном снижении ее массы и габаритов.

Вместе с тем паросиловые установки по своим тепловым процессам оставались еще далеко не совершенны. Они имели низкую экономичность и большие массогабаритные характеристики. Недостаточны были и маневренные характеристики, такие как время приготовления к действию и время реверса. Установки обладали низкой живучестью из-за линейного расположения главных механизмов.

Очередной этап развития отечественных котлотурбинных установок начался в середине 20-х годов. В их разработке принимали активное участие В.А. Винтер, Н.В. Высоцкий, М.И. Яновский, В.П. Мадисов, А.В. Акимов, В.Л. Сурвилло, П.И. Заикин, Я.С. Солдатов, Н.И. Кюн, П.Ф. Лавров, А.В. Голынский, Г.А. Ляхов, А.И. Дымов, Н.Р. Лукашевский, В.Е. Долголенко, Н.И. Васильев, Р.Р. Грундман, А.А. Игнатьев и другие известные специалисты и ученые-энергетики. Было принято целесообразным создавать котлотурбинные энергетические установки с паровыми котлами с нефтяным отоплением и рабочим давлением пара 20 кгс/см2, температурой 313 °С, а также с высокооборотными турбинами с зубчатой передачей.

В соответствии с этой концепцией до 1941 г. в нашей стране были разработаны и созданы паровые котлы и главные турбозубчатые агрегаты для большинства проектов кораблей.

Направление по созданию корабельных паровых котлов последовательно возглавляли Э.Э. Папмель, М.И. Шулинский, Г.А. Гасанов. Ими был спроектирован паровой котел для сторожевого корабля “Ураган” проекта 39. В процессе его создания был развернут комплекс научно-исследовательских и экспериментальных работ по теории горения и внутрикотловых процессов. В январе 1930 г. после стендовых испытаний нескольких вариантов комиссией был принят к серийному производству паровой котел для этого корабля. В этом же году на Северной судостроительной верфи во главе с В.А. Бжезинским было организовано ЦКБС-1, в состав которого входили и турбинисты, возглавляемые Б.С. Фрумкиным. Коллективом турбинистов был создан первый отечественный турбозубчатый агрегат, состоящий из высокооборотных турбин высокого и низкого давления и зубчатого редуктора (максимальная частота вращения гребного вала составляла 630 об/мин). Роторы турбин испытывались отдельно на балансировочных станках, а на стенде определялись тепловая деформация корпусов, центровка, качество работы подшипников и масляной системы. Несмотря на тщательность испытаний, в период эксплуатации были выявлены серьезные замечания по работе оборудования. К наиболее крупным из них относятся: поломка рабочих лопаток турбин высокого давления, отсутствие запаса по паропроизводительности паровых котлов и их малый ресурс до смены трубок, сравнительно высокая удельная масса механической установки, недостаточная ее мощность.

С учетом опыта проектирования и эксплуатации в течение 30-х годов отечественной промышленностью были спроектированы и построены несколько котлотурбинных энергетически установок большой мощности для лидеров эскадренных миноносцев. В ряде случаев при испытаниях, а также в период эксплуатации вы явились отдельные недостатки и просчеты при проектировании. Особенно много их было обнаружено у энергетической установки для лидер эскадренных миноносцев “Ленинград” проекта 1. Так, уже на стенде выявились неполадки с циркуляцией воды в главном котле, которые приводили к разрыву трубок. Кроме того, был: отмечены серьезные неисправности в работе редукторов, турбин высокого давления, главных конденсаторов и отдельных вспомогательных механизмов. Проектирование и поставка оборудования энергетических установок для некоторых проектов надводных кораблей велись при участии иностранных фирм (“Ансальдо”, “Метрополитен-Виккерс”, “Парсонс” и др.).

В конце 30-х годов, по мере накопления опыта проектирования, завершения теоретических экспериментальных работ и совершенствовании технологии изготовления корабельного оборудования, отечественная судостроительная промышленность самостоятельно приступила к постройке энергетических установок легких крейсеров типа “Чапаев” проекта 68 и тяжелого крейсера “Кронштадт” проекта 69.

Параллельно с проектированием проводились глубокие теоретические исследования путей улучшения технических характеристик корабельного оборудования. Их вели известные ученые: М.А. Стырикович, Д.Ф. Петерсон К.А. Блинов, В.Н. Дешкин. Велики заслуги в области турбостроения М.И. Яновского. Им был выполнены глубокие теоретические исследования по методам теплового и конструктивного расчета корабельных турбин и конденсационных установок. Активное участие в проектировании энергетических установок принимали Е.А. Ярынич, Л.А. Коршунов, Л.В. Гастев, Е.М. Антонов, Г.А. Абагянц, П.И. Вишневский, А.Н. Дорофеев, И.В. Семенов, Г.Ф. Абрамович, С.С. Егоров, И.М. Сужан и другие специалисты ВМФ.

Особая роль принадлежит флотским инженерам-механикам Б.Я. Красикову, И.А. Щенсновичу, М.В. Королеву, Т.П. Норову, Г.А. Вуцкому, А.Я. Андрееву и другим, которые совершенствовали эксплуатацию энергетического оборудования на флоте.

Опыт второй мировой войны показал, что котлотурбинные энергетические установки большинства классов кораблей имеют недостаточную топливную экономичность, маневренность, долговечность котельных трубок, а также большие массогабаритные показатели. Для решения этих проблем необходимо было восстановить специализированные предприятия и конструкторские бюро. Так в 1946 г. было создано специальное КБ котлостроения, которое возглавил Г.А. Гасанов. Основу коллектива составили опытные специалисты Н.С. Белоусов, П.Д. Дегтярев, А.Е. Хавкин, А.И. Буликова. В 1946-1952 гг. на Северной судостроительной верфи было организовано СКБТ, которое возглавил опытный инженер Г.А. Оглобин. В состав КБ входили отделы паровых турбин и газовых турбин.

В своей работе конструкторы использовали результаты исследований ученых Н.Н. Семенова, Я.Б. Зельдовича, Д.А. Франк-Каменецкого, Г.Ф. Кнорре, Л.А. Вулиса, Г.А. Абагянца, Н.М. Кузнецова. Велись научные работы, которые решали одну из важнейших проблем по организации смесеобразовательных процессов подогрева и испарения капель топлива, совершенствованию аэродинамической основы организации процессов в топке. К выполнению ряда работ были подключены специалисты Военно-морской академии и военно-морских училищ. В общем работы были направлены главным образом на создание высокоэкономичных автоматизированных паровых котлов с КПД 85—86% и подачей воздуха в топку.

Проведение новых исследований совпало с началом проектирования котлотурбинных энергетических установок для кораблей: СКР “Горностай” проекта 50, ЭМ “Неустрашимый” проекта 41, ЭМ “Веский” проекта 56.

Для СКР “Горностай” проекта 50 был создан не имеющий аналогов турбозубчатый агрегат ТВ-9, состоящий из однокорпусной высокооборотной турбины реактивного типа, двухступенчатого редуктора с раздвоением мощности и конденсатора с самопроточной циркуляцией. Для создания однокорпусной турбины потребовалось провести ряд сложных теоретических и экспериментальных исследований по разработке нового профиля реактивных лопаток, которые были выполнены конструкторами Кировского завода, ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова, Ленинградского политехнического института. Центрального котлотурбинного института им. И.И. Ползунова. В результате этих работ был создан каталог профилей лопаток паровых турбин, который используется и в настоящее время. При испытаниях кораблей было обнаружено явление резонанса лопаток последних ступеней турбин, которое послужило причиной нескольких аварий. Потребовалось немало времени для изучения этого явления и поиска путей его устранения.

Для повышения экономичности установки, начиная с ЭМ “Неустрашимый” проекта 41, в его главных котлах, КВ-76, были увеличены начальные параметры пара до давления 64 кгс/см2 и температуры перегрева до 470 °С. С целью увеличения теплонапряжения топочного объема в котлах были применены подача воздуха в топку с давлением 900-1100 мм.в.ст. и двухфронтовое отопление. Для этих кораблей также разработан высокооборотный двухкорпусной агрегат, ТВ-8, большой мощности, с гибкими связями подвижных концов турбин с фундаментом. Для этих установок был создан и принципиально новый автоматизированный насосный турбоагрегат, включающий три насоса: питательный, конденсатный и бустерный с единым высокооборотным турборедукторным приводом. Впервые были использованы подшипники на водяной смазке.

В результате комплекса этих работ была разработана новая методология компоновки энергетического оборудования, позволяющая разместить в одном энергетическом отсеке паровые котлы и турбозубчатый агрегат с обслуживающим их оборудованием, что упростило конденсатно-питательную систему, повысило экономичность и улучшило массогабаритные характеристики установки. Без существенных изменений эта установка применялась на большой серии ЭМ “Веский” проекта 56 и ВПК “Гремящий” проекта 57.

При постройке кораблей в период 60-70-х годов потребовалось создание более экономичной и компактной котлотурбинной установки большой мощности. Выполненные в СКБК, ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова, 1-м ЦНИИ МО исследования показали возможность улучшения характеристик котельной установки на основе компрессорного надува воздуха в топку котла с использованием тепла уходящих газов в турбонаддувочном агрегате. Одновременно коллективом Кировского завода под руководством главного конструктора В.Э. Берга был разработан турбозубчатый агрегат ТВ-12 мощностью 45000 л.с., который стал основной базовой моделью для надводных кораблей. Используя накопленный опыт проектирования и достижения науки 50-60-х годов, конструкторам удалось (по сравнению с предыдущим турбоагрегатом для кораблей проекта 56) повысить мощность агрегата на 25% при одновременном снижении на 35% его массы и увеличении КПД на 3-4%. В это же время в СКБК под руководством Г.А. Гасанова был спроектирован и построен высоконапорный паровой котел КВН 95/64 с высокими параметрами пара, в котором впервые было применено разработанное сотрудником 1-го ЦНИИ МО Ю.А. Убранцевым газоохлаждающее устройство эжекционного типа, позволившее снизить температуру уходящих газов до 100°С, что обеспечило значительное уменьшение теплового поля корабля. Все эти нововведения были заложены в котлотурбинную энергетическую установку ракетного крейсера “Грозный” проекта 58. Став базовой, в дальнейшем она прошла ряд этапов усовершенствования конструкций главных и вспомогательных механизмов, автоматизированного управления, водного режима, улучшения характеристик и др. Мощность ГТЗА-674 была увеличена до 50000 л.с.

Для кораблей постройки 70-80-х годов (ЭМ “Современный” проекта 956, “Адмирал Флота Советского Союза Кузнецов” проекта 1143.5) были созданы высоконапорные котлы КВГ-З и КВГ-4, а для резервной котельной установки корабля “Адмирал Нахимов” проекта 1144 - котел КВГ-2.

Большая заслуга в разработке корабельных паросиловых установок в целом принадлежит специалистам ЦК - проектантам кораблей: А.А. Терентьеву, Г.А. Бобченок, Ю.К. Шахту, В.И. Павликову, Е.В. Петрову, В.Л. Менаховскому, а также сотрудникам 1-го ЦНИИ МО М.Н. Чарнецкому, М.С. Воробьеву, П.Е. Букину, П.Г. Грищенко, С.Г. Замаховскому, Е.А. Ошеровой, В.С. Князеву, В.З. Цилевичу. Г.В. Перлов, И.С. Пушкин и П.А. Сорокин были удостоены Государственной Премии.

Таким образом, в результате большого объема выполненных НИР и ОКР в послевоенный период была создана унифицированная автоматизированная котлотурбинная энергетическая установка с высоконапорными котлами, которая является самой мощной среди установок на органическом топливе и широко применяется на современных крупных надводных кораблях.

ДИЗЕЛЬНЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ

Россия является пионером в оснащении боевых кораблей флота дизельными энергетическими установками (ДЭУ). Еще в 1908 г. в ходе выполнения судостроительной программы на подводной лодке “Минога” были заменены взрывопожароопасные бензиновые моторы на дизели. С этого времени ДЭУ заняли господствующее положение в подводном судостроении и только в 60-е годы на смену им пришли ядерные энергетические установки.

Первая промышленная модель дизеля мощностью в 20 л.с., работающая на керосине, была создана в Аугсбурге (Германия) в 1897 г. под руководством ее изобретателя Р. Дизеля. В феврале 1899 г. завод Л. Нобеля в Петербурге приобрел лицензию на производство изобретения. Полученные чертежи были полностью переработаны, и в 1899 г. выпускается первый отечественный промышленный образец дизеля мощностью в 25 л.с., работающий на сырой нефти. Экономичность дизеля оказалась рекордной - расход сырой нефти составил 221 г/л.с.ч. (расход керосина у прототипа - 243 г/л.с.ч).

В 1902 г. к организации дизельного производства приступил и Коломенский завод, построивший в 1904 г. первый одноцилиндровый четырехтактный дизель мощностью 18 л.с.

В дальнейшем совершенствовании и внедрении дизелей на кораблях и судах выдающуюся роль сыграли отечественные ученые и инженеры. В 1903 г. на нефтеналивной барже “Вандал” была впервые в мире применена дизель-электрическая энергетическая установка с дизелями завода Л. Нобеля.

Успешно развивая дизельное производство и совершенствуя конструкцию двигателя, завод Л. Нобеля вышел на передовые позиции в мировом дизелестроении. В 1913 г. завод начал создавать мощный по тому времени двухтактный дизель подводных лодок типа “Барс”. Двухвальная дизельная установка (2х1320 л.с.) обеспечивала полную надводную скорость в 17 уз. Подводные лодки типа “Барс” в течение двух десятилетий являлись ядром подводных сил отечественного флота.

Большой вклад в развитие теории рабочего процесса двигателей внутреннего сгорания (ДВС) внесли отечественные ученые. Основы ее были заложены еще в 1907 г. профессором Московского высшего технического училища В.И. Гриневецким. Разработанный им метод теплового расчета получил развитие в трудах Е.К. Мазинга, Н.Г. Брилинга, Н.М. Глаголева, А.С. Орлина, В.А. Ваншейдта и других ученых. Наличие эффективной теории способствовало быстрому техническому прогрессу в дизелестроении. В результате первой мировой и гражданской войн отечественное дизелестроение оказалось в упадке. Его возрождение началось в середине 20-х годов, причем в течение буквально нескольких лет был достигнут технический уровень дореволюционной России. За первые три пятилетки судовое дизелестроение развивалось особенно быстрыми темпами. Уже в 1930 г. выпуск дизелей превзошел дореволюционный в 2 раза, а в 1937 г. - более чем в 5 раз.

Одним из емких потребителей дизелей является Военно-Морской Флот, особенно его подводные силы. Уже первая советская программа военного кораблестроения на 1926-1933 гг. предусматривала постройку 12 дизельных подводных лодок. Специально для них в 1926-1927 гг. был создан новый отечественный дизель марки 42Б6 мощностью 1100 л.с., которыми были оснащены первые советские большие ПЛ типа “Декабрист” и подводные минные заградители типа “Ленинец”. В 1933 г. началось строительство средних подводных лодок типа “Щука” с дизелями марки 38В8 мощностью 685 л.с. В последующем его мощность была увеличена до 800 л.с. (дизель марки 38К8). Во второй пятилетке промышленность освоила производство новых дизелей мощностью в 2000 л.с. марки 1Д для средних ПЛ типа “С”.

В 1940 г. флот начал получать от промышленности двухвальные крейсерские ПЛ типа “К” (XIV серии) надводным водоизмещением 1487 т. Их главная энергетическая установка состояла из двух двухтактных дизелей марки 9ДКР агрегатной мощностью 4200 л.с. каждый. Эти дизели обеспечивали ПЛ рекордную полную надводную скорость 22 уз.

Уже к началу второй мировой войны Советский Союз обладал мощным подводным флотом, насчитывающим 161 дизельную подводную лодку различных типов и классов: малых, средних и больших торпедных ПЛ и подводных минных заградителей. На них были установлены дизели, спроектированные и построенные на двух ведущих заводах страны: Коломенском и “Русском дизеле” (бывшем Л. Нобеля). Некоторые технические показатели лодочных дизелей предвоенной постройки представлены в табл. 1. Основная тенденция развития дизелей этого периода - рост мощностей. Двигатели 1Д и 9ДКР, созданные к концу предвоенного периода, имеют, хотя и невысокую, но уже форсировку рабочего процесса за счет газотурбинного наддува (1Д) и продувки -наддува от роторного компрессора (9ДКР). Дизель 9ДКР, построенный в 1937 г., по мощности не имел аналогов в мировом дизелестроении.

Технические показатели	Марка дизеля
Технические показатели	42БМ6 6445/42*	38В8 8428/38	38К8 8430/38	1Д 8ЧН43/47	9ДКР 9ДРН51/55
Мощность, л.с.	1100	685	800	2000	4200
Частота вращения, мин	450	600	600	470	400
Давление наддува, кгс/см²	Без наддува	Без наддува	Без наддува	1,37	1,3
Использование в составе	I серия ("Д")**	VI серия ("М")	Х серия ("Щ")	IX серия ("С")	XIV серия ("К")
ЭУ ПЛ (проекты)	II серия ("Л")	III серия ("Щ")	XII серия ("Щ")	XIII серия ("Л")
ЭУ ПЛ (проекты)	XI серия ("Л")	V серия ("Щ")	XII серия ("Щ")	XIII серия ("Л")
Завод-изготовитель	Коломенский	Коломенский	Коломенский	Коломенский	"Русский дизель"
Завод-изготовитель	Коломенский	"Русский дизель"	Коломенский	Коломенский	"Русский дизель"
* Первая цифра - число цилиндров, числитель дроби (косой) - диаметр цилиндра, знаменатель - ход поршня, в см.
** В скобках "Д", "Л", "М", "Щ", "С", "К" - соответственно тип лодок, на которых поставлены данные дизели: "Д" - "Декабрист", "Л "- "Ленинец", "М" - "Малютка", "К" - крейсерская, "С" - средняя, "Щ" - "Щука".

Сразу после Великой Отечественной войны начались восстановление и реконструкция дизелестроительных заводов. Необходимо было в короткие сроки построить на новой технической базе и с учетом военного опыта значительное количество новых ПЛ на замену морально устаревших и сильно изношенных в ходе войны.

Первым послевоенным проектом для массовой постройки стала средняя ПЛ проекта 613 с двумя двухтактными дизелями марки 37Д мощностью по 2000 л.с. каждый, непосредственно работающими на винты. Эти дизели имели режим работы дизеля под водой (РДП). Головной образец дизеля 37Д построен на Коломенском заводе в 1949 г., а головная ПЛ проекта 613 вступила в строй в 1951 г. Ее полная надводная скорость составляла 18 уз., а полная подводная - 13 уз.

В 1953 г. вступила в строй головная большая торпедная ПЛ проекта 611 с тремя гребными валами и дизелями марки 37Д. Полная надводная скорость составляла 17 уз., а полная подводная -15 уз. Всего в 50-60-е годы было построено 215 ПЛ проекта 613 и 26 ПЛ проекта 611 с дизелями марки 37Д. В последующем дизели 37Д применяются и на других проектах ПЛ (633, 641 и 629).

По заказу ВМФ в начале 60-х годов Коломенский завод разработал два новых четырехтактных дизеля для подводных лодок мощностью в надводном положении 2000 л.с. - 42Д и 4000 л.с. - 43Д. Эти дизели имеют повышенный газотурбинный наддув и приспособлены для работы в режиме РДП при противодавлении на выпуске до 5 м.вод.ст. К тому же дизель 43Д оснащен оригинальной системой регулируемого наддува путем непрерывного и одновременного изменения проточных частей компрессора и газовой турбины в зависимости от частоты вращения коленчатого вала и величины противодавления.

На торпедной ПЛ проекта 877 нового поколения с нормальным водоизмещением 2500 т применена одновальная ЭУ по дизель-генераторной схеме с полным электродвижением на всех режимах хода. На ней устанавливаются два дизель-генератора марки ЗОДГ мощностью по 1500 кВт, один главный гребной электродвигатель мощностью 5500 л.с., один электродвигатель экономического хода мощностью 130 л.с. и два электродвигателя резервного движения по 102 л.с. побортно с резервными линиями вала. Благодаря такой комбинированной установке достигнуты приемлемая мощность и полная подводная скорость.

Некоторые технические показатели лодочных дизелей и дизель-генераторов послевоенной постройки представлены в табл. 2. Устойчивая и экономичная работа дизелей в условиях значительного противодавления в выхлопном коллекторе (3-5 м.вод.ст.) обеспечивается поддержанием высокого давления воздуха в ресиверах, для чего у двухтактного дизеля 37Д применен приводной роторный компрессор, а у четырехтактных двигателей 42Д, 43Д и ЗОДГ установлены турбокомпрессоры с высоким КПД.

Технические показатели	Марка дизеля
Технические показатели	37Д 6ДН39/45*	42Д 6ЧНЗО/38	43Д 12ЧНЗО/38
Мощность в надводном положении, л.с.	2000	2000	4000
Частота вращения коленчатого вала, мин^-1	500	750	750
Давление наддува, кгс/см²	1,25	2,8	2,8
Удельная масса двигателя, кг/л.с.	11,3	7	6,1
Использование в составе	613,611	641 Б	651
ЭУ ПЛ (проекты)	629,633
Примечание. В качественных параметрах дизелей послевоенной постройки наглядно просматривается тенденция уменьшения удельной массы двигателя.

Дизели Коломенского завода отличаются оригинальностью компоновки, высокой форсировкой рабочего процесса, уникальными системами воздухоснабжения, низкими расходами топлива, высокими показателями надежности и передовыми технологиями производства. В 1971 г. группе специалистов завода была присуждена Государственная премия СССР за создание и организацию производства лодочных двигателей марок 42Д и 43Д.

Особым направлением в развитии дизельных энергетических установок подводных лодок является поиск принципиально новых схем систем и средств, обеспечивающих их длительную и эффективную работу в подводном положении на химическом топливе без доступа атмосферного воздуха. Исследования по этой проблеме начались в Советском Союзе еще в 30-е годы и продолжались в послевоенный период. Теоретически и экспериментально были исследованы следующие энергетические установки ПЛ с единым двигателем (дизелем):

установка РЕДО (автор С.А. Базилевский), в которой в замкнутый контур подавалось необходимое количество газообразного кислорода (из цистерны запаса жидкого кислорода), а избыточный углекислый газ удалялся из контура в баллоны;
установка ИВР (автор Б.Д. Злотопольский), в которой избыточный углекислый газ удалялся из замкнутого контура не в баллоны, а в специальную абсорбционную колонну, где растворялся в прокачиваемой забортной воде;
установка ЕД ВВД (главный конструктор И.П. Янкевич), в которой избыточный углекислый газ удалялся из замкнутого контура через отверстия в ступице гребного винта в насадку, где он перемешивался с забортной водой и растворялся в ней. В последующем эта установка была значительно усовершенствована путем отработки принципиально новой системы удаления избыточной углекислоты из замкнутого контура с возвратом остаточного кислорода в цикл (авторы Ю.Н. Чекалов и Г.Х. Баракан).

Однако наиболее успешно продвинулись НИОКР по замкнутому циклу с условным обозначением ЕД ХПИ - единый двигатель с химическим поглотителем известковым. В этом цикле израсходованный на горение кислород пополняется из кислородной цистерны, а образовавшаяся двуокись углерода поглощается специальным твердым химическим веществом. После длительных доводочных работ на экспериментальных подводных лодках была спроектирована и построена серия трехвальных торпедных ПЛ проекта 615А (более 25 единиц), вошедших в состав ВМФ в 50-е годы. Энергетическая установка их состояла из двух бортовых дизелей М-50П мощностью 700 л.с. каждый и одного среднего дизеля 32Д мощностью 700 л.с. (мощности указаны для условий работы на искусственной газовой смеси). Средний дизель с большим моторесурсом являлся маршевым, а высокооборотные бортовые - ускорительными. Запасы жидкого кислорода составляли 8,6 т, а химического поглотителя 14,4 т. Полная подводная скорость при работе всех дизелей составляла свыше 15 уз., при этом обеспечивалась дальность плавания в 56 миль.

В 1954-1955 гг. под руководством главного конструктора А.С. Кассациера был выполнен технический проект опытной ПЛ (проект 637) с единым двигателем (дизелем), работающим по схеме ЕД ХПИ, но с использованием нового типа окислителя - надперекиси натрия (продукт Б-2). Расчеты показали, что дальность плавания ПЛ с такой энергетической установкой и полной подводной скоростью по сравнению с ПЛ проекта 615А увеличивалась на 30%. Однако постройка опытной ПЛ проекта 637, как и другие направления по созданию анаэробных ЭУ, в том числе и парогазотурбинных, были прекращены в связи с созданием атомных энергетических установок для подводных лодок.

Используя положительный опыт применения дизелей на торговых судах и ПЛ “Минога”, в 1910 г. в России были построены первые в мире дизельные надводные корабли - двухвальные канонерские лодки “Каре” и “Ардаган” водоизмещением 623 т с двумя реверсивными дизелями мощностью по 500 л.с. Полная скорость этих лодок составляла 14 уз. В 1911 г. эти корабли вошли в состав Каспийской флотилии. После канонерских лодок для Амурской флотилии в 1910 г. было построено 8 речных мониторов типа “Шквал” водоизмещением 946 т с четырьмя реверсивными дизелями по 250 л.с. на вал. Проектная полная скорость составляла 11 уз., дальность плавания с максимальным запасом топлива -3000 миль.

В 1915 г. вступило в строй спасательное судно-теплоход “Волхов” (более известное под именем “Коммуна”) водоизмещением 2400 т, предназначенное для подъема затонувших подводных лодок.

Основными поставщиками дизелей для надводных кораблей России в дореволюционный период были завод Л. Нобеля и Коломенский завод.

В 1932 г. начата постройка базовых тральщиков типа “Трал” с дизельными главными двигателями на Севастопольском заводе, а в 1934 г. к их строительству была привлечена Северная судостроительная верфь в г. Ленинграде. Первые тральщики вошли в состав флота в 1937 г. Главная энергетическая установка этих тральщиков состояла из двух дизелей марки 42БМРН6 мощностью 1500 л.с. каждый, расположенных в двух машинных отделениях. При нормальном водоизмещении 430 т тральщик развивал полную скорость 18 уз. В довоенное время было построено 39 таких тральщиков. Дизель 42БМРН6 создавался на Коломенском заводе. Это был модернизированный вариант лодочного дизеля 42БМ6 (см. табл. 1), на котором применен газотурбинный наддув по системе Бюхи.

Для действия в составе отечественных речных флотилий в довоенный период был построен ряд речных мониторов с дизельными энергетическими установками типов: “Ударный”, “Хасан”, “Железняков”. Мониторы типа “Хасан” имели четырехвальную ЭУ с дизелями мощностью 900 л.с. на каждом валу. Полная скорость их составляла 11,3 уз. Это были самые мощные по вооружению отечественные речные мониторы.

Боевые катера с дизельными ЭУ появились только в начале 40-х годов, когда был создан легкий V-образный дизель мощностью 1000 л.с. с частотой вращения 1700 об/мин марки М-50. Несколько образцов двигателей М-50 прошли опытную эксплуатацию на катерах в ходе Великой Отечественной войны, однако серийное производство их развернулось лишь в послевоенный период.

Послевоенный период характеризуется проведением важных НИОКР по созданию новых дизелей высокотехнического уровня для применения в составе главных энергетических установок надводных кораблей. Наибольшие успехи в этом деле были достигнуты заводами “Русский дизель” и “Звезда”.

В 1948 г. на заводе “Русский дизель” началось создание двухтактного дизеля с противоположно движущимися поршнями марки 47А-16 мощностью 6000 л.с. Начиная с 1961 г. дизели размерности 23/2х30 начали серийно выпускаться под новыми обозначениями “58” (4500 л.с.), “61” (6000 л.с.) и “68Б” (8000 л.с.). Эти дизели по своим перспективным конструкторским решениям и достигнутым техническим параметрам оказались на уровне мировых образцов. За большие заслуги по созданию дизелей “61” группе специалистов завода присуждена Государственная премия СССР.

В 1945 г. заводу “Звезда” поручены работы по доводке и освоению производства дизеля М-50, прерванные войной. Дизель был необходим для установки на боевые катера вместо применявшихся до этого бензиновых двигателей, имевших повышенную взрывопожароопасность. Уже в 1947 г. начато серийное производство этого дизеля, а к концу 1948 г. флоту было поставлено 100 двигателей М-50. В 1948 г. группе специалистов завода была присуждена Государственная премия СССР за коренное усовершенствование двигателей М-50 для боевых кораблей и внедрение их в судостроение. В дальнейшем дизель типа М-50 (12ЧН18/20) получил весьма широкое применение во многих областях народного хозяйства (судостроение, тепловозостроение, дизельные электростанции и т.д.). В настоящее время семейство дизелей М-50 насчитывает более 120 модификаций.

Уже в начале 50-х годов создатели новых проектов военных кораблей поставили перед заводом “Звезда” новую задачу: создать легкий дизель агрегатной мощностью не менее 4000 л.с., для чего в 1953 г. было организовано опытное конструкторское бюро, главным конструктором которого назначили В.М. Яковлева. Уже в 1956 г. дизель М-503 мощностью 4000 л.с. при частоте вращения 2200 об/мин был поставлен на межведомственные испытания, а в 1958 г. начался его серийный выпуск. Параллельно с подготовкой серийного производства дизелей М-503 велась разработка более мощного дизеля М-504 мощностью 5000 л.с., серийный выпуск которого начался в 1960 г. В 1965 г. за создание и освоение серийного производства дизелей М-503 и М-504 группе специалистов завода была присуждена Ленинская премия.

Бурное развитие отечественного кораблестроения потребовало от дизелестроителей дальнейшего увеличения агрегатных мощностей дизелей. Для решения этой задачи на заводе “Звезда” велись интенсивные работы по созданию агрегата мощностью 10000 л.с. В 1967 г. такой дизель-редукторный агрегат (ДРА) марки М-507 был выставлен на межведомственные испытания, а в 1968 г. началось его серийное производство. К настоящему времени общее число модификаций дизелей семейства М-500 превышает 20. Из технических показателей, представленных в табл. 3, видно, что по массогабаритным показателям они и сегодня не имеют конкурентов.

Технические показатели	Марка дизеля
Технические показатели	М-50 12ЧН 18/20	М-503 42ЧН16/17	М-504 56ЧН16/17	ДРА М-507 2х56ЧН16/17	"58" 16ДПРН23/2х30	"61" 16ДПРН23/2х30	"68" 18ДПРН23/2х30
Полная мощность, л.с.	1000	3300	5000	10000	4500	6000	8000
Частота вращения коленчатого вала	Высокооборотные двигатели				Высокоресурсные дизели
Частота вращения коленчатого вала	1700	2000	2000	2000	643	850	900
Удельная масса двигателя, кг/л.с.	1,7	1,89	1,49	1,7	8,9	6,65	5,2
Завод изготовитель	"Звезда"				"Русский дизель"

На базе указанных выше типов дизелей в послевоенный период был создан ряд оригинальных проектов надводных кораблей с дизельной энергетикой: торпедных и ракетных катеров, малых ракетных кораблей, противолодочных кораблей и тральщиков.

Установка дизелей в качестве главных двигателей на относительно крупных по водоизмещению боевых кораблях, в частности на десантных кораблях океанской зоны, явилось новым направлением в отечественном кораблестроении.

Примером такого корабля является корабль проекта 1171, имеющий полное водоизмещение 4000 т. Энергетическая установка этого корабля дизельная, двухвальная с двумя дизелями марки “58” мощностью по 4500 л.с. каждый. Дизельные ЭУ применяются и на средних десантных кораблях морской зоны (проект 188).

Значительное применение находят дизельные энергетические установки на кораблях и судах обеспечения (морские танкеры, спасатели, плавучие суда, суда размагничивания и др.).

Необходимо отметить, что в послевоенный период, в связи с необходимостью значительного улучшения тактико-технических характеристик кораблей, требования к корабельным дизелям непрерывно усложнялись и ужесточались. Наряду с требованиями общего порядка, определяющими основные характеристики дизеля и его конструкцию, к корабельным дизелям дополнительно предъявляется ряд специальных требований:

по стойкости против ударных сотрясений, воздушных и подводных ударных волн;
по допустимым магнитным и виброакустическим характеристикам;
по условиям работы при значительных разряжениях на впуске и противодавлениях на выпуске и др.

Поэтому создание современных корабельных дизелей требует выполнения сложных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Фундаментальные научные исследования в области дизелестроения выполнены в Центральном институте авиационного моторостроения (ЦИАМ), Научно-исследовательском институте дизелестроения (НИИД), Центральном научно-исследовательском дизельном институте (ЦНИДИ), Московском высшем техническом училище (МВТУ) им. Н.Э. Баумана, Ленинградском политехническом институте (ЛПИ), Ленинградском кораблестроительном институте (ЛКИ) и других научно-исследовательских и учебных заведениях. В частности, многолетние исследования по отработке рабочего процесса, проводившиеся в ЦИАМ и НИИД, способствовали существенному ускорению создания легких быстроходных дизелей типов М-50, М-503 и М-504 (завод “Звезда”), а также лодочных дизелей 42Д и 43Д (Коломенский завод). Большое творческое участие в создании дизелей типа “58”, “61” и “68” (завод “Русский дизель”) принимали сотрудники ЦНИДИ.

Однако основная, определяющая роль в проектировании, постройке опытных образцов, их конструктивной и теплотехнической доводке, организации серийного производства новых дизелей принадлежит авторам проектов — дизелестроительным заводам. Им, при содействии научных организаций, приходится решать сложные научно-технические проблемы, главными из которых являются: повышение мощности в одном агрегате; снижение удельных расходов топлива и масла; повышение показателей надежности (безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости); снижение массогабаритных показателей; автоматизация и дистанционное управление дизелями и др. Отечественными заводами спроектированы и построены корабельные дизели со следующими техническими показателями:

двухтактный дизель с прямоточно-клапанной продувкой (37Д) и двухтактный дизель с противоположно движущимися поршнями (“58”, “61” и “68”);
с рядной компоновкой (37L и 42L), с двухрядной компоновкой (“58”, “61”, “68” и 43Д), V-образной компоновкой (М-50), со звездообразной компоновкой (М-503, М-504);
с числом цилиндров в агрегате от 6 до 56;
с частотой вращения коленчатого вала от 500 до 2200 об/мин;
с системами воздухоснабжения: приводной центробежный компрессор, приводной роторный компрессор, свободный турбокомпрессор, двухступенчатый свободный турбонаддув и др.

Из приведенного выше перечня видно, что отечественными заводами в значительной степени освоены все современные технические решения в области дизелестроения.

Современный корабельный дизель представляет собой сложный комплекс механизмов и агрегатов. В его конструкции, состоящей из более 4000 деталей, находятся развитые системы воздухоснабжения, газовыпускные, охлаждения, рабочие и приводные механизмы, вспомогательное навешенное и установочное оборудование. В создании дизелей принимает участие огромное количество специалистов различного профиля, но ведущая роль принадлежит коллективам конструкторов дизельных заводов по созданию дизелей высокого технического уровня для энергетических установок кораблей ВМФ. Центральными фигурами этих коллективов в послевоенный период являлись главные конструкторы: С.А. Абрамов, П.М. Мерлис и Е.А. Никитин (Коломенский завод); В.А. Константинов и А.А. Хромцов (завод “Русский дизель”); В.М. Яковлев, Н.П. Петров и В.П. Байков (завод “Звезда”).

За выдающиеся успехи в создании новых корабельных дизелей главным конструкторам В.М. Яковлеву и П.М. Мерлису было присвоено звание Героя Социалистического Труда.

Особым подтверждением крупных научно-технических и производственных достижений в области дизелестроения является присуждение Государственных премий наиболее отличившимся конструкторам и производственникам дизелестроительных заводов: на Коломенском заводе - трижды (1946, 1971 и 1989 гг.); на заводе “Звезда” - дважды (1948 и 1965 гг.); на заводе “Русский дизель” - в 1968 г.

В процессе проектирования, доводки и испытаний корабельных дизелей активное участие принимали сотрудники 1-го ЦНИИ МО, военные моряки. Их творческий труд отмечен также присуждением Государственной премии СССР. В разные годы лауреатами стали А.Е. Кузаев, А.Ф. Махарадзе, Г.И. Аграчев, Ю.Я. Яковлев, А.А. Рихтер. В 1965 г. М.П. Захарович удостоен звания лауреата Ленинской премии за участие в создании двигателей М-503 и М-504.

КОРАБЕЛЬНЫЕ ГАЗОТУРБИННЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ

В настоящее время энергетические установки большинства надводных кораблей флотов развитых стран оснащены газотурбинными двигателями (ГТД). Газотурбинные двигатели входят в состав как единых газотурбинных энергетических установок (ГТЭУ), так и комбинированных дизель-газотурбинных энергетических установок (ДГТЭУ).

Основными преимуществами ГТД являются: высокая экономичность, большие агрегатные мощности при малых массе и габаритах, приспособленность к автоматизации, высокая надежность, простота конструкции и обслуживания, высокая технологичность, возможность агрегатного ремонта. Все эти качества были достигнуты в результате упорных и длительных поисков ученых и конструкторов. И только сегодня, при достаточно высоком уровне развития газотурбостроения, можно оценить, сколь высок вклад отечественных ученых и инженеров в создание высокоэффективных корабельных газотурбинных установок, не имеющих альтернативы не только в настоящее время, но и в обозримом будущем.

Первой серьезной попыткой создания корабельного газотурбинного двигателя была работа инженер-механика Российского флота П.Д. Кузьминского, который еще в 1892 г. предложил и изготовил оригинальный двигатель с камерой сгорания, охлаждаемой водой, и турбиной радиального типа. Эта конструкция, называемая ныне в литературе турбиной Юнгстрема, была предложена на 14 лет раньше, чем это сделали братья Юнгстрем (Швеция, 1906 г.). Двигатель П.Д. Кузьминского был двигателем с горением при постоянном давлении.

Увлечение в 20-х годах нашего столетия строительством ГТД с горением при постоянном объеме во многом может быть объяснено отсутствием возможности создания осевого или центробежного компрессора с достаточно высоким КПД при принятой степени повышения давления, в то время как использование цикла с горением при постоянном объеме позволяло добиться повышения давления за счет сгорания топлива в закрытом объеме. Уровень науки в области теории создания турбомашин, особенно компрессоров, был столь низким, что на каком-то этапе утвердилось мнение о невозможности достижения необходимого КПД турбомашин, когда двигатель с горением при постоянном давлении мог быть работоспособным.

В эти же годы В.М. Маковский утверждал, что применение прерывистого горения носит неустойчивый характер, что ГТД присущ непрерывный процесс подачи рабочего тела. Своим трудом, написанным в 1920 г. и изданным в 1925 г., он активизировал деятельность советских исследователей и конструкторов в решении проблемы создания ГТД, работающего с горением при постоянном давлении. И только создание научного задела в области аэродинамики и прочности турбомашин, особенно компрессоров, и исследования различных схемных решений процессов горения, выбор и разработка материалов, работоспособных при высокой температуре, позволили практически подойти к реализации идеи газотурбинного двигателя.

Выдающийся вклад в развитие корабельного газотурбостроения внес Г.И. Зотиков, сотрудник 1 -го ЦНИИ МО. Им был разработан и изложен в монографии “Проблема турбины внутреннего сгорания. Турбина равного давления” (1933 г.) и ряде статей принципиально новый теоретический подход к сравнительной оценке циклов газотурбинных двигателей и обоснован вывод, что вместо ожидаемых выгод от турбины с горением при постоянном объеме можно получить одни убытки. Поэтому он настоятельно рекомендовал остановиться в настоящее время на турбине с горением при постоянном давлении. Это утверждение Г.И. Зотиков обосновал термодинамическими расчетами, а также разработкой теории расчета температуры лопаток, запасов прочности в дисках и лопатках, выбором конкретных материалов для их изготовления, обоснованием эффективных способов уменьшения потерь и достижения высокого КПД турбин. Его труды стали обоснованной программой создания первого отечественного корабельного ГТД, а правильность их основных положений подтверждена всем ходом последующего развития газотурбостроения.

В 1935-1941 гг. под научно-техническим руководством Г.И. Зотикова начались работы по созданию турбины внутреннего сгорания опытной (ТВСО) - корабельного ГТД мощностью 3500 л.с. Двигатель создавался по циклу с промежуточным охлаждением и регенерацией. Степень повышения давления Пк = 8, начальная температура газа 1173°К (900°С), компрессор центробежный, двухступенчатый, турбина одноступенчатая с диффузором, лопатки турбин охлаждались водой. Однако война прервала эти работы.

В период Великой Отечественной войны продолжались работы по проектированию корабельного ГТД. Это позволило сразу после окончания войны приступить к разработке ГТУ-42 мощностью 14000 л.с., применительно к строящемуся в те годы сторожевому кораблю проекта 42. В 1948 г. технический проект был закончен. Коллективу под руководством Г.И. Зотикова, куда входили Л.А. Маслов, В.И. Козловский, Д.М. Кудреватый, Е.И. Русанов и другие специалисты, пришлось решать целый комплекс новых научных задач. К наиболее выдающимся результатам можно отнести разработку метода расчета по данным продувок плоских решеток и создание осевого компрессора, имевшего при степени повышения давления Пк = 4,5 КПД более 0,9. При испытаниях компрессора были экспериментально подтверждены высокие характеристики, и в дальнейшем этот компрессор использовался как модель для создания целого ряда компрессоров, как для корабельных ГТД (М-2, М-З, Д-2, ГТУ-6), так и для ГТД народнохозяйственного назначения.

В конце 40-х годов специалистами 1-го ЦНИИ МО была обоснована перспективность применения газотурбинных двигателей на кораблях ВМФ и выполнен ряд НИР в обоснование технического задания (ТЗ) на создание корабельных газотурбинных установок. Возглавил эти работы Г.Н. Богданов-Катьков. В 1951 г. было разработано ТЗ на создание первой отечественной газотурбинной установки УГТУ-1. Для сокращения сроков разработки и постройки этой установки в качестве прототипа был выбран авиационный турбовинтовой двигатель конструкции С.А. Колосова. УГТУ-1 имела мощность 4000 л.с., ресурс 100 ч, расход топлива 410 г/л.с.ч. В 1952 г. межведомственная комиссия под председательством Л.В. Гастева по результатам стендовых испытаний в г. Казани рекомендовала УГТУ-1 к установке на опытной торпедный катер проекта 183. Государственные испытания катера показали достаточно надежную работу установки, что позволило комиссии рекомендовать ее к внедрению на большую серию катеров. В акте государственной комиссии отмечено, что газотурбинный двигатель имеет перспективу применения его на быстроходных катерах при условии получения большой мощности в одном агрегате, превосходящей мощность дизелей, при одновременном повышении экономичности и моторесурса, а также получении всережимности его работы и реверса. Практически это была программа развития корабельного газотурбостроения.

Кроме того, испытания УГТУ-1 на корабле выявили несколько серьезных проблем, таких как: использование более тяжелых, чем авиационный керосин, сортов топлива и применение материалов, коррозионно-стойких в среде морского воздуха, и продуктов сгорания топлива, обеспечение ударостойкости и др. Решение всех указанных проблем определило необходимость создания специальных корабельных двигателей.

Для разработки, испытаний и серийного производства корабельных газотурбинных двигателей и агрегатов 1-м ЦНИИ МО было обосновано создание на строящемся “Южном турбинном заводе” в г. Николаеве базы по проектированию и производству корабельных установок. Главным конструктором завода и начальником вновь организованного специального конструкторского бюро по газотурбинным установкам (СКБ ГУ), впоследствии НПП “Машпроект” им. С.Д. Колосова, был утвержден С.Д. Колосов. В дальнейшем конструкторское бюро возглавляли Я.Х. Сорока и В.И. Романов.

Отдельным направлением газотурбостроения в этот период было создание для противолодочных кораблей проектов 204 и 35 газотурбокомпрессоров (ГТК) Д-2 (1960 г.) и Д-З (1964 г.) мощностью 15000-18000 л.с. и ресурсом 2000 ч, подающих сжатый воздух от отдельно стоящих компрессоров в гидромотор.

Таким образом, за первые 10 лет с момента организации базы корабельного газотурбостроения были созданы двигатели и агрегаты первого поколения как для малых, так и для больших кораблей, при этом мощность агрегатов возросла примерно в 10 раз, удельный расход топлива сократился в 1,5 раза, ресурс увеличен в десятки раз. Серийный выпуск газотурбинных двигателей и агрегатов позволил создать корабли различных классов. Советский ВМФ по использованию газотурбинных двигателей занял ведущее положение в мире.

Усилия конструкторов, ученых и специалистов ВМФ по созданию корабельных газотурбинных агрегатов первого поколения (М-2, Д-2, М-З) были высоко оценены государством. С.Д. Колосов, Я.Х. Сорока, Б.А. Гребнев, В.В. Ващиленко удостоены Ленинской премии. Впервые в мире газотурбинная установка М-З была поставлена на большой противолодочный корабль проекта 61.

В 1965-1966 гг. началось создание газотурбинных двигателей и агрегатов второго поколения. Выполненный комплекс работ по улучшению аэродинамики, повышению КПД компрессоров и турбин, снижению потерь в трактах позволили, при практически неизменных параметрах цикла, повысить экономичность (220-240 г/л.с.ч.), мощность единичных двигателей (18000-20000 ч). Для улучшения маневренности кораблей впервые в мире были решены проблемы газового реверса двигателей. В целях увеличения дальности плавания кораблей созданы газотурбинные установки с применением в агрегатах маршевых двигателей для обеспечения экономичного режима на малых и боевом экономических ходах и основных (ускорительных) двигателей для полных ходов. Агрегат М-5 для корабля проекта 1134Б состоял из одного маршевого ГТД мощностью 6000 л.с. и двух основных двигателей по 20000 л.с. Для корабля проекта 1135 был создан агрегат М-7 в составе двух маршевых ГТД по 6000 л.с. и двух форсажных ГТД по 18000 л.с. С целью дальнейшего повышения экономичности в этом агрегате применена межредукторная передача, обеспечивающая работу одним маршевым двигателем на два гребных винта.

Агрегаты М-5 и М-7 не имеют аналогов в мировой практике, в них впервые были внедрены реверсные силовые турбины, двухскоростные редукторы, межредукторная передача, быстродействующие шинно-пневманические муфты и ряд других прогрессивных технических решений. За создание газотурбинных двигателей и агрегатов второго поколения М-5 и М-7 большая группа специалистов судостроительной промышленности и ВМФ в 1974 г. была удостоена Государственной премии СССР. Лауреатами премии стали В.И. Романов, А.М. Агранович, Л.У. Батырев, Ф.Ф. Беляев, В.Я. Григоренко, В.В. Гартвиг, В.П. Коновалов, Б.Ю. Тлехас, Е.В. Петров, К.М. Василец, Н.А. Клименко, В.Ф. Урусов.

Период 60-х годов характерен возросшим вниманием к кораблям с динамическими принципами поддержания: на подводных крыльях и воздушной подушке. Специфика указанных кораблей потребовала создания для них специальных ГТД и агрегатов, близких по массогабаритным характеристикам к авиационным, но отвечающих всем требованиям, вытекающим из тяжелых условий применения на быстроходных кораблях. Достигнутый к этому времени уровень корабельного газотурбостроения позволил приступить к решению проблемы создания этого нового класса кораблей. В 1970 г. был создан корабль на воздушной подушке проекта 1232 с уникальным агрегатом ДТ-4. Этот агрегат состоит из двух легких, мощностью по 18000 л.с., двигателей и трансмиссии, состоящей из 18 планетарных и угловых редукторов восьми типов, обеспечивающей передачу мощности одновременно на четыре нагнетателя и на четыре воздушных винта, а также механическую связь нагнетателей и винтов правого и левого бортов.

Не менее уникальной является созданная в этот же период установка М-10 для кораблей на подводных крыльях проектов 1141 и 1240, состоящая из газотурбинного двигателя мощностью 20000 л.с. и угловой редукторной передачи типа “колонка” для привода винтов. Исследования 1-го ЦНИИ МО и ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова показали реальную возможность унификации угловых редукторных передач для трех разных типов кораблей.

Опытная эксплуатация первых кораблей на воздушной подушке и подводных крыльях показала необходимость решения целого ряда специфических вопросов, а именно: обеспечение работоспособности ГТД и стабильности его характеристик в условиях интенсивного забрызгивания морской водой воздухоприемных устройств, в условиях низких и высоких температур наружного воздуха от -40°С до +40°С, обеспечение работоспособности разветвленной трансмиссии при волнении в условиях недостаточно “жесткого” корпуса, повышения надежности, пожаробезопасности и др.

Большой вклад в решение проблемы создания и внедрения двигателей и агрегатов второго поколения внесли специалисты ВМФ и МСП: И.А. Потапочкин, В.И. Николаев, Г.Г. Жаров, И.А. Сорокин, М.А. Богун, Б.В. Захаренко, В.П. Зимин, А.И. Айол, Л.З. Колтун, Г.А. Федяков и другие. Главный конструктор агрегатов для кораблей на воздушной подушке Л.М. Тройнич удостоен Государственной премии.

Таким образом, к началу 70-х годов завершился период создания и освоения газотурбинных двигателей и установок первого и второго поколений, характерный достижением температуры газа 870°С, степени повышения давления 12, удельного расхода топлива 220 г/л.с.ч.

В начале 60-х годов на базе большого объема проектных и экспериментальных работ, выполненных ЦКБ под руководством Р.Е. Алексеева и 1-го ЦНИИ МО, была подтверждена возможность создания кораблей-экранопланов (КЭП) достаточно большого водоизмещения. Одной из основных проблем создания КЭП является выбор типа и параметров двигателей главной энергетической установки, т.к. эффективность ГЭУ в значительной степени определяет эффективность корабля-экраноплана. В целом ГЭУ должна обеспечивать как режимы длительного околоэкранного движения с максимальной экономичностью, так и кратковременные стартовые режимы, требующие суммарную мощность в 3-4 раза выше. Энерговооруженность КЭП во много раз превосходит энерговооруженность водоизмещающих кораблей и достигает на взлетных режимах около 600-650 л.с. на одну тонну веса корабля, что приводит к необходимости создания легких двигателей с большой агрегатной мощностью (до 15-17 т тяги). В противном случае, на корабле потребуется установить большое число двигателей, что приводит к трудностям их размещения и увеличению аэродинамического сопротивления. Этим условиям отвечали только авиационные двигатели, но потребовался комплекс работ по их конвертации, разработке мероприятий, позволяющих надежно эксплуатировать авиационные двигатели в морских условиях и исключающих взаимное влияние близко расположенных силовых установок. Таким образом, в энергетических установках этих типов кораблей должны гармонично сочетаться весьма противоречивые требования, присущие одновременно энергетическим установкам кораблей и самолетов.

Следует отметить, что указанные проблемы и задачи были решены отечественными специалистами в достаточно короткий срок. Так, уже в 1965 г. экраноплан КМ (корабль-макет), получивший на западе название “Каспийский монстр”, был предъявлен на всесторонние испытания. Последующий тщательный анализ показал, что из числа серийных авиационных двигателей наиболее приемлемые характеристики и параметры ГЭУ КЭП имеют двухконтурные турбореактивные двигатели для обеспечения стартовых режимов и турбовинтовые двигатели для обеспечения околоэкранного движения. Для главной энергетической установки первого КЭП “Орленок” были приняты в качестве стартовых двигателей двухконтурные ТРДД НК-8-4 и для околоэкранных режимов -турбовинтовой двигатель НК-12МА. Оба двигатели - конструкции Н.Д. Кузнецова. Последующими работами была решена задача наиболее полного удовлетворения противоречивых требований по экономичности при условии применения единого двигателя в составе ГЭУ КЭП. Так, на КЭП “Лунь” ГЭУ состоит из 8 турбореактивных двухконтурных двигателей ПК-87.

Наиболее весомый вклад в исследования, разработку и доводку энергетических установок для кораблей-экранопланов внесли Р.Е. Алексеев, Н.Д. Кузнецов, П.А. Булыгин, А.П. Петров, В.М. Лапшин, Г.С. Перевозкин.

В конце 60-х годов 1-м ЦНИИ МО совместно с Военно-морской академией и НПП “Машпро-ект”, а также ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова выполнен комплекс научно-исследовательских работ по определению путей дальнейшего совершенствования ГТД и установок. Было доказано, что основным направлением улучшения всех основных характеристик является повышение параметров цикла и создание ряда унифицированных (для водоизмещающих кораблей и кораблей с динамическим поддержанием) ГТД третьего поколения. Предусматривалось разработать три унифицированных двигателя мощностью 4000-5000, 10000-12000 и 20000-24000 л.с., при этом температура газа должна составлять 1100-1200°С, степень повышения давления 17-22, удельный расход топлива 170-180 г/л.с.ч.

Выполнение подобной задачи требовало решения целого ряда сложных инженерно-технических проблем. В частности: создание жаропрочных коррозионно-стойких для морских условий сплавов и покрытий, высокоэффективных систем охлаждения деталей двигателей и в первую очередь рабочих лопаток, разработки методов и средств глубокой очистки воздуха от солей морской воды. НПП “Машпроект”, ЦНИИ КМ “Прометей” совместно с институтами АН УССР в начале 70-х годов был создан коррозионно-стойкий жаропрочный сплав, послуживший основой для получения сплавов с повышенными прочностными характеристиками. Созданы уникальные установки и отработана технология нанесения покрытий, в частности, электронно-лучевое напыление четырехкомпонентного коррозионно-стойкого покрытия и теплозащитного керамического. Внедрены электронно-лучевая сварка и пайка сплавов, применяемых в двигателях. Работа по созданию материалов и покрытий для газотурбинных двигателей удостоена Государственной премии СССР. Лауреатами премии стали В.И. Романов, О.Г. Жирицкий, А.М. Симонов, О.С. Костырко, Н.И. Матюшенко, Г.Ф. Мяльница и другие.

Одновременно выполнялся большой комплекс работ по совершенствованию систем охлаждения лопаток. Была отработана и внедрена “вихревая” система охлаждения рабочих лопаток, обеспечивающая перепад температур между газом и металлом более 200°С.

Для разработки эффективных средств защиты двигателей от солей морской воды были созданы измерительные средства и начаты систематические измерения водности воздуха, поступающего в ГТД, на всех классах кораблей. Полученная информации послужила основой для разработки требований к чистоте воздуха и средств очистки. Первоначально требования к очистке воздуха от солей морской воды были направлены на обеспечение стабильности характеристик двигателей и необходимого времени непрерывной работы между промывками проточной части. Выполнение этих требований достигалось применением в основном одноступенчатых жалюзийных сепараторов, улавливающих крупнодисперсную влагу. Однако для двигателей третьего поколения, имевших температуру более 1000°С, необходимо было ужесточить требования по солесодержанию до 0,07-0,03 мг соли на килограмм воздуха на входе в двигатель. При этих условиях и при использовании указанных сплавов и покрытий в значительной мере исключались высокотемпературная и низкотемпературная горячая коррозия лопаток турбин и обеспечивался ресурс. Столь высокие требования могли быть обеспечены путем применения специальных высокоэффективных многоступенчатых устройств с использованием не только жалюзийных сепараторов, но и фильтров, и вихревых сепараторов. Такие системы были созданы и показали высокую эффективность в период испытаний и последующей эксплуатации кораблей. Особый вклад в разработку и внедрение систем очистки воздуха внесли И.Г. Утянский, Ю.К. Пятанов, Г.П. Панасюк, В.И. Голованов и другие.

В 1981-1982 гг. завершилось создание первых двух унифицированных ГТД третьего поколения М-70 мощностью 10000-12000 л.с. и М-75 мощностью 5000 л.с. Экономичность двигателей была повышена за счет увеличения температуры газа перед турбиной, степени сжатия в компрессоре, улучшения аэродинамики и повышения КПД компрессоров и турбин, удельный расход топлива составил 170-190 г/л.с.ч. Удельная масса ГТД составила 0,2-0,3 кг/л.с. за счет применения высоконагруженных одноступенчатых турбин, двухопорного ротора турбокомпрессора высокого давления (вместо трехопорного), противоточной камеры сгорания, новых технологий и т.д. Двигатель М-70 при практически одинаковой мощности с ГТД М-62 имел на 15% большую экономичность, в 4 раза меньшую массу и в 1,5 раза меньшие габариты.

Серийный выпуск М-70 и М-75 обеспечил строительство новых кораблей проектов 1206, 1209, 12061, 12322, 1241.1, 11451. 1164 и др.

Наиболее весомый вклад в создание ГТД третьего поколения внесли главные конструкторы В.И. Игнатенко, А.М. Агранович, Л.М. Тройнич, специалисты 1-го ЦНИИ МО и ВМФ В.С. Князев, Н.А. Клименко, В.М. Лапшин, С.П. Кактыш, И.А. Сорокин, В.Н. Бараш, Л.В. Гандзиошин, сотрудник ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова В.В. Гартвиг.

Особым направлением повышения экономичности ГТД является утилизация тепла уходящих газов. Исследования, выполненные в 1-м ЦНИИ МО совместно с ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова и НПП “Машпроект”, показали, что применение утилизации тепла отработавших в ГТД газов в паровом теплоутилизационном контуре (ТУК) позволяет при заданной мощности установки увеличить ее экономичность на 20-30%. Первый опыт применения ТУК был получен при создании агрегата Т-1 для корабля комплексного снабжения “Березина”. Эксплуатация корабля показала, что в такой установке сохраняются все преимущества газотурбинной установки, однако резко увеличиваются масса и габариты из-за неудовлетворительных массогабаритных характеристик утилизационного котла. Поэтому в дальнейшем усилия были направлены на отработку высокоэффективных оребренных поверхностей нагрева, что позволило в 1980 г. впервые в мире создать компактную, высокоэкономичную установку для боевого корабля проекта 1164. Утилизация тепла в паровом контуре была применена и в газотурбогенераторе ГТГ-1250У. При этом пар использовался на бытовые нужды корабля. Непосредственное участие в обосновании эффективности применения ТУК, отработке на стендах и внедрении на кораблях принимали специалисты 1-го ЦНИИ МО и ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова.

Одновременно с началом создания ГТД первого поколения на заводе “Экономайзер” было организованно новое для корабельной энергетики направление по созданию газотурбогенераторов (ГТГ) для электроэнергетических систем кораблей среднего и большого водоизмещения.

В 1-м ЦНИИ МО на основе исследований динамических характеристик была обоснована целесообразность применения для газотурбогенераторов блокированных одновальных схем, когда одна и та же турбина приводит во вращение и компрессор и, через редуктор, генератор. Несмотря на то, что эта рекомендация шла в разрез с устоявшимся мнением и опытом ряда зарубежных фирм, время подтвердило ее справедливость. Ныне все корабельные ГТГ в нашей стране и за рубежом создаются по одновальной схеме.

Первый газотурбогенератор ГТУ-З мощностью 300 кВт был установлен для проверки в натуральных условиях на корабле проекта 41. Результаты испытаний позволили рекомендовать газотурбогенераторы для установки на надводные корабли. В 1966 г. начат серийный выпуск ГТУ-6А. В дальнейшем в результате большого объема опытно-конструкторских работ, с учетом опыта эксплуатации, были созданы унифицированные ГТГ мощностью 1250, 1500, 1600 кВт. ГТГ отличаются простотой конструкции, ресурс до капитального ремонта составляет 50000 ч, качество электроэнергии соответствует самым жестким требованиям корабельного оружия. Унифицированными ГТГ оснащены корабли проектов 61, 1134Б, 1155, 1144, 1164. Наиболее весомый вклад в создание ГТГ внесли главные конструкторы С.Я. Ошеров, В.П. Борисов, Г.М. Левин, Б.Г. Викторов, Л.М. Ронкин, а также специалисты ВМФ.

Таким образом, к концу 80-х - началу 90-х годов были созданы три поколения газотурбинных двигателей и установок, что обеспечило строительство более 30 проектов кораблей от малых КВП “