Газотурбинные силовые установки на кораблях | Военное оружие и армии

Газотурбинные силовые установки на кораблях

Погожим весенним днем 1947 года от причала одного из британских портов вышел в море неприметный катер. Он не имел даже названия-лишь обозначение MGB2009.

Ходовые испытания этого катерка ознаменовали начало применения на флоте принципиально нового типа силовых установок — газовых турбин. На MGB2009 один из трех бензиновых моторов мощностью 1250 л. с. был заменен газотурбинным двигателем «Метрополитен-Виккерс» («Метровик») G2 мощностью 2500 л. с. Это позволило повысить скорость катера водоизмещением 100 т с 30 до 35 узлов. С учетом положительных результатов эксплуатации MGB2009 английское Адмиралтейство приняло решение о постройке двух патрульных катеров типа «Болд» водоизмещением 150 т со скоростью полного хода 43 узлов. Комбинированная четырехвальная энергетическая установка кораблей суммарной мощностью 13 000 л. с. состояла из двух дизелей мощностью по 2500 л. с, вращавших два средних гребных вала, и двух ускорительных газотурбинных двигателей мощностью по 4000 л. с, работавших на два бортовых вала.

1493400726_3

 

ПРЕДЫСТОРИЯ

Первой серьезной попыткой создания корабельного газотурбинного двигателя была работа инженер-механика Российского флота П. Д. Кузьминского, который еще в 1892 году предложил и изготовил оригинальный двигатель с камерой сгорания, охлаждаемой водой, и турбиной радиального типа. В 1935-1941 годах под научно-техническим руководством Г. И. Зотикова велись работы по созданию турбины внутреннего сгорания опытной (ТВСО) — корабельного ГТД мощностью 3500 л. с. Однако в то время эти работы не увенчались успехом.

СОВЕТСКИЕ КОРАБЕЛЬНЫЕ ГАЗОВЫЕ ТУРБИНЫ

В 1951 году было разработано техзадание на создание первой советской 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 составлял всего 100 ч. В 1952 году УГТУ-1 была установлена на опытной торпедный катер проекта 183. Испытания прошли в целом успешно, показав целесообразность дальнейшего развития корабельных газотурбинных установок. Для их производства было решено передать строящийся в Николаеве Южный турбинный завод (изначально предназначавшийся для производства паровых турбин). В 1954 году на предприятии создали конструкторское бюро по разработке ГТД, а в следующем году в Николаеве выпустили первую серийную газовую турбину М1, предназначавшуюся для торпедных катеров.

Отдельным направлением газотурбостроения в раннем периоде было создание для противолодочных кораблей проектов 204 и 35 газотурбокомпрессоров Д-2 (1960 г.) и Д-3 (1964 г.) мощностью 15 000 — 18 000 л. с, подающих сжатый воздух от отдельно стоящих компрессоров в гидромотор. Такие силовые установки оказались неэффективными, и николаевские машиностроители сосредоточились на более традиционных установках, приводящих гребные винты. Крупным успехом стало создание первой в мире всережимной газотурбинной установки для больших противолодочных кораблей проекта 61 (головной «Комсомолец Украины» вошел в строй в 1962 году). Такая установка состояла из четырех ГТД МЗ мощностью по 18 000 л. с. и нетребовала каких-либо дополнительных двигателей для экономического хода. За рубежом подобные силовые установки появились лишь в следующем десятилетии (на американских эсминцах типа «Спрюенс»). В целях увеличения дальности плавания кораблей в Николаеве были 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 20 000 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 18 000 л.с. В 1981-1982 годах завершилось создание первых двух унифицированных ГТД третьего поколения М-70 мощностью 10 000 — 12 000 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.

БРИТАНСКИЙ ПУТЬ

За рубежом ведущую роль в создании корабельных газотурбинных установок до середины 1970-х годов сохраняла за собой Великобритания. Ее конструкторы пошли своеобразным путем, применив на крупных кораблях комбинированную силовую установку схемы COSAG (Combined Steam And Gas). Она включала паровые и газовые турбины, а также редукторы, обеспечивающие совместную или раздельную работу обоих турбин. На эсминцах типа «Каунти» установили по две паровые турбины (по 15 000 л. с.) и четыре газовые «Метровик» G6 (по 7500 л. с), на фрегатах типа «Трайбл» — по одной турбине каждого типа. За пределами Великобритании силовые установки COSAG распространения не получили.

КОРАБЕЛЬНЫЕ ГТД

Совместное применение паровых и газовых турбин оказалось неэффективным. А вот с дизелями получилось лучше. Несмотря на сравнительно большую удельную массу дизельных двигателей, они отличаются низким расходом топлива.

Поэтому в военных флотах получили распространение дизель-газотурбинные силовые установки. В них дизеля применяются для экономического хода, а ГТД включаются лишь на полном ходу.

Существуют две возможные конфигурации таких установок: CODAG (Combined Diesel And Gas) и CODOG (Combined Diesel Or Gas).

В первом случае на полном ходу совместно работают дизеля и ГТД, во втором — только газовые турбины. Силовая установка CODAG применялась, например, на уже упоминавшийся катерах типа «Болд», а из крупных кораблей впервые использовалась на немецких фрегатах типа «Кельн» (четыре дизеля MAN по 3000 л. с. и две газовые турбины «Браун-Бовери» по 12 000 л. с).

Из современных кораблей она используется на немецких фрегатах «Заксен», норвежских «Фритьоф Нансен», российских проекта 22350.

Силовые установки CODOG проще CODAG, поскольку не требуют сложных редукторов, обеспечивающих одновременную работу на один вал дизелей и ГТД. Однако при этом требуется применение газовых турбин сравнительно большей мощности. Схема CODOG широко применяется на фрегатах немецкой постройки («Бремен», «Бранденбург» и экспортных проекта МЕКО200), а также индийских фрегатах «Шивалик», южнокорейских корветах «Поханг» и целом ряде других кораблей. Например, на новых шведских корветах типа «Висбю» применена силовая установка в составе четырех ГТД TF50A (по 5440 п. с.) и двух дизелей MTU (по 1770 л. с.)

ТОЛЬКО НА ТУРБИНАХ

Применение на кораблях с дизель-газотурбинными силовыми установками двигателей двух разных типов создает определенные трудности с их техническим обслуживанием. С эксплуатационной точки зрения предпочтительней применение однотипных двигателей. Поэтому в 1970-е годы начали появляться корабли с газо-газотурбинным силовыми установками, в которых используются ГТД малой мощности для экономического хода и большой — для полного. В зависимости от того, работают ли эти ГТД на полном ходу раздельно или совместно, различают варианта конфигурации газо-газотурбинных установок: COGOG и COGAG. Первый вариант применен, например, на ракетных крейсерах типа «Слава» (проект 1164), британских эсминцах типа «Шеффилд», канадских «Ирокез», голландских фрегатах «Кортенар». Силовые установки COGAG применены на российских сторожевых кораблях типа «Неустрашимый» (проект 11540) и ряде других. Интересным примером являются английские фрегаты типа «Бродсуорд». На первых двух сериях этих кораблей применялись силовые установки COGOG в составе двух турбин экономического хода «Тайн» (суммарной мощностью 9700 л. с.) и двух полного хода «Олимпус» (54 000 л. с). На фрегатах третьей серии установлены более совершенные, но менее мощные турбины полного хода «Спей» (37 540 л. с), поэтому на них перешли к схеме COGAG. Разновидностью чисто газотурбинных силовых установок являются всережимные, в которых нет разделения на ГТД полного и экономического хода, а применяются однотипные газовые турбины. Мы уже упоминали о «Комсомольце Украины» — первом в мире корабле с такой установкой. Начиная с 1970-х годов всережимные установки получили наибольшее распространение в ВМС США. На серии эсминцев типа «Спрюенс» установили по четыре ГТУ LM2500, созданных фирмой «Дженерал Электрик» на базе самолетного двигателя TF39 (применяется на тяжелом транспортном самолете С-5 «Гэлакси»). Помимо 31 корабля типа «Спрюенс» такие силовые установки применили на четырех эсминцах типа «Кидд», 27 крейсерах «Тикондерога». В настоящее время всережимные установки с четырьмя турбинами LM2500 устанавливаются на эсминцах типа «Арли Берк» (в строю 62 корабля, а всего в серии планируется 76). На меньших по размеру фрегатах типа «Оливер X. Перри» (построено с учетом зарубежных «клонов» 71 корабль) применялась всережимная силовая установка из двух турбин LM2500.

НОВЫЕ ТЕНДЕНЦИИ

В 1980-е годы в Великобритании была разработана силовая установка CODLAG (Combined Diesel-eLectric And Gas), в которой для экономического хода используются электродвигатели, питаемые от дизель-генераторов, а на полном ходу на вал подключались дополнительно газовые турбины. Такие установки применили на фрегатах типа «Норфолк», а также кораблях франко-итальянского проекта FREMM. Преимуществом CODLAG является малошумность на экономической скорости, что необходимо для борьбы с подлодками.

На ряде наиболее современных кораблей (английских эсминцах типа «Дэринг» и американских «Зумвольт») применены ГТУ с полным электродвижением. То есть в них не предусмотрена работа ГТД непосредственно на вал: на вал работают электродвигатели, а ГТД приводят в действие генераторы. Например, на «Дэрингах» установлены две ГТУ «Роллс-Ройс» WR-21 (по 28 800 л. с.) и два гребных электродвигателя (по 27 000 л. с).

Вам понравится

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Поделиться записью в соц. сетях