Сердца кораблей: как Россия строит новые морские двигатели
Перед Россией стоит непростая задача по локализации судового комплектующего оборудования: зависимость от иностранной продукции приводит к утрате добавленной стоимости, остающейся за границей. Пожалуй, наиболее важным сегментом являются судовые двигатели, ведь это - сердце любого самоходного судна.
Основными типами главных двигателей современных кораблей являются паровые турбины (котлотурбинные и ядерные энергетические установки), дизели и газотурбинные двигатели (ГТД), а также комбинированные энергетические установки. В настоящее время энергетические установки большинства надводных военных кораблей развитых стран оснащены газотурбинными двигателями. Это связано с их малым удельным весом и компактностью, высокой готовностью к работе, низким уровнем вибраций, большой надежностью, возможностью достижения существенной автоматизации и осуществления дистанционного управления. Для российского кораблестроения применение газотурбинных установок имеет в настоящее время большую актуальность также из-за отсутствия необходимой номенклатуры отечественных судовых дизелей.
Применение комбинированных энергетических установок (дизель-газотурбинных или газотурбинных установок с частичным электродвижением) позволяет ещё эффективнее использовать преимущества корабельных газотурбинных двигателей.
Известно, что в Советском Союзе ГТД разрабатывались конструкторским бюро «Машпроект» и выпускались предприятием «Заря» г. Николаев. Современные российские ГТД морского исполнения имеют лучшую топливную эффективность, а также большую мощность и ресурс по сравнению с морскими ГТД аналогичного типа, разработанными в Советском Союзе. Речь идет о линейке ГТД: М70ФРУ, М90ФР, дизель-газотурбинный агрегат М55Р.
Морской газотурбинный двигатель М70ФРУ - двигатель поколения 4+, находится на уровне зарубежных аналогов и имеет мощность 10,3 МВт. Изначально предполагалось его применение в составе энергетических установок ракетных катеров и ракетных кораблей различных классов. Однако заказы на поставку серийных двигателей не поступали по причине комплектования кораблей газотурбинными двигателями производства Украины.
В настоящее время «Объединенная двигателестроительная корпорация» (ОДК) готова к серийному изготовлению ГТД данного типа. На базе М70ФРУ созданы две модификации: М70ФРУ – Р с реверсивной силовой турбиной для корветов и фрегатов и М70ФРУ-2 для десантных кораблей на воздушной подушке, с возможностью отбора мощности как со стороны силовой турбины, так и со стороны входного устройства.
Диапазон применения М70ФРУ достаточно широк: может применяться в составе ГЭУ кораблей, в том числе фрегатов, корветов, кораблях на воздушной подушке (ДКВП) как в качестве маршевых, так и форсажных двигателей.
Газотурбинный двигатель морского исполнения М90ФР мощностью 20 МВт применяется в составе дизель-газотурбинного агрегата (ДГТА) М55Р, разработанного для использования в качестве главной энергетической установки фрегатов проекта 22350. В настоящее время АО ОДК поставила в ПАО «СЗ «Северная верфь» четыре ДГТА М55Р для фрегатов «Адмирал Головко» и «Адмирал флота Советского Союза Исаков». Кроме того, ОДК разработана модификация двигателя М90ФР - двигатель «М90ФР в капоте» для перспективного корвета. Также прорабатываются варианты создания двигателя мощностью 25 МВт на базе М90ФР. Рассматривается и вариант создания двухтопливной модификации двигателя М90ФР, которая может быть востребована в нефтегазодобывающей отрасли, например, в составе буровых платформ.
М90ФР возможно интегрировать в состав силовых установок кораблей иностранного производства. Ведется оформление паспортов экспортного облика и рекламных паспортов на экспортный вариант двигателя М90ФР. Возможно (под требования заказчика), потребуются небольшие доработки составных частей двигателя (кожуха, газоотвода, входного устройства) с целью «привязки» его к корабельным системам конкретного проекта корабля.
Дизель-газотурбинный агрегат М55Р предназначен для кораблей проекта 22350, в состав агрегата помимо газотурбинного двигателя М90ФР мощностью 20МВт входит дизель 10Д49 мощностью 3,2 МВт, редуктор РО55Р и системы управления. По своим характеристикам она не уступает известным зарубежным аналогам.
Важно, что все применяемые для изготовления материалы и комплектующие изделия – отечественного производства. Был проделан большой объём работ по импортозамещению комплектующих изделий – часть комплектующих пришлось разрабатывать «с нуля» (с участием отечественных поставщиков), по остальным – провести работы по валидации применения в составе ГТД М90ФР (ДГТА М55Р) комплектующих изделий-аналогов, ранее уже производимых на территории России.
Ресурсные показатели указанных ГТД соответствуют современным, в том числе зарубежным аналогам. Возможно, дальнейшая модернизация двигателей М90ФР и М70ФРУ будет выполняться в рамках реализации разработки ГТА для проекта перспективного фрегата (замена устаревших агрегатов топливной аппаратуры, маслоагрегатов, системы локального управления и системы вибродиагностики). Высокая ремонтопригодность двигателей обеспечивается принятыми конструктивными решениями.
В целом, российские ГТД морского исполнения, как заявляют разработчики, имеют лучшую топливную эффективность, а также большую мощность и ресурс, чем ГТД производства Украины, и сопоставимые характеристики с аналогами из дальнего зарубежья.
При проектировании и изготовлении ГТД использовались современные технологии. Так, все большее применение при проектировании двигателей находят аддитивные технологии - первый положительный опыт их применения в сфере морских двигателей был получен в ходе создания двигателя М70ФРУ-Р. В настоящее время применяются уже отечественные материалы, созданные при помощи аддитивных технологий и не уступающие по своим характеристикам иностранным аналогам.
Также используются методы Бережливого производства в части сокращения сроков как проектирования, внедрения в производство так и производства. Исключение излишних согласований конструкторской документации на этапе внедрения в производство позволило обеспечить своевременное комплектование изделия и обеспечение заказчика. Для безусловного и своевременного выполнения производственного задания на рабочих местах применяется метод 5S и методы визуального управления, а также управление по цепям.
Кроме того, выполняется разработка и применение новых материалов для создания термобарьерных покрытий лопаток горячей части двигателя, позволяющих повысить температуру газа перед турбиной и тем самым повысить мощность силовой установки.
Так, в рамках договора с Министерством промышленности и торговли РФ реализуются научно-исследовательские работы по разработке новых высокотемпературных коррозионностойких сплавов (НИР «Сплав»); созданию «Цифрового двойника» морского ГТД мощностью 25МВт и редуктора. В процессе реализации данного проекта АО «ОДК» получит действующую технологию/платформу создания цифровых двойников, которая будет применяться во всех последующих разработках новых изделий. Также ведется работа по созданию малоэмиссионной камеры сгорания морских ГТД (НИР «МЭКС-Море»).
Софья Винарова.
