Русский размер дизеля

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

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

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

- Почему в России никто не занимается топливными элементами?

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

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

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

- Сколько времени на максимальном режиме может работать ваш двигатель?

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

- А когда на лодке работает дизель?

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

- На какой максимальной глубине возможно использовать дизель?

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

- Технических?

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

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

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

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

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

- Немецкий проект "212" решил эти вопросы следности?

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

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

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

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

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

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

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

- А как они отреагировали на возрождение конкурента?

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

- На корвете проекта 20380 устанавливаются ваши двигательные установки?

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

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

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

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

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

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

- Почему вы отказались от размерности 30/38?

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

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

- Понижение шумности обусловлено конструктивными особенностями?

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

- Редуктор для корвета - это коломенская разработка?

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

P.S.

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

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

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

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

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

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

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

Из досье "НВО"

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