Научные препядствия корабельной энергетики введение

Заслуги российскей базовой науки и развитие техники позволяли в разные периоды ставить перед производителями машиностроительной продукции целый ряд принципно новых, соответственных времени задач, решение которых значительно увеличивало боевые и эксплуатационные способности кораблей Военно-Морского Флота.

Главные научные трудности, преднамеренно решавшиеся в интересах российского флота в прошедшем и текущем столетиях применительно к корабельной энергетике, связаны с созданием поначалу корабельных паросиловых, потом, поочередно, дизельных, газотурбинных и атомных энергетических установок.

1-ые заслуги науки и техники в области транспортной энергетики были реализованы сначала XIX в. в паросиловых установках, которые совершенствовались в течение без малого 2-ух веков. Научное обеспечение сотворения корабельных дизельных установок началось практически век спустя, сначала XX в. и развитие их длится по сей день. К исследованиям и разработкам по созданию корабельных газотурбинных установок приступили исключительно в 20-х годах XX в. В текущее время их улучшение также длится в согласовании с современной программкой судостроения.

И, в конце концов, научные разработки и создание корабельных атомных энергетических установок, внесших более принципиальный вклад в развитие не только лишь корабельной энергетики, да и судостроения в целом, было начато сначала 50-х годов текущего столетия. Развитие установок такового типа, требующее очень напряженного научного труда и значимых экономических усилий, невзирая на определенные трудности, длится. Но темпы этого развития не соответствуют тем не малым способностям, которые имеются в научном заделе по этому направлению энергетики.

Корабельные паросиловые энерго установки

Сначала XIX в. российская наука и техника в области энергетики достигнула уровня, который обеспечил возможность проектирования и производства паросиловых судовых энергетических установок. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования в области сжигания твердого горючего, парообразования, реализации термического цикла методом генерации пара в паровом котле и использования его энергии в паровой машине, приводящей во вращение гребной вал, дозволили поставить вопрос о строительстве первого в РФ “парохода”.

Возможность сотворения паросиловой энергетики успешно смешивалась 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 существенно увеличены. Поставленная в этом плане задачка сначала XIX в. была удачно решена, и 1-ый российский пароход с паросиловой установкой был построен в Одна тыща восемьсот пятнадцать г. В качестве генераторов паровой энергии для первых установок использовались огнетрубные котлы, которые имели рабочее давление пара около Один кгс/см2 (0,1 МПа). К началу XX в. были разработаны и отыскали обширное применение более прогрессивные водотрубные котлы с угольным отоплением. Для военных кораблей использовались два типа таких котлов: горизонтального и вертикального выполнения. Более всераспространенной конструкцией первого типа были котлы Бельвия. Компоновочная схема вертикальных котлов предугадывала паровой и два водяных коллектора, соединенные трубами (котлы треугольного типа). Вертикальные водотрубные котлы имели существенно наименьшую массу и обеспечивали более высшую маневренность установки. В первый раз такие котлы были установлены в Одна тыща восемьсот девяносто г. на эскадренном миноносце “Роченсальм”. Рабочее давление пара в котлах этого корабля было Тринадцать кгс/см2 (1,3 МПа).

Проведение новых исследовательских работ совпало с началом проектирования котлотурбинных энергетических установок для кораблей: СКР “Горностай” проекта 50, ЭМ “Смелый” проекта 41, ЭМ “Весомый” проекта 56.

Период строительства военных кораблей с Одна тыща девятьсот семь г. до первой мировой войны характеризуется значимым повышением их водоизмещения и скорости, зачем потребовались паровые котлы большой паропроизводительности с значительно наименьшей удельной массой. Этим требованиям могли удовлетворять только вертикально-водотрубные котлы, но их улучшение сдерживало угольное отопление. Каменный уголь — горючее с низкой калорийностью. Ручная подача его в топку просит огромного физического труда. Вследствие этого паровые котлы с угольным отоплением не могли обеспечить паропроизводительность более Пятнадцать т/ч и к тому же были недостаточно маневренными. Не считая того, несовершенство процесса горения приводило к большой дымности, а, как следует, демаскировало боевой корабль. Важными факторами являлись значимая трудозатратность погрузочных работ и неудобство хранения каменного угля.

Для больших военных кораблей требовались и поболее массивные паровые движки. На замену паровым поршневым машинам пришли паровые турбины, которые имели более высочайший КПД и наименьшие массогабаритные свойства. Для внедрения паровых турбин на кораблях потребовалось выполнить большой объем теоретических и экспериментальных исследовательских работ термодинамических процессов преобразования термический энергии пара в механическую работу, также выстроить бывалые машины и испытывать их. В первый раз паровые прямодействующие турбины реактивного типа были установлены на линейных кораблях типа “Севастополь”, работу которых обеспечивали 20 5 водотрубных котлов треугольного типа со смешанным угольно-нефтяным отоплением. Давление пара в котлах составляло Семнадцать кгс/см2. В энергетической установке этих кораблей был осуществлен замкнутый цикл пар-конденсат с генерацией тепла отработавшего пара в водоподогревателях. Невзирая на то, что сделанная установка соответствовала уровню развития науки и техники тех пор, она все таки имела недочет. Смешанное отопление паровых котлов ограничивало возможность роста их паропроизводительности, т.к. при сжигании угля и нефти в топке сразу требовались разные методы подачи воздуха в топку. Этот недочет был устранен в Одна тыща девятьсот 10 г. внедрением нефтяного отопления котлов на эскадренных миноносцах типа “Новик”.

Таким макаром, к Одна тыща девятьсот 10 г. были реализованы главные научно-технические решения, обеспечивающие существенное повышение паропроизводительности котлов, что позволило увеличивать мощность установки с паровыми турбинами при одновременном понижении ее массы и габаритов.

Совместно с тем паросиловые установки по своим термическим процессам оставались еще далековато не совершенны. Они имели низкую экономичность и огромные массогабаритные свойства. Недостаточны были и маневренные свойства, такие как время изготовления к действию и время реверса. Установки обладали низкой живучестью из-за линейного расположения основных устройств.

Научные препядствия корабельной энергетики введение

Очередной шаг развития российских котлотурбинных установок начался посреди 20-х годов. В их разработке воспринимали активное роль В.А. Винтер, Н.В. Высоцкий, М.И. Яновский, В.П. Мадисов, А.В. Акимов, В.Л. Сурвилло, П.И. Заикин, Я.С. Бойцов, 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 спецы и ученые-энергетики. Было принято целесообразным создавать котлотурбинные энерго установки с паровыми котлами с нефтяным отоплением и рабочим давлением пара 20 кгс/см2, температурой Триста тринадцать С, также с высокооборотными турбинами с зубчатой передачей.

В согласовании с этой концепцией до Одна тыща девятьсот 40 один г. в нашей стране были разработаны и сделаны паровые котлы и главные турбозубчатые агрегаты для большинства проектов кораблей.

Направление по созданию корабельных паровых котлов поочередно возглавляли Э.Э. Папмель, М.И. Шулинский, Г.А. Гасанов. Ими был спроектирован паровой котел для сторожевого корабля “Ураган” проекта 39. В процессе его сотворения был развернут комплекс научно-исследовательских и экспериментальных работ по теории горения и внутрикотловых процессов. В январе Одна тыща девятьсот 30 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 скооперировано ЦКБС-1, в состав которого входили и турбинисты, возглавляемые Б.С. Фрумкиным. Коллективом турбинистов был сотворен 1-ый российский турбозубчатый агрегат, состоящий из высокооборотных турбин высочайшего и низкого давления и зубчатого редуктора (наибольшая частота вращения гребного вала составляла 600 30 об/мин). Роторы турбин испытывались раздельно на балансировочных станках, а на щите определялись термическая деформация корпусов, центровка, качество работы подшипников и масляной системы. Невзирая на тщательность испытаний, в период эксплуатации были выявлены суровые замечания по работе оборудования. К более большим из их относятся: поломка рабочих лопаток турбин высочайшего давления, отсутствие припаса по паропроизводительности паровых котлов и их малый ресурс до смены трубок, сравнимо высочайшая удельная масса механической установки, недостающая ее мощность.

С учетом опыта проектирования и эксплуатации в течение 30-х годов российскей индустрией были спроектированы и построены несколько котлотурбинных энергетически установок большой мощности для фаворитов эскадренных миноносцев. В ряде всевозможных случаев при испытаниях, также в период эксплуатации вы явились отдельные недочеты и просчеты при проектировании. В особенности много их было найдено у энергетической установки для фаворит эскадренных миноносцев “Ленинград” проекта 1. Так, уже на щите выявились проблемы с циркуляцией воды в основном котле, которые приводили к разрыву трубок. Не считая того, был: отмечены суровые неисправности в работе редукторов, турбин высочайшего давления, основных конденсаторов и отдельных вспомогательных устройств. Проектирование и поставка оборудования энергетических установок для неких проектов надводных кораблей велись при участии зарубежных компаний (“Ансальдо”, “Метрополитен-Виккерс”, “Парсонс” и др.).

В конце 30-х годов, по мере скопления опыта проектирования, окончания теоретических экспериментальных работ и совершенствовании технологии производства корабельного оборудования, российская судостроительная индустрия без помощи других приступила к постройке энергетических установок легких крейсеров типа “Чапаев” проекта Шестьдесят восемь и томного крейсера “Кронштадт” проекта 69.

Научные препядствия корабельной энергетики введение

Наряду с проектированием проводились глубочайшие теоретические исследования путей улучшения технических черт корабельного оборудования. Их вели известные ученые: М.А. Стырикович, Д.Ф. Петерсон К.А. Блинов, В.Н. Дешкин. Значительны награды в области турбостроения М.И. Яновского. Им был выполнены глубочайшие теоретические исследования по способам термического и конструктивного расчета корабельных турбин и конденсационных установок. Активное роль в проектировании энергетических установок воспринимали 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 спецы ВМФ.

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

Опыт 2-ой мировой войны показал, что котлотурбинные энерго установки большинства классов кораблей имеют недостаточную топливную экономичность, маневренность, долговечность котельных трубок, также огромные массогабаритные характеристики. Для решения этих заморочек нужно было вернуть спец предприятия и конструкторские бюро. Так в Одна тыща девятьсот 40 6 г. было сотворено особое КБ котлостроения, которое возглавил Г.А. Гасанов. Базу коллектива составили бывалые спецы Н.С. Белоусов, П.Д. Дегтярев, А.Е. Хавкин, А.И. Буликова. В 1946-1952 гг. на Северной судостроительной веРФи было скооперировано СКБТ, которое возглавил опытнейший инженер Г.А. Оглобин. В состав КБ входили отделы паровых турбин и газовых турбин.

В собственной работе конструкторы использовали результаты исследовательских работ 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 важных заморочек по организации смесеобразовательных процессов обогрева и испарения капель горючего, совершенствованию аэродинамической базы организации процессов в топке. К выполнению ряда работ были подключены спецы Военно-морской академии и военно-морских училищ. В общем работы были ориентированы приемущественно на создание высокоэкономичных автоматических паровых котлов с КПД 8586% и подачей воздуха в топку.

В качестве мотора использовались паровые машины, конструкцию которых определяли условия их размещения на судах. 1-ые движки были балансирного типа, подобно стационарным макетам. На замену им пришли горизонтальные машины, а в предстоящем вертикально-опрокинутого типа. Развитие паровых поршневых машин шло по пути роста степени расширения пара, что привело к созданию двухцилиндровых двойного расширения машин-компаунд, а потом и трехцилиндровых машин тройного расширения. Способности роста мощности паровых машин были ограничены поперечником цилиндра низкого давления, который не мог превосходить 2-2,5 м по конструктивным и технологическим причинам. Предельная мощность судовой паровой машины составляла менее 20 тыщ л.с.

Для СКР “Горностай” проекта 50 был сотворен 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 сотворения однокорпусной турбины потребовалось провести ряд сложных теоретических и экспериментальных исследовательских работ 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 итоге этих работ был сотворен каталог профилей лопаток паровых турбин, который употребляется и в текущее время. При испытаниях кораблей было найдено явление резонанса лопаток последних ступеней турбин, которое послужило предпосылкой нескольких аварий. Потребовалось много времени для исследования этого явления и поиска путей его устранения.

При постройке кораблей в период 60-70-х годов потребовалось создание более экономной и малогабаритной котлотурбинной установки большой мощности. Выполненные в СКБК, ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова, 1-м ЦНИИ МО исследования проявили возможность улучшения черт котельной установки на базе компрессорного надува воздуха в топку котла с внедрением тепла уходящих газов в турбонаддувочном агрегате. Сразу коллективом Кировского завода под управлением головного конструктора В.Э. Берга был разработан турбозубчатый агрегат ТВ-12 мощностью 40 5 тыщ л.с. который стал основной базисной моделью для надводных кораблей. Используя скопленный опыт проектирования и заслуги науки 50-60-х годов, конструкторам удалось (по сопоставлению с предшествующим турбоагрегатом для кораблей проекта 56) повысить мощность агрегата на 25% при одновременном понижении на 35% его массы и увеличении КПД на 3-4%. В это время в СКБК под управлением Г.А. Гасанова был спроектирован и построен высоконапорный паровой котел КВН 95/64 с высочайшими параметрами пара, в каком в первый раз было использовано разработанное сотрудником 1-го ЦНИИ МО Ю.А. Убранцевым газоохлаждающее устройство эжекционного типа, позволившее понизить температуру уходящих газов до 100С, что обеспечило существенное уменьшение термического поля корабля. Все эти нововведения были заложены в котлотурбинную энергетическую установку ракетного крейсера “Суровый” проекта 58. Став базисной, в предстоящем она прошла ряд шагов усовершенствования конструкций основных и вспомогательных устройств, автоматического управления, аква режима, улучшения черт и др. Мощность ГТЗА-674 была увеличена до 50 тыщ л.с.

В итоге комплекса этих работ была разработана новенькая методология сборки энергетического оборудования, позволяющая расположить в одном энергетическом отсеке паровые котлы и турбозубчатый агрегат с обслуживающим их оборудованием, что упростило конденсатно-питательную систему, повысило экономичность и улучшило массогабаритные свойства установки. Без существенных конфигураций эта установка применялась на большой серии ЭМ “Весомый” проекта 50 6 и ВПК “Гремящий” проекта 57.

Для увеличения экономичности установки, начиная с ЭМ “Смелый” проекта 41, в его основных котлах, КВ-76, были увеличены исходные характеристики пара до давления Шестьдесят четыре кгс/см2 и температуры перегрева до Четыреста 70 С. С целью роста теплонапряжения топочного объема в котлах были использованы 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 сотворен и принципно новый автоматический насосный турбоагрегат, включающий три насоса: питательный, конденсатный и бустерный с единым высокооборотным турборедукторным приводом. В первый раз были применены подшипники на водяной смазке.

Для кораблей постройки 70-80-х годов (ЭМ “Современный” проекта 956, “Адмирал Флота Русского Союза Кузнецов” проекта 1143.5) были сделаны высоконапорные котлы КВГ-З и КВГ-4, а для запасной котельной установки корабля “Адмирал Нахимов” проекта Одна тыща 100 40 четыре — котел КВГ-2.

Большая награда в разработке корабельных паросиловых установок в целом принадлежит спецам ЦК — проектантам кораблей: А.А. Терентьеву, Г.А. Бобченок, Ю.К. Шахту, В.И. Павликову, Е.В. Петрову, В.Л. Менаховскому, 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 Гос Премии.

Таким макаром, в итоге огромного объема выполненных НИР и ОКР в период после войны была сотворена унифицированная автоматическая котлотурбинная энергетическая установка с высоконапорными котлами, которая является самой сильной посреди установок на органическом горючем и обширно применяется на современных больших надводных кораблях.

В предстоящем совершенствовании и внедрении дизелей на кораблях и судах выдающуюся роль сыграли российские ученые и инженеры. В Одна тыща девятьсот три г. на нефтеналивной барже “Вандал” была в первый раз в мире использована дизель-электрическая энергетическая установка с дизелями завода Л. Нобеля.

Наша родина является пионером в оснащении боевых кораблей флота дизельными энергетическими установками (ДЭУ). Еще в Одна тыща девятьсот восемь г. в процессе выполнения судостроительной программки на подводной лодке “Минога” были изменены взрывопожароопасные бензиновые моторы на дизели. С сих пор ДЭУ заняли господствующее положение в подводном кораблестроении и исключительно в 60-е годы на замену им пришли ядерные энерго установки.

1-ая промышленная модель дизеля мощностью в 20 л.с. работающая на керосине, была сотворена в Аугсбурге (Германия) в Одна тыща восемьсот девяносто семь г. под управлением ее изобретателя Р. Дизеля. В феврале Одна тыща восемьсот девяносто девять г. завод Л. Нобеля в Петербурге заполучил лицензию на создание изобретения. Приобретенные чертежи были стопроцентно переработаны, и в Одна тыща восемьсот девяносто девять г. выпускается 1-ый российский промышленный эталон дизеля мощностью в 20 5 л.с. работающий на сырой нефти. Экономичность дизеля оказалась рекордной — расход сырой нефти составил Двести 20 один г/л.с.ч. (расход керосина у макета — Двести 40 три г/л.с.ч).

Одним из вместительных потребителей дизелей является Военно-Морской Флот, в особенности его подводные силы. Уже 1-ая русская программка военного судостроения на 1926-1933 гг. предугадывала постройку Двенадцать дизельных подводных лодок. Специально для их в 1926-1927 гг. был сотворен новый российский дизель марки 42Б6 мощностью Одна тыща 100 л.с. которыми были обустроены 1-ые русские огромные ПЛ типа “Декабрист” и подводные минные заградители типа “Ленинец”. В Одна тыща девятьсот 30 три г. началось строительство средних подводных лодок типа “Щука” с дизелями марки 38В8 мощностью 600 восемьдесят 5 л.с. В следующем его мощность была увеличена до Восемьсот л.с. (дизель марки 38К8). Во 2-ой пятилетке индустрия освоила создание новых дизелей мощностью в Две тыщи л.с. марки 1Д для средних ПЛ типа “С”.

Дизельные энерго установки

Удачно развивая дизельное создание и совершенствуя конструкцию мотора, завод Л. Нобеля вышел на передовые позиции в мировом дизелестроении. В Одна тыща девятьсот тринадцать г. завод начал создавать мощнейший по тому времени двухтактный дизель подводных лодок типа “Барс”. Двухвальная дизельная установка (2х1320 л.с.) обеспечивала полную надводную скорость в Семнадцать уз. Подводные лодки типа “Барс” в течение 2-ух десятилетий являлись ядром подводных сил российского флота.

Большой вклад в развитие теории рабочего процесса движков внутреннего сгорания (ДВС) занесли российские ученые. Базы ее были заложены еще в Одна тыща девятьсот семь г. доктором Столичного высшего технического училища В.И. Гриневецким. Разработанный им способ термического расчета получил развитие в трудах Е.К. Мазинга, Н.Г. Брилинга, Н.М. Глаголева, А.С. Орлина, В.А. Ваншейдта и других ученых. Наличие действенной теории содействовало резвому техническому прогрессу в дизелестроении. В итоге первой мировой и штатской войн российскее дизелестроение оказалось в упадке. Его возрождение началось посреди 20-х годов, при этом в течение практически пары лет был достигнут технический уровень дореволюционной РФ. За 1-ые три пятилетки судовое дизелестроение развивалось в особенности резвыми темпами. Уже в Одна тыща девятьсот 30 г. выпуск дизелей затмил дореволюционный вдвое, а в Одна тыща девятьсот 30 семь г. — более чем в 5 раз.

В Одна тыща девятьсот два г. к организации дизельного производства приступил и Коломенский завод, построивший в Одна тыща девятьсот четыре г. 1-ый одноцилиндровый четырехтактный дизель мощностью Восемнадцать л.с.

В Одна тыща девятьсот 40 г. флот начал получать от индустрии двухвальные крейсерские ПЛ типа “К” (XIV серии) надводным водоизмещением Одна тыща четыреста восемьдесят семь т. Их основная энергетическая установка состояла из 2-ух двухтактных дизелей марки 9ДКР агрегатной мощностью Четыре тыщи двести л.с. каждый. Эти дизели обеспечивали ПЛ рекордную полную надводную скорость 20 два уз.

Уже к началу 2-ой мировой войны Русский Альянс обладал массивным подводным флотом, насчитывающим 100 шестьдесят один дизельную подводную лодку разных типов и классов: малых, средних и огромных торпедных ПЛ и подводных минных заградителей. На их были установлены дизели, спроектированные и построенные на 2-ух ведущих заводах страны: Коломенском и “Российском дизеле” (бывшем Л. Нобеля). Некие технические характеристики лодочных дизелей предвоенной постройки представлены в табл. 1. Основная тенденция развития дизелей этого периода — рост мощностей. Движки 1Д и 9ДКР, сделанные 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 Одна тыща девятьсот 30 семь г. по мощности не имел аналогов в мировом дизелестроении.

Таблица 1

Технические характеристики лодочных дизелей предвоенной постройки

Теги: