Судовые паровые турбины

СУДОВЫЕ ПАРОВЫЕ ТУРБИНЫ

Сегодня паровые турбины вместе с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) остаются основным видом ЭУ судов торгового флота. В их непрекращающемся соревновании пока перевес на стороне ДВС. Если брать статистику до середины ХХ века, то здесь можно выделить такие данные. Доля турбоходов в общем тоннаже мирового флота в 1939 году составляла 14,3 %; а в 1958 году она поднялась до 29,2 %. Пока перевес на стороне ДВС. Расширение области применения ДВС в послевоенные годы обусловлено определенными успехами в повышении агрегатной мощности, облегчением конструкции благодаря широкому применению сварки, и, самое главное, использованием дешевого мазута в качестве топлива для ДВС. Это привело к тому, что расходы на топливо для теплоходов оказались почти на 30 % ниже, чем для пароходов.

Прослеживаются пути и дальнейшего совершенствования паровых турбин. Это повышение давления пара перед турбиной, которое постепенно наращивается. Если старые турбины работали при давлении до 30 ата, то новые, мощностью 8000-20000 л.с., работают при давлении 40-50 ата. Некоторые, мощностью более 15000 л.с., уже рассчитаны на давление пара 55-65 ата.

Случаи применения более высоких параметров пара на морских судах пока относительно редки.

Немецкая фирма "Ховальтсверке" много лет занималась строительством паротурбинных ЭУ для сухогрузных судов и танкеров. Проектируемые фирмой ТЗА имели номинальную мощность 10000 э.л.с.; максимальную - 11000 э.л.с. Установка имела в своем комплекте ТВД и ТНД; давление пара перед ТВД 43 ата; его перегрев 443 °С.

Надо сказать, что отечественное турбостроение всегда находилось на высоком мировом уровне. В середине прошлого века ленинградский Кировский завод строил ТЗА мощностью 13 000 э.л.с. для судов грузоподъемностью 10000 тонн. Такая турбина была установлена на сухогрузе (турбоходе) "Ленинский Комсомол". Характеристики этого ТЗА весьма высоки: мощность номинальная, подаваемая на гребной вал - 13000 э.л.с. (максимальная - 14300 э.л.с.); частота вращения гребного винта - 100 об/мин. Агрегат весил на две тонны меньше, чем ТЗА фирмы "Ховальтсверке" аналогичной мощности.

В 1959-1965 годах в Советском Союзе была принята программа постройки танкеров грузоподъемностью 25000 тонн со скоростью хода 18 узлов. Для них был спроектирован ТЗА мощностью 19000 э.л.с., после чего ленинградский Кировский завод приступил к их постройке. Эти ТЗА имели номинальную мощность 19000 э.л.с. (максимальная - 20900 э.л.с.), при этом частота вращения гребного винта составляла 110 об/мин. По сравнению с мировыми аналогами характеристики наших ТЗА были весьма высокими.

Перспективы развития паровых турбин еще более расширились в связи с развитием атомной энергетики. Все построенные и строящиеся в настоящее время судовые атомные энергетические установки (АЭУ) в качестве главного двигателя имеют паровые турбины. А на береговых ТЭЦ мощность турбин доведена до одного миллиона э.л.с. Здесь альтернативы турбинам просто нет.

Благодаря турбинам скорость российских эсминцев еще в начале ХХ века перевалила за 30 узлов. Первым таким эсминцем был "Новик", включенный в состав Балтийского Флота 22 августа 1913 года. Корабль имел три гребных винта, вращавшихся на полном ходу с частотой 645 оборотов в минуту при мощности главных турбин 41910 л.с. В ходе одного из пробегов была достигнута скорость хода 37,3 узла (69,08 км/ч).

"Новик" стал головным при постройке целой серии эсминцев. Четыре орудия главного калибра "Новика" имели калибр 102 мм и могли поражать цель на расстоянии более 13 километров. 13 июля 1926 года эсминец получил наименование "Яков Свердлов". Он принимал участие в Великой Отечественной войне и погиб во время перехода кораблей Балтийского флота из Таллина в Кронштадт 28-29 августа 1941 года.

Перед началом войны с Германией в Советском Союзе была построена серия эсминцев проекта 7 (тип "Гневный"). Их ЭУ состояла из двух турбин мощностью по 24000 э.л.с., что позволяло кораблям этого типа развивать скорость полного хода 38,5 узла (71,3 км/ч), они имели более мощное артиллерийское вооружение, включавшее четыре пушки калибром 130 мм и две 76-мм зенитки. Позднее, 11 сентября 1941 года вступил в строй эсминец "Опытный" (во время постройки - "Серго Орджоникидзе"). При мощности ЭУ 70000 л.с. корабль был способен развить скорость хода более 42 узлов (77,8 км/ч).

Но "пальму первенства" все же придется отдать лидерам эсминцев "Ленинград", "Москва", "Харьков", построенным в 1936-1938 годах. Имея ЭУ из трех турбин мощностью по 22000 э.л.с., корабли развивали скорость полного хода более 43 узлов и были вооружены пятью орудиями калибром 130 мм. Перед самой войной были построены лидеры "Баку", "Минск", "Тбилиси". Самым же быстроходным был лидер Черноморского флота "Ташкент". Судя по рассказам служивших на нем моряков, он ходил со скоростью 45 узлов. Между собой моряки называли корабль "голубым экспрессом", потому что его скорость была вполне сопоставима со скоростью самых быстрых пассажирских железнодорожных составов того времени.

Таким образом, если паровая поршневая машина позволила эсминцам преодолеть 30-узловой рубеж скорости, то паровая турбина подняла его до 40-45 узлов.

А между тем, на просторах Атлантики происходили события, оставившие в истории мореплавания заметный след. Пассажирские лайнеры пересекали океан с наивысшей скоростью, на какую они только были способны. Лидеру-скороходу присуждался приз "Голубая лента Атлантики".

Теперь пришло время рассказать о самом большом, самом быстроходном и самом знаменитом французском лайнере "Нормандия". Закладка судна произошла на судоверфи Пенее в Сен-Назере, Франция, по заказу судовладельца "Френч Лайн" в 1931 году. Энергетическая установка лайнера мощностью 160000 л.с. была уникальна: "Нормандия" оказалась первым в мире турбоэлектроходом. Его машины зарекомендовали себя высокоманевренными, очень надежными, хорошо приспособленными к самым различным условиям эксплуатации. Судно спроектировал русский эмигрант, бывший штабс-капитан Корпуса корабельных инженеров В.И. Юркевич. В работе над проектом ему помогали русские инженеры А.Н. Жаркевич, спроектировавший гребные винты, и А.М. Петров. Разработанная В.И. Юркевичем форма корпуса была идеальна. Рыбаки, наблюдавшие с борта своих суденышек за ходом "Нормандии", были поражены тем, что лайнер на скорости 30 узлов практически не поднимал никакой волны, он как будто скользил по воде.

Что же касается "Нормандии", то опыт постройки ее ЭУ пригодился в наши дни. Дело в том, что атомная паропроизводящая установка (АППУ) вырабатывает пар со сравнительно невысокими параметрами - давлением около 30 ата и перегревом около 300 °С. Этот пар подается на паровую турбину, которая приводит в действие генератор электрического тока. С судовой электростанции энергия подается на гребной электродвигатель. По такой схеме работают ЭУ всех отечественных атомных ледоколов, таких как "Арктика", "Сибирь", "Таймыр" и других. Та же схема действует и на атомных подводных лодках.

Интересно, что параметры пара АППУ позволяют построить и паровую поршневую машину. А это значит, что на железные дороги могли бы выйти атомные паровозы (атомные локомотивы). Малогабаритные транспортные атомные силовые установки в свое время проектировались и у нас в стране, и за рубежом, но угроза радиационной аварии при крушении такого рода транспортного средства умерила пыл энтузиастов. Впрочем, не исключено, что в будущем интерес к атомным ЭУ вновь возникнет, а это означает, что для паровой машины и паровой турбины многое еще впереди.