Проект 11357 «Буревестник-М»: эволюция вместо революции. Часть 5.
10. Энергетика: консервативный корабль с необычной ГЭУ
Наиболее парадоксальной частью «Буревестника-М» стала главная энергетическая установка (ГЭУ).
Казалось бы, корабль, выбранный ради снижения технического риска, должен был получить максимально традиционную механическую установку.
Однако именно здесь традиционное решение оказалось неудобным для общей компоновки.
В результате был принят вариант CODELAG — COmbined Diesel-ELectric And Gas, то есть комбинированная дизель-электрическая и газотурбинная установка: экономический ход обеспечивается электрическими машинами, а на большой скорости к валам механически подключаются газовые турбины.
На каждом валу фактически существовало три источника мощности.
Для тихого и экономического хода использовался низкооборотный гребной электродвигатель наподобие ABB DD710 мощностью около 1,65 МВт при 200 об/мин, связанный с валом непосредственно.
Это нужно было для расчетов, в реальности советские мореходы ходили на электричестве с 60-х, но характеристик тех двигателей нет в открытом доступе.
Для более высокого электрического хода подключался компактный высокооборотный асинхронный электродвигатель порядка 2,5 МВт через собственную редукторную ступень.
Наконец, при необходимости полного хода механически подключалась газовая турбина М90ФР.
48,3 МВт в сумме или более 65 тысяч лошадей.
Такое сочетание на первый взгляд кажется чрезмерно сложным, но у него была понятная логика.
Низкооборотная машина хороша в главном для противолодочного корабля режиме: между двигателем и валом нет высокооборотной зубчатой передачи, а значит, меньше потенциальных источников вибрации и подводного шума.
Но крупный низкооборотный электродвигатель становится тяжёлым.
Поэтому для дальнейшего увеличения мощности выгоднее было не делать его ещё больше, а добавить сравнительно компактный высокооборотный электродвигатель с редуктором.
Таким образом, 11357 сочетал преимущества низкооборотного прямого электропривода на поисковой скорости и редукторного электропривода там, где требовалась существенно большая электрическая мощность.
Готовый тепловозный агрегат, а не новый дизель
И здесь проект сознательно отказывался от разработки специального двигателя.
В качестве исходной силовой единицы принимался готовый дизель-генераторный агрегат тепловозного происхождения семейства Д49.
То есть речь шла не о проектировании нового корабельного дизеля на основе нескольких деталей от локомотивного двигателя.
Базовая машина уже существовала как законченный промышленный агрегат: дизель, генератор, рама, системы управления и отработанная эксплуатация на длительных больших нагрузках.
Для корабля требовалась морская адаптация — фундаменты, амортизация, охлаждение, воздухоснабжение, газовыхлоп, защита от крена и качки, — но не разработка двигателя с чистого листа.
На 11357 устанавливались четыре таких агрегата суммарной электрической мощностью 9,6 МВт.
Они образовывали общую высоковольтную электростанцию, от которой питались и гребные электродвигатели, и крупные общекорабельные потребители.
Главный компоновочный выигрыш заключался в том, что дизель-генератор больше не обязан находиться на линии гребного вала.
Его можно было поставить там, где это выгодно кораблю.
Это позволяло разнести четыре агрегата по двум помещениям, улучшить живучесть энергетики и отказаться от огромного второго машинного отделения традиционной механической схемы.
Освободившийся объём возвращался проектировщикам.
А именно объёма кораблю уже катастрофически не хватало.
Насколько экзотична такая схема?
Гораздо меньше, чем кажется.
Дизель-электрическое движение десятилетиями применялось на ледоколах, где ценились ровно те качества, которые были интересны и для 11357: большой крутящий момент при малой частоте вращения, плавное регулирование, возможность разнести генераторы и гребные машины и отсутствие необходимости жёстко связывать расположение главных двигателей с валопроводом.
На больших электрических судах сама идея мегаваттных электродвигателей, преобразователей и высоковольтной сети к 2006 году уже давно не являлась экспериментальной.
Существовали и комбинированные схемы, в которых электрическое движение сочеталось с отдельной механической форсажной ветвью.
Необычной была не технология как таковая, а её упаковка в корпус сравнительно небольшого фрегата.
При этом сами по себе электродвигатели гораздо компактнее, что позволило вдвое сократить машинное отделение. Все двигатели вместе с редукторами на валу занимают примерно 12 метров по длине.
Для примера оригинальная ГЭУ 1135
Поэтому энергетика 11357 была архитектурно смелой, но не требовала изобретения какого-либо принципиально нового физического устройства.
11. Почему винт фиксированного шага?
На первый взгляд при такой сложной силовой установке напрашивался винт регулируемого шага (ВРШ).
Однако электрический двигатель позволяет очень точно управлять частотой вращения и менять направление момента без изменения шага винта.
Поэтому тяжёлый гидравлический механизм ВРШ переставал быть обязательным.
Для режима поиска подводной лодки это давало дополнительное преимущество: винт можно было геометрически оптимизировать под сравнительно узкий диапазон тихих скоростей.
На полном ходу его эффективность становилась неидеальной, но максимальная скорость для противолодочного фрегата использовалась значительно реже, чем 12–18 узлов.
Снова проявлялась общая идея проекта:
оптимизировать систему не под самый эффектный режим, а под тот режим, в котором корабль проводит большую часть своей службы.
12. Самая спорная система корабля — экипаж
Если 48 ячеек вертикального пуска можно было нарисовать на чертеже, а объём машинного отделения измерить в кубических метрах, то вопрос экипажа оказался значительно менее очевидным.
Традиционный подход давал очень большое число людей.
На фрегатах предыдущего поколения нормой были экипажи далеко за 150 и нередко за 200 человек.
Если просто перенести на 11357 организационную структуру советского корабля предыдущего поколения, небольшой корпус заполнялся людьми быстрее, чем ракетами.
Поэтому проектирование пришлось начинать не с вопроса:
«Сколько человек положено на такой корабль?»
А с другого:
какие функции действительно требуют отдельного человека в 2006 году?
Ответ радикально изменил штат.
Для дальнейшего описания используются три условных режима готовности.
Боевая готовность № 1 (БГ-1) — боевая тревога, когда разворачивается полный боевой расчёт.
Боевая готовность № 2 (БГ-2) — повышенная готовность, при которой вооружение и технические средства подготовлены к быстрому применению, а необходимые посты несут усиленные сменные вахты.
Для обычного походного режима далее условно используется обозначение БГ-3 — повседневная готовность. Это удобный термин нашей проектной модели, а не буквальное воспроизведение терминологии корабельного устава.
13. Не сокращение экипажа, а сокращение профессий
Главной идеей автоматизации 11357 была не попытка заставить сто человек работать за двести.
Такой подход неизбежно приводит к хронической перегрузке.
Менялась сама организация эксплуатации.
Оператор современной РЛС уже не обязан быть человеком, совершенно не связанным с её техническим обслуживанием.
Техник не обязан ремонтировать каждый электронный блок до отдельного транзистора прямо в море.
Большинство цифровой аппаратуры строится по модульному принципу: встроенная система диагностики локализует неисправность, после чего экипаж заменяет неисправный сменный блок, а компонентный ремонт выполняется береговой службой.
На корабле остаются эксплуатация, диагностика, замена модулей, плановые регламентные операции и аварийное восстановление.
Сложный ремонт переносится на берег.
Отсюда следовал следующий шаг:
оператор и техник могли быть одной специальностью, если режим службы не требовал одновременного выполнения обеих функций.
При БГ-3 специалист несёт операторскую вахту.
При БГ-2 число действующих постов возрастает.
При БГ-1 технический состав, не занятый устранением неисправностей, разворачивает полный боевой расчёт.
То есть автоматизация не уничтожает специалиста.
Она убирает необходимость постоянно держать второго человека рядом с первым только потому, что так было принято на корабле предыдущего поколения.
