Экспериментальный эсминец проекта 45 «Опытный»

В середине 1930-х годов по разным причинам сразу в нескольких ведущих военно-морских державах начались работы над котлотурбинными главными энергетическими установками «на повышенных параметрах пара». Дело в том, что с увеличением давления и температуры пара при неизменной мощности установки снижается его удельный расход на главные и вспомогательные механизмы и, как следствие, уменьшается потребная паропроизводительность котлов, сокраща­жются диаметры проточных частей турбин, паропроводов и т. д. Снижению удельной массы котло­турбин­ной установки способствуют и применяемые при паре высоких параметров более качест­венные металлы.

Вот всем этим и решили воспользоваться конструкторы. В частности, в Германии первые восемь кораблей проекта «Эсминец 1934» построили с главными энергетическими установками, работающими на паре давлением 70 кг/см² с температурой 460°С. Пар вырабатывался котлами типа «Wagner» с естественной циркуляцией. На следующих восьми корпусах этого же проекта конструкторы пошли дальше и установили котлы типа «Benson» с принудительной циркуляцией, доводившие давление пара до 110 кг/см² и температуру до 510°С.

Подобные нововведения, да еще без всестороннего испытания опытных образцов, применялись в мировой практике впервые. Все это привело к тому, что кроме некоторого выигрыша в массе установки, всего остального добиться не удалось: расход топлива на экономических ходах превысил расчетный почти на 20%, и, как следствие, вместо расчетных 4400 миль корабли могли пройти только 1900. При этом надежность установки оказалась исключительно низкой, а эксплуатационные расходы, наоборот, высокими. Особенно все это касалось котлов «Benson», от которых в дальнейшем вообще пришлось отказаться. Ситуация усугубилась кавитацией гребных винтов из-за высокой частоты их вращения.

Как мы видим, германский эксперимент с котлотурбинной установкой на высоких параметрах пара оказался неудачным. В определенной степени это стало следствием выбора парового котла. Предыстория такова.

В начале XX столетия англичанин Бенсон сконструировал прямоточный котел. К его идее изобретатель пришел в процессе поиска способов снижения массы и габаритов паровых котлов, быстро возраставших по мере повышения давления пара, в основном из-за увеличения толщины стенок коллекторов – наиболее массивных деталей водотрубного котла. В стремлении решить эту задачу создавались двухколлекторные, а в США и одноколлекторные паровые котлы. Бенсон пошел дальше, решив вообще отказаться от коллекторов. В отличие от водотрубного котла с естественной циркуляцией, в котором каждый килограмм воды, прежде чем превратиться в пар, должен сделать несколько ходов по контуру, в прямоточном каждый килограмм воды испаряется в течение одного хода.

Подаваемая насосом питательная вода последовательно проходит через экономайзерную, испарительную и пароперегревательную секции змеевика, превращаясь в перегретый пар заданных параметров. Так как вода подается под давлением, в отличие от трубных пучков котла с естественной циркуляцией, змеевик выполняется любой конфигурации, что позволяет размещать его наиболее рационально для обеспечения наибольшей компактности и наименьшей массы котла. В своем котле Бенсон не ограничился применением прямоточного принципа, он иначе решал процесс парообразования, осуществляя его при давлении в котле выше критического (224,2 кг/см²). Примерно с таким давлением вода поступала в котел и нагревалась в змеевиках до температуры 374°С, при которой такие показатели воды и пара, как температура, теплосодержание и объем, становятся равными. В результате вода, минуя режим вскипания, сразу превращается в пар, давление которого перед входом в пароперегревательную секцию можно снизить до необходимого потребителю. Преимущество процесса заключается в том, что в котле, работающем при давлении пара ниже критического, прежде чем вода начнет испаряться, ее нужно нагреть до соответствующей температуры в специально предусмотренных для этой цели поверхностях нагрева. Котел Бенсона позволял до минимума сократить такие поверхности. Это в совокупности с массогабаритными достоинствами, обеспечиваемыми прямоточным принципом, позволяло создать исключительно компактный и легкий паровой котел.

Однако морские испытания прямоточного котла выявили две проблемы. Первая заключалась в том, что для котлов с высокими параметрами пара требуется исключительно чистая вода, приготовление которой в корабельных условиях оказалось делом чрезвычайно сложным. Установленная конструк­торами с этой целью специальная система химической обработки воды проблему до конца не решала.

Вторая проблема связана с управлением котлоагрегатом. С учетом того что в прямоточном котле водяной объем, а значит и аккумулирующая способность очень малы, при изменении режима работы требуется мгновенное изменение и восстановление равновесия между количествами поступающей в котел питательной воды, сжигаемого топлива и воздуха для горения. В противном случае возникает дисбаланс, нарушается принцип прямоточности, и котел начнет генерировать влажный или слишком перегретый пар либо, самое худшее, вообще выйдет из строя. Поддержание указанного соотношения возможно лишь с помощью автоматики, появление которой собственно и дало жизнь прямоточным котлам. Но если она успешно справлялась со своей задачей в береговых энергетических установках с прямоточными котлами, работающими в режиме постоянной нагрузки, то в условиях корабля, когда нагрузка часто изменяется в широком диапазоне, система автома­ти­ческого регулирования давала сбои.

Автоматику, способную надежно регулировать процесс парообразования в котле Бенсона, в Германии создать не удалось, и они были вынуждены отказаться от принципа прямоточности, установив вертикальный сепаратор, представлявший собой тот же пароводяной коллектор, куда и переместилась точка окончания испарения воды. Через котел пришлось прокачивать больше воды, чем отбиралось пара, и, соответственно, кратность циркуляции воды стала больше единицы – непременного условия для прямоточного котла. При этом, естественно, существенно ухудшились его массогабаритные показатели. Так и получился квазипрямоточный котел, который стали устанав­ливать на германские корабли.

В 1936 году в США начинают вступать в строй лидеры, сначала типа «Porter», а затем «Somers». Они интересны тем, что имели котлотурбинные установки с высокими параметрами пара. В качестве паропроизводителя на них устанавливали высоконапорные котлы типа «Wilcox», запатентованные в 1931 году швейцарской фирмой «Brown-Bovery».

В обычных паровых котлах теплота, полученная в результате сжигания топлива, передается циркулирующей воде лучеиспусканием (радиацией) и непосредственным обмыванием продуктами сгорания поверхностей нагрева (конвекцией). Теплопередача конвекцией составляет основную долю теплопоглощения котла – 75-85%. Если теплопередача радиацией зависит исключительно от температуры продуктов сгорания топлива, то теплопередача конвекцией обусловлена главным образом скоростью, с которой продукты сгорания омывают поверхности нагрева – трубки котла. В корабельных котлах рассматриваемой поры скорость дымовых газов не превышала 15-20 м/с, но увеличить ее можно было только теснее расположив трубки с целью уменьшить «живое сечение» на пути газов из топки в дымоход. Однако при этом пришлось бы существенно увеличить напор воздуха, создаваемый котельным вентилятором, в результате чего его мощность, а следовательно и расход пара на привод возрастут. А ведь даже при указанной умеренной скорости дымовых газов расход пара на турбовентилятор достигал 4-5% от паропроизводительности котла.

В котле типа «Wilcox» стало возможным резко поднять давление воздуха, подаваемого в топку, и за счет этого в 10-20 раз увеличить скорость дымовых газов, доведя ее до 200–300 м/с. Отсюда и название, данное котлу, – высоконапорный. Достигалось это за счет использования для нагнетания воздуха компрессора, вращаемого газовой турбиной, работающей на энергии уходящих из котла газов. Высокая интенсификация процесса сжигания топлива позволяла получить котлоагрегат, который по компактности и удельной массе был значительно меньше обычных паровых котлов.

Но по-настоящему преимущества высоконапорных котлов стали заметны на французских эсминцах типа «Le Hardi», которые начали вводить в строй в конце 1939 года. Эти корабли при стандартном водоизмещении 1772 т легко развивали проектные 37 уз и имели дальность плавания 6000 миль 15-узловым ходом. Их главный калибр состоял из шести 130-мм орудий, размещенных в двух­орудийных башенных артиллерийских установках. Сравнивая последние предвоенные француз­ские эсминцы с отечественными, нужно признать их преимущество в огневой производительности главного калибра.

Но здесь возникает один интересный вопрос: как французы смогли в корпус меньше, чем у советских эсминцев проекта 7, втиснуть три двухорудийные башни? Фактически это вооружение соответствует лидерам «Ташкент» или уже строившимся в то время кораблям типа «Киев». Но у последнего стандартное водоизмещение 2350 т и длина на 25 м больше. Чудес на свете не бывает, и все дело здесь в главной энергетической установке, а точнее в высоконапорных паровых котлах типа «Sural». Они вырабатывали пар давлением 27 кг/см² при температуре 350°С и имели заметно меньшие габариты по сравнению с обычными водотрубными котлами с естественной циркуляцией такой же производительности. Отчасти это объясняется и конфигурацией котла: вместо привычного треугольника в сечении все три коллектора находились один над другим. Все это позволило уменьшить объем котельных отделений почти на треть. Другое дело – как распорядиться этим дополнительным объемом. Французы решили усилить артиллерию главного калибра.

В описываемый период по тактико-техническому заданию ВМС РККА в Центральном конструк­тор­ском бюро судостроения №1 (ЦКБС-1) выполнялось общее (техническое) проектирование серий­ного эскадренного миноносца типа «Гневный» 38-узловой скорости хода (проект 7), предназна­чен­ного заменить устаревшие «новики». В начале 1934 года начальник ЦКБС-1 В. Л. Бжезинский [1] выступил с инициативным предложением создать экспериментальный эсминец с двухорудийными башенными установками артиллерии главного калибра, котлотурбинной энергетической установкой на высоких параметрах пара, повышенной скоростью и дальностью плавания. Его предложение было принято заказчиком. Проекту присвоили номер 45.

Утвержденный постановлением Совета Труда и Обороны 29 декабря 1934 года проект 45 по ряду основных ТТЭ (количеству стволов артиллерии главного и мелкого зенитного калибров, а также труб торпедных аппаратов, скорости хода и дальности плавания), превосходил проект 7 «серийного» эсминца. При сохранении общего количества 130-мм боезапаса, его количество на ствол было соответственно меньше. Прежним осталось и общее количество боезапаса – 45-мм полуавтоматов и 12,7-мм пулеметов. Зенитный калибр 76,2 мм исключен.

По результатам разработки проекта суммарная мощность двухвальной главной энергетической установки была определена в 70 000 л.с. Источниками пара повышенных параметров (75 кг/см², 450°С), были приняты прямоточные котлы конструкции профессора Л. К. Рамзина. Удельная масса установки составила 2,6 кг/л.с., расход топлива – 280 г/л.с. в час (на проекте 7 соответственно 12,9 кг/л.с., 430 г/л.с. в час). Схема размещения установки – эшелонная, как на лидерах проекта 1 и СКР проекта 2. Проектирование главных котлов типа МПН 70/75 завершилось в декабре 1934 года. Масса котла (с водой) составила 51,7 т (котел эсминца проекта 7 – 75,5 т).

Аналогичные агрегаты уже работали в стационарных условиях на теплоэлектростанциях, поэтому применение их в корабельных условиях считалось делом сложным, но вполне реальным. Первый «удар» по самой идее сверхлегкой установки был нанесен совсем не оттуда, откуда ожидали. Дело в том, что высокие параметры пара давали большой выигрыш в весе и расходе пара на вспомога­тельных механизмах. Однако для этого требовалось наладить их разработку и производство, что считалось в то время по экономическим соображениям совершенно неприемлемым. Поэтому приняли решение все вспомогательные механизмы установить серийные с проекта 7, т.е. не рассчитанные на высокие параметры пара. На получение расчетной удельной массы установки, а также сравнительно большой дальности плавания при одинаковом с проектом 7 запасе топлива уже надеяться не приходилось, да и скорость 43 уз становилась нереальной. В итоге при утверж­де­нии проекта полную скорость хода ограничили 42 уз, дальность плавания увеличили до 4000 миль при запасе топлива 400 т (вместо первоначальных 300 т).

В конструкции корпуса экспериментального эсминца в целях уменьшения его массы и сокращения трудоемкости увеличили объем сварки до 80%, применили специальную легированную сталь повышенной прочности, расширили применение дюралюминия.

Корабль строился на ленинградском судостроительном заводе им. А. А. Жданова с опережением сроков перед постройкой «серийных» эсминцев проекта 7. При закладке 26 июня 1935 года он получил наименование «Серго Орджоникидзе» (зав. № 500), а спуск его корпуса на воду состоялся 8 декабря того же года. Постройку эсминца намечали завершить в 1937 году, чтобы определить целе­сообразность применения новой техники. Главный конструктор корабля В. Л. Бжезинский одно­временно был назначен и его главным строителем.

Однако темпы строительства оказались необеспеченными из-за неритмичности контрагентских поставок по артиллерии главного калибра, энергоустановке и другим частям. Осенью 1937 года В. Л. Бжезинского необоснованно репрессировали, а постройку эсминца в начале следующего года законсервировали, так как промышленность страны к созданию такого корабля оказалась непод­готовленной. В. Л. Бжезинский в 1939 году был приговорен к 10 годам исправительно-трудовых лагерей.

Наладочные испытания главных котлов завершились лишь в IV квартале 1939 года, энергетическая установка была поставлена и смонтирована с большим опозданием от генерального графика строительства корабля. В связи с прекращением работ по созданию башенной установки главного калибра с качающейся частью Б-31 (представляющей собой два орудия Б-13 в одной люльке) стали проектировать новую башню с двумя орудиями Б-13 с их индивидуальным вертикальным наведением. Однако первые три такие башни Б-2-ЛМ решили установить на лидере «Ташкент», да и это удалось выполнить только в июле 1941 года. Поэтому на экспериментальном эсминце на месте двухорудийных башен главного калибра временно смонтировали три палубных одно­орудийных щитовых установки Б-13. Швартовные испытания проводились с декабря 1939 года до августа следующего года при ручном управлении котлами. 25 сентября 1940 года корабль пере­именовали в «Опытный».

За счет перехода с постоянного на переменный ток хотели получить выигрыш в массе электро­оборудования, однако для этого требовались соответствующие агрегаты, приборы и оборудо­вание. После обсуждения этого вопроса с потенциальными контрагентами, т.е. поставщиками электро­оборудования, принимается решение выполнить проекты для обоих вариантов, а корабль «строить на переменном токе». На самом деле все получилось наоборот.

Но главный «удар» по эсминцу «Опытный» нанесли все же его паровые котлы. В отличие от стационарных электростанций, на корабле они работают в условиях переменных нагрузок. Как уже указывалось, отличительная черта прямоточных котлов заключается в необходимости тщательной синхронизации подачи питательной воды, топлива и воздуха в зависимости от нагрузки, что обусловливалось малым объемом находящейся в котле воды (пара). Ставка на человека, т.е. попытка обеспечить работу котлов на ручном управлении неизбежно должна была привести к периодическим авариям.

Изначально подразумевалась регулировка с помощью автоматики, но задача оказалась достаточно сложной, а отечественная промышленность – неподготовленной для работы с подобной аппара­турой. Поэтому комплект нужных приборов пришлось закупить в Германии у фирмы «Термотехник». Ситуация усложнялась тем, что из-за срыва сроков изготовления котлов их загружали на корабль даже без проведения стендовых испытаний. В итоге после окончания монтажа выяснилось, что германская аппаратура автоматического регулирования неработоспособна. Создание аналогичной отечественной аппаратуры затягивалось.

По этой причине пробные наладочные испытания всех главных котлов в октябре 1939 года, а также швартовные испытания с декабря 1939 по август 1940 года проводились при ручном управлении.

Первый выход с завода корабль совершил 27 ноября 1940 года. В течение двух недель продолжались пробные заводские ходовые испытания, затем наступила зима. Весной 1941 года принимается постановление СНК СССР о сдаче корабля к 15 сентября 1941 года. Государственные испытания планируется провести в период с 20 июня по 15 августа. Начало войны перечеркнуло все планы. Заводские ходовые испытания по сокращенной программе военного времени «Опытный» прошел в период с 31 июля по 19 августа 1941 года. При этом корабль лишь на короткое время смог развить ход 35 уз.

Несмотря на общую неготовность, «Опытный» все же сумел принять участие в боевых действиях. 17 августа 1941 года его передали личному составу во временную эксплуатацию и 20 августа поставили на огневую позицию в Торговом порту Ленинграда.

11 сентября на нем подняли военно-морской флаг и включили в систему морской обороны Ленинграда в качестве плавучей артиллерийской батареи.

При отражении сентябрьского штурма города «Опытный» израсходовал 1069 снарядов главного калибра, но и сам 15 сентября получил попадание артиллерийским снарядом противника в кормовую дымовую трубу, что привело к разрушению второго котельного отделения. 3 октября корабль вновь получил повреждения от разрыва снаряда, после чего был поставлен в аварийно-восстановительный ремонт на судостроительный завод им. А. Марти.

По окончании ремонта, в августе 1942 года эсминец занял новую огневую позицию на р. Нева в районе села Рыбацкого. С этой позиции в январе 1943 года «Опытный» участвовал в прорыве блокады Ленинграда, в ходе которого выполнил 27 стрельб, а в январе 1944 года – в Красно­сельско-Ропшинской наступательной операции по полному снятию блокады города.

После окончания Великой Отечественной войны, 20 июня 1945 года «Опытный» вывели из боевого состава Балтийского флота и возвратили в отряд вновь строящихся кораблей. В 1949–1950 годах он прошел ремонт на заводе им. А. А. Жданова.

10 февраля 1953 года, из-за нецелесообразности дальнейшей достройки, «Опытный» исключили из списков кораблей ВМФ в связи со сдачей в отдел фондового имущества для разоружения, демон­тажа и реализации и впоследствии разобрали на металл на Ленинградской базе Главтор­чер­мета на Турухтанных островах.

В отечественном флоте к высоконапорным котлам обратились в декабре 1943 года. ЦКБ-17, находившееся в то время в эвакуации в Казани, представило сразу шесть вариантов проработки нового эсминца проекта 40. За прототип главной энергетической установки взяли комплект, закуп­ленный в США для проекта 30А.

Четыре высоконапорных котла (с дутьем непосредственно в котел, а не в котельное отделение) должны были вырабатывать пар давлением 46 кг/см² и температурой 450°С, а две турбины – обеспечить скорость полного хода 36 уз. Как известно, проект 40 реализован не был, и котло­турбинные главные энергетические установки с высокими параметрами пара, а затем и с высоко­напорными котлами на советских кораблях появились уже во второй половине XX столетия.

Аналогичные работы по применению пара высоких параметров в середине прошлого века прово­дились в США. В апреле 1955 года журнал «The Engineer» опубликовал статью Д. Дж. Филлипса «Американский экспериментальный эскадренный миноносец «Timmerman»» [2] («Тиммермэн») с описанием компактной энергетической установки этого корабля стандартным водоизме­щением 2450 т (полное 3600 т), общей мощностью 100 000 л.с. на высоких параметрах пара (53 и 141 кг/см², 565°С) и применением электрооборудования на переменном трехфазном токе напряжением 1000 В, частотой 400 Гц.

[1] Валериан Людомирович Бжезинский (1894–1984) родился на Украине в городе Каменец-Подольске, в семье железнодорожного служащего, закончил в 1917 году Морское инженерное училище в Кронштадте. В 1917–1918 годах служил инженер-механиком крейсера «Аскольд» флотилии Северного Ледовитого океана. С 1919 по 1922 год – командир и комиссар Астраханского военного порта. Как активный участник Гражданской войны, был награжден орденом Красного Знамени. В 1922–1924 годах начальник и комиссар Военно-морского инженерного училища в Петрограде (Ленинграде). С 1924 по 1928 год – военпред, врио Председателя комиссии по наблюдению за постройкой кораблей (Комнаба), Председатель кораблестроительной секции Морского научно-технического комитета (НТКМ) ВМС РККА, затем был в специальной командировке в Китае. После демобилизации: в 1928–1930 годах – главный инженер агентства Совторгфлота в Гамбурге (Германия), с 1930 по 1933 год – председатель треста «Рыбосудострой», обеспечи­ва­ю­щего серийную постройку траулеров для пополнения рыболовного флота, затем – заведующий сектором судостроения ВСНХ в Москве. В 1933–1937 годах – начальник ЦКБС-1 (ЦКБ-17). Обладал высокими организаторскими качествами, принял активное участие в обеспечении восстановления корабельного состава надводных сил ВМС РККА: продолжении работ по строительству сторожевых кораблей типа «Ураган», лидеров типов «Ленинград» и «Минск», тральщиков типа «Трал», созданию крейсеров типов «Киров» и «Максим Горький», эсминцев типа «Гневный». Неоднократно выезжал в зарубежные командировки, был в Италии, Швейцарии, Англии, Германии и США для ознакомления с новой техникой и опытом зарубежного кораблестроения. Одновременно с 1935 года – главный конструктор пограничного СКР типа «Жемчуг» и экспериментального эсминца. Был репрессирован. После отбытия 10-летнего срока заключения в 1949 году приговорен к 5 годам ссылки. После возвращения из ссылки и реабилитации работал строителем железобетонных доков на Херсонском судостроительном заводе. С 1955 года, когда ему разрешили вернуться в Ленинград, работал главным конструктором в ЦНИИ им. акад. А. Н. Крылова до выхода на пенсию. В 1967 году в связи с 50-летием Великой Октябрьской социалистической революции был награжден орденом Трудового Красного Знамени.
[2] При закладке относился к серии эскадренных миноносцев типа «Gearing» (Справочник по корабельному составу иностранных флотов. – М. : «Воениздат», 1959). – Ред.

источник: А. Б. Морин, А. В. Платонов «Экспериментальный эсминец проекта 45 «Опытный»» // сборник Гангут» вып.46, с.3–17