Проект 11357 «Буревестник-М»: эволюция вместо революции. Часть 5.
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 (функцианальный аналог ABB DD710 советские двигатели подобного класса существовали, но найти точных характеристик не удалось) мощностью около 1,65 МВт при 200 об/мин, связанный с валом непосредственно.
Для более высокого электрического хода подключался компактный высокооборотный асинхронный электродвигатель (аналог 4АЗМ-2500 с водяным охлаждением) порядка 2,5 МВт.
Наконец, при необходимости полного хода механически подключалась газовая турбина АЛ-31СТЭ с номинальной мощностью 18 МВт и максимальной в 20 МВт.
Использовать авиационные наработки логично не только в плане независимости от Украинской заграницы, но и в плане разделения расходов ОКР. При этом технический риск был даже ниже, чем в случае с М90ФР, т.к. двигатели уже эксплуатировались на реальных установках к началу нулевых.
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 (порядка 20 т каждый).
Поэтому для дальнейшего увеличения мощности выгоднее было не делать его ещё больше, а добавить сравнительно компактный (6т 2,5 МВт)высокооборотный электродвигатель с редуктором. При этом рабочие обороты выбранного электродвигателя и турбины совпадают (3000 об/мин), что позволило упростить и облегчить редуктор.
Таким образом, 11357 сочетал преимущества низкооборотного прямого электропривода на поисковой скорости 14-15 узлов и редукторного электропривода там, где требовалась существенно большая электрическая мощность (18-20 узлов ориенторовочно без турбины).
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.
21-26ДГ-01 2,5МВт 26т ставили на 2ТЭ25А «Витязь» с 2006.
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.
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. Благодаря компактности электродвигателей удалось разместить всю установку в одном машинном отделении и существенно снизить центр масс. Также исчезли лишние валопроводы, которые, впрочем, заменили электрокабели, трансформаторы и частотные преобразователи.
Для примера схема оригинального М7Н
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.
Поэтому энергетика 11357 была архитектурно смелой, но не требовала изобретения какого-либо принципиально нового физического устройства.
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.
