СУДОСТРОЕНИЕ РОССИИ - СПЕЦВЫПУСК. Х-М.М.ВАЛЕЕВ - ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ ВОДОМЕТЫ


ИЗ ПУБЛИКАЦИЙ СПЕЦВЫПУСКА ЖУРНАЛА МОРСКОЙ КОЛЛЕГИИ - СУДОСТРОЕНИЕ РОССИИ.

«Разработанные, испытанные и получившие свидетельство типового одобрения Российского Регистра судоходства (РМРС) водомётные движители ВД-177Д, ВД-230Д, ВД-280Д, ВД-370Д и ВД-490Д, по представленным документам, обладают приемлемыми техническими характеристиками и могут быть использованы при создании перспективных катеров…» - Главнокомандующий Военно-Морским Флотом Н.Е. Евменов.

Одним из основных направлений морской деятельности России на длительную перспективу является обеспечение транспортной доступности по внутренним водным путям для грузовых и пассажирских перевозок. Соответственно, собственники судов заинтересованы в максимально возможном продление сезона навигации при повышении скорости, комфортности и безопасности перевозок. Одним из способов продления навигации является улучшение ходовых качеств судна, характеризующих его мореходные и эксплуатационные возможности. Малотоннажный флот должен получить возможность работать без снижения ТТХ в течение 70 - 85 % навигационного периода и это возможно, если добиться глиссирования судна с эксплуатационной скоростью хода судна 35 узлов на волнении силой до трёх баллов.

В целях создания опережающего научно-технического задела и в интересах развития прорывных направлений гражданской морской техники, а также создания техники по государственному заказу, реализации политики импортозамещения и диверсификации предприятий ОПК, ФГУП «КГНЦ» был выполнен НИР «Слеминг» «Разработка и экспериментальное обоснование проекта многоцелевого, скоростного, аварийно-спасательного судна повышенной мореходности за счет дискретно-переменной килеватости днища». Задачей НИР было теоретически и экспериментально обосновать идею, лежащую в основе патента на полезную модель № 154728 «Корпус глиссирующего судна с обводами Валеева-Морозова».

На основании подтвержденных НИР заявленных характеристик Минпромторгом России было принято решение об открытии работ по ОКР «Слеминг-2» (АО «Концерн «Океанприбор»). Анализ результатов работ по НИР «Слеминг» и 1 этапа ОКР «Слеминг-2» доказал верность принятых решений по созданию отечественных специализированных водомётных движителей (ВД) способных работать с предельной эффективностью при волнении до 3 - 4 баллов.

Немного о типах водомётных движителей :

Водометные движители (ВД) для водного транспорта подразделяются на несколько основных типов: осевые, осе-диагональные и диагональные. Данное деление общепринято, хотя и достаточно условно, и в первую очередь отражает способ организации потока в гидродинамической схеме ВД.

Осевой тип водометных движителей особенно эффективен на низкоскоростных судах. За счет больших объемов воды, выбрасываемой с относительно небольшой скоростью из сопла ВД обладает высокими тяговыми характеристиками именно на небольших скоростях движения. Такой тип ВД обладает существенными недостатками, такими как низкий КПД и низкая кавитационная стойкость что является наименее эффективной гидродинамической моделью ВД.

публикация2-1.jpg

Несмотря на достаточно неэффективную схему осевых ВД, некоторые зарубежные производители продолжают выпускать движители именно этого типа. Среди них – Alamarin (Финляндия), Castoldi (Италия), Scott (Новая Зеландия) и др. Основной их недостаток – невозможность достижения больших скоростей из-за низкой кавитационной стойкости. Этим производителям удалось преодолеть указанный недостаток за счет значительного увеличения дискового отношения рабочего колеса (РК) или введением в конструкцию ВД второй и даже третьей ступени. При этом пропульсивный КПД , для таких ВД , остается крайне низким и не превышает значений 0,53.

Осе-диагональный тип ВД одна из самых эффективных гидродинамических схем. ВД такого типа обладают отличными тяговыми характеристиками на скоростях до 40 узлов, при этом сохраняя высокие значения тяги и на самых малых скоростях. Конструкция этих ВД наиболее проста и неприхотлива в эксплуатации, так как изменение зазора между РК и обечайкой не существенно влияет на гидродинамические качества ВД.

По этой схеме производят ВД такие фирмы как KaMeWa (FF серия) (Швеция), Hamilton (Новая Зеландия). Пропульсивный КПД таких ВД достигает значений 0,68. Кавитационная стойкость таких ВД средняя и может быть значительно улучшена увеличением дискового отношение РК.

Диагональный тип ВД наиболее эффективная гидродинамическая модель, особенно для движения судов на самых высоких скоростях, 60 и более узлов. Конструкция ВД такого типа несколько сложнее чем в ВД осе-диагонального типа, из за необходимости предусматривать возможность эксплуатационной регулировки зазора между РК и обечайкой, так как увеличение этого зазора существенно влияет на тяговые характеристики ВД.

Лидером в производстве ВД такого типа является компания KaMeWa (Швеция), производящая ВД серий А3 и S3.

При выборе варианта организации потока в гидродинамической схеме ВД, при работе в режиме близком к возникновению условий кавитации, уже на стадии НИР было отдано предпочтение диагональному типу, как наиболее полно удовлетворяющему условиям ТЗ указанных государственных контрактов – скорость хода судна 35 узлов до 3 баллов волнения.

В государственных контрактах по ОКР Слеминг-2» (АО «Концерн «Океанприбор») и «Слеминг-водозабор» (ФГБО УВО «СПбГМТУ») впервые в России создан типоряд ВД диагонального типа мощностью от 195 кВт до 1500 кВт. Пропульсивный КПД таких ВД достигает значений 0,67 при высочайшей кавитационная стойкости во всем диапазоне скоростей. Именно эти качества серии диагонального типа ВД определяют высокую, до 3-4 баллов волнения, мореходность скоростных судов на скорости хода до 35 узлов.

публикация2-2.jpg

Разработчиком и изготовителем опытных образцов типоряда ВД выступил соисполнитель СЧ ОКР, компания «Дм-технолоджи» - главный конструктор А.В.Благирев.

Все эти НИОКР, где головным Заказчиком от лица государства выступил Департамент судостроительной промышленности и морской техники (Минпромторг России), полностью соответствуют цели создания опережающего научно-технического задела.

Полученные на стадии стендовых испытаний результаты убедительно показали, что наши разработки не уступают, а по многим показателям и превосходят импортные аналоги.

Сравнительные характеристики водометных движителей применительно к катеру БК-16 пр. 02510 с двигателем MAND2868LE433, мощностью 882 кВт при частоте вращения 2300 об/мин :

Параметр ВД

Аламарин Омега 42

ВД490Д

ВД370Д

Технические и эксплуатационные характеристики

Максимальная мощность

1500 кВт

1500 кВт

950 кВт

Частота вращения при максимальной мощности

2300 об/мин

1600 об/мин

2380 об/мин

Частичная мощность ВД для использования на катере БК-16 (полная мощность двигателя)

882 кВт

882 кВт

882 кВт

Частота вращения импеллера ВД при частичной мощности

1764 об/мин

1360 об/мин

2300 об/мин

Частота вращения вала двигателя при полной мощности 882 кВт)

2300 об/мин

2300 об/мин

2300 об/мин

Необходимость применения редуктора

да**

да

нет

Передаточное отношение редуктора

1,3**

1,7

___

Достижимая катером скорость при частичной мощности 882 кВт

до 40 узлов*

38 узлов

55+ узлов

Максимальная тяга ВД при полной мощности

38 кН

50,5 кН

31,5 кН

Максимальная тяга ВД на частичной мощности

22,4 кН

39,5 кН

29,9 кН

Пропульсивный К.П.Д.

до 0,6

0,68

0,68

Массогабаритные характеристики

Габаритная длина

3318 мм

3850

3015 мм

Габаритная ширина

897 мм

1180

915 мм

Габаритная высота

821 мм

1065

820 мм

Расстояние от транца до входного фланца ВД

1325 мм

1770 мм

1320 мм

Вес ВД

815 кг

980 кг

455 кг

Конструктивные особенности

Наличие системы управления ВД

да

да

да

Тип привода реверсивно-рулевого устройства

гидравлический

гидравлический

гидравлический

Возможность регулировки положения импеллера без разборки ВД

нет

да

да

Стоимость

Стоимость единичной поставки ВД (до 4 -х единиц)

н/д

15,9 млн. руб.

13,6 млн. руб.

Стоимость поставки при заключении контракта до 64 единиц ВД

13,6 млн. руб.

12,5 млн. руб.

9,8 млн. руб.


* Достижимая скорость для ВД Аламарин не может быть точно рассчитана в связи с отсутствием официальных данных по тяговым характеристикам ВД Аламарин.

Модельный ряд водометных движителей разрабатывается в объеме ОКР «Слеминг-2» и ОКР «Слеминг-водозабор», финансируемыми Министерством промышленности и торговли РФ и подготавливается выпуск серийной продукции.

-Водометный движитель ВД177D мощность до 195 кВт

-Водометный движитель ВД230D мощность до 330 кВт

-Водометный движитель ВД280D мощность до 500 кВт

-Водометный движитель ВД370D мощность до 950 кВт

-Водометный движитель ВД490D мощность до 1500 кВт

Водометные движители выполнены по единой конструктивной схеме с диагональной лопастной системой, эффективным реверсивно-рулевым устройством и предназначены для установки на скоростные суда в одновальной и многовальной компоновке. Многовальная схема позволяет комбинировать реверсивно-рулевые ВД с ВД бустерного типа, что значительно улучшает экономические показатели проекта и усиливает маневренные качества судна.

РКД всех трех типоразмеров ВД, включая ВД177D, ВД280Д и ВД490Д откорректирована по результатам испытаний, документации присвоена литера «О1».

В конструкции движителей ВД177Д применен тип рабочего колеса с бандажом. При этом, так как движитель является опытным изделием, предусмотрена возможность применения РК без бандажа и в этом случае в конструкцию ВД добавляется всего одна деталь , без необходимости каких-либо доработок. Применение указанного бандажного РК позволяет значительно улучшить эксплуатационные характеристики ВД, так как отпадает необходимость в регулировке зазора между лопастями рабочего колеса и обечайкой.

В конструкции движителей ВД280Д применен диагональный тип рабочего колеса. При этом, так как движитель является опытным изделием, предусмотрена возможность применения РК с бандажом, конструкция, которого может значительно улучшить эксплуатационные характеристики ВД.

Движитель ВД280Д оснащен механизмом регулировки зазора (МРЗ) между лопастями РК и обечайкой. Работа механизма компенсации зазора обеспечивается в ручном режиме без  необходимости проведения ремонтных работ производством докования судна.

Водозаборное отверстие на входе в ВД имеет защитную решетку, которая может быть очищена через смотровой люк. Движитель оборудован РРУ с собственным силовыми приводом. В конструкции ВД280Д предусмотрен гидравлический следящий привод с возможностью подключения стандартных постов управления, применяемых в малом и среднем судостроении или электронной системы управления. Приводы РРУ выполнен на единой раме таким образом, что для его монтажа не требуются опоры на силовые конструкции корпуса судна. Гидравлические приводы построены на базе стандартных гидроцилиндров, рулевого гидроцилиндра и электро-гидронасоса. Дистанционное управление электро-гидронасосом может осуществляться от стандартного, серийно выпускаемого ООО «ДМ Технолоджи», блока синхронизации работы РРУ с обратной связью.

публикация2-3.jpg

Водомётный движитель ВД490Д предназначен для использования в качестве главных судовых движителей в составе пропульсивной силовой установки скоростных судов, судов повышенной мореходности, в том числе на корпусах с дискретно-переменной килеватостью, обеспечивающих движение на передний и задний ход без изменения направления вращения вала, а также маневрирования на всех режимах движения, в том числе, в условиях сильного волнения.

Движитель разработан с возможностью применения в одновальной, двухвальной или много- вальной пропульсивных установках. Конструкция движителя имеет модульный принцип построения, позволяющий применять водозаборные устройства различных типов в том числе частично напорные и полнонапорные. На движителе предусмотрены собственные гидравлические приводы механизмом РРУ, с возможностью подключения к нему электронных постов управления судном. Гидравлические приводы построены на базе стандартных гидроцилиндров, гидравлической станции и СУВД.

В конструкции движителей ВД490Д применен диагональный тип рабочего колеса. Движитель ВД490Д оснащен механизмом регулировки зазора (МРЗ) между лопастями РК и обечайкой. Работа МРЗ обеспечивается дистанционно с поста управления судном через СУВД.

Движитель оборудован РРУ с собственным силовыми приводом. В конструкции ВД490Д предусмотрен гидравлический следящий привод с возможностью подключения электронной системы управления СУВД. Привод РРУ выполнен на единой раме таким образом, что для его монтажа не требуются опоры на силовые конструкции корпуса судна. Гидравлические приводы построены на базе стандартных гидроцилиндров и  внешней энергонезависимой гидростанции.

В итоге:

Конструкции и гидродинамическая модель проектируемых водометных движителей диагонального типа обеспечивают необходимый запас по кавитации на всех расчетных режимах и отличаются повышенными тяговыми характеристиками при значительных кавитационных качествах и высоких КПД.

Разработанный типоряд водометных движителей максимально прост в эксплуатации, удобен в обслуживании. Ремонтопригодность ВД обеспечена конструктивно.

В объеме ОКР все работы выполнены в полном объеме, разработаны и изготовлены опытные образцы трех типоразмеров водометных движителей с диагональной лопастной системой ВД177Д, ВД280Д и ВД490Д на максимальную мощность 115 кВт, 500 кВт и 1500 кВт. Проведены швартовные и ходовые испытания всех ВД в соответствии с ТЗ на ОКР. Проведены дополнительные испытания для подтверждения конструкции ВД с РМРС и получены документы одобрения РМРС. Характеристики движителей, полученные при испытаниях в точности, соответствуют требованиям ТЗ. По результатам испытаний проведена корректировка РКД, присвоена литера О1.

Достижимые скорости движения судна с разработанными ВД:

- с ВД177Д при мощности 115 кВт – 40 узлов;

- с ВД280Д при мощности 500 кВт – 50 узлов;

- с ВД490Д при мощности 1500 кВт – 51 узел.

При этом скорость реального судна может отличатся в зависимости от типа и водоизмещения корпуса судна, а также применяемого двигателя.

Как промежуточный итог проведённой работы можно привести цитату из письма Минпромторга России от 20.04.2021 года: «Во исполнение пункта 3 поручения Президента Российской Федерации В.В. Путина от 04.02.2021 года № Пр-176 заинтересованными федеральными органами исполнительной власти рассмотрен вопрос о принятии на снабжение отечественных водомётных движителей».

Работа продолжается, в соответствии с вышеуказанными письмами, обьем предстоит большой. Необходимо, в целях решения вопроса о принятии на снабжение отечественных водомётных движителей, провести швартовные и ходовые испытания созданных ВД в составе пропульсивного комплекса строящихся судов. Предстоит выполнение заключительного ОКР в серии «Слеминг» в рамках выполнения государственной программы «Развитие судостроительной науки» , государственной программы Российской Федерации «Развитие судостроения и техники для освоения шельфовых месторождений на 2013 - 2030 годы».