Подводная лодка с парогазовой турбиной С-99. Проект 617
Поиски новых типов энергетических установок, способных обеспечить высокую скорость при движении подводных лодок в подводном положении, велись в России, а затем в СССР постоянно. Особенно широко они развернулись в тридцатые годы нашего века. Тогда пошли по пути использования жидкого кислорода для обеспечения работы дизелей в подводном положении. Первопроходцем в данной области можно считать нашего талантливого инженера С.А. Базилевского. Вслед за ним было предложено и осуществлено несколько других вариантов использования жидкого кислорода, некоторые из которых внедрены в практику кораблестроения. Кроме того, в конце 1944 года проводились опыты по использованию в качестве кислородоносителя перекиси водорода. Она предназначалась для окисления топлива в рабочей камере парогенератора. Опыты эти не вызывали большого энтузиазма, очевидно, по двум причинам - из-за малой концентрации применяемой перекиси водорода и несовершенства предложенной схемы ее использования.
В 1945 году, после окончания войны, из СССР в Германию направили специальные группы инженеров для освоения немецкого опыта в различных отраслях промышленности. Среди них были и кораблестроители-подводники. Инженеры Владимир Константинович Станкевич и Исаак Самойлович Тольтраф ознакомились в дрезденской фирме «Брюнер-Канис-Редер» с оригинальной парогазовой турбиной, заказанной ранее военно-морским ведомством. Она обладала мощностью 7500 л.с. при 10000 об/мин, а время выхода из холодного состояния на полные обороты у нее составляло 5 минут. Ее рабочим телом являлся парогаз, для получения которого использовалась высококонцентрированная перекись водорода.
Разработки турбины вело бюро, которое называлось «Глюкауф» («счастливо наверх» - нем.). Были собраны около 15 бывших сотрудников этого бюро, и им предложили возобновить работу, начав с восстановления утраченной документации по проекту подводной лодки XXVI серии с Вальтеровской форсажной турбинной парогазовой установкой (ПГТУ). Для этого в Германии организовали «совместное» конструкторское бюро.
Его возглавил инженер-капитан 1 ранга А.А. Антипин, руководивший ленинградским конструкторским бюро (ЦКБ-18), которое спроектировало все советские ПЛ довоенной и военной постройки и выросло из бюро, созданного выдающимся инженером-кораблестроителем, конструктором первых отечественных боевых подводных лодок И.Г. Бубновым. Главным инженером нового КБ назначили Б.Д. Златопольского, возглавлявшего отдел специальных энергетических установок Центрального НИИ судостроения, где в те годы была сосредоточена значительная часть работ по проблемам создания энергетических установок, предназначенных для обеспечения высоких скоростей ПЛ в подводном положении.
Новое конструкторское бюро, названное по фамилии его начальника «бюро Антипина», состояло из работников ЦКБ-18, ЦНИИ судостроения и немецких специалистов, главным у которых был инженер доктор Статешный. В число сотрудников бюро вошли С.Н. Ковалев, руководивший корпусным отделом, и В.К. Станкевич, возглавлявший механический отдел.
В первую очередь бюро занялось восстановлением немецкого проекта подводной лодки XXVI серии, а затем Антипин, Станкевич, старший группы немецких специалистов Статешный побывали на всех фирмах, изготавливавших оборудование для парогазотурбинной установки, и заключили с ними договоры. Удалось заказать полный комплект оборудования, кроме винтового компрессора фирмы «Лисхольм», так как она находилась не в Германии, а в Швеции.
Работа шла быстро. Вся подготовленная в «бюро Антипина» документация, а также полученное оборудование парогазотурбинной установки отправлялись в Ленинград. Там в 1946 году ЦКБ-18 восстановило в объеме предэскизного варианта проект подводной лодки XXVI серии в том виде, в каком его представило бюро «Глюкауф». Эта работа выполнялась под руководством С.А. Егорова, наблюдение за ходом и консультации проводил Б.М. Малинин - первый главный конструктор большинства советских подводных лодок, работавший в то время в ЦНИИ судостроения.
Проект получил номер 616. Однако ряд технических решений, используемых на подводных лодках немецкой XXVI серии, не удовлетворял наших военных моряков и конструкторов (малый запас плавучести, бортовые торпедные аппараты направлены в корму; большой объем отсеков прочного корпуса и т.п.). Поэтому сразу же после критического рассмотрения этого варианта ЦКБ-18 начало разработку нового проекта ПЛ с парогазотурбинной установкой, которому присвоили номер 617.
На подводных лодках этого проекта все оборудование, за исключением парогазотурбинной установки, было отечественным. Предэскизный проект 617 появился в конце 1947 года. Работы по нему проходили под руководством опытнейшего инженер-механика П.С. Савинова, участника создания всех советских подводных лодок, и молодого инженера С.Н. Ковалева, ставшего впоследствии генеральным конструктором атомных подводных ракетоносцев. Проект выполнялся под наблюдением уже упоминавшегося ранее Б.М. Малинина, для которого он стал последним в его жизни, оборвавшейся в 1949 году.
После анализа различных вариантов предэскизного проекта было составлено и утверждено тактико-техническое задание на его дальнейшую разработку. Этому придавалось особо важное значение, так как ожидаемая большая подводная скорость данных ПЛ позволяла по-иному оценить тактику их использования и место в отечественном ВМФ.
Для дальнейшей разработки подводной лодки с новой энергетикой в мае 1948 года было создано второе в СССР подводное конструкторское бюро, СКБ-143. В его состав вошли группа специалистов ЦКБ-18, сотрудники «бюро Антипина» в Германии (в том числе и 10 немецких специалистов), а также коллектив отдела специальных энергетических установок ЦНИИ судостроения. Начальником бюро и главным конструктором подводных лодок проекта 617 был назначен А.А. Антипин, его помощником - С.Н. Ковалев.
Стоит отметить, что весной 1953 года коллектив, трудившийся над созданием проекта 617, был возвращен в Центральное конструкторское бюро № 18 вместе со всем своим «портфелем заказов», а СКБ-143 с этого момента было перепрофилировано на разработку проекта нашей первой атомной подводной лодки.
После создания эскизной и технической частей проекта 617, не изменивших существенно первоначально намеченного облика субмарины, коллектив бюро передал заводу «Судомех» комплект рабочих чертежей для строительства корабля. Надо отметить, что уникальность проекта привела к решению построить сначала только одну, опытную, подводную лодку, вопрос же о строительстве такой серии откладывался до окончания ее испытаний. Параллельно с этим конструкторы разработали еще несколько более перспективных проектов подводных лодок с использованием маловодной перекиси водорода (МПВ), но это тема для отдельного рассказа.
При создании опытной ПЛ проекта 617 конструкторское бюро взяло на себя целый ряд дополнительных функций, обычно не входивших в обязанности проектанта. Например, по доверенности завода-строителя, сотрудники бюро принимали оборудование от заводов-поставщиков, осуществляли шефмонтаж и обслуживание испытаний парогазотурбинной установки; полностью выполняли монтаж системы маловодной перекиси водорода, включая и мешков-хранилищ для МПВ. Покупка, транспортировка, хранение и погрузка маловодной перекиси водорода на ПЛ также осуществлялись конструкторским бюро.
Поставка заводу-строителю основных материалов для испытаний парогазовой турбинной установки (ПГТУ): МПВ, топлива, катализатора для разложения перекиси водорода и прочего - осуществлялась через конструкторское бюро. В одном из цехов завода «Судомех», переданном конструкторскому бюро, находился испытательный стенд, основными компонентами которого являлись хранилище для перекиси водорода и корпус турбинного отсека будущей субмарины. В этом корпусе смонтировали стендовую парогазотурбинную установку, максимально отвечавшую лодочным условиям и выполненную из элементов и деталей, полученных из Германии. Недостающие части были изготовлены на месте, в механической мастерской конструкторского бюро. Для обеспечения возможности проведения испытаний ПГТУ по всему диапазону мощностей, вплоть до полной, вне отсека установили гидромотор, который с помощью сменных колес воспроизводил характеристику гребного винта ПЛ проекта 617. Здесь же размещался «забортный» охладитель конденсата.
Программа испытаний стендовой ПГТУ разбивалась на пять основных этапов: I этап - испытания камеры разложения перекиси водорода в специальном бронированном боксе; II - испытания блока питания: трехкомпонентного насоса, четырехкомпонентного регулятора и трехкомпонентного переключателя; III - испытания блока генерации парогазовой смеси; IV - испытания конденсатной системы, состоящей из конденсатора турбины, забортного охладителя конденсата и конденсатного насоса, и V - комплексные испытания всей установки в целом, включая определение времени запуска и переходов с режима на режим, выход на 100-процентную мощность и 6-часовой непрерывный режим работы на полной мощности.
Работы по испытаниям ПГТУ возглавлял ее главный конструктор В.К. Станкевич. Руководителями первых четырех этапов были инженеры Евгений Николаевич Гурфейн, Илья Моисеевич Озеров, Петр Петрович Петров и Ольга Владимировна Ковалевская. Немецкие коллеги участвовали в работах в качестве консультантов по ряду возникавших технических вопросов и располагались в отдельном помещении. По мере накопления опыта их роль становилась все меньше, и в 1951 году эти специалисты вернулись на родину.
В самом начале 1951-го стендовые испытания ПГТУ были закончены. В мае того же года стендовая ПГТУ была демонтирована, все ее механизмы, аппараты и устройства подверглись тщательной ревизии и дефектации. После устранения замечаний и замены элементов, выработавших свой ресурс, сама установка и пульт управления ею были законсервированы и переданы ленинградскому заводу «Судомех» для монтажа на опытной подводной лодке, строительство которой шло полным ходом.
Закладка опытной ПЛ проекта 617 с тактическим номером С-99 состоялась 5 февраля 1951 года. Спустя ровно год эта подлодка была спущена на воду, а 16 июня 1952 года начались ее швартовные испытания.
Относительно короткая, с несколько вытянутым по вертикали корпусом, небольшим, хорошо обтекаемым ограждением шахты входного люка (боевой рубки не было) и правильно выбранным конструкторами оперением, С-99 показала требуемые скоростные и маневренные характеристики. Лодка имела 6 отсеков, разделенных водонепроницаемыми переборками: торпедный, аккумуляторный (жилой), центральный пост, дизельный, турбинный, кормовой. В междубортном пространстве находилось восемь бескингстонных цистерн главного балласта, топливные цистерны и проницаемые выгородки с 32 пластмассовыми мешками-хранилищами маловодной перекиси водорода.
Хороший запас плавучести и разделение прочного корпуса лодки водонепроницаемыми переборками обеспечивали надводную непотопляемость субмарины в случае затопления любого из отсеков прочного корпуса, вместе с прилегающей к нему бортовой балластной цистерной.
Энергетическая установка стала главной отличительной чертой подводной лодки С-99. Как уже рассказывалось ранее, в качестве форсажной части этой установки была смонтирована ПГТУ, максимальная мощность которой достигала 7250 л.с. При движении ПЛ на глубине порядка 40 метров мощность, передаваемая на гребной вал, была равна 6050 л.с., остальная - расходовалась винтовым компрессором, который откачивал углекислый газ за борт лодки. Пуск установки можно было производить на глубинах от перископной до 80-метровой, время пуска равнялось 2 мин 10 с; форсированный пуск из холодного состояния с выходом на максимальную мощность производился за девять с половиной минут.
При работе ПГТУ на полной мощности скорость хода подводной лодки С-99 превышала 20 уз. Такая высокая подводная скорость и 6-часовая дальность плавания на ней (120 миль) значительно расширяли возможности боевого использования подобных подлодок. Хотя сегодня принципиальная схема работы парогазовой турбинной установки с использованием маловодной перекиси водорода (МПВ) общеизвестна, напомним ее вкратце для тех, кто впервые знакомится с подводными лодками такого типа.
Давлением забортной воды МПВ из эластичных полихлорвиниловых мешков выжималась к перекачивающему и трехкомпонентному насосу (МПВ, топливо, конденсат) и подавалась в специальную камеру разложения, где с помощью катализатора преобразовывалась в газообразный кислород (37% от объема) и водяной пар (63%). Парокислород направлялся в камеру горения, куда впрыскивался керосин с малым содержанием примесей и повышенной температурой вспышки. Продукты горения, в составе 15 % СО2 и 85% водяного пара, проходили через тепловой аккумулятор, который служил для выравнивания тепловой инерции парогаза и поступали в турбину. Температура парогаза была постоянной (550°С), давление же изменялось в зависимости от нагрузки и составляло около 21 кгс/кв.см при вращении турбины 9500 об/ мин. После турбины отработанный парогаз уходил в конденсатор, где происходило отделение воды от углекислого газа, который сжимался винтовым компрессором до забортного давления и выбрасывался с помощью специального распыляющего устройства с 10000 мелких отверстий, что обеспечивало хорошее растворение СО2. Для охлаждения конденсата применялся самопроточный охладитель, расположенный в междубортном пространстве под прочным корпусом лодки; часть охлажденного конденсата использовалась для регулировки температуры парогаза.
Двухступенчатый редуктор снижал обороты до 480 об/мин и передавал их на гребной вал. Движение субмарины на меньших скоростях и в надводном положении происходило с помощью дизель-электрической установки, состоявшей из главного восьмицилиндрового четырехтактного и вспомогательного шестицилиндрового дизель-генераторов одинаковой конструкции. Главный дизель через муфты работал на винт или только на генератор; вспомогательный обеспечивал либо зарядку аккумуляторной батареи, либо работу гребных электродвигателей. Возможна была работа обоих дизелей на винт, как в надводном положении, так и в перископном с помощью заваливающейся шахты РДП (работы дизелей в перископном положении).
Электродвижение осуществлялось главным гребным электродвигателем или электродвигателем экономического хода, связанным неразобщительной муфтой с линией вала, проходившей внутри него. Несмотря на длительную отработку парогазотурбинной установки на стенде, при проведении швартовных и ходовых испытаний подводной лодки С-99 возникал ряд неполадок: негерметичность мешков-хранилищ перекиси водорода; появление протечек перекиси водорода, при которых от быстрого ее разложения при соприкосновении с загрязненными и, особенно, промасленными предметами происходили возгорания и слабые взрывы, называемые «хлопками»; недостаточная стабильность работы катализатора и т.д.
В ходе заводских испытаний обнаружилось также, что зона крутильных колебаний главного дизеля имеет больший диапазон оборотов, нежели было рассчитано. Устранение этих недостатков затянуло период испытаний, и только 20 марта 1956 года, после успешного окончания государственных испытаний, подводная лодка С-99 была сдана в опытную эксплуатацию, завершившую почти двенадцатилетний путь ее создания. Работы конструкторского бюро, завода-строителя подводной лодки, ряда научно-исследовательских и проектных организаций закончились успешно.
С 1956-го по 1959 год опытная ПЛ С-99, находясь в отдельной бригаде учебных лодок Балтийского флота, выполнила 98 выходов в море, пройдя в них свыше 6000 миль в надводном положении и порядка 800 миль в подводном положении.
19 мая 1959 года на С-99 случилась серьезная авария. При очередном запуске ПГГУ на глубине равной 80 м, в турбинном отсеке произошел взрыв - не запустилась установка. Командир лодки дал команду немедленно продуть главный балласт системой аварийного продувания. Лодка всплыла с дифферентом на корму. Из дизельного отсека поступил доклад: «Пожар и взрыв в 5-м (турбинном) отсеке, дано орошение в 5-й отсек».
На корабле объявили аварийную тревогу. Используя смотровые стекла смежных отсеков, установили, что 5-й залит водой. Так как подлодка держалась на плаву, командир принял решение добираться до базы своим ходом. Запустили компрессоры высокого давления и непрерывно поддували поврежденные цистерны главного балласта. Спустя несколько часов С-99 вернулась в базу. После осушения турбинного отсека было установлено, что разрушился бортовой клапан погрузочного трубопровода перекиси водорода; взрывом в верхней части прочного корпуса было пробито сквозное отверстие диаметром 80 мм, через которое и был затоплен турбинный отсек. Взрыв вызвало разложение перекиси водорода из-за попавшей в клапан грязи.
После аварии опытная подводная лодка С-99 не восстанавливалась, поскольку нуждалась в замене значительной части механизмов ПГГУ, что требовало значительных затрат. К этому времени в состав советского ВМФ вступила первая атомная подводная лодка пр. 627 - К-3. Сложный и интересный поиск новых энергетических установок завершился. Подводную лодку С-99 разоружили и сдали на слом, но опыт, полученный при применении на ПЛ парогазовых турбинных установок, сыграл весьма существенную роль в создании атомных паротурбинных установок для подводных лодок.
Источники:
Баданин В. «Подводные лодки с единым двигателем», СПБ.:Гангут, 1998. С. 48-86.
Боечин И. Советские и Британские Вальтеры // Техника-Молодежи. 1996. №5.С.32-36
Широкорад А. Подводная лодка проекта 617. // Советские подводные лодки послевоенной постройки. М.: Арсенал-Пресс. 1997. С.160-166.
Спасский И., Семенов В. Проект 617 // Морской сборник. 1995. №7. С.65-69.
Антонов А. Из истории создания подводных лодок с парогазовыми турбинами. // Судостроение. 1994. №5-6. С.64-67.
Источник: topwar.ru
