ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ НАДВОДНЫХ КОРАБЛЕЙ В УСЛОВИЯХ ЖАРКОГО КЛИМАТА Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Особенности эксплуатации

надводных кораблей в условиях жаркого климата

Вице-адмирал И.Т. МУХАМЕТШИН

Капитан 1 ранга С.А. ГОРБУНОВ, кандидат технических наук

АННОТАЦИЯ

ABSTRACT

Приведен опыт эксплуатации кораблей Военно-Морского Флота в условиях жаркого климата, рассмотрены основные оборудование и системы, наиболее уязвимые к воздействию неблагоприятных факторов в тропиках, и меры для их устранения.

The paper cites the practice of operating Navy ships in hot-climate conditions examining the basic equipment and systems that prove the most vulnerable to adverse factors in the tropics, and measures to eliminate those.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

KEYWORDS

Эксплуатация кораблей, жаркий климат, тропический климат, надежность, техническое обслуживание, корабельные системы и устройства, корабельное оборудование, энергетическая установка корабля.

Ship exploitation, hot climate, tropical climate, reliability, maintenance, ship systems and devices, ship equipment, ship power unit.

ОДНОЙ из важнейших задач Военно-Морского Флота (ВМФ) является присутствие в Мировом океане. Проведены самые масштабные за последние 30 лет учения «Океанский щит-2019».

Отрядом кораблей во главе с фрегатом «Адмирал Флота Советского Союза Горшков» совершен кругосветный поход (рис. 1). Силы ВМФ продолжают привлекаться к антитеррористической и антипиратской деятельности.

Сегодня в океанской зоне действуют заложенные в советский период корабли проектов 1144, 11435, 1155, 1155.1, 1164, 11540 и корабли нового поколения — фрегаты проектов 11356 и 22350, корветы проекта 20380 (рис. 2).

Рис. 1. Фрегат «Адмирал Флота Советского Союза Горшков» в порту Циндао Китайской Народной Республики

Рис. 2. Фрегат «Адмирал Григорович» проекта 11356 проходит пролив Босфор

Задачи, решаемые флотом в Мировом океане, обуславливают применение кораблей в различных климатических условиях. ВМФ накоплен значительный многолетний опыт их эксплуатации в тропиках и жарком климате, который был реализован при разработке руководящих и нормативно-технических документов по эксплуатации корабельного оборудования, проектировании и строительстве кораблей и судов1. Они оснащаются техническими средствами, позволяющими находиться без ограничений в районах боевой службы.

Характерными климатическими особенностями тропиков, оказывающими негативное влияние на техническое состояние кораблей, являются:

• высокая температура окружающего воздуха и забортной воды;

• высокая влажность воздуха;

• существенные температурные перепады воздуха;

• повышенная солнечная радиация, ускоряющая старение полимерных материалов и покрытий;

• наличие в морской воде разнообразных биоагентов-деструкторов;

• насыщенность морского воздуха хлоридами и повышенная концентрация озона и окислов азота в нем.

Анализ информации о повреждаемости деталей, узлов и агрегатов кораблей позволил выявить общие проблемы их эксплуатации в тропиках:

• коррозия и биологическое обрастание подводной части корпусных конструкций, элементов систем охлаждения морской водой;

• обеспечение заданных параметров микроклимата в корабельных помещениях;

• влияние повышенной влажности воздуха на электротехнические изделия.

Биообрастание водоприемных кингстонов и засорение приемных решеток кингстонных ящиков повышают гидравлическое сопротивление

системы и снижают эффективность охлаждения оборудования. В дальних походах кораблей в связи с изменениями температуры и солености морской воды наблюдается массовое отмирание биоорганизмов, которые накапливаются во внутренних водяных полостях отдельных теплообменников. В целях поддержания заданных условий работы оборудования и энергетической установки на кораблях проводятся регулярные работы (в том числе и дополнительные) по очистке теплообменников, а также деталей арматуры систем охлаждения.

Наиболее эффективным способом защиты от коррозии и биообрастания является использование лакокрасочных покрытий. Основным изготовителем лакокрасочных материалов для кораблей ВМФ советского периода постройки было предприятие «Пигмент» (г. Санкт-Петербург). На базе поставляемых им лакокрасочных материалов серий ВП, ЭП, КФ, ХС и других была разработана и внедрена система окрашивания корпусов кораблей и судов2. С середины 1990-х годов стали применяться импортные покрытия. Это произошло в связи с общим ухудшением качества российской продукции, вызванным ограниченностью отечественной сырьевой базы, дефицитом, высокой стоимостью и нестабильностью свойств различных видов сырья (в первую очередь эпоксидных смол), в ряде случаев моральным и физическим износом производственного оборудования. Опыт эксплуатации зарубежных систем окраски показал высокие долговечность и результаты защиты от коррозии и обрастания корпусов (корпусных конструкций) кораблей ВМФ. Судостроительными и судоремонтными заводами отмечается отличное качество импортных материалов, технологичность их нанесения.

В настоящее время перед российской промышленностью стоит задача по созданию и выпуску новых высокоэффективных лакокрасочных материалов с длительным сроком службы. В частности, ООО «ХК «Пигмент» работает над заменой 75 % импортных материалов высококачественными аналогами. Внедряются системы морских покрытий «Акрус» (ООО «АКЗ покрытия», Москва). Кроме того, ряд иностранных компаний локализует собственное производство на территории Российской Федерации. В дополнение к использованию лакокрасочных покрытий исследуется возможность применения электрохимической защиты систем охлаждения от воздействия биообрастания поверхностей оборудования.

Плавание корабля в условиях жаркого климата негативно влияет на экономичность энергетической установки, поскольку повышение температуры атмосферного воздуха приводит к увеличению максимальных температур рабочего цикла

двигателей. Для дизельного двигателя вырастает тепловая напряженность деталей цилиндропоршневой группы, ухудшаются условия смазывания, увеличиваются износ цилиндровых втулок и поршневых колец, а также вероятность прорыва газов из цилиндров в подпоршневые по-лости3. Для обеспечения надежной работы дизелей в широком диапазоне температур и давлений воздуха была смещена расчетная точка настройки турбокомпрессора в область выше номинального режима и использован перепуск отработавших газов на номинальном режиме и на режимах работы при пониженном давлении воздуха, применены хром-никель-вольфрамовые сплавы при изготовлении лопаток для обеспечения длительной прочности при температурах отработавших газов до +700 °С. Данные технические решения использованы в двигателях 10Д49 и 16Д49, широко применяющихся в ВМФ, в частности на новых корветах и фрегатах (рис. 3).

Рис. 3. Дизельный двигатель 10Д49, устанавливаемый на фрегатах проекта 22350

Корабли проектов 1155, 1155.1, 1164, 11540, 11356 оснащались газотурбинными двигателями производства государственного предприятия «Зоря-Машпроект» (г. Николаев, Украина). Опыт эксплуатации показывает, что при температуре воздуха на входе + 15 °С снижается их мощность и увеличиваются расход топлива (прежде всего из-за особенностей конструкции газогенератороной части двигателей), а также солевые отложения на рабочих лопатках турбокомпрессоров. В 2018—2019 годах ПАО «ОДК Сатурн» (г. Рыбинск) были исследованы конструктивные возможности поддержания мощности двигателей на различных режимах работы при повышенной температуре поступающего воздуха и проведена доработка газогенератора в части увеличения количества регулируемых лопаток входного направляющего аппарата и установки дополнительной ступени компрессора низкого давления. Указанные мероприятия реализованы при создании российских двигателей с выводом вала «вперед» типа М70ФРУ-2 мощностью 8 МВт для

Задачи, решаемые флотом в Мировом океане, обуславливают применение кораблей в различных климатических условиях. ВМФ накоплен значительный многолетний опыт их эксплуатации в тропиках и жарком климате, который был реализован при разработке руководящих и нормативно-

технических документов по эксплуатации корабельного оборудования, проектировании и строительстве кораблей и судов.

кораблей на воздушной подушке типов «Зубр» и «Мурена», а также двигателя М90ФР для новых корветов и фрегатов (рис. 4). Они обеспечили поддержание заданной мощности при температуре воздуха на входе до +35 °С. Повысить экономичность и устойчивость газотурбинных двигателей к воздействию повышенных температур планируется за счет применения в них сложного термодинамического цикла и новых конструкционных материалов4.

Рис. 4. Газотурбинный двигатель М90ФР, созданный для кораблей проектов 22350 и 20386

Характерными климатическими особенностями тропиков, оказывающими негативное влияние на техническое состояние кораблей, являются:

• высокая температура окружающего воздуха

и забортной воды; • высокая влажность воздуха; • существенные температурные

перепады воздуха; • повышенная солнечная радиация, ускоряющая старение полимерных материалов и покрытий;

• наличие в морской воде разнообразных биоагентов-

деструкторов;

• насыщенность морского воздуха хлоридами и повышенная

концентрация озона и окислов азота в нем.

Для снижения концентрации солей в воздухе разрабатывается специальное устройство очистки, устанавливаемое в шахту его приема.

Защиту от попадания песка в системы воздухоснабжения двигателей (например, при пылевых бурях) обеспечивают специальные противопы-левые фильтры. В частности, на больших десантных кораблях проекта 11711 такие фильтры проходят опытную эксплуатацию. Также на этих кораблях доработаны воздухоприем-ные шахты в носовом и кормовом машинных отделениях для размещения необходимых противопылевых фильтров в системах воздухоснабжения дизель-генераторов.

В целях создания оптимальных нагрузок для работы дизелей на строящихся кораблях проектов 23550 и 23900 предусмотрено электродвижение, для чего на базе хорошо зарекомендовавшего себя двигателя 10Д49 создан дизель-генератор мощностью 3500 кВт. Ведутся работы по внедрению в состав энергетических установок дизельных двигателей нового поколения серии Д500.

Наиболее ответственными являются системы охлаждения и водоснабжения, поскольку их отказы из-за повышения температуры и влажности воздуха внутри корабля могут вызвать неисправности другого оборудования5. В первую очередь это характерно для машинных отделений, электростанций и прочих энергонасыщенных помещений, где необходимо снимать существенные тепловые нагрузки от работающих технических средств, что приводит к работе холодильного оборудования с минимальными перерывами.

Самыми проблемными в системе вентиляции и кондиционирования воздуха являются контуры охлаждения конденсаторов холодильных машин и кондиционеров. Поэтому при подготовке корабля к плаванию в южных широтах он обеспечивается увеличенным запасом расходных материалов для проведения дополнительного технического обслуживания по очистке внутренних полостей теплообменников и других элементов системы (фильтры, сальниковые набивки, прокладочный материал, крепеж и т.д.). С учетом опыта эксплуатации в тропическом климате больших десантных кораблей проекта 775 на них были установлены сверхштатные автономные средства кондиционирования воздуха.

В советский период корабли в основном оснащались климатическим оборудованием украинского производства: холодильные компрессоры, теплообменное оборудование, центральные кондиционеры типа «Пассат», вентиляторы РСС. Все они разрабатывались по актуальным для того времени стандартам и не были рассчитаны на длительную эксплуатацию при температурах охлаждающей забортной воды свыше +30 °С. Накопленный научно-технический задел и экспериментальная отработка конструкторских и технологических

решений в жарком климате позволили скорректировать это значение до +34—36 °С6 при строительстве кораблей ВМФ проектов 11356, 22350, 11711, 20380, 20385 и других.

По техническим требованиям ВМФ предприятиями промышлен-

ности России разработаны и выпускаются:

• автономные кондиционеры серии АК с регулируемым статическим давлением и пониженной шумностью;

• типоряд холодильных машин МХМВ (рис. 5);

Рис. 5. Холодильная машина МХМВ-300, устанавливаемая на кораблях проекта 11711

• вентиляторы повышенного воздухообмена с улучшенными виброшумовыми характеристиками;

• автономные системы кондиционирования, действующие по принципу «чиллер-фанкойл» для более качественного поддержания микроклимата в каютах;

• обратноосмотические опреснительные установки типа УОМВ, функционирующие во всех районах эксплуатации кораблей ВМФ.

Дальнейшее развитие систем кондиционирования воздуха идет по пути создания системы управления температурным режимом в помещениях корабля в зависимости от тепловой нагрузки. Рассматрива-

ется возможность перехода на более эффективные типы хладонов для холодильного оборудования.

Отдельно стоит упомянуть о применении в условиях жаркого климата палубного оборудования (газоотражательных щитов, стартовых удерживающих устройств и аэрофинишеров «Светлана») тяжелого авианесущего крейсера «Адмирал Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецов» в ходе его участия в операции в Сирии. За два месяца с корабля было совершено более 400 самолето-вылетов и палубное оборудование отработало с достаточным уровнем надежности (рис. 6). Для обеспечения его безотказного функционирования были

Рис. 6. Посадка самолета Су-33 на палубу тяжелого авианесущего крейсера «Адмирал Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецов»

реализованы дополнительные организационно-технические мероприятия (техническое обслуживание и осмотры, подготовка к эксплуатации в жарком климате, смазка, укрытие чехлами или кожухами основных частей оборудования).

В качестве наиболее типичных дефектов электротехнических устройств, возникающих под воздействием повышенных температуры и влажности, можно отметить следующие:

• отслаивание и разрушение изоляции кабелей;

• коррозия штыревых контактов соединительных разъемов блоков систем автоматизации и радиооборудования;

• ухудшение эксплуатационных характеристик элементов электронной компонентной базы (полупроводниковых приборов, конденсаторов, трансформаторов, реле);

• развитие плесневых грибов на поверхностях печатных плат.

Повышенные требования к корабельным электротехническим устрой-

ствам в части стойкости к внешним воздействующим факторам были учтены при разработке комплекса государственных военных стандартов «Мороз». В соответствии с этими требованиями, начиная с 2000-х годов, отечественной промышленностью были созданы:

• электроприводы серий ДВМ, ДМШ, АН, АВ, ДС для насосов, компрессоров, холодильных машин и вентиляторов взамен продукции предприятий Украины и Молдовы;

• автоматические выключатели серии ВА, пакетные выключатели-переключатели, устройства комплексной защиты генератора типа КЗЕ-МП, устройства дифференциально-токовой защиты, электроустановочные изделия (выключатели, розетки, штепсе-ли, адаптеры) серии «Волна»;

• разъемы и соединители для комплектации систем управления, связи и радиотехнического вооружения кораблей.

Для судовых кабелей срок службы увеличен с 25 до 35 лет, применены

Защиту от попадания песка в системы воздухоснабжения двигателей (например, при пылевых бурях) обеспечивают специальные противопылевые фильтры. В частности, на больших десантных кораблях проекта 11711 такие фильтры проходят опытную эксплуатацию. Также на этих кораблях доработаны воздухоприемные шахты в носовом и кормовом машинных отделениях для размещения необходимых противопылевых фильтров в системах воздухоснабжения дизель-генераторов. В целях создания оптимальных нагрузок для работы дизелей на строящихся кораблях проектов 23550 и 23900 предусмотрено электродвижение, для чего на базе хорошо зарекомендовавшего себя двигателя 10Д49 создан дизель-генератор мощностью 3500 кВт.

новые, более эффективные и долговечные изоляционные материалы, допустимая температура на жиле повышена с +70 °С до +85 °С. Разработаны герметизированные и негер-метизированные кабели для передачи цифровых сигналов, в том числе в огнестойком исполнении, монтажные провода марки МОМП и кабели марки МОМК для внутриприборного и межприборного монтажа.

Проводятся работы по созданию и улучшению эксплуатационных характеристик элементов электронной компонентной базы7. Для

защиты печатных плат от неблагоприятного воздействия климатических и биологических факторов повышается эффективность и долговечность специальных лакокрасочных материалов. Отдельные исследования по повышению стойкости электротехнического оборудования к воздействию жаркого климата планируются при участии ФГБУН «ИПЭЭ РАН» (Москва) на базе совместного Российско-Вьетнамского Тропического научно-исследовательского и технологического центра.

ПРИМЕЧАНИЯ

1 ГОСТ 15150-69 Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды (с Изменениями №№ 1, 2, 3, 4, 5).

2 Бубнова О.Л., Репешев И.В. Технические требования к лакокрасочным покрытиям, требования ВМФ по допуску перспективных лакокрасочных материалов на корабли и суда ВМФ / Материалы межотраслевой научно-практической конференции «ВОКОР-2011». 1 ЦНИИ МО РФ (филиал) ВУНЦ ВМФ «ВМА», 2012.

3 Осипов О.В., Воробьев Б.Н. Судовые дизельные двигатели. СПб.: Лань, 2019. С. 356.

4 Половинкин В.Н., Барановский В.В., Колодяжный Д.Ю. Оценка целесообразности и способов разработки и создания корабельного газотурбинного двигателя 5-го поколения // Судостроение. 2019. № 1. С. 11—31.

5 Полушкин В.И., Русак О.Н., Бурцев С.И. и др. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха 4.1: учеб. пособие. СПб.: Профессия, 2002. С. 235.

6 ГОСТ 24389-89 Системы кондиционирования воздуха, вентиляции и отопления судов. Расчетные параметры воздуха и расчетная температура забортной воды.

7 Щепанов А.Н. Развитие российской электронной компонентной базы: взгляд эксперта // Электроника НТБ. 2019. № 7. С. 74—77.