96Ю. Л. БОРДУЧЕНКО
Отечественные линейные дизель-электрические...
Строительство линейных дизель-электрических ледоколов на отечественных судоверфях
История освоения Арктики с середины XIX в. неразрывно связана с историей походов в полярные области стальных судов, оборудованных паровыми машинами. Основной недостаток пароходов - низкая экономичность силовых установок, вследствие чего суда могут брать на борт всего 15-20-суточный запас топлива. Между тем отсутствие бункеровочных баз, большие расстояния плюс работа по форсированию льда заставляют иметь судно с наибольшим количеством топлива на борту. При относительно небольшом водоизмещении пароход не может удовлетворить этому условию; следствием недостатка топлива являлись задержки судов во льдах, нередки были неплановые зимовки зажатых льдами судов в море.
Судостроители и моряки давно сделали вывод о том, что в Арктике необходимо судно, берущее в рейс по крайней мере в 2-3 раза больший запас топлива, чем существовавшие в то время пароходы. Таким двигателем (а в начале XX в. практически единственным) является двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Дизель-электрическая передача практически полностью преодолевает все технические трудности, возникающие при применении ДВС на арктическом судне, и даёт возможность примерно в три раза, по сравнению с паровой машиной, увеличить дальность плавания во льдах.
Ещё в 1901 г. Д. И. Менделеев, анализируя первые арктические плавания ледокола «Ермак», самостоятельно разработал эскизный проект ледокола с двумя кормовыми гребными винтами, предназначавшегося для плавания в высоких широтах и исследования Арктики. Основные элементы этого ледокола: наибольшая длина 78 м, ширина 16 м, осадка по грузовую ватерлинию 6 м, нормальное водоизмещение 3350 т. Одновременно Д. И. Менделеев рассмотрел несколько вариантов силовой установки судна. Среди них была и про-пульсивная установка, в которой винты должны были приводиться во вращение двумя гребными электродвигателями (ГЭД) мощностью по 1086 кВт. Питание они должны были получать от электрических генераторов, приводимых в движение паровыми машинами;
пар предполагалось вырабатывать в котлах, обогреваемых жидким топливом. Главные судовые механизмы (паровые котлы и электрогенераторы), по проекту, располагались в машинно-котельном отделении в два яруса1.
Таким образом, Д. И. Менделеев первым из проектировщиков предложил применить в ледоколостроении электродвижение и расположить главные судовые механизмы в два яруса, что позволяло сэкономить объём помещений и обеспечить достаточно высокую живучесть энергетической установки ледокола.
Первое практическое предложение о постройке дизель-электрического ледокола было сделано в 1924 г. в Швеции при проектировании ледокола «Atle» («Атле») мощностью около 3620 кВт. Но это предложение не было осуществлено, так как в развернувшейся дискуссии победило мнение, что дизель-электрическая машинная установка из-за своей малой мощности окажется непригодна для работы в тяжёлых ледовых условиях. Кроме того, дизель-электрический ледокол был дороже, чем паровой той же мощности. Эти причины привели к тому, что «Атле» был построен с паровой поршневой силовой установкой, только угольное отопление главных котлов было заменено нефтяным2.
В 1927 г. в состав флота Береговой охраны США вошёл «большой куттер» (сторожевой корабль) «Northland» («Нортлэнд»; 2065 т, 870 кВт), предназначавшийся для несения службы в водах Берингова моря, его корпус имел ледовые подкрепления. В состав пропульсив-ной установки судна входили два главных дизель-генератора, работавшие на один гребной электродвигатель3. Этот корабль можно считать первым дизель-электроходом ледового плавания.
Через несколько лет в Швеции было принято решение о строительстве более мощного ледокола. Опыт эксплуатации «Атле» и коммерческих теплоходов, проведённые исследования и экспертизы показали, что в эксплуатационном отношении преимущество будет на стороне дизель-электрической машинной установки. И после того, как был сломлен известный консерватизм судостроительных кругов и моряков, особенно старых ледовых капитанов, было принято решение строить новый ледокол с дизель-электрической энергетической установкой. Он получил название «Ymer» («Имер»)4. Этот ледокол
1. Менделеев Д. И. Научный архив. Освоение Крайнего Севера. М.-Л., 1960. Т. 1.
2. Дизель-электрический ледокол «Аймер» / Пер. со шведского Н. А. Сибирякова // Водный транспорт. 1933. № 4. С. 37-38.
3. Jane's Fighting Ships. London, 1933.
4. Дизель-электрический ледокол «Аймер». С. 37-38.
(4300 т, 6516 кВт) вошёл в строй в начале 1933 г. Успех, который сопутствовал его эксплуатации, не был оставлен без внимания в других странах, заинтересованных в развитии ледоколостроения.
В СССР проблема дизель-электрического ледоколостроения стала актуальной в связи с развитием судоходства на Северном морском пути. К началу 1930-х гг. масштабы развертывающихся в Арктике исследовательских и хозяйственных работ и количество проводимых транспортных судов, особенно в такие отдалённые районы, как устья рек Лены и Колымы, потребовали большого числа мощных ледоколов с большой дальностью плавания. Мощных арктических ледоколов в стране тогда было всего два - «Ермак» и «Красин», однако они имели незначительную автономность плавания по запасам топлива и котельной воды5.
Созданное 17 декабря 1932 г. Главное управление Северного морского пути связывало пополнение ледокольного флота как с развитием проверенных на практике паровых ледоколов типа «Ермак», так и с созданием ледоколов с установками новых видов. Основное требование, которое предъявлялось к новым ледоколам, - обеспечение большой дальности плавания без заходов в топливные базы и без бункеровок в пути. Поскольку «паровикам» это было не под силу, необходимо было использовать в составе пропульсивной установки более экономичные, чем паровая машина, механизмы. Ледокол с ДВС мог совершить рейсы по маршрутам Владивосток - устье Лены - Владивосток и Владивосток - Мурманск без пополнения в пути запасов топлива.
Однако дизель, работающий непосредственно на винт фиксированного шага (ВФШ), технически неприменим в арктических условиях, так как он не переносит больших перегрузок и при заклинивании винта во льду может быть разрушен. Следовательно, необходима эластичная передача между двигателем и винтом. Теоретически это можно осуществить либо в виде электрической связи, либо путем использования какой-либо системы муфт (трения, электромагнитных, гидравлических) или гидротрансформаторов. При разработке заданий на проектируемые для Главсевморпути ледоколы серьёзным конкурентом электропередачи оказались гидротрансформаторы. Вопрос был решен в пользу электропередачи не из принципиальных соображений, а вследствие того, что отечественная промышленность не смогла предложить ни реальных ги-
5. Виноградов И. В. Суда ледового плавания. М., 1946.
дротрансформаторов, ни дизелей, пригодных для работы с судовыми гидротрансформаторами6.
Проектирование полярных ледоколов с дизель-электрической и паровой энергетическими установками было поручено ленинградскому бюро «Судопроект». Задание на строительство дизель-элек-трического ледокола разработала группа конструкторов под руководством инженера И. К. Сморгонского. Главным конструктором проектов и дизель-электрического, и парового ледоколов был назначен инженер К.И. Боханевич. Конструкторы разработали несколько проектов дизель-электрических ледоколов различной мощности (см. табл.1)7.
Однако возможность своевременного осуществления строительства новых ледоколов на отечественных заводах вызывала у специалистов сомнения из-за достаточной сложности создания дизель-элек-трических установок. Поэтому в июне 1934 г. в Москве Совнарком СССР созвал специальное совещание учёных, конструкторов и моряков, которое обсуждало эту проблему. На совещании с возражениями
Таблица 1. Основные конструктивные элементы и технические характеристики дизель-электрических ледоколов, разработанных конструкторским бюро «Судопроект» в 1930-е гг.8
Длина по грузовой ватерлинии Ширина по ГВЛ Средняя осадка Высота борта Водоизмещение Мощность гл. двигателей
м м м м т л. с. / кВт
Ледокол для Севморпути 110,0 22,0 8,5 13,6 10 400 18 000 13 230
Ледокол для Севморпути 100,0 21,0 7,0 12 8060 12 000 8820
Ледокол для Балтийского и Черного морей 78,0 16,0 6,0 9 3500 4500 3300
Ледокол для Каспийского моря 45,0 12,0 4,0 5,3 1120 1500 1100
6. Ногид Л. М. Проблемы нового советского ледоколостроения // Судостроение. 1934. № 6. С. 1-8.
7. Составлено по: Виноградов И. В. Суда ледового плавания. М., 1946; Ногид Л. М. Проблемы нового советского ледоколостроения; Адмиралтейские верфи: Люди, корабли, годы: 1926-1996. СПб., 1996.
8. Ногид Л. М. Проблемы нового советского судостроения.
против строительства дизель-электрических ледоколов выступил академик А. Н. Крылов, сомневавшийся в своевременности подобного шага. А. Н. Крылов напомнил также, что стоимость дизель-электри-ческих установок существенно выше, чем паровых машин, а для обслуживания судов с электродвижением требуется высококвалифицированный персонал, с которым в те годы в СССР проблема стояла достаточно остро.
Тем не менее совещание приняло решение строить ледоколы по обоим проектам. 20 июня 1934 г. Совнарком СССР и ЦК ВКП(б) приняли специальное постановление «О мероприятиях по развитию Северного морского пути и северного хозяйства»9. Постановление обязывало промышленность построить два дизель-электрических ледокола к началу навигации 1937 г. Они должны были стать самыми мощными ледоколами в мире. Проектанты и промышленность продолжили работу по созданию первых советских ледоколов-электроходов10.
При проектировании нового судна за прототип был принят корпус ледокола «Красин». При этом в возможно большей степени были использованы конструктивные решения, до того времени проверенные опытом на эксплуатировавшихся арктических ледоколах. Прежде всего это касалось образований оконечностей корпуса (фор- и ахтерштев-ня), обводов корпуса в подводной и надводной частях. Чтобы избежать заливания судна с носа и улучшить условия размещения экипажа, на ледоколе был спроектирован большой полубак. В корме был предусмотрен вырез для вхождения носа буксируемого судна при буксировке транспортов «за усы», установлена мощная буксирная лебедка. Ледокол имел, в отличие от прежних полярных ледоколов, трюмы для размещения 300 т груза. Прочность корпуса дизель-электрического ледокола по сравнению с прочностью корпуса «Красина» была увеличена на 65 % (основные проектные технические характеристики первых отечественных дизель-электрических ледоколов см. табл. 2)11. На судне было предусмотрено размещение двух гидросамолетов ледовой разведки. Они должны были выпускаться с помощью катапульты, располагавшейся за дымовой трубой. Подъём гидросамолётов на борт ледокола обеспечивался грузовой стрелой, смонтированной на грот-мачте12.
9. КПСС в резолюциях и решениях съездов, конференций и Пленумов ЦК. Изд-е 9-е. Т. 6. 1933-1937 гг. С. 170.
10. История отечественного судостроения. СПб., 1996. Т. 4.
11. Ногид Л. М. Проблемы нового советского судостроения; Антонов С. Электроход -на завоевание Арктики // Водный транспорт. 1933. № 2-3. С. 36-38.
12. Виноградов И. В. Суда ледового плавания. М., 1946.
Таблица 2. Основные проектные характеристики отечественных дизель-электрических ледоколов типа «Киров»13
Основные технические характеристики
Длина, м наибольшая по грузовой ватерлинии 110,0 109,0
Ширина, м наибольшая по грузовой ватерлинии 22,3 21,0
Осадка, м наибольшая по грузовой ватерлинии 7,25 8,4
Высота борта, м 12,0
Водоизмещение, т наибольшее нормальное 10 250 8330
Мощность главных механизмов л. с. кВт 12 000 8820
Скорость на чистой воде, уз 16,2
Запас топлива, т нормальный максимальный 1100 1900
Число гребных валов 3
Распределение мощности по гребным валам 1/4:1/2:1/4
Экипаж 112 человек + 34 члена экспедиции
Для проведения научно-исследовательских работ во время плавания на новых ледоколах были предусмотрены помещения для размещения кораблестроительной, физической, биологической, гидрохимической, метеорологической, грунтовой и других лабораторий, оснащённых новейшими приборами. Экипаж, лётчики, учёные и полярники размещались в каютах на средней и нижней палубах, для отдыха предназначались две кают-компании, столовые, красные уголки.
Для облегчения работы во льдах на ледоколе были предусмотрены креновая и дифферентная системы, в состав креновой системы входили мощные насосы производительностью 3500 т/час. Для уменьшения качки на чистой воде ледокол оборудовался успокоительными цистернами Фрама.
13. Ногид Л. М. Проблемы нового советского судостроения; История отечественного судостроения. СПб., 1996. Т. 4; Антонов С. Электроход - на завоевание Арктики. С. 36-38.
В составе силовой машинной установки на судне планировалось использовать четыре дизеля фирмы «Зульцер» мощностью по 2896 кВт при 300 об/мин. Дизели имели малый вес и габариты; на 1 кВт мощности приходилось 16 кг веса (вместо обычных тогда 133 кг). Нормальный запас топлива на борту составлял 1100 т, максимальный - 1900 т. Скорость хода на чистой воде проектировалась ок. 16,2 узла (по др. данным - 15,5 уз). Дальность плавания экономическим ходом (ок. 10 уз) должна была составлять 25 000 миль при максимальном запасе топлива.
С целью наилучшего сохранения мощности энергетической установки ледокола в случае повреждения гребных винтов или валов на судах - впервые в мировой практике ледоколостроения - было применено неравномерное распределение мощности по валам: на среднем валу - половина всей мощности, на двух бортовых - по одной четвёртой. Подобное распределение было сделано потому что, как показал опыт эксплуатации, чаще повреждаются льдом бортовые винты. Над средним гребным винтом была предусмотрена специальная шахта для обеспечения смены лопастей среднего винта внутри судна без постановки его в док14. Ледокол полностью электрифицировался. Для парового отопления помещений устанавливались два вспомогательных котла.
По сравнению с «Красиным» и «Ермаком» новые ледоколы имели меньшее водоизмещение при большей мощности главных механизмов, повышенной прочности корпуса, значительно лучших маневренных качествах, что позволяло сделать вывод о том, что новые дизель-электрические ледоколы должны иметь большую ледопроходимость, чем «Красин» и «Ермак»15.
В конце 1934 г. на Адмиралтейском заводе в Ленинграде были заложены два дизель-электрических ледокола, получивших названия «Киров» и «Куйбышев». При производстве судосборочных работ впервые в отечественном ледоколостроении широко применялась электросварка. В строительстве ледоколов участвовали более 20 советских предприятий. Металл поставляли заводы Запорожья, Мариуполя и Таганрога, рули изготавливал Николаевский судостроительный завод имени Марти, дизельные двигатели - «Русский Дизель». Насосы и компрессоры изготавливали московские заводы, электро-
14. Антонов С. Электроход - на завоевание Арктики. С. 36-38.
15. Там же. См. также: Белоусов Н. А., Таиров Д. Е. Строим дизель-электрические ледоколы // Советская Арктика. 1936. № 4. С. 25-27.
оборудование - ленинградская «Электросила» и Харьковский электромеханический завод16.
Специалисты отмечали, что переход на неосвоенный ещё в советском коммерческом судостроении тип энергетической установки являлся источником новых задач, которые встали перед промышленностью и проектирующими организациями. В частности, необходимо было налаживать разработку и изготовление надёжных быстроходных дизелей новых марок.
Поставленные перед судостроителями задачи требовали чёткой работы проектантов и заводов-поставщиков оборудования и материалов. Однако в 1935 г. судостроительная промышленность хронически срывала производственные планы, главным образом из-за несвоевременной поставки металла и некомплектных поставок энергетического оборудования. Например, постановление Ленинградского обкома ВКП(б) от 11 октября 1935 г. отмечало, что выполнение программы по ряду заводов морского судостроения составило всего 88 % плана трёх кварталов. Для ускорения постройки дизель-электрических ледоколов было принято решение одновременно собирать на стапеле их корпуса и производить монтаж механизмов, трубопроводов и судовых систем17.
Однако из-за проблематичности быстрого завершения строительства ледоколов в связи с трудностями поставок комплектующего оборудования руководство судостроительной промышленности уже в середине 1936 г. поставило перед правительством вопрос о прекращении строительства дизель-электрических ледоколов. Это представление СНК СССР удовлетворил и в конце 1936 г. постройка ледоколов была прекращена. Корпуса обоих дизель-электрических ледоколов были на стапеле разобраны, а освободившиеся производственные мощности были переданы для выполнения расширявшихся программ военного кораблестроения18.
Несмотря на прекращение строительства дизель-электрических ледоколов, конструкторы «Судопроекта» в исследовательском плане продолжали разработку проектов ледоколов с нетрадиционными для нашего флота энергетическими установками. В частности, были созданы эскизные проекты ледоколов-лидеров для Арктики
16. Белоусов Н. А., Таиров Д. Е. Строим дизель-электрические ледоколы. С. 25-27.
17. Судостроительная промышленность к XVIII годовщине Октября // Судостроение. 1935. № 10. С. 1-2.
18. Там же.
с паротурбинной силовой установкой мощностью 24 ООО л. с. и с ди-зель-электрической, такой же мощности, линейного ледокола с ди-зель-электрической установкой мощностью 18 ООО л. е., вспомогательных ледоколов с дизель-электрическими установками для бассейнов Балтийского, Чёрного и Каспийского морей мощностью 3258 кВт и 1086 кВт.19
Эти разработки наметили перспективы развития отечественного ледоколостроения. Они легли в основу технических проектов мощных дизель-электрических ледоколов типа «Москва» и атомного ледокола «Ленин», построенных в 1950-1960-х гг., получили своё дальнейшее развитие при создании самых мощных в мире дизель-электрических ледоколов типа «Ермак» (см. табл. 3), построенных уже в 1970-х гг.
Однако на протяжении 1930-1950-х гг. отечественные судостроительные заводы не построили ни одного дизель-электрического ледокола. Первые ледоколы-электроходы появились в составе отечественного флота только в самом конце Великой Отечественной войны. Это были полученные от США по ленд-лизу три ледокола типа «Wind» - «Северный ветер»; «Северный полюс» (с 1946 г. - «Капитан Белоусов»); «Адмирал Макаров». Первые два были возвращены США в 1951 г., последний - в 1949 г.20
Таблица 3. Основные технические характеристики отечественных дизель-электрических линейных ледоколов
Наименование ледокола Год ввода в строй головного Водоизмещение, т Основные размерения по КВЛ, м Высота борта, м Мощность гэд, кВт Примечание
длина / ширина / осадка
«Киров» проект 8330 110,0/21,0/8,4 12,0 8830
«Москва» (1) 1960 13290 112,4/23,5/9,5 14,0 19 100
«Ермак» 1974 20240 130,0/25,6/11,0 16,7 30 500
«Москва» (II) 2008 14300 103,7/27,5/8,50 12,4 12 400 ВРК'
ЛК-16 (проект 21900М) заложен в 2012 г. 14000 119,8" /27,5 /8,5 - около 17 000
ЛК-25 (проект 22600) заложен в 2013 г. 22300 142,4*728,5/9,5 16,2 25 000
*ВРК - винто-рулевые колонки
** - указана наибольшая длина корпуса
19. Ногид Л. М. Проблемы нового советского ледоколостроения. С. 1-8; Адмиралтейские верфи... СПб., 1996.
20. Бережной С. С. Корабли и суда ленд-лиза: Справочник. СПб., 1994.
В послевоенные годы все линейные дизель-электрические ледоколы до начала XXI столетия строились на финских верфях. Это были три ледокола типа «Капитан Белоусов» (1954-1956 гг.), пять арктических ледоколов серии «Москва» (1954-1956 гг.), три арктических ледокола серии «Ермак» (1974-1976 гг.), четыре арктических ледокола типа «Капитан Сорокин» (1977-1981).
Только в конце 1950-х гг. на Адмиралтейском объединении в Ленинграде началось строительство дизель-электрических ледоколов проекта 97 различных модификаций. Всего на протяжении 1960-1970-х гг. были построены 32 ледокола, среди которых были портовые, патрульные, научно-исследовательский, гидрографические корабли и суда. Это была самая крупная серия ледоколов в истории мирового судостроения21.
Первые отечественные линейные дизель-электрические ледоколы построены на Балтийском судостроительном заводе только во второй половине 2000-х гг.: в 2008-2009 гг. в строй вступили два линейных ледокола проекта 21900, предназначенные для работы в акватории Балтийского моря, получившие наименования «Москва» и «Санкт-Петербург».
Линейные ледоколы проекта 21900 оснащены уникальным движи-тельным комплексом: суммарная мощность двух винто-рулевых колонок (ВРК), которые установлены на этих судах, составляет 16 МВт. Ранее ни одна европейская верфь не строила ледоколов с ВРК такой мощности. При этом ледоколы проекта 21900 являются многофункциональными судами, способными не только обеспечивать проводку танкеров в зимний период, ликвидировать последствия разлива нефтепродуктов, но и круглогодично осуществлять спасательные операции на море. Высокая маневренность позволяет судам выполнять спасательные операции при волнении на море до 4 баллов. Дополнительно на ледоколах может устанавливаться водолазный комплекс для проведения технических работ на глубине до 25 м. Кроме того, на судах предусмотрены площадки для приёма вертолётов типа Ка-32 или Ка-226.
На сегодняшний день ледоколы «Москва» и «Санкт-Петербург» являются единственными линейными дизель-электрическими ледоколами, построенными на отечественных верфях за 150 лет российского ледоколостроения. Хотя таких сложных инженерных сооружений, как ледоколы с ядерными энергетическими установками, на наших
21. Адмиралтейские верфи... СПб., 1996.
судостроительных заводах построено девять единиц, плюс ещё атомный лихтеровоз-контейнеровоз «Севморпуть».
В заключение заметим, что в 2012-2013 гг. введены в строй два специализированных судна-снабженца ледокольного типа «Витус Беринг» и «Алексей Чириков», основное назначение которых - обслуживание нефтедобывающих платформ; на судостроительных заводах Петербурга и Выборга заложены четыре дизель-электрических линейных ледокола - три проекта 21900М с двумя ВРК в качестве гребной установки, предназначенные для работы в акватории Балтийского моря, и арктический проекта 22260 (типа ЛК-25), трёхвинтовой, предназначенный для работы на трассах Северного морского пути и в акватории морей Северного Ледовитого океана (см. табл. 3). Эти ледоколы войдут в строй в 2015 г. Они должны сменить суда типов «Ермак» и «Капитан Сорокин», самые молодые из которых находятся в строю уже свыше 33 лет и которые практически выработали свой технический ресурс.
