Submarino con turbina de vapor-gas C-99. Proyecto 617
La búsqueda de nuevos tipos de centrales eléctricas capaces de proporcionar alta velocidad cuando los submarinos se mueven bajo el agua se lleva a cabo en Rusia, y luego en la URSS constantemente. Sobre todo ampliamente se dieron la vuelta en los años treinta de nuestro siglo. Luego tomamos el camino del uso de oxígeno líquido para asegurar el trabajo de los motores diesel en una posición sumergida. El pionero en este campo puede ser considerado nuestro talentoso ingeniero S.А. Basilewski. Después de él, se propusieron e implementaron varias otras opciones para usar oxígeno líquido, algunas de las cuales se introdujeron en la práctica de la construcción naval. Además, al final de 1944, se llevaron a cabo experimentos sobre el uso de peróxido de hidrógeno como portador de oxígeno. Estaba destinado a la oxidación de combustible en la cámara de trabajo del generador de vapor. Estos experimentos no despertaron mucho entusiasmo, obviamente, por dos razones: debido a la baja concentración de peróxido de hidrógeno utilizada y la imperfección del esquema propuesto para su uso.
En el año 1945, después del final de la guerra, se enviaron grupos especiales de ingenieros de la URSS a Alemania para aprender la experiencia alemana en varias industrias. Entre ellos se encontraban constructores navales, submarinistas. Los ingenieros Vladimir Konstantinovich Stankevich e Isaak Samoilovich Toltraf se familiarizaron con la turbina de ciclo combinado original previamente ordenada por el departamento naval en la firma Bruner-Kanis-Reder de Dresde. Ella tenía el poder de 7500 HP. a 10000 rpm, y el tiempo para salir del estado frío a la velocidad máxima fue 5 minutos. Su fluido de trabajo era gas de vapor, para lo cual se utilizó peróxido de hidrógeno de alta concentración.
El desarrollo de la turbina condujo a la oficina, que se llamó "Glukauf" ("felizmente hacia arriba" - it.). Los antiguos empleados de esta oficina se reunieron alrededor de 15 y se les ofreció reanudar el trabajo, comenzando con la restauración de la documentación perdida en el proyecto del submarino de la serie XXVI con la planta de ciclo combinado de turbinas de posquemadura Walter (PGTU). Con este fin, se organizó una oficina de diseño "conjunta" en Alemania.
Estaba encabezado por el ingeniero capitán 1 rango A.A. Antipin, quien dirigió el Buró de Diseño de Leningrado (TsKB-18), que diseñó todos los submarinos soviéticos de antes de la guerra y la construcción militar, y surgió de un buró creado por un destacado ingeniero de barcos, diseñador de los primeros submarinos de combate domésticos IG Bubnov. BD fue nombrado ingeniero jefe de la nueva oficina de diseño. Zlatopolsky, quien dirigió el departamento de centrales eléctricas especiales del Instituto Central de Investigación de Construcción Naval, donde en esos años gran parte del trabajo se concentró en los problemas de crear centrales eléctricas diseñadas para garantizar altas velocidades submarinas en una posición sumergida.
La nueva oficina de diseño, que lleva el nombre del jefe de su "Oficina de Antipin", estaba formada por trabajadores de TsKB-18, el Instituto Central de Investigación de la Construcción Naval y especialistas alemanes, cuyo ingeniero principal era el Dr. Stateshny. El número de empleados de la oficina incluyó S.N. Kovalev, quien dirigió el departamento del cuerpo, y V.K. Stankevich, quien dirigió el departamento mecánico.
En primer lugar, la oficina se dedicó a la restauración del proyecto alemán de la serie XXVI submarina, y luego Antipin, Stankevich, el principal grupo de especialistas alemanes del Estado, visitó a todas las empresas que fabricaban equipos para la instalación de turbinas de vapor y gas y concluyó contratos con ellos. Era posible pedir un conjunto completo de equipos, excepto el compresor de tornillo de la empresa Lysholm, ya que no estaba en Alemania, sino en Suecia.
El trabajo fue rápido. Toda la documentación preparada en la Oficina de Antipin, así como el equipo obtenido para la instalación de la turbina de vapor y gas, se enviaron a Leningrado. Allí, en el año 1946, la Oficina Central de Diseño-18 restableció el diseño del submarino de la serie XXVI en forma de una versión previa al borrador, tal como fue presentado por la Oficina Glukauf. Este trabajo se realizó bajo la dirección de S.A. Yegorova, seguimiento del curso y consultas a cargo de BM. Malinin, el primer diseñador jefe de la mayoría de los submarinos soviéticos, que trabajaba en ese momento en el Instituto Central de Investigación de la Construcción Naval.
El proyecto recibió un número 616. Sin embargo, varias soluciones técnicas utilizadas en los submarinos de la serie alemana XXVI no satisfacían a nuestros navegantes y diseñadores navales (una pequeña reserva de flotabilidad, tubos de torpedos a bordo se enviaron a la popa; un gran volumen de compartimentos de un casco fuerte, etc.). Por lo tanto, inmediatamente después de la revisión crítica de esta versión, TsKB-18 comenzó el desarrollo de un nuevo proyecto submarino con una unidad de turbina de vapor y gas, a la que se le asignó el número 617.
En los submarinos de este proyecto, todos los equipos, a excepción de la instalación de turbinas de gas y de gas, eran nacionales. El prediseño 617 apareció al final de 1947. Los trabajos se llevaron a cabo bajo la dirección del ingeniero mecánico con más experiencia, PS. Savinov, un participante en la creación de todos los submarinos soviéticos, y un joven ingeniero S.N. Kovalev, quien más tarde se convirtió en el diseñador general de submarinos nucleares. El proyecto se llevó a cabo bajo la supervisión de un BM mencionado anteriormente. Malinin, para quien fue el último en su vida, se quedó corto en el año 1949.
Después de analizar las diversas opciones para el proyecto de bosquejo previo, se compilaron y aprobaron los requisitos tácticos y técnicos para su posterior desarrollo. A esto se le dio particular importancia, ya que la alta velocidad submarina esperada de estos submarinos hizo posible evaluar de una manera diferente las tácticas de su uso y su lugar en la Armada rusa.
Para el posterior desarrollo del submarino con nueva energía en mayo, se creó 1948, el segundo en la oficina de diseño submarino de la URSS, SKB-143. Está compuesto por un grupo de especialistas de TsKB-18, empleados de la Oficina de Antipin en Alemania (incluidos los especialistas alemanes 10), así como el personal del departamento de centrales eléctricas especiales del Instituto Central de Investigación de la Construcción Naval. A.A. fue nombrado jefe de la oficina y jefe de diseño de los submarinos del proyecto 617. Antipin, su asistente - S.N. Kovalev.
Vale la pena señalar que en la primavera de 1953, el equipo que trabajó en la creación del proyecto 617 se devolvió a la Oficina Central de Diseño No. 18 junto con todo su "libro de pedidos", y SKB-143 se redistribuyó desde este punto para desarrollar el proyecto de nuestro primer submarino nuclear.
Después de crear las partes conceptuales y técnicas del proyecto 617, que no modificaron significativamente la apariencia originalmente planeada del submarino, el personal de la oficina entregó a la planta de Sudomekh un conjunto de planos de trabajo para la construcción de la nave. Cabe señalar que la singularidad del proyecto llevó a la decisión de construir primero un solo submarino experimentado, la cuestión de construir una serie de este tipo se pospuso hasta el final de sus pruebas. Paralelamente, los diseñadores han desarrollado algunos proyectos más prometedores de submarinos que utilizan peróxido de hidrógeno de bajo contenido en agua (MPV), pero este es un tema para una historia aparte.
Al crear un proyecto de submarino experimental 617, la oficina de diseño asumió una serie de funciones adicionales que generalmente no eran responsabilidad del diseñador. Por ejemplo, mediante un poder de la planta de construcción, los empleados de la oficina recibieron equipos de las plantas proveedoras, llevaron a cabo la supervisión de los contratos y el mantenimiento de las pruebas de la unidad de turbina de vapor y gas; completó completamente la instalación del sistema de peróxido de hidrógeno de bajo contenido en agua, incluidas las bolsas de almacenamiento para MPV. La oficina de diseño también realizó la compra, el transporte, el almacenamiento y la carga de peróxido de hidrógeno de poca agua en un submarino.
La entrega de los materiales básicos para la prueba de una planta de turbina de ciclo combinado (PGTU): MPV, combustible, catalizador para la descomposición del peróxido de hidrógeno y otras cosas - al fabricante de materiales básicos se llevó a cabo a través de la oficina de diseño. En uno de los talleres de la planta de Sudomekh, transferidos a la oficina de diseño, había un banco de pruebas, cuyos componentes principales eran el almacenamiento de peróxido de hidrógeno y el casco del compartimiento de la turbina del futuro submarino. En este caso, se instaló una unidad de turbina de vapor y gas montada en un banco, que correspondía más a las condiciones de la embarcación y estaba hecha de elementos y piezas obtenidas de Alemania. Las piezas faltantes se hicieron en el sitio, en el taller mecánico de la oficina de diseño. Para asegurar la posibilidad de probar PSTU en todo el rango de potencia, hasta el máximo, el motor hidráulico se instaló fuera del compartimiento, que con la ayuda de ruedas intercambiables reproducía las características de la hélice submarina del proyecto 617. También albergaba enfriador de condensado "fuera de borda".
El programa de prueba para una instalación de turbina de gas de mesa se dividió en cinco etapas principales: Etapa I: prueba de la cámara de descomposición de peróxido de hidrógeno en una caja blindada especial; II - pruebas de la unidad de potencia: una bomba de tres componentes, un regulador de cuatro componentes y un interruptor de tres componentes; III - prueba de la unidad de generación de mezcla de gas y vapor; IV: pruebas de un sistema de condensado que consiste en un condensador de turbina, un enfriador externo de condensado y una bomba de condensado, y V: pruebas exhaustivas de toda la instalación, incluida la determinación del tiempo de inicio y las transiciones de modo a modo, salida a 100-por ciento de potencia y 6-hora continua Modo de funcionamiento a plena potencia.
Las pruebas en PSTU fueron dirigidas por su jefe de diseño, V.K. Stankevich. Los jefes de las primeras cuatro etapas fueron los ingenieros Evgeny Nikolaevich Gurfein, Ilya Moiseevich Ozerov, Petr Petrovich Petrov y Olga Vladimirovna Kovalevskaya. Los colegas alemanes participaron en el trabajo como consultores sobre una serie de problemas técnicos que surgieron y se ubicaron en una sala separada. A medida que ganaron experiencia, su papel se fue haciendo cada vez menos, y en 1951, estos especialistas regresaron a su país de origen.
Al comienzo de 1951, se completaron las pruebas de banco PSTU. En mayo del mismo año, el banco PSTU fue desmantelado, todos sus mecanismos, dispositivos y dispositivos se sometieron a una auditoría e inspección exhaustivas. Después de eliminar los comentarios y reemplazar los elementos que habían desarrollado su vida útil, la instalación y su panel de control fueron suspendidos y transferidos a la planta de Leningrad Sudomekh para su instalación en un submarino experimental, cuya construcción estaba en pleno desarrollo.
La colocación del proyecto de submarino experimental 617 con el número táctico С-99 tuvo lugar en febrero 5 del año 1951. Exactamente un año después, se lanzó este submarino, y 16 June 1952 comenzó sus pruebas de amarre.
Relativamente corto, con un casco ligeramente alargado, una cerca pequeña y bien redondeada del eje de la escotilla de acceso (no había ojiva) y el plumaje correcto de los diseñadores, el C-99 mostró las características de velocidad y maniobrabilidad requeridas. El barco tenía compartimientos 6 separados por mamparos estancos: torpedo, batería (residencial), poste central, diesel, turbina, popa. En el espacio de doble casco había ocho tanques de piedra de bingong del lastre principal, tanques de combustible y cercas permeables con bolsas de plástico de almacenamiento de agua oxigenada de 32.
Una buena reserva de flotabilidad y la separación de un casco sólido de la embarcación con mamparos a prueba de agua aseguraron la disipabilidad de la superficie del submarino en caso de inundar cualquiera de los compartimentos del casco robusto, junto con el tanque de lastre adyacente adyacente.
La central eléctrica se ha convertido en la característica principal del submarino C-99. Como se mencionó anteriormente, como parte del dispositivo de poscombustión de esta instalación, se instaló el PSTU, cuya potencia máxima alcanzó 7250 hp. Cuando el submarino se movía a una profundidad del orden de 40 metros, la potencia transmitida al eje de la hélice era igual a 6050 hp, el resto fue consumido por un compresor de tornillo, que bombea dióxido de carbono por la borda de la embarcación. La instalación podría iniciarse a profundidades desde el periscopio hasta los medidores 80, la hora de inicio fue 2 min 10 s; El arranque en frío forzado con la potencia de salida máxima se realizó en nueve minutos y medio.
Cuando se opera PSTU a plena potencia, la velocidad del submarino C-99 excedió los nudos de 20. Una velocidad submarina tan alta y un rango de crucero de 6-hora en él (millas 120) expandieron enormemente las capacidades de combate de dichos submarinos. Aunque hoy en día el diagrama esquemático del funcionamiento de la planta de turbina de ciclo combinado que utiliza peróxido de hidrógeno (MPV) es bajo en agua, recordemos brevemente para aquellos que primero se encuentran con submarinos de este tipo.
La presión de agua de mar (MPV) de bolsas flexibles de PVC se comprimió en la bomba de bombeo y de tres componentes (MPV, combustible, condensado) y se introdujo en una cámara de descomposición especial, donde se convirtió en gas de oxígeno (37% en volumen) y vapor de agua (63%) utilizando un catalizador. Se envió vapor de vapor a la cámara de combustión, donde se inyectó queroseno con un bajo contenido de impurezas y un alto punto de inflamación. Los productos de combustión, como parte de 15% СО2 y 85% de vapor de agua, pasaron a través de un acumulador de calor, que sirvió para igualar la inercia térmica del gas de vapor y entró en la turbina. La temperatura del gas de vapor fue constante (550 ° C), la presión cambió dependiendo de la carga y fue aproximadamente 21 kgf / cm2 durante la rotación de las rpm de la turbina 9500. Después de la turbina, el gas de vapor de escape entró en un condensador, donde el agua se separó del dióxido de carbono, que se comprimió con un compresor de tornillo a presión externa y se expulsó utilizando un dispositivo de pulverización especial con pequeños orificios 10000, lo que aseguró una buena disolución de CO2. Se usó un enfriador de flujo automático para enfriar el condensado, ubicado en el espacio de doble botonadura debajo del resistente casco del barco; Se usó parte del condensado enfriado para ajustar la temperatura del gas de vapor.
La caja de cambios de dos etapas redujo la velocidad a 480 rpm y las transfirió al eje de la hélice. El movimiento del submarino a velocidades más bajas y en la posición de la superficie se realizó mediante una instalación diesel-eléctrica, que consta de los principales generadores diesel de ocho cilindros de cuatro tiempos y auxiliares de seis cilindros del mismo diseño. El motor diesel principal a través de acoplamientos trabajó en el tornillo o solo en el generador; el auxiliar proporcionaba la carga de la batería o el trabajo de los motores de propulsión. Fue posible trabajar ambos motores diesel en la hélice, tanto en la posición de la superficie como en el periscopio con la ayuda de un eje de colapso del RDP (el trabajo de los motores diesel en la posición del periscopio).
El movimiento eléctrico fue llevado a cabo por el motor principal de la hélice o por un motor económico de carrera conectado mediante un acoplamiento no partido a la línea del eje que pasa dentro de él. A pesar de las pruebas a largo plazo de la instalación de la turbina de vapor y gas en el stand, ocurrieron varios problemas durante el amarre y las pruebas en el mar del submarino C-99: fugas de bolsas de almacenamiento de peróxido de hidrógeno; la aparición de fugas de peróxido de hidrógeno, en la cual, debido a su rápida descomposición en contacto con objetos contaminados y, especialmente, engrasados, incendios y explosiones débiles, llamadas "palmadas", se produjo; Estabilidad insuficiente del catalizador, etc.
Durante las pruebas de fábrica también se encontró que la zona de oscilaciones torsionales del motor diesel principal tiene un rango de giros mayor que el calculado. La eliminación de estas deficiencias demoró el período de prueba, y solo 20 en marzo 1956, después de completar con éxito las pruebas estatales, el submarino C-99 se puso en operación de prueba, que completó casi doce años de su creación. El trabajo de la oficina de diseño, la planta de construcción del submarino, varias organizaciones de investigación y diseño terminó con éxito.
De 1956 a 1959, el submarino experimental S-99, que se encuentra en una brigada separada de barcos de entrenamiento del Báltico flota, completó 98 salidas al mar, habiendo cubierto más de 6000 millas en la posición de superficie y aproximadamente 800 millas en la posición submarina.
19 Mayo 1959 en C-99 hubo un accidente grave. En el próximo lanzamiento de la PSPU a una profundidad igual a 80 m, se produjo una explosión en el compartimiento de la turbina: la instalación no se inició. El comandante del barco dio la orden de soplar inmediatamente el lastre principal con un sistema de soplado de emergencia. El barco flotaba con popa en la popa. Se recibió un informe del compartimiento de diesel: "Incendio y explosión en el compartimento 5-m (turbina), se dio riego en el compartimento 5-th".
En el barco declaró una alarma. Usando las gafas de observación de compartimentos adyacentes, se estableció que el 5 está lleno de agua. Como el submarino se mantuvo a flote, el comandante decidió llegar a la base por su propia cuenta. Lanzaron compresores de alta presión e inflaban continuamente los tanques dañados del lastre principal. Unas horas más tarde, C-99 volvió a la base. Después de drenar el compartimiento de la turbina, se encontró que la válvula a bordo de la tubería de carga de peróxido de hidrógeno se colapsó; Un orificio pasante con un diámetro de 80 mm, a través del cual se inundó el compartimiento de la turbina, se perforó en la parte superior de la caja robusta. La explosión causó la descomposición del peróxido de hidrógeno debido a la suciedad que entra en la válvula.
Después del accidente, el experimentado submarino C-99 no se restauró porque necesitaba reemplazar una parte significativa de los mecanismos de PGGU, lo que requería gastos considerables. Para entonces, el primer submarino nuclear del proyecto 627, el K-3, entró en la Armada Soviética. La compleja e interesante búsqueda de nuevas centrales eléctricas ha finalizado. El submarino C-99 fue desarmado y desechado, pero la experiencia adquirida en el uso de plantas de turbina de ciclo combinado en los submarinos desempeñó un papel muy importante en la creación de instalaciones de turbinas de vapor nucleares para submarinos.
Fuentes:
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