Судовые двигатели

Первые разработки двигателей внутреннего сгорания (ДВС) сразу привлекли внимание судостроителей и судоходных компаний т.к. судовой дизель теплохода не требовал наличия парового котла, что существенно увеличивало грузоподъемность судна и практически вдвое сокращало численность машинной команды.

Однако для применения двигателей внутреннего сгорания (судовых дизелей) на морском транспорте требовались машины мощностью в сотни и тысячи л.с. использующие не настолько пожароопасное топливо, как легкоиспаряющиеся фракции бензина. Первым шагом в этом направлении стала разработка ДВС (Deutz), работающих на керосине. Принципиально они мало отличались от двигателей Отто, однако впрыск топлива в них осуществлялся насосом после предварительного подогрева керосина с целью перевода его в газообразное состояние. В конечном счете работы над созданием ДВС работающих на тяжелом топливе, привели к созданию современных дизельных двигателей, составляющих в настоящее время основу судового двигателестроения.

Первый теплоход заказанный судоходной компанией - самоходная нефтеналивная баржа "Вандал" ("Vandal") была построено в России (1903 г.) для перевозки каспийской нефти в Санкт-Петербург. Корпус был изготовлен на Сормовском заводе, двигатели установлены на заводе "Людвиг Нобель" в С-Петербурге (с 1920 г - "Русский дизель" – заводе производящем судовые дизеля).

Размерения судна - 74х9,5х1.83 м, дедвейт - 840 т, механизмы - три четырехтактные трехцилиндровые дизеля мощностью по 88,3 кВт, диаметр цилиндров - 290 мм, движитель - два гребных колеса с приводом от двух электро двигателей постоянного тока по 75 кВт, скорость хода - 7,4 узла, класс судна - река-море.

В августе 1904 г. в журнале "Русское судоходство" было опубликовано следующее сообщение о первом теплоходе – судне, имеющем в качестве главного двигателя судовой дизель:
Судоходная компания "Товарищество братьев Нобель" выстроило в нынешнюю навигацию на своем заводе железное судно наподобие баржи, на него были поставлены три машины. Судно будет приводиться в движение двигателем совершенно нового образца, (судового дизеля) невиданного еще нигде, а в особенности на р. Волге".
В следующем (1904 г.) была построена нефтеналивная самоходная баржа "Сармат" с приводом гребного электродвигателя на винт. Состав СЭУ: два четырехцилиндровых судовых дизеля мощностью по 132,5 кВт и частотой вращения 240 об/мин. Коммерческое использование теплоходов показало, что их энергетические установки являются значительно более экономичной, чем у пароходов.

"Вандал", ("Vandal"), 1903

"Вулкан" ( "Vulcanus"), 1910

"Зеландия" ("Selandia") , 1912

1905: Построен первый относительно мощный двухтактный реверсивный судовой дизель фирмы "Зульцер", установленный на швейцарское озерное сухогрузное судно в 1906 г. Характеристика СЭУ: двигатель (судовой дизель)-двухтактный четырехцилиндровый реверсивный, диаметр цилиндров - 175 мм, ход поршня - 250 мм, мощность 66 кВт при частоте вращения 375 об/мин.

1907: C-Петербургский завод "Людвиг Нобель" приступает к постройке для военного флота четырехтактных трехцилиндровых быстроходных судовых дизелей типа Д мощностью по 88,5 кВт при частоте вращения 400 об/мин. Первые судовые дизеля устанавливаются на подводной лодке Балтийского флота "Минога".

1908: На Коломенском заводе построен первый танкер класса река-море "Дело", длиной 108,4 м и дедвейтом 4200 т. Состав СЭУ: два четырехтактных, четырехцилиндровых нереверсивных судовых дизеля мощностью по 340 кВт.

1910: Регистр Ллойда (Llod's) присваивает класс первому морскому нефтяному танкеру "Vulcanus" ("Вулкан") c дизельной энергетической установкой (Deutz).

1912: В Копенгагене строится первый океанский теплоход с четырехтактными реверсивным судовым дизельным двигателем фирмы "Бурмейстер и Вайн" (Burmeister & Wain) - "Зеландия" (Selandia). Состав СЭУ: два четырехтактных 8 цилиндровых дизеля мощностью 932 кВт, 140 об/мин.

1912: В Гамбурге строится первый океанский теплоход с двухтактным реверсивным дизельными двигателем фирмы Deutz - "Монте Пенедо" (Monte Penedo). Состав СЭУ: два двухтактных шестицилиндровых судовых дизеля мощностью 1250 кВт, 160 об/мин.

Высокая энергетическая эффективность судовых двигателей внутреннего сгорания обусловила их массовое внедрение на флоте, но главный результат их изобретения связан с формированием нового класса военных кораблей - подводных лодок, представляющих серьезную опасность для всех без исключения типов надводных судов.

Поворотным моментом в становлении судового дизелестроения стала дата 22 сентября 1914 г., когда вблизи от побережья Голландии немецкая дизельная подводная лодка U-9 водоизмещением 600 т. с  ДИЗЕЛЬНЫМ  ДВИГАТЕЛЕМ (Deutz) и командой в 28 человек за 1 час 15 минут потопила Британские крейсера Абукир, Кресси и Хог (Aboukir, Cressey, Hogue) суммарным водоизмещением 36 тыс. т с 1459 моряками на борту. Подводный флот и дизелестроение становятся фактором национальной безопасности промышленных стран мира, а задача разработки судовых дизелей для подводных лодок становится приоритетной для всех ведущих морских держав.

Германская подводная лодка UC-1 времен Первой мировой войны. (двигатель deutz)	Типовая дизельная ПЛ второй мировой войны USS Perch, ("Окунь", SS313), 1942 -1973
Электростанция Cummins

До этого события почти все моряки мира считали, что подлодка - специфическое оружие береговой обороны вроде подвижного минного поля, и хорошо, что ей удастся атаковать военный корабль противника, стоящий на якоре.

Об атаке движущихся кораблей всерьез никто не думал, хотя во время боевых испытаний, проведенных в 1898 г. на Тулонском рейде, французская ПЛ "Сирена" удачно провела торпедные атаки линейных кораблей, один из которых стоял на якоре, а другой шел со скоростью около 10 узлов.

Подводные лодки, также как в свое время пароходы, потребовали создания новой тактики ведения морского боя, возможной только при наличии именно этого класса военных кораблей. Даже немцы, едва не поставившие подводными лодками Англию на колени, не знали, что с ними делать.

В первые военные дни 1914 г. дозорный миноносец выводил субмарины в море, где они стояли на якоре до вечера, изображая из себя часовых у главной базы флота кайзера.

После второй мировой войны американцы подсчитали, что подводный флот оказался самым экономичным оружием страны. При численности подводников в 1,6% от общего числа моряков ВМС США на долю подводного флота пришлось 55% тоннажа потопленных и захваченных кораблей противника.

Существенное увеличение грузоподъемности судов с судовыми дизельными двигателями привело к тому, что суда с паровыми турбинами - пароходы оказались эффективными только при сочетании достаточно большой мощности и дедвейта судна, что было характерно только для линейных кораблей военного флота и гражданских пассажирских судов.

Выполнение всех известных к этому времени критериев выбора типа СЭУ в сочетании с физико-химической безопасностью применяемого топлива, способствовало массовому внедрению ДВС (судовых дизелей) на флоте, а судоходные компании владельцы торговых и рыболовных судов начали постепенно переходить на использование более эффективных тепловых машин, получивших название судовой дизельный двигатель или дизель. В настоящее время, судовые дизеля занимают доминирующее положение на флоте и, вероятно, сохранят его и в обозримом будущем.

Современные дизеля работают на тяжёлых, т.е. более дешевых сортах топлива, имеют достаточно низкий расход топлива, а с учетом утилизации тепловых потерь КПД достаточно мощных МОД может доходить до 55%. Основные показатели современных малооборотных (МОД) и среднеоборотных (СОД) и высокооборотных (ВОД) судовых дизелей приведены в таблице.

Существующий типоразмерный ряд МОД и СОД позволяет выбрать источник пропульсивной мощности для любого существующего и перспективного судна или двигатель электростанции из двигателей одного типа с различным числом цилиндров и частотой вращения. Не ограничены дизеля и единичной агрегатной мощностью. Так фирма Hapag Lloyd в 2005 г. заказала 3 контейнеровоза с судовыми дизелями мощностью по 93400 э.л.с., обеспечивающих скорость судна до 25,2 уз.
В России первая мировая (1914-1918), гражданская (1917-1922) и вторая мировая (1939-1945) войны практически полностью разрушили промышленную базу судостроения и только в 50-х годах XX в. на отечественных верфях возобновилось строительство гражданского морского флота.
Первые стальные рыболовные паровые траулеры, построенные на Адмиралтейском судостроительном заводе в 50-х годах XX в. выгодно отличались от своих предшественников. Это были довольно крупные суда, предназначенные для добычи донных видов рыб в Баренцевом море. Дальнейшее освоение более удаленных районов промысла потребовалось увеличение автономности и, соответственно, применение более надежных способов сохранения улова и, в первую очередь – замораживания.

В 1955 по техническому заданию Минрыбхоза СССР в ГДР был спроектирован и построен принципиально новый траулер – большой морозильный рыболовный траулер (БМРТ) типа «Пушкин» с дизельной энергетической установкой. В состав судовой энергетической установки БМРТ ранней постройки входили: малооборотный двухтактный тронковый судовой двигатель, вспомогательные дизель-генераторы, вспомогательный автоматизированный паровой агрегат, системы и механизмы, обслуживающие энергетическую установку.

Дальнейшее развитие БМРТ шло по пути роста тягово-скоростных характеристик промысловых механизмов, совершенствования технологического комплекса, улучшение условий труда и отдыха экипажа. Эти новые требования были реализованы на траулерах типа «Прометей», «Пулковский меридиан», «Иван Бочков».

Анализ опыта эксплуатации новых отечественных и зарубежных траулеров показал, что наиболее эффективной энергетической установкой рыбопромыслового судна является дизель-редукторная установка на базе средне и высоко оборотных дизелей.

Duetz v Heavy Fuel Oil (HFO) Generator

V - образный двигатель фирмы CUMMINS,

Судовой двухтактный двигатель Sulzer, 60190 кВт, 100 об/м, 1997

Самым большим судном XX в. с максимальной единичной установленной мощностью судового дизельного двигателя стал контейнеровоз "Southampton" с судовым двигателем Sulzer 12RTA96C мощностью 65880 кВт/89,5 тыс. л.с. Судно было построено компанией P&O Nedlloyd в 1998 г. Дедвейт судна - 75000 т., грузовместимость - 6674 контейнеров, длина - 300 м, ширина - 42,8 м, осадка - 13,5 м, скорость 25 узлов.

По состоянию на 1.01.2000 г. средняя стоимость тяжелого топлива для малооборотных дизелей с частотой вращения около 100 об/мин - $150 USD/т, средняя стоимость очищенного или легкого дизельного топлива (солярки) - $300 USD/т. Рекорд минимального расхода топлива дизельным двигателем поставлен в 1986 г. Расстояние 4818 км пройдено со средним расходом топлива 1.76 л. на 100 км.