ГАЗОТУРБИННЫЕ ДВИГАТЕЛИ НА ФЛОТЕ: ИСТОРИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ

В статье приведена информация о появлении на флоте паро- и газотурбинных двигателей, их современном состоянии и перспективах использования, а также определены направления их совершенствования с целью расширения применения в гражданском судостроении. Показано, что базой для создания судовых газотурбинных двигателей являются промышленные и авиационные газотурбинные двигатели, для успешной конвертации которых в судовые необходимо в зависимости от назначения и водоизмещения судна выбрать конструктивную схему, модернизировать системы в соответствии с требованиями эксплуатационных условий, а также обеспечить рациональный выбор конструкционных материалов. Отмечается, что важнейшими задачами при создании судовых газотурбинных установок является обеспечение глубокой утилизации вторичных энергетических ресурсов за счет оптимизации параметров рабочего процесса и конструкции теплообменного оборудования, а также возможности использования традиционных и альтернативных видов топлива, включая газовые. Подчеркивается, что выбор схемы утилизации теплоты и разработка системы топливоподготовки являются комплексными задачами, в процессе решения которых необходимо учитывать множество факторов, а именно: назначение судна, потребность в тепле для собственных нужд, наличие свободного пространства, режимы работы энергоустановки и пределы усложнения рабочего цикла. Рассмотрены перспективные направления использования газотурбинных двигателей на флоте, такие как гибридные энергетические установки, в том числе для судов с электродвижением, работающих в прибрежном шельфе. Сделан вывод о том, что решение сложных научно-технических задач, связанных с расширением сферы использования газотурбинных двигателей на объектах гражданской морской техники, требует комплексных исследований, включающих энергетическую и эксергетическую оценку эффективности установок, численное моделирование процессов, проведение натурных экспериментов и опытно-конструкторских работ.

судовые энергетические установки, газотурбинные двигатели, конструктивные схемы, вторичные энергетические ресурсы, энергоэффективность, комплексные исследования

1. Прасников В. Б. Первый газотурбинный корабль отечественного ВМФ (Опытный большой торпедный катер пр. 183Т) / В. Б. Прасников // Судостроение. - 2004. - № 6 (757). - С. 27-31.

2. Буров М. Н. История развития и основные проблемы создания морских энергетических установок нового поколения / М. Н. Буров // Труды Крыловского государственного научного центра. - 2020. - № 3 (393). - С. 103-112. DOI: 10.24937/2542-2324-2020-3-393-103-112.

3. Буров М. Н. Основные проблемы применения конвертированных авиационных газотурбинных двигателей в составе морских энергетических установок и их решение / М. Н. Буров // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. - 2018. - Т. 22. - № 4 (82). - С. 62-69.

4. Буров М. Н. К вопросу о формировании облика семейства морских ГТД 5-го поколения / М. Н. Буров, В. А. Пономарев // Актуальные проблемы морской энергетики. Материалы Восьмой международной научно-технической конференции. - СПб.: СПбГМТУ, 2019. - С. 40-47.

5. Буров М. Н. Направления разработки и создания корабельного газотурбинного двигателя пятого поколения / М. Н. Буров, В. А. Пономарев // Судостроение. - 2020. - № 4 (851). - С. 29-34.

6. Болдырев О. Н. Cудовые энергетические установки / О. Н. Болдырев. - Северодвинск: Севмашвтуз, 2003. - 171 с.

7. Пашин В. М. Инновации и перспективы создания морской техники / В. М. Пашин // Инновации. - 2011. - № 7 (153). - С. 3-10.

8. Безюков О. К. Состояние и перспективы судового двигателестроения в России / О. К. Безюков, В. А. Жуков // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. - 2017. - № 2. - С. 40-53. DOI: 10.24143/2073-1574-2017-2-40-53.

9. Ерофеев В. Л. О возможностях использования вторичных энергетических ресурсов в судовых ДВС / В. Л. Ерофеев, В. А. Жуков, О. В. Мельник // Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2017. - Т. 9. - № 3. - С. 570-580. DOI: 10.21821/2309-5180-2017-9-3-570-580.

10. Жуков В. А. Использование вторичных энергетических ресурсов в судовых энергетических установках с газотурбинными двигателями / В. А. Жуков, М. С. Капустянский // Актуальные проблемы морской энергетики / Материалы девятой Междунар. науч.-техн. конф. - СПб.: Изд-во СПбГМТУ, 2020. - С. 583-587.

11. McCreath C. G. Environmental factors that determine hot corrosion in marine gas turbine rigs and engines / C. G. McCreath // Corrosion Science. - 1983. - Vol. 23. - Is. 9. - Pp. 1017-1023. DOI: 10.1016/0010-938X(83)90028-8.

12. Семенюк А. В. Влияние эксплуатационных факторов на параметры рабочего процесса судовых газотурбинных двигателей / А. В. Семенюк, Л. А. Семенюк, Н. Н. Таращан // Вестник Морского государственного университета. - 2018. - № 83. - С. 84-89.

13. Wirkowski P. Parameterization of the operating conditions of the vessel’s turbine engine in the aspect of the pollutant exhaust emission assessment / P. Wirkowski, J. Markowski // Transportation Research Procedia. - 2019. - Vol. 40. - Pp. 927-933. DOI: 10.1016/j.trpro.2019.07.130.

14. Мясников Ю. Н. Эксплуатационные дефекты судовых дизельных и газотурбинных двигателей / Ю. Н. Мясников, В. С. Никитин, А. А. Равин // Труды Крыловского государственного научного центра. - 2018. - № 3 (385). - С. 85-96. DOI: 10.24937/2542-2324-2018-3-385-85-96.

15. Глушкова Д. Б. Повышение ресурса работы деталей судовых газотурбинных двигателей / Д. Б. Глушкова, Ю. Н. Дзюба // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. - 2008. - № 42. - С. 24-27.

16. Воробьев Ю. М. Усовершенствование бортовых систем диагностирования судовых газотурбинных двигателей / Ю. М. Воробьев // Водный транспорт. - 2013. - № 2 (17). - С. 13-18.

17. Жорник М. Н. Оптико-электронная пирометрическая система / М. Н. Жорник, С. В. Веретенников, Е. Г. Колесова // Вестник Рыбинской государственной авиационной технологической академии им. П. А. Соловьева. - 2018. - № 4 (47). - С. 24-30.

18. Campora U. Marine gas turbine monitoring and diagnostics by simulation and pattern recognition / U. Campora, C. Cravero, R. Zaccone // International journal of naval architecture and ocean engineering. - 2018. - Vol. 10. - Is. 5. - Pp. 617-628. DOI: 10.1016/j.ijnaoe.2017.09.012.

19. Vaferi K. Thermo-mechanical simulation of ultrahigh temperature ceramic composites as alternative materials for gas turbine stator blades / K. Vaferi, M. Vajdi, S. Nekahi, S. Nekahi, F. S. Moghanlou, M. S. Asl, M. Mohammadi // Ceramics International. - 2021. - Vol. 47. - Is. 1. - Pp. 567-580. DOI: 10.1016/j.ceramint.2020.08.164.

20. Володин Ю. Г. Теплообмен при пуске судового газотурбинного двигателя / Ю. Г. Володин, О. П. Марфина, Ю. И. Матвеев, М. Ю. Храмов // Вестник Волжской государственной академии водного транспорта. - 2019. - № 58. - С. 153-158.

21. Володин Ю. Г. Особенности теплообмена в жаровой трубе судового газотурбинного двигателя в пусковом режиме / Ю. Г. Володин, Ю. И. Матвеев, М. Ю. Храмов // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. - 2018. - № 4. - С. 66-74. DOI: 10.24143/2073-1574-2018-4-66-74.

22. Liu J. Effects of a pocket cavity on heat transfer and flow characteristics of the endwall with a bluff body in a gas turbine engine / J. Liu, S. Hussain, L. Wang, G. Xie, B. Sundén // Applied Thermal Engineering. - 2018. - Vol. 143. - Pp. 935-946. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2018.08.020.

23. Fatsis A. Design point analysis of two-shaft gas turbine engines topped by four-port wave rotors for power generation systems / A. Fatsis // Propulsion and Power Research. - 2019. - Vol. 8. - Is. 3. - Pp. 183-193. DOI: 10.1016/j.jppr.2019.06.001.

24. Hughes M. Challenges for gas turbine engine components in power generation / M. Hughes // Procedia structural integrity. - 2017. - Vol. 7. - Pp. 33-35. DOI: 10.1016/j.prostr.2017.11.057.