Импортозамещение. Август 2023

Руководитель Крыловки о реализации системы электродвижения для атомоходов проекта 22220 и новых ледоколов, а также о работах в области водородных топливных элементов.

Генеральный директор ФГУП "Крыловский государственный научный центр" Савченко О.В. Фото: ФГУП "КГНЦ" / Фото: ФГУП "КГНЦ" 📷

– Олег Владиславович, КГНЦ активен в сегменте электродвижения...

– В первую очередь следует подчеркнуть, что именно КГНЦ и его филиал ЦНИИ СЭТ являются разработчиками всей идеологии полного электродвижения. На сегодняшний день около 25 проектов судов, кораблей и подводных лодок обеспечены системой электродвижения, которая проектировалась и изготавливалась нашим филиалом ЦНИИ СЭТ. Словосочетание "изготовление системы электродвижения" не означает, что мы имеем завод по выпуску электрических двигателей. У нас есть много партнеров: "Силовые машины", Ленинградский электромашиностроительный завод, предприятие в Лысьве, "Российский электродвигатель" в Челябинске...

– А ЦНИИ СЭТ выступает в качестве интегратора?

– Слово "интегратор" здесь не совсем подходит. Дело в том, что система работает как система, если она спроектирована как система, существуют комплексные алгоритмы управление этой системой, ее функционирования. Разработчик реализовал средства комплексного управления и обеспечения комплексного функционирования, назначения режимов работы и так далее. Вообще по-хорошему систему электродвижения разрабатывает проектант корабля, но ему, конечно, помогают отраслевые институты или организации, которые специализируются на разработке и выпуске данной продукции, такие как ЦНИИ СЭТ. Они вместе находятся. Почему? Потому что на этапе проектирования задаются системные показатели надежности, обеспечения автономности, обеспечения тяги на винте и т.д., и т.п.

О реализации системы электродвижения для 22220 сказано много. Это был настоящий судьбоносный перелом. Из проекта ушла международная корпорация "Конвертим", которую купил "Дженерал Электрик" (и дальше она начала проектировать энергосистему эсминца "Замволт"). А то, что было ими заложено, уже вошло в технический проект и спецификацию. Конкурс на продолжение работ выиграли его. Нам предложили поставить оборудование "Сименс" и не рисковать. Мои предшественники отказались, заявив: "У нас задача не заработать, а восстановить технологии создания ледоколов". Такие же цели ставил перед собой Алексей Васильевич Кадилов с Балтийским заводом.

На тот момент в российском флоте не было ни одного парохода с величиной напряжения 10,5 кВ и мощностью гребной электроустановки 60 МВт. И в мире такого не было. Конечно, сразу же посыпались проблемы. Это было связано не столько с технологической неготовностью Крыловки к этой работе, сколько с общей неготовностью промышленности, и не только нашей. Когда в 2015 году я пришел работать в Крыловский центр, первым делом меня отправили в Металлострой на Ленинградский электромашиностроительный завод, где Балтийский завод отказался принимать три первые машины для "Арктики". Когда начали разбираться, выяснилось, что отказались заводчане справедливо. Там на валу двигателя был прогиб, причем на значительную величину. Мы начали с того, что измерили радиальное биение, оценили, какую дополнительную нагрузку оно даст на главный опорный подшипник. Если не ошибаюсь, по нашим расчетам выходило 40 тонн.

Начали разбираться с иностранцами, которые лили первый ротор, точнее, изготавливали поковки, с Новокраматорским заводом, с "Прометеем". И выяснили, что это неизбежное последствие обработки поковок таких массогабаритных размеров. Вал там весил 110 тонн. Мы скорректировали технологию, чтобы этот прогиб убирать, сейчас там проводится так называемая двойная обработка.

Подобных проблемных вопросов было немало. Их решение требовало создания новых производственных мощностей, нового испытательного стенда. Стенд мы построили, сейчас он один из мощнейших в мире. И это позволило нам по первому ледоколу, по-моему, в пять месяцев уложиться. Сейчас пусконаладочные и швартовные испытания проводятся за 2,5-3 месяца. На серийном ледоколе "Сибирь" по сравнению с головной "Арктикой" поток отказов снизился в три раза. Сейчас мы ведем ОКР по импортозамещению основного комплектующего оборудования для привода. Делаем полностью отечественную силовую сборку с отечественными транзисторами.

ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНЫЙ ИЛИ АСИНХРОННЫЙ?

– На "Лидер" вы предлагали поставить вентильно-индукторный двигатель вместо асинхронного...

– Когда мы с "Арктикой" работали, поняли, что электрическая машина там с большими проблемами. К примеру, выход из строя одной обмотки приводил к потере 50% мощности двигателя, а для того, чтобы машину крутить и управлять ею, требовались ключи высокого токового класса. У нас в то время таких не было вообще. И "Росатом", и мы начали смотреть по сторонам, и вдруг вспомнили, что в свое время построили военно-морскому флоту буксир на вентильно-индукторном двигателе. За счет уникальных технических решений мы делаем его правильно работающим, то есть без биения. Вибрация там даже ниже, чем у асинхронных двигателей. Токи управления этого двигателя тоже меньше, и наконец, когда одна обмотка сгорает, мы теряем не 50% мощности, а всего 2%.

– ЦНИИ СЭТ в этой работе кто-то помогал?

– Вы знаете, ЦНИИ СЭТ, Крыловка не сами по себе работали. Наука вообще не терпит изоляции. Мы привлекали специалистов из Новочеркасска – к примеру, доктора наук, профессора Птаха. Плотно работали с ребятами из Лысьвы.

Система электродвижения, которую мы сделали, реализует функцию автоматического регулирования. Идет ли ледокол в свободной воде, по дробленому льду, либо в режиме фрезеровки льда, везде требуется обеспечить заданные судоводителем ходовые характеристики. Система должна подстраиваться: лед – не лед, и так далее. Также она должна адаптироваться к указаниям судоводителя и техническому состоянию энергетической установки.

Привод был разработан на 15 МВт, но с возможностью наращивания до 30 МВт. Двигатель низкооборотный с прямой передачей момента и высокими показателями живучести. Привод может деградировать по 2%, но судоводитель даже не заметит, что там сгорел ключ, либо обмотка. У двигателя превосходные тяговые характеристики на малых оборотах. Это нам очень нравится, для ледоколов это крайне важно в режиме фрезеровки льда. У вентильно-индукторного двигателя несколько ниже масса и габаритные характеристики, чем у асинхронного двигателя, потому что на валу нет обмоток. Поэтому и надежность у него выше. На валу ротора ломаться абсолютно нечему. Поэтому я считаю, что у вентильно-индукторных машин на транспорте большое будущее.

К сожалению, на "Лидер" мы не успевали с испытаниями, и было принято решение ставить на этот ледокол систему электродвижения с традиционными приводами и асинхронными двигателями. Вентильно-индукторный двигатель, который мы испытали в рамках этого проекта, сейчас стоит на нашем стенде, мы проводим тестирование. Три проектные организации рассматривают его для своих новых решений.

– Что это будут за суда?

– Прежде всего, арктического класса. Прорабатывается решение для 40-мегаваттного ледокола. Есть вариант с ледоколами меньшей мощности. Возможно, это будут газовозы. Для малых пароходов мы сейчас прорабатываем еще один тип двигателя. Синхронный с анизотропией магнитного потока ротора. Там тоже на роторе нет обмоток, но это машина синхронная.

Испытания в Ледовом бассейне Фото: ФГУП "КГНЦ" / Фото: ФГУП "КГНЦ" 📷

ОТ ТРАМВАЯ К ТРАМВАЙЧИКУ

– Как продвигаются работы по топливным элементам?

– С 2010 года мы ведем работы по локализации технологии изготовления электрохимических генераторов на водородных топливных элементах. В настоящее время совместно с партнерами решаем задачу снижения массогабаритных параметров электрохимического генератора (ЭХГ) втрое и выхода на уровень американских и японских ЭХГ. Пока это у нас получается. Конкретные результаты будут после испытаний судна проекта 00393 в Татарстане, на котором установят этот тип двигателя.

Сегодня мы имеем запатентованную технологию изготовления каталитических чернил и их нанесения на протонно-обменные пленки. Сами изготовляем мембранные электронные блоки (МЭБ). У нас есть стендовая база для проверки их ресурсов и технологическая база для сборки батарей в целом. Сейчас мы очень плотно работаем с петербургским Политехом. Опираемся на их технологическую научную базу, связанную с разработкой применения технологии антикорреляционной защиты, прежде всего в рамках биполярных охладителей, и сварки сверхтонкой стали для изготовления биполярных охладителей. Используем их центр лазерных технологий.

– Какова судьба "водородного" трамвая, который вы демонстрировали в 2019 году?

– Это было оборудование предыдущего поколения. Мы оснастили им трамвай, чтобы показать, что можем двигать даже трамваи. ОКР по линии Минпромторга, которую мы реализуем сейчас на Зеленодольском судостроительном заводе, предполагает создание прогулочного судна на 12 человек. Судно получит энергоустановку на водородных топливных элементах. ЭХГ с топливными элементами имеет ряд преимуществ по сравнению с аккумуляторными батареями. Во-первых, топливные элементы вдвое компактнее и легче (даже при условии баллонного хранения водорода), во-вторых, ЭХГ молниеносно набрасывает и сбрасывает нагрузку. Электрический аккумулятор так не умеет. Хотя если сравнивать КПД, то у аккумулятора он выше.

– Когда стоит ждать широкого внедрения топливных элементов на транспорте?

– Не хочу пророчествовать о перспективах их использования в автомобилях или на пароходах, назову другие важные сферы применения: подводные лодки с воздухонезависимыми энергоустановками и энергоустановки отдаленных и не обеспеченных газом и нефтью поселков. Это система автономного электропитания с высокой автономностью, потому что ЭХГ обслуживаются раз в год. Если вы хотите поставить необслуживаемый радио- либо световой маяк, радиолокационную станцию где-то на мысу...

– А ветрогенерацию использовать в таких случаях не проще?

– Есть одна проблема. В девяностые годы я занимался работой, частью которой была система автономного энергоснабжения в арктической зоне. Там планировалось использовать ветрогенератор. Докладываю вам: ничего с ветрогенератором не получилось. Съездите на полуостров Рыбачий, там остовы ветрогенераторов стоят через каждые 5-10 км. Это не такая простая история – ветрогенераторы на побережье Арктики.

Испытания в Ландшафтной аэродинамической трубе / Фото: ФГУП "КГНЦ" 📷

– Когда будет готово прогулочное судно с новым ЭХГ?

– Электрохимический генератор нового поколения мы получим в августе-сентябре. Испытания водородного кораблика запланированы на сентябрь-октябрь. Будем держать кулаки за то, чтобы все сложилось.

– А с водородными заправками как дело обстоит?

– Заправки мы умеем делать сами. У Крыловки есть технология получения водорода высокой частоты – 99 и четыре девятки после запятой – из любого углеводородного топлива: газа, нефти, мазута. Мы это делали, система работает.

МОЖЕТ, НЕ СТОИТ МУЧИТЬСЯ С Д-500?

– Расскажите подробнее о совместном предприятии с "Росатомом"...

– Мы ищем новые направления применения наших компетенций, знаний и навыков. "Росатом" предложил организовать совместное предприятие, дабы аккумулировать интеллектуальную собственность и проектные решения в области объектов морской техники для Севморпути. Речь идет пока о транспортных крупнотоннажных судах. С одной стороны, совместное предприятие будет располагаться внутри Крыловки и служить для нас заказчиком. С другой, оно будет находится под контролем "Росатома", и все, что там будет нарабатываться, попадет в копилку корпорации.

– Обратила на себя внимание новость об объединении усилий Крыловского центра и Кингисеппского машиностроительного завода "для проработки вопроса о возможностях и целесообразности восстановления производства продукции завода "Русский дизель""...

– Одно из направлений деятельности Крыловского центра – обеспечение госполитики в отрасли. Мы уже два года координируем программу "Энергия 21", нацеленную на создание устойчивого производства энергоустановок для судов и кораблей, и направили наши предложения в органы федеральной исполнительной власти. Суть этих предложений проста: давайте еще раз проведем ревизию проектов тех судов, которые строим, оценим достаточность энергоустановок для их строительства и сделаем выводы, что у нас в двигателестроении надо поддерживать и как это делать.

В частности, сейчас мы занимаемся интересным проектом на ЯМЗ. Костромской судомеханический завод (КСМЗ) модифицирует их двигатели для судового использования. КСМЗ также занимается водометами и прочим, а мы давно уже ему помогаем. Думаю, в ближайшее время вы услышите о нашем новом совместном проекте. Мы также смотрим внимательно на прочих игроков и предлагаем развивать типоряд двигателей для обеспечения строительства судов и кораблей конкретных классов. Хотя часто приходится слышать: мол, может, не стоит мучиться с Д-500, и лучше купить импортный дизель?

– Сотрудники Крыловки преподают в вузах?

– Практически все ведущие ученые КГНЦ принимают участи в образовательном процессе ведущих вузов Петербурга. Например, в Корабелке, Макаровке, ЛЭТИ, Политехе, Государственном университете. Занятия осуществляются по всем дисциплинам в области электротехники и корабельной науки.

– Году в 2016-м мы беседовали с Евгением Михайловичем Аполлоновым. Он руководил тогда СПбГМТУ и вынашивал идею объединения Корабелки с Крыловкой...

– Есть такое понятие: научно-образовательный центр, или НОЦ. Конгломерация для решения как научных задач, так и образовательных. Мы уже находимся в НОЦ с разными образовательными учреждениями и предприятиями. В частности, КГНЦ является участником следующих научно-образовательных центров мирового уровня:

1. "Инженерия будущего" (Самарская область).
2. "Российская Арктика: новые материалы, технологии и методы исследования" (Архангельская область).

В 2022 году была выполнена НИР "Обеспечение экологической безопасности акваторий российского арктического шельфа и повышение безопасности морских экосистем за счет внедрения методов и технологий, направленных на регламентацию и снижение их шумового загрязнения при промышленном транспортном освоении".

Результат: разработаны методические материалы для обеспечения перспективных натурных измерений техногенного подводного шума стационарных и мобильных объектов морской техники.

Также осуществлялось взаимодействие с НОЦ "Север: территория устойчивого развития" (Республика Саха) и межрегиональным НОЦ "МореАгроБиоТех" (г. Севастополь).

В порядке взаимодействия с НОЦ регулярно предоставлялись квартальные и годовые отчеты за 2021 и 2022 годы. Наши отчеты традиционно получали высокие оценки за качество их исполнения.

– Гиперзвук похоронил идею авианосцев?

– Принципиально трудно согласиться с мнением, что гиперзвуковое оружие похоронит идею строительства авианосцев. Авианосцы еще никто не похоронил. В настоящее время десять государств имеют в составе своих военных флотов авианосцы и еще три — потенциальные авианосцы (формально — универсальные десантные корабли-вертолетоносцы). А еще три государства активно строят авианосцы.

Гиперзвук сегодня во многих странах развивается. Лидерами по созданию такого вида оружия являются Россия, Китай, Иран, Израиль, США. Боевая эффективность гиперзвукового оружия очевидна. Однако не исключено, что гиперзвуковое оружие сегодня переоценивается. Гиперзвуковое оружие может обеспечить исключительные преимущества в первую очередь при нанесении ударов по стационарным, неподвижным целям, но это ни в коем случае не революция в военном деле.

Чтобы гиперзвук давал эффект, необходима система целеуказания, система преодоления противовоздушной обороны, и я вас уверяю, что у американской авианосной ударной группы отличная эшелонированная ПВО. Поэтому еще надо правильно прицелиться, чтобы из-за угла запустить гиперзвук. И что, американцы сдают в утиль свои авианосцы? Нет. А новые строят? Строят.

– Начинается бум строительства катамаранов. Проект "Сапсан" вызывает интерес?

Конечно, следует отметить, что безальтернативная эпоха создания однокорпусных судов и кораблей закончилась. Сегодня очевидно, что для определенных проектов в зависимости от их предназначения многокорпусные варианты судов и кораблей имеют право на жизнь. Научный и технический задел сделан, оценка преимуществ и недостатков нами выполнена, предложения по технологии есть. Теперь пусть либо нам говорят: "Ребята, продолжаем традиционную работу", — либо кто-то делает это самостоятельно. Мы показываем бюро и заводам перспективы многокорпусных конструкций, решение об их внедрении принимают заказчики и строители.

– С ОСК как работаете?

– ОСК – крупнейший наш партнер. Как я уже говорил, мы днюем и ночуем на верфях корпорации, вместе проектируем, вместе "лечим" их корабли и суда, устраняя недостатки как в конструкциях, так и в технологиях постройки. Есть точка зрения, что научный центр должен быть вне коммерции, конкурентной борьбы, должен заниматься только наукой, а поэтому ему не следует выходить на рынок мелкосерийной поставки, проектирования. Я в таких случаях говорю следующее: "Ребята, вы, когда болеете, к какому врачу идете? К практикующему или к заведующему кафедрой, который последний раз держал хирургический ланцет 20 лет назад?" Невозможно быть экспертом, не решая фундаментальные, поисковые и прикладные задачи.

Любой современный, прогрессирующий научно-исследовательский центр должен быть организацией полного цикла, включая решение проблем разработки научного задела на будущее по всем научным дисциплинам и технологиям кораблестроения, выполнение так называемых концепт-проектов с оценкой боевой, технико-экономической и военно-экономической эффективности предлагаемых решений на полигонах и стендах научного центра, решение отдельных задач всех этапов проектирования, особенно наукоемких образцов морских сооружений, проектирование и изготовление головных образцов элементов кораблей и судов с последующей передачей их на специализированные предприятия судостроительной отрасли при обязательном выполнении научного сопровождения кораблей, судов на всех этапах их жизненного цикла. Только такой научный центр способен развиваться и выполнять все стоящие перед ним задачи.

Здесь читайте первую часть интервью с Савченко О.В.

Статья "Невозможно быть экспертом, не решая фундаментальные, поисковые и прикладные задачи" впервые опубликована в журнале WWW.KORABEL.RU. 2023 №2/ Подписаться на журнал