Редукторы обладают рядом преимуществ перед другими типами передач: меньшие масса и габариты, более высокий КПД, простота устройства, сравнительно меньшая стоимость, большая долговечность, высокая безотказность и т. д. По назначению различают редукторы главные и вспомогательные; по конструкции — переборные, планетарные и комбинированные, по направлению вращения—реверсивные и нереверсивные; по виду зубчатых колес—цилиндрические и конические; по числу зубчатых пар— одно- и многоступенчатые; по расположению осей валов—горизонтальные и вертикальные; по типу передач — цепные, гнездовые и с раздвоением мощности.

Примером двухступенчатого редуктора с раздвоением мощности является редуктор главного газотурбинного агрегата М-25 судов типа “Атлантика”. В 1-й ступени мощность ГТД через шестерню Z1 передается на две шестерни Z2. На 2-й ступени от каждой шестерни Z3, приводимой от Z2, мощность передается на две шестерни Z4, от них—на главное колесо редуктора Z5 и далее—на ВФШ.

Редуктор установки М-25—переборный, реверсивный, с цилиндрическими зубчатыми колесами, с горизонтальным расположением валов; редуктор установки ГТУ-20—также переборный, с цилиндрическими зубчатыми колесами, двухступенчатый, с горизонтальным расположением валов, но нереверсивный, с цепным типом передачи. Редуктор судовой ГТУ средней мощности с ГТД GТРЕ-990 выполнен планетарным.

Планетарные редукторы в основном устанавливаются на КВП и СПК. Для комбинированных установок наиболее характерны редукторы, собирающие мощности от нескольких двигателей, в том числе и разнотипных и разной мощности, а также раздающие мощность двигателей различным нескольким потребителям. Для этих же установок характерны операции

подключения и отключения двигателей с помощью гидравлических и специальных механических разобщительных муфт. Наиболее простой, но достаточно распространенной муфтой такого назначения является автоматическая механическая с обгонным устройством .В редукторах широко используются так называемые самосинхронизирующие муфты, конструкция которых представляет собой сочетание фрикционной и зубчатой муфт. Первая служит для синхронизации валов и создания тем самым условий для включения зубчатой муфты, которая способна продолжительное время передавать основной крутящий момент.

Упор винта на переднем ходу называют положительным, на заднем—отрицательным. Отрицательный упор применяют в эксплуатации для движения судна задним ходом, торможения и остановки судна, идущего передним ходом, для стаскивания судна с мели и т. п.

Реверсом называют маневр, связанный с изменением направления упора, создаваемого гребным винтом. Осуществляют реверс с помощью одного из трех элементов пропульспвного комплекса:

-силовая турбина—передача—движитель, который в этом случае называют реверсивным.

При использовании реверсивной силовой турбины реверс называют газовым, а ГТД—реверсивным. В соответствии с требованиями к проектированию судовых установок мощность на заднем ходу должна составлять примерно 40—50 % мощности переднего хода.

Конструктивно турбина заднего хода может быть выполнена в виде :

а) отдельной турбинной ступени, расположенной на диске, жестко связанном с ротором турбины переднего хода;

б) отдельной турбины, передающей крутящий момент на редуктор через собственный вал (рессору);

в) верхнего (нижнего) яруса лопаток, расположенного над (под) ярусом лопаток одной из ступеней переднего хода.

В конструкциях (а) и (б) существенно возрастают массогабаритные показатели ГТД, возникает необходимость в создании надежных закрытий в газовых каналах, а в случае “б”, кроме того, нарушается принцип прямоточности ГТД. В случае применения радиальной реверсивной турбины возникают трудности компоновки проточных частей турбин, состоящих из нескольких последовательно расположенных центростремительных турбин, а также затруднения, связанные с конструктивным сочетанием в одной проточной части осевых и радиальных ступеней .

Газовый реверс с использованием двухъярусного облопачивания реверсивной турбины может быть выполнен по схеме, разработанной и испытанной фирмой “Дженерал электрик” для судовых ГТУ промышленного типа третьего поколения (рис. 1.4). На рисунке показаны направления движения газов и положения органов реверсивных устройств ГТУ. Специальные дефлекторы, расположенные за реверсивной ступенью, образуют на переднем ходу канал для прохода отработавших газов из рабочей решетки верхнего яруса в выпускной диффузор, обеспечивая тем самым уменьшение протечек газа в ступень заднего хода и снижение вентиляционных потерь. При работе на заднем ходу дефлекторы перемещаются в положение, при котором образуется канал для прохода отработавших газов из рабочей решетки заднего хода в выпускной диффузор.

Существенный недостаток ГТУ с газовым реверсом - потери мощности, достигающие 4—5%, что вызвано увеличенным сопротивлением вращению неработающих ступеней рабочего тела, имеющего весьма высокую плотность (например, по сравнению с ПТУ, в которой неработающие ступени располагают в зоне вакуума).

Рис. Схема течения газов в реверсивной турбине с двухъярусным облопачиванием: а—при работе на переднем ходу; б—при работе на заднем ходу.

/—механизм поворота сопловых лопаток; 2 —сопловые лопатки ПХ; 3 —сопловые лопатки ЗХ; 4 — газовыпускной диффузор; 5—дефлекторы; 6 — рабочие лопатки ЗХ;

7—рабочие лопатки ПХ; 8 —газовый канал ЗХ; 9 —газовый канал ПХ; 10 —разделитель газового потока; 11 — рабочие лопатки предыдущей турбины.

Конструкция реверсивной передачи позволяет изменить направление вращения выходного (соединенного с винтом) вала передачи при неизменном направлении вращения входного (соединенного с ГТД) вала.

Реверсивные передачи могут быть электрическими, гидравлическими и механическими. Электрический реверс применяют на судах с электродвижением. Его недостатки и достоинства определяются недостатками и достоинствами электрических машин, применяемых на судах для обеспечения хода судна.

Гидрореверсивная передача, изображенная на рис., включает в свой состав гидромуфту и гидротрансформатор. В данной схеме продолжительный передний ход осуществляется передачей крутящего момента от вала 7 на шестерню 4 непосредственно через фрикционную или кулачковую муфту (на рис. 1.5 не показана ), а внутренняя полость гидромуфты может быть либо заполненной рабочей жидкостью, либо опорожненной. Для перехода на задний ход нужно заполнить рабочей жидкостью гидромуфту,

разобщить жесткую муфту, заполнить рабочей жидкостью полость В гидротрансформатора, опорожнить рабочую полость А гидромуфты. Недостаток этой передачи—низкий КПД гидротрансформатора (0,85—0,87).

Механическая реверсивная передача может быть выполнена по схеме, представленной на рис. 1.5. Принцип действия реверсивного редуктора основан на применении двойного комплекта ведущих шестерен и ведомых колес, расположенных между входным и выходным валами редуктора. Так, при движении судна передним ходом крутящий момент от ГТД передается через шестерню 5 колесу 6 и далее — через включенный фрикцион переднего хода 7—на выходной вал редуктора 8. При движении судна задним ходом крутящий момент от ГТД передается на шестерню 4, паразитную шестерню 3, колесо заднего хода 2 и далее через включенный фрикцион заднего хода 1 на выходной вал редуктора 8.

1.3.3. Винт регулируемого шага

Реверс посредством ВРШ осуществляется перекладкой лопастей винта при помощи механизма изменения шага (МИШ) из положения ПХ в положение ЗХ, или наоборот. Механизм изменения шага расположен в ступице ВРШ, в связи с чем его диаметр по сравнению с ВФШ несколько увеличен. Тяги, воздействующие на МИШ, размещены внутри пустотелого гребного вала и управляются гидроприводами.

Автоматизация управления ГТУ осуществляется с использованием топливной системы ГТД, с помощью которой подается топливо при пуске, изменяется режим работы, выполняется остановка. Отключением подачи топлива в КС осуществляется аварийная защита ГТД. Конструкцией системы предусматривается, чтобы фактическое изменение подачи топлива в камеру сгорания ГТД не приводило к опасному повышению температуры газа, появлению неустойчивых режимов работы и другим негативным последствиям. Обслуживающие ГТУ автономные вспомогательные механизмы представляют собой автоматизированные агрегаты, которые могут дистанционно принимать команды на пуск, изменение режима, остановку и которые имеют собственные защитные и прочие устройства. Кроме механизмов в состав ГТУ входит разнообразная автоматическая арматура, например устройства отключения линий всасывания и нагнетания резервных насосов, свечи зажигания и пусковые форсунки, приводы органов реверса и антипомпажных устройств и так далее.

Система управления ГТУ включает совокупность устройств, дающих командные сигналы на включение и отключение нагрузки части двигателей установки, на разворот лопастей ВРШ и т. п. Управление ГТУ и ее обслуживание невозможно без различных средств контроля параметров и сигнализации о положении органов управления, таких как панели контрольно-измерительных приборов, панели сигнализации в виде мнемосхемы или сигнальных ламп, а на высокоавтоматизированных судах—системы централизованного контроля (информационно-измерительные).

Централизованная система управления представляет собой пульт с рукоятками и кнопками, посредством которых осуществляется любой из предусмотренных режимов работы ГТУ и всего силового' комплекса судна. Она может быть электрической, гидравлической, комбинированной и т. д. На высокоавтоматизированном судне в системе управления могут быть использованы ЭВМ, которые вырабатывают по данным измерений управляющие сигналы, облегчающие работу оператора .

Автоматические устройства, обеспечивающие управление главной установкой, обычно размещаются в центральном, запасном (аварийном) постах управления, в ходовой рубке судна или на капитанском мостике.

Средства управления и контроля скомпонованы в пульты управления, панели сигнализации и КИПов, в блоки управления, размещенные в отдельных шкафах. Одновременное управление из разных постов исключается. Узлы переключения постов управления обычно предусматривают принудительную передачу управления любому посту или произвольное взятие управления “на себя” из любого поста, причем запасной пост получает на это право по разрешающему сигналу из центрального поста.

Запасной пост управления обычно размещается вблизи ГТУ. Количество информации о состоянии ГТУ и всего силового комплекса судна неодинаково на разных постах, в частности в ходовой рубке информация ограничивается сведениями, необходимыми капитану для принятия решения об использовании ГТУ. Наибольший объем информации поступает в ЦПУ.

Комбинированная главная установка включает в свой состав разнотипные главные двигатели, которые могут быть термодинамически связанными друг с другом или термодинамически независимыми.

Преимущества КУ обычно определяются характером использования судна и его главной установки, а также особенностями главных двигателей различных типов.

Характер использования судов некоторых типов определяет их плавание преимущественно на скоростях, меньших полной. Так, китобойные и рыболовные траулеры, ледоколы, транспортные суда активного ледового плавания не все ходовое время эксплуатируются на полной скорости, чему препятствует ледовая обстановка или иные решаемые судном задачи.

В связи с примерно кубической зависимостью эффективной мощности установки от скорости водоизмещающего судна и ухудшением экономичности ГТУ при отклонении от расчетного режима желательно на скоростях, меньших полной, применять специальный двигатель, относительно маломощный с высокими экономичностью и долговечностью. Таким требованиям в наибольшей степени отвечает ДВС, не исключено применение и других типов двигателей. Полный ход можно быстро развить с помощью двигателя (установки), который кроме высокой маневренности должен быть весьма мощным с относительно малой долговечностью (что позволяет выполнить его легким и малогабаритным). Такому требованию наиболее полно отвечает ГТУ, которая к тому же относительно проста в обслуживании.

Из рассмотренных выше материалов видно, что судовые газотурбинные установки, обладая определенными преимуществами перед другими типами, в тоже время обладают очень существенным недостатком-низкой экономичностью. В сочетании с малыми массогабаритными показателями, высокой приемистостью, быстрой подготовкой к пуску, высокой степенью готовности к приему нагрузки это предопределило использование газотурбинных двигателей на военных кораблях.

Первые ГТД в качестве опытных начали устанавливать на кораблях советского ВМФ на рубеже 40-50 годов. Однако эти двигатели обладали крайне малым ресурсом и были крайне ненадежны в эксплуатации. Первыми серийными комбинированными дизель-газотурбинными установками были ДГТУ типа Д2 и Д2М. Д2 включали в свой состав 2 ГТД типа Д54 и 2 дизеля М504 и устанавливались на малых противолодочных кораблях проекта 204, Д2М-2 таких же ГТД и 2 дизеля типа 58 и устанавливались на сторожевых кораблях проекта 35. Недостатком этих кораблей была высокая взрывопожароопасность из-за крайне неудачного расположения газотурбинных двигателей в кормовом отсеке. В конце 50-х годов была создана установка типа М2, которая включала в свой состав 2 ГТД, работающих на бортовые валы и дизель, работающий на средний вал на ВРШ. Эта установка была спроектирована для сторожевого корабля проекта 159 и показала высокие эксплуатационные качества. Эти корабли строились более 15 лет и находились в составе флота до середины 90-х годов. Всего было построено около 50 таких кораблей, из них более 20-на экспорт.

В начале 60-х годов был построен первый в мире полностью газотурбинный корабль – большой противолодочный проекта 61 с двухвальной установкой М3. М3 включала в свой состав 4 ГТД типа ДЕ59(по 2 на каждый вал) и 2 реверсивных редуктора с гидромуфтами. Общая мощность установки составляла 72000 л.с., и для своего времени это был настоящий прорыв для газотурбинных установок. В конце 60-х годов были запущены в серию следующие типы установок:

-2-х вальная М5 для большого противолодочного корабля проекта 1134Б, на каждый вал работал 1 маршевый и 2 форсажных ГТД, общая мощность 86000 л.с., впервые в мировой практике применен газовый реверс;

-2-х вальная М7 для сторожевого корабля проекта 1135, на каждый вал работал 1 МД и 1ФД, общая мощность-58000 л.с., газовый реверс. Особенностью этой установки являлось применение маршевой редукторной приставки, специального редуктора, установленного между редукторами маршевых двигателей, который позволял при работе 1МД распределять мощность на оба вала. Установка М7 оказалась настолько конструктивно удачной, что с некоторыми изменениями ее применили на БПК проекта 1155 и СКР проекта 1154, ПСКР проекта 11351, которые на настоящий момент составляют основу противолодочных сил Российского ВМФ.

-3-х вальная комбинированная М8 для малого противолодочного корабля проекта 1124, на бортовые валы работали дизеля типа М507 по 10000 л.с. с реверсивной главной передачей, на средний вал-нереверсивный ГТД ДЕ59 мощностью 18000 л.с. Ход этого корабля достигал 38 узлов. Всего было построено более 80 различных модификаций кораблей этого проекта;

-2-х вальная для ракетного крейсера проекта 1164, на каждый вал работал 1 МД с теплоутилизационным контуром, 2 ФД и паровая турбина, получающая пар от ТУК. Общая мощность – 110000 л.с., на сегодняшний день это самая мощная ГТУ;

-было создано много различных типов облегченных установок для кораблей на воздушной подушке, кораблей на подводных крыльях и кораблей с глиссирующими и полуглиссирующими корпусами. Для данных кораблей газотурбинные установки являются наиболее предпочтительными из-за своих массогабаритных показателей;

-были созданы ГТД чисто авиационного типа для экранопланов;

-были созданы газотурбогенераторы для выработки электроэнергии-типа ГТУ6А-мощностью 600 кВт и ГТУ12,5 мощностью 1250 кВт.

Газовые турбины являются весьма перспективными судовыми двигателями. Главный их недостаток-низкая экономичность успешно преодолевается за счет повышения температуры выходящих газов. Так в двигателе ДС71 удельный расход топлива на 2-ом форсированном режиме составляет 203 г/л.с.*час,что уже вполне сравнимо с экономичностью дизелей. Несомненно, что в будущем, с появлением новых жаропрочных сплавов, композитных материалов (что позволит значительно повысить ТВГ), газотурбинные установки несколько потеснят традиционные двигатели на судах.

В ВМФ, пограничной службе, особенно на кораблях быстрого реагирования (противолодочные, сторожевые, КВП, СПК), газотурбинные установки на сегодняшний день не имеют альтернативы.

1. Вудворд Дж. Морские газотурбинные установки. Пер. с англ. Л., Судостроение, 1979.
2. Горелов В.И. Эксплуатация корабельных газотурбинных установок. М., Воениздат, 1972.
3. Курзон А.Г. Теория судовых паровых и газовых турбин. Л., Судостроение, 1970.
4. Трофимович Г.К., Речистер В.Д., Гильмутдинов А.Г. Справочник по ремонту судовых газотурбинных двигателей. Л., Судостроение, 1980.
5. Справочник инженера-механика судовых газотурбинных установок. Под ред. канд. техн. наук В.Д.Речистер. Л., Судостроение, 1985.