Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
Курс правительства Российской Федерации на развитие морского и речного флота определен рядом федеральных целевых программ. Эти программы предусматривают модернизацию состава морского, речного и рыбопромыслового флота. Приводится анализ современного состояния гражданского флота Российской Федерации, а также обзор двигателей, которые входят в состав энергетических установок судов, находящихся в эксплуатации. Перспективы развития судостроения России рассмотрены на основе планов строительства судов различного назначения. Достижение поставленной правительством цели должно обеспечиваться с учетом курса на импортозамещение важнейших элементов морской и речной техники. Утверждается, что решение поставленных задач невозможно без развития судового двигателестроения в России. Предложен обзор двигателестроительных предприятий Российской Федерации и выпускаемой ими продукции, основное внимание уделено оборотности и мощности двигателей. Проведен сравнительный анализ дизелей, выпускаемых в России, и двигателей ведущих зарубежных производителей по основным технико-экономическим показателям, таким как удельный эффективный расход топлива, среднее эффективное давление, удельная масса. На основании проведенного анализа определены наиболее перспективные отечественные производители дизельных двигателей, способные конкурировать с зарубежными производителями дизелей судового назначения. Отмечается перспективность конвертации в судовые двигатели двигателей широкого применения, выпускаемых на российских предприятиях, с соответствующей модернизацией их систем и использованием в конструкции двигателей отечественных комплектующих, отвечающих современным требованиям. Отмечены наиболее перспективные двигатели российских производителей, представлен уровень технико-экономических характеристик этих двигателей, обеспечивающий их конкурентоспособность, предложены размерности перспективных двигателей. Даны рекомендации для обеспечения создания и производства в Российской Федерации конкурентоспособных судовых двигателей, предназначенных для морского, рыбопромыслового и речного флотов.

Ключевые слова:
перспективы судостроения, двигатели судов, среднеоборотные двигатели, высокооборотные двигатели, конкурентоспособность, технико-экономические показатели, производители дизелей, модернизация двигателей
Текст
Введение Российская Федерация является крупнейшей морской и речной державой, причем потенциал водного транспорта далеко не исчерпан. Важность морского и речного флота для нашей страны подтверждается реализацией таких федеральных целевых программ, как «Развитие транспортной системы России (2010-2020 годы)», утвержденной Постановлением Правительства РФ от 05.12.2001 № 848 (ред. от 27.02.2017) и включающей подпрограммы «Морской транспорт» и «Внутренний водный транспорт», «Развитие гражданской морской техники» на 2009-2016 годы», утвержденной Постановлением Правительства РФ от 21 февраля 2008 г. № 103, а также «Стратегии развития судостроительной промышленности на период до 2020 года и дальнейшую перспективу», утвержденной приказом Министерства промышленности и энергетики РФ от 6 сентября 2007 г. № 354. Состояние и перспективы российского судового двигателестроения необходимо рассматривать, прежде всего, через призму состояния и перспектив развития гражданского флота России. В документе [1] современное состояние гражданского флота РФ охарактеризовано как критическое. Морские транспортные суда, плавающие под Государственным флагом Российской Федерации и принадлежащие российским судовладельцам, составляют по тоннажу около 2 % суммарного тоннажа флотов мира и имеют средний возраст более 18 лет, что требует принятия незамедлительных мер по обновлению флота. На морских судах в качестве главных двигателей используются двухтактные МОД, цилиндровая мощность которых достигает 5710-5720 кВт, а агрегатная - 68 520-68 640 кВт. Диаметр цилиндров двухтактных МОД достигает 800-900 мм, а ход поршня 2300-2900 мм. В России действует более 20 речных пароходств, многие из которых обеспечивают жизнедеятельность регионов Сибири, где реки являются практически единственными транспортными магистралями. Речной флот в настоящее время насчитывает свыше 9 тыс. судов, средний возраст которых составляет более 28 лет. В ближайшие 5-10 лет около 90 % этих судов будут списаны по техническому состоянию. В настоящее время на судах речного флота России эксплуатируется приблизительно 35 тыс. в подавляющем числе четырехтактных дизелей, из которых около 30 тыс. двигателей отечественного производства. Общая мощность дизелей, установленных на судах, составляет около 8 млн кВт и делится примерно поровну между российскими и импортными двигателями, причем последние, обладая более высокой мощностью, используются, в основном, в качестве главных. Диапазон агрегатных мощностей от 11 до 1748 кВт покрывается 29 типоразмерами дизелей 96 модификаций, из которых нашли наибольшее распространение российские двигатели 6-12 Ч(Н) 15/18, 6-8 ЧН 18/22, 12 ЧНСП 18/20; 2-4 Ч 10,5/13; 6 Ч(Н) 12/14; 6 ЧН 24/36 и 6 ЧРН 36/45; а также импортные двигатели производства фирм «SKL» (Германия): 6-8 ЧРН 32/48; 6-8 ЧРН 24/36; 6 ЧН 20/26; 6 ЧН 18/26; 4-6 ЧН 17,5/24; 2-3 Ч 12,5/18; 2-4 Ч 10/14; «Skoda» (Чехия): 6 ЧСН 27,5/35; 6 ЧСПН 27,5/36; 6 ЧСН 16/22,5; 1-6 Ч 11/15; «Wärtsilä» (Финляндия): 12 ЧН 22/24; «WOLA» (Польша): 6-12 ЧН 13,5/15,5. Основу парка составляют двигатели, имеющие диаметры цилиндров от 95 до 360 мм, ход поршня 110-480 мм, частоту вращения коленчатого вала 300-2000 об/мин, среднее эффективное давление 0,53-1,74 МПа, средний эффективный расход топлива 265-230 г/(кВт · ч), ресурс до капитального ремонта от 8 до 60 тыс. часов. Практически все перечисленные модели устарели не только физически, но и морально, значительно уступая современным двигателям по основным технико-экономическим показателям. Рыбопромысловый флот России состоит из более 2,5 тыс. судов различного назначения, причем возраст более половины из них превышает 20 лет, а около 60 % судов эксплуатируются сверх нормативного срока службы. Как сообщил на коллегии Федерального агентства морского и речного транспорта 1 июля 2016 г. заместитель министра транспорта Виктор Олерский, на протяжении последних 15 лет убытие транспортного флота превысило ввод в эксплуатацию новых судов в 13 раз. За этот срок Россия потеряла свыше 10 тыс. единиц транспортного флота. Таким образом, чрезвычайно острой является проблема строительства современного гражданского флота, на решение которой и направлены федеральные целевые программы. Стратегия развития судостроительной промышленности на период до 2020 г. и на дальнейшую перспективу предполагает оснащение судов современными отечественными дизельными двигателями, газо- и паротурбинными установками, номенклатура которых определяется планами строительства судов. Анализ проблем судостроения и судового дизелестроения В документе [2] говорится, что рынок гражданских судов для судостроительной промышленности формируется в основном интересами трех основных субъектов: судовладельцев и грузовладельцев, определяющих спрос на продукцию судостроения, и судостроителей. Государство формирует заказ на строительство судов для научно-исследовательской деятельности и атомного ледокольного флота. Перспективный рынок продукции гражданского судостроения включает разнообразную номенклатуру сложных наукоемких морских судов для обновления транспортного и рыбопромыслового флота страны, морскую технику для изучения и освоения нефтегазового потенциала континентального шельфа России, морские паромы, мощные буксиры, спасатели, принципиально новые крупнотоннажные суда усиленного ледового класса, танкеры и газовозы, а также научно-исследовательские суда для выполнения работ в области гидрометеорологии и мониторинга состояния окружающей среды, суда экологического и гидрологического контроля. До 2020 г. российские верфи должны построить не менее 240 судов, в том числе 200 единиц грузового и 40 единиц пассажирского флотов при минимальной потребности в 360 единиц (материалы коллегии Федерального агентства морского и речного транспорта 1 июля 2016 г.). Планы строительства судов и плавсооружений (по данным ОАО «ЦНИИМФ»[2]) на отечественных судостроительных предприятиях в 2016-2030 гг. предусматривают строительство: - морских танкеров и газовозов - 20 ед. (максимальная серия - 8 ед.); - ледокольных судов и судов с атомными энергетическими установками - 12 ед. (максимальная серия - 5 ед.); - специализированных судов-снабженцев и буксиров - 72 ед. (максимальная серия - 46 ед.); - научно-исследовательских и технически сложных судов - 109 ед. (максимальная серия - 63 ед.); - грузопассажирских морских судов - 8 ед. (максимальная серия - 4 ед.); - речных судов и судов смешанного плавания - 77 ед. (максимальная серия - 16 ед.); - судов технического флота - 4 ед.; - рыбопромысловых судов и исследовательских судов для организаций Росрыболовства - 75 ед. (максимальная серия - 15 ед.); - скоростных судов - 63 ед. (максимальная серия - 40 ед.); - добычных платформ - 66 ед. (максимальная серия - 48 ед.). До 2030 г. должно быть построено 506 судов, при этом максимальной серийностью обладают специализированные суда-снабженцы и буксиры (максимальная серия - 46 ед. (64 %)), научно-исследовательские и технически сложные суда (максимальная серия - 63 ед. (58 %)), речные суда и суда смешанного плавания (максимальная серия - 16 ед. (21 %)), рыбопромысловые суда и исследовательские суда (максимальная серия - 15 ед. (20 %)), скоростные суда (максимальная серия - 40 ед. (63 %)), добычные платформы (максимальная серия - 48 ед. (73 %)). На большинстве судов, находящихся в эксплуатации, установлены импортные двигатели, на проектируемые и строящиеся суда также планируется установка двигателей зарубежного производства [3]. Перед российским дизелестроением стоят следующие первоочередные задачи: - обеспечение замены двигателей судов, находящихся в эксплуатации; - создание двигателей для строящихся и проектируемых судов. Решение данных задач должно обеспечивать импортозамещение в судостроении РФ. Наиболее актуальной в настоящее время является задача обеспечения отечественными двигателями судов максимальной серийности. К числу таковых относятся: - суда снабжения для проведения буксирных операций, заводки и подъема якорей, снабжения буровых установок (46 ед.) с дизель-электрической установкой мощностью 2 × 6000 + + 2 × 3000 кВт; - суда снабжения буровых платформ (63 ед.) с дизель-электрической установкой мощностью 6,0-18,0 МВт; - научно-исследовательские суда (15 ед.) с дизель-электрической установкой мощностью 2 × 3200 кВт; - наливные суда «река - море» - танкер проекта RST54 г/п 5300 т (15 ед.), дизель-редукторные агрегаты мощностью 2 × 1200 кВт, дизель Wärtsilä 6L20; - сухогрузные суда «река - море» г/п 5000 т (15 ед.), дизель-редукторные агрегаты 6ЧРН 36/45 мощностью 2 × 883 кВт; - сухогрузные баржи г/п 1000-1300 т класса «Р» (16 ед.), дизель-редукторные агрегаты 2 × 746 кВт; - пассажирский катамаран вместимостью 30 человек «PACIFICO EXPRESS 30» (40 ед.), дизель-редукторный агрегат 1 × 300 кВт; - добычная платформа типа «Беркут», «Роснефть» (48 ед.), газотурбогенераторы 4 × 15 МВт и дизель-генераторы 4 × 4 МВт. Приведенные данные свидетельствуют о том, что наиболее распространенные типы судов имеют в составе своих СЭУ дизели мощностью 300, 746, 883, 1200, 3000, 3200, 4000, 6000-18 000 кВт и ГТД мощностью 15 000 кВт. По данным Морского инженерного бюро, для судов внутреннего и смешанного («река - море») плавания потребуются 600 дизельных двигателей в диапазоне мощностей от 300 до 1600 кВт (табл. 1). Таблица 1 Дизельные двигатели для судов внутреннего и смешанного («река - море») плавания* Тип судна Количество судов Главные двигатели Винто-рулевые комплексы Сухогрузные суда смешанного плавания дедвейтом около 5,0-7,0 тыс. т 30 40 по 900-1200 кВт 40 по 900-1200 кВт 10 по 1800-2500 кВт нет Танкеры смешанного плавания дедвейтом около 7,0 тыс. т «Волго-Дон макс» класса 70 140 по 1000-1200 кВт 140 по 1000-1200 кВт Сухогрузные суда «О-ПР» дедвейтом около 5,4 тыс. т «Волгомакс» класса 50 100 по1000-1200 кВт 100 по1000-1200 кВт Танкеры «О-ПР» дедвейтом около 5,4 тыс. т «Волгомакс» класса 40 80 по 1000-1200 кВт 80 по 1000-1200 кВт Танкеры «М-СП» дедвейтом около 3,4 тыс. т «Лена» класса 10 20 по 800-1000 кВт 20 по 800-1000 кВт Сухогрузные суда «М-СП» дедвейтом около 3,4 тыс. т «Лена» класса 5 10 по 800-1000 кВт 10 по 800-1000 кВт Речные толкачи и буксиры 30 60 по 800-1200 кВт 60 по 800-1200 кВт Бункеровщики топливом дедвейтом около 6 тыс. т 5 10 по 1600 кВт 10 по 1600 кВт Бункеровщики топливом и маслом дедвейтом около 3 тыс. т 35 35 по 800-1000 кВт 35 по 800-1000 кВт Бункеровщики топливом и маслом дедвейтом около 2 тыс. т 35 35 по 600-800 кВт 35 по 600-800 кВт Бункеровщики топливом и маслом дедвейтом около 800 т 25 50 по 300-400 кВт 50 по 300-400 кВт * Составлено по данным Морского инженерного бюро. Возможные перспективы судового дизелестроения В современной экономической ситуации строительство новых дизелестроительных заводов представляется трудно осуществимым, поэтому более актуальным является анализ возможностей существующих российских дизелестроительных предприятий. При выборе судового дизеля следует учитывать принятый курс на импортозамещение в важнейших отраслях промышленности. Для удовлетворения данных требований следует проанализировать конкурентоспособность продукции российских дизелестроительных предприятий. В целях проведения такого анализа были использованы каталожные данные [4], а также технические характеристики двигателей, приводимые на официальных сайтах российских производителей дизельных двигателей: АО «УК «Брянский машиностроительный завод», ОАО «Коломенский завод», ОАО «Пензадизельмаш», входящих в ЗАО «Трансмашхолдинг»; ООО «Уральский дизель-моторный завод», который входит в группу компаний «Синара - Транспортные Машины» (СТМ); АО «Волжский дизель имени Маминых»; ОАО «Звезда»; ПАО «Автодизель» (Ярославский моторный завод (ЯМЗ)), входящее в Дивизион «Силовые агрегаты» Группы «ГАЗ»; ОАО «Тутаевский моторный завод»; ОАО «Завод «Дагдизель»; ЗАО «ПФК Тверьдизельагрегат»; ОАО «Челябинский тракторный завод». Указанные предприятия выпускают средне- и высокооборотные двигатели в различных мощностных диапазонах. Производство малооборотных двигателей в настоящее время в Российской Федерации отсутствует. Среди зарубежных производителей высокооборотных двигателей (ВОД) можно выделить несколько ведущих фирм, выпускающих наиболее конкурентоспособные ВОД. К ним относятся «Caterpillar» (США), «MTU», «Deutz-MWM» и «SKL» (Германия), «Mitsubishi», «Komatsu», «Yanmar» и «Niigata» (Япония), «Volvo Penta» и «Scania» (Швеция), «S.E.M.T. Pielstick» (Франция), «Isotta Fraschini» (Италия), «Perkins» (Великобритания), «Paxman» (США), «Wärtsilä» (Финляндия). Для корректного сравнения технического уровня ВОД целесообразно провести сопоставление технических характеристик двигателей, близких по мощности. Основные показатели технического уровня российских и зарубежных двигателей малой, средней и большой мощностей представлены в табл. 2-4. Высокооборотные двигатели малой мощности используются в составе судовых энергетических установок, главным образом в качестве вспомогательных и аварийных. Они могут иметь как жидкостное, так и воздушное охлаждение. Большинство производителей двигателей в данном диапазоне мощностей предлагают модификации с различным количеством цилиндров и разными типами систем охлаждения. Таблица 2 Основные технические показатели ВОД малой мощности Производитель Агрегатная мощность, кВт Основные размерности, см Цилиндровая мощность, кВт Среднее эффективное давление, МПа Удельный эффективный расход топлива, г/(кВт · ч) Удельная масса, кг/кВт Дагдизель 8,8-44,1 8,5/11 9,5/11 5,15-7,35 0,62 238-272 10,4 Тверьдизельагрегат 40-125 11/12,5 16,75-20,8 1,06 220 6,4-7,3 Челябинский тракторный завод 103-132 15/20,5 33 0,92 218 14,3 Автодизель 100-140 10,5/12,8 25-35 1,2-1,6 193-197 3,4-4,6 Deutz-MWM 72-195 10,8/13 20,25 1,2-1,4 215 4,6-6,5 Perkins 12-170 8,4/9 10,5/13,5 43,5 0,65-2,04 205-248 4,4-14 Volvo Penta 9-150 6,7/7,2 8,1/9,35 8,4/100 4,5-50 0,9-1,35 230-207 2,4-4,0 Высокооборотные двигатели средней и большой мощности применяются в составе судовых энергетических установок как в качестве вспомогательных, так и в качестве главных двигателей. Таблица 3 Основные технические показатели ВОД средней мощности Производитель Агрегатная мощность, кВт Основные размерности, см Цилиндровая мощность, кВт Среднее эффективное давление, МПа Удельный эффективный расход топлива, г/(кВт · ч) Удельная масса, кг/кВт Уральский дизель-моторный завод 603-4800 21/21 18,5/21,5 100-240 1,44-1,65 194-229 6,4-9,1 3,7-4,7 Волжский дизель имени Маминых 215-1320 21/21 21/26 83,2-112 108-118 1,4-1,82 1,2-1,6 209-226 195-225 7,0-8,06 Звезда 500-990 18/20 83 0,95-1,28 213-220 2,7-3,36 Автодизель 110-590 13/14 14/14 18,3-49,2 0,79-1,3 195-224 3,8-5,8 Тутаевский моторный завод 370-560 14/14 46,5-70 2,4-2,6 195-204 2,4-3,4 КАМАЗ 154-324 12/12 12/13 19,25-40,5 0,65-0,8 200-265 2,0-3,1 Барнаултрансмаш 110-220 15/15 15/18 18,3-22 0,63-1,01 218-242 6,3-7,1 Челябинский тракторный завод 335-736 15/16 15/18 31-61 1,16-1,19 201-247 1,5-2,1 Caterpillar 186-824 12/14 13,7/16,5 17/19 31-103 1,8-2,26 199-201 5,1-6,8 MTU 384-2040 12,8/14,2 16,5/18,5 32-170 1,93-2,36 195-205 5,6-2,4 S.E.M.T. Pielstick 732-1464 18,5/21 122 2,2 190 4,6-3,5 Продолжение табл. 3 Производитель Агрегатная мощность, кВт Основные размерности, см Цилиндровая мощность, кВт Среднее эффективное давление, МПа Удельный эффективный расход топлива, г/(кВт · ч) Удельная масса, кг/кВт Volvo Penta 212-316 10,5/13 52,7 2,17 203 2,75-3,3 Yanmar 320-900 8,6/9,6 10,6/11 16,5/21,9 104-123 1,8-2,1 194-205 1,8-2,1 Wärtsilä 690-1560 17/20 115-130 2,02 196 3,2-5,5 Scania 330-430 11,5/14,4 12,7/14 54-63,7 1,93-2,56 199-201 2,6-3,5 Komatsu 800-900 17/17 148 2,27 197 2,5 Deutz MWM 348-1536 12,8/14 17/19,5 58-127 1,87-1,92 192-199 2,4-2,5 Perkins 260 11,7/13,6 43,5 2,13 201 3,4 Isotta Fraschini 1120 17/17 140 2,18 201 2,2 SKL 450-880 16/18 75-110 2,4 197 5,6 Таблица 4 Основные технические показатели ВОД большой мощности Производитель Агрегатная мощность, кВт Основные размерности, см Цилиндровая мощность, кВт Среднее эффективное давление, МПа Удельный эффективный расход топлива, г/(кВт · ч) Удельная масса, кг/кВт Уральский дизель-моторный завод 700-4800 18,5/21,5 21/21 116-240 1,44-1,65 204-220 3,7-4,7 Звезда 1765-7355 16/17 42-70 0,89-1,18 222-243 2,0-2,24 MTU 2472-7400 19/21 23/23 23/28 206-345 2,42-3,03 189-200 2,6-5,5 Wärtsilä 2160-3600 20/24 180-200 2,44 190-196 4,8-6,0 Niigata 4320 20,5/22 270 2,64 191 3,4 S.E.M.T. Pielstick 1952-2196 18,5/21 122 2,2 190 4,6-3,5 Paxman 3708-3924 18,5/19,6 19,7/21,6 206-218 2,27-2,56 191-194 2,8-2,6 Isotta Fraschini 168-2240 17/17 140 2,18 201 2,2 Российские и зарубежные производители высокооборотных двигателей используют как рядные, так и V-образные конструкции. Исключение составляет двигатель ОАО «Звезда» (16/17), который благодаря звездообразной конструкции имеет наилучшие массогабаритные показатели (удельную массу). Данные табл. 2-4 свидетельствуют о том, что у лучших высокооборотных дизелей удельный эффективный расход топлива составляет 189-190 г/(кВт · ч). Высокая топливная экономичность обеспечивается за счет высокого среднего эффективного давления, максимальное значение которого - 3,03 МПа - достигнуто фирмой «MTU». Двигатели ряда зарубежных фирм имеют среднее эффективное давление 2,4 МПа и выше. Высокие тепловые и механические нагрузки в современных ВОД обусловливают необходимость обеспечивать путем конструктивных и технологических мероприятий допустимую тепловую напряженность деталей цилиндропоршневой группы (ЦПГ) и надежную работу топливной аппаратуры. Дальнейший прогресс судовых ВОД зарубежные эксперты связывают с широким использованием керамических теплостойких покрытий деталей ЦПГ, поиском решений, направленных на дальнейшее повышение среднего эффективного давления и снижение удельной массы двигателей (ниже 2,0 кг/кВт), расширение использования электронных систем управления топливоподачей, газораспределением, воздухоснабжением [5]. В каждом из мощностных диапазонов присутствуют двигатели российских дизелестроительных предприятий, однако большинство российских двигателей по основным показателям технического уровня уступают ведущим зарубежным производителям. Среднеоборотные дизели (СОД) используются в составе судовых энергетических установок в качестве главных двигателей. Основными производителями СОД в РФ являются ОАО «Коломенский завод», ОАО «Пензадизельмаш», ОАО «РУМО», АО «Волжский дизель имени Маминых». Ведущими зарубежными производителями СОД являются фирмы «Wärtsilä», «MAN Diesel & Turbo», «S.E.M.T. Pielstick», «Caterpillar», «SKL», «Niigata». Современное состояние и тенденции развития СОД характеризуются разработками, обеспечивающими эффективное использование тяжелых сортов топлива, увеличение цилиндровых и агрегатных мощностей, повышение топливной экономичности. Снижение расхода топлива в современных СОД обеспечивается за счет повышения максимального давления цикла (до 19 МПа и более), совершенствования системы газотурбинного наддува, сокращения потерь энергии отработавших газов и увеличения КПД агрегатов наддува (до 70 % и более), повышения давления впрыска топлива (до 160 МПа и более), увеличения механического КПД дизеля (до 92-93 %) [6]. Реализация указанных путей повышения топливной экономичности обеспечила прогресс в процессе модернизации выпускаемых и создания новых моделей судовых СОД, технический уровень которых может быть охарактеризован такими показателями, как удельный эффективный расход топлива, среднее эффективное давление, цилиндровая и агрегатная мощности. Важнейшие показатели технического уровня российских и зарубежных СОД приведены в табл. 5. Таблица 5 Основные технические показатели российских и зарубежных СОД Производитель Агрегатная мощность, кВт Основные размерности, см Цилиндровая мощность, кВт Среднее эффективное давление, МПа Удельный эффективный расход топлива, г/(кВт · ч) Удельная масса, кг/кВт Коломенский завод 450-4412 30/38 26/26 112,5-231 1,4-1,7 0,88-2,2 178-186 191-200 12,8-15,7 5,2-13,4 Пензадизельмаш 500-1500 31,8/33 20/28 125-187 0,61 - 1,7 220 6,4-7,3 РУМО 240-3840 23/30 22/28 32/40 36/45 40-55 116-138 480 110-191,6 0,52-0,54 1,58-1,77 2,39 0,78-1,05 219-226 185-195 186 202 23,4 14-18,4 12,2-13,2 25,9-31,1 Волжский дизель имени Маминых 184-1053 21/21 21/26 19/21 19/25,5 17/20 20/27 83-111,7 108-119 44-55,8 87,7 30,7-35 91,7-93,7 1,4-1,82 1,2-1,6 0,76-0,91 1,49 0,86-0,94 1,32-1,37 196-201 198-201 210 210 225 226 8,2-14,4 7,6-8,1 20,3 15,7 20,4 17,8 Wärtsilä 520-36 180 64/77 46/58 38/47,5 32/35 28/30 26/32 25/30 22/24 22/26 20/28 1940-2010 905-1050 660 410 300 400 185-230 187,5 130-180 2,55 2,61 2,45 2,4 2,33 2,82 2,08 2,28 2,46 172 166-168 176-178 181 189 185 191-193 189-191 189-191 187-189 16-17 13,8-17,9 10,1-13,5 7,6-11,3 6,7-8,9 6,0-6,4 5,7-8,9 7,6-10,3 MAN Diesel & Turbo 960-16 800 58/64 48/60 40/54 32/40 28/32 27/38 23/30 1390 1050 720 470 245 300-400 160 2,3 2,32 2,48 2,49 1,93 2,35 1,79 176-177 179-180 181-183 182-184 191-192 186-188 191-195 17-18 13-17 13-16,2 10-14,1 9,4-13 5,0-4,5 9,1-12 Продолжение табл. 5 Производитель Агрегатная мощность, кВт Основные размерности, см Цилиндровая мощность, кВт Среднее эффективное давление, МПа Удельный эффективный расход топлива, г/(кВт · ч) Удельная масса, кг/кВт S.E.M.T. Pielstick 840-25 200 57/66 57/75 42,5/60 40/50 40/46 28/35 28/29 25,5/27 1325-1400 736 750 550 295 272-325 210-220 2,33 2,36 2,31 2,39 2,2 2,19 2,18 2,13 174-180 163-168 160-166 184 183-186 185-186 197 192 7,8-19,8 21-19 19,5-18 11,1-10 8,8-6,8 8,7-6,8 7,2-5,5 8,6-6,3 Caterpillar 1140-15 660 58/60 43/61 32/48 25,5/40 20/30 1250 870 440 290-300 190 2,23 2,44 2,49 2,37 2,42 178 176-179 176-179 184-185 185 14,2-14 13,2-12 13-11,4 11-10,4 10-9 SKL 680-1755 16/24 32/48 24/29 85 140 150-195 2,0 1,0 2,4 191 198 186 8,0 27-22 13,5-11 Niigata 1164-2574 30/60 42/82 194 429 1,91 1,97 178 175 23,8 29,0 Данные табл. 5 показывают, что среднеоборотные двигатели с числом цилиндров от 4 до 20 выполняются как в рядной, так и V-образной компоновке. Такие двигатели перекрывают широкий мощностной диапазон от 200 до 40 000 кВт. Наибольшую мощность (36 000-40 000 кВт) имеет 18-20 цилиндровый двигатель серии W64 фирмы «Wärtsilä». Двигатели этой серии являются также наиболее длинноходными среди СОД: ход поршня составляет у различных модификаций 770 и 900 мм. Среднее эффективное давление у двигателей большинства ведущих производителей составляет 2,2 МПа и более. Максимальные значения имеют также двигатели фирмы «Wärtsilä» (2,6-2,8 МПа). По результатам проведенного анализа можно сделать вывод, что судовые высокооборотные двигатели с различной агрегатной мощностью производят 15 ведущих зарубежных фирм и 10 российских предприятий. Необходимо отметить высокую конкуренцию среди зарубежных фирм и производителей, когда определенный мощностной диапазон перекрывается 3-5 типами дизелей различных производителей. Конкуренция у российских производителей несколько ниже: двигатели определенной мощности выпускают, как правило, 1-2 предприятия. При этом большинство отечественных двигателей уступают зарубежным аналогам по степени форсированности и основным технико-экономическим показателям, прежде всего, удельному эффективному расходу топлива и удельной массе. В работе [7] указано, что выпускаемые в России ВОД и СОД по степени форсированности можно разделить на 3 группы: - ре = 0,5-1,2 МПа - 14 единиц; - ре = 1,2-1,8 МПа - 6 единиц; - ре = 1,8-2,4 МПа - 3 единицы. За рубежом в настоящее время судовые дизели с ре менее 1,5 МПа практически не производятся. В диапазоне малых мощностей практически единственным производителем в России является завод «Дагдизель». Выпускаемые этим предприятием двигатели существенно уступают зарубежным аналогам по топливной экономичности, имеют в два раза меньшее среднее эффективное давление и более чем в два раза большую удельную массу (см. табл. 2). Наиболее близкие к зарубежным аналогам характеристики имеют двигатели размерности 11/12,5, выпускаемые заводом «Тверьдизельагрегат» из мотор-комплектов, получаемых с Минского моторного завода, а также рядные двигатели АО «Автодизель» ЯМЗ-530 (10,5/12,8). Таким образом, проблема импортозамещения в области ВОД малой мощности может быть решена путем коренной модернизации двигателей завода «Дагдизель», создания новых судовых модификаций на предприятии «Тверьдизельагрегат» и локализации на этом предприятии основных деталей двигателей размерности 11/12,5, конвертации автотракторных дизелей ЯМЗ-530 в судовые. Перспективные отечественные ВОД малой мощности приведены в табл. 6. Таблица 6 Перспективные российские ВОД малой мощности Агрегатная мощность, кВт 10-50 30-180 100-250 Производитель «Дагдизель» «Тверьдизельагрегат» «Автодизель» (ЯМЗ) Размерность, см 8,5/11 9,5/11 11/12,5 10,5/12,8 Число цилиндров 2, 4 2, 4, 6 4, 6 Цилиндровая мощность, кВт 5-25 15-60 25-45 Среднее эффективное давление, МПа 0,8-1,2 1,2-1,5 1,2-1,6 Частота вращения коленчатого вала, мин-1 1500-2400 В области средних мощностей в диапазоне 200-500 кВт наилучшие технико-экономические показатели имеют автотракторные V-образные двигатели Тутаевского моторного завода (ТМЗ), которые не уступают зарубежным аналогам по топливной экономичности и превосходят их по степени форсированности и компактности (см. табл. 3). Практически не уступают по техническому уровню зарубежным аналогам V-образные двигатели ЯМЗ (АО «Автодизель») последнего поколения ЧН14/14 (см. табл. 3). Двигатели Челябинского тракторного завода ЧН15/18, ЧН15/15, принадлежащие к этому мощностному диапазону, предназначены для военной техники и уступают двигателям ТМЗ и ЯМЗ по топливной экономичности и габаритным показателям. В диапазоне мощностей 500-1500 кВт лучшими среди российских двигателей являются дизели ООО «Уральский дизель-моторный завод» (УДМЗ) ЧН21/21 и дизели ОАО «Звезда» ЧН18/20. Данные двигатели не уступают зарубежным по удельной массе и надежности (заявленный ресурс до капитального ремонта составляет 45 000-70 000 ч), но проигрывают им в топливной экономичности (см. табл. 3). Перспективные НИР и ОКР необходимо направить на повышение среднего эффективного давления двигателей ЯМЗ, УДМЗ, «Звезда» с целью снижения удельного эффективного расхода топлива, а также на обеспечение надежности при форсировании двигателей. На предприятиях имеются технологические возможности для производства двигателей указанных размерностей. Перспективные отечественные двигатели средней мощности представлены в табл. 7. Таблица 7 Перспективные российские ВОД средней мощности Агрегатная мощность, кВт 250-600 500-1500 Производитель «ТМЗ» «ЯМЗ» «УДМЗ» «Звезда» Размерность, см 14/14 14/14 21/21 18/20 Число цилиндров 8 12 6, 8, 12 6, 12 Цилиндровая мощность, кВт 40-70 80-125 Среднее эффективное давление, МПа 2,2-2,6 1,6-2,0 Частота вращения коленчатого вала, мин-1 1500-2100 1200-1600 К перспективным ВОД средней мощности относится также разработанный на ОАО «Звезда» дизель типа «Пульсар» (ЧН15/17,5). Однако необходимо отметить, что проектирование двигателя осуществлялось с привлечением зарубежных фирм, доля импортных комплектующих деталей и узлов превышает 50 %, серийное производство двигателей не организовано. В диапазоне мощностей 1500-4500 кВт дизели производят ООО «Уральский дизель-моторный завод» (ЧН18,5/21,5) и дизели ОАО «Звезда» (ЧН16/17), которые уступают двигателям-аналогам ведущих зарубежных производителей по среднему эффективному давлению практически в два раза, по топливной экономичности - на 25-30 % (см. табл. 4). Перспективные НИР и ОКР необходимо направить на совершенствование систем топливоподачи и газотурбинного наддува с целью сокращения расхода топлива, а также на увеличение ресурса модернизируемых двигателей за счет конструктивных и технологических мероприятий. Основные характеристики перспективных высокооборотных двигателей большой мощности приведены в табл. 8. Таблица 8 Перспективные российские ВОД большой мощности Агрегатная мощность, кВт 1500-4500 Производитель «УДМЗ» «Звезда» Размерность, см 18,5/21,5 16/17 Число цилиндров 12, 16, 20 42, 56 Цилиндровая мощность, кВт 140-240 70-90 Среднее эффективное давление, МПа 2,0-2,2 1,4-1,6 Частота вращения коленчатого вала, мин-1 1500-1900 1750-2000 Двигатели ЧН 16/17 имеют звездообразную конструкцию, что затрудняет доступ к узлам и агрегатам, снижает удобство технического обслуживания и ремонта. По этим причинам более востребованными в судостроении являются рядные двигатели с числом цилиндров 4-10 и V-образные - с числом цилиндров от 6-10 до 18-20. В связи с этим, возможно, более целесообразным является использование в составе СЭУ гражданских морских и речных судов рядных и V-образных среднеоборотных двигателей, покрывающих диапазон мощностей от 1500 до 4500 кВт. В настоящее время судовые среднеоборотные дизели в РФ выпускаются на 4-х предприятиях: ОАО «Коломенский завод», ОАО «Пензадизельмаш», ОАО «РУМО», ООО «Волжский дизель имени Маминых». Однако два последних испытывают серьезные финансовые проблемы, и перспективы возобновления на них серийного производства современных двигателей неизвестны. В связи с этим, с точки зрения импортозамещения, целесообразным представляется модернизация двигателей ОАО «Пензадизельмаш» (ЧН31,8/33 и ЧН20/28) для диапазона мощностей 500-1500 кВт и двигателей ОАО «Коломенский завод» (ЧН26/26 и ЧН26,5/31) для диапазона мощностей 600-4500 кВт. Серийно выпускаемые двигатели ОАО «Пензадизельмаш» значительно уступают зарубежным аналогам по среднему эффективному давлению и имеют расход топлива на 20 % больше по сравнению с двигателями ведущих зарубежных фирм (см. табл. 5), в связи с этим необходимо провести модернизацию двигателей, оснастив их более современными системами топливоподачи. Современные модели ОАО «Коломенский завод» практически не уступают зарубежным двигателям. Среднеоборотные двигатели востребованы современным судостроением, т. к. по экономическим и ресурсным показателям двигатели ведущих фирм не уступают малооборотным двигателям, а по массогабаритным существенно их превосходят. Наилучший показатель топливной экономичности (160-166 г/(кВт · ч)) достигнут фирмами «Wärtsilä» и «S.E.M.T. Pielstick». Такой результат обеспечивается за счет применения на СОД современных систем топливоподачи с давлением впрыска 150-190 МПа, повышения уровня форсированности по среднему эффективному давлению до 2,6-2,8 МПа, приближающегося к уровню форсированности ВОД. Практически все современные модели типы СОД ведущих зарубежных фирм способны работать на тяжелых сортах топлива, продолжаются работы по переводу СОД на газодизельный цикл. Современные СОД оснащаются системами утилизации теплоты отработавших газов и охлаждающей жидкости. В настоящее время актуальными остаются такие направления совершенствования СОД, как снижение уровней шума и вибрации, повышение надежности (безотказной работы до 5000-8000 ч, до первой переборки - 20 000 ч, до капитального ремонта - 80 000-100 000 ч). Широкая востребованность СОД обусловливает необходимость разработки и производства нескольких типоразмерных рядов с числом цилиндров от 4 до 20. Характеристики перспективных российских судовых СОД приведены в табл. 9. Таблица 9 Перспективные российские судовые СОД Агрегатная мощность, кВт 500-2800 800-7500 Производитель «Пензадизельмаш» «Коломенский завод» «Коломенский завод» Размерность, см 20/28 30/38 26/26 26/32 Число цилиндров 4, 6, 8 4, 6, 8 4, 6, 8, 12, 16, 20 Цилиндровая мощность, кВт 125-150 300-360 200-375 Среднее эффективное давление, МПа 2,0-2,2 1,8-2,2 1,8-2,6 Частота вращения коленчатого вала, мин-1 750, 1000 750 750, 1000 Учитывая перспективность использования газового топлива на морском и речном флоте [8, 9], необходимо отметить, что практически у всех приведенных в табл. 6-9 отечественных двигателестроительных предприятий имеются разработанные модификации двигателей, работающих на газовом топливе. В Российской Федерации МОД выпускались на Брянском машиностроительном заводе по лицензиям фирм «MAN Diesel & Turbo» и «Wärtsilä». После прекращения выпуска МОД на Брянском машиностроительном заводе в России не осталось предприятий, выпускающих МОД. Учитывая, что современные СОД имеют агрегатные мощности до 7500 кВт, возобновление производства МОД в РФ в настоящее время представляется нецелесообразным. В случае необходимости в качестве силовых установок мощностью более 7500 кВт могут быть использованы газотурбинные двигатели, работающие как на жидком топливе нефтяного происхождения, так и на сжиженном природном газе. Выводы 1. В Российской Федерации имеется около десяти дизелестроительных предприятий, продукция которых практически полностью покрывает требуемый диапазон мощностей главных и вспомогательных судовых двигателей. Исключение составляют двигатели особо высокой мощности (более 7500 кВт). 2. В настоящее время в Российской Федерации не производятся малооборотные двигатели. В широком диапазоне мощностей используются средне- и высокооборотные двигатели. 3. В качестве главных и вспомогательных судовых двигателей расширяется применение конвертированных дизелей, которые первоначально проектировались как автотракторные или стационарные. Это свидетельствует о необходимости разработки и производства дизелей широкого назначения, имеющих судовые модификации. 4. Разработка практически всех современных моделей дизелей, производимых российскими предприятиями, осуществлялась с участием зарубежных фирм, таких как «AVL List» (Австрия), «Ricardo» (Великобритания), «FEV Gmbh» (Германия). Это свидетельствует о недостаточно активном привлечении к новым разработкам отечественных научных и проектно-конструкторских организаций. 5. В каждом сегменте мощностей имеются предприятия, проводящие модернизацию выпускаемых двигателей или ведущие разработку новых моделей. 6. На большинстве дизелестроительных предприятий для обеспечения выпуска современных двигателей требуется обновление технологической базы и испытательного оборудования. 7. Задача импортозамещения судовых дизелей должна решаться за счет модернизации производимых в России судовых двигателей и конвертации дизелей широкого применения (автомобильных, тракторных, тепловозных, военных), имеющих наилучшие технико-экономические показатели, в судовые. 8. В современных организационно-экономических условиях целесообразным представляется создание типоразмерных рядов модернизированных двигателей на базе имеющегося технологического оборудования и проработанных размерностей, таких как 9,5/11, 11/12,5, 12/12, 12/13, 13/14, 14/14, 15/18, 15/17,5, 18/20, 18,5/21, 21/21, 26/26, 22/28, 26/31,5, 30/38, 32/40 (в зависимости от требуемой мощности). 9. При производстве дизелей целесообразно использовать наиболее ответственные детали (коленчатые валы, поршни, поршневые кольца, клапаны механизма газораспределения) и другие комплектующие, выпускаемые на специализированных предприятиях, как это принято в мировой практике двигателестроения. 10. В Российской Федерации имеются предприятия, выпускающие изделия, соответствующие современному уровню двигателестроения. Однако следует отметить, что в ряде случаев в качестве комплектующих отечественные предприятия используют зарубежные изделия. Замена таких изделий на российские аналоги обеспечит независимость отечественных дизелестроительных предприятий от зарубежных поставщиков. 11. Наиболее ответственными изделиями, определяющими технический уровень дизелей и требующих модернизации с целью достижения современного мирового уровня, являются элементы топливной аппаратуры, электронные системы управления, агрегаты наддува, теплообменные аппараты. 12. Для решения задачи импортозамещения в области судового двигателестроения необходимо: - определить предприятия, имеющие современное технологическое оборудование и перспективные разработки, способные на базе выпускаемых моделей двигателей начать производство модернизированных типоразмерных рядов дизелей. Выпуск современных высокооборотных дизелей в различных мощностных диапазонах могут осуществлять ОАО «Завод «Дагдизель», ЗАО «ПФК Тверьдизельагрегат», ПАО «Автодизель» (Ярославский моторный завод), ОАО «Тутаевский моторный завод», ООО «Уральский дизель-моторный завод», ОАО «Звезда». Выпуск современных среднеоборотных дизелей в различных мощностных диапазонах могут осуществлять: ОАО «Коломенский завод», ОАО «Пензадизельмаш»; - сформировать типоразмерные ряды таким образом, чтобы в каждом мощностном диапазоне было не менее 3-х двигателей различных производителей с целью обеспечения их конкуренции; - установить основные технические характеристики перспективных двигателей, соответствующие современному мировому уровню двигателестроения для различных мощностных диапазонов (табл. 10); Таблица 10 Основные размерности и средние эффективные давления перспективных судовых дизелей производства России Агрегатная мощность, кВт 10-50 50-250 250-500 500-2500 2500-4500 4500-7500 Размерность, см 8,5/11 9,5/11 11/12,5 10,5/12,8 11/12,5 14/14 13/14 14/14 21/21 18/20 21/21 18,5/21,5 16/17 18,5/21 20/28 26/26 26/31,5 30/38 Среднее эффективное давление, МПа 0,8-1,2 1,2-1,6 2,2-2,6 1,6-2,0 1,6-2,2 1,8-2,6 Частота вращения коленчатого вала, мин-1 1500-2400 1500-2400 1500-2100 1200-1600 1500- 2000 750-1000 750-1000 - сформулировать темы НИР и ОКР, направленные на модернизацию и конвертацию дизелей (разработка методики конвертации дизелей, модернизация систем топливоподачи, наддува, охлаждения, перевод двигателей на газомоторное топливо и пр.) и достижение технико-экономических показателей, не уступающих зарубежным аналогам, прежде всего, по топливной экономичности, ресурсным показателям и экологической безопасности; - определить базовые предприятия, специализирующиеся на выпуске наиболее ответственных комплектующих деталей и узлов дизелей, и сформулировать темы НИР и ОКР, направленные на расширение номенклатуры изделий в соответствии с запросами дизелестроительных предприятий и обеспечение их высокого технического уровня.
Список литературы

1. 1. О федеральной целевой программе «Развитие гражданской морской техники» на 2009-2016 годы: Постановление Правительства Российской Федерации от 21 февраля 2008 г. № 103. URL: http://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/92907/.

2. 2. Стратегия развития судостроительной промышленности на период до 2020 года и дальнейшую перспективу (утв. приказом Министерства промышленности и энергетики РФ от 6 сентября 2007 г. № 354). URL: http://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/92194/.

3. 3. Егоров Г. В. Проектирование и постройка коастеров и судов смешанного плавания. Одесса: Изд. Н. Дубров, 2008. 128 с.

4. 4. Дизельные и газовые двигатели: каталог. СПб.: ООО ЦНИДИ, 2011. 144 с.

5. 5. Конкс Г. А., Лашко В. А. Некоторые итоги развития мирового судового дизелестроения за последние годы // Актуальные проблемы создания, проектирования и эксплуатации современных двигателей внутреннего сгорания: сб. науч. тр. Хабаровск: Хабар. гос. техн. ун-т. 2001. Вып. 2. С. 4-29.

6. 6. Возницкий И. В. Современные судовые среднеоборотные двигатели. СПб.: Моркнига, 2006. 140 с.

7. 7. Сорокин В. А., Иванов М. Ю. Технико-эксплуатационные характеристики отечественных и зарубежных судовых дизелей мощностью до 3 МВт // Наука и транспорт. Морской и речной регистр, 2013. № 1 (5). С. 70-77.

8. 8. Безюков О. К., Жуков В. А., Ященко О. И. Газомоторное топливо на водном транспорте // Вестн. Гос. ун-та мор. и реч. флота им. адм. С. О. Макарова. 2014. № 6 (28). C. 31-39. DOI: 10.21821/2309-5180-2014-6-6-31-39.

9. 9. Безюков О. К., Жуков В. А., Воробей К. А. Анализ энергоэкологического эффекта применения газопоршневых двигателей в судовых энергетических установках // Вестн. Гос. ун-та мор. и реч. флота им. адм. С. О. Макарова, 2015, no. 6 (34), pp. 143-151. DOI: 10.21821/2309-5180-2015-7-6-143-151.