증기 - 가스 터빈 C-99와 잠수함. 617 프로젝트
수중 위치에서 잠수함을 이동할 때 고속을 제공할 수 있는 새로운 유형의 발전소에 대한 검색이 러시아와 소련에서 지속적으로 수행되었습니다. 그들은 우리 세기의 1944년대에 특히 널리 발전했습니다. 그런 다음 그들은 수중 디젤 엔진의 작동을 보장하기 위해 액체 산소를 사용하는 길을 택했습니다. 당사의 재능 있는 엔지니어 S.A.는 이 분야의 선구자로 간주될 수 있습니다. Bazilevsky. 그 뒤를 이어 액체산소를 사용하기 위한 몇 가지 다른 옵션이 제안 및 구현되었으며, 그 중 일부는 조선업에 도입되었습니다. 또한 XNUMX년 말에는 과산화수소를 산소 운반체로 사용하는 실험이 수행되었습니다. 증기 발생기의 작업실에서 연료를 산화시키기 위한 것이었습니다. 이 실험은 사용된 과산화수소의 낮은 농도와 제안된 사용 계획의 불완전성 때문에 분명히 두 가지 이유로 많은 열의를 불러일으키지 않았습니다.
1945년, 전쟁이 끝난 후 다양한 산업 분야에서 독일의 경험을 습득하기 위해 특수 엔지니어 그룹이 소련에서 독일로 파견되었습니다. 그 중에는 조선소와 잠수함도 있었습니다. 엔지니어 Vladimir Konstantinovich Stankevich와 Isaac Samoilovich Toltraf는 드레스덴 회사 Bruner-Kanis-Reder에서 이전에 해군 부서에서 주문한 원래 증기-가스 터빈에 대해 알게 되었습니다. 그것은 7500 마력의 힘을 가졌습니다. 10000rpm에서, 콜드 상태에서 최고 속도로 빠져나오는 데 걸린 시간은 5분이었습니다. 작동 유체는 증기 가스였으며 생산에는 고농도 과산화수소가 사용되었습니다.
터빈의 개발은 Gluckauf(“행복하게” – 독일어)라는 국에서 수행되었습니다. 이 부서의 전직 직원 약 15명이 모여 Walter 애프터버너 터빈 복합 사이클 장치(PGTU)를 갖춘 XXVI 시리즈 잠수함 프로젝트에 대한 분실된 문서 복원을 시작으로 작업을 재개하라는 요청을 받았습니다. 이를 위해 독일에 "공동" 설계국이 조직되었습니다.
엔지니어 캡틴 1위 A.A.가 이끌었습니다. 전쟁 전 및 군사 건설의 모든 소련 잠수함을 설계하고 최초의 국내 전투 잠수함 I.G. Bubnov. B.D.는 새로운 설계국의 수석 엔지니어로 임명되었습니다. 조선 중앙 연구소의 특수 발전소 부서를 이끌었던 Zlatopolsky는 그 당시 수중 위치에서 잠수함의 고속을 보장하도록 설계된 발전소 생성 문제에 대한 작업의 상당 부분이 집중되었습니다.
"Antipin 국"의 이름을 딴 새로운 설계 국은 조선 중앙 연구소인 TsKB-18의 직원과 독일 전문가로 구성되었으며, 수석 엔지니어는 Statehny 박사였습니다. 국 직원에는 S.N. 선체 부서를 이끌었던 Kovalev와 V.K. 기계 부서를 이끌었던 Stankevich.
우선, 국은 XXVI 시리즈의 독일 잠수함 프로젝트를 복원하기 시작했으며 Antipin, Stankevich 및 독일 전문가 그룹 인 Stateshny가 증기 및 가스 터빈 플랜트 용 장비를 제조하는 모든 회사를 방문하고 계약을 체결했습니다. 그들과 함께. 독일이 아닌 스웨덴에 위치한 Lysholm의 스크류 압축기를 제외한 전체 장비 세트를 주문하는 것이 가능했습니다.
작업은 빠르게 진행되었습니다. Antipin Bureau에서 작성한 모든 문서와 증기 및 가스 터빈 플랜트의 결과 장비가 Leningrad로 전송되었습니다. 그곳에서 1946년에 TsKB-18은 사전 초안 버전의 범위에서 Gluckauf 국에서 제시한 형태로 XXVI 시리즈 잠수함의 디자인을 복원했습니다. 이번 작업은 S.A.의 지도 하에 진행되었습니다. Egorova, 모니터링 및 상담은 B.M.에 의해 수행되었습니다. Malinin은 당시 조선중앙연구소에서 근무하던 대부분의 소련 잠수함의 최초 수석 설계자였습니다.
이 프로젝트는 번호 616을 받았습니다. 그러나 독일 XXVI 시리즈 잠수함에 사용된 여러 기술 솔루션은 우리 선원과 설계자를 만족시키지 못했습니다(작은 부력 예비, 선미를 향한 내장 어뢰 발사관, 대용량 압력 선체 구획 등). ). 따라서 이 옵션에 대한 비판적 검토 직후 TsKB-18은 번호 617이 지정된 증기 및 가스 터빈 장치를 갖춘 새로운 잠수함 프로젝트를 개발하기 시작했습니다.
이 프로젝트의 잠수함에서는 증기 및 가스 터빈 장치를 제외한 모든 장비가 가정용이었습니다. 617의 예비 설계는 1947년 말에 등장했습니다. 이에 대한 작업은 가장 경험이 풍부한 기계 엔지니어 P.S.의 지도하에 수행되었습니다. 모든 소련 잠수함 제작에 참여한 Savinov와 젊은 엔지니어 S.N. 나중에 핵잠수함 미사일 운반선의 총괄 설계자가 된 Kovalev. 이 프로젝트는 앞서 언급한 B.M의 감독하에 진행되었습니다. 말리닌은 1949년에 끝난 그의 생애 마지막 작품이었습니다.
예비 설계에 대한 다양한 옵션을 분석한 후 추가 개발을 위한 전술적, 기술적 사양이 작성되고 승인되었습니다. 이 잠수함의 예상되는 높은 수중 속도로 인해 러시아 해군에서의 사용 전술과 위치를 다르게 평가할 수 있었기 때문에 이는 특히 중요했습니다.
새로운 에너지를 탑재한 잠수함을 더욱 개발하기 위해 소련의 두 번째 수중 설계국인 SKB-1948이 143년 18월에 창설되었습니다. 여기에는 TsKB-10 전문가 그룹, 독일 Antipin Bureau 직원(독일 전문가 617명 포함), 조선 중앙 연구소의 특수 발전소 부서 팀이 포함되었습니다. A.A.는 국장이자 Project XNUMX 잠수함의 수석 설계자로 임명되었습니다. Antipin, 그의 조수-S.N. Kovalev.
1953년 봄에 프로젝트 617 제작에 참여한 팀이 전체 "주문 포트폴리오"와 함께 중앙 설계국 18번으로 반환되었으며, 그 순간부터 SKB-143은 개발용으로 용도가 변경되었습니다. 우리의 첫 번째 핵잠수함 프로젝트입니다.
원래 계획된 잠수함의 모습을 크게 변경하지 않은 Project 617의 예비 및 기술 부분을 만든 후 국 팀은 선박 건조를 위해 Sudomech 공장에 작업 도면 세트를 넘겼습니다. 프로젝트의 독창성으로 인해 처음에는 실험용 잠수함을 하나만 건설하기로 결정했지만 그러한 시리즈를 건설하는 문제는 테스트가 끝날 때까지 연기되었습니다. 이와 병행하여 설계자들은 저수위 과산화수소(HH)를 사용하여 더 유망한 잠수함 프로젝트를 여러 개 개발했지만 이는 또 다른 이야기의 주제입니다.
Project 617 잠수함 프로토타입을 제작할 때 설계국은 일반적으로 설계자의 책임이 아닌 여러 가지 추가 기능을 수행했습니다. 예를 들어, 건설 공장의 위임장에 따라 국 직원은 공급업체 공장의 장비를 인수하고 증기 및 가스 터빈 공장의 설치 감독 및 테스트 유지 관리를 수행했습니다. MPV용 보관백 등 저수량 과산화수소 시스템 설치 완료 잠수함에 대한 저수위 과산화수소의 구매, 운송, 저장 및 적재도 설계국에서 수행했습니다.
증기-가스터빈 장치(PGTU) 테스트를 위해 건설 공장에 MPV, 연료, 과산화수소 분해 촉매 등 기본 자재 공급은 설계국을 통해 수행되었습니다. 설계국으로 이전된 Sudomech 공장의 작업장 중 하나에는 테스트 벤치가 있었는데, 그 주요 구성 요소는 과산화수소 저장 시설과 미래 잠수함의 터빈실 하우징이었습니다. 이 선체에는 벤치 증기 및 가스 터빈 장치가 설치되었는데, 이는 보트의 조건에 가장 적합하고 독일에서 얻은 요소와 부품으로 제작되었습니다. 누락된 부품은 설계국의 기계 작업장에서 현장에서 제작되었습니다. 최대 출력까지 전체 출력 범위에 걸쳐 PSTU를 테스트할 가능성을 보장하기 위해 교체 가능한 바퀴를 사용하여 Project 617 잠수함 프로펠러의 특성을 재현하는 유압 모터가 구획 외부에 설치되었습니다. 쿨러도 여기에 위치했습니다.
벤치 PSTU에 대한 테스트 프로그램은 100개의 주요 단계로 나누어졌습니다. 6단계 - 특수 장갑 상자에서 과산화수소 분해 챔버를 테스트합니다. II - 전원 공급 장치 테스트: XNUMX성분 펌프, XNUMX성분 조절기 및 XNUMX성분 스위치; III - 증기-가스 혼합물 생성 장치의 테스트; IV - 터빈 응축기, 선외 응축수 냉각기 및 응축수 펌프로 구성된 응축수 시스템 테스트 및 V - 시작 시간 결정 및 모드 간 전환 결정을 포함하여 전체 설치에 대한 포괄적인 테스트, XNUMX% 전력 도달 및 XNUMX시간 연속 최대 전력 작동 모드.
PSTU 테스트 작업은 수석 디자이너 V.K가 이끌었습니다. 스탄케비치. 처음 1951개 단계의 리더는 엔지니어 Evgeny Nikolaevich Gurfein, Ilya Moiseevich Ozerov, Pyotr Petrovich Petrov 및 Olga Vladimirovna Kovalevskaya였습니다. 독일 동료들은 발생한 여러 기술적 문제에 대해 컨설턴트로 작업에 참여했으며 별도의 공간에 있었습니다. 경험이 쌓이면서 그들의 역할은 점점 줄어들었고 XNUMX년에 이 전문가들은 고국으로 돌아갔습니다.
1951년 초에 PSTU의 벤치 테스트가 완료되었습니다. 같은 해 XNUMX월 PSTU 벤치가 해체되었으며 모든 메커니즘, 장치 및 장치에 대한 철저한 검사와 결함 탐지가 이루어졌습니다. 코멘트를 제거하고 서비스 수명을 소모한 요소를 교체한 후, 설치 자체와 제어판을 조금 더듬어 건설이 본격화된 실험용 잠수함에 설치하기 위해 Leningrad Sudomech 공장으로 이전했습니다.
전술 번호 S-617를 사용하는 실험적인 Project 99 잠수함의 배치는 5년 1951월 16일에 이루어졌습니다. 정확히 1952년 후, 이 잠수함은 진수되었고 XNUMX년 XNUMX월 XNUMX일에 계류 테스트가 시작되었습니다.
상대적으로 짧고 수직으로 길쭉한 선체, 입구 해치 샤프트의 작고 유선형 울타리 (코닝 타워 없음) 및 설계자가 올바르게 선택한 미부 등 S-99는 필요한 속도와 기동성 특성을 보여주었습니다. 보트에는 어뢰, 배터리(리빙), 중앙 포스트, 디젤, 터빈, 선미 등 방수 격벽으로 구분된 6개의 구획이 있습니다. 이중 선체 공간에는 킹리스 메인 밸러스트 탱크 32개, 연료 탱크, 저수 과산화수소용 플라스틱 보관 가방 XNUMX개가 포함된 투과성 배플이 있었습니다.
충분한 부력 보유와 방수 격벽으로 보트의 내구성 있는 선체를 분리함으로써 내구성 있는 선체의 모든 구획과 인접한 온보드 밸러스트 탱크가 침수되는 경우 잠수함의 표면 가라앉지 않음을 보장했습니다.
발전소는 S-99 잠수함의 주요 특징이되었습니다. 앞에서 설명한 것처럼 이 설비의 애프터버너 부분으로 가스 터빈 장치가 설치되었으며 최대 출력은 7250hp에 달했습니다. 잠수함이 약 40m 깊이에서 움직일 때 프로펠러 샤프트에 전달되는 동력은 6050hp였으며 나머지는 보트 밖으로 이산화탄소를 펌핑하는 스크류 압축기에 의해 소비되었습니다. 잠망경에서 80미터 깊이까지 설치가 가능했으며, 발사 시간은 2분 10초였습니다. 최대 출력에 도달한 콜드 상태에서 강제 시동이 XNUMX분 XNUMX초 만에 수행되었습니다.
PSTU가 최대 출력으로 작동 중일 때 S-99 잠수함의 속도는 20노트를 초과했습니다. 이러한 높은 수중 속도와 6시간 순항 범위(120마일)는 잠수함의 전투 능력을 크게 확장했습니다. 오늘날 저수위 과산화수소(HLH)를 사용하는 증기-가스 터빈 플랜트 작동의 원리 다이어그램은 잘 알려져 있지만 이러한 유형의 잠수함을 처음 접하는 사람들을 위해 간략하게 상기해 보겠습니다.
해수 압력을 사용하여 MPV는 탄성 폴리염화비닐 백에서 이송 펌프와 37성분 펌프(MPV, 연료, 응축수)로 압착되어 특수 분해실로 공급되어 촉매의 도움으로 변환되었습니다. 기체 산소(부피의 63%)와 수증기(15%)로 변환됩니다. 산소 증기를 연소실로 보내어 불순물 함량이 낮고 인화점이 높은 등유를 주입했습니다. 2% CO85와 550% 수증기로 구성된 연소 생성물은 증기 가스의 열 관성을 균등화하는 역할을 하는 축열기를 통과하여 터빈으로 들어갔습니다. 증기가스의 온도는 일정(21°C)했으나 부하에 따라 압력이 달라져 터빈이 9500rpm 회전했을 때 약 10000kgf/sq.cm이었다. 터빈이 끝난 후, 배기 증기 가스는 응축기로 들어가 물이 이산화탄소와 분리되고, 스크류 압축기에 의해 외부 압력으로 압축된 후 2개의 작은 구멍이 있는 특수 스프레이 장치를 사용하여 배출되어 COXNUMX의 우수한 용해가 보장됩니다. 응축수를 냉각하기 위해 보트의 내구성 있는 선체 아래 이중 선체 공간에 위치한 자체 흐름 냉각기가 사용되었습니다. 냉각된 응축수의 일부는 증기 가스의 온도를 조절하는 데 사용되었습니다.
480단 기어박스는 속도를 XNUMXrpm으로 줄여 프로펠러 샤프트로 전달했습니다. 잠수함은 동일한 설계의 주 XNUMX기통 XNUMX행정 발전기와 보조 XNUMX기통 디젤 발전기로 구성된 디젤 전기 설비를 사용하여 더 낮은 속도와 표면에서 이동했습니다. 프로펠러용 커플링을 통해 작동하거나 발전기 전용으로 작동하는 주 디젤 엔진 보조 장치는 배터리 충전이나 추진 전기 모터의 작동을 제공했습니다. 접을 수 있는 RDP 샤프트(잠망경 위치에서 디젤 엔진 작동)를 사용하여 표면 위치와 잠망경 위치 모두에서 프로펠러에서 두 디젤 엔진을 작동하는 것이 가능했습니다.
전기 추진은 주 프로펠러 전기 모터 또는 경제적인 추진 전기 모터에 의해 수행되었으며, 내부를 흐르는 샤프트 라인에 비분리 커플링으로 연결되었습니다. 스탠드에서 증기 및 가스 터빈 장치를 장기간 테스트했음에도 불구하고 S-99 잠수함의 계류 및 해상 시험 중에 여러 가지 문제가 발생했습니다. 오염된 물체, 특히 기름진 물체와 접촉 시 급속 분해로 인해 "팝"이라고 불리는 화재 및 약한 폭발이 발생하는 과산화수소 누출의 출현; 촉매의 안정성 부족 등
공장 테스트 중에 주 디젤 엔진의 비틀림 진동 영역이 계산된 것보다 더 큰 속도 범위를 가지고 있다는 사실도 발견되었습니다. 이러한 단점을 제거함으로써 테스트 기간이 지연되었고, 20년 1956월 99일에야 국가 테스트가 성공적으로 완료된 후 S-XNUMX 잠수함이 시험 운용에 투입되어 거의 XNUMX년에 걸친 제작 여정을 완료했습니다. 설계국, 잠수함 건조 공장, 수많은 연구 및 설계 조직의 작업이 성공적으로 끝났습니다.
1956년부터 1959년까지 실험용 잠수함 S-99는 발트해 훈련선의 별도 여단에 속해 있었습니다. 함대, 수면에서 98마일 이상, 수중에서 약 6000마일을 이동하면서 800번의 바다 여행을 완료했습니다.
19년 1959월 99일 S-80에서 심각한 사고가 발생했다. 5m 깊이에서 다음 PGGU 발사 중에 터빈 실에서 폭발이 발생하여 설치가 시작되지 않았습니다. 선장은 비상 블로우다운 시스템을 사용하여 주 밸러스트를 즉시 폭파하라는 명령을 내렸습니다. 보트는 선미까지 손질되어 표면에 나타났습니다. 디젤 구획에서 "5번째(터빈) 구획에서 화재 및 폭발이 발생했으며, XNUMX번째 구획에 관개가 제공되었습니다."라는 보고가 접수되었습니다.
선박에 비상 경보가 발령되었습니다. 인접한 구획의 투시경을 통해 5번째 구획에 물이 채워져 있는 것으로 확인되었습니다. 잠수함이 해상에 남아 있었기 때문에 사령관은 자신의 힘으로 기지에 도착하기로 결정했습니다. 그들은 고압 압축기를 가동하고 손상된 메인 밸러스트 탱크를 지속적으로 팽창시켰습니다. 몇 시간 후 S-99는 기지로 돌아왔습니다. 터빈실 배수 후 과산화수소 로딩 파이프라인의 측면 밸브가 붕괴된 것으로 확인되었습니다. 폭발로 인해 압력 선체 상부에 직경 80mm의 관통 구멍이 뚫렸고, 이를 통해 터빈실이 침수되었습니다. 폭발은 밸브에 유입된 먼지로 인해 과산화수소가 분해되면서 발생했습니다.
사고 후 실험용 잠수함 S-99는 상당한 비용이 필요한 PGGU 메커니즘의 상당 부분을 교체해야 했기 때문에 복원되지 않았습니다. 이때 소련 해군에는 최초의 핵잠수함인 프로젝트 627, K-3이 합류했습니다. 새로운 에너지 설비에 대한 복잡하고 흥미로운 탐색이 끝났습니다. S-99 잠수함은 무장 해제되어 폐기되었지만 잠수함에서 증기-가스터빈 장치를 사용하여 얻은 경험은 잠수함용 원자력 증기 터빈 장치를 만드는 데 매우 중요한 역할을 했습니다.
출처 :
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