Подводные лодки XII серии

Подводная лодка Р-1

Этой лодке XII серии довелось оставить заметный след в истории развития энергетики в советском флоте. В 1935 г. в системе НКОП по личному указанию Г.К.Орджоникидзе начались работы по созданию единого двигателя (ЕД) для лодок. Предполагалось разработать проект крейсерской подводной лодки водоизмещением около 1000 т, причем в качестве ЕД планировалось использовать паротурбинную силовую установку. Перспективные типы ЕД предстояло предварительно испытать на малых подводных лодках серии VI-бис.

Наиболее интересный проект предложил инженер ЦКБ-18 С.А.Базилевский. Основная его идея заключалась в том, что продукты сгорания любого теплового двигателя содержат углекислоту, водяной пар, избыточный кислород. Если охладить газы, удалить из них воду и углекислоту, довести содержание кислорода до 20 – 22%, то восстановленную (регенерированную) газовую смесь можно вновь использовать для работы двигателя. Подобный проект предлагал еще мичман М.Н.Никольскйй в 1913 г., но в то время хранение на лодке достаточного объема кислорода, необходимого для регенерирования газовой смеси или автономное пополнение его запасов представлялось технически невозможным.

С.А.Базилевский впервые в мире предложил использовать на подводной лодке чистый кислород, в сжиженном виде при атмосферном давлении и температуре-180 °С, хранящийся в цистернах. Подобный способ большинство специалистов категорически отрицало из-за быстрого испарения жидкого кислорода. Только поддержка профессора Ленинградского политехнического института В.Д.Менделеева и директора завода «Красный Автоген» М.А.Куропаткина помогла начать работу в этом направлении.

К весне 1936 г. коллектив бюро завершил разработку двух вариантов проекта ЕД, получившего сокращенное обозначение РЕДО (регенеративный единый двигатель особый). В первом варианте предусматривалось использование паросиловой турбинной установки с высоконапорным котлом типа «Велокс», второй вариант предполагал применение в качестве главного двигателя (ГД) дизеля любого типа, пригодного к установке на подводной лодке. Вместе с С.А.Базилевским в проектировании активно участвовали инженеры Н.В.Анучин, Я.Ф'.Мансуров, В.В.Пересыпкин, Н.Ф.Полотнов и другие.

В окончательном варианте принципиальная схема работы установки РЕДО выглядела следующим образом. В надводном положении выхлопные газы направлялись в холодильник предварительного охлаждения и через клапан отводились за борт; при работе двигателя по замкнутому циклу этот клапан перекрывался, и газы направлялись в сепара.тор, где отделялась сконденсированная в холодильнике вода, а осушенные газы через распределительный клапан вновь поступали во всасывающий коллектор дизеля. Избыток продуктов сгорания отбирался в точке «А» (см. принципиальную схему) и, через холодильник, отправлялся в сепаратор для удаления водного конденсата. Остаток газообразных продуктов сжимался компрессором высокого давления до 70 – 100 кгс/см: и подавался, через вымораживающий холодильник в оконечный сепаратор, откуда сжиженная углекислота отводилась в емкости для хранения, а очищенная и осушенная газовая смесь направлялась в главный газопровод для дальнейшего использования. Кислород из специальной емкости поступал в газообразном виде к диффузору, где засасывался и смешивался с очищенными газами. В целом, проект предусматривал регенерирование выхлопных газов механическим путем, с использованием холодильников и сепараторов.

С.А.Базилевский настаивал на немедленной установке РЕДО на одной из лодок XII серии, но, после обсуждения этого вопроса в самых различных инстанциях, включая Наркомат обороны, учитывая мнение многих специалистов, в том числе начальника НИВК военинженера 1 ранга К.Л.Григайтиса, в марте 1936 г. на заводе № 196 смонтировали специальный стенд для испытаний ЕД различных конструкций. Вначале опробовали систему РЕДО с дизелем MAN-16/22 (80л.с., 800 об/мин), с подачей газообразного кислорода. Результат оказался положительным, и на совещании в У ВМС в августе 1937 г. было принято решение включить в план судостроения на 1938 г. строительство четырех малых подводных лодок с ЕД различных конструкций, в том числе и с РЕДО.

Принципиальная схема РЕДО; I – главный двигатель; 2,7 – холодильники предварительного охлаждения; 3 – клапан переключения выхлопа на замкнутый цикл; 4, 8 – сепараторы; 5 -диффузор; б – клапан подачи воздуха; 9 – компрессор высокого давления; 10 – вымораживающий холодильник; 11 – оконечный сепаратор; 12 – углекислотные емкости; 13 – кислородная цистерна; 14 – невозвратные клапаны; 15 – главный газопровод; 16,17,18 – конденсационный, углекислотный и кислородный трубопроводы; 19 – место отбора части выхлопных газов (точка «А»)

1 декабря 1937 г. начались стендовые испытания с реверсивным дизелем 38-КРНС-8 – модификацией серийного двигателя 38-К-8. До 24 января 1938 г. установка проработала в общей сложности 34 ч 47 мин, из них 22 ч 17 мин – по замкнутому циклу. Удалось устранить ряд конструктивных недостатков, таких, например, как наличие в выхлопных газах водяных паров, создающих в надводном режиме демаскирующее облако; потребовалось заменить поверхностный холодильник на вымораживающий, в котором охлаждение газов и конденсация воды происходили при температуре – 30 °С благодаря подаче жидкого кислорода. Для устранения влияния продуктов распада и окисления топлива, вызывавшего коррозию клапанов компрессора высокого давления, установили два газовых фильтра. Наиболее сложной задачей оказалась регулировка дозирующего кислородного клапана - при увеличении подачи кислорода свыше 22% от газового объема наблюдались взрывы топливной смеси в цилиндрах двигателя.

Для дальнейших опытов выделили подводную лодку со строительным номером С.92. Каких-либо дополнительных работ по корпусу не потребовалось, только объем дизельного отсека увеличили, передвинув на 0,5 м в нос носовую водонепроницаемую переборку.

4 августа 1938 г. лодку спустили на воду и уже на следующий день под руководством С.А.Базилевского начались монтажные работы; 5 октября экипаж под командованием военинженера 3 ранга Р.Ю.Гинтовта приступил к швартовным испытаниям. Лодка продолжала числиться под своим строительным номером, иногда в служебной документации она именовалась подводной лодкой «РЕДО», и только 25 сентября 1940 г. приказом наркома ВМФ №00241 ей присвоили литерно-цифровое обозначение Р-1.

Установленная на С.92 система РЕДО (производительность 5200 кг газа в час) состояла из главного двигателя, конденсационного, кислородного и углекислотного трубопроводов, последний предназначался для отбора части выхлопных газов, сжижения водяных паров и углекислоты. В состав комплекса углекислотного трубопровода входили: вымораживающий холодильник предварительного охлаждения (в надстройке, рядом с глушителем), два газовых фильтра, промежуточный сепаратор, отделявший воду из холодильника, сдвоенный вымораживающий холодильник, серийный компрессор высокого давления ЛК2-150 (16 л/мин, 225 кгс/см² ), сжимавший отобранный и осушенный газ, два трубчатых конденсатора, сжижавших углекислый газ, охлаждаемые газообразным кислородом, и оконечный сепаратор, отделявший жидкую углекислоту от газов, возвращаемых для работы двигателя.

Отобранная углекислота при нахождении лодки в подводном положении направлялась по углекислотному трубопроводу в баллоны, большинство из которых (40 шт.) находились в коробчатом киле, а остальные 12- в прочном корпусе. При всплытии лодки на перископную глубину углекислота отводилась за борт, растворяясь в морской воде. Вместо аккумуляторных батарей установили две цистерны для хранения жидкого кислорода емкостью по 4 т, снабженные автономными трубопроводами с испарителем, подогревателем, использовавшим тепло выхлопных газов, вспомогательными газификатором и радиатором охлаждения воздуха в дизельном отсеке; такое разделение трубопровода позволяло подавать кислород из каждой цистерны в отдельности или из двух цистерн вместе, что повышало живучесть установки.

Изготовление емкостей для хранения окислителя при сверхнизкой температуре вылилось в отдельную инженерно – технологическую проблему. Опыты с дюралюминием оказались неудачными и инженер лаборатории завода И.Н.Никитин разработал специальную технологию с использованием 10-мм мунцевой латуни ЛС-59. Старший мастер лаборатории И.П.Трофимов изготовил цистерны, испытанные гидравлическим давлением 12 кгс/см² ; емкости установили на дубовые подушки и фарфоровые опоры, все свободное пространство трюмов заполнили шлаковатой. Такой способ хранения себя оправдал, хотя при первом заполнении цистерн на лодке, 5 октября 1938 г., струя жидкого кислорода массой около 400 кг ударила из цистерны № 1 через клапан вентиляции во внутреннюю сторону обшивки надстройки и стекла в прочный корпус; из- за резкого перепада температур обшивка и прочный корпус дали трещину длиной 1 м. Через два дня произошел выброс кислорода из цистерны № 2, вызвавший появление термических трещин в районе клапана вентиляции. После улучшения теплоизоляции клапанов в дальнейшем подобных ситуаций не возникало.

В кормовом отсеке установили кислородную станцию Московского автогенного завода № 1 (производительность – 40 кг/час), сжатый воздух для которой подавался компрессором высокого давления. Вспомогательные электромеханизмы питались от генератора (40 кВт), который при 140 – 200 об/мин использовался для зарядки резервной аккумуляторной батареи.

Отсутствие гребного электродвигателя, используемого на серийных лодках при швартовке, потребовало установки винта регулируемого шага (ВРШ) диаметром 1,2 м с шагом 0,6 – 1,5 м, конструкции Н.В.Анучина. Для уменьшения шумности (особенно в подводном положении) практически все механизмы, в том числе и дизель, установили на амортизаторы. Замена тяжелой дизель- электрической установки на ЕД дала экономию в весе и позволила установить на лодку второе 45-мм орудие, одновременно увеличив боезапас.

25 октября 1938 г. на мелководье вблизи Петергофа начались ходовые испытания С.92. До конца навигации экипаж занимался опробованием дизеля на разных режимах, перекачиванием жидкого кислорода из цистерны в цистерну, аварийным стравливанием его за борт. При увеличении подачи кислорода до 40% (11 ноября) в дизельном отсеке произошел взрыв и возник пожар, тут же потушенный и не причинивший серьезных повреждений. В одном из выходов заклинило муфту ВРШ, что потребовало заводского ремонта, выполненного на плаву.

В следующем году, во время ходовых испытаний, проходивших, главным образом, в надводном положении (провели только одно погружение в районе Толбухина маяка), выявился ряд недостатков, в частности: утечка газа через сальники рабочих клапанов и просачивание топлива через неплотности трубопровода охлаждения форсунок; испарение его с нагретых поверхностей и грелки пускового подогревателя давали настолько большое количество дыма, что не спасала даже вентиляция. Для устранения дефекта требовалось реконструировать дизель, обеспечив его полную герметизацию или, загерметизировав отсек, установить дистанционное управление.

Проявился и основной недостаток системы РЕДО – чрезвычайная чувствительность к нарушению теплового баланса. Пока из цистерн поступал газообразный кислород, скопившийся в их верхних частях, дизель работал нормально, но стоило только перейти к подаче жидкого кислорода, в углекислотном трубопроводе, несмотря на подачу горячих выхлопных газов на испарители, образовывались ледяные углекислотные пробки. Срабатывали предохранительные клапаны компрессора высокого давления, резко повышалось давление в выхлопном коллекторе дизеля, в итоге разрывалась предохранительная мембрана и из образовавшегося отверстия вырывался длинный язык пламени. В результате максимальное время непрерывной работы дизеля по замкнутому циклу составило 5 ч 30 мин при 185 л.с. и 320 об/мин, максимальная достигнутая мощность – 420 л.с. при 480 об/мин.

Для устранения недостатков требовалось выполнить значительный объем работ, но летом 1939 г. на заводе № 196 началась постройка малой подводной лодки М-401 (проект 95) с ЕД конструкции В.С.Дмитриевского (ЕД-ХПИ), который считался более перспективным. Работы по доводке РЕДО пошли по «остаточному» принципу, а с началом Великой Отечественной войны вообще прекратились. Летом 1942 г. Р-1 установили на стенке завода № 196 и законсервировали.

Работы на Р-1 возобновились только в 1947 г., одновременно с зачислением ее в состав КБФ под литерно-цифровым обозначением М-92. УК ВМФ приняло решение установить на лодке ЕД по проекту инженера СКБ-143 (ныне – СПМБМ «Малахит») И.П. Янкевича. В отличие от РЕДО новый проект, получивший обозначение ЕД-ВВД, предусматривал отвод выхлопных газов через ступицу гребного винта в специальную насадку, где они и растворялись в турбулентной струе винта. Подобные разработки велись еще до войны, но в то время существовало мнение о плохой растворимости выхлопных газов в морской воде. В ходе демонтажа РЕДО оставили на месте только компрессор высокого давления JIK 2-150, а в трюме второго отсека вместо кислородной цистерны установили аккумуляторную батарею из 56 элементов МС. ВРШ заменили на стандартный гребной винт подводной лодки VI-бис серии. Такое решение практически лишало лодку заднего хода в подводном положении, так как реверс дизеля становился невозможным из-за соединения компрессора ВД с носовым торцом коленчатого вала. Работами руководил инженер завода Г.И.Мусорин. Наблюдение от УК ВМФ осуществлял капитан 1 ранга А.Г.Ульянов.

С началом навигации 1950 г. лодка вышла на ходовые испытания под командованием капитана 1 ранга В.К.Афа- . насьева. Испытания, подтвердив, в целом, жизнеспособность ЕД-ВВД, позволили выявить ряд серьезных недостатков. В частности, с увеличением глубины погружения возрастало противодействие при отводе выхлопных газов за борт, прямо пропорционально уменьшая скорость хода и дальность плавания в подводном положении. В связи с демонтажом кислородной станции дальность плавания ограничивалась запасом жидкого кислорода в цистерне. С другой стороны, постоянная работа компрессора ВД позволяла поддерживать в дизельном отсеке режим разряжения, устранявший загазованность и повышавший безопасность энергетической установки в целом. В следующем году лодка вышла в море с членами Государственной приемной комиссии на борту. Председатель, капитан 1 ранга С.С.Могилевский, командир дивизиона опытных подводных лодок, довольно- таки скептически отнесся к результатам испытаний. В 1952 г. М-92 подняли на стенку завода N 196 и все работы по ней прекратили. Так закончила свою службу первая советская подводная лодка с единым двигателем.

Подводный минный заградитель пр. 604. Вид сбоку