Секция 2 Текст доклада Абрамов И.В.

Абрамов И.В., генеральный директор акционерного общества «Машиностроительная корпорация «Дизель-Энерго», кандидат военных наук

Создание отечественного судового двухтопливного двигателя на базе дизеля ДПН 23/2х30

Последнее десятилетие характеризовалось повышением внимания судостроителей к вопросам охраны окружающей среды. Одним из путей решения этой задачи является использование на судах в качестве топлива для двигателей сжиженного природного газа (СПГ). Работа судового двигателя на СПГ приводит к значительному сокращению вредных выбросов в атмосферу. Особенно актуально использование таких двигателей в полярных водах, где ввиду малого количества микроорганизмов в воде и в воздухе замедлена природная самоочистка окружающей среды.

Однако даже на судах-газовозах, где нет необходимости иметь специальные емкости для хранения СПГ в качестве топлива, невозможно использовать только сжиженный газ. В экстренных случаях (маневрирование в порту, швартовка и другие подобные операции) необходимо иметь двигатель,  работающий на традиционном дизельном топливе. Эта проблема решается использованием так называемых двухтопливных двигателей.

Крупнейшие производители судовых дизельных двигателей разработали на базе своей традиционной продукции моторы, которые могут работать при использовании всего 2-5 % дизельного топлива и 95-98 % сжиженного газа, а также только на жидком топливе (Duel Fuel или DF engines):

- MAK-Caterpillar M46DF – четырехтактный дизельный двигатель мощностью 15 МВт, нереверсивный, с турбонаддувом, промежуточным охлаждением;

- Winterthur Gas & Diesel 7x62DF, 5x72DF, 12x92DF  -  линейка двухтактных низкооборотных двигателей (80 об/мин) мощность до 63,8 МВт;

- Wartsila 8L20DF, 9L34DF, 12L34DF – линейка четырехтактных дизельных двигателей мощностью до 4-6 МВт, с турбонаддувом, промежуточным охлаждением, с прямым впрыском жидкого топлива и непрямым впрыском СПГ.

Первым двухтопливным судном в мире стал финский ледокол Polaris, построенный в 2016 году по заказу финского правительства на верфи Arctech Helsinki Shipyard, в то время принадлежащей российской Объединённой судостроительной корпорации. Энергоустановка судна состоит из одного 8-цилиндрового Wartsila 20DF, двух 9-цилиндровых Wartsila 34DF и двух 12-цилиндровых  Wartsila 34DF. Цистерны для СПГ имеют объем 800 куб. метров и обеспечивают движение ледокола на газе в течение 10 суток.

При движении на СПГ выбросы окиси азота на 80%, а углекислого газа – на 25% меньше, чем у традиционных дизельных двигателей. Выбросы серы при этом ничтожно малы.

Первым дизель-электроходом с такой установкой стал танкер-газовоз "Gaz de France", предназначенный для перевозки 74 000 м³ сжиженного газа.

Построен был во Франции. На танкере были установлены 4 двигателя Wartsila 6L50DF. При нормальных условиях эксплуатации, при работе 3 двигателей из 4, танкер выдаёт скорость в 16 узлов, при работе же всех 4 двигателей танкер может выдать и 28,5 узла.

Каждый двигатель потребляет 1 013 688 MДж в сутки. Это чуть меньше суточного N-BOG из всех грузовых танков, и это же и означает то, что этого N-BOG хватает только для работы только одного двигателя.

И для того, чтобы газа хватало на все двигатели, применяют технологию принудительного вскипания газа или forced to boil off (F-BOG).

И даже при такой процедуре, эксплуатация судна приносит экономию на топливе, нежели при использовании только дизтоплива.

При пробеге в балласте судно может использовать одно дизтопливо, или также использовать газ, который специально оставляют в танках для работы двигателей.

Также возможна и работа на тяжёлом топливе, но использование такого топлива влечёт за собой расходы на другие смазочные масла.

В августе 2018 года на верфи Meyer Welft (Германия) было спущено на воду первое в мире круизное судно на СПГ – AIDAnova проекта Helios с четырьмя двигателями MAK-Caterpillar M46DF общей мощностью 62 МВт.

Российский судостроительный комплекс «Звезда» в целях дальнейшего освоения северного морского пути строит серию танкеров AFRAMAKS . Первый танкер серии «Владимир Мономах» спущен на воду в мае 2020 года. Двигателем ему стала двухтопливная установка Winterthur Gas & Diesel 7x62DF мощностью 13,8 МВт.

Федеральным государственным унитарным предприятием «Крыловский государственный научный центр» разработан технический проект двухтопливного ледокола 23620 с энергоустановкой общей мощностью 12 - 14 МВт, состоящей из четырех главных дизель-генераторов, одного вспомогательного и одного аварийного ДГ. 

Несомненно, что для того, чтобы не отстать в развитии этого направления судостроения, особенно учитывая интересы нашей страны в Арктике, необходимо иметь отечественный судовой двигатель, работающий на сжиженном газе.

Для сокращения времени разработки такого двигатели целесообразно использовать ранее сделанные наработки.

На несуществующем сегодня предприятии «Русский дизель» в 1990-х годах велось проектирование двух стационарных дизель-генераторных установок: АГЭА-3500 на базе двигателя 64ГА и АГЭА-4000 на базе двигателя 93ГА. Технические характеристики данных установок представлены в таблице 1.

Таблица 1

Технические характеристики стационарных газовых дизель-генераторных установок на базе двигателей типа 23/2х30

Эти дизель-генераторные установки использовали в качестве топлива газ из магистральных газопроводов.

Предлагается произвести доработку топливоподающей аппаратуры и создать отечественный судовой двухтопливный двигатель мощностью 3,0 - 3,5 МВт. Такие двигатели могут обеспечить экологически чистое судоходство на северном морском пути.   

В настоящее время коллектив нашего предприятия готов к конструированию опытного образца такого двигателя. Для реализации проекта необходимо государственное финансирование соответствующей научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы, а также создание государственного испытательного стенда для отработки конструкции. 

Презентация_Создание двухтопливной дизельной установки1.pptx (66697581)