تم تصميم السفينة للقيام بعمليات قتالية في البحر وهي عبارة عن هيكل هندسي معقد يحمل سلاح وجميع الأحمال اللازمة لإكمال المهام الموكلة إليها ، اعتمادًا على المهام الموكلة إليها ، فهي قادرة على الطفو فوق الماء ، على الماء وتحت الماء. السفينة هي وحدة قتالية تابعة للبحرية سريع. يجب أن تعمل الأسلحة والوسائل التقنية الخاصة بالسفينة بشكل موثوق في البيئة البحرية. السفينة عبارة عن هيكل هندسي من نوع خاص ، حيث يجب أن يكون لديها القدرة على الحركة ، والتي يتم توفيرها من خلال استخدام محطة الطاقة الرئيسية (MPP).
اليوم ، تم تجهيز السفن السطحية التابعة للبحرية في مختلف البلدان بتوربينات الغلايات والديزل والتوربينات الغازية وتوربينات غاز الديزل والديزل والكهرباء ومحطات الطاقة النووية. كل محطة طاقة لها خصائصها التشغيلية والمزايا والعيوب. بعضها أبسط في التصميم والتشغيل ، وله وزن وأبعاد أصغر ، ويتم إعداده سريعًا للعمل وتشغيله ، ولكنه يستخدم وقودًا باهظ الثمن. البعض الآخر أكثر تعقيدًا ، وله خصائص كبيرة في الوزن والحجم ، ويستغرق وقتًا أطول للتحضير للعمل والتشغيل ، ولكنه سهل التشغيل والتشغيل باستخدام وقود أرخص.
تعتبر روسيا قوة بحرية كبيرة ولديها مدارسها الخاصة المعترف بها دوليًا لبناء السفن والمحركات البحرية والغلايات والتوربينات. في مفهوم الإصلاح النوعي والكمي للبحرية الروسية (البحرية الروسية) ، تعطى الأولوية لبناء السفن المجهزة بالديزل والتوربينات الغازية وتوربينات غاز الديزل ومحطات الطاقة النووية ، في حين يتم بناء السفن مع CHPPP تم التخلي عنه عمليا. تم سحب معظم سفن توربينات الغلايات من الأسطول وتم إيقاف تشغيلها لاحقًا ، مما أدى إلى تقليل تخصص المهندسين الميكانيكيين العسكريين في KTEU في جامعة الهندسة البحرية.
اليوم ، يمكن الاعتماد على السفن مع KTEU كجزء من البحرية الروسية على الأصابع. سيحدد الوقت ما إذا كان قرار التخلي عن CTEU قد اتخذ بشكل صحيح أم لا.
في نهاية القرن الثامن عشر ، لضمان حركة السفن ، بدأوا في تزويدهم بالغلايات البخارية والمحركات البخارية التي تشكل محطة طاقة بخارية (SPU). كان وقود الغلايات هو الحطب أولاً ثم الفحم. منذ عام 1788 ، بدأت أول سفينة في العالم مع PSU في العمل في الولايات المتحدة ، وبعد ذلك بدأ يطلق على جميع السفن التي تستخدم البخار اسم الزوارق البخارية. في ذلك الوقت ، كانت جميع المراكب المائية تقريبًا مزودة بمحطات طاقة بخارية ، من القوارب الصغيرة إلى البوارج. بعد اختراع خزانات الوقود البحرية (ما يسمى بخزانات Fram) ومعدات الوقود ، بدأ استخدام زيت الوقود البحري كوقود بحري لـ PSU في بداية القرن العشرين ، وفي نفس الوقت بدأ استبدال المحركات البخارية بواسطة التوربينات البخارية ، وكانت محطة الطاقة الرئيسية للسفن تسمى التوربينات البخارية (PTEU). تطلب ظهور محطة طاقة جديدة تدريب متخصصين تقنيين جدد ، أطلق عليهم فيما بعد المهندسين الميكانيكيين لمحطات الطاقة البخارية (SPU).
تم استخدام محطة الطاقة البخارية على السفن والسفن حتى نهاية سبعينيات القرن الماضي ، ولا تزال التوربينات البخارية ، التي سميت فيما بعد باسم توربين الغلاية ، قيد الاستخدام حتى اليوم ؛ وكقاعدة عامة ، تم تجهيز سفن الإزاحة الكبيرة بها: حاملات الطائرات والطرادات والمدمرات.
منذ عام 1893 ، أصبح المحرك البخاري لمحطة الطاقة التي تعمل بالبخار هو النموذج الأولي لجميع محركات الاحتراق الداخلي التي تم تجهيز السفن بها منذ بداية القرن العشرين.
أظهرت التجربة التشغيلية لمحطات توليد الطاقة من الغلايات والديزل أن الأولى لها كفاءة منخفضة ، وتشمل عددًا كبيرًا من الآليات المعقدة التي تشغل مساحات وأحجام كبيرة من السفن ، والأخيرة محدودة في الطاقة ، ومعقدة في التصميم ، وثقيلة و تتطلب وقودًا عالي الجودة للتشغيل.
في الربع الأخير من القرن التاسع عشر ، في وقت واحد تقريبًا مع محركات الديزل ، تم اختراع توربينات الغاز ، وكان نموذجها الأولي عبارة عن توربينات بخارية ، لكن محطات التوربينات الغازية أصبحت منتشرة على السفن والسفن فقط منذ النصف الثاني من القرن العشرين بعد التطور. من مواد هيكلية موثوقة مقاومة للحرارة.
في منتصف السبعينيات ، بدأ تجهيز السفن السطحية بمحطات الطاقة النووية (NPPs) بعد أن تم اختبارها على الغواصات. محطة الطاقة النووية هي أيضًا محطة توربينات بخارية ، حيث يتم استخدام مفاعل نووي مع مولد بخار لتوليد البخار بدلاً من المرجل.
بالإضافة إلى محطات الطاقة هذه ، تم تجهيز السفن بمحطات طاقة مشتركة ، على سبيل المثال ، توربينات بخارية تعمل بالديزل (في Kriegsmarine ، البحرية الألمانية النازية. - Ed.) ، وما زالت مجهزة بتوربينات تعمل بغاز الديزل والديزل- محطات توليد الطاقة الكهربائية.
يتم اختبار جودة وكمال أي نوع من الأسلحة والمعدات العسكرية ، كما تعلم ، من خلال الحرب. هذه البديهية قابلة للتطبيق بالكامل على محطات توليد الطاقة.
نظرًا لأن محطة التوربينات الغلاية كانت أول محطة طاقة تم تجهيز السفن بها ، فقد اجتازت اختبار عالمين والعديد من الحروب المحلية وأظهرت جودتها العالية وموثوقيتها. في الوقت نفسه ، تم اختبار محطة لتوليد الطاقة بالديزل (DEU) من خلال حرب عالمية واحدة وصراعات بحرية محلية ، وتم اختبار توربينات الغاز (GTEP) فقط من خلال الحروب المحلية ، على سبيل المثال ، الحرب بين الأرجنتين وبريطانيا العظمى في فوكلاند (الإنجليزية) أو جزر مالفيناس (الإسبانية) عام 1982.
أظهرت تجربة تشغيل أنواع مختلفة من محطات الطاقة في ظروف حقيقية في مناطق مناخية مختلفة أن الاستخدام الأكثر كفاءة لـ CTPP يكون على السفن ذات الإزاحة الكبيرة التي لا تقل عن المدمرة وتستهلك وقودًا بتروليًا غير مكلف نسبيًا. في الوقت نفسه ، يتطلب تشغيل السفن بمحركات الديزل والتوربينات الغازية كمية كبيرة من وقود الزيت الخفيف عالي الجودة. بالإضافة إلى ذلك ، أظهرت تجربة الحرب والصراعات العسكرية أن استخدام سفن توربينات الغاز والديزل في مسرح العمليات في القطب الشمالي في الشتاء ممكن فقط عندما يتم تزويدها بالوقود بنوع أكثر تكلفة من وقود الديزل - القطب الشمالي (DT A ). تدهور خصائص جودة الوقود الخفيف (على سبيل المثال ، القطران ، الري ، إلخ) في ظروف السفينة ، كما هو معروف ، يؤدي في جميع الحالات إلى تعطل المعدات ، وإلغاء تنشيط السفينة وفقدان السرعة. السفن التي تستهلك منشآتها أنواعًا خفيفة من الوقود لديها احتمالية أكبر للانفجارات والحرائق أثناء القتال والأضرار الطارئة. يعد إصلاح سفن توربينات الديزل والغاز في ظروف الحرب أطول ، بما في ذلك بسبب الانفجار الشديد وخطر الحريق للوقود والحاجة إلى تصريفه بالكامل ، ثم نقل الإمداد الكامل إلى الخزانات. بالإضافة إلى ذلك ، يجب إجراء العديد من أنواع الإصلاحات على سفن التوربينات التي تعمل بالديزل والغاز بشكل حصري بواسطة متخصصين مؤهلين تأهيلاً عالياً من مصانع تصنيع المعدات التقنية.
يزيل تركيب توربينات الغلاية العديد من العيوب الكامنة في DEU و GTEU. لذلك ، تستخدم KTEU أنواعًا داكنة من المنتجات النفطية - زيت الوقود البحري وتدهور جودته ليس له تأثير كبير على تشغيل التركيب ، على وجه الخصوص ، على تشغيل الغلايات البخارية. تعتبر محطات توليد الطاقة في سفن التوربينات ذات الغلايات أكثر قابلية للصيانة ، وهو أمر مهم في الظروف القاسية وفصل طويل عن القواعد.
بالإضافة إلى ذلك ، أظهرت تجربة العديد من الحروب أنه في حالة عدم وجود وقود زيت على سفينة توربينية ، يمكن ضمان الحد الأدنى للسرعة عن طريق حرق خشب الطوارئ والأشياء الخشبية وغيرها من المنتجات القابلة للاحتراق التي يتم جمعها على متن السفينة وفي البحر في غلايات.
إلى جانب الخبرة القتالية في استخدام محطات توليد الطاقة المختلفة (PP) ، تراكمت خبرة كافية في تشغيلها في حملات المسافات الطويلة في وقت السلم ، مما أظهر القدرة العالية على البقاء لمحطة التوربينات الغلاية في حالة الفشل الطارئ لها. العناصر الفردية. وبالتالي ، فإن محطة توربينات الغلاية قادرة على ضمان تقدم السفينة دون الإخلال بوظيفة مجمع الدفع بالسفينة ، حتى عند تشغيل غلاية واحدة فقط. في الوقت نفسه ، يمكن أن يؤدي تشغيل محرك واحد على السفن المزودة بتوربينات تعمل بالديزل والغاز إلى تعطيل مجمع الدفع والعمل الشاق لمحمل الدفع الرئيسي. بالإضافة إلى ذلك ، فإن التشغيل الموثوق لمنشآت توربينات الديزل والغاز يعتمد إلى حد كبير على معايير إمداد السفينة بالطاقة من تشغيل غلاية وتركيب التوربينات.
تعد القدرة على البقاء العالية ، والقدرة على التحرك مع الحد الأدنى من آليات التشغيل ، وقابلية الصيانة الجيدة والاعتماد المنخفض على معلمات إمداد طاقة السفينة من العوامل المهمة في تشغيل محطة توربينات الغلايات أثناء الملاحة المستقلة طويلة الأجل للسفينة في المناطق النائية المحيطات في غياب القواعد البحرية.
يعتبر تقييم الكفاءة العسكرية والاقتصادية لاستخدام السفن أكثر صلة بوقت السلم ، عندما لا يتم استخدام السفن للغرض المقصود منها ، وفي نفس الوقت تتطلب تكاليف كبيرة لصيانتها وتدريب الأطقم وتعليمهم ، وممارسة إطلاق النار والرحلات البحرية لمسافات طويلة.
من المعروف أن ما يصل إلى 70 ٪ من تكاليف تشغيل أي سفينة تقع على الوقود.
على سبيل المثال ، دعنا نقارن التكاليف الاقتصادية للوقود البحري لضمان السرعة الكاملة لسفن توربينات الغلايات من نوع كرونشتاد وسفن التوربينات الغازية من نوع نيكولاييف لمدة ساعة. من المعروف أن سفينة التوربينات ذات الغلاية تستخدم زيت الوقود البحري F-5 ، وأن سفينة التوربينات الغازية تستخدم وقود الديزل ، على التوالي. إن اختيار هذه السفن ليس عرضيًا ، لأن التقييم يمكن أن يكون صحيحًا وموضوعيًا فقط إذا كان للسفن نفس الغرض ونفس خصائص الأداء تقريبًا. وتجدر الإشارة إلى أن جميع سفن نوعي كرونشتاد ونيكولاييف قد خرجت من الخدمة بالفعل من البحرية الروسية بسبب الخردة.
خصائص الأداء (TTX) للسفن الكبيرة المضادة للغواصات (BPK) "Kronstadt" و "Nikolaev" ومحطات توليد الطاقة الخاصة بهم
TTX BOD "Kronstadt" / BOD "Nikolaev":
- نوع محطة الطاقة: KTEU GTEU ؛
- الإزاحة الكلية: ~ 7.600 طن / ~ 7.000 طن ؛
- القدرة المقدرة لمحطة توليد الكهرباء: 90.000 حصان / 84.000 حصان
- الإمداد الكامل بالوقود على السفينة (نوع الوقود): 1.950 طن (زيت الوقود F-5) / 1.800 (DT) ؛
- بأقصى سرعة: 33 عقدة / 32 عقدة ؛
- استهلاك الوقود المحدد: 0,36 كجم / حصان ساعة / 0,25 كجم / حصان ساعة؛
- مدى الانطلاق (عند 18 عقدة): 5.200 ميل / 6.500 ميل ؛
- متوسط تكلفة الوقود بأسعار يوليو 2019: 24.000 ألف روبل / طن / 42.000 ألف روبل.
بضرب الطاقة الاسمية لمحطة الطاقة في استهلاك الوقود المحدد وبتكلفة طن واحد من الوقود ، نحصل على التكاليف المالية للوقود لضمان السرعة الكاملة للسفن من نوع كرونشتاد والسفن من نوع نيكولاييف لمدة ساعة واحدة ، والتي تبلغ ، على التوالي ، 777.600 روبل في الساعة و 882.000 روبل في الساعة. هذا يعني أن تكلفة الوقود (زيت الوقود البحري) لضمان المدى الطويل (الطفو) لـ BOD "Kronstadt" ستكون أقل بكثير من التكاليف المماثلة (لوقود الديزل) لـ BOD "Nikolaev".
يمكن إجراء نفس الحسابات الاقتصادية لسفينة بمحرك ديزل ، لكن من الواضح أنها ستتجاوز أيضًا تكاليف الوقود لتشغيل غلاية ومحطة توربينية.
في الواقع ، فإن تشغيل سفن التوربينات الغلاية أرخص ، كما يتضح من استخدامها (الملاحة) خلال فترة الإقامة الطويلة لسفن التوربينات التي تعمل بالديزل والغاز في قواعدها طوال فترة التسعينيات تقريبًا بسبب التكلفة العالية أو نقص الديزل الوقود.
من العوامل المهمة التي تحدد وقت دورة حياة أي سفينة جودة وتوقيت عملية استعادة خصائصها القتالية والتشغيلية ، والتي تسمى الإصلاح. لسوء الحظ ، كان لانهيار الاتحاد السوفيتي وتعطل العلاقات الاقتصادية بين جمهوريات الدولة الموحدة ذات يوم تأثير سلبي ليس فقط على عملية البناء ، ولكن أيضًا على عملية إصلاح محطات توليد الطاقة للسفن. وبالتالي ، فإن محطة التوربينات الجنوبية (YUTZ) في نيكولاييف ، والتي كانت المؤسسة الرائدة في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية لإنتاج وإصلاح محركات التوربينات الغازية للسفن ، تقع اليوم خارج روسيا ، ولهذا السبب يتم إصلاح التوربينات الغازية للسفن. تتطلب المحركات تكاليف مالية كبيرة ، بما في ذلك العملة. هذا يعني أن إصلاح السفن المزودة بتوربينات غازية اليوم أغلى بكثير من إصلاح توربينات الغلايات وسفن الديزل. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تحديد فترة الاستخدام المباشر لسفن التوربينات التي تعمل بالديزل والغاز حسب عمر محركاتها الرئيسية. وفقًا للإجراء المتبع ، يتم تمديد العمر التشغيلي لمحركات السفن الرئيسية من خلال أمر الأسطول على أساس استنتاج متخصصي الشركة المصنعة بشأن إمكانية تشغيل المحركات بشكل إضافي. عندما يتم استنفاد الموارد الحركية ، من المعروف أن السفن ممنوعة من الذهاب إلى البحر ، وأنها تقف عاطلة عن العمل في القواعد لفترة أطول ، وهو ما لوحظ مؤخرًا في جميع أساطيل الاتحاد الروسي تقريبًا بسفن سوفيتية الصنع.
كل تاريخي تحدد الفترة مهامها الخاصة للبحرية ، والتي تتطلب تحسينًا إلزاميًا للخصائص القتالية والتشغيلية للسفينة ككل وأنظمتها الفرعية الفردية ، بما في ذلك محطة الطاقة. تفرض البعثات الجديدة أيضًا متطلبات أكثر صرامة على السفن ومحطات الطاقة الخاصة بها. يصبح من الواضح أنه عند اتخاذ قرار بشأن تجهيز سفينة مصممة بنوع أو آخر من محطات الطاقة ، من الضروري أولاً وقبل كل شيء مراعاة الخبرة المكتسبة من قبل محطة الطاقة في العمليات القتالية وقدرة النوع المختار من زيادة تحسين محطة الطاقة من أجل زيادة كفاءة استخدام السفينة.
لزيادة كفاءة استخدام السفن ، من الممكن تحسين كل من عنصر واحد وعدة عناصر لمحطة الطاقة الخاصة بهم. المؤلفون مقتنعون أنه من الممكن اليوم ، على سبيل المثال ، تقليل مكون الوقود في تكلفة صيانة السفن المجهزة بجميع أنواع محطات الطاقة التي تستخدم الوقود البترولي. يمكن تقليل مكون الوقود في المجالات التالية:
- تقليل استهلاك الوقود لكل وحدة وزن لمحطة الطاقة ، على سبيل المثال ، عن طريق إدخال مواد هيكلية جديدة على المحركات والغلايات الرئيسية ؛
- تقليل استهلاك الوقود بسبب تحسين معدات الوقود وتكثيف عملية احتراق الوقود ؛
- القضاء على احتياطي الوقود "الميت" في خزانات الخدمة والاحتياطي "غير القابل للاختزال" في عناصر نظام الوقود للمحركات والغلايات ؛
- توسيع نطاق أنواع وقود الزيت المستخدم في محطة توليد الكهرباء ؛
- تقليل فقد الوقود ، على سبيل المثال ، من التبخر ؛
- الحفاظ على المؤشرات النوعية والكمية للوقود أثناء تخزينه في ظروف السفن ، إلخ.
وتجدر الإشارة إلى أن تقليل مكون الوقود من خلال زيادة كفاءة استخدام الوقود البحري في جميع الحالات يؤدي ، من بين أمور أخرى ، إلى زيادة نظافة البيئة وسرية السفينة ككل.
من الواضح أن محطة توليد الطاقة بالمراجل-التوربينات للسفن ، التي تم اختبارها بالحروب والحملات ، لديها آفاق ، والأهم من ذلك ، احتياطيات لمزيد من التطوير والتحديث والتحسين ، وهذا هو السبب في أنه من السابق لأوانه التخلي عن هذا النوع من محطات الطاقة. في الوقت نفسه ، من الضروري اليوم تحسين جميع أنواع محطات الطاقة الأخرى في اتجاه زيادة كفاءتها التشغيلية ، مع مراعاة الخبرة العالمية.