Ту-95, включая его морскую версию Ту-142 — самый мирный военный самолёт. Созданный в 1952 году для доставки «ядрёной бонбы» за океан, он впервые выстрелил через 63 года — в 2015-м по сирийским повстанцам, и то неядерными ракетами. А в этом году Ту-95, он же по-западному Bear (медведь), отметил 70-летний юбилей.
Оказывается, его двигатели НК-12, устав от полётов «за уголок», могут работать на совсем уж мирной работе — качать метан (природный газ) по магистральным трубопроводам. И НК-12 в этом не одинок — в мире существуют и наземные версии авиационных двигателей, и созданные с нуля специализированные газотурбинные двигатели (ГТД) для компрессорных станций и электростанций.
Но сегодня — прежде всего об НК-12СТ и его крылатом прародителе НК-12. Написать статью меня сподвигли публикации Эмиля Гургеновича Агаджаняна, владельца сети стоматологических клиник и автора канала «записки зубного детектива» — он часто пишет о мировой ситуации с газом и газоперекачкой в частности:
Итак, оригинал — НК-12МП — на крыле, вернее, под крылом. Выглядит не очень внушительно, а ведь это 15 тысяч лошадиных сил на валах!
Именно на валах, потому что сделать один винт на такую мощность было нереально, на двигателе установлены два винта противоположного вращения — соосные. Что они противоположного вращения — видно даже по лопастям, передний винт — правого вращения, задний — левого:
Сколько такой техники было порезано в соседнем государстве и с подачи американцев, и просто потому, что не было возможности в нищете 90-х её забрать — это ужас...
Каждая лопасть сделана из чистого алюминия и весит почти центнер. В движении посмотреть на этот водоворот металла можно на видео про шаг винта:
А вот НК-12 в разрезе:
Это ещё старая модификация, у которой электричество для обогрева лопастей не подаётся с самолёта, а вырабатывается прямо между винтами специальным генератором. Сейчас всё проще — контактные кольца и графитовые щётки.
ТС-12 — турбостартёр, маленький газотурбинный двигатель, сидящий на основном двигателе словно наездник. Его задача — на запуске раскрутить ротор двигателя вместе с редуктором и винтами. Всё как у больших — компрессор, камера сгорания, турбина:
Увы, «зубы» — лопатки — на колёсах турбин выбиты, а вот колесо компрессора — цельнолитое. Работает ТС на том же керосине, что и основной двигатель.
Как видим, ТС летает задом наперёд, но это не страшно — в полёте он не работает, если надо запустить двигатель в полёте — то он раскручивается набегающим потоком. ТС работает лишь при наземном запуске: от электростартёра раскручивается турбокомпрессор (ТК — вал, на котором сидят компрессор и турбина компрессора), компрессор начинает «качать» воздух, камера сгорания разгорается и ТК выходит на рабочие обороты — 27 тысяч в минуту.
После этого потоком газов от ТК начинает раскручиваться свободная турбина, она через планетарный и конические редукторы начинает медленно раскручивать двигатель. Когда наберёт мощь компрессор двигателя — ТС отключается, а двигатель самостоятельно выходит на минимальные обороты — малый газ.
Компрессор посмотрим дальше, на НК-12СТ, а вот задняя половина двигателя — камера сгорания и 5-ступенчатая турбина:
Коэффициент полезного действия турбины, КПД — невообразимые 94 %, немецкие инженеры, работавшие над НК-12 совместно с нашими после войны, не верили, что можно создать подобное. Все пять колёс ротора турбины сидят на одном валу и приводят сразу всё — и компрессор, и винты через редуктор. А вот НК-12СТ отличается как раз «располовиненной» турбиной, поэтому и имеет индекс «СТ» — свободная турбина. Как у турбостартёра.
Редуктор я показывал во второй «силушке богатырской»:
А вот и виновник торжества — НК-12СТ, работающий на метане:
Как видим, картера вала заднего винта тут нет — у наземного двигателя и винтов-то нет, окно в картере редуктора закрыто крышкой. Редуктора, собственно, тоже нет... Части двигателя подсвечены разными цветами: компрессор — синим, камера сгорания — красным, турбина — рыжим.
Более боковой вид:
12СТ запускается турбостартёром, работающим на энергии потока метана — то есть внутри него лишь турбина, раскручиваемая газом из газопровода. На двигателе, как видим, его пока нет (будет, когда сделаю препарат), видно лишь привычное посадочное место на картере редуктора, с конической шестернёй.
Компрессор в неподвижности и во вращении — так ясно, какие лопатки роторные (рабочие), а какие статорные (направляющие):
Само собой, четверть статорных лопаток на четвертном разрезе убрана, роторные же на месте все.
«Топка» — камера сгорания, топливные форсунки сняты:
Справа видны стоящие по кругу сопловые лопатки, направляющие газы на рабочие лопатки 1-й ступени турбины.
Крупный план двигателя сзади:
Как видим, турбина разделена — на основном валу оставлены лишь три ступени, поскольку приводить винты не надо, надо только компрессор (а он потребляет очень много, больше, чем винты). 4-й ступени нет, а 5-я установлена на отдельном валу, который выходит из двигателя сзади — это свободная турбина, СТ.
Именно от СТ и приводится газовый компрессор, продавливающий метан под давлением в несколько мегапаскалей (десятки атмосфер) по магистральному газопроводу. Лопатки 5-й ступени оставлены штатные, а вот диск новый, благодаря чему угол установки лопаток более оптимальный.
НК-12СТ собирается на основе вылетавшего свой ресурс НК-12МП, поэтому свои 11 мегаватт (15 тысяч лошадиных сил) он не выдаёт, но это и не нужно. Выходная мощность НК-12СТ — 6,3 мегаватта, и работать в таком щадящем режиме он может многие десятки тысяч часов. Например, этот экземпляр, что на фото, проработал 96 тысяч часов! Если перевести в человеческий 8-часовой рабочий день с двумя выходными в неделю — то это 46 лет. А непрерывной работы — 11 лет.
Вот «пустота» между турбинами, слева — рабочее колесо 3-й ступени, справа — сопловой аппарат (статор) СТ, а также видно ступицу диска СТ с гайками:
Как видим, рабочее колесо свободной турбины установлено консольно — на переднем свесе приводного вала, так подшипнику работать легче, чем если бы он стоял в более горячей зоне перед турбиной.
Почему же этот красивый и надёжный двигатель не годится для «Северного потока»? Ему не хватает мощности, он создан для сухопутных газопроводов, где компрессорные станции ставь — не хочу, места много. Агрегат ГПА-6,3Ц, построенный на двигателе НК-12СТ, может создавать давление до 7,5 МПа (76 атмосфер).
А на морских газопроводах перегоны между компрессорными станциями тянутся на сотни километров, чтобы «продавить» такие бескрайние трубы — нужны очень мощные двигатели, агрегаты создают давление уже не в единицы, а в десятки МПа.
Например, на «Северном потоке» стоят ГТД Rolls-Royce мощностью около 60 МВт — чтобы заменить один такой, нужен десяток НК-12СТ, поэтому было решено закупать двигатели за рубежом. Авиационных двигателей таких мощностей СССР просто не создал и Россия пока тоже не успела. СССР был впереди планеты всей в области аэродинамики, благодаря чему создан, в частности, уникальный Ту-160, к характеристикам которого его кажущийся «близнец» B-1B не подошёл и близко.
Но вот в области создания двигателей сверхбольших тяг отставание очевидно. Самый мощный советский ГТД — Д-18Т для «Руслана» и «Мрии» с тягой около 24 тонно-сил, а за рубежом есть, например, General Electric GE90 тягой 40 тонно-сил, он стоит на полетевшем в 1994 году Боинге 777. У нас двигатель подобной мощности — ПД-35 — лишь начинают проектировать. А нет авиадвигателя — нет и наземной версии.
Так что у вас есть шанс помочь стране укрепить самостоятельность, если вы выберете специальность моторостроителя!
А художественно описать Ту-95 я попробовал в «Мясорубке»: