К перехвату управления движением готовы!
Российские производители активно локализуют выпуск движительно-рулевых колонок разных типов и мощности. Но отечественные суда по-прежнему оснащаются в основном изделиями иностранных компаний
Электротехнический концерн «Русэлпром» готов в любой момент приступить к производству импортозамещающих электрических движительно-рулевых колонок (ЭДРК) для судостроения. По словам генерального директора «Русэлпром — Морские системы» Максима Свиридова, срок изготовления одного комплекта, состоящего из двух таких изделий, составит полтора-два года. Возможность производить такого рода продукцию компания получила после того, как поучаствовала в проекте создания по заказу Минпромторга электрической ДРК мощностью 6,5 МВт. Благодаря полученным компетенциям, сформированному в процессе пулу поставщиков оборудования и комплектующих есть возможность создавать ЭДРК различных типоразмеров и мощности, под потребности заказчика. Осталось сложное: реализовать эту возможность.
Отцы победы
Движительно-рулевая колонка (используется также название «винторулевая колонка», ВРК) — альтернатива традиционной схеме устройства гребной установки судна, где вращение от двигателя передается на винт через валопровод, а само судно управляется с помощью руля, который, в свою очередь, приводится в действие рулевой машиной. Движительно-рулевая колонка (ДРК) — это движитель судна, где винт установлен на колонке, расположенной под его днищем и поворачивающейся вокруг своей вертикальной оси на 360 градусов, тем самым заменяя собой руль и рулевую машину. ДРК позволяет существенно улучшить маневренность судна: оно может развернуться на месте, использовать динамическое позиционирование, когда судно остается в одной точке, несмотря на воздействие ветра, течения и волн. Последнее особенно важно для ледоколов, газовозов и танкеров, буровых платформ, трубоукладчиков, а также научно-исследовательских судов.
Различают механические и электрические движительно-рулевые колонки. Первые были разработаны и запущены в производство в середине прошлого века немецкой компанией Schottel. Вращательное усилие на винт в этом случае передается от дизельного или электродвигателя посредством механической передачи. Вторые в начале 1990-х годов были созданы шведско-швейцарским концерном ABB, который выпускает их под брендом Azipod и за последние тридцать лет продал более 700 таких устройств.
Главное отличие механической ДРК от электрической в том, что в последней электродвигатель находится в гондоле, расположенной вне корпуса судна, а на его валу устанавливается гребной винт. Это, с одной стороны, сокращает потери энергии за счет отсутствия механической передачи между двигателем и винтом, с другой — существенно уменьшает объем машинного отделения внутри судна. Электродвигатель в гондоле управляется преобразователем частоты, что позволяет выдавать необходимую скорость вращения винта и плавно ее регулировать.
Преимущество электрической колонки перед механической начинает проявляться по мере роста ее мощности: чем она выше, тем дешевле электрическая колонка относительно механической. По словам Максима Свиридова, этот барьер находится на уровне 2–2,5 МВт в случае с колонкой российского производства и 4–5 МВт — если колонка иностранная.
До последнего времени движительно-рулевые колонки в России не производились — ни механические, ни электрические. Потребность в них закрывалась импортными агрегатами. В случае с механическими — той же немецкой Schottel и ряда других производителей. На рынке электрических колонок лидировала уже упомянутая ABB. В этом сегменте присутствует и американская General Electric.
Первые шаги к собственному производству ДРК были сделаны в начале 2010-х. Так, в 2011 году на базе Центра судоремонта «Звездочка», НПО «Винт» и опытного завода «Вега» (входят в Объединенную судостроительную корпорацию) был создан Центр пропульсивных систем (ЦПС). Он занялся разработкой и производством механических ДРК. Примерно в это же время началась и история создания электрических винторулевых колонок.
«Идеологом создания электрической колонки стал технический директор НПО “Винт” Валентин Федорович Васильев, — рассказывает Максим Свиридов. — Они хотели создать такую колонку и прислали нам как электромеханикам запрос на электротехническую часть. Прежде всего на главный электродвигатель. Мы дали им стандартное предложение в виде квадратного двигателя. Понятно, что оно их не устроило, поскольку гондола, в которую должен ставиться электродвигатель, имеет округлую форму».
Тем не менее совместная работа над ЭДРК была продолжена, и в ее процессе главная роль в проекте отошла к «Русэлпрому»: «Мы с ними посчитали, что по примеру ABB электрическую колонку лучше создавать в рамках электротехнической компании».
Фактически, как говорит Максим Свиридов, к тому моменту, когда в 2016 году Минпромторг объявил конкурс на разработку и постановку на производство ЭДРК, значительная часть подготовительной работы «Русэлпромом» уже была сделана.
По замыслу министерства, к концу 2018 года победитель должен был представить опытный образец ЭДРК мощностью 6,5 МВт. Общий объем финансирования проекта — 750 млн рублей. Необходимость создания в России производства электрической колонки Минпромторг объясняет желанием обеспечить загрузку российских предприятий производством современного высокотехнологичного оборудования для судостроительной отрасли, а также тем, что из-за постоянно расширяющегося списка санкционных мероприятий, вводимых США и Евросоюзом против России, растет риск значительного ограничения или полного прекращения поставок всех видов иностранных движительно-рулевых колонок.
«Русэлпром» оказался не единственным, кто озаботился проблемой создания российской ЭДРК.
В комментарии «Эксперту» ФГУП «Крыловский государственный научный центр», который победил в конкурсе, отметил, что центр «приступил к проработкам облика перспективных ЭДРК в начале 2000-х годов и к моменту заключения контракта с Минпромторгом РФ имел серьезный научный задел по данной тематике».
«Крыловский центр добился выделения государственного финансирования и стал контрактодержателем. Мы же стали у них подрядчиками, — объясняет Максим Свиридов. — И уже мы привлекали другие предприятия в качестве соисполнителей. Крыловский центр в рамках этого ОКРа сделал преобразователь частоты и систему управления колонкой, а мы сделали целиком всю колонку. Мы ее создали».
Всего в процессе создания ЭДРК было занято порядка 15 российских предприятий из различных отраслей.
Сделать колонку
Процесс производства колонки был непростым, поскольку целью было сделать максимально российское изделие.
«Прежде чем изготавливать колонку, была напечатана на 3D-принтере ее детальная модель, и по ней разрабатывался технологический процесс, — рассказывает главный технолог “Русэлпром — Морские системы” Дмитрий Арсентьев. — Это позволило ускорить и удешевить работы».
По ходу дела пришлось решать ряд сложных технологических задач, например разработать совместно с партнерами, которые занимаются литьем стали, технологический процесс крупногабаритной тонкостенной отливки корпуса гондолы, с тем чтобы выдержать заявленные габариты.
Поскольку статор двигателя имеет диаметр 1800 мм, а рулонное железо таких размеров в стране не выпускают, его изготовили из секторов, а для сборки разработали специальную оснастку. Чтобы снизить массу ротора, его центральную часть сделали полой.
«Мы столкнулись с тем, что в России зубчатые колеса большого диаметра не производятся, — продолжает Дмитрий Арсентьев. — Для того чтобы сделать колесо нужного нам размера, пришлось с одним из партнеров модернизировать “зуборезку”, а от партнеров по литью добиваться особых химических свойств материала».
Для сборки колонки были спроектированы и изготовлены гидравлические порталы, которых в России раньше не делали. Поскольку они хорошо себя зарекомендовали, их будут производить и продавать другим предприятиям, где есть сборка крупногабаритных изделий.
Ориентация именно на российских поставщиков, их вовлечение в процесс, освоение ими производства изделий, которые они прежде не изготавливали, затянуло сроки создания ЭДРК почти на два года: акт о завершении работ был подписан заказчиком, то есть Минпромторгом, в декабре 2020-го. Но министерство, что называется, не в обиде, тем более что разработчики уложились в выделенные на проект средства.
В Крыловском же центре отметили, что в целом фактические сроки разработки, изготовления и испытаний ЭДРК не превысили таковых для первого опытного образца ВРК Azipod от АВВ (1987–1991 годы). При этом первая финская колонка имела мощность почти в четыре с половиной раза меньше: 1,5 МВт против 6,5 МВт.
Впрочем, сделать ЭДРК полностью российской не удалось. Часть комплектующих все-таки импортные — подшипники, некоторые уплотнители и датчики. И еще проблема — импортная электронно-компонентная база для преобразователей частоты и систем управления. Она, по словам Максима Свиридова, может быть решена в течение ближайших двух лет: есть российские производители, которые готовы сделать это оборудование полностью отечественным и таким образом снять риски отказа в поставке ЭКБ иностранными производителями.
ЭДРК-6500 отвечает требованиям ледостойкости на уровне ледового класса Arc5, что подразумевает самостоятельное плавание в разреженных однолетних арктических льдах при их толщине до 0,8 метра в зимне-весеннюю навигацию и до одного метра в летне-осеннюю. При этом в ходе исследований в ледовом бассейне Крыловского центра моделировалась ситуация, когда судно с разрабатываемой ЭДРК самостоятельно двигалось в сплошном ледовом поле толщиной до 1,6 метра и в канале за ледоколом при толщине льда до 2,2 метра.
«Основной конструктивной особенностью в проекте ЭДРК стала схема охлаждения: отвод тепла от статора осуществляется в воду благодаря его запрессовке в корпус колонки. Это позволило уменьшить габариты колонки, в первую очередь ее диаметр, за счет отсутствия воздушного промежутка между статором и корпусом, что повысило пропульсивный КПД колонки, — говорит Александр Разинков, главный конструктор “Русэлпром — Морские системы”. — Охлаждение ротора осуществляется воздухом». Такая схема охлаждения позволила уменьшить габариты блока воздушного охлаждения и поместить его в гондолу, не занимая место в корпусе судна.
«У АВВ, самого сильного конкурента, система охлаждения полностью воздушная, — продолжаем Максим Свиридов. — Соответственно, им помимо места в корпусе судна требуется больше мощности для вентиляционной установки. В связи с этим мы считаем, что КПД всего агрегата у нас повыше».
Что касается цены ЭДРК, то здесь, как считает Максим Свиридов, достигнут паритет: «С точки зрения электротехники цена на электрические машины у нас сопоставима со стоимостью машин АВВ. По всему остальному оборудованию мы находимся где-то рядом. Нет такой ситуации, что мы в разы дороже или в разы дешевле».
В настоящее время колонка находится на испытательном стенде Ленинградского электромашиностроительного завода (входит в «Русэлпром»), который, кстати говоря, тоже сделали специально под нее. Стенд этот с бассейном, так что гондола с электродвигателем погружена в воду и условия максимально соответствуют реальным.
На российском рынке у этой ЭДРК российских же конкурентов нет.
«С точки зрения механических колонок мы не то что конкурируем, мы сотрудничаем со “Звездочкой” — единственным производителем механических колонок в России. Соответственно, они для нас делают часть комплектации нашей колонки, мы делаем для них гребной электродвигатель», — объясняет Максим Свиридов.
В 2017 году «Роснефть» и General Electric создали совместное предприятие на территории судостроительного комплекса «Звезда» (Приморский край) — завод «ВРК Сапфир» — для локализации компонентов систем электродвижения судов, в том числе электрических колонок. Они предназначены в том числе для газовозов арктического класса, которые «Звезда» строит для «НоваТЭКа».
«Мы с ними в разных мощностных диапазонах находимся, — говорит Максим Свиридов. — У них он выше семи мегаватт, соответственно, мы с ними не конкурируем».
Как говорят в «Роснефти», завод «Сапфир» будет выпускать винторулевые колонки высокого ледового класса мощностью от 7,5 МВт до 20 МВт.
Как уже было сказано, «Русэлпром» готов при появлении заказа приступить к изготовлению ЭДРК. Причем не только ее, а совместно с Коломенским заводом (производитель дизелей, входит в Трансмашхолдинг) всей системы электродвижения.
«Мы очень плотно работаем с Коломной, — говорит Максим Свиридов. — У них вполне современный дизельный двигатель. На многих проектах мы меняем иностранные агрегаты на российские с участием коломенского дизеля и нашего генератора. Все, кто говорит, что российского дизеля нет, этим пытаются оправдать покупку дизеля за границей. Дизель есть, генератор есть. Это принципиально!»
При этом «Русэлпром» рассматривает не только российский рынок: «Экспорт для нас — самая интересная задача. Совершенно другой объем возможен, на порядок больше. Хотя и российский рынок для нас достаточен с точки зрения цены и загрузки. Но целевой рынок все равно мировой».
…и продать колонку
Летом прошлого года глава ОСК Алексей Рахманов в интервью «Эксперту» (см. «Мы всех обошли», № 28 за 2020 год) говорил, что компания испытывает трудности со сбытом своих колонок: «Мы предлагаем заказчикам поставить на обычные сухогрузы наши серийные винторулевые колонки, которые на “Звездочке” научились делать. Так нет, просто костьми ложатся: “Не надо, отец родной, пощади, покупай иностранные и ставь их”».
Российскому производителю здесь приходится конкурировать с немецкой Schottel, которая делает механические колонки мощностью до 5 МВт. Компания Schottel, что называется, набила руку на этих изделиях и за счет объема держит конкурентную цену.
«Это низкомаржинальный продукт, — говорит Павел Орлов, заместитель директора Центра пропульсивных систем. — И нам трудно обеспечить сопоставимую цену. Дело в том, что импортные колонки ввозятся в Россию с нулевой таможенной пошлиной. А нам для производства аналогичных приходится покупать часть комплектующих, например зубчатые шестерни, высоконагруженные подшипники, опорно-поворотные устройства, за рубежом. А когда мы их ввозим, на них начисляется таможенная пошлина от пяти до пятнадцати процентов, и мы оказываемся в неравном с иностранными производителями положении».
Тем не менее порядка 20 ВРК разных типоразмеров от «Звездочки» уже установлены и ходят на судах. Но могло бы быть и больше.
В 2012 году «Звездочка» заключила ряд контрактов на проведение ОКР в рамках ФЦП «Развитие гражданской морской техники» на общую сумму более 600 млн рублей. В числе прочего был и проект создания опытного образца движительно-рулевой колонки механического типа мощностью 9 МВт, предназначенной для установки на ледокольные суда проекта 21900. Эти суда активно строились по заказу ФГУП «Росморпорт» с середины 2000-х и оснащались ДРК от финской компании Steerprop.
Весной 2019 года «Звездочка» сообщила, что колонка разработана, испытания проведены, компания стала первым в России и третьим в мире производителем высокомощных механических ДРК и готова производить их серийно. Причем в мощностном диапазоне от 7 до 10 МВт.
Однако спустя два года колонка весом 240 тонн по-прежнему находится на предприятии, вызывая «вау-эффект» у сторонних посетителей. В серию она не пошла. Хотя ледоколы проекта 21900М2 (развитие проекта 21900 и 21900М) активно строятся. В сентябре 2019 года ФГУП «Росморпорт» по итогам проведенного конкурса заключил контракт на строительство ледокола мощностью 18 МВт ледового класса Icebreaker7 проекта 21900М2, а в ноябре прошлого года был объявлен новый конкурс на строительство аналогичного судна. И, как сообщается, на эти суда также будут установлены ВРК от Steerprop.
В России в год строится порядка 60–70 судов, половина из них оснащается движительно-рулевыми колонками. Пока в основном иностранными.
Как нам сообщили в ABB, в российской акватории на ее системах работает свыше 60 судов, на которые установлено более 100 движителей Azipod.
По данным Крыловского центра, компания Schottel только в 2019 году продала в России 40 своих механических ВРК.
«Проблема еще и в том, что и проектанты судов, и верфи не учитывают стоимость жизненного цикла изделия, — считает Павел Орлов. — Иностранные компании могут себе позволить продавать ВРК дешевле, а зарабатывать потом на сервисе, за который будет платить уже владелец судна. Начальная цена наших колонок может быть и выше, но исходя из стоимости нашего сервиса стоимость жизненного цикла получается ниже».
В случае полного замещения импортных поставок электрических ДРК потребность в отечественных ЭДРК мощностью 1–20 МВт может составить до 20 комплектов в год, считают в Минпромторге, отмечая при этом, что по состоянию на декабрь 2020 года ни одно судно с отечественными электрическими ДРК еще не было построено.
Пока в наиболее выгодном положении находится СП «Роснефти» и GE — завод «ВРК Сапфир», поскольку «Звезда» только под проект «НоваТЭКа» «Арктик СПГ-2» построит 15 газовозов мощностью 45 МВт, каждый из которых будет оборудован тремя ВРК.
Отметим, что согласно 719-му постановлению правительства «О подтверждении производства промышленной продукции на территории Российской Федерации» применение именно отечественных ВРК при строительстве газовозов является обязательным условием.
Правительство намерено перевести на балльную систему подсчет уровня локализации в судостроении по аналогии с автомобильной промышленностью. Как нам рассказали в Минпромторге, винторулевым колонкам при этом будет присвоено 350 баллов, что, по мнению министерства, «является весомым аргументом для включения в проекты судов ВРК российского производства».
Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl