Дали газу: история газомоторной техники. Часть II
Фото: КАМАЗ
Продолжение. Начало здесь
Не только на земле, но и в небе
Первым в мире самолетом на криогенном топливе стал экспериментальный Ту-155, разработанный на базе Ту-154. Работа над машиной велась с 1975 года, а дебютный полет состоялся 15 апреля 1988 года. В его разработке участвовали представители науки со всей страны.
Уникальный в своем роде, Ту-155 был создан для полетов на сжиженном природном газе и жидком водороде. Испытания водородных и газовых двигателей прочили авиации новые горизонты: неоспоримые преимущества криогенного топлива заключались в его экологичности, экономичности, а также большей, по сравнению с авиационным керосином, эффективности.
Ту-155 оснащался тремя двигателями: двумя классическими и одним турбореактивным, работающим на жидком водороде.
Подобные попытки были в США в 1960-х годах, когда инженеры фирмы «Мартин» оснастили водородной топливной системой свой реактивный бомбардировщик В-57. Но американский самолет лишь в процессе полета переключил топливную систему на водородную и пролетел на ней всего 40 секунд.
Экспериментальный самолет, созданный в ОКБ Туполева, активно летал и в общей сложности совершил более 100 вылетов, включая пять на жидком водороде, и установил 14 мировых рекордов.
Фото: Anna Zvereva / wikimedia.org
После пятого полета Ту-155 перевели на СПГ: машина стала летать на метане. Несмотря на то, что Ту-155 был выпущен в единственном экземпляре, этот самолет стал историческим для своей эпохи.
По воспоминаниям главного конструктора машины Владимира Андреева, тогда вовремя поняли, что в случае «водородной» революции в «Аэрофлоте» создать заправочную инфраструктуру и производить водород в таких масштабах, чтобы обеспечить им гражданскую авиацию, будет весьма сложной задачей. А вот с метаном все значительно упрощается: он и сжижается при температуре —162 °C против —253 °C для водорода, и добывается в стране в необходимых объемах. Ту-155 успешно отлетал положенную программу, однако это был экспериментальный самолет, предназначенный для отработки самой концепции.
Преемником должен был стать Ту-156, который начали создавать в 1989 году. Именно он планировался как серийный самолет, аналогичный по характеристикам стандартному авиалайнеру Ту-154. Если внешне машины были схожи, то внутри очень сильно отличались. В хвостовой части Ту-156 устанавливался топливный бак в виде цилиндра вместимостью 13 тонн метана. Внутри бак разделен на два отсека: большой основной и маленький расходный, из которого топливо подается в двигатели. Все дело в том, что у лайнера, в отличие от экспериментальной машины, на газе работали уже все три двигателя, которые при этом были универсальными.
Ту-156 должен был оснащаться турбовентиляторными двигателями НК-89, которые могли работать как на обычном керосине, так и на природном газе. Чтобы обеспечить нормальную центровку, в носу установили дополнительный бак примерно на 3 т топлива, который находился под полом салона: вместе они обеспечивали Ту-156 дальность 2800 км. Причем лайнер легко мог переходить с одного вида топлива на другой. Переход был несложной задачей, чтобы переключить двигатели с одного топлива на другое, экипажу требовалось всего 5 секунд. С точки зрения техники с новым лайнером все оказалось в порядке, но подвела экономическая ситуация: проект Ту-156 не получил государственного финансирования, работы по нему прекратились на рубеже 1990—2000-х годов.
А также на морях и стальных магистралях
Логичной оказалась идея перевести на газовое топливо морские и океанские танкеры — газовозы, предназначенные для перевозки СПГ. Это действительно очень удобно — на одном терминале закачать емкости танкера и тут же заправить его тем же самым газом. В настоящее время в мире более сотни судов уже используют сжиженный природный газ в виде топлива, примерно две трети из них задействованы на перевозках СПГ в Европе.
Отечественный опыт судовых установок, работавших на сжиженном газе, берет свое начало с 1960-х годов, именно тогда в Каспийском морском пароходстве были разработаны и эксплуатировались первые газомоторные судовые двигатели. Использование природного газа в качестве судового топлива для кораблей в Советском Союзе началось именно с танкеров-газовозов. В настоящее время флот на СПГ включает в себя целый ряд различных по водоизмещению, специализации и функциональным возможностям кораблей и судов: танкеры, контейнеровозы, паромы, суда обеспечения буровых платформ, буксиры, рыболовецкие траулеры, сейнеры и др. Самый большой в мире круизный лайнер «Икона морей» также совершает свои рейсы на газовом топливе.
Фото: АО «Роснефтефлот»
Развитие судов, работающих на СПГ, в нашей стране в настоящее время ведется достаточно активно. Приведем только один пример: первый российский танкер типа афрамакс «Владимир Мономах», построенный в декабре 2020 года. Главной особенностью корабля является его битопливная главная энергетическая установка, позволяющая работать кроме традиционного топлива и на СПГ.
Первый железнодорожный локомотив на газовом топливе построил в 1887 году немецкий инженер-конструктор Готлиб Даймлер, автор одного из первых в мире автомобилей. Несмотря на это, природный газ пришел на железную дорогу только с середины XX века. В нашей стране работы в этом направлении ведутся с середины 1970-х годов. В 1987 году в СССР построили три первых магистральных тепловоза с газодизельными двигателями — они могли работать на дизельном топливе и СПГ.
Первый отечественный газотурбовоз нового поколения был построен в 2007 году. Этот локомотив получил обозначение ГТ1h-001, где h означает гибрид, поскольку у него имеется электрическая передача переменно-постоянного тока. Вторую машину с увеличенной экипажной частью с обозначением ГТ1h-002 выпустили в 2013 году. Новые российские газотурбовозы громко заявили о себе, став мировыми рекордсменами. Мощность ГТ1h-001 в одной секции составила 11 284 л. с., за что ОАО РЖД в 2009 году было удостоено диплома Книги рекордов Гиннесса за создание самого мощного локомотива в мире. А 7 сентября 2011 года тот же ГТ1h-001 попал в Книгу рекордов Гиннесса второй раз, так как провел по испытательному кольцу ВНИИЖТ (ст. Щербинка) грузовой состав весом 16 000 тонн, что составило 170 вагонов! На локомотивах ГТ1 установлен специально доработанный газотурбинный двигатель НК-361 производства «ОДК-Кузнецов» Объединенной двигателестроительной корпорации.
Фото: wikimedia.org
Преимуществами СПГ-локомотивов являются экологичность, экономичность и технологичность, но в то же время имеется целый ряд проблем, ограничивающих эксплуатацию данных машин и пока не дающих им возможности стать массовыми. Первое — это большие затраты, поскольку локомотивы, работающие на СПГ, требуют значительных инвестиций в модификацию или закупку новых машин, а также создание соответствующей инфраструктуры для хранения и заправки. Во-вторых, внедрение и эксплуатация СПГ-локомотивов связана со значительными техническими сложностями: природный газ требует больших по объему баков для хранения, что может снижать грузоподъемность локомотива или увеличивать его размеры. Техника такого уровня требует повышенных мер безопасности и предъявляет повышенные требования к персоналу, осуществляющему эксплуатацию.
КАМАЗ выбирает газ
История появления газовых «КАМАЗов» началась в 1980-х годах. В 1984 году инженеры НАМИ совместно со специалистами НИИ автоприборов и Ярославского завода дизельной моторной аппаратуры разработали оригинальную схему перевода дизелей автомобильного типа на питание сжатым природным газом — это была так называемая схема ГД-НАМИ, защищенная пятью авторскими свидетельствами.
Система изначально разрабатывалась для дизеля КАМАЗ-740, но позже по унифицированной схеме была приспособлена и под другие отечественные дизельные двигатели. Забегая вперед, отметим, что эти работы в дальнейшем положили начало массовому переводу автомобилей на природный газ. СПГ был ощутимо дешевле бензина, и газовый бум накрыл нашу страну в 1990-2000-е, когда не только на грузовиках, но и на легковых машинах устанавливалось газовое оборудование.
В 1985 году из опытного цеха завода вышли два экспериментальных газодизельных грузовика КАМАЗ-53208 и КАМАЗ-53218. В них применялись модифицированные двигатели КАМАЗ-7409, оборудованные газовым смесителем, системой подачи газа и баллонами для газового топлива, которые устанавливались на шасси под кузов. В декабре 1985 года машины прошли приемочные испытания и были рекомендованы к постановке на производство.
Испытания газобаллонного грузовика КАМАЗ-53218 на треке со сменными поверхностями на полигоне НАМИ в Дмитрове. Фото: КАМАЗ
В 1987 году завершились межведомственные испытания газодизельных седельных тягачей КАМАЗ-54118 и самосвалов КАМАЗ-55118, по результатам которых они также были рекомендованы к серийному выпуску. Одним из результатов работы стало развернутое в Набережных Челнах в 1988 г. первое в мире промышленное производство газодизельных грузовиков. Оригинальную газодизельную аппаратуру для них поставлял Алтайский завод автотракторного электрооборудования.
Первое поколение газодизельных грузовиков «КАМАЗ» включало такие серийные модификации, как бортовой грузовик КАМАЗ-53208, бортовой грузовик КАМАЗ-53218 с удлиненной колесной базой, седельный тягач КАМАЗ-54118 и самосвал КАМАЗ-55118.
В 2017 году КАМАЗ организовал серийное производство автомобилей на СПГ поколения К3. В 2019 году разработан и сертифицирован тягач КАМАЗ-5490 (представитель поколения К4) с одним криогенным баком, работающий полностью на сжиженном природном газе. В 2020 году освоено производство газовых тягачей КАМАЗ-5490 на СПГ с двумя криобаками.
Сегодня завод выпускает седельный тягач пятого поколения с газовым двигателем КАМАЗ-54901. Предприятие планирует выпустить 700 таких машин в 2025 году. И именно эти экологичные грузовики совершили недавно автопробег протяженностью 10 000 км по 25 регионам, подтвердив качество газомоторной техники КАМАЗа и готовность инфраструктуры страны к такому виду транспорта.
Cедельный тягач пятого поколения с газовым двигателем КАМАЗ-54901. Фото: КАМАЗ
Седельный тягач КАМАЗ-54901 оснащается газовым двигателем КАМАЗ Р6 («Евро-5») мощностью от 380 до 550 л. с., в зависимости от модификации. Газовый двигатель унифицирован со своим дизельным собратом и работает в паре с автоматической коробкой передач. Новые «КАМАЗы» оснащаются вместительными баками, емкость которых составляет 1060 л сжиженного природного газа, а запас хода на одной заправке составляет до 1600 км. Это очень хороший результат. Производство газомоторных КАМАЗ-54901 началось осенью 2024 года и составило 200 машин за прошлый год.
Еще один факт: газовый «КАМАЗ» участвует и в гоночных ралли. Так, гонщик Сергей Куприянов из команды «КАМАЗ-мастер» выступает на машине, двигатель которой питается смесью дизельного топлива и метана. В 2022 году на ралли «Шелковый путь» дебютировала очередная модификация битопливного грузовика на базе модели 43509.
Можно с уверенностью сказать, что в наши дни моторам действительно «дали газу». Сегодня машины на СПГ достигли уровня уверенной эксплуатации. Для дальнейшего развития, по мнению специалистов, необходимо сформировать парк грузовых автомобилей на СПГ примерно в 100 000 единиц, а это требует серьезных инвестиций. Причем одну часть этих средств нужно направить на локализацию производства СПГ-тягачей, чтобы их парк в стране достиг уровня 10-15% от общего количества аналогичной техники, а другую часть необходимо пустить на создание малотоннажных СПГ-заводов, заправочной инфраструктуры и сети специализированных станций технического обслуживания машин. Работы в данной сфере предстоит еще очень много, но успешное начало уже положено.