Еще Д.И. Менделеев писал, что сжигать нефть – все равно, что топить печь ассигнациями. Тем не менее, основным топливом для транспорта на планете остаются
керосин, бензин и солярка. С учетом постоянно растущих цен на жидкое углеводородное топливо слова великого химика ныне обрели почти буквальный смысл. Между тем
в местах добычи и переработки нефти в России ежегодно сжигается, по некоторым подсчетам, около 20 млрд м3 попутного газа (это газ, растворенный в сырой нефти и
выделяющийся из нее перед транспортировкой по трубопроводу). Проблема рационального использования этого ресурса привлекла внимание специалистов и руководителей
еще во времена СССР в связи с бурным развитием нефтедобычи в стране.
Еще 1970-х годах в ЦАГИ были рассмотрены перспективы использования попутного нефтяного газа в качестве авиационного топлива. ЦИАМ после изучения теплофизических
характеристик газового горючего поддержал эту инициативу. Эта задача рассматривалась как часть и первый этап более обширной программы по созданию атмосферных ЛА,
способных использовать в качестве альтернативного авиакеросину топлива криогенный сжиженный природный газ, то есть метан (второй этап), и жидкий водород
(третий, наиболее сложный этап). Из попутного газа получается пропан-бутановая смесь, которая сжижается при умеренно низких температурах или под небольшим
давлением при температуре выше нуля, что существенно упрощает эксплуатацию газовой авиатехники. Любопытно, что вначале предполагалось использовать в качестве
топлива пропан, который применяется в автотранспорте и для производства и использования которого уже создана эксплуатационная инфраструктура. Однако расчеты
показали, что баки нужного размера для автопропана получаются слишком тяжелыми для авиации. Поэтому в дальнейшем в течение длительного времени пришлось искать
пропан-бутановую смесь такого состава, который позволял использовать это топливо в авиации. Значительную роль в этих исследованиях играл ЦИАМ.
Широкое развитие работы в этом направлении получили после принятия в 1981 г. Постановления ЦК КПСС и Совета Министров СССР "Об использовании газа на
транспорте". В начале 1980-х годов ЦАГИ, ЦИАМ, ЛИИ, ГосНИИ ГА, МВЗ им. М.Л. Миля, Завод им. В.Я. Климова и ряд других организаций авиационной и нефтегазовой
отраслей приступили к практической реализации идеи использования нефтяного газа в качестве сырья для получения авиационного топлива.
В 1985 г. при участии ЦИАМ на Заводе им. В.Я. Климова были успешно проведены испытания вертолетного двигателя ТВ2-117ТГ, а в 1987 г. на испытательном полигоне
МВЗ им. М.Л. Миля прошли летные испытания (летчик Г.Г. Агапов) экспериментального вертолета Ми-8ТГ, один из двигателей которого работал на техническом бутане.
Сжиженный газ размещался в шести баках от грузовых автомобилей ЗИЛ-138 (модификации ЗИЛ-130 под газовое топливо). Любопытно, что второй (обычный, керосиновый)
двигатель был оставлен для подстраховки: взлетная масса воздушного судна (ВС) подбиралась так, чтобы в случае отказа ТВ2-117ТГ вертолет мог благополучно
завершить полет на одном двигателе. В реальности же получилось наоборот: в одном из полетов в керосиновый двигатель попала птица, он заглох и пришлось
продолжить полет на газовом ГТД, который успешно справился с этой задачей.
В ходе стендовых и летных испытаний ТВ2-117ТГ без замечаний работал на газовом топливе на всех режимах. Всего на газе двигатель проработал 50 часов. Запуск
двигателя происходил с первой попытки. Двигатель имел хорошую приемистость и устойчивость работы. Температурное поле газа перед турбиной не изменилось. Продукты
сгорания газового топлива не содержали сконденсированных частиц, поэтому в камере сгорания, на лопатках соплового аппарата и на колесе турбины не появилось
сажистых отложений. Отсутствие сажи в двигателе проверялось платком, хотя увидеть это можно было и невооруженным взглядом: борт со стороны керосинового
двигателя был, как обычно, покрыт слоем сажи от выхлопов, а со стороны газового двигателя обшивка осталась чистой. Механики даже шутили, что после перехода
авиатехники на газ будут ходить в белых халатах.
Удельный расход топлива по сравнению с авиакеросином уменьшился на 5% за счет более высокой теплотворной способности газового топлива. Газовое топливо менее
агрессивно по отношению к конструкционным и уплотнительным материалам, благодаря чему (а также отсутствию сажевых отложений) ресурс двигателей при работе на
газе повышается на 15-25%.
Летные испытания Ми-8ТГ проводились во всем эксплуатационном диапазоне высот и скоростей полета, характерных для транспортного вертолета Ми-8Т. ЛТХ остались
практически неизменными, а некоторые – улучшились (в частности газовое топливо лучше подходит для работы в условиях низких температур). Никаких различий в
пилотировании вертолета на газовом топливе и на авиакеросине не было отмечено. Наземное обслуживание также отличалось мало. Сжиженный нефтяной газ (в отличие от
сжиженного криогенного метана, с которым его иногда путают) не требует применения сложного оборудования для хранения и транспортировки. Это оборудование давно
используется в нефтегазовой промышленности и выпускаются серийно для работы с пропан-бутаном. Переход на газовое топливо повышает эксплуатационную
пожаробезопасность вертолета, поскольку в аварийных ситуациях оно испаряется и уносится ветром, а не разливается и горит, как керосин. Загазованность парами
топлива отсеков вертолета и окружающей среды в десятки раз ниже санитарных норм. Любопытно, что в первый день стендовых испытаний ТВ2-117ТГ на Заводе им. В.Я.
Климова пожарная служба окружила стенд тремя пенными пушками, а людей попросила укрыться в бункере. Однако нормальная работа двигателя убедила в том, что
чрезвычайных мер безопасности не требуется.
Одновременно с проведением испытаний Ми-8ТГ специалистами ЦАГИ, ЦИАМ, ГосНИИ ГА и НИПИ газпереработки к 1991 г. были разработаны технические требования на
первое отечественное авиационное сконденсированное газовое топливо (АСКТ) – ТУ 39-1547-91 "Топливо авиационное сконденсированное из нефтяного газа". АСКТ
представляет собой гамму углеводородов от пропана до гексана с небольшой примесью более тяжелых углеводородов, доминирующим компонентом в которой являются
бутаны. Важно подчеркнуть, что упоминание нефтяного газа в ТУ дается только с целью отличить его от сжиженного природного газа, представляющего собой жидкий
метан при криогенных температурах. Фактически же АСКТ может быть получено не только из нефтяного сырья, но и из природного газа. Таким образом потенциальные
ресурсы для выработки АСКТ больше, чем только из попутного нефтяного газа, и устойчивы в перспективе. АСКТ можно получать на газо- и нефтеперерабатывающих
заводах, в пунктах осушки природного газа, а также непосредственно на нефтегазопромыслах.
Дальнейшее развитие работ в этом направлении привело к созданию в 1995 г. предсерийного промышленного экземпляра вертолета Ми-8ТГ, который был показан в полете
в г. Жуковском на МАКС-1995. Установленные на этом вертолете два ТВ2-117ТГ стали двутопливными и могут работать как на керосине, так и на АСКТ, а также на их
смеси в любых пропорциях.
Доработка вертолета Ми-8 для эксплуатации на газовом топливе не требует применения специального оборудования и может быть выполнена за две-три недели на любом
авиаремонтном предприятии или непосредственно на технической базе обслуживания заказчика. Для этого требуется установка внешнего металлопластикового бака,
рассчитанного на давление до 1,0 МПа и представляющего собой оболочку из металлической фольги с обмоткой стекловолокном толщиной 2,5 мм. В этот же бак можно
заливать и керосин, причем даже при наличии в нем АСКТ. Бак герметичен и снабжен системой закрытого дренажа, то есть в него нет доступа воздуха, что исключает
образование взрывоопасной смеси. В салоне и мотоотсеке устанавливаются датчики загазованности.
Двигатель ТВ2-117ТГ практически идентичен керосиновому: доработке подвергается только система автоматического регулирования путем добавления насоса подачи
газового топлива и переключателя с газа на керосин (для упрощения доработки ТВ2-117ТГ запускается на керосине, бак с которым остается на вертолете, а после
запуска, перед взлетом переключается на газ или смесь газа и керосина из газового бака).
При создании предсерийного Ми-8ТГ с участием ЦИАМ и других научных организаций были решены основные научно-технические проблемы, связанные с обеспечением
нормальной эксплуатации ЛА на газовом топливе:
- разработана безотходная (с параллельным получением пропана, годного для использования в качестве топлива для автотранспорта) технология производства АСКТ;
- разработана и экспериментально проверена топливная система, обеспечивающая работу ГТД как на газовом топливе, так и на авиакеросине, а также на их смеси.
- решены проблемы размещения АСКТ на борту воздушного судна.
- найдены конструктивные решения, повышающие безопасность ВС в аварийных ситуациях;
- разработана система обеспечения пожаробезопасности ВС;
- разработан и прошел стендовые испытания экспериментальный модуль топливозаправщика для заправки ВС как АСКТ, так и авиакеросином;
- освоена технология изготовления легких подвесных баков для газового топлива;
- разработаны методы расчета теплофизических и теплотехнических свойств АСКТ;
- предложен метод заправки вертолетов типа Ми-8ТГ "с колес" без перелива АСКТ в стационарные емкости.
Исследования, проведенные в ЦАГИ, ЦИАМ, ГосНИИ ГА, ОАО "НИПИгазпереработка", ОАО "Интеравиагаз" и самолетостроительных ОКБ, показали возможность и эффективность
перевода на газ не только вертолетов, но и самолетов региональной авиации (Ил-114, Як-40, Ан-2(3) и др.). Научное и техническое обоснование возможности и
целесообразности использования продуктов переработки попутных и природных газов в качестве авиационного топлива разработано Н.Ф. Дубовкиным (ЦИАМ), В.П.
Зайцевым (ЦАГИ), Е.П. Брещенко (НИПИгазпереработка).
Таким образом, за 40 лет были разработаны все необходимые технологии и решены все принципиальные научно-технические вопросы по переводу авиационной техники на
газовое топливо, создан предсерийный образец газового вертолета Ми-8ТГ, прошедший цикл предварительных испытаний, а также оборудование для его заправки. Эти
технологии созданы в России впервые в мире и не имеют аналогов за рубежом, где лишь в последние годы активизировались работы в этом направлении.
Перевод на АСКТ сулит немалые выгоды, которые особенно актуальны для Крайнего Севера и других труднодоступных местностей, занимающих более 60% территории
России, куда авиакеросин завозится из центральных районов страны. Использование АСКТ поможет возродить практически умершую в России малую авиацию, что является
важной социальной задачей. Стоимость газового топлива в 2-4 раза ниже авиакеросина, расход топлива в полете ниже на 5%, ресурс двигателей при работе на газе
выше на 15-25%. Работа на газовом топливе значительно уменьшает эмиссию вредных веществ в атмосферу, поскольку в нем практически отсутствуют сернистые вещества,
ароматические соединения и смолы. Выброс окислов азота и углерода при работе двигателя на газе в два раза меньше, чем при работе на керосине. Кроме того,
сжигание газа в факелах в местах добычи и переработки нефти само по себе наносит огромный вред окружающей среде, поэтому экономически оправданный способ
переработки и использования этого сырья важен и с точки зрения защиты окружающей среды.
Увы, при всех этих выгодах затраты, необходимые на создание новой топливной инфраструктуры, а также сложность задачи, требующей консолидации усилий разных
министерств и ведомств, до сих препятствуют реализации этой идеи. Однако потенциальные запасы газа на планете в десятки раз превосходят запасы нефти, и по мере
исчерпания последних и неизбежного роста цен на керосин газовое топливо рано или поздно станет экономически выгодной альтернативой.
ЛТХ: |
|
|
Модификация |
Ми-8ТГ |
Диаметр главного винта, м |
21.29 |
Диаметр хвостового винта, м |
3.91 |
Длина,м |
18.17 |
Высота ,м |
5.65 |
Масса, кг |
|
пустого |
6625 |
нормальная взлетная |
11100 |
максимальная взлетная |
12000 |
Тип двигателя |
2 ГТД Климов ТВ2-117ТГ |
Мощность, кВт |
2 х 1200 |
Максимальная скорость, км/ч |
250 |
Крейсерская скорость, км/ч |
225 |
Практическая дальность, км |
460 |
Практический потолок, м |
4500 |
Статический потолок, м |
1900 |
Экипаж, чел |
2-3 |
Полезная нагрузка: |
до 28 пассажиров или 12 носилок с сопровождающими или 4000 кг груза в кабине или 3000 кг на подвеске |
Доп. информация : |
|
|
Фотографии:
|
Уголок неба. 2020
|